AT14168U1 - Verfahren zum Trennen von Feststoffpartikeln unter Verwendung eines Fliehkraftabscheiders - Google Patents

Abstract

Gezeigt wird ein Verfahren zum Trennen von Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom unter Verwendung eines Fliehkraftabscheiders, wobei dieser zumindest ein Gehäuse mit einem Einlaufzylinder (2), welcher vom einlaufenden Gasstrom (1) radial durchströmt wird, und mit einer an den Einlaufzylinder anschließenden Trennstrecke (3) umfasst, an deren Ende die abgeschiedenen Feststoffpartikel ausgeschleust werden, sowie ein in das Innere des Gehäuses ragendes Tauchrohr (4), das vom einlaufenden Gasstrom (1) umströmt wird, wobei der Gasstrom anschließend durch das Tauchrohr (4) aus dem Gehäuse abgezogen wird. Um ein Verfahren zum Trennen von Feststoffpartikeln unterschiedlicher Dichte in zwei Fraktionen zur Verfügung zu stellen, ist vorgesehen, dass dass zum Einstellen eines vorgegebenen Abscheideverhältnises von einer Schwerfraktion (8), die in der Trennstrecke (3) abgeschiedenen wird, zu einer Leichtfraktion, die mit dem Gasstrom (11) durch das Tauchrohr (4) abgezogen wird, entweder das Tauchrohr (4) axial verstellt wird und/oder am Ende der Trennstrecke (3), an welchem die Schwerfraktion (8) ausgeschleust wird, ein Apexkegel (5) vorgesehen ist, der axial verstellt wird.

Description

Beschreibung

VERFAHREN ZUM TRENNEN VON FESTSTOFFPARTIKELN UNTER VERWENDUNG EINESFLIEHKRAFTABSCHEIDERS

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Feststoffpartikeln aus einemGasstrom unter Verwendung eines Fliehkraftabscheiders, wobei dieser zumindest ein Gehäusemit einem Einlaufzylinder, welcher vom einlaufenden Gasstrom radial durchströmt wird, und miteiner an den Einlaufzylinder anschließenden Trennstrecke umfasst, sowie ein in das Innere desGehäuses ragendes Tauchrohr, das vom einlaufenden Gasstrom umströmt wird, wobei derGasstrom anschließend durch das Tauchrohr aus dem Gehäuse abgezogen wird. Die Erfindungumfasst auch einen entsprechenden Fliehkraftabscheider.

STAND DER TECHNIK

[0002] Fliehkraftabscheider werden auch als Zentrifugalsichter, Zyklon, Zyklonabscheider,Zyklonfilter oder Wirbler bezeichnet und dienen in großtechnischen Anlagen zum Abtrennenvon in Gasen enthaltenen festen oder flüssigen Partikeln. Fliehkraftabscheider bestehen imWesentlichen aus vier Teilen: Dem oben angeordneten Einlaufzylinder, die darunter anschlie¬ßende Trennstrecke, die meist als Kegelstumpf (Konus) ausgebildet ist, und dem Tauchrohr,das mittig von oben herab im Einlaufzylinder angebracht ist. Unter der Trennstrecke ist einPartikelauffangbehälter oder Bunker vorgesehen.

[0003] Im Einlaufzylinder wird das Gas-Partikelgemisch durch tangentiales Einblasen auf einekreisförmige Bahn gebracht. Durch die Verjüngung des anschließenden Kegelstumpfs nimmtdie Drehgeschwindigkeit dermaßen zu, dass die Partikel durch die Fliehkraft an die Kegel¬stumpfwände geschleudert und soweit abgebremst werden, dass sie sich aus der Strömunglösen und nach unten in den Auffangbehälter rieseln. Bei entsprechend schweren Partikeln istder Kegelstumpf nicht unbedingt nötig. Das gereinigte Gas verlässt den Kegelstumpf durch dasmittige Tauchrohr nach oben.

[0004] Um zu vermeiden, dass der Wirbel Partikel aus dem Bunker wieder herausreißt, ist derÜbergang vom Kegelstumpf zum Bunker oft zusätzlich durch einen in der Mitte stehendensogenannten Apexkegel verschlossen, sodass lediglich ein ringförmiger Schlitz zwischen Ke¬gelstumpfwand und Apexkegel bleibt, durch den die Partikel in den Bunker gelangen.

[0005] In herkömmlichen Fliehkraftabscheidern werden zur Abscheidung von Feststoffen auseinem Gasmassenstrom überwiegend Zentrifugalkräfte in einem Fliehkraftfeld genutzt. Im Spielder Kräfte aus Quellen- und Senkenströmung ergibt sich für jede Partikelgröße (bei gleicherDichte) eine dreidimensionale rotationssymmetrische Fläche unterhalb des Tauchrohres, diefestlegt, ob ein Partikel aus dem Gasmassenstrom ausgetragen wird oder ob dieses im Gas¬massenstrom verbleibt. Dabei wird der Fliehkraftabscheider üblicher Weise so ausgestaltet,dass eine möglichst hohe Effizienz bei der Abscheidung der schweren Partikel erzielt wird,insbesondere sollen in der Regel alle Partikel abgeschieden werden. Diese Eigenschaft ist beimAbtrennen von nicht expandierbaren (bzw. nicht expandierten) Partikeln von expandierten,aufgeblähten Partikeln (Granulat) nicht erwünscht.

[0006] Beim Expandieren von mineralischen Partikeln wie Perlit kommt es immer wieder vor,dass nicht expandierbare Partikel mit dem fertig expandierten Material aus dem Expansions¬ofen ausgetragen werden. Während die expandierten Partikel wesentlich leichter und größer(bis zu 5 mm) sind, liegen die nicht expandierbaren Partikel überwiegend im Bereich kleiner 0,5mm. Nun ist es so, dass bei solchen sandähnlichen Materialien in der Regel für grobe Trenn¬schritte, also bei Partikeln größer 0,5 mm, bevorzugt Siebe eingesetzt werden, während beiTrenn schritten für Partikel kleiner 0,2 mm zumeist Windsichter verwendet werden, um die nichtexpandierbaren Partikel von den expandierten Partikeln zu trennen.

[0007] Windsichter eignen sich jedoch besonders für die Aufbereitung enger Kornklassen beiannähernd gleichem Schüttgewicht und Korngrößen im Bereich kleiner 0,2 mm. Beim Einsatzder handelsüblichen Windsichter zur Abtrennung nicht expandierter Partikel werden durch zumTeil gegenläufig wirkende Kräfte entweder zu viele expandierte Partikel mit den nicht expandier¬ten Partikeln ausgetragen oder aber es verbleiben zu viele nicht expandierte Partikel gemein¬sam mit den expandierten Partikeln im Gasmassenstrom.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0008] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Trennen vonFeststoffpartikeln unterschiedlicher Dichte in zwei Fraktionen zur Verfügung zu stellen, insbe¬sondere zum Trennen von expandierten und nicht expandierten Partikeln, das die Nachteile vonWindsichtern und insbesondere auch eine mehrstufige Abscheidung (Sieb und Windsichter)vermeidet.

[0009] Zu diesem Zweck sollen bestehende Fliehkraftabscheider so verändert werden, dassdamit auch nicht expandierbare Partikel von expandierten Partikeln getrennt werden können.Der Fliehkraftabscheider umfasst dabei zumindest ein Gehäuse mit einem Einlaufzylinder,welcher vom einlaufenden Gasstrom radial durchströmt wird, und mit einer an den Einlaufzylin¬der anschließenden Trennstrecke, an deren Ende die abgeschiedenen Feststoffpartikel ausge¬schleust werden, sowie ein in das Innere des Gehäuses ragendes Tauchrohr, das vom einlau¬fenden Gasstrom umströmt wird, wobei der Gasstrom anschließend durch das Tauchrohr ausdem Gehäuse abgezogen wird.

[0010] Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zum Einstellen eines vorgegebenen Ab-scheideverhältnises von einer Schwerfraktion, die in der Trennstrecke abgeschiedenen wird, zueiner Leichtfraktion, die mit dem Gasstrom durch das Tauchrohr abgezogen wird, entweder dasTauchrohr axial verstellt wird und/oder am Ende der Trennstrecke, an welchem die Schwerfrak¬tion ausgeschleust wird, ein Apexkegel vorgesehen ist, der axial verstellt wird. Es sind somitdrei Ausführungsvarianten denkbar: [0011] Erstens kann nur das Tauchrohr verstellt werden bzw. verstellbar sein, und es ist keinApexkegel vorgesehen oder nur ein Apexkegel, der axial (in Höhenrichtung des Fliehkraft¬abscheiders) nicht verstellt wird bzw. nicht verstellbar ist.

[0012] Zweitens kann ein Tauchrohr vorgesehen sein, das axial nicht verstellbar ist, währendein Apexkegel vorgesehen ist, der axial verstellt wird bzw. verstellbar ist.

[0013] Drittens kann sowohl das Tauchrohr als auch der Apexkegel verstellt werden bzw. ver¬stellbar sein.

[0014] Bei den verstellbaren Ausführungsformen wird das - in der Regel innerhalb des Flieh¬kraftabscheiders gerade ausgebildete - Tauchrohr längs seiner Achse axial verstellt bzw. derApexkegel längs seiner Kegelachse axial verstellt. In jedem Fall, egal ob verstellbar oder nicht,fallen Tauchrohrachse und gegebenenfalls Kegelachse zusammen.

[0015] Die Erfindung dient also dazu, die Kräfte, welche im Bereich des Austragspaltes auf einPartikel wirken, der Größe nach einzustellen.

[0016] Beim Fliehkraftabscheider kommt es - anders als beim Windsichter - nicht primär auf dieGröße der abzuscheidenden Partikel an, sondern es wird vorrangig der spezifische Gewichtsun¬terschied genützt, insbesondere der von expandierten zu nicht expandierten Partikeln. Dazu istes sinnvoll, die Trennstrecke herkömmlicher Fliehkraftabscheider, die oft als Konus ausgeführtist, zu verkürzen (z.B. um zumindest ein Drittel), sodass der Durchmesser am Ort der Aus¬schleusung der Schwerfraktion (z.B. nicht expandierte Partikel) geringfügig kleiner (um bis zu10%, insbesondere nur um bis zu 5%), gleich oder größer ist als der Tauchrohrdurchmesser.Eine weitere Verjüngung der Trennstrecke würde die Geschwindigkeit der Partikel weiter erhö¬hen und dadurch auch zur Abscheidung der Leichtfraktion führen. Durch die mögliche Verlänge¬rung oder Verkürzung des Tauchrohres bzw. durch Verschiebung des Apexkegels in Axialrich¬tung kann nun gezielt das Abscheideverhältnis zwischen Schwer- und Leichtfraktion eingestellt werden und die Leichtfraktion (z.B. expandierte Partikel) mit dem Gasstrom abgesaugt werden,während die Schwerfraktion ausgeschleust wird. In der Regel wird der gesamte Gasstrom mitder Leichtfraktion durch das Tauchrohr abgezogen, es sind keine weiteren Absaugmöglichkei¬ten vorhanden.

[0017] Je nach Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Tauchrohr und/oder der Apexkegelum das 0,5- bis 3-fache des Durchmessers des Tauchrohres axial verstellt werden kann. Damitkann das Ende des Tauchrohres etwa nur bis in den Einlaufzylinder ragen (z.B. in das untereViertel des Einlaufzylinders), es kann aber auch bis in die Trennstrecke geschoben werden (z.B.bis in das untere Drittel der Trennstrecke, also wenige Zentimeter über dem Berührungspunktmit dem Apexkegel).

[0018] Es hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn das Verhältnis des Durchmes¬sers des Einlaufzylinders zum Durchmesser des Tauchrohres das 1,4- bis 2-fache (etwa das1,6- fache), insbesondere das 1,8-fache, beträgt.

[0019] U m ein Aufwirbeln der schon abgeschiedenen Schwerfraktion zu verhindern, kann vor¬gesehen sein, dass die Ausschleusung der Schwerfraktion aus der Trennstrecke durch einenAustragspalt erfolgt, der durch einen in die Trennstrecke eingesetzten Apexkegel, der mit derSpitze Richtung Tauchrohr ausgerichtet ist, und die Trennstrecke gebildet wird. Der Apexkegelwirkt also - ähnlich einem sogenannten Apex-Kegel herkömmlicher Fliehkraftabscheider - alsAbschirmhaube des Behälters für abgeschiedene Partikel der Schwerfraktion.

[0020] U m den Austrag des Gasstroms mit der Leichtfraktion durch das Tauchrohr zu unterstüt¬zen, kann vorgesehen sein, dass die Trennstrecke mit einem zusätzlichen Gasstrom beauf¬schlagt wird, der in Richtung des Tauchrohres koaxial ausgerichtet ist. Insbesondere kann derzusätzliche Gasstrom durch den Austragspalt zwischen Apexkegel und Trennstrecke einge¬bracht werden.

[0021] Um dabei die Bewegung der abgeschiedenen Schwerfraktion zum Ende der Trennstre¬cke nicht zu behindern, kann vorgesehen sein, dass der zusätzliche Gasstrom beim Eintritt indie Trennstrecke einen geringeren Durchmesser aufweist als das Tauchrohr. Die Partikel derSchwerfraktion können somit entlang der Wand der Trennstrecke zum Ende der Trennstreckerutschen, während der zusätzliche Gasstrom nur in den Innenraum des Tauchrohres gerichtetist.

[0022] Besonders vorteilhaft kann die Erfindung angewendet werden, wenn die Schwerfraktiondurch sandkornförmige, mineralische Partikel gebildet wird und die Leichtfraktion durch gebläh¬tes Granulat gebildet wird, das aus sandkornförmigem, mineralischen Partikeln hergestelltworden ist. Die - unerwünschte - Schwerfraktion wird also in diesem Fall aus nicht expandierba¬ren bzw. nicht expandierten Partikeln gebildet, während die Leichtfraktion aus expandierten(geblähten) Partikeln besteht.

[0023] Die Schwerfraktion kann aus Sandkörnern bestehen, wie beispielsweise aus Perlit- oderObsidiansand. Die Leichtfraktion entsteht dadurch, dass die Sandkörner in einem Expansions¬ofen auf eine kritische Temperatur erhitzt werden, bei der die Oberfläche der Sandkörner plas¬tisch wird. Aufgrund des im Material gebundenen Wassers bildet sich Wasserdampf, dessenDruck das Sandkorn nun isenthalp aufbläht. Durch die damit einhergehende Abkühlung desSandkorns und/oder eine Verminderung der Temperatur im Expansionsofen erstarrt das aufge¬blähte Sandkorn, die festen aufgeblähten Sandkörner bilden die Leichtfraktion, das Granulat.Selbstverständlich könnte auch statt Wasser ein anderes Treibmittel im Material vorhandensein.

[0024] Es können aber nicht nur mineralische Sande als Ausgangsmaterial verwendet werden(bzw. die Schwerfraktion bilden), in denen Wasser als Treibmittel gebunden ist, es kann auchmineralischer Staub verwendet werden, der mit wasserhaltigem mineralischem Bindemittelgemischt wird, wobei in diesem Fall das wasserhaltige mineralische Bindemittel als Treibmittelwirkt. Der Blähvorgang kann in diesem Fall folgendermaßen vor sich gehen: Der mineralischeStaub, der aus relativ kleinen Sandkörnern von beispielsweise 20 pm Durchmesser besteht, bildet mit dem Bindemittel größere Körner von beispielsweise 500 pm. Bei einer kritischenTemperatur werden die Oberflächen der Sandkörner des mineralischen Staubs plastisch undbilden geschlossene Oberflächen der größeren Körner bzw. verschmelzen zu solchen. Esliegen dann also größere Körner mit jeweils einer geschlossenen Oberfläche vor, wobei dieKörner eine Matrix aus mineralischem Sandstaub sowie wasserhaltiges mineralisches Bindemit¬tel aufweisen. Da die Oberflächen dieser größeren Körner nach wie vor plastisch sind, kann inder Folge der sich ausbildende Wasserdampf die größeren Körner blähen. D.h. das wasserhal¬tige mineralische Bindemittel wird als Treibmittel verwendet. Die geblähten größeren Körnerbilden dann die gewünschte Leichtfraktion, das Granulat.

[0025] Alternativ kann auch mineralischer Staub mit einem Treibmittel gemischt werden, wobeidas Treibmittel mit mineralischem Bindemittel, welches vorzugsweise Wasser enthält, vermengtist. Als Treibmittel kann beispielsweise CaCOe Verwendung finden. Der Blähvorgang kann indiesem Fall analog zum oben geschilderten vor sich gehen: Der mineralische Staub, welchereine relativ kleine Sandkorngröße (beispielsweise 20 pm Durchmesser) aufweist, bildet mit demTreibmittel und dem mineralischen Bindemittel größere Körner (beispielsweise 500 pm Durch¬messer). Bei Erreichen einer kritischen Temperatur werden die Oberflächen der Sandkörnerdes mineralischen Staubs plastisch und bilden eine geschlossene Oberfläche der größerenKörner bzw. verschmelzen zu einer solchen. Die geschlossenen Oberflächen der größerenKörner sind nach wie vor plastisch und können nun vom Treibmittel gebläht werden. Falls dasmineralische Bindemittel wasserhaltig ist, kann dieses als zusätzliches Treibmittel fungieren.

[0026] Das erfindungsgemäße Trennverfahren kann besonders gut angewendet werden, wenndas Verhältnis der Schüttdichte von Schwerfraktion zu Leichtfraktion im Bereich von 1,5- 30,insbesondere im Bereich von 2-20, bevorzugt im Bereich von 5-10, liegt. Vorzugsweise kön¬nen die Partikel der Schwerfraktion einen Durchmesser im Bereich von kleiner 1,8 mm, insbe¬sondere kleiner 0,8 mm, und eine Schüttdichte von 700-1400 kg/m3, insbesondere von 900-1200 kg/m3 aufweisen, während das Granulat der Leichtfraktion einen Durchmesser von bis 5mm, insbesondere von 0,3 - 5 mm, und eine Schüttdichte von 40-600 kg/m3 aufweist.

[0027] E in erfindungsgemäßer Fliehkraftabscheider umfasst zumindest ein Gehäuse mit einemEinlaufzylinder, welcher vom einlaufenden Gasstrom radial durchströmbar ist, und mit einer anden Einlaufzylinder anschließenden Trennstrecke, an deren Ende die abgeschiedenen Fest¬stoffpartikel ausgeschleust werden können, sowie ein in axialer Richtung in das Innere desGehäuses ragendes Tauchrohr, das vom einlaufenden Gasstrom umströmbar ist. Der Flieh¬kraftabscheider ist dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem vorgegebenenAbscheideverhältnis von einer Schwerfraktion, die in der Trennstrecke abscheidbar ist, zu einerLeichtfraktion, die mit dem Gasstrom durch das Tauchrohr abziehbar ist, entweder das Tauch¬rohr in axialer Richtung verstellbar ist und/oder am Ende der Trennstrecke, an welchem dieSchwerfraktion ausgeschleust wird, ein Apexkegel vorgesehen ist, der axial verstellbar ist.

[0028] Der Durchmesser des Querschnitts am Ende der Trennstrecke, an welchem die Schwer¬fraktion ausgeschleust wird, kann geringfügig, nämlich um bis zu 10%, kleiner, gleich odergrößer sein als der Tauchrohrdurchmesser.

[0029] Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängi¬gen Vorrichtungsansprüchen angegeben.

[0030] Wie schon beim erfindungsgemäßen Verfahren erläutert worden ist, kann das Tauchrohrum das 0,5- bis 3-fache des Durchmessers des Tauchrohres axial verstellbar sein. Das Verhält¬nis des Durchmessers des Einlaufzylinders zum Durchmesser des Tauchrohres kann das 1,4-bis 2-fache, etwa das 1,6 bis 2-fache, insbesondere das 1,8-fache, betragen.

[0031] Die Trennstrecke kann zumindest eine zusätzliche Gaszuführöffnung aufweisen, sodassdie Trennstrecke mit einem zusätzlichen, partikelfreien Gasstrom beaufschlagt werden kann,der in Richtung des Tauchrohres koaxial ausgerichtet ist. Die Gaszuführöffnung kann so be¬messen sein, dass der zusätzliche Gasstrom beim Eintritt in die Trennstrecke einen geringerenDurchmesser aufweist als das Tauchrohr.

[0032] Die Trennstrecke kann dem Tauchrohr gegenüberliegend einen Apexkegel aufweisen,dessen Spitze zum Tauchrohr ausgerichtet ist, wobei ein Austragspalt zwischen Apexkegel undTrennstrecke dem Ausschleusen der Schwerfraktion dient. Dieser Austragspalt kann gleichzei¬tig auch als Gaszuführöffnung für den zusätzlichen Gasstrom fungieren. Die Gaszuführöffnungkönnte jedoch auch - um den Austrag der Schwerfraktion durch den Austragspalt nicht zu stö¬ren - durch einen weiteren ringförmigen Spalt innerhalb der Trennstrecke verwirklicht werden.

[0033] Wenn die Trennstrecke die Form eines Konus aufweist, wird der kleinste Konusdurch¬messer ident mit dem Außendurchmesser des Austragsspalts sein. Dies hat dies den Vorteil,dass der zusätzliche Gasstrom, wenn er durch den Austragspalt eingebracht wird, die unmittel¬bar an der Konuswand befindlichen leichten Granulate im Bereich des Austragsspalts aufwirbeltund in seiner Wirkrichtung die Senkenkraft durch das Tauchrohr und damit die Absaugung derleichten Granulate direkt unterstützt.

[0034] Wenn die Trennstrecke die Form eines Zylinders aufweist, hat dies den Vorteil, dass derEinlaufzylinderdurchmesser in der Regel ident ist mit dem Durchmesser der Trennstrecke undsomit der Fliehkraftabscheider einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann.

[0035] Die Achse des Fliehkraftabscheiders wird im Betriebszustand in der Regel senkrechtausgerichtet sein, kann jedoch bis zu 90° gegenüber der Vertikalen geneigt sein, wenn es beiden baulichen Gegebenheiten von Vorteil ist.

[0036] Mit der erfindungsgemäßen Lösung können Hersteller von expandierten Partikeln dieunerwünschten nicht expandierten Partikel in einem einfachen, dem Expansionsschritt nachge¬schalteten Prozessschritt inline abscheiden und damit die Qualität des expandierten Produktswesentlich steigern, ohne im Vorfeld aufwändige Prozessschritte zur Erkennung und Trennungnicht expandierbarer Partikel einsetzen zu müssen. Die Partikel können das erfindungsgemäßeVerfahren noch im warmen Zustand durchlaufen, also etwa auch mit Temperaturen im Bereichvon bis zu 1000 °C. Die erfindungsgemäße Trennung erfolgt nach der Rohdichte und nicht nachder Größe der Teilchen, wie dies etwa bei Sieben der Fall wäre.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0037] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung aufdie Figuren Bezug genommen, aus der weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten undWeiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigen: [0038] Fig. 1 ein Schema eines erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders mit konischer

Trennstrecke, [0039] Fig. 2 den Fliehkraftabscheider aus Fig. 1 mit Strömungslinien, [0040] Fig. 3 ein Schema eines erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders mit zylindrischer

Trennstrecke und Strömungslinien, [0041] Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Fliehkraftabscheiders mit zylindrischer Trenn¬ strecke aus Fig. 3, [0042] Fig. 5 ein Schema eines erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheiders zum Einbringen eines zusätzlichen Gasstroms, [0043] Fig. 6 den Fliehkraftabscheider aus Fig. 5 mit Strömungslinien.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0044] Der Fliehkraftabscheider in Fig. 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse, das auseinem Einlaufzylinder 2 und einer als Konus 3 ausgebildeten Trennstrecke zusammengesetztist, wobei der Konus 3 an die Unterseite des Einlaufzylinders 2 mit gleichem Durchmesser wieder Einlaufzylinder 2 an den Einlaufzylinder 2 anschließt und sich nach unten verjüngt. DasTauchrohr 4 ragt von oben in den Einlaufzylinder 2, es ist entlang der Achse 13 des Gehäusesdes Fliehkraftabscheiders verschiebbar, was durch den Doppelpfeil symbolisiert wird. Es ist die höchstmögliche Position des Tauchrohres 4, wo das untere Ende des Tauchrohres 4 sich imunteren Viertel des Einlaufzylinders 2 befindet, mit durchgehenden Linien eingezeichnet. Strich-liert ist eine tiefe Position des Tauchrohres 4 dargestellt, wo dieses um mehr als die halbe Höhe(zu etwa 3/5) des Konus 3 in den Konus eingetaucht ist.

[0045] Am unteren Ende des Konus 3, also am Ende der Trennstrecke, wo der Querschnitt 7des Konus 3 in diesem Beispiel größer ist als der Durchmesser des Tauchrohrs 4, ist ein Apex¬kegel 5 eingebaut, dessen Durchmesser kleiner ist als der kleinste Durchmesser des Konus 3.Der Apexkegel 5 ist entlang der Achse 13 des Gehäuses des Fliehkraftabscheiders verschieb¬bar, was durch den Doppelpfeil symbolisiert wird. Zwischen Konus 3 und Apexkegel 5 bildetsich dadurch ein ringförmiger Austragspalt, durch den die Schwerfraktion 8 ausgeschleustwerden kann und in einem Sammelkonus 6 aufgefangen wird. Selbstverständlich können auchSammelbehälter in anderer Form vorgesehen werden. Am unteren Ende des Sammelkonus 6befindet sich vorzugsweise eine Zellradschleuse, mittels welcher das System gegenüber derUmgebung bezüglich des Druckes abgegrenzt ist und die Schwerfraktion 8 aus dem Sammel¬konus 6 ausgetragen werden kann.

[0046] Der einlaufende Gasstrom 1 wird durch eine Einlauföffnung 14 am oberen Ende desEinlaufzylinders 2 in den Fliehkraftabscheider eingebracht. Die Einlauföffnung 14 wird in derRegel einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt der Einlauföffnung 14 nimmteinen Großteil der Höhe des Einlaufzylinders 2 ein. Er wird in der Regel - im Sinne einesSchlitzeinlaufs - mehr hoch als breit sein. Das die Einlauföffnung 14 bildende Rohr mündettangential in den Einlaufzylinder 2, wie in Fig. 4 zu erkennen ist.

[0047] Fig. 2 zeigt den Fliehkraftabscheider aus Fig. 1 mit Strömungslinien. Der einlaufendeGasstrom 1 enthält Feststoffpartikel unterschiedlicher Größe und Dichte und wird durch dieEinlauföffnung 14 im Sinne eines Schlitz- bzw. Spiraleinlaufs, also zumindest mit einer Tangen¬tialkomponente, in den Einlaufzylinder 2 eingebracht. Die tangentiale Komponente der in derRegel spiralförmigen Bahn des Gasstroms ist durch entsprechende Ellipsen dargestellt. DerGasstrom strömt zunächst um das Tauchrohr 4 herum und wird - etwa mittels eines dem Tauch¬rohr 4 nachgeschalteten, hier nicht dargestellten Gebläses - durch das Tauchrohr 4 alsGasstrom 11 mit der Leichtfraktion abgezogen. Schwerere Feststoffpartikel, eben die Schwer¬fraktion 8, werden durch die spiralförmige Bewegung gegen den Einlaufzylinder 2 oder denKonus 3 geschleudert und gleiten entlang des Konus 3 spiralförmig in Richtung und durch denAustragspalt zwischen Apexkegel 5 und Konus 3 in den Sammelkonus 6, was durch zwei ge¬krümmte Pfeile dargestellt ist.

[0048] Entscheidend für die Trennung von Schwer- und Leichtfraktion ist die freie Mantelfläche(Zylindermantel des Einlaufzylinders 2 und Kegelmantel des Konus 3) zwischen Tauchrohr 4und Apexkegel 5. Die Trennung erfolgt aufgrund des Kräftegleichgewichtes zwischen radialerbis vertikaler Senkenkräfte (Stok'sche Schleppkraft) Fsx und Fsy (hier durch Fs dargestellt) sowieZentrifugalkraft Fz an der Mantelfläche. Die Schleppkraft Fs lässt sich durch Höhenverstellungvon Tauchrohr 4 bzw. Apexkegel 5 beeinflussen.

[0049] In Fig. 2 ist punktiert die wandnahe Sekundärströmung 15 eingezeichnet, die sich zu¬sätzlich zur primären Spiralbewegung ergibt, mit welcher die Leichtfraktion in das Tauchrohrausgetragen wird. Die Sekundärströmung 15 tritt in zwei Ausformungen auf: eine erste Sekun¬därströmung verläuft entlang der Decke 16 des Gehäuses nach innen, an der Außenwand desTauchrohres 4 hinunter, um das Ende des Tauchrohres 4 herum und entlang der Innenwanddes Tauchrohres 4 nach oben. Eine zweite Sekundärströmung bildet sich entlang der Innen¬wand des Einlaufzylinders 2, strömt weiter entlang der Wand des Konus 3 nach unten undentlang des Mantels des Apexkegels 5 nach oben in die Mitte (entlang der Achse 13) desTauchrohres 4.

[0050] Der Fliehkraftabscheider gemäß Fig. 3 ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie jener ausFig. 1 oder 2, lediglich die Trennstrecke ist gleich dem Einlaufzylinder 2 ebenfalls als Zylinder 9ausgebildet, der den gleichen Durchmesser wie der Einlaufzylinder 2 aufweist. Das Gehäusedes Fliehkraftabscheiders ist also insgesamt zylindrisch und besteht in der Regel aus einem einzigen zylindrischen Bauteil.

[0051] Auch hier ist die freie Mantelfläche (Zylindermantel des Einlaufzylinders 2 und Zylinders9) zwischen Tauchrohr 4 und Apexkegel 5 für die Trennung in Schwer- und Leichtfraktion derFeststoffpartikel ausschlaggebend. Die Trennung erfolgt wieder aufgrund des Kräftegleichge¬wichtes zwischen radialer bis vertikaler Senkenkräfte (Stok'sche Schleppkraft) und Zentrifugal¬kraft. Die Schleppkraft lässt sich durch Höhenverstellung von Tauchrohr 4 bzw. Apexkegel 5beeinflussen. Die Trennfläche, wo Kräftegleichgewicht herrscht, ist hier strichliert eingezeichnet.Sie wölbt sich vom unteren Ende des Tauchrohres 4 nach außen und verläuft anschließendnahe der Wand des Zylinders 9 nach unten. Die strichlierte Kurve entspricht der Fläche, aufwelcher die Schleppkräfte gleich den Fliehkräften sind. Punktiert und mit Richtungspfeilen ver¬sehen ist eine mögliche Bahn eines Partikels der Leichtfraktion dargestellt, und zwar vom Ein¬tritt in den Fliehkraftabscheider in der Mitte der Einlauföffnung 14 bis zum Austritt entlang derAchse 13 durch das Tauchrohr 4.

[0052] In Fig. 4 mit der perspektivischen Ansicht des Fliehkraftabscheiders aus Fig. 3 ist dieFlanschverbindung zwischen dem Gehäuse, bestehend aus Einlaufzylinder 2 und Zylinder 9 alsTrennstrecke, und dem Sammelkonus 6 offen. Die Öffnung selbst ist teilweise mit dem Konus 5abgedeckt.

[0053] In Fig. 5 ist eine Ausführungsvariante eines Fliehkraftabscheiders dargestellt, der zumEinbringen eines zusätzlichen Gasstroms verwendet werden kann, in Fig. 6 ist diese Variantenochmals mit Strömungslinien dargestellt. Der Fliehkraftabscheider in Fig. 5 besteht wieder auseinem Gehäuse mit Einlaufzylinder 2 und Konus 3, wobei der Konus 3 an die Unterseite desEinlaufzylinders 2 mit gleichem Durchmesser wie der Einlaufzylinder 2 an den Einlaufzylinder 2anschließt und sich nach unten verjüngt. Das Tauchrohr 4 ist wieder entlang der Achse 13 desGehäuses des Fliehkraftabscheiders verschiebbar, was durch den Doppelpfeil symbolisiert wird.Das untere Ende des Tauchrohres 4 befindet sich gerade im oberen Viertel des Konus 3.

[0054] Im einlaufenden Gasstrom 1 sind sowohl kleinere schwerere Teilchen, hier punktförmigdargestellt, als Schwerfraktion enthalten als auch größere leichtere Teilchen, hier ringförmigdargestellt, als Leichtfraktion enthalten. Neben der spiralförmigen Hauptströmung sind dieStrömungslinien der wandnahen Sekundärströmung 15 eingezeichnet. Die Sekundärströmung15 tritt in zwei Ausformungen auf: eine erste Sekundärströmung verläuft entlang der Decke 16des Gehäuses nach innen, an der Außenwand des Tauchrohres 4 hinunter, um das Ende desTauchrohres 4 herum und entlang der Innenwand des Tauchrohres 4 nach oben. Eine zweiteSekundärströmung bildet sich entlang der Innenwand des Einlaufzylinders 2, strömt weiterentlang der Wand des Konus 3 nach unten und entlang des Mantels des Apexkegels 5 nachoben in die Mitte des Tauchrohres 4 (entlang der Achse 13).

[0055] Zur Unterstützung dieser zweiten Sekundärströmung 15 ist vorgesehen, dass von unten(durch die untere Öffnung des Sammelkonus 6) entlang der Achse 13 durch den Sammelkonus6 und durch den Austragspalt 12 zwischen Apexkegel 5 und Konus 3, also um den Apexkegel 5herum, Prozessluft eingeblasen wird. Insofern dient der Austragspalt 12 auch als Gaszuführöff-nung für den zusätzlichen Gasstrom 10 in den Konus 3. Der Durchmesser des Sammelkonus 6an dessen unterem Ende, wo die Prozessluft eingeblasen wird, ist normalerweise geringer alsder Durchmesser (Innendurchmesser) des Tauchrohres 4, kann jedoch entsprechend der Aus¬führung nach Fig. 3 auch größer als der Durchmesser (Innendurchmesser) des Tauchrohres 4sein und entspricht dem Durchmesser des Apexkegels 5. Die Prozessluft wirbelt dabei im Be¬reich des Austragspaltes 12 an der Wand abgeschiedenes leichtes Material auf, wodurch es inweiterer Folge in das Tauchrohr 4 ausgetragen wird. Versuche haben gezeigt, dass sich derzusätzliche Gasstrom 10 in die an der Wand des Konus 3 entlang strömende Sekundärströ¬mung 15 einfügt und diese unterstützt, wodurch auch der Austrag der Leichtfraktion unterstütztwird. Der Austrag der Schwerfraktion 8 wird dadurch nicht behindert, weil die Schwerfraktionentlang der Innenwand des Konus 3 - siehe die entsprechenden Punkte - nach unten rutschtund am Ende des Konus 3, an der Stelle des kleinsten Querschnitts 7 des Konus, an der durchdas Ende des Konus 3 gebildeten Kante gerade nach unten in den Sammelkonus 6 fällt. Die

Schwerfraktion 8 bewegt sich also an der Außenkante des Austragspalts 12 nach unten, wäh¬rend sich der zusätzliche Gasstrom 10 um die Kante des Apexkegels 5 herum und damit an derInnenkante des Austragspalts bewegt.

[0056] Das Einbringen eines zusätzlichen Gasstroms 10 wäre jedoch grundsätzlich auch beizylindrischer Trennstrecke, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, möglich. Dabei könnte dann derDurchmesser des Kegels 5 in den Fig. 3 und 4 auf ein Maß, das kleiner als der Durchmesserdes Tauchrohres 4 ist, geändert werden, ähnlich wie in den Fig. 5 und 6.

[0057] Der Apexkegel 5 hat generell bei allen Ausführungsformen einen Durchmesser, der das0,8- bis 0,98-fache, vorzugsweise das 0,9-fache des Durchmessers der Trennstrecke (Konus 3oder Zylinder 9) an deren Ende beträgt, also des mittleren Durchmessers des Querschnitts 7.

[0058] Wenn die Trennstrecke die Form eines Konus 3 hat, dann beträgt der axiale Abstandzwischen der Spitze des Apexkegels 5 und dem Anfang der Trennstrecke (dem oberen Endedes Konus 3) das 0,7- bis 1,5-fache des Durchmessers des Tauchrohrs 4, vorzugsweise 0,85bis 1,25. Die Grundfläche des Apexkegels 5 wird generell auf der Höhe des unteren Endes desKonus 3 bzw. des Zylinders 9 angesetzt. Wenn der Apexkegel 5 verstellbar ist, ist dies seineGrundstellung und er wird von dieser gegebenenfalls in Richtung Tauchrohr 4 angehoben. Deraxiale Abstand der Spitze des Apexkegels 5 zum Tauchrohr 4 beträgt das 0,5- bis 2,0-fachedes Durchmessers des Tauchrohrs 4, vorzugsweise 1,0. Der Spitzenwinkel des Kegels beträgt60 bis 120°, vorzugsweise 90°.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 einlaufender Gasstrom 2 Einlaufzylinder 3 Konus (Trennstrecke) 4 Tauchrohr 5 Apexkegel 6 Sammelkonus für Schwerfraktion 7 Querschnitt am Ende der Trennstrecke 8 Schwerfraktion 9 Zylinder (Trennstrecke) 10 zusätzlicher Gasstrom 11 abgezogener Gasstrom mit Leichtfraktion 12 Austragspalt 13 Achse des Gehäuses des Fliehkraftabscheiders 14 Einlauföffnung 15 Sekundärströmung 16 Decke

Claims (22)

1. Ansprüche 1. Verfahren zum Trennen von Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom unter Verwendungeines Fliehkraftabscheiders, wobei dieser zumindest ein Gehäuse mit einem Einlaufzylin¬der (2), welcher vom einlaufenden Gasstrom (1) radial durchströmt wird, und mit einer anden Einlaufzylinder anschließenden Trennstrecke (3, 9) umfasst, an deren Ende die abge¬schiedenen Feststoffpartikel ausgeschleust werden, sowie ein in das Innere des Gehäusesragendes Tauchrohr (4), das vom einlaufenden Gasstrom (1) umströmt wird, wobei derGasstrom anschließend durch das Tauchrohr (4) aus dem Gehäuse abgezogen wird,dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen eines vorgegebenen Abscheideverhältnis¬ses von einer Schwerfraktion (8), die in der Trennstrecke (3, 9) abgeschiedenen wird, zueiner Leichtfraktion, die mit dem Gasstrom (11) durch das Tauchrohr (4) abgezogen wird,am Ende der Trennstrecke (3, 9), an welchem die Schwerfraktion (8) ausgeschleust wird,ein Apexkegel (5) vorgesehen ist, der axial verstellt wird und der mit der Spitze RichtungTauchrohr (4) ausgerichtet ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des vorgege¬benen Abscheideverhältnisses das Tauchrohr (4) axial verstellt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser desQuerschnitts (7) am Ende der Trennstrecke (3, 9), an welchem die Schwerfraktion (8) aus¬geschleust wird, um bis zu 10% kleiner, gleich oder größer ist als der Tauchrohrdurchmes¬ser.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (4)und/oder der Apexkegel (5) um das 0,5- bis 3-fache des Durchmessers des Tauchrohresaxial verstellt werden kann.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ver¬hältnis des Durchmessers des Einlaufzylinders (2) zum Durchmesser des Tauchrohres (4)das 1,4- bis 2-fache, insbesondere das 1,8-fache, beträgt.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus¬schleusung der Schwerfraktion (8) aus der Trennstrecke (3, 9) durch einen Austragspalt (12) erfolgt, der durch den in die Trennstrecke eingesetzten Apexkegel (4) , der mit derSpitze Richtung Tauchrohr (4) ausgerichtet ist, und die Trennstrecke (3, 9) gebildet wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenn¬strecke (3, 9) mit einem zusätzlichen Gasstrom (10) beaufschlagt wird, der in Richtung desTauchrohres (4) koaxial ausgerichtet ist.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Gasstrom (10) beim Eintritt in die Trennstrecke (3, 9) einen geringeren Durchmesser aufweist als dasTauchrohr (4).
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwer¬fraktion (8) durch sandkornförmige, mineralische Partikel gebildet wird und die Leichtfrakti¬on durch geblähtes Granulat gebildet wird, das aus sandkornförmigem, mineralischen Par¬tikeln hergestellt worden ist.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ver¬hältnis der Schüttdichte von Schwerfraktion (8) zu Leichtfraktion im Bereich von 1,5- 30,insbesondere im Bereich von 2-20, bevorzugt im Bereich von 5-10, liegt.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Parti¬kel der Schwerfraktion (8) einen Durchmesser im Bereich von kleiner 1,8 mm, insbesonde¬re kleiner 0,8 mm, und eine Schüttdichte von 700-1400 kg/m3, insbesondere von 900-1200 kg/m3, aufweisen, während das Granulat der Leichtfraktion einen Durchmesser vonbis 5 mm, insbesondere von 0,3 - 5 mm und eine Schüttdichte von 40-600 kg/m3 aufweist.
12. 12. Fliehkraftabscheider zum Trennen von Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom gemäß demVerfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend zumindest - ein Gehäuse mit einem Einlaufzylinder (2), welcher vom einlaufenden Gasstrom (1) ra¬dial durchströmbar ist, und mit einer an den Einlaufzylinder anschließenden Trennstre¬cke (3, 9), an deren Ende die abgeschiedenen Feststoffpartikel ausgeschleust werdenkönnen, sowie - ein in axialer Richtung in das Innere des Gehäuses ragendes Tauchrohr (4), das vomeinlaufenden Gasstrom (1) umströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhän¬gigkeit von einem vorgegebenen Abscheideverhältnis von einer Schwerfraktion (8), diein der Trennstrecke (3, 9) abscheidbar ist, zu einer Leichtfraktion, die mit dem Gasstromdurch das Tauchrohr (4) abziehbar ist, am Ende der Trennstrecke (3, 9), an welchem dieSchwerfraktion (8) ausgeschleust wird, ein Apexkegel (5) vorgesehen ist, der axial ver¬stellbar ist und der mit der Spitze Richtung Tauchrohr (4) ausgerichtet ist.
13. 13. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeitvon einem vorgegebenen Abscheideverhältnis das Tauchrohr (4) in axialer Richtung ver¬stellbar ist.
14. 14. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass derDurchmesser des Querschnitts (7) am Ende der Trennstrecke (3, 9), an welchem dieSchwerfraktion (8) ausgeschleust wird, um bis zu 10% kleiner, gleich oder größer ist alsder Tauchrohrdurchmesser.
15. 15. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (4) um das 0,5- bis 3-fache des Durchmessers des Tauchrohres axial verstellbar ist.
16. 16. Fliehkraftabscheider nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet,dass das Verhältnis des Durchmessers des Einlaufzylinders (2) zum Durchmesser desTauchrohres (4) das 1,4- bis 2-fache, insbesondere das 1,8- fache, beträgt.
17. 17. Fliehkraftabscheider nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass die Trennstrecke (3, 9) zumindest eine zusätzliche Gaszuführöffnung aufweist, so-dass die Trennstrecke mit einem zusätzlichen, partikelfreien Gasstrom (10) beaufschlagtwerden kann, der in Richtung des Tauchrohres (4) koaxial ausgerichtet ist.
18. 18. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführ¬öffnung so bemessen ist, dass der zusätzliche Gasstrom (10) beim Eintritt in die Trennstre¬cke (3, 9) einen geringeren Durchmesser aufweist als das Tauchrohr (4).
19. 19. Fliehkraftabscheider nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet,dass die Trennstrecke (3, 9) dem Tauchrohr (4) gegenüberliegend den Apexkegel (5) auf¬weist, dessen Spitze zum Tauchrohr (4) ausgerichtet ist, wobei ein Austragspalt (12) zwi¬schen Apexkegel (5) und Trennstrecke (3, 9) dem Ausschleusen der Schwerfraktion (8)dient.
20. 20. Fliehkraftabscheider nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass die Trennstrecke (3) die Form eines Konus aufweist.
21. 21. Fliehkraftabscheider nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass die Trennstrecke (9) die Form eines Zylinders aufweist.
22. 22. Fliehkraftabscheider nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet,dass die Achse (13) des Gehäuses im Betriebszustand des Fliehkraftabscheiders um 30-75° gegen die Vertikale geneigt ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen