NO830581L - Fremgangsmaate og apparat for utskilling av partikler fra en gasstroem - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte og et apparat for utskilling av partikler fra en gasstrøm ved sentrifugalvirkning omfatter et drevet, roterbart, hult, konisk diverger-ende legeme (l2) og et mateorgan for å lede den forurensede gasstrømmen mot legemets innervegg i området for dets smaleste parti, slik at partiklene vil avsette seg mot nevnte vegg og gradvis bevege seg mot det koniske legemets videste parti, idet strømmen kontrolleres slik at det inne i legemet danner seg en toroidal hvirvel for resirkulering av den forurensede gasstrømmen.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

for utskilling av partikler fra en gasstrøm, hvor det blir benyttet et sentrifugalfelt, i hvilket den innkommende gasstrømmen ledes langs innerveggen av et roterende legeme, hvilken innervegg har konisk form, som divergerer i strømningsretningen under en slik hellingsvinkel at partikler, som har avsatt seg langs den, fortsetter å bevege seg i retning av kjeglens grunnflate, hvor de til slutt mates ut langs omkretsen av det roterende legemet, mens den rensede gasstrømmen passerer ut sentralt ved et punkt i avstand fra innløpet.

En liknende fremgangsmåte er kjent f.eks. fra fransk patentskrift 711.371, hvor formålet er å skille ut medbrakte partikler såsom støv, mel, sagflis og liknende stoffer fra en luftstrøm i den hensikt å redusere forurensning av omgivelsene.

Ved de kjente fremgangsmåtene er utskillingsprosenten, særlig for meget små og lette partikler, ikke stor, slik at det i siste instans er nødvendig å gjenta rensingen flere ganger eller å benytte spesielle gassfiltre.

Formålet med oppfinnelsen er derimot i vesentlig grad å øke utskillingsprosenten uten å måtte ty til kompliserte anord-ninger og å oppnå en praktisk talt fullstendig utskilling av partikler med dimensjoner på 1 mikrometer og større.

Dette formål oppnås ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved at inntaksvolumet av gass, som skal renses, pr. tidsenhet og/eller utmatingsvolumet av renset gass pr. tidsenhet fastsettes og avpasses etter det roterende legemets volum på en slik måte at det danner seg en toroidal hvirvel inne i det roterende legemet for resirkulering av gassen etter at den har strømmet langs innerveggen. Strømningsmønsteret, som etablerer seg av seg selv inne i det roterende legemet, fremmer en økning i oppholdstiden, slik at alle de partiklene, som er til stede i gasstrømmen, kan av-

sette seg på innerveggen av det roterende legemet.

Den idé som ligger til grunn for oppfinnelsen er at stør-relsen på den anvendte sentrifugalkraft kan bestemmes etter behag ved forholdet mellom omdreiningshastigheten og det roterende legemets diameter, mens en fremtvunget strøm av den forurensede gassen frembringes langs innerveggen av legemet i kombinasjon med en passende oppholdstid, slik at praktisk talt samtlige partikler, som skal skilles ut, kan avsette seg på nevnte vegg.

Ved en videreutvikling av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skilles en regulerbar andel fra den innkommende gasstrømmen og føres tilbake i motstrøm til innløpspunktet innenfor det koniske legemet. Mens den fremtvungne strømmen langs innerveggen av det roterende legemet ifølge fransk patentskrift 711.371 i det vesentlige blir fremkalt ved passiv aerodynamikk, skjer den i systemet ifølge oppfinnelsen på en aktiv aerodynamisk påtvungen måte.

Oppfinnelsen vedrører dessuten et apparat for anvendelse av den foran beskrevne fremgangsmåten og av det slag som omfatter ét roterbart symmetrisk legeme, som er forsynt med et innløp for gasstrømmen, som skal renses, en anordning for utmating av utskilte partikler og et utløp for den rensede gassen, hvilket legeme er montert slik at det kan rotere, mens både innløpet og utløpet for gasstrømmen ligger koaksialt med rotasjonsaksen og legemets kappe er stort sett konisk med toppunktet rettet mot gassinnløpet, og hvor anordningen for utmating av utskilte partikler er montert langs omkretsen av den (imaginære) grunnflaten. I overensstemmelse med oppfinnelsen utmerker dette apparatet seg ved at en strømningsregulator er montert i innløpet og/eller utløpet for gasstrømmen på en slik måte at trykkfallet i det vesentlige bestemmes av denne regulatoren.

Dette apparatet egner seg for tilkopling direkte bakenfor et apparat, hvor det benyttes f.eks. pulverisert karbon eller et annet stoff, og hvor det føres med mange små partikler, f.eks. flyaske, i utløpsrøret. Apparatet ifølge oppfinnelsen kan der-etter sørge for at disse partiklene ikke kommer ut i atmosfæren, idet de praktisk talt fullstendig blir holdt tilbake.

De karakteristiske trekkene som er beskrevet i det fore-gående samt ytterligere trekk ved oppfinnelsen som angis i det følgende vil bli forklart mer detaljert under henvisning til tegningene, som viser flere utførelsesformer av apparatet ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 og 2 viser en sterkt forenklet fremstilling av strøm-ningsmønsteret under drift av to varianter. Fig. 3 viser et aksialt lengdesnitt gjennom en sterkt skjematisert fremstilling av en utførelsesform av en støvsamler ifølge varianten som vises i fig. 2. Fig. 4 viser en modifisert del i større målestokk fra støv-samleren ifølge fig. 3. Fig. 5 viser en variant med en glideregulator for gasstrøm-men gjennom apparatet. Fig. 6 og 7 viser et riss av anordningen for utmating av utskilte partikler i en horisontal og en vertikal utførelsesform av støvsamleren.

Som det fremgår av fig. 1 og 2 består apparatets viktigste del av et roterbart symmetrisk legeme 1 som omfatter en konisk kappe eller beholder 2 og et konisk lokk 3. Uttrykket "konisk" er ment å dekke overflaten på et hvilket som helst rotasjons-legeme som beskrives ved hjelp av en rett eller krum linje. Den koniske flaten behøver med andre ord ikke å ha en konstant hellingsvinkel. De to koniske elementene 2 og 3 er plassert med deres (imaginære) grunnflater rettet mot hverandre. Apparatet omfatter også et innløp 4 for gasstrømmen som skal renses og et utløp 5 for den rensede gassen. Langs omkretsen av de koniske elementenes 2 og 3 imaginære grunnflate er det anbrakt en anordning 6 for utmatingen av utskilte partikler (se fig. 3).

Under drift vil det danne seg en toroidal hvirvel inne

i legemet 1 og sammen med denne vil størsteparten av gasstrømmen, som har passert langs innerveggen av kappen eller beholderen, bli ført tilbake for resirkulering langs nevnte innervegg. For dette formål kreves det korrekt koordinering mellom tilførselen av gass, som skal renses, (via innløpet 4) og utmatingen av den rensede gassen (via utløpet 5). Fig. 1 illustrerer fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen i dens mest grunnleggende form. Ved utførelseseksemplet ifølge fig. 2 blir en del av den innkommende gasstrømmen ført tilbake i motstrøm til innløpet via et grenrørsystem, som vil bli beskrevet i det følgende. Fig. 3 viser at innløpet 4 og utløpet 5 består av to faste rørformete konstruksjonsdeler 7 og 8, som er plassert koaksialt i en viss avstand fra hverandre. Kappen eller beholderen 2 er montert slik at den kan rotere rundt innløpsrørkonstruksjonen

7, mens lokket 3 er lagret slik at det kan rotere på utløpsrør-konstruksjonen 8. For dette formål finnes det lagre 9, 10, som er fremstilt på en sterkt skjematisk måte.

Et fast hus 11 er montert omkring beholderen 2, lokket

3 og de to rørkonstruksjonene 7, 8. Dette huset danner også en del av anordningen 6 for utmatingen av utskilte partikler. Både legemet 1 og huset 11 er montert symmetrisk rundt en sentral akse 12, som også danner omdreiningsaksen for legemet 1. For dette formål er det montert en drivskive 13 på et rørformet forlengelsesstykke 14 av beholderen 2. Beholderen 2 er via dette forlengelsesstykket 14 og lageret 9 lagret på den faste rørfor-mete konstruksjonsdelen 7. Lokket 3 er festet til beholderen via et antall strimmelformete brustykker 15. Lokket 3 er også forsynt med et rørformet forlengelsesstykke 16, som via lageret 10 er lagret på den faste rørformete konstruksjonsdelen 8.

Ved utførelsesformen ifølge fig. 3 er det i legemets 1 gassinnløp 4 montert en ventil 17 og hensikten med dette angis 1 det følgende. Mellom huset 11 på den ene siden og beholderen

2 og lokket 3 på den andre siden finnes det mellomrom, henholdsvis 18 og 19. Et innløp 20 for et kjølefluidum slutter seg til mellomrommet 18, mens et tilsvarende innløp 21 slutter seg til

mellomrommet 19. Delvis utmating eller avtapping av dette fluidum oppnås via en eller flere kanalåpninger 22 i forlengelsesstykkene 14 og 16, slik at en del av fluidet kan strømme bort via lagrene, henholdsvis 9 og 10. Resten av kjølefluidet kan strømme bort

via utløpsåpninger 38 og 39. Når den innkommende gasstrømmen har en forhøyet temperatur, kan det oppnås effektiv avkjøling av både beholderen 2 og lokket 3 ved hjelp av organene 20-22.

I fig. 3 er det også vist et kammer 23, som er montert omkring utmatingsanordningen 6 og er utstyrt med en avløpslås 24. Inne i kammeret 23 finnes det en ringformet skillevegg 25, som bidrar til å sikre at partikler, som strømmer ut fra anordningen 6, ikke kan vende tilbake i retning av det utskillings-området 26 som innesluttes av beholderen 2 og lokket 3. Fig.

3 viser også at det er anbrakt et antall labyrintpakninger 27

på hver side av de roterende rørformete forlengelsesstykkene

14 og 16 samt på hver side av utmatingsanordningen 6.

Ventilen 17 er montert i den rørformete konstruksjonsdelen

7 ved et punkt i avstand fra en grenledning 28, slik at en del av den innkommende (forurensede) gasstrømmen kan avledes. Gren- ledningen 28 fører nedover langs huset 11 og fortsetter i en returledning 29 som passerer igjennom veggen av den rørformede konstruksjonsdelen 8. Denne ledningen er forbundet med et rør 30, som ligger koaksialt med aksen 12. Røret munner ut inne i beholderen 2 motsatt innløpet 4, slik at det frembringes et strøm-ningsmønster under drift som vist i fig. 2, hvor gassen, som skal renses, ledes langs innerveggen av beholderen 2.

Som et eksempel på en mulig utførelse av en separator av det slag som vises i fig. 1-3, kan det nevnes følgende data: lengde av legemet 1 = 2 m radius (R^) av røret 14 =0,5 m radius (R£) av utmatingsanordningen 6 =1,2 m hastighet for legemet =115 radianer/sek. massestrøm av gass =4 kg/s trykk i området 26 =900 kPa temperatur i området 26 =1173°K

gass-trømmens egenvekt =2,67 kg/m"^ gasstrømmens viskositet =4,414.10 ~* kg/ms maks. tangential gasshastighet =130 m/s midlere hvirvelhastighet =38 m/s utløpshastighet i røret 7 =2,9 m/s rørets 7 innerdiameter =0,8 m gassens oppholdstid i området 26 =3 sek. sentripetalakselerasjon ved R-^ =800 g sentripetalakselerasjon ved R£ =2000 g renhetsgrad =99% av alle partikler

>mikrometer ((im) Under drift danner det seg et sjikt 32 av avsatte partikler mot innerveggen av kappen eller beholderen 2. Kombinasjonen av sentrifugalakselerasjonen og den koniske beholderens 2 hellingsvinkel gir opphav til en aksialtrettet bevegelseskomponent i partiklene i sjiktet 32, slik at disse partiklene vil bevege seg mot utmatingsanordningen 6 og ankomme ved kammeret 23 i en konstant strøm. Låsemekanismen 24 er anbrakt av hensyn til det overtrykk som råder i området 26. Dette overtrykk skyldes at apparatet er plassert foran støvkollektoren (f.eks. en brennstoff-forgasser) og apparatet etter støvkollektoren (f.eks. en gass-turbin ) .

Det detaljriss som vises i fig. 4 illustrerer anvendelsen

av kanaler 33 og 34 i den rørformete konstruksjonsdelen 7 og røret 30, eksempelvis for gjennomføring av et kjølefluidum. Den fortykkede enden 35 av røret 30 virker inn på strømningen.

I fig. 5 er den rørformete konstruksjonsdelen 7 forsynt

med et konisk utvidet endeparti 7'. I dette er det anbrakt en aksialt bevegelig konisk strømningsregulator 36, som strekker seg koaksialt med midtaksen 12. Denne gjør det mulig å regulere volumet av gass som slippes inn i apparatet pr. tidsenhet. Trykkfallet over hele renseanordningen (støvkollektoren) blir stort sett bestemt av størrelsen på klaringen mellom konus 7<1>og regula-tor 36.

Fig. 6 og 7 viser to varianter, hvor ventilen 17 er plassert i den rørformete konstruksjonsdelen 8, og hvor det, som ved utførelsesformen ifølge fig. 5, ikke blir benyttet noen retur av forurenset gass til innløpet 4. Formålet med ventilen 17 er å regulere trykket innenfor området 26. Omdreiningsaksen 12 er horisontal i fig. 6 og vertikal i fig. 7, i den hensikt å påpeke at oppfinnelsen kan utnyttes i forbindelse med enten den ene eller den andre varianten.

Det påpekes at gasstrømmen, som skal renses og som kommer inn via innløpet 4, kan ha høy eller lav temperatur, hvilket vil være avhengig av f.eks. det apparat som gasstrømmen har kom-met fra.

Det bemerkes at henvisningstallene i patentkravene ikke

er beregnet på å begrense rammene for samme, men er bare angitt i tydeliggjørende øyemed.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for utskilling av partikler fra en gasstrøm, hvor det blir benyttet et sentrifugalfelt, i hvilket den innkommende gasstrømmen ledes langs innerveggen av et roterende legeme (1,2), hvilken innervegg har konisk form, som divergerer i strømningsretningen under en slik hellingsvinkel at partikler, som har avsatt seg langs den, fortsetter å bevege seg i retning av kjeglens grunnflate, hvor de til slutt mates ut langs omkretsen av det roterende legemet, mens den rensede gasstrømmen passerer ut sentralt ved et punkt (5) i avstand fra innløpet (4), karakterisert ved at inntaksvolumet av gass, som skal renses, pr. tidsenhet og/eller utmatingsvolumet av renset gass pr. tidsenhet fastsettes og avpasses etter det roterende legemets volum på en slik måte at det danner seg en toroidal hvirvel inne i det roterende legemet for resirkulering av gassen etter at den har strømmet langs innerveggen.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at en regulerbar andel skilles fra den innkommende gasstrømmen og føres tilbake i motstrøm til innløpspunk-tet innenfor det koniske legemet.

3. Apparat for utskilling av suspenderte partikler fra en gasstrøm ved hjelp av sentrifugalkraften, hvor en går frem i overensstemmelse med fremgangsmåten i samsvar med krav 1 eller 2, og som omfatter et roterbart symmetrisk legeme (1,2), som er forsynt med et innløp (4) for gasstrømmen, som skal renses, en anordning (6) for utmating av utskilte partikler og et utløp (5) for den rensede gassen, hvilket legeme er montert slik at det kan rotere, mens både innløpet (4) og utløpet (5) for gass-strømmen ligger koaksialt med rotasjonsaksen (12) og legemets (1) kappe er stort sett konisk med toppunktet rettet mot gass-innløpet, og hvor anordningen (6) for utmating av utskilte partikler er montert langs omkretsen av den (imaginære) grunnflaten, karakterisert ved at en strømningsregulator (17,36) er montert i innløpet (4) og/eller utløpet (5) for gass-strømmen på en slik måte at trykkfallet i det vesentlige bestemmes av denne regulatoren.

4. Apparat i samsvar med krav 3, karakterisert ved at det i gassinnløpet (4) finnes en grenledning (28) oppstrøms av strømningsregulatoren (17), hvilken grenledning er forbundet med et rør (30), som strekker seg koaksialt med omdreiningsaksen (12) og munner ut i nærheten av gassinnløpet samt har et utløp i den motsatte retningen av gassinnløpet (fig.

3) .

5. Apparat i samsvar med krav 4, karakterisert ved at den enden (36) av røret (30) som er rettet mot inn-løpet (4) er fortykket og følger strømlinjene samt er innvendig forsynt med en kanal (34) for et kjølefluidum (fig. 4).

6. Apparat i samsvar med et av kravene 3-5, hvor legemet (1) omfatter to koniske elementer (2,3) med grunnflatene vendt mot hverandre og med gassinnløpet (4) i det første elementets (2) (beholderens) toppunkt og gassutløpet (5) i det andre elementets (3) (et lokks) toppunkt, mens anordningen (6) for utmating av utskilte partikler er plassert i det ringformede området mellom beholderen (2) og lokket (3), karakterisert ved at lokkets (3) hellingsvinkel er større enn beholderens (2) .

7. Apparat i samsvar med et av kravene 3-6, karakterisert ved at en aksialt regulerbar kjegle (36) (konus) er anbrakt i gassinnløpet (4) for å regulere volumet av den innkommende gasstrømmen (fig. 5).

8. Apparat i samsvar med et av kravene 3-7, karakterisert ved at innløpet (4) og utløpet (5) består av to faste rørformede konstruksjoner (7,8), som er plassert koaksialt i en viss avstand fra hverandre, mens beholderen (2) er montert slik at den kan rotere rundt innløpskonstruksjonen (7) og lokket (3) er lagret slik at det kan rotere på utløps-konstruksjonen (8), og at et fast hus (11) er montert omkring beholderen (2), lokket (3) og de to rørformede konstruksjonene (7,8), og som også anordningen (6) for utmatingen av utskilte partikler er forbundet med.

9. Apparat i samsvar med krav 8, karakterisert ved at mellomrommene (henholdsvis 18 og 19) mellom huset (11) på den ene siden og beholderen (2) og lokket (3) på den andre siden er forbundet med innløp (henholdsvis 20 og 25) for et kjølefluidum, mens delvis utmating av dette fluidum oppnås via lagre (henholdsvis 9 og 10) for beholderen og lokket på ved-kommende rørformede konstruksjoner (henholdsvis 7 og 8) og resten kan strømme bort via utløp (henholdsvis 38 og 39) som er forbundet med huset (11).