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Einrichtung für die Trennung von Medien verschiedener Massenträgheit
Das Stammpatent betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von trombenartigen Drehströmungen bzw. die nutzbare Anwendung der in diesen Strömungen auftretenden Relativkräfte zur Trennung von Medien verschiedener Massenträgheit, beispielsweise zur Staubabscheidung. Gemäss dem Stammpatent wird primär eine Potentialumlaufströmung angeregt, die der Strömungsrichtung der Medien entgegengerichtet ist. Diese Anregung erfolgt z. B. durch schräg tangentiales Eindüsen eines Zweitmediums, beispielsweise Zweitluft, entgegen der Strömungsrichtung der Medien oder durch Rührvorrichtungen, die sich in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung der Medien drehen.
Durch Anordnung eines rauhen Grundes (beispielsweise eines ringförmigen Profilkörpers, dessen symmetrische Achse in Strömungsrichtung liegt) wird die Potentialumlaufströmung veranlasst, zur Achse der Potentialumlaufströmung zu strömen. Dabei entsteht über dem rauhen Grund eine ebene Wirbelsenke, und es bildet sich von dort aus eine Rotationsströmung geringeren Querschnitts aus, die innerhalb der Potentialumlaufströmung koaxial und gleichsinnig zu dieser umläuft. Die Geschwindigkeitskomponente der Rotationsströmung ist jedoch in axialer Richtung der der Potentialumlaufströmung entgegengerichtet.
In der sich zwischen Potential- und Rotationsströmung ausbildenden sogenannten Mischzone treten infolge der sich überlagernden Geschwindigkeitsfelder Relativ- bzw. Corioliskräfte auf, die zusätzlich zur Zentrifugalkraft auf die Teilchen im strömenden Medium einwirken.
Auf diese Weise wird das spezifisch schwerere Medium, z. B. Staub, der Wirkung der in dieser trombenartigen Drehströmung auftretenden Relativkräfte ausgesetzt, und dadurch in der Mischzone zwischen Potential- und Rotationsströmung zusammengeführt. Von dieser Mischzone aus kann das spezifisch schwerere Medium durch Ablenken eines Teils der Potentialströmung an einer Stelle knapp vor dem Übergang der Potentialumlaufströmung in die Rotationsströmung ausgetragen und in einen Bunker abgeführt werden. Dabei kann die ebene Wirbelsenke gegebenenfalls auch durch eine an sich bekannte Staupunktströmung ausgebildet werden. Die Staupunktströmung übt in diesem Fall die Wirkung des rauhen Grundes aus.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung einer Drehströmung für die Trennung von Medien verschiedener Massenträgheit, insbesondere zur Staubabscheidung. Diese Einrichtung besteht aus einer Wirbelkammer, die einem Abscheiden nach Art eines Zyklons oder einem ähnlichen-auf dem Fliehkraftprinzip beruhenden oder elektrostatische Kräfte ausnutzenden-Abscheider nachgeschaltet ist. Dabei wird in dem Medienstrom, der den Abscheider verlässt, eine Drehströmung zur Nachabscheidung noch vorhandener Medien grösserer Massenträgheit angeregt. Die Wirbelkammer enthält dafür gesonderte Einströmleitungen für das Zweitmedium, die vorzugsweise schräg tangential gegen die Durchströmungsrichtung am Mantel der Wirbelkammer angeordnet sind.
Am unteren Ende der Wirbelkammer ist koaxial zur Wirbelkammerachse ein ringförmiger Profilkörper angeordnet, der als rauher Grund wirkt.
Als Abscheider herkömmlicher Bauart können auch rein mechanische Filter nach Art von Sieben, Beuteln, Kunststoffiltern oder andern mit Öffnungen versehenen oder porösen Behältern mit dem Drehströmungsabscheider kombiniert werden. Dabei ist es möglich, dass die bekannten Abscheider dem Drehströmungsentstauber nicht nur vorgeschaltet, sondern auch nachgeschaltet bzw. sowohl vor-als auch nachgeschaltet werden können.
Während alle diese Massnahmen als äussere Kombinationen zu betrachten sind, bei denen also die einzelnen, auf unterschiedlichen physikalischen Erscheinungen beruhenden Filterwirkungen räumlich * 1. Zusatzpatent Nr. 239769.
* 2. Zusatzpatent Nr. 248400.
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hintereinander geschaltet sind, kann man auch eine sogenannte innere Kombination vornehmen. In den Kombinationen zwischen den genannten, grösstenteils an sich gebräuchlichen Filtereinrichtungen oder Entstaubungsgeräten mit den Durchströmungsentstaubem gemäss der sogenannten äusseren Kombinationsmöglichkeit sind ein grosser Teil der Behälterteile, der Wandungen und sonstigen mechanischen Aufbauten beizubehalten und nur geringe Änderungen vorzunehmen, die sich durch den Zusammenbau ergeben. Wenn aber eine sogenannte innere Kombination angewendet wird, bei der gleichzeitig in ein und demselben Raum mechanische Wirkungen und solche der Drehströmung ausgenutzt werden, müssen neue Bauformen geschaffen werden, die von den herkömmlichen Konstruktionen abweichen.
Solche Entstauber haben dann noch eine gewisse Ähnlichkeit in ihrem Aufbau mit Multikonen bzw. Zyklonen u. dgl., sind jedoch in ihrer Betriebsweise und in der gleichzeitigen Anregung von Drehströmungen erheblich verschieden vom Herkömmlichen. Vor allem sind vielfach Einbauten notwendig, die entsprechend den Erfordernissen der Drehströmung gestaltet und angeordnet sind, so dass auch hierin von Fall zu Fall kleinere oder grössere Unterschiede wahrzunehmen sind. Die Hilfsgaseinführungen z. B. können an einer oder an mehreren Stellen vorgenommen werden. Vielfach wird es möglich sein, einen bereits vorhandenen Entstauber nach Art eines Zyklons, Multiklons od. dgl., durch Umbau und Ergänzungen zu einem kombinierten Entstauber machen zu können.
Ein erheblicher Vorteil ist dabei auch darin zu sehen, dass durch Anwendung einer Drehströmung in einem Zyklon, Multiklon od. dgl. eine Strömungsstabilisierung erfolgt und dass ein geringerer Materialverschleiss auftritt, so dass die Wandungen schwächer ausgebildet werden können, ohne dass dabei die Gefahr einer vorzeitigen Wandabnutzung besteht.
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in teilweise stark vereinfachter, meist schematischer Darstellung. Für gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren in weitgehender Übereinstimmung gleiche Bezugszeichen verwendet worden.
In den Fig. 1-4 sind verschiedene Bauarten von Zyklonabscheidem dargestellt, bei denen eine tangentiale Zufuhr des zu entstaubenden Raüchgases stattfindet. Gemäss herkömmlicher Bauart, wie sie bei Zyklonabscheidern bekannt ist, bestehen die Wandungen des Entstaubers aus einem oberen zylindrischen Teil 1, an den sich nach unten hin ein konischer Teil 2 anschliesst. Am unteren Ende des konischen Teils 2 ist ein Rohr 3 zur Abführung der abgeschiedenen Staubteilchen angesetzt. Die Zufuhr der zu entstaubenden Rauchgase erfolgt bei Fig. 1, wie insbesondere aus der zugehörigen Schnittdarstellung Fig. 1 a ersichtlich ist, über ein tangential angesetztes Eintrittsrohr 4.
Der Austritt des gereinigten Luftstromes vollzieht sich über ein als Wirbelkammer 5 ausgebildetes Rohr, das um eine gewisse Länge in den zylindrischen Teil 1 des Entstaubers hineinragt. Mit 6 und 7 sind Einströmleitungen für Hilfsluft bezeichnet. Dabei kann die Einführung der Zweitluft an einer oder mehreren Stellen der Wirbelkammer 5 vorgenommen werden. Am Teil 1 bzw. 2 können Stabilisierungsdüsen 19 angebracht sein.
Während eine grobe Staubabscheidung am Rohr 3 abgeführt wird, dient das in Fig. 1 a und 1 b mit 8 bezeichnete Rohr dazu, die letzten noch vorhandenen Staubreste abzuziehen. Diese sammeln sich auf dem ringförmigen Profilkörper 10 in der Wirbelkammer 5. Innerhalb der Wirbelkammer 5 wird in der im Hauptpatent beschriebenen Weise eine Drehströmung erzeugt und das gereinigte Gas über den Auslass abgeführt.
Die Fig. 1 a und 1 b sowie 2 a und 2 b zeigen jeweils einen Einlass in Umfangsrichtung, wobei in Fig. 2 a und 2 beine wendelförmige Begrenzungs- und Leitfläche dargestellt ist. Bei dem in den Fig. 3 a und 3 b dargestellten Ausführungsbeispiel tritt das zu reinigende Gas in Umfangsrichtung von oben her in den zylindrischen Teil 1 ein, wobei mit 11 bezeichnete Schaufeln eine Drehbewegung des Gasstromes herbeiführen. Bei sämtlichen in den Fig. 1-4 dargestellten Zyklonabscheidern handelt es sich um Anordnungen herkömmlicher Bauart.
Fig. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen Multiklon bekannter Bauart. In den oberen zylindrischen Teil 1 des Multiklons wird der zu reinigende Gasstrom über den Einlass 4 zugeführt, wobei in ähnlicher Weise wie bei dem Zyklon nach Fig. 2 Leitschaufeln 11 vorgesehen sind. Das Rohr 5, in dem die Drehströmung erzeugt ist, dient gleichzeitig als Auslassrohr für das Multiklon und reicht bis in die Nähe des konischen Teils 2 desselben herab. Mit 6 und 7 sind wiederum Einströmleitungen für die Hilfsluft bezeichnet. Auf dem ringförmigen Profilkörper 10 sammeln sich die restlichen Staubteilchen, die über das Rohr 8 in Pfeilrichtung abgezogen werden. Bei ss befindet sich der Auslass für die gereinigten Gase.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel können schräg tangential gerichtete Düsen für eine Zweitlufteinführung im Einlauf 4 vor dem Zyklon angebracht werden, um bereits hier eine Drehströmung im Einlauf zu erzeugen. Mit derartigen Düsen kann gegebenenfalls auch eine Regulierung des Unterdruckes im Zyklon- bzw. Multiklon-Einlauf vorgenommen werden. Die schräg tangentiale Zusatzluftzufuhr im Einlauf bewirkt bereits eine Bildung von Wirbelfäden, so dass das Rohgas schon als Drehströmung in den Abscheider eintritt und auf diese Weise die Grobabscheidung wesentlich verbessert werden kann. Über diesen Zusammenhang soll weiter unten noch Näheres erläutert werden.
Mit 61 ist ein sogenannter "Dobbas" bezeichnet, d. h. ein Strömungskörper, der die Lage der Wirbel- quelle örtlich fixieren und damit die Strömungsverhältnisse stabilisieren soll. Der Einbau eines derartigen sogenannten Dobbas kann bei allen gezeigten Kombinationen zweckmässig sein.
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Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ebenso wie die Fig. 1-4 Düsen 6, 7 und 19, die der schräg tangentialen Zusatzlufteinführung dienen. In Fig. 5 a ist das Rohrstück 5 als Ausschnitt dargestellt, wobei an zwei Stellen übereinander Hilfsgas nicht nur durch Düsen 6 und 7 eingeführt wird, son- dern auch zusätzlich zu einem unteren ringförmigen Profilkörper 10 ein oberer ringförmiger Profilkörper 12 vorgesehen ist, so dass an zwei Stellen, nämlich am Rohr 8 und am Rpohr 13 abgeschiedener Staub abgeführt werden kann.
Eine andere Multiklon-Form zeigt Fig. 5 b. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Stabilisierung der den Staub transportierenden Abwärtsströmung im Rohr 1 durch die Zweitluftdüse 19, durch die nicht nur der Entstaubungsgrad erhöht, sondern auch der Verschleiss erniedrigt wird. Auch bei dieser Bauform dürfte es zweckmässig sein, die Leitschaufeln 11 am äusseren Rohr 1 zu befestigen und zur Wirbelkammer 5 hin kleiner werden zu lassen, um den mechanischen Abrieb zu verringern.
Die Fig. 6 a und 6 b zeigen eine Bauform, bei der das zum Abziehen der feineren Staubteilchen dienende Rohr 8 in den Einlauf 4 vor dem Zyklon einmündet. An der Stelle 14 ist gegebenenfalls das Einlaufrohr 4 verengt, um dort eine grössere Strömungsgeschwindigkeit herbeizuführen. Hier mündet das Rohrstück 8 in den Einlauf ein. Dabei kann gegebenenfalls das Rohr 8 an dieser Stelle so gekrümmt sein, dass ein tangentialer oder schräg tangentialer Eintritt der abgeschiedenen Staubteilchen in den Einlauf stattfindet. Mit dem Rohgas zusammen wird nun der Staub, der durch die Leitung 8 abgeführt wird, zusammen in den Entstaubungsbehälter geführt, wobei am Rohrstück 3 der gesamte Staub abgezogen werden kann.
Die sich auf dem ringförmigen Profilkörper 10 ansammelnde Staubmenge kann erst durch ihre starke Konzentration wirksam mit dem Rohgas abgeführt werden.
Die Fig. 7 a und 7 b zeigen eine Bauform, bei der ebenfalls die abgeschiedenen feinen Staubteilchen zusammen mit den groben abgeschieden werden. Während bei der Bauform gemäss Fig. 6 das Rohr 8 in das Einlaufrohr mündet, ist hier eine Einführung oberhalb des Einlaufs in den Oberteil des Behälters 1 vorgesehen. Wie Fig. 7 b zeigt, kann die Einführung mit Vorteil tangential bzw. schräg tangential vorgenommen werden.
In Fig. 8 ist eine weitere Abwandlungsmöglichkeit in dem Sinne dargestellt, dass das Abführrohr 8 unterhalb des Einlaufes 4 in den Behälter einmündet. Auch hierbei kann das Einmünden tangential oder schräg tangential gerichtet sein.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein kegelstumpfförmiger Körper 15 im oberen Teil des Behälters 1 eingebaut ist. Die Unterseite dieses Körpers ist als Wirbelsenke wirksam. Der kegelstumpfförmige Körper 15 kann gegebenenfalls rotierend angeordnet sein, wobei durch einen geeigneten Motor die Rotationsbewegung herbeigeführt wird. Im Innern des Körpers 15 befindet sich ein Kanal 16, durch
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eine Einmündung der Staubteilchen in den oberen Teil des Behälters 1 stattfindet. Durch Rotation des kegelstumpfförmigen Körpers 15 kann bewirkt werden, dass die Strömung sich schon als Wirbelfaden in drehende Bewegung versetzt und damit die Abscheidung begünstigt. Nach dem gestrichelt gezeichneten Rohr 8 kann auch eine schräge Eindüsung bei 18 vorgenommen werden.
Durch die Drehung des kegelstumpfförmigen Rotationskörpers 15 werden im Schlitz 17 zusätzlich zur Rotation der Gesamtströmung durch Reibung an den Schlitzwänden Wirbel erzeugt, die einen drehenden Wirbelfaden zusätzlich zur Rotationsbewegung hervorrufen.
In Fig. 10 ist ein Zyklon dargestellt, bei dem in ähnlicher Weise wie bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine oder mehrere Leitungen 8 der auf dem ringförmigen Profilkörper 10 abgesonderte feine Staub dem Einlaufrohr 4 zugeführt wird. Gegebenenfalls bewirkt eine zusätzliche Verengung 14 eine Vergrösserung der Strömungsgeschwindigkeit. Die Einströmung aus dem Rohr 8 vollzieht sich derart, dass von hier an bereits ein Wirbelfaden entsteht und die Strömung eine Drehbewegung vollführt. Die zusätzliche Drehung wird durch den Schaufelkranz 11 herbeigeführt. Dabei ist es günstig, die Schaufelbefestigung nicht an zentraler Stelle, sondern von der Peripherie her vorzunehmen. Dies ist zweckmässig, um die Schaufeln vor schädlicher Beanspruchung durch die Staubteilchen zu schützen.
Fig. 11 zeigt eine Bauform, bei der sich ein Körper 20 am oberen Ende des zylindrischen Behälters 1 befindet. Die Unterseite des Körpers 20 ist so gestaltet, dass die Ausbildung einer Senkströmung begünstigt wird. Der auf dem ringförmigen Profilkörper 10 abgeschiedene feine Staub gelangt über einen oder mehrere Kanäle 21 in den Schlitzraum 22, der den Schlitzraum 23 konzentrisch umgibt. Die Einführung der Kanäle 21 erfolgt zweckmässig schräg tangential in den Schlitzkanal22. In diesem Schlitz können durch die gleichzeitig abwärts gerichtete und drehende Bewegung Taylor-Wirbel erzeugt werden, wie dies durch die Pfeile 24 angedeutet ist. Der Körper 20 kann gegebenenfalls rotieren, ebenso ist es auch möglich, den die Trennwand zwischen den Schlitzräumen 22 und 23 bildenden Körper 25 umlaufen zu lassen.
Bei dem in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein freier Durchtritt vom unteren in den oberen Behälter vorhanden. Der zunächst auf dem ringförmigen Profilkörper 10 abgelagerte feine Staub gelangt über einen oder mehrere Schlitzkanäle 26 in den Raum 27. Hiebei kann durch Leitbleche oder Schaufelkränze bewirkt werden, dass die Strömung umläuft. Weiterhin ist es möglich, den die Trennwand 28 bildenden Körper rotieren zu lassen.
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Fig. 13 zeigt eine Bauform, bei der ein Einsatzkörper 29 durch einen Motor 30 in Drehbewegung gesetzt wird. Weiterhin ist noch ein rotierender Flügelkranz 38 vorgesehen, um eine nochmalige Abscheidung der Zwischenabscheidung zu bewerkstelligen. Die Strömung durchsetzt die Anordnung in Richtung der Pfeile 31. Dabei werden die groben Teile in Richtung des Pfeiles 32 und die mittelgrossen Teilchen in Richtung des Pfeiles 33 abgeschieden. Mit 34 ist ein Hohlkegel bezeichnet, der auf dem Flügelrad befestigt ist und zur Abdichtung dient. Die zunächst auf dem ringförmigen Profilkörper 10 abgeschie- denen feinen Staubteilchen werden in Richtung der Pfeile 35 abgeschieden, wie dies bereits geschildert worden ist. Ein Kanal 36 oder deren mehrere schliessen sich an den ringförmigen Profilkörper 10 an.
Es kann hiebei eine schrägtangentiale Führung gewählt werden, es ist aber auch möglich, einen kegeligen Schlitz zu verwenden und gegebenenfalls Leitbleche od. dgl. in ihm anzubringen.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den dargestellten Ausführungsbeispielen stets nur einstufige Bauarten zur Darstellung gekommen sind. Es ist ebensogut möglich, solche Abscheider zu mehreren in Strömungsrichtung hintereinander zu setzen, um auf diese Weise eine mehrstufige Abscheidung zu erreichen. Dabei ist es vielfach nicht einmal notwendig, den gesamten Entstauber in doppelter Ausführung zu bauen, sondern die Aneinanderreihung kann sich unter Umständen nur auf einzelne Teile des Entstaubers beziehen.
In Fig. 14 ist eine Anordnung gezeigt, bei der durch einen Motor 30 ein pilzförmiger Körper 37 in Rotation versetzt wird. Bei Verwendung von Leitschaufeln od. dgl. könnte gegebenenfalls auch ein feststehender Körper verwendet werden. Ein solches Leitblech ist bei 41 angedeutet. Die Einführung der Kanäle 8 erfolgt zweckmässig schrägtangential. Der Verlauf der Strömung ist mit dem Pfeil 39 angedeutet, wobei die Pfeile 40 die Ausbildung von Taylor-Ringen zeigen. Durch den Einsatzkörper 37 können gegebenenfalls noch Hilfsströmungen, wie bei 42 angedeutet, vorgesehen sein.
In den Fig. 15 a und 15 b ist eine Anordnung dargestellt, bei der mit Grenzschichtabsaugung gearbeitet wird. Am Ende des Einlaufes 4 befinden sich die Rotationskörper 43 und 44, wobei durch die beiden Absaugrohre 45 und 46 Staubteilchen abgezogen werden. Die Strömungsrichtung ist durch Pfeile angedeutet.
Mit 47 ist eine Fangdüse bezeichnet. 48 stellt ein Abdeckblech dar, das für die Hilfsgaseinblasung 49 eine schrägtangentiale Strömungsbewegung bewirkt, die oberhalb der Düse zur Stabilisierung der Strömung beiträgt.
Bei dem in Fig. 16 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine gewisse Ähnlichkeit mit dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel vorhanden. Hier ist aber nicht eine getrennte Herausführung des feinen Staubes aus dem Ringraum 10 gegeben, sondern durch Kanäle 50 oder einen entsprechenden Ringschlitz wird der anfallende feine Staub in Richtung der Pfeile 51 in den Behälter geleitet. Die Leitschaufeln 11 sind auch hier wieder von aussen her gehaltert, so dass ihre Mitten frei bleiben.
Fig. 17 zeigt einen Multiklon, bei dem vier Entstaubungskörper zusammengefasst sind. In dem Gehäuse 52, das im dargestellten Falle rechteckigen Querschnitt aufweist, befinden sich vier zylindrische Entstauber 53, 54, 55 und 56 mit entsprechend angeordneten Schaufelkränzen 57. Es geht nun darum, die durch die Staupunktströmung hervorgerufenen Staubwächten, von denen eine Staubwächte mit 58 bezeichnet ist, wegzuführen. Dies erfolgt durch Erzeugung eines Unterdruckes an dieser Stelle, z. B. durch Abziehen durch die Leitung 59 nach aussen hin oder durch eine schräg-tangentiale Einführung am unteren Ende des Behälters 53, wie durch den Pfeil 60 angedeutet ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung für die Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung einer Drehströmung gemäss Stammpatent Nr. 225675 für die Trennung von Medien verschiedener Massenträgheit, insbesondere zur Staub-
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