FI92156C - Keskipakoerotin - Google Patents

Description

9 215 6

KESKIPAKOEROTIN CENTRIFUGALRENARE

Esillä oleva keksintö kohdistuu vaatimuksen 1 alkuosan 5 mukaiseen keskipakoerottimeen. Keskipakoerotin käsittää pystysuoran pyörrekammion, joka on muodostettu tasomaisista sivuseinistä, joiden muodostama poikkileikkaus on pääasiallisesti neliön, suorakaiteen tai monikulmion muotoinen. Kaasutilan poikkileikkaus poikkeaa ympyrästä. Pyörrekammion 10 yläosaan on sovitettu puhdistettavien kaasujen sisääntulo-aukko, ala- tai yläosaan kaasujen poistoaukko ja alaosaan erotettujen hiukkasten poistoaukko. Erottimessa muodostetaan ainakin yksi pystysuora pyörre.

15 Ennestään tunnetaan erilaisia syklonierottimia, joissa on pystysuoran sylinterin muotoinen pyörrekammio, joka toimii erotuskammiona ja jonka alaosa on muotoiltu alaspäin kartiomaisesti supistuvaksi suppiloksi. Käsiteltävälle kaasuvirtaukselle on pyörrekammion yläosaan sovitettu 20 tangentiaalinen sisääntulokanava. Puhdistetun kaasun poisto tapahtuu yleensä pyörrekammion yläpäätyyn keskeisesti sovitetun aukon kautta. N.k. läpivirtaussykloneissa kaasu poistetaan pyörrekammiosta sen pohjaan sovitetun keskusputken kautta. Syklonissa kiintoaineet erottuvat • " 25 kaasuista keskipakovoiman vaikutuksesta ja valuvat ero- tuskammion seinämää pitkin alas erottimen kartiomaiseen ·.· · osaan, josta kiintoaines poistetaan. Erotus tavanomaisessa syklonierottiraessa perustuu keskipakovoiman ja vir-tausnopeuden muutosten yhteisvaikutukseen. Tavanomaiseen 30 sykloniin tuleva kaasuvirtaus joutuu pyörrekammiossa . .·. ulkoseinämää pitkin spiraalimaisesti pääosin alaspäin * * * • · · etenevään pyörreliikkeeseen, jonka nopeus kiihtyy kartion • · · läpimitan pienentyessä. Kaasut muuttavat syklonin alaosassa • · : i : suuntaansa ja virtaavat pyörrekammion keskustaa pitkin 35 ylöspäin erottimen yläosaan, johon on sovitettu .·. : kaasunpoistoyhde. Pyörrekammion alaosan seinämille : keskipakovoiman vaikutuksesta rikastunut kiinto- 92156 2 aines ei pysty seuraamaan kaasuja, vaan jatkaa virtausta alaspäin poistoyhteeseen.

Varsinkin hiomavaikutusta omaava kiintoaines kuluttaa 5 voimakkaasti syklonin seinämiä. Kuluttava vaikutus on huomattavissa erikoisesti sisääntuloaukon jälkeisen seinämän siinä osassa, johon kiintoainevirta ensin törmää. Kulumis-haittaa on yritetty vähentää suojaamalla pyörrekammion sisäpintoja kulutusta kestävillä massoilla tai valmis-10 tamalla pyörrekammiot kulutusta kestävistä materiaaleista. Korkea lämpötila lisää kiintoaineen kuluttavaa vaikutusta.

Poltto- ja kaasutustekniikassa yleistyneiden kiertoleiju-reaktoreiden yksi ongelma onkin kuuman kaasun mukana 15 kulkeutuvien kiintoaineshiukkasten erottaminen ja palauttaminen takaisin reaktoriin. Tämän keskipakoerottimen sovellutuskohteen erityisvaatimuksia ovat jatkuva suuren kiinto-ainesmäärän erottaminen kaasuista ja eroosioalttiiden olosuhteiden kesto, suurien määrien kuumia kaasuja ja 20 kiintoainehiukkasia virratessa erottimen läpi.

Suuret kaasuvirrat suurissa reaktoreissa ovat johtaneet siihen, että syklonierottimista on tullut erittäin suuria.

Kuumien olosuhteiden kestämiseksi syklonit on sisältä 25 suojattava kulutusta kestävillä massakerroksilla. Lisäksi syklonit on lämpöeristettävä esim. keraamisin lämmöneristein ...^ erottimen ulkopinnan pitämiseksi suhteellisen kylmänä.

.*** Tarpeellisen lämmöneristyksen aikaansamiseksi vaaditaan • · • '* paksu kerros eristemateriaalia, mikä lisää erottimen hintaa, • · *...* 30 painoa ja tilantarvetta. Kaikenkaikkiaan syklonista on • · i.i : tullut hyvin paljon tilaa vievä laite. Raskaana rakenteena • · · ·...*· se lisäksi vaatii vahvat tukirakenteet. Raskaat rakenteet : : vaativat myös pitkän reaktorin ylösajoajan, jotta vältytään keraamisten tai muurattujen osien rikkoontumisilta.

35 .··.. Kiertolei jureaktoreissa kiertävä petimateriaali saattaa olla hyvin hienorakeista, esim. jos petissä käytetään ’ hienoa kalkkia rikkidioksidin sitomiseen tai jos polttoai- 92156 3 neen tuhka on hienojakeista. Tämä asettaa suuret vaatimukset syklonille. Syklonin erotuskykyä on pyritty parantamaan kytkemällä kaksi tai useampia sykloneja sarjaan. Tällaisten kytkentöjen haittoja ovat suuret painehäviöt, kallis rakenne 5 ja suuri tilantarve.

Paremman erotuskyvyn saavuttamiseksi on myös ehdotettu käytettäväksi rinnan kytketyistä sykloneista muodostettuja syklonipattereita, jolloin yksikkökoon pienentämisellä on 10 pyritty parempaan erotusasteeseen. Nämä syklonipatterit ovat kuitenkin kalliita ja monimutkaisia rakentaa. Syklonipatterit vaativat määrätyn vähimmäispaine-eron, jotta kaasu aina jakaantuisi tasaisesti eri syklonien läpi.

15 Kaasutus- ja polttoreaktoreiden seinämät tehdään yleensä vesiputkipaneeleista, reaktorissa muodostuvan lämmön osittaiseksi talteenottamiseksi. Syklonierottimet ja kiintoaineksen palautusputket on sitävastoin yleensä rakennettu jäähdyttämättöminä, lämpöeristettyinä rakentei-20 na. Tällaisten jäähdytettyjen ja jäähdyttämättömien, eri tavalla lämpölaajenevien osien liittäminen toisiinsa on vaikeaa. Reaktorin ja erottimen välisiin liitoksiin tarvi-taan siksi kalliita, korkean lämpötilan kestäviä keraamisia tai vastaavia lämmönkestäviä johtokanavia ja laajennuslii-25 toksia. Myös syklonierottimen ja sen jälkeen sovitetun konvektio-osan väliin tarvitaan erityiset laajennusliitok-set.

Edellä mainittujen lämpölaajenemisesta johtuvien haittojen 30 välttämiseksi onkin esim. amerikkalaisessa patentissa US

• · · *...’ 4,746,337 ehdotettu syklonin muodostamista vesiputkiraken- • · teisena. Ehdotetun sylinterin muotoisen syklonin valmistami- • · .··· nen putkirakenteista ei kuitenkaan ole yksinkertaista.

Ehdotettu rakenne ei ole helposti tehtävissä putkiraken-.. 35 teisena koska sen valmistuksessa putkipintoja joudutaan taivuttamaan erittäin hankaliin muotoihin.

Suomalaisessa patenttihakemuksessa FI 861224 on ehdotettu 92156 4 sylinterin muotoisen syklonierottimen muodostamista vesiput-kirakenteisena, yhden vesiputkiseinän muodostaessa yhteisen seinämän reaktorikammion ja hiukkaserottimen välissä.

Tämän ehdotuksen haittana on kuten edellä vaikeasti tehtävät 5 putkiseinämien taivutukset. Sen lisäksi leijukerrosperiaat-teella toimivaan polttokammioon sisäänpäin taivutetut putkiseinämät ovat erittäin alttiita kulumiselle.

Amerikkalaisessa patenttijulkaisussa US 4,615,715 on 10 ehdotettu erottimen ulkokuoren muodostamista putkipaneeleis-ta ja varsinaisen pyörrekammion muodostamista ulkokuoren sisään sovitetusta, kulutusta kestävästä, sylinterin muotoisesta osasta. Erottimen ulkokuoren ja sylinterin muotoisen osan väliin jäävä tila täytetään jollakin sopivalla täyt-15 teellä. Erottimen sisään tulevasta sylinterin muotoisesta osasta ja täytteestä johtuen erottimesta tulee kuitenkin kaikesta huolimatta raskas ja suurikokoinen, vaikkakin osa keraamisesta lämmöneristeestä on voitu jättää pois. Lisäksi kulutusta kestävästä materiaalista valmistettu 20 sylinterinmuotoinen sisäosa pyörrekammion keskustassa on erittäin altis sekä kemialliselle että mekaaniselle rasitukselle pyörrekammiossa vallitsevasta korkeasta lämpötilasta johtuen.

25 Tämän keksinnön tarkoitus onkin aikaansaada edellä mainittuja erotinlaitteita rakeenteellisesti yksinkertaisempi, ...‘ vähemmän tilaa vievä ja halvempi ratkaisu.

• · · Tämän keksinnön tarkoitus on myös aikaansaada yksinker-: 30 täisistä elementeistä valmistettavissa oleva keskipako- erotin. Tarkoituksena on siten aikaansaada erotin, joka I I · esimerkiksi voidaan valmistaa pääasiassa tasomaisista tai levymäisistä vesiputkipaneeleista. Tarkoituksena on näin aikaansaada erotinratkaisu, joka on helposti moduloitavissa ,,,35 eli erotin, joka voidaan rakentaa kulloinkin tarvittavasta määrästä erotinmoduleja.

·;·'· Tarkoituksena on siten aikaansaada keskipakoerotin, joka I) 5 92156 moduulirakenteensa ansiosta soveltuu tunnettuja rakenteita paremmin suurtenkin kiertoleijureaktoreiden erottimeksi.

Tämän keksinnön tarkoituksena on vielä aikaansaada keski-pakoerotin, jonka kulutuskestävyys on hyvä.

5

Edellä mainittujen tarkoitusperien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle keskipakoerottimelle tunnusomaista se, että keskipakoerotin on muodostettu ainakin kahdesta vierekkäin sovitetusta pyörrekammiosta, joiden ainakin yksi seinä 10 on muodostettu yhdestä pyörrekammiot yhteen liittävästä putkipaneelista.

Pyörrekammio on muodostettu pääasiallisesti tasomaisista seinistä. Sivuseinien muodostama poikkileikkaus on edulli-15 sesti neliön tai suorakaiteen tai monikulmion , mutta voi olla viisi-, kuusi- tai jopa kahdeksankulmion muotoinen, jos sen valmistus levymäisistä seinistä silti on mahdollista ilman suuria vaikeuksia. Pyörrekammion kaasutilan poikkileikkaus poikkeaa ympyrästä. Pyörrekammion kaasutilan 20 poikkileikkauksen muotoa voidaan kuvata nk. pyöreydellä X, joka on kaasutilan piiri jaettu poikkileikkauksen sisään mahtuvan suurimman ympyrän piirillä. Sylinterin muotoisella erottimella X = 1 ja neliöllä X = 1,273. Keksinnön mukaisessa erottimessa sen kaasutilan pyöreys X > 1,1, edulli-25 sesti X > 1,15. Kaasutilan poikkileikkaus on siis silloin neliö tai lähes neliö.

• · · • · · • · · ·

Pyörrekammio on sisäpuolelta ainakin osittain päällystetty ohuella kerroksella kulutusta kestävää ja tulenkestävää 30 massaa. Tämä massakerros ei oleellisesti muotoile kaasutilan . .·, poikkileikkausta pyöreäksi, vaan suojaa kulutukselle alttii- • · · ta kohtia pyörrekammiossa. Massaus ei liioin keksinnön • · · *. edullisessa sovellutusmuodossa oleellisesti toimi läm- • · ·.: · möneristeenä pyörrekammiossa. Massauskerroksen paksuus on 35 edullisesti noin 40 - 100 mm. Tämä ohut kulutusta kestävä : tulenkestävä massakerros voidaan kiinnittää tapeilla tai ! muilla tartuntaelimillä pyörrekammion seinäpintaan, joka edullisesti on vesiputkipaneeli. Kiinnittämällä massakerros 92156 6 suoraan jäähdytettyyn seinään, ilman eriste- tai muita välikerroksia massan ja seinän välissä, aikaansaadaan myös massan jäähtyminen. Jäähtyessään tästä massakerroksesta tulee sekä kemiallisesti että mekaanisesti kestävämpi.

5 Kulutusta kestäväksi massaksi voidaan valita lämpöä johtava materiaali, jolloin se jäähtyy vielä nopeammin. Tapitus edistää myös jäähtymistä.

Sisääntulevan kaasun kuluttavan vaikutuksen vähentämiseksi 10 voidaan sisääntuloseinän vastakkaiselle seinälle ja erityisen herkästi kuluviin kohtiin muodostaa erityinen lisäkerros kulutusta suojaavaa massaa tai käyttää näissä kohdin normaalia kestävämpää massaa.

15 Keksinnön eräässä edullisessa sovellutusmuodossa pyörrekam-mion seinät on muodostettu jäähdytyspinnoista, kuten vesiputkipaneeleista. Koska pyörrekammio muodostetaan tasomaisista seinistä, seinäelementteinä voidaan käyttää valmiita vesiputkipaneeleita. Keskipakoerotin voidaan näin, 20 kuten esim. kaasutus- tai polttoreaktorit, yksinkertaisesti koota hitsaamalla tulevalla käyttöpaikalla. Osa tai edullisesti kaikki pyörrekammion seinät on keksinnön mukaan muodostettu jäähdytettyinä.

25 Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan keskipakoerotin on muodostettu pitkänmuotoisesta pyörrekammiosta, • jonka sisään muodostetaan kaksi tai useampi vierekkäistä, « ♦ : *·· toisistaan erillään olevaa kaasupyörrettä. Pyörrekammion'

Ml ί,.,ί sivuseinät on muodostettu neljästä tasomaisesta panee- :. r . 30 lista, esim vesiputkipaneelista, siten että kaksi pyörre- ·’"· kammion vastakkaisista seinistä muodostaa kammion kaksi • · · pitkää seinää ja kaksi jäljelle jäävää seinää muodostaa pyörrekammion päätyseinät. Pitkät seinät voivat edullisesti . olla kaksi tai useampia kertoja pitempiä kuin päätyseinät.

... 35 Silloin pyörrekammion sisään jäävän tilan poikkileikkaus ·. edullisesti vastaa kahden tai useamman peräkkäisen neliön tilaa, joissa neliöiden sivun pituus on yhtä suuri kuin . : päätyseinän pituus.

7 92'i 56

Pitkänmuotoiseen pyörrekammioon järjestetään kammion pituussuunnassa useita peräkkäisiä pyörteitä sijoittamalla kaasun tuloaukko(t) ja kaasun poistoaukko(t) sopivasti, 5 siten että pyörrekammioon muodostuu kaasun poistoaukkoja vastaava määrä pyörteitä. Kaasun tuloaukko(t) sovitetaan pyörrekammioon, siten että kaasu ohjaantuu tangentiaalisesti yhteen tai kahteen rinnakkaiseen pyörteeseen.

10 Pitkänmuotoinen pyörrekammio soveltuu hyvin sovitettavaksi leijukerrosreaktorin kylkeen siten, että yksi reaktorin seinistä tai ainakin osa sen yläosasta samalla muodostaa yhden seinän pyörrekammiossa. Näin esim. osa reaktorin yhtä pitkää seinää ja pyörrekammion pitkä seinä voisivat olla 15 yhteisiä, mikä tietenkin vähentää materiaalikustannuksia.

Lisäksi voidaan reaktorin ja erottimen yhdistämisessä edullisesti käyttää hyväksi reaktorin kahta muuta seinää. Yhteistä seinää kohtisuoraan olevien seinien jatkeet voivat 20 muodostaa myös pyörrekammiossa esim. päätyseinät. Näin voidaan reaktorin kolmea jäähdytettyä paneeliseinää käyttää hyväksi erotinkonstruktiossa, mikä valmistuksessa tuo huomattavia taloudellisia ja valmistusteknisiä etuja. Tällä rakeenteella voidaan esim. leijukerrosreaktorin 25 tulipesä ja keksinnön mukainen syklonierotin sovittaa siten, että ne muodostavat yhden ainoan suorakaiteen ··· muotoisen rakenteen, mikä tuennan kannalta on erittäin • *’ edullista.

* · · • · • · • t ·,· . 30 Erotetun kiintoaineen poistoaukkoja voidaan järjestää ;** *- pyörrekammioon yksi jokaista pyörrettä kohti, jolloin :*·*; esim. kiertoleijureaktorissa on helppo järjestää tasainen kiintoaineen palautus useasta vierekkäisestä kohdasta leijukerrosreaktorissa. Haluttaessa voidaan eri pyörteissä ... 35 erotetut kiintoaineet yhdistää yhteen keräilykammioon tai \ keräilysuppiloon pyörrekammion alaosaan ja ohjata sieltä haluttuun kohteeseen.

92156 8

Pitkänomaisessa pyörrekammiossa pitkät seinät saattavat tarvita tukea seinäpaneelien jäykkyyden lisäämiseksi ja taipumisen estämiseksi. Tällöin voidaan kahden vastakkaisen pitkän seinän väliin sovittaa poikkitukia tai poikkiseiniä, 5 jotka jäykistävät kammiorakennetta. Poikkituet/seinät sovitetaan kahden pyörteen väliin siten, että poikkituet/-seinät eivät vaikuta haitallisesti pyörteen muodostumiseen. Poikkituet/seinät voivat olla jäähdytetyt tai valmistetut kulutusta ja kuumuutta kestävästä materiaalista. Poikkituet 10 voivat muodostaa väliseinän pyörrekammioon siten, että se jakaa kammion osittain tai kokonaan erillisiin kammio-osiin. Poikkituet voivat ulottua pyörrekammion katosta sen pohjaan saakka, jolloin kammioon muodostuu kaksi tai poikkiseinien lukumäärästä riippuen useampi täysin erillisiä 15 kaasutiloja. Poikkituet voivat toisaalta olla pelkkiä lyhyitä tukielementtejä, jotka eivät varsinaisesti jaa kammiota erillisiin kaasutiloihin.

Kaasun sisääntuloaukot pyörrekammiossa ovat edullisesti 20 pystysuorien, kapeiden, pitkänomaisten rakojen muotoiset.

Raot voivat esim. olla pyörrekammion yläosan korkuiset. Sisääntuloaukkoihin voidaan edullisesti sovittaa ohjaus-: levyjä kaasun ohjaamiseksi tangentiaalisesti pyörteeseen.

Ohjauslevyt toimivat samalla pitkän seinän jäykistiminä.

25

Keksinnön mukaisia keskipakoerottimia, joissa on vain yksi .·:·. pyörre ja jotka siten ovat poikkileikkaukseltaan lähinnä neliön muotoisia, voidaan helposti sovittaa useita rinnakkain ja näin muodostaa vähän tilaa vievä, kompakti, yksin-30 kertaisista elementeistä rakennettu syklonipatteri.

• · · *··· Keksinnön tärkeimpinä etuina voidaankin pitää sen yksinker- • · ·.· täistä rakennetta ja sitä, että se mahdollistaa pienikö- • · .*·· koisen hiukkaserotinpatterin rakentamisen esim. yksinker- ____ 35 täisistä, etukäteen valmistetuista vesiputkipaneeleista, •· jotka voidaan etukäteen koneellisesti eli halvalla hit- . saamalla valmistaa työpajalla. Järjestämällä useita kiin- toaine-erotuksen aikaansaavia pyörteitä samaan pitkän- 92156 9 omaiseen pyörrekammiotilaan tarvitaan vähemmän erotin-seinäpinta-alaa kuin erillisistä erottimista kootussa syklonipatterissa.

5 Jäähdytyksen ansiosta erottimen seinämärakenne on ohuempi kuin yleensä käytettyjen kuumakaasuerottimien ja neliön/-suorakulman muotoisen rakenteensa ansiosta se voidaan valmistaa levymäisistä osista.

10 Keksinnön mukainen erotin soveltuu rakenteellisesti hyvin käytettäväksi esim. leijukerrosperiaatteella toimivissa kaasuttimissa ja polttoreaktoreissa tuote- tai savukaasujen puhdistamiseen, joissa rakenne halutaan tehdä jäähdytetyksi ja joissa erotettava hiukkasmäärä on suuri. Keksintö 15 soveltuu erikoisen hyvin käytettäväksi kiertoleijureakto-reissa kiertomassan erottamiseen kaasuista.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 20

Kuvio 1 esittää kaaviollisena kuvantona keksinnön mukaista keskipakoerotinta sovitettuna kiertoleijureaktorin yhteyteen,

Kuvio 2 esittää kuvion 1 leikkausta viivaa A-A pitkin; 25 Kuvio 3 esittää kuvion 2 leikkausta viivaa B-B pitkin;

Kuvio 4 esittää erästä toista keksinnön mukaista keskipa- koerotinta sovitettuna niin ikään kiertoleijureaktoriin; « « • Kuvio 5 esittää kuvion 4 leikkausta viivaa C-C pitkin; • ·

Kuvio 6 ja 7 esittävät kuvioita 3 ja 5 vastaavia leikkauksia « : 30 keksinnön mukaisista toisista keskipakoerottimista.

« « · • t I f • · «

Kuvioissa 1, 2 ja 3 on esitetty kiertoleijureaktori, joka käsittää reaktorikammion 10, hiukkaserottimen 12 ja erotettujen hiukkasten palautuskanavan 14. Reaktorikammio on .. 35 poikkileikkaukseltaan suorakulmion muotoinen ja muodostettu vesiputkiseinämistä, joista vain pitkät seinät 16 ja 18 on ' ·"· esitetty kuviossa 1. Vesiputkiseinämät on edullisesti muodostettu yhteenliitetyistä pystysuorista vesiputkista.

• · 92156 10

Toinen seinämistä 18 on yläosastaan taivutettu muodostamaan reaktorikammion katto 20. Reaktorikammion alaosan seinät on suojattu massauksella 22. Reaktorikammion pohjan muodostaa suutinlevy 24, joka on varustettu suuttimilla tai 5 aukoilla 26 leijutuskaasun syöttämiseksi ilmakaapista 28 reaktorikammioon leijupetin ylläpitämiseksi kammiossa. Leijutuskaasua tai -ilmaa tuodaan reaktorikammioon nopeudella, joka saa jatkuvasti osan leijuvasta petimateriaalista virtaamaan kaasun mukana kammion yläosassa olevasta aukosta 10 30 hiukkaserottimeen 12.

Kuvion 1, 2 ja 3 mukainen keskipakoerotin on nk. multivor-tex-keskipakoerotin, jonka kaasutilaan muodostetaan kaksi vierekkäistä, hiukkasia keskipakovoimalla kaasusta erottavaa 15 pystysuoraa pyörrettä. Pyörrekammio on muodostettu tasomaisista, pääasiallisesti suorakaiteen muotoisista vesiput-kiseinämistä 32, 34, 36 ja 38. Myös nämä seinämät on edullisesti muodostettu pystysuorista yhteenliitetyistä vesiputkista. Pyörrekammiossa 12 reaktorikammiota vastaan 20 oleva pitkä seinä on yhteinen reaktorikammion kanssa eli pyörrekammion seinämä 32 on muodostettu osasta reaktori-kammion seinämää 16. Raon 30 kohdalla vesiputkiseinämää 32 i on taivutettu pyörrekammion sisään siten, että taivutetut , ' osat 40 muodostavat kaasunvirtausta ohjaavan sisääntulo- 25 kanavan 42 pyörrekammioon. Rako 30 on korkea ja kapea, korkeampi ja kapeampi kuin tavanomaisissa pystysykloneissa, .V. edullisesti koko pyörrekammion yläosan korkuinen. Seinämästä t sisäänpäin taivutetut osat 40 on edullisesti taivutettu siten, että sisääntulokanava suippenee sisäänpäin pyörrekam-30 mioon mentäessä.

* M

*··· Pyörrekammion seinämät ovat yläosastaan pystysuorat ja * t ·.· tasomaiset. Pitkä seinämä 36 on alaosastaan taivutettu • · .'** vastakkaista pitkää seinää 32 kohti siten, että alaosaan ,,, 35 muodostuu epäsymmetrinen, pitkä, suppilonmuotoinen tila 44, -· jonka alaosa muodostaa kiintoaineen poistoaukon 46.

Poistoaukko 46 muodostaa samalla sisääntuloaukon palautus-

II

92156 11 kanavaan 14. Palautuskanavan pitkät seinät muodostuvat hiukkaserottimen seinien 32 ja 36 jatkeista. Palautus-kanavan päätyseinät on vastaavasti muodostettu seinien 34 ja 38 osien jatkeesta. Päätyseinät 34 ja 38 jatkuvat vain 5 palautuskanavan 14 leveyden osalta alaspäin muodostaen palautuskanavan. Muilta osin päätyseinät ulottuvat vain palautuskanavan yläosaan saakka, kuten kuviossa 1 on seinän 34 osalta esitetty. Palautuskanavan alaosa on L-mutkan 48 kautta yhteydessä reaktorikammion alaosaan erottimessa 10 erotetun kiintoaineen palauttamiseksi leijupetiin.

Pyörrekammion yläosaan on aukkoihin 50 ja 52 sovitettu kaksi peräkkäistä kaasunpoistoputkea 54 ja 56 puhdistetun kaasun poistamiseksi pyörrekammion kaasutilasta. Kaasun-15 poistoputket eli nk. keskusputket erottimessa voivat tarvittaessa olla keraamisia tai jäähdytettyjä, jotta ne kestävät kuumat olosuhteet erottimessa. Keskusputket on edullisesti sovitettu pyörrekammion kaasutilaan siten, että niiden keskiakselit ovat kaasupyörteen luonnollisella 20 keskiakselilla. Kaasut johdetaan erottimesta sen päälle muodostettuun kanavaan 60, johon on sovitettu lämmöntal-teenottopintoja 62, ja siitä edelleen reaktorikammion viereen sovitettuun pystysuoraan konvektio-osaan 64, johon myös on sovitettu lämmöntalteenottopintoja 66. Kaasut 25 poistetaan yhteen 68 kautta.

.*,* Pyörrekammion pitkät seinät on jäykistetty seinästä 32 • · seinään 36 kulkevalla väliseinällä 70. Väliseinä ulottuu hieman sisääntuloaukon 30 alapuolelta pyörrekammion alaosaan 30 saakka. Väliseinä estää kaasunvirtauksesta johtuvat pitkien seinien taipumiset tai värähtelyt. Väliseinän sijasta ·... voidaan ajatella myös kulutusta kestävien tukipalkkien • · käyttämistä pitkien seinien jäykistämiseen. Sisääntuloauk-koon 30 seinästä 32 taivutettu osa 40 jäykistää pyörrekammi-35 on yläosan osalta seinää 32.

< t

Pyörrekammioon ei ole oleellisesti sovitettu ympyrän muotoisia elementtejä pitämään kaasua pyörteen muotoisessa 92156 12 liikkeessä tai ohjaamaan kiintoainetta. Pyörrekammion kaasutilan eli kaasun täyttämän tilan poikkileikkaus poikkeaa siten oleellisesti ympyrästä. Kaasupyörre muotoutuu kaasutilassa sisääntulevan kaasuvirran tangentiaalises-5 ta syötöstä ja kaasunpoistoaukon sekä tasomaisten seinien sijainnin mukaan. Yllättäen on nyt huomattu, että erottimes-sa ei kaasutilassa tarvita sylinterin muotoisia tai muita kaarevia ohjaavia seiniä pyörteen ylläpitämiseen.

10 Pyörrekammion seinät on sisäpuolelta päällystetty ohuella kerroksella kulutusta kestävää ja tulenkestävää massaa, mitä ei ole esitetty kuvioissa. Massauskerroksen paksuus on yleensä n. 40 - 100 mm. Tulenkestävä kulutusta kestävä massa voidaan edullisesti kiinnittää suoraan pyörrekammion 15 seiniin. Erityisen kulutusalttiisiin kohtiin on massausta lisättävä enemmän tai näihin kohtiin voidaan käyttää tavanomaista kestävämpää massaa. Näin esim. seinään 36 voidaan kaasun sisääntuloaukkoa 30 vastapäätä muodostaa pystysuora, pituudeltaan sisääntuloaukon korkeutta vastaava 20 suojamassaus, johon sisääntulevan kaasusuihkun mukana pyörrekammioon virtaavat hiukkaset ainakin osittain törmäävät .

·.. Erottimeen tulevan kaasun sisältämät hiukkaset pyrkivät 25 kulkemaan suorempaa kulkurataa kuin kaasu. Esimerkiksi j kaasun virratessa sisään pyörrekammioon ja kaasujen käänty- • · « t .···. essä muodostamaan pyörrettä, hiukkaset jatkavat pääasial- • · · lisesti suoraa rataansa törmäten näin vastapäiseen seinään • · · 36. Tästä hiukkasten hitaudesta muuttaa kulkurataansa . 30 johtuu myös se, että pyörrekammion nurkka-alueet ovat • · · **” kulutusaltiita kohtia ja ne on edullisesti suojattava • · · * paksummalla massakerroksella tai kestävämmällä massalla.

• · · • · · ·

Kiertoleijukreaktoreille tyypillisillä suurilla kiinto-35 ainevirroilla hiukkasten aiheuttama kulutus ei kuitenkaan . ole suurin kohdassa, joka on kohtisuoraan sisääntuloaukkoa ’ * vastaan, vaan kriittiset alueet saattavat olla molemmin puolin tätä kohtaa. Tämä selittynee sillä, että hiukkaset

II

92156 13 itse valuessaan alaspäin muodostavat suojamuurin tai suojaavan kerroksen tähän kohtaan. Tämä on edullista ottaa huomioon suojamassausta tehtäessä siten, että kestävä massaus muodostetaan koko tälle kriittiselle alueelle, eikä 5 vain varsinaiseen törmäyskohtaan kohtisuoraan kaasun sisään-tuloaukkoa vastapäätä.

Myös palautuskanava 14 on jaettu väliseinällä 71 kahteen osaan 13 ja 15, joiden alaosat on muodostettu muuratuilla 10 tai suojamassatuilla seinillä 72 suppilon muotoisiksi tiloiksi 74 ja 76, joihin erotettu kiintoaines valuu. Suppilon muotoisesta tilasta kiintoaines syötetään aukkojen 78 ja 80 kautta takaisin reaktorikammion alaosaan.

15 Kuviossa 1 on esitetty keksinnön eräs edullinen suoritusmuoto, jonka mukaan palautuskanavassa 14 on yhtenä seinänä 32 käytetty hyväksi reaktorikammion seinää 16. Keksinnön erään toisen, kuviossa 4 esitetyn sovellutusmuodon mukaan palautuskanava on muodostettu erillisistä seinistä eikä 20 siinä ole käytetty hyväksi reaktorikammion seinää. Kuviossa 4 on käytetty soveltuvin osin samoja viitenumerolta kuin kuvioissa 1, 2 ja 3. Pyörrekammion 12 alaosassa seinät 32 j '· ja 36 on molemmat taivutettu toisiaan vasten, siten että pyörrekammion alaosaan muodostuu symmetrinen suppilo.

25 Palautuskanava 14 sijoittuu näin pienen välimatkan päähän reaktorikammiosta. Palautuskanavan alaosaan on järjestetty kaasulukko tai polvi 84, joka estää kaasun virtaamisen i * i reaktorikammiosta palautuskanavan.

• · · 30 Kuvion 4 esittämässä sovellutusmuodossa palautuskanava 14 on pitkänomainen kanava kuten kuvion 2 esittämässä sovellu-*’{’< tusmuodossa. Pyörrekammion alin osa voidaan kuitenkin väliseinien avulla muotoilla myös siten, että sen suppilon ·· · · ··,·'*’ muotoiseen pohjaan muodostuu yksi tai useampi kiintoaineen 35 poistoaukko joiden muoto on lähes neliön tai ympyrän muo toinen. Poistoaukkoon tai -aukkoihin voidaan tällöin yhdistää putken muotoiset palautuskanavat kuten tavanomai-·;·· sissa pystysyklonierottimissa.

92156 14

Kuvio 5 esittää kuviota 3 vastaavaa leikkausta kuviosta 4. Kuvion 1, 2 ja 3 esittämässä sovellutusmuodossa pyörrekammi-oon on järjestetty yksi kaasun sisääntuloaukko 30. Kuvion 5 5 mukaisessa keskipakoerottimessa on sitä vastoin kaksi sisääntuloaukkoa 86 ja 88 - yksi kutakin pyörrettä kohti. Pyörrekammion kaasutilan poikkileikkaus on tässäkin tapauksessa, kuten kuvion 3 esittämässä tapauksessa, suorakaiteen muotoinen. Pyörrettä kohti kaasutilan poikkileikkaus on 10 lähinnä neliön muotoinen. Pyörrekammion seinät on suojattu ohuella kerroksella kulutusta kestävää massaa, jota ei kuvioissa ole esitetty.

Keksinnön mukainen keskipakoerotin on erikoisen edullinen, 15 koska siinä samaan erotin-"kuoreen" voidaan yhdistää monta pientä pyörrettä. Pyörteitä voidaan erottimeen järjestää esim. samaan tilaan neljä, jolloin kullekin pyörteelle järjestetään kaasunpoisto 54, 55, 56 ja 57, kuten kuviossa 6 on esitetty. Kaasun sisääntuloaukkoja järjestetään 20 erottimeen edullisesti kaksi siten, että yksi aukko kulloinkin syöttää kaasua kahteen pyörteeseen. Vastaavasti voidaan muodostaa erottimia, joissa on vielä enemmänkin pyörteitä.

Kaasun sisääntuloaukot on sovitettu erottimessa siten, 25 että kaasu syötetään pääasiallisesti tangentiaalisesti muodostettavaa pyörrettä kohti. Kuvion 6 esittämässä keksinnön suoritusmuodossa multivortex-erottimeen on • « ·· sovitettu tukiseinä 70 tukemaan erottimen pitkiä seiniä.

• · « V * Seinä jakaa pyörrekammion kahteen yhtäsuureen osaan.

30 ^ '1' Toisaalta voidaan myös erillisiä kahden pyörteen erottimia yksinkertaisesti sovittaa vierekkäin siten, että saadaan yksi neljän pyörteen erotinpatteri. Tasomaisten seinien ansiosta erottimet on helppo sovittaa vierekkäin ilman 35 ylimääräistä tilantarvetta. Pienempiä vakiokokoisia erottimia voidaan näin yksinkertaisesti yhdistää tarpeellinen 'V,; määrä. Rakenteesta tulee huomattavasti edullisempi kun .... voidaan valmistaa vakiokokoisia erotinelementtej ä ja 11 92156 15 yhdistää niitä tarpeellinen määrä sen sijaan, että kulloinkin valmistetaan yksi suurikokoinen erotin.

Rakennuspaikalla hitsattavien seinien lukumäärä erotinpatte-5 reissä, joissa yhdistetään vierekkäin useita tasomaisia seinäelementtejä pitkiksi erotinpattereiksi käyttäen yhteisiä väliseiniä eri erottimien välillä, on huomattavasti pienempi kuin valmistettaessa täysin erillisiä erottimia. Seinien lukumäärä keksinnön mukaisessa erotinpat-10 terissä = tai < pyörteiden lukumäärä +3, kun joka pyörteen välissä on väliseinä. Myös erotinyksikköihin tarvittava seinäpinta-ala on näin pienempi, mikä tekee erottimesta hinnaltaan edullisen. Erittäin edullinen rakenne saadaan kuvion 1 mukaisella rakenteella, jossa erottimessa on 15 voitu käyttää hyväksi myös reaktorikammion seinäpintalaa.

Tässä tapauksessa tarvittavien seinien lukumäärä = tai < pyörteiden lukumäärä + 2, kun joka pyörteen välissä on väliseinä. Vielä pienempiin seinälukumääriin päästään, jos väliseiniä käytetään vähemmän.

20

Keksinnön mukaisessa erottimessa voi kuitenkin olla vain yksikin kaasupyörre ja yksi tai useampi kaasun sisääntulo-aukko, kuten kuviossa 7 on esitetty. Keksinnön mukaiset edut, jotka saadaan muodostamalla pyörrekammio tasomaisista 25 seinistä siten, että pyörrekammion sisäosakin vielä olennaisesti poikkeaa pyöreästä muodosta, saavutetaan tässäkin ···. tapauksessa.

% ψ • * · • · · « · *

Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa esimerkkeinä esitet- . 30 tyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella ja « « « ;**' soveltaa patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen r · « '·' ‘ ajatuksen puitteissa. Siten pyörrekammio voi joissakin »:* tapauksissa olla monikulmion, kuten kuusikulmion tai jopa kahdeksankulmion, muotoinen kammio, joka voidaan yksinker-35 taisesti valmistaa tasomaisista paneeleista. Pyörrekammion . , kaasutilan poikkileikkaus on pääasiallisesti saman muotoinen ’ ’ kuin pyörrekammion ulkoseinien muodostama poikkileikkaus.

Keksinnön mukaisessa erottimessa ei pyörrekammion kaasuti- 92156 16 laan muodosteta oleellisesti kaarevia seiniä esim. läm-möneristysmassoilla, kulutusta kestävillä massoilla tai ohjainlevyillä siten, että pyörrekammion kaasutilan poikkileikkaus lähentelisi ympyrää. Sisäseinät voidaan kuitenkin 5 suoraan päällystää ohuella kerroksella kulutusta kestävää massaa.

I I

• · · ·1 • · • t · * · · • · • t • « « « · 4 · • t · fo · » t I l • ·ι • I f • · « •

I I

< a 1 i < « 4 | · f

• I

• f • · » li ♦ • 1 1 • ' · 4 ·

Claims (20)

92156

1. Keskipakoerotin kiinteiden hiukkasten erottamiseksi kaasuista, joka keskipakoerotin käsittää pystysuoran pyör- 5 rekammion (12), joka on muodostettu pääasiallisesti tasomaisista sivuseinistä (32, 34, 36, 38) ja jonka pyörrekammion sivuseinien muodostama poikkileikkaus on pääasiallisesti neliön, suorakaiteen tai monikulmion muotoinen, 10 jonka pyörrekammion kaasutilan poikkileikkaus oleellisesti poikkeaa ympyrästä, ja johon pyörrekammioon on sovitettu ainakin yksi puhdistettavien kaasujen sisääntuloaukko (30) pyörrekammion yläosaan, ainakin yksi puhdistettujen kaasujen poistoaukko 15 (50, 52) pyörrekammion ylä- tai alaosaan ja ainakin yksi erotettujen hiukkasten poistoaukko (46) pyörrekammion alaosaan siten, että pyörrekammioon muodostuu ainakin yksi oleellisesti pystysuora pyörre, tunnettu siitä, että keskipakoerotin on muodostettu ainakin kahdesta vierekkäin 20 sovitetusta pyörrekammiosta, joiden ainakin yksi seinä (32, 36. on muodostettu yhdestä pyörrekammiot yhteen liittävästä putkipaneelista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotin, tunnettu 25 siitä, että ; pyörrekammion kaasutilan poikkileikkauksen • · · :;i.: pyöreys X > 1,1 edullisesti X > 1,15, kun pyöreys X on pyörrekammion kaasutilan sisäpinnan poikkileikkauksen piiri • * · V ; jaettuna poikkileikkauksen sisään mahtuvan suurimman 30 ympyrän piirillä. • · · • · · • · ·

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotin, tunnettu . *. siitä, että pyörrekammion kaasutilan sisäpinnat on päällystetty ohuella « · *·;*’ 35 kerroksella kulumista kestävää ainetta. :'· f

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotin, tunnettu siitä, että 92156 ainakin kaksi pyörrekammion yläosan vastakkaista sivuseinää (32,36) on muodostettu jäähdytyspinnoista.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen keskipakoerotin, tunnettu 5 siitä, että kaikki pyörrekammion sivuseinät (32, 34, 36, 38) on muodostettu jäähdytyspinnoista.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotin, tunnettu 10 siitä, että pyörrekammion sivuseinien (32,34,36,38) muodostaman tilan poikkileikkaus on suorakaiteen muotoinen siten, että suorakaiteen pitkien sivuseinien pituus on kaksi tai useampi kertaa lyhyiden sivuseinien pituus ja että 15 pyörrekammioon on järjestetty pyörrekammion pituussuunnassa peräkkäin kaksi tai useampia kaasunpoistoaukkoja (52, 54) siten, että pyörrekammioon muodostuu kaksi tai useampia pyörteitä.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen keskipakoerotin, tunnettu siitä, että pyörrekammioon on järjestetty yksi kaasun sisääntuloaukko (30) kahta kaasun poistoaukkoa (52,54) kohti siten, että yhdestä kaasun sisääntuloaukosta kaasu 25 jakaantuu kahteen pyörteeseen, joista kaasut poistuvat kahden erillisen poistoaukon kautta. « • · · • · · • · · · s...:

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen keskipakoerotin, tunnettu • · · *.·1 siitä, että 30 pyörrekammioon on sovitettu ainakin kahden pyörteen ; väliin toiselta pitkältä sivulta toiselle ulottuva • · · väliseinä (70), joka muodostaa pitkiä sivuseiniä (32,36) • tukevan elimen. • · • · ·

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotin, tunnettu ·/· ] siitä, että • < I 92156 kaasun sisääntuloaukko tai -aukot (30) ovat pystysuoran kapean raon muotoiset.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen keskipakoerotin, 5 tunnettu siitä, että rako tai raot (30) ovat pääasiallisesti pyörrekammion yläosan korkuiset.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotin, 10 tunnettu siitä, että pyörrekammion yläosan kaasutilan poikkileikkaus on oleellisesti vakio eri korkeustasoilla.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotin, 15 tunnettu siitä, että pyörrekammion alaosan kaasutilan poikkileikkauksen pinta-ala pienenee alaspäin mentäessä.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen keskipakoerotin, 20 tunnettu siitä, että ainakin yksi seinä (36) pyörrekammion alaosassa on kalteva siten, että kaasutila alaspäin mentäessä pienenee. • «

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen keskipakoerotin, 25 tunnettu siitä, että kaksi vastakkaista seinää (32,36) pyörrekammion • · · : alaosassa lähestyvät toisiaan alaspäin mentäessä siten, l...; että alaosa muodostaa raon (14). iT:

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen keskipakoerotin, ; tunnettu siitä, että • · · .·;·. yksi seinä (32) pyörrekammion alaosassa lähestyy 1 vastakkaista seinää siten, että alaosaan muodostuu rako. • · · « · i · !...‘ 35

16. Patenttivaatimuksen 12 mukainen keskipakoerotin, ;_j tunnettu siitä, että 92156 yksi tai useampi seinä (32,36) pyörrekammion alaosassa lähestyvät toisiaan siten, että alaosaan muodostuu pääasiallisesti erotettujen hiukkasten poistoaukon (46) kokoinen rako tai kanava. 5

17. Patenttivaatimuksen 12 mukainen keskipakoerotin, tunnettu siitä, että erotettujen hiukkasten poistoaukko tai -aukot (46) eivät ole samalla symmetria-akselilla puhdistettujen 10 kaasujen poistoaukon tai -aukkojen kanssa.

18. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotin, tunnettu siitä, että kahdella vierekkäisellä pyörrekammiolla on yksi 15 yhteinen seinä (70).

19. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotin, tunnettu siitä, että kahdella vierekkäisellä pyörrekammiolla on yksi 20 yhteinen kaasujen sisääntuloaukko (30).

20. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskipakoerotin, .··, tunnettu siitä, että ;·, pyörrekammion kaasujen sisääntuloaukon tai -aukkojen 25 kohdalle on sovitettu jäähdytetyt ohjauslevyt kaasujen ohjaamiseksi pyörteen suuntaan (40). • · · » · · • · · · • · · t : • · · • m i : : « * · · • · · ··· • · t • · • i · • · * t · * · « ( i : 1 · · · 92156