ЦИКЛОН СО МНОЖЕСТВОМ ВПУСКНЫХ КАНАЛОВ
CYCLONE WITH SET OF INLET CHANNELS

Настоящее изобретение относится к циклону, в частности, используемому на этапе очистки газа в установке по производству чугуна.
При использовании стандартного циклона с единственным впуском компоновка завода ограничивается необходимостью тангенциальной подачи загрязненного газа в циклон. Такое расположение также ограничивает количество вариантов установки запорного клапана печи. Запорный клапан желательно устанавливать вертикально, но это только увеличивает комплексные нагрузки, создаваемые стояком, который тангенциально поддерживается циклоном, и такие нагрузки являются существенными, особенно если запорный клапан установлен перед циклоном.
В ЕР 2125239 описан циклон с единственным тангенциальным впуском и классифицирующим впуском и байпасной конструкцией для небольших частиц, которая позволяет регулировать эффективность циклона во время остановок печи или во время операции по оптимизации захвата материала, пригодного для вторичного использования, в то же время пропуская загрязняющие вещества на установку по мокрой очистке. Однако стояк, подсоединенный непосредственно тангенциально, может оказаться неспособным создать в циклоне эффект достаточного завихрения.
В US 6610115 описан циклон с осевым впуском с внутренними лопатками для создания эффекта завихрения. Однако большое количество лопаток с узкими зазорами между ними может привести к их повреждению в тяжелых условиях работы, и циклон может забиваться, поэтому такие циклоны работают не столь эффективно, как могли бы.
В ЕР 1907125 описан циклонный сепаратор для газов доменной печи, имеющий пару впускных каналов, наклоненных вниз для оптимизации характеристик.
В CN 101288197 описана похожая конструкция, в которой имеются съемные облицовочные панели.
Согласно настоящему изобретению циклон содержит корпус циклона, множество впускных каналов и выпуск, в котором первый конец каждого впускного канала соединен со стояком, а второй конец каждого впускного канала соединен с корпусом циклона, в котором стояк приближается к корпусу циклона соосно и установлен на корпусе циклона на опоре, и в котором каждый впускной канал выходит из стояка радиально и входит в корпус циклона тангенциально.
Такая конструкция справляется с конструктивными нагрузками, создаваемыми стояком, за счет установки конца стояка на корпусе циклона на опоре, что позволяет легко заменять детали при ремонте и сохранить эффект классификации при тангенциальном впуске в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса циклона.
Предпочтительно первый конец впускного канала имеет круглое сечение.
Огнеупорная облицовка по существу более стабильна в круглом канале, чем в прямоугольном или квадратном канале, и исключается необходимость в дополнительных переходах между квадратным и круглым сечением на входе в запорный клапан, который является круглым.
Предпочтительно второй конец впускного канала имеет прямоугольное сечение.
Это улучшает тангенциальный поток в сосуде циклона, поскольку кромка прямоугольника полностью совпадает с вертикальной кромкой сосуда циклона, тогда как круглый канал совпал бы только в одной точке.
Предпочтительно циклон содержит три или более впускных канала.
Это помогает создать хороший эффект завихрения. Циклон, содержащий три впускных канала, дает особенно хорошую комбинацию размера канала, чтобы предотвратить закупоривание, и эффект завихрения.
Хотя впускные каналы могут быть расположены с любыми удобными интервалами, например, позволяющими вписаться в существующее пространство, предпочтительно впускные каналы расположены на одинаковом расстоянии друг от друга вокруг корпуса циклона.
Предпочтительно выпускной канал проходит сквозь опору.
Хотя запорный клапан можно установить в стояке известным способом, предпочтительно запорный клапан установлен в каждом впускном канале.
Это устраняет необходимость в температурном компенсаторе, обеспечивающем доступ для обслуживания.
Далее следует описание примера циклона по настоящему изобретению со ссылками на приложенные чертежи, где:
фиг. 1 - система выпуска отходящего газа доменной печи со стандартным циклоном с единственным боковым впуском.
Фиг. 2А - вид в перспективе циклона по настоящему изобретению со множеством впусков.
Фиг. 2В - вид сверху циклона по фиг. 2А.
Фиг. 3 - системы выпуска отходящего газа доменной печи с циклоном по фиг. 2А и 2В
Фиг. 4 - альтернативный вид циклона по фиг. 2А и 2В.
Фиг. 5А - частичный вид примера циклона по настоящему изобретению с 4 впускными каналами.
Фиг. 5В - вид сверху циклона по настоящему изобретению с 4 впускными каналами, и
Фиг. 6А и 6В - примеры известных циклонов с горизонтальным и наклонным впуском.
На фиг. 1 показана известная система отвода отходящих газов доменной печи со стандартным циклоном с боковым впуском. Циклон 1 имеет по существу цилиндрический корпус и далее содержит впускной канал 2, имеющий участок 3, который входит в корпус 4 тангенциально через колено 5. Газ из верхней части 6 доменной печи проходит в систему 7 отвода отходящих газов, проходит через стояк 8, факультативно через запорный клапан 9а в циклон и через выход 10 выходит из циклона. При наличии единственного впуска может оказаться затруднительным правильно передать все нагрузки от газоотводов и стояка с установленным запорным клапаном и компенсатором теплового расширения на циклон. Другой проблемой, связанной с боковым впуском в циклон, является то, что он ограничивает возможность установить циклон как можно ближе к печи. В результате могут возникнуть проблемы при установке циклона на уже существующей доменной печи. Кроме того, сам циклон с боковым впуском может быть неравномерно нагружен, поэтому предпочтительной является осевая компоновка.
В циклоне с единственным впуском грязный газ из доменной печи подается на очистную установку первого этапа через стояк 8, который постепенно наклоняется, часто под углом от 40 до 55 градусов, в зависимости от планировки завода. Впуск в циклон 1 находится в горизонтальной плоскости и имеет прямоугольное сечение. Поворот потока газа в горизонтальную плоскость создает вход классификатора. В других вариантах применения можно использовать внутренние направляющие лопатки, обычно при прямоугольном сечении, для улучшения распределения потока на входе в циклон.
Проблемы, связанные с известной конструкцией с единственным боковым впуском, решаются настоящим изобретением за счет создания альтернативной компоновки, например, циклона, верхняя часть и соединения которого показаны на фиг. 1А и 2В. Циклон имеет цилиндрическую форму с продольной осью 21 и снабжен по меньшей мере двумя впускными каналами 12а, 12b, 12с, но более типично используются три или четыре впускных канала, чтобы улучшить поток газа в циклоне. Примеры, приведенные на фиг. 2а, 2b и на фиг. 5, иллюстрируют три и четыре канала соответственно. В предпочтительном варианте согласно настоящему изобретению предлагается циклон с тремя тангенциальными впусками. В настоящем изобретении стояк 8 расположен так, чтобы на конце 20, ближайшем к корпусу 4 циклона, центральная ось стояка 8 по существу совпадала с продольной осью 21 корпуса 4 циклона. Между верхней частью 22 корпуса циклона и концом 20 стояка имеется опора 11. Эта опора также предпочтительно установлена соосно с продольной осью 21 корпуса 4 циклона. Пример опоры 11 показан на фиг. 2А, где стояк 8 снабжен структурной опорой, которая может иметь форму кожуха, например, полусферы или усеченного конуса, или может иметь другую подходящую форму, например, быть системой стоек, которая передает нагрузку от стояка 8 на стенки цилиндрического корпуса 4 циклона. Между стояком 8 и верхней частью корпуса 4 циклона имеется множество впускных каналов 12а, 12b, 12с. Эти каналы могут иметь форму труб, сечение которых предпочтительно изменяется от круглого на первом конце 13, соединенном со стояком 8, до прямоугольного на втором конце 14, соединенном с циклоном. Труба от стояка отходит радиально и поворачивает так, чтобы войти в циклон тангенциально. Такая конструкция с по меньшей мере тремя тангенциальными впусками в комбинации с осевой опорой на сосуде циклона обеспечивает оптимальный перенос структурных нагрузок от стояка 8. На фиг. 2В показан вид сверху на этот пример. Здесь хорошо видно изменение радиального выхода 23 впускных каналов 12а, 12b, 12с из стояка 8 на тангенциальные входы 24 впускных каналов в корпус циклона.
Такая конструкция позволяет нагрузке действовать на сосуд циклона концентрично. Впускные каналы действуют как классификатор первой ступени, разделяющий крупные и мелкие частицы перед входом в циклон. Использование таких мини-классификаторов позволяет начать процесс сегрегации еще до того, как газ попадет в циклон. Поток газа в стояке 8 разделяется между впускными каналами и входит в циклон под углом 90 градусов к направлению потока из стояка. Количество впускных каналов не ограничено лишь тремя и может быть большим, но три впуска более стабильны, чем меньшее число, и при трех впусках имеется достаточно широкое отверстие, чтобы предотвратить закупоривание впусков пылью или обломками или в результате условий окружающей среды в тяжелых условиях работы, при этом нагрузка передается на боковые стенки циклона сверху, что позволяет избежать неравномерного распределения нагрузки на циклон, от которого страдают известные единственные входные трубы.
На фиг. 3 показано, как новая конструкция циклона интегрирована с систему 7 отвода отходящих газов и поддерживает стояк 8 и факультативный запорный клапан 9а и компенсатор 9b теплового расширения. По соображениям охраны здоровья и безопасности между стояком и циклоном желательно устанавливать запорный клапан 9а. Это может быть единственный клапан 9а в самом стояке, как показано на фиг. 3, или альтернативно изолирующий клапан (не показан) в каждом из впускных каналов 12а, 12b, 12с. Изменение взаимного положения стояка и корпуса циклона по настоящему изобретению делает размещение запорного клапана в вертикальном положении более практичным, поскольку нагрузка передается на корпус циклона, а не действует на колено в единственном впуске, как показано на фиг. 1. Запорный клапан может быть шиберным затвором или запирающей пластиной, приводимой в действие по мере необходимости. Запирающая пластина может вставляться или извлекаться во время остановок печи. Нужно также установить компенсатор 9b теплового расширения, чтобы клапан можно было снимать для ремонта. Преимущество запирающих клапанов в каждом из впускных каналов, как описано выше, заключается в том, что при такой конфигурации устраняется необходимость в установке компенсаторов теплового расширения для того, чтобы можно было снимать эти клапаны для ремонта. Еще одним достоинством установки клапанов в каналах является то, что нагрузки от стояка независимо передаются на циклон, без необходимости усложнять конструкцию, передавая нагрузки в обход запорного клапана и компенсатора теплового расширения.
На фиг. 4 показан полный циклон с усовершенствованным расположением каналов. Стояк, по которому течет грязный газ, подходит к циклону с осевого направления, позволяя установить запорный клапан в вертикальном положении и обеспечивая большую гибкость в отношении размещения циклонной установки. Диаметр стояка можно увеличить, например, используя вторичный сосуд. Конусы 25 в циклоне осуществляют сепарацию частиц от газа, а длинный выпускной канал 26, входящий внутрь корпуса циклона, подает очищенный газ на впуск 10. В этой конструкции используется больше чем два впускных канала 12а, 12b, 12с, входящих в циклон тангенциально. Это позволяет равномерно распределить эффект завихрения по входу циклона и уменьшить износ, сведя к минимуму области высокой скорости.
На фиг. 5а и 5b показан пример настоящего изобретения с четырьмя впускными каналами. На фиг. 5а для ясности показаны только два из них, расположенные с обеих сторон корпуса циклона. Как видно на виде сверху, приведенном на фиг. 5b, впускные каналы 12a, 12b, 12c, 12d разнесены вокруг стояка 8 и корпуса 4 циклона по существу на одинаковое расстояние друг от друга, выходя (23) из стояка по существу радиально и входя (24) в корпус циклона тангенциально. Центральная ось второго конца 14 канала лежит в плоскости, перпендикулярной продольной оси 21 корпуса 4 циклона.
Для сравнения на фиг. 6а показан пример известного циклона с горизонтальным входом, а на фиг. 6b приведен пример известного циклона с наклонным входом.
Таким образом, согласно настоящему изобретению предлагается конструкция циклона, содержащая стояк и множество впускных каналов, предпочтительно три или более впускных канала, проходящих между стояком и циклоном. Предпочтительно циклон содержит тангенциальный циклон с тремя впусками. Впускные каналы входят в циклон сквозь боковые стенки корпуса циклона и предпочтительно разнесены по окружности циклона. Нижний конец стояка расположен на одной оси с центральной осью циклона. Впускные каналы могут выходить из стояка радиально, а в циклон входить тангенциально. Циклон по настоящему изобретению имеет преимущества в области распределения нагрузок и компоновки установки, характерные для аксиально ориентированного циклона, дополняющиеся преимуществами множественного тангенциального впуска, которые включают простоту замены главных изнашиваемых деталей, включая внешние каналы. Другое преимущество заключается в том, что при снятии каналов, которые имеют множество фланцевых соединений, циклон можно полностью изолировать от доменной печи, что имеет важное значение для безопасности проведения ремонтных работ на циклоне.