Циклон з вхідними трубопроводами

Реферат: Циклон має тіло (4), певну кількість вхідних трубопроводів (12) і вихідний трубопровід (10). Перший кінець (13) кожного з вхідних трубопроводів з'єднаний з основним трубопроводом, а другий кінець (14) кожного з вхідних трубопроводів з'єднаний з тілом циклона. Основний трубопровід (8), який розташований поблизу тіла циклона, співвісно встановлений на опорі тіла циклона і кожен вхідний трубопровід виходить з основного трубопроводу радіально з виходу (23) і входить в тіло циклона перпендикулярно у вхід (24). UA 107887 C2 (12) UA 107887 C2 UA 107887 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Цей винахід відноситься до циклону, зокрема до циклону для використання в ступіні очищення газу установки для одержання чавуну. З використанням стандартного циклону з єдиним входом схема заводу обмежується потребою у входженні брудного газу перпендикулярно до бічної поверхні циклонної ємності. Ця структура також обмежує варіанти встановлення стопорного клапана печі. Бажано встановлювати стопорний клапан у вертикальному положенні, але це тільки підвищує складні навантаження з основного трубопроводу, які діють на циклон в перпендикулярному напрямі і є суттєвими, особливо при встановленні перед циклоном стопорного клапана. Документ EP2125239 описує циклон з єдиним перпендикулярним входом та сортувальним входом і байпасним трубопроводом для малих частинок, який дозволяє регулювати ККД циклону під час зупинок печі або під час роботи для оптимізації захоплення рециркульовуваного матеріалу з подачею забруднюючих речовин до системи вологого очищення. Однак, основний трубопровід, який проходить безпосередньо перпендикулярно до бічної поверхні циклону, може не забезпечувати достатню завихреність в циклоні. Документ US 6610115 описує циклон з осьовим входом та внутрішніми лопатями для забезпечення завихреності потоку. Однак, велика кількість лопатей з вузькими зазорами між ними може страждати від жорстких робочих умов і може блокуватися таким чином, що вони не працюватимуть настільки ефективно, наскільки вони повинні це робити. Документ EP1907125 описує циклонний сепаратор для газу доменної печі, який має пару вхідних трубопроводів, нахилених вниз для оптимізації робочих характеристик. Документ CN201288197 описує подібну конструкцію, у якій встановлені знімні облицювальні панелі. У відповідності з представленим винаходом циклон має тіло, певну кількість вхідних трубопроводів і вихідний трубопровід, при цьому перший кінець кожного з вхідних трубопроводів з’єднаний з основним трубопроводом, а другий кінець кожного з вхідних трубопроводів з’єднаний з тілом циклону, при цьому основний трубопровід, який розташований поблизу тіла циклону, співвісно встановлений на опорі тіла циклону, і при цьому кожен вхідний трубопровід виходить з основного трубопроводу радіально і входить в тіло циклона перпендикулярно до його бічної поверхні. Ця конструкція витримує конструкційне навантаження від основного трубопроводу шляхом встановлення кінця основного трубопроводу на опорі тіла циклону з одночасним наданням можливості легкої заміни частин трубопроводу для технічного обслуговування і зберігає виграші від ефекту сортування з перпендикулярним входом у площині, перпендикулярній до поздовжньої осі тіла циклону. Переважно, перший кінець вхідного трубопроводу має круглий поперечний переріз. Вогнетривке облицювання головним чином більш стабільне в трубопроводі з круглим поперечним перерізом ніж в трубопроводі з прямокутним або квадратним поперечним перерізом, а також усувається потреба в додатковому переході між квадратним і круглим поперечним перерізом на вході в стопорний клапан, який є круглим. Переважно, другий кінець вхідного трубопроводу має прямокутний поперечний переріз. Це приводить до кращого перпендикулярного потоку в циклонну ємність, оскільки край прямокутника повністю прилягає до вертикального краю циклонної ємності, тоді як трубопровід з круглим поперечним перерізом повинен прилягати тільки в одній точці. Переважно, циклон містить три або більшу кількість вхідних трубопроводів. Це допомагає одержувати гарний ефект завихреності. Циклон, який має три вхідні трубопроводи, забезпечує особливо гарне поєднання розміру трубопроводу і завихреності для перешкоджання забиванню. Хоча вхідні трубопроводи могли б розміщуватися будь-яким зручним чином, наприклад для надання можливості входити в існуючий наявний простір, переважно вхідні трубопроводи розташовані через однакові проміжки один від іншого навколо тіла циклону. Переважно, випускний трубопровід проходить крізь опору. Хоча стопорний клапан міг би традиційним способом встановлюватися в основному трубопроводі, переважно стопорний клапан встановлюється в кожному вхідному трубопроводі. Це усуває потребу у компенсаторі теплового розширення для надання можливості доступу для технічного обслуговування. Приклад циклону згідно з представленим винаходом буде тепер описуватися з посиланням на супровідні креслення, на яких: Фігура 1 зображає систему для відхідних газів доменної печі зі стандартним циклоном з єдиним бічним входом; 1 UA 107887 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фігура 2a зображає вид в перспективі циклону згідно з представленим винаходом з багатьма входами; Фігура 2b зображає вид зверху циклону з Фіг.2a; Фігура 3 зображає систему для відхідних газів доменної печі з циклоном з Фіг.2a і 2b; Фігура 4 зображає альтернативний вид циклону з Фіг.2a і 2b; Фігура 5a зображає частковий вид прикладу циклону згідно з представленим винаходом з 4 вхідними трубопроводами; Фігура 5b зображає вид зверху циклону згідно з представленим винаходом з 4 вхідними трубопроводами; і, Фігури 6a і 6b зображають приклади традиційних циклонів з горизонтальним і похилим входом. Фіг. 1 зображає традиційну систему для відхідних газів доменної печі зі стандартним циклоном з бічним входом. Циклон 1 має по суті циліндричне тіло і додатково має вхідний трубопровід 2, який має ділянку 3, яка входить в тіло 4 перпендикулярно в силу коліна 5. Газ з верхньої частини 6 доменної печі проходить в систему 7 для відведення газу, крізь основний трубопровід 8, необов‘язково крізь стопорний клапан 9a, в циклон 1 і з циклону виходить крізь вихідний трубопровід 10. Завдяки єдиному входу може бути важко вірно передавати усі навантаження до циклону від системи для випускання газу і основного трубопроводу з встановленим стопорним клапаном і компенсатором теплового розширення. Інша проблема, пов‘язана з бічним входом в циклон, полягає втому, що це обмежує відстань між циклоном і піччю. В результаті, це може привести до проблем, пов’язаних з підгонкою циклону з бічним входом до існуючої установки. Окрім того, сам по собі циклон може неоднорідно навантажуватися бічним входом таким чином, що надають перевагу осьовому входу. В циклоні з єдиним входом брудний газ з доменної печі подається до очисної установки першої ступіні по основному трубопроводу 8, який круто нахилений, часто під кутом 40 - 55 градусів, в залежності від генерального плану будування. Вхід в циклон 1 розташований в горизонтальній площині і є прямокутним в поперечному перерізі. Повертання газового потоку в горизонтальну площину створює сортувальний вхід. В інших застосуваннях можуть використовуватися внутрішні напрямні лопаті, типово в прямокутному поперечному перерізі, для покращення розподілу потоку, який надходить в циклон. Проблеми, пов’язані з традиційною конструкцією циклону з єдиним бічним входом, вирішуються в представленому винаході шляхом надання альтернативної конструкції, наприклад циклону, верхня частина якого і з’єднання, є такими, як це зображено на Фіг. 2a і 2b. Циклон є циліндричним з поздовжньою віссю 21 і має принаймні два вхідні трубопроводи 12a, 12b, 12c, але більш типово три або чотири вхідні трубопроводи використовуються для покращення газового потоку в циклоні. Приклади з Фіг. 2a і 2b, і з Фіг. 5 зображають три і, відповідно, чотири вхідні трубопроводи. В переважному варіанті виконання винахід надає циклон з трьома перпендикулярними входами. В представленому винаході основний трубопровід 8 розташований так, що на кінці 20, найближчому до тіла 4 циклону, центральна вісь основного трубопроводу 8 по суті співпадає з поздовжньою віссю 21 тіла 4 циклону. Опора 11 розташована між верхньою частиною 22 циклону і кінцем 20 основного трубопроводу 8. Центральна вісь цієї опори також переважно співпадає з поздовжньою віссю 21 тіла 4 циклону. Приклад опори 11 можна побачити на Фіг. 2a, де основний трубопровід 8 має конструкційну опору, яка може мати форму кожуха, таку як напівсферичну або форму зрізаного конуса, або може мати іншу придатну форму, таку як рама з розпірками, яка передає навантаження від основного трубопроводу 8 до стінок циліндричного тіла 4 циклона. Певна кількість вхідних трубопроводів 12a, 12b, 12c циклону розташовані між основним трубопроводом 8 і верхньою частиною тіла 4 циклону. Трубопроводи можуть бути гнучкими трубами або жорсткими трубами, поперечний переріз яких переважно змінюється від круглого на першому кінці 13, з’єднаному з основним трубопроводом 8, допрямокутного на другому кінці 14, з’єднаному з циклоном. Труба виходить радіально з основного трубопроводу і повертається з входженням перпендикулярно в циклон. Використання цієї конструкції з принаймні трьома перпендикулярними входами разом з осьовою опорою циклонної ємності забезпечує оптимальну передачу конструкційного навантаження від основного трубопроводу 8. Фіг. 2b зображає цей приклад у виді зверху. У цьому виді можна чітко побачити перехід від радіального виходу 23 вхідних трубопроводів 12a, 12b, 12c з основного трубопроводу 8 до перпендикулярних входів 24 вхідних трубопроводів в тіло 4 циклону. Ця конструкція дозволяє навантаженню бути концентричним по відношенню до циклонної ємності. Вхідні трубопроводи функціонують як сортувальник першої ступіні, який розділяє великі і дрібні частинки перед потраплянням їх в циклон. Використання цих мінісортувальників 2 UA 107887 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 дозволяє розпочинати процес розділення перед надходженням газу до циклону. Газовий потік в основному трубопроводі 8 розподіляється між вхідними трубопроводами і надходить до циклону під кутом 90 градусів до напряму потоку з основного трубопроводу. Кількість вхідних трубопроводів не обмежується тільки трьома і вона може бути більшою, проте три входи є більш стабільними ніж використання менше ніж трьох входів і використання трьох входів створює достатньо широкий отвір для запобігання забиванню входів внаслідок пилу або бруду, або в результаті навколишніх умов в жорстких робочих середовищах, а також прийнятну конструкцію, завдяки якій навантаження передаються на бічні стінки циклону зверху, таким чином уникаючи неоднорідного навантаження на циклон, від якого страждає традиційна єдина вхідна труба. Фіг. 3 зображає те, як модифікована конструкція циклону інтегрується в систему 7 для відведення газу і утримує основний трубопровід 8 і необов‘язковий стопорний клапан 9a та компенсатор 9b теплового розширення. З причин здоров‘я та безпеки, бажано встановлювати стопорний клапан 9a між основним трубопроводом і циклоном. Це може бути єдиним клапаном 9a у самому основному трубопроводі, як зображено на Фіг. 3, або, альтернативно, стопорний клапан (не зображений) може передбачатися в кожному з вхідних трубопроводів 12a, 12b, 12c. Зміна відносних положень основного трубопроводу і тіла циклону згідно з представленим винаходом робить встановлення стопорного клапану у вертикальне положення більш практичним, оскільки навантаження скоріше передається до тіла циклону ніж потребує витримування коліном в єдиному вході, як зображено на Фіг. 1. Стопорний клапан може бути ковзним пластинчатим клапаном або герметизуючою пластиною, якою можна оперувати в разі потреби. Герметизуюча пластина може вставлятися або видалятися під час зупинки печі. Також вимагається встановлювати компенсатор 9b теплового розширення для надання можливості виймати клапан для технічного обслуговування. Перевага кожного вхідного трубопроводу, який має свій власний встановлений стопорний клапан, як описано вище, полягає в тому, що це усуває потребу у встановленні компенсаторів теплового розширення для видалення клапана для його технічного обслуговування. Подальший виграш від встановлення клапанів в трубопроводах полягає в тому, що навантаження основного трубопроводу незалежно передаються до циклону без ускладнення передачі навантажень навколо стопорного клапану і компенсатора теплового розширення. Фіг. 4 зображає увесь циклон з покращеним розташуванням вхідних трубопроводів. Основний трубопровід, по якому брудний газ подається в газовий колектор, підходить до циклона в осьовому напрямі, дозволяючи встановлення стопорного клапана печі у вертикальне положення і забезпечуючи більшу гнучкість стосовно розташування циклону. Основний трубопровід може модифікуватися із збільшенням діаметра, наприклад за допомогою використання допоміжної ємності. Конуси 25 в циклоні виконують виділення частинок з подаваного газу, а довга гілка 26 вихідного трубопроводу, яка входить у внутрішню частину тіла циклону, подає очищений газ назад до вихідного трубопроводу 10. Конструкція має більше ніж два вхідних трубопроводи 12a, 12b, 12c, передбачені для перпендикулярного входження в циліндричний циклон. Це гарантує рівномірний розподіл завихреності навколо входу циклону і послаблює зношення шляхом мінімізації ділянок з високою швидкістю потоку. Фіг. 5a і 5b зображають приклад представленого винаходу з чотирма вхідними трубопроводами. На Фіг. 5a для ясності на кожній стороні тіла циклону зображені тільки два вхідні трубопроводи. Як можна побачити у виді зверху на Фіг. 5b, вхідні трубопроводи 12a, 12b, 12c, 12d розташовані через певні проміжки навколо основного трубопроводу 8 і тіла 4 циклону, по суті на однаковій відстані один від іншого, виходячи з виходу 23 з основного трубопроводу радіально і входячи перпендикулярно у вхід 24 в тіло циклону. Вхідний трубопровід має центральну вісь на другому кінці 14, яка розташована у площині, перпендикулярній до поздовжньої осі 21 тіла 4 циклону. Для порівняння Фіг. 6a зображає приклад традиційного циклону з горизонтальним входом, а Фіг. 6b зображає традиційний циклон з нахиленим входом. Коротко кажучи, представлений винахід надає циклон, який має основний трубопровід і певну кількість вхідних трубопроводів, переважно, три або більшу кількість вхідних трубопроводів між основним трубопроводом і циклоном. Переважно, циклон є циклоном з трьома перпендикулярними входами. Вхідні трубопроводи входять в циклон крізь бічні стінки його тіла і переважно розташовані навколо периметра циклона. Центральна вісь нижнього по потоку кінця основного трубопроводу співпадає з центральною віссю циклону. Вхідні трубопроводи можуть виходити з основного трубопроводу радіально і входити в циклон перпендикулярно. Циклон представленого винаходу забезпечує конструкційне навантаження і переваги схеми установки, пов‘язані з орієнтованим в осьовому напрямі циклоном, разом з 3 UA 107887 C2 5 перевагами багатьох перпендикулярних входів, які включають легку заміну зношених частин основного трубопроводу, включаючи зовнішні трубопроводи. Подальша перевага полягає у видаленні трубопроводів, які складаються з використанням декількох фланцевих з‘єднань, означаючи, що циклон може повністю ізольовуватися від установки для виготовлення чавуну, яка має важливі засоби безпеки для виконання технічного обслуговування циклону. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 1. Циклон з вхідними трубопроводами, який має тіло, з'єднане з основним трубопроводом, вхідні трубопроводи і вихідний трубопровід, при цьому перший кінець кожного з вхідних трубопроводів з'єднаний з основним трубопроводом, а другий кінець кожного з вхідних трубопроводів з'єднаний з тілом циклона, при цьому основний трубопровід, розташований поблизу тіла циклона, співвісно встановлений на опорі тіла циклона і при цьому кожен вхідний трубопровід виходить з основного трубопроводу радіально і входить в тіло циклона перпендикулярно. 2. Циклон за п. 1, який відрізняється тим, що перший кінець вхідного трубопроводу має круглий поперечний переріз. 3. Циклон за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що другий кінець вхідного трубопроводу має прямокутний поперечний переріз. 4. Циклон за будь-яким попереднім пунктом 1-3, який відрізняється тим, що містить три або більшу кількість вхідних трубопроводів. 5. Циклон за будь-яким попереднім пунктом 1-4, який відрізняється тим, що вхідні трубопроводи розташовані на однаковій відстані один від іншого навколо тіла циклона. 6. Циклон за будь-яким попереднім пунктом 1-5, який відрізняється тим, що вихідний трубопровід виходить крізь опору. 7. Циклон за будь-яким із пп. 1-6, який відрізняється тим, що в кожному вхідному трубопроводі встановлений стопорний клапан. 4 UA 107887 C2 5 UA 107887 C2 6 UA 107887 C2 7 UA 107887 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8