ЦИКЛОННЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ДОМЕННЫХ ГАЗОВ
CYCLON SEPARATOR FOR BLAST-FURNACE GASES

Настоящее изобретение относится к циклонному сепаратору для очистки доменных газов.
Известная система очистки доменных газов содержит ступень предварительной очистки и ступень тонкой очистки. На ступени предварительной очистки обычно применяют гравитационный пылеуловитель, содержащий камеру. Доменные газы входят в камеру пылеуловителя вертикально через канал диффузора, имеющий увеличенное поперечное сечение, в котором их скорость падает, в результате чего грубые частицы пыли отделяются от потока газа до того, как поток газа выйдет из гравитационного пылеуловителя вверх, после реверсирования направления движения. Отделенные частицы пыли собираются в нижнем бункере и периодически удаляются через затвор в нижней части камеры пылеуловителя.
Поскольку пылеуловители такого типа обладают невысокой эффективностью очистки, было предложено перед подачей на ступень тонкой очистки пропускать доменные газы также и через циклонный сепаратор.
Ранее также строились системы очистки доменных газов, в которых пылеуловитель был заменен единым тангенциальным циклонным сепаратором. Доменные газы транспортируются по большой трубе, так называемому стояку, от верхней части доменной печи к циклонной камере. Стояк тангенциально соединен с циклонной камерой для завихрения газа и тем самым сепарации частиц пыли. Однако большой циклонный сепаратор такого типа не получил широкой популярности; например, тангенциальное соединение стояка (поперечным сечением до 4 метров) с циклоном считается довольно сложным в изготовлении.
Аналогично, ранее также строились системы очистки доменных газов, в которых пылеуловитель заменялся единственным большим осевым циклонным сепаратором. Стояк от верхней части соединен с распределительным устройством, из которого отходят два впускных канала к куполу, расположенному внутри циклонной камеры. Купол предназначен для введения доменных газов в циклонную камеру в осевом направлении. Под куполом установлены направляющие лопатки, которые придают газу в циклонной камере завихрение, тем самым отделяя частицы пыли. Направляющие лопатки съемно установлены во фланцевых форсунках для облегчения их замены, поскольку они подвержены интенсивному абразивному износу. Такая конструкция решает проблему сложного впускного соединения в тангенциальном циклоне, однако большой осевой циклонный сепаратор такого типа не получил широкой популярности из-за сложной и дорогой конструкции сменных направляющих лопаток и их ожидаемого ускоренного абразивного износа.
Следовательно, целью настоящего изобретения является создание улучшенной циклонной камеры для доменных газов.
Другой целью настоящего изобретения является создание системы очистки доменных газов, обладающей высокой эффективностью сепарации и не имеющей вышеупомянутых недостатков известных решений.
Согласно настоящему изобретению предлагается циклонный сепаратор для доменных газов согласно независимому пункту 1 формулы изобретения.
Циклонный сепаратор доменных газов содержит циклонную камеру, первый и второй впускные каналы, которые проходят через верхнюю стенку в циклонную камеру. Впускные каналы соединены с боковой стенкой, предпочтительно по существу цилиндрической боковой стенкой циклонной камеры в заданном положении между верхней и нижней стенками циклонной камеры. Второй впускной канал соединен с боковой стенкой на расстоянии по окружности от первого впускного канала. Это позволяет вводить доменный газ в циклонную камеру в тангенциальном направлении, создавая завихрение газа в циклонной камере. Центробежная сила отбрасывает частицы пыли к внешней стенке циклонной камеры, и они соскальзывают вниз, например, в бункер для сбора пыли, расположенный на нижней стенке циклонной камеры.
За счет применения множества впускных каналов достигается более однородный приток доменных газов в циклонную камеру. Наряду с отсутствием фронтальных ударов потока газа о детали конструкции более однородный приток также снижает локальный износ в местах соединения впускных каналов на боковой стенке циклонной камеры.
Предпочтительно концы впускных каналов смещены от центральной оси циклонной камеры. Это улучшает завихрение газа в циклонной камере и создает улучшенные центробежные силы, воздействующие на частицы пыли.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения каждый конец каждого впускного канала рядом с боковой стенкой циклонной камеры наклонен вниз к боковой стенке циклонной камеры. Доменные газы, таким образом, вводятся в циклонную камеру в направлении вниз, улучшая протекание газа через циклон.
Предпочтительно наклон концов впускных каналов имеет минимальный угол наклона 65° и максимальный угол наклона 85° к центральной оси циклонной камеры. Более предпочтительно впускной угол составляет от 70° до 75°. Было обнаружено, что в этом диапазоне углов циклонный сепаратор имеет наилучшие характеристики.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения циклонный сепаратор содержит распределительное устройство, соединенное со стояком и впускными каналами. Симметричное распределительное устройство для доменных газов существенно упрощает соединение канала для газа стояка от верхней части печи с циклонной камерой. Стояк можно подсоединять к распределительному устройству сверху и, следовательно, поддерживать его вертикально над циклонным сепаратором. Отдельные опорные конструкции для боковых нагрузок на распределительное устройство и/или впускные каналы, создаваемые изменением направления потока газов, можно не применять.
Предпочтительно, по меньшей мере, в верхней области циклонной камеры отсутствуют направляющие средства для направления газа, входящего в циклонную камеру, и/или создающие завихрения. Без сложного впускного купола и сменных направляющих лопаток стоимость конструкции и техническое обслуживание существенно снижаются.
Очищенный доменный газ выходит из верхнего конца циклонной камеры через центральный вертикальный выпускной канал, который можно соединить со ступенью тонкой очистки. Выпускной канал входит в циклонную камеру, проходит через верхнюю стенку циклонной камеры и располагается между впускными каналами.
Для более полного понимания настоящего изобретения далее следует более подробное описание со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 представляет собой вид спереди циклонного сепаратора для доменных газов согласно настоящему изобретению;
фиг.2 представляет собой схематичный вид части циклонного сепаратора для доменных газов по фиг. 1;
фиг.3 представляет собой схематичный вид сверху циклонного сепаратора для доменных газов по фиг. 2.
На фиг.1 показан вид спереди циклонного сепаратора 10 для очистки доменных газов. Доменные газы приходят по стояку 1 и подаются в циклонную камеру 5 через распределительное устройство 2. Стояк по существу представляет собой трубу большого диаметра, которая проходит вниз от верхней части. Диаметр стояка составляет около 4 метров. Распределительное устройство соединено со стояком и распределяет доменные газы по впускным каналам 3, 13 (см. фиг. 2). В предпочтительном варианте осуществления изобретения циклонный сепаратор для доменных газов согласно настоящему изобретению выполнен с двумя впускными каналами 3, 13, а форма распределительного устройства напоминает перевернутую букву "Y". Впускные каналы 3, 13 изогнуты и тангенциально соединены с циклонной камерой 5. Поперечное сечение впускных каналов 3, 13 изменяется к месту тангенциального соединения с круглого на прямоугольное. Тангенциальные соединения впускных каналов имеют заданный наклон относительно (обычно вертикальной) оси циклонной камеры 5, вызывая завихрение доменных газов в циклонной камере. Благодаря правильным размерам, форме и соединению впускных каналов 3, 13 отсутствует необходимость предусматривать какие-либо направляющие канавки или лопатки для направления потока доменных газов в циклонную камеру 5. Доменные газы завихряются от впускных каналов 3, 13 у верхней стенки 5b к нижней стенке 5с циклонной камеры 5. Форма нижней стенки 5с направляет вихрь в центр циклонной камеры и, точнее, служит пылесборником. Доменные газы затем выводятся в выпускной канал 4 для подачи на следующую ступень процесса. Отделенная пыль остается на нижней стенке 5с и может автоматически выгружаться через выпускное отверстие 6 в смеситель или трубу смесителя (не показаны). На фиг. 1 также показана лестница 8, обеспечивающая доступ к выпускному отверстию 6. Изображение лестницы 8 дает хорошее представление о размерах циклонного сепаратора.
На фиг.2 представлен вид сбоку с поперечным сечением нижней части, части циклонного сепаратора. Сверху на чертеже показано распределительное устройство 2 в форме перевернутой буквы "Y", которое соединено со стояком 1 и впускными каналами 3, 13. На фиг. 2 показан впускной угол α, который образует угол между впускным каналом и вертикальной осью циклонной камеры. Этот угол α должен измеряться как угол между центральной линией конца 3а или 13а впускного канала 3 или 3 и центральной линией циклонной камеры 5, когда плоскость, проходящая через центральную линию конца 3а или 13а впускного канала 3 или 13, параллельная центральной линии циклонной камеры 5, видна под прямыми углами. Изменяя этот параметр, можно добиться высокой эффективности сепарации. Впускной угол α, близкий к 90°, создает мешающее воздействие между направленным вниз вихрем и обратным потоком доменных газов, что приводит к нестабильности процесса сепарации и невысокой эффективности сепарации. Следовательно, для конструкции циклонного сепаратора предпочтителен угол α, не превышающий 85°. Максимальная эффективность сепарации достигается, когда впускной угол находится в пределах от 70° до 75°. Концы 3а, 13а впускных каналов 3, 13 соединены с циклонной камерой 5 по существу на одинаковой высоте циклонной камеры. Кроме того, на фиг.2 показан проходящий по оси выпускной канал 4, который проходит через верхнюю стенку циклонной камеры 5 и направлен к верхушке 7. Отделенная пыль, которая собирается на нижней стенке 5b, соскальзывает под верхушку 7 к выпускному отверстию 6, а верхушка 7 реверсирует направление потока доменных газов в выпускной канал 4.
На фиг.3 показан вид сверху камеры 5 с впускными каналами 3, 13 и выпускным каналом 4. На этом чертеже видно, что концы 3а, 13а впускных каналов 3, 13 смещены относительно центральной оси циклонной камеры 5, тем самым создавая завихряющийся поток доменных газов в циклонной камере 5. Концы 3а, 13а впускных каналов 3, 13 на фиг. 2 и 3 показаны по существу круглыми, но предпочтительны прямоугольные концы, показанные на фиг. 1.
Специалистам понятно, что в циклонный сепаратор для доменных газов, описанный выше, можно внести многочисленные изменения, не выходящие за рамки объема приложенной формулы изобретения.