ВЫНОСНОЙ ЦИКЛОН
EXTERNAL CYCLONE

Область применения
Изобретение относится к сепарационным устройствам для отделения пара от воды и может быть применено в котельной технике, например, паровых котлах.
Более детально, изобретение относится к циклонам, например выносным циклонам, которые используются в паровых котлах различных типов и модификаций.
Известный уровень техники
Сепарационные устройства являются необходимым элементом работы парового котла. В сепарационных устройствах происходит отделение пара от воды. Также использование сепарационных устройств обеспечивает вывод из водяного объема пузырьков пара, которые могут уноситься в опускные трубы, что крайне нежелательно, поскольку наличие пузырьков пара приводит к уменьшению плотности пароводяной смеси в опускных трубах и к снижению движущего напора циркуляционных контуров парового котла.
Применение сепарационных устройств в виде выносных циклонов в паровых котлах позволяет более эффективно осуществлять конструктивное оформление паровых котлов, и в частности солевых отсеков в отдельных экранных контурах, полностью вынесенных из барабана котла. При таких солевых отсеках с выносными циклонами могут практически полностью быть ликвидированы перетоки и переброс котловой воды из солевых отсеков в барабан котла. Продувка из барабана осуществляется по питательной линии к выносному циклону.
Выносные циклоны могут использоваться в паровых котлах низкого, среднего и высокого давления. При этом схемы компоновки паровых котлов могут быть различными.
Следует отдельно отметить, что использование выносных циклонов в паровых котлах приводит к существенному увеличению гидравлического сопротивления пароводяной смеси, которая отводится в выносной циклон. Поэтому оптимальная скорость подачи пароводяной смеси в выносной циклон является одним из существенных условий эффективной работы выносного циклона.
Известны различные технические решения выполнения выносных циклонов см. №SU 370409, SU 383959, SU 421850, SU 444035, SU 1174670 и SU 1393988.
В статье «Новая конструкция двухступенчатого выносного циклона для паровых котлов» (Вестник НТУ "ХПИ", Сборник научных трудов 2, 2007, тематический выпуск "Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование" от 23.03.2007 г.сборник трудов НТУ «ХПИ», авторов: В.Я. Горбатенко, Е.А. Данилин и Д.В. Колосов), авторами был предложен выносной циклон (см. фиг.1), который характеризуется наличием:
- вертикально ориентированного корпуса 1, разделенного на две секции, а именно, верхнюю 2 и нижнюю 3 секции,
- по меньшей мере, одного патрубка подачи 4 пароводяной смеси, который примыкает к нижней секции 3, выше уровня воды 5 в нижней 3 секции,
- по меньшей мере, одного контура циркуляции 6 влажного пара из нижней 3 секции в верхнюю 2 секцию,
1
- наличием в верхней 2 секции двух камер, а именно, центральной 7, камеры сухого пара и крайней 7 камеры сбора конденсата,
1
- по меньшей мере, одного патрубка отвода 8 сухого пара из центральной 7 камеры сухого пара,
2
- по меньшей мере, одного контура слива 9 конденсата из крайней 7 камеры сбора конденсата в нижнюю 3 секцию,
- по меньшей мере, одного патрубка отвода 10 воды из нижней 3 секции.
Также конструктивной особенностью выносного циклона является то, что в нижней 3 секции выше уровня воды 5 и патрубка подачи 4 пароводяной смеси расположен дырчатый лист 11 предназначенный для выравнивания вихревого потока в нижней 3 секции, а также для сепарации влаги из пароводяной смеси. Также конструктивной особенностью выносного циклона является то, что в верхней 2 секции расположены завихрители 12 потока.
В процессе работы известного выносного циклона в нем возникают колебания уровня воды 5 в нижней 3 секции, причины возникновения колебаний уровня воды 5 в выносном циклоне могут быть различные, например, изменения нагрузки парового котла, изменения давления в паровом котле и т.д.
Чем выше скорость влажного пара в завихрители 12 тем выше сепарация влажного пара. При увеличении скорости влажного пара увеличивается сопротивление верхней 2 секции, в результате увеличивается уровень конденсата в контуре слива 9 конденсата. Поэтому возможен вариант, когда конденсат будет поступать в крайнюю 7z секцию, что не допустимо во время работы выносного циклона.
2
1
Давление в верхней 2 секции будет меньше давления в нижней 3 секции, в результате чего уровень воды в контуре слива 9 выше уровня воды в нижней 3 секции и возможен вариант, когда конденсат из контура слива 9 будет поступать в крайнюю 7 камеру из которой конденсат может поступить в центральную 7 камеру из которой конденсат унесется с сухим паром, что приведет к существенным отклонениям заданных характеристик сухого пара на выходе выносного циклона, например, если сухой пар подается на пароперегреватель, то возможно занесение в него солей и его пережог.
Суть изобретения
Задачей заявляемого изобретения является разработка выносного циклона, использование которого позволит стабилизировать значение уровня конденсата в контуре слива конденсата.
Также задачей настоящего изобретения является устранения попадания конденсата из контура слива конденсата в верхнюю секцию выносного циклона.
Также задачей настоящего изобретения является повышение эффективности эксплуатации выносного циклона.
Также задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств выносных циклонов.
Другие задачи и преимущества изобретения, что заявляется, будут раскрыты ниже по мере изложения описания и чертежей.
Раскрытие изобретения
Поставленные задачи решаются тем, что в известном выносном циклоне, который характеризуется наличием,
- вертикально ориентированного корпуса, разделенного на две секции, а именно, верхнюю и нижнюю секции,
- по меньшей мере, одного патрубка подачи пароводяной смеси, который примыкает к нижней секции, выше уровня воды в нижней секции,
- по меньшей мере, одного контура циркуляции влажного пара из нижней секции в верхнюю секцию,
- наличием в верхней секции двух камер, а именно, центральной камеры сухого пара и крайней камеры сбора конденсата,
- по меньшей мере, одного патрубка отвода сухого пара из центральной камеры сухого пара,
- по меньшей мере, одного контура слива конденсата из крайней камеры сбора конденсата в нижнюю секцию,
- по меньшей мере, одного патрубка отвода воды из нижней секции, согласно заявляемого изобретения,
- нижняя секция выносного циклона содержит эжектор, расположенный ниже уровня воды, при этом конденсат отводят по контуру слива конденсата из верхней секции в упомянутый эжектор.
В частном варианте реализации заявляемого изобретения эжектор представляет собой трубу Вентури.
В частном варианте реализации заявляемого изобретения, труба Вентури характеризуется наличием смесительной камеры, конфузора и диффузора.
В частном варианте реализации заявляемого изобретения, конденсат, который отводят по контуру слива конденсата из верхней секции в эжектор, поступает в смесительную камеру.
В частном варианте реализации заявляемого изобретения, контур слива конденсата дополнительно содержит патрубок отвода конденсата в нижнюю секцию перед или за эжектором, по ходу движения конденсата в нижней секции, при этом упомянутый дополнительный патрубок отвода конденсата содержит регулятор уровня воды в нижней секции.
Расположение эжектора в нижней секции ниже уровня воды с отводом в него конденсата по контуру слива конденсата с верхней секции приводит к тому, что в результате перемещения воды в нижней секции в эжекторе образуется разрежение, которое приводит к дополнительному подсосу конденсата из контура слива, в результате чего конденсат не сможет поступать из контура слива в верхнюю секцию.
Чертежи
При рассмотрении вариантов выполнения настоящего изобретения используется узкая терминология. Однако, настоящее изобретение не ограничивается принятыми терминами и следует иметь в виду, что каждый такой термин охватывает все эквивалентные элементы, которые работают аналогичным образом и используются для решения тех же самых задач.
Краткое описание фигур
На фиг.1 - схематично изображен известный выносной циклон.
На фиг.2 - изображен выносной циклон, согласно заявляемого изобретения.
На фиг.3 - изображен эжектор, расположенный в нижней секции выносного циклона.
На фиг.4 - изображен вариант выполнения выносного циклона, согласно настоящего изобретения.
На фиг.5 - изображен вариант выполнения эжектора выносного циклона, согласно заявляемого изобретения.
Детальное описание фигур
1
2
1
2
На фиг.1 - схематично изображен известный выносной циклон, который содержит вертикально ориентированный корпус 1, разделенный на две секции, а именно, верхнюю 2 и нижнюю 3 секции. Патрубок подачи 4 пароводяной смеси, который примыкает к нижней секции 3, выше уровня воды 5 в нижней 3 секции. Контур циркуляции 6 влажного пара из нижней 3 секции в верхнюю 2 секцию. Две камеры, а именно, центральную камеру 7 сухого пара и крайнюю 7 камеру сбора конденсата. Патрубок отвода 8 сухого пара из центральной 7 камеры сухого пара. Контур слива 9 конденсата из крайней 7 камеры сбора конденсата в нижнюю 3 секцию. Патрубок отвода 10 воды из нижней 3 секции. Дырчатый лист 11, расположенный в нижней 3 секции выше уровня воды 5 и патрубка подачи 4 пароводяной смеси. Завихрители 12, расположенные в верхней 2 секции.
1
2
1
2
1
1
На фиг.2 - схематично изображен заявляемый выносной циклон, который содержит вертикально ориентированный корпус 20, разделенный на две секции, а именно, верхнюю 21 и нижнюю 22 секции. Патрубок подачи 23 пароводяной смеси, который примыкает к нижней 22 секции, выше уровня воды 24 в нижней 22 секции. Контур циркуляции 25 влажного пара из нижней 22 секции в верхнюю 21 секцию. Две камеры, а именно центральную 26 камеру сухого пара и крайнюю 26 камеру сбора конденсата. Патрубок отвода 27 сухого пара из центральной 26 камеры сухого пара. Контур слива 28 конденсата из крайней 26 камеры сбора конденсата в нижнюю 22 секцию. Патрубок отвода 29 воды из нижней 22 секции. Контур слива 28 конденсата содержит дополнительный патрубок уровня воды 28. Нижняя 22 секция выносного циклона содержит эжектор 30, расположенный ниже уровня 24 воды, при этом конденсат отводят по контуру слива 28 конденсата из верхней 21 секции в эжектор 30. Дырчатый лист 31, расположенный в нижней 22 секции выше уровня воды 24 и патрубка подачи 23 пароводяной смеси. Завихрители 32, расположенные в верхней 21 секции. Регулятор 33, расположенный в дополнительном патрубке 28 уровня воды.
1
2
3
На фиг.3 - изображен эжектор 30, который представляет собой трубу Вентури, которая содержит: смесительную камеру 30 конфузор 30 и диффузор 30.
1
На фиг.4 - изображен вариант выполнения выносного циклона, который отличается от выносного циклона изображенного на фиг.2 тем, что дополнительный патрубок 28 уровня воды расположен за эжектором 30.
На фиг.5 - изображен вариант выполнения выносного циклона, который отличается способом выполнения эжектора 30. Так на фиг.2 эжектор 30 расположен в середине корпуса 20, а на фиг.5 изображен вариант, когда эжектор 30 выполнен в корпусе 20.
Работа изобретения
Выносной циклон, согласно заявляемому изобретению (фиг.2), работает следующим образом, пароводяная смесь подводится через патрубок подачи 23 пароводяной смеси в нижнюю 22 секцию по касательной, в результате чего в нижней 22 секции образуется закручивающийся восходящий вихревой поток пароводяной смеси. Закручивающийся восходящий вихревой поток приводит к воздействию гравитационных и центробежных сил на пароводяную смесь, в результате чего на стенках корпуса 20 нижней 22 секции образуется конденсат в виде водяной пленки, которая стекает по стенкам нижней 22 секции и образует уровень воды 24. Из нижней 22 секции вода отводится в патрубок отвода 29. Регулирование и установление уровня воды в выносном циклоне осуществляется посредством регулятора 33 (фиг.2).
В нижней 22 секции восходящий закручивающийся вихревой поток продвигается вверх по нижней 22 секции, в верхней части которой расположен дырчатый лист 31, благодаря которому происходит дополнительная сепарация пароводяной смеси с образованием влажного пара, а также происходит выравнивание давления восходящего закручивающегося вихревого потока для осуществления равномерного отвода влажного пара через контуры циркуляции 25 влажного пара в верхнюю 21 секцию.
2
2
2
1
1
1
2
В верхней части нижней 22 секции образуется влажный пар, который отводится через контуры циркуляции 25 в верхнюю 21 секцию, при этом влажный пар подается в верхнюю часть верхней 21 секции по касательной для формирования нисходящего закручивающегося вихревого потока, также для усилия нисходящего закручивающегося вихревого потока в верхней 21 секции располагают завихрители 32. В результате формирования нисходящего закручивающегося вихревого потока происходит распределение в верхней 21 секции влажного пара по степени влажности. При этом влажный пар находится ближе к стенкам корпуса 20 верхней 21 секции, сухой пар находится в центральной зоне верхней 21 секции. Также возможен вариант реализации выносного циклона, когда в верхней секции 21 дополнительно размещают среднюю камеру (на фигурах не показана) для отвода влажного пара на технологические нужды. На периферии нисходящего закручивающегося вихревого потока происходит активное взаимодействие капель, которые содержатся во влажном паре, в более крупные капли, которые выпадают как конденсат в виде водяной пленки на поверхности корпуса 20 верхней 21 секции, при этом конденсат поступает в крайнюю 26 камеру сбора конденсата, из которой конденсат через контур слива 28 поступает в нижнюю 22 секцию. Благодаря формированию нисходящего закручивающегося вихревого потока в верхней 21 секции конденсат в виде водяной пленки не сможет выносится вместе с сухим паром из выносного циклона, а наоборот, вся избыточная влага собирается в крайней 26 камере сбора конденсата, при этом влага из крайней 26 камеры по контуру слива 28 отводится в эжектор 30. В эжекторе 30 происходит сужение пропускного сечения в смесительной 30 камере в результате чего скорость движения воды увеличивается в смесительной 30 камере по сравнению с движением воды в нижней 22 секции. Увеличение движения воды приводит к уменьшению давления в эжекторе 30. Поэтому уменьшение давления в смесительной камере 30 приводит к тому, что разница давлений между давлением в верхней 21 секции и давлением в эжекторе 30 больше чем разница давлений между давлением в верхней 21 секции и давлением в нижней 22 секции, в результате чего происходит подсос конденсата из контура слива 28 в эжектор 30, в результате чего уровень конденсата в контуре слива 28 стабилен, при чем конденсат не сможет попасть из контура слива 28 в крайнюю 26 камеру.
1
Сухой пар из верхней 21 секции отводится через центральную камеру 26 сухого пара в патрубок отвода сухого пара 27.
Очевидно, что выше изложены лишь несколько возможных вариантов осуществления изобретения. Изобретение не ограничивается вариантами, которые были изложены выше и изображены на фигурах.
Технический результат
Техническим результатом заявляемого изобретения является поддержание стабильного уровня конденсата в контуре слива конденсата с верхней секции.
Также техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение эффективности работы выносного циклона.
Также техническим результатом заявляемого изобретения является устранения попадания конденсата из контура слива конденсата в верхнюю секцию выносного циклона.