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Zyklonzelle für Staubabscheider
Die Erfindung betrifft eine Zyklonzelle für Staubabscheider, insbesondere Vielfachstaubabschei- der, mit einer axialen Eintrittsöffnung für das staubhältige Gas und einem axial angeordneten Austritts- rohr für das gereinigte Gas, wobei das Verhältnis des mittleren Radius der Eintrittsöffnung zum Innen- radius des Austrittsrohres höchstens 1, 6 ist und die Höhe des sich innerhalb des Zyklons von der Rein- 5gasaustrittsöffnung bis zum Zusammentreffen mit dem konischen Wandungsabschnitt des Zyklons er- streckenden gedachten Zylinders, welche Höhe die Abscheideleistung des Zyklons bestimmt, wenig- stens das achtfach des Radius dieses Zylinders beträgt.
Die Strömungs-und Druckverhältnisse in einem Zyklon werden durch die Beziehungen zwischen den Umlaufgeschwindigkeiten und den Strömungsradien im Zyklon sowie allenfalls vom erforderlichen
Eingangsdruck bestimmt.
Grundsätzlich haben die neuesten Forschungen auf diesem Gebiet ergeben, dass der Strömungsver- lauf und der Druckabfall innerhalb des Zyklons von den absoluten Zyklonabmessungen unabhängig ist.
Der Reibungsverlust innerhalb des Zyklons beträgt dabei :
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Der Druckverlust ist demnach proportional der Eintritssgeschwindigkeitshöhe und dem Radius der Strömung in der Eintrittsöffnung des Zyklons sowie umgekehrt proportional dem mittleren Radius der nach oben hin austretenden Reingasströmung.
Die Forschungen haben weiterhin ergeben, dass die Umlaufgeschwindigkeit an jedem Punkt der
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schnitt der Staubaustragsöffnung ansteigen, wobei m die Masse der Staubteilchen, u die Umlaufgeschwindigkeit des Gasstromes am Radius r (etwa gleich der Umlaufgeschwindigkeit der Staubteilchen), und r jenen besonderen Radius darstellt, auf dem die Umlaufgeschwindigkeit u vorherrscht. Durch Versuche wurde weiterhin nachgewiesen, dass auch für die Druckdifferenz A P zwischen Bunker und Reingasrohr eine Beziehung
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Ein weiteres Kriterium für die Abscheideleistung einer Zyklonzelle ist die Höhe des sich innerhalb des Zyklons von der Reingasaustrittsöffnung bis zum Zusammentreffen mit dem konischen Wandungsab- schnitt des Zyklons erstreckenden gedachten Zylinders. Dies ergibt sich aus der bekannten Tatsache, dass die Umfangsgeschwindigkeiten mit kleiner werdenden Radien des unteren Zyklontrichters stetig nach der Gesetzmässigkeit u . r = constant ansteigen.
Ziel der Erfindung ist es nun, die Abscheideleistung eines Zyklons durch geeignete Massnahme zu verstärken.
Die Lösung dieser Aufgabe ist nicht an bestimmte Zyklonabmessungen gebunden und besteht darin, eine optimal mögliche Verstärkung des Bunkerunterdruckes und der Fliehkraftwirkung (somit auch eine Erhöhung der Abscheideleistung) im Bereich der Staubaustragsöffnung bei jeder beliebigen Zyklongrösse zu erreichen. Die Wahl der günstigen Zyklonabmessungsverhältnisse in Verbindung mit einem optimal wirksamen Bunkerunterdruck ergibt eine bisher nicht für möglich gehaltene Verbesserung der Abscheideleistung, die den Stand der Technik um eine neue Erkenntnis bereichert, weil diese Verbesserung der Leistung ohne Erhöhung des Druckbedarfes (und somit ohne Erhöhung der Betriebskosten) erzielbar ist.
Es kann in diesem Zusammenhang grundsätzlich festgestellt werden, dass bisher aus den Forschungsergebnissen nicht die Schlussfolgerung gezogen worden ist, dass auch eine Beziehung zwischen dem Bunkerunterdruck und der Energie der Umlaufströmung bestehen müsse und dass man aufGrund dieser Beziehung den Bunkerunterdruck durch entsprechende Verkleinerung der Staubaustragsöffnung auf einen optimalen Wert erhöhen kann.
Während der weiteren Fortführung der Versuche wurde nunmehr das Optimum des erreichbaren Bunkerunterdruckes in Abhängigkeit von den Radienverhältnissen der Staubaustragsöffnung und der Roh- gaseinlassöffnung ermittelt. Demgemäss ist die erfindungsgemässe Zyklonzelle dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Radius der Staubaustragsöffnung zum mittleren Radius der Eintrittsöffnung, d. i.
der arithmetische Mittelwert zwischen dem inneren Radius des äusseren Zyklonrohres und dem Aussenradius des inneren Zyklonrohres, innerhalb eines Bereiches von 0, 07 und 0, 40 liegt, wobei der innere Radius und der Aussenradius die Eintrittsöffnung für das staubhältige Gas begrenzen und dass in dieser Eintrittsöffnung Leitflügel vorgesehen sind, welche das staubhältige Gas in einem Winkel, der gleich oder kleiner als 450 zur senkrechten Zyklonachse geneigt ist, tangential von oben her in die Wirbelkammer einleiten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Radius der Staubaustragsöffnung so klein gewählt, dass die in der Staubaustragsöffnung erreichbaren Fliehkräfte die Grösse
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haben, wobei G = Gewicht der Staubteilchen, g = Erdbeschleunigung, r =mittlererRadiusderEin- tritfsöffnung, r 1 == Radius der Staubaustragsöffnung, r, = Innenradius des inneren Zyklonrohres ut == Umfangsgeschwindigkeit am mittleren Radius r, der Eintrittsöffnung für das staubhältige Gas, V = Gasvolumen/sec, w = Fallgeschwindigkeit der Staubteilchen bei ruhendem Gas und h = die axiale Länge oder Höhe des erwähnten gedachten Zylinders ist.
Diese Regel gibt an, wie gross die Staubaustragsöffnung gemacht werden soll, um ein Staubkorn von ganz bestimmter GrösseundspezifischemGewichtaus- zuscheiden.
Das Gewicht der Staubteilchen, das in der Formel links und rechts des Gleichheitszeichens angeschrieben steht, ist von bestimmtem Einfluss auf die Grösse des Radius des Staubauslasses.
Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes sind den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen : Fig. l einen Schnitt durch einen Teil eines Vielfachstaubabscheiders, der mehrere parallele Zyklonzellen enthält, und Fig. 2 ein Diagramm, dessen obere Kurve die Bunkerunterdrücke P und dessen un-
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1len --2-- sind durch ein Blechgehäuse --6-- abgedeckt, das mit dem Traggerüst --1-- verbunden ist und dessen Bodenteil einen Trichter (Bunker) bildet, in dem sich der abgeschiedene Staub sammelt. Ein Rohgaskanal --7-- für das staubhältige Gas ist mit der Oberseite des Gehäuses --6-- verbunden und durch eine Trennwand --8-- vom Reingaskanal --9-- getrennt, den die Reingasrohre --5-- durchsetzen.
DieReingasrohre --5-- sind in der Trennwand --8-- gasdicht befestigt. Die Leitflügel --4-- führen die staubhältigen Gase in einem Winkel, der nicht mehr als 45 zur Achse der Zyklonzelle --2-- liegt, tangential von der Oberseite der Zyklone in die Wirbelkammer des Zyklons hinein. Der Staubaustritt aus der Zyklonzelle --2-- in den Staubrichter oder-bunker ist eine gedachte zylindrische Fläche --18--. Der die Abscheideleistung bestimmende gedachte Zylinder besitzt den inneren Durchmesser 2r3 des Reingasrohres --5-- und eine Längenausdehnung h bis zum Zusammentreffen mit der konischen Oberfläche der Zelle --2-- und ist mit --22-- bezeichnet. Die Mantelfläche des Zylinders be- trägt daher 2. Tr. rg. h, wobei die Höhe h des Zylinders --22-- wenigstens 8r3 ist.
In Fig. 2 zeigt die obere Kurve den Verlauf der Zahlenwerte
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für den Bunkerunterdruck und in der unteren Kurve sind die Differenzwerte
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eingezeichnet.
Hiebei ist wieder rl der Radius der Staubaustragsöffnung --18-- und r2 der mittlere Radius der Strömung in der Rohgaseintrittsöffnung --15--.
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mindestens grösser als 24, 4 mm W. S. sein soll, damit ein ausreichender Entstaubungsgrad mit wirtschaftlich tragbaremDruckautwand erzielt werden kann. Diese notwendige Forderung für den wirtschaftlichen Betrieb der Zyklonentstauber ergibt etwa den unteren Grenzwert --8-- für das Druckverhältnis
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Die Bemessung der Staubaustragsöffnung wird deshalb nur innerhalb des optimalen Betriebes B des
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{. !. u z} über dem Radienverhältnis - = 0, 13.0, 4 bemisst.
Der höchste Wert der für die Abscheideleistung massgeblichen Druckdifferenz A P soll deshalb auch unter Berücksichtigung des auftretenden Verschleisses erfindungsgemäss so gewählt werden, dass das Ver- ) hältnis des Radius rl des Staubaustragsöffnung --18-- zum mittleren Strömungsradius r in der Rohgas- eintrittsöffnung --15- im Bereich zwischen 0, 07 und 0, 4 liegt.
Für die bisher an sich bekannten günstigsten übrigen Abmessungsverhältnisse der Zyklonzelle ergibt sich somit eine konkrete technische Massnahme zur Erhöhung der Abscheideleistung bei gegebenem
Druckaufwand, durch die mögliche Verstärkung des Sogs der Wirbelsenke.
Zur verfahrensmässigen Bestimmung der Staubaustragsöffnung und der übrigen Zyklonabmessungen in Abhängigkeit von der Sinkgeschwindigkeit w des Grenzkorns, wird die Beziehung
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h.- und G das Gewicht der Staubteilchen) : Die mittlere Radialgeschwindigkeit auf der Mantelfläche des Zylinders--22--
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kann annähernd dermittleren Radialgeschwindigkeit der strömenden Gasmenge V auf einem Strömungsquerschnitt von konischer Oberflächenform gleichgesetzt werden, der sich im Inneren der Wirbelkammer von der Reingasaustrittsöffnung --5-- bis zur Staubaustragsöffnung --18-- erstreckt.
Unter dieser Voraussetzung kann man für geometrisch ähnliche Verhältnisse und für eine konstante Umlaufgeschwindigkeit u auch eine für alle geometrisch ähnliche Zyklonenabmessungenkonstante Radialgeschwindigkeit vermitteln.
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Hienach können mit r die zur Ausscheidung des Grenzkornes von der Sinkgeschwindigkeit w erforderlichen Zyklonabmessungen jeweils für eine konstante Umlaufkomponente der Eintrittsgeschwindigkeit u bestimmt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zyklonzelle für Staubabscheider, insbesondere Vielfachstaubabscheider, mit einer axialen Eintrittsöffnung für das staubhältige Gas und einem axial angeordneten Austrittsrohr für das gereinigte Gas, wobei das Verhältnis des mittleren Radius der Eintrittsöffnung zum Innenradius des Austrittsrohres höchstens 1, 6 ist und die Höhe des sich innerhalb des Zyklons von der Reingasaustrittsöffnung bis zum Zusammentreffen mit dem konischen Wandungsabschnitt des Zyklons erstreckenden gedachten Zylinders, welche Höhe die Abscheideleistung des Zyklons bestimmt, wenigstens das achtfache des Radius dieses Zylinders beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Radius (rl) der Staubaustragöffnung (18) zum mittleren Radius (r) der Eintrittsöffnung (15), d.
h. der arithmetische Mittelwert zwischen dem inneren Radius (r4) des äusseren Zyklonrohres (2) und dem Aussenradius (r) des inneren Zyklonrohres (5), innerhalb eines Bereiches von 0, 07 und 0, 40 liegt, wobei der innere Radius (r) und der Aussenradius (rus) die Eintrittsöffnung (15) für das staubhältige Gas begrenzen, und dass in dieser Eintrittsöffnung (15) Leitflügel (4) vorgesehen sind, welche das staubhältige Gas in einemWinkel, der gleich oder kleiner als 450 zur senkrechten Zyklonachse geneigt ist, tangential von oben her in die Wirbelkammer einleiten.
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Cyclone cell for dust separator
The invention relates to a cyclone cell for dust separators, in particular multiple dust separators, with an axial inlet opening for the dust-containing gas and an axially arranged outlet pipe for the cleaned gas, the ratio of the mean radius of the inlet opening to the inner radius of the outlet pipe at most 1, 6 and the height of the imaginary cylinder extending inside the cyclone from the pure gas outlet opening to the conical wall section of the cyclone, which height determines the separation efficiency of the cyclone, is at least eight times the radius of this cylinder.
The flow and pressure conditions in a cyclone are determined by the relationships between the rotational speeds and the flow radii in the cyclone and, if necessary, by the
Inlet pressure determined.
In principle, the latest research in this area has shown that the flow course and the pressure drop within the cyclone are independent of the absolute cyclone dimensions.
The friction loss within the cyclone is:
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The pressure loss is accordingly proportional to the inlet velocity and the radius of the flow in the inlet opening of the cyclone and inversely proportional to the mean radius of the clean gas flow exiting upwards.
Research has also shown that the orbital velocity at any point in the
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section of the dust discharge opening, where m is the mass of the dust particles, u is the velocity of the gas flow at the radius r (approximately equal to the velocity of the dust particles), and r is the particular radius on which the velocity u prevails. Tests have also shown that there is also a relationship for the pressure difference A P between the bunker and the clean gas pipe
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Another criterion for the separation efficiency of a cyclone cell is the height of the imaginary cylinder extending inside the cyclone from the clean gas outlet opening to the point where it meets the conical wall section of the cyclone. This results from the known fact that the circumferential speeds with decreasing radii of the lower cyclone funnel continuously according to the regularity u. r = increase constantly.
The aim of the invention is now to increase the separation efficiency of a cyclone by means of suitable measures.
The solution to this problem is not tied to specific cyclone dimensions and consists in achieving an optimally possible increase in the bunker negative pressure and the centrifugal effect (thus also an increase in the separation efficiency) in the area of the dust discharge opening for any cyclone size. The choice of the favorable cyclone dimensions in connection with an optimally effective bunker negative pressure results in an improvement in the separation performance that was previously not thought possible, which enriches the state of the art with a new finding, because this improvement in performance without increasing the pressure requirement (and thus without increasing the operating costs ) is achievable.
In this context, it can be stated in principle that the research results have not yet led to the conclusion that there must also be a relationship between the bunker negative pressure and the energy of the circulating flow and that based on this relationship, the bunker negative pressure can be reduced to one size by correspondingly reducing the dust discharge opening can increase optimal value.
During the further continuation of the tests, the optimum of the achievable bunker negative pressure was determined depending on the radius ratios of the dust discharge opening and the raw gas inlet opening. Accordingly, the cyclone cell according to the invention is characterized in that the ratio of the radius of the dust discharge opening to the mean radius of the inlet opening, i.e. i.
The arithmetic mean between the inner radius of the outer cyclone tube and the outer radius of the inner cyclone tube is within a range of 0.07 and 0.40, the inner radius and the outer radius limiting the inlet opening for the dusty gas and that in this inlet opening guide vanes are provided, which introduce the dust-containing gas at an angle that is equal to or less than 450 to the vertical cyclone axis, tangentially from above into the vortex chamber.
In a further embodiment of the invention, the radius of the dust discharge opening is selected to be so small that the centrifugal forces that can be achieved in the dust discharge opening match the size
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where G = weight of the dust particles, g = acceleration due to gravity, r = mean radius of the inlet opening, r 1 == radius of the dust discharge opening, r, = inner radius of the inner cyclone tube ut == circumferential speed at the mean radius r, the inlet opening for the dusty gas, V = gas volume / sec, w = falling speed of the dust particles when the gas is at rest and h = the axial length or height of the imaginary cylinder mentioned.
This rule specifies how large the dust discharge opening should be made in order to separate out a particle of dust of a very specific size and specific weight.
The weight of the dust particles, which is written to the left and right of the equals sign in the formula, has a certain influence on the size of the radius of the dust outlet.
Further details of the subject matter of the invention can be found in the drawings. The figures show: FIG. 1 a section through part of a multiple dust separator which contains several parallel cyclone cells, and FIG. 2 shows a diagram, the upper curve of which shows the bunker negative pressures P and its un-
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1len --2-- are covered by a sheet metal housing --6-- which is connected to the supporting structure --1-- and the bottom part of which forms a funnel (bunker) in which the separated dust collects. A raw gas duct --7-- for the dusty gas is connected to the top of the housing --6-- and separated from the clean gas duct --9-- through a partition wall --8-- through which the clean gas pipes --5-- penetrate .
The pure gas pipes --5-- are fastened gas-tight in the partition --8--. The guide vanes --4-- guide the dusty gases at an angle that is no more than 45 to the axis of the cyclone cell --2--, tangentially from the top of the cyclone into the vortex chamber of the cyclone. The dust outlet from the cyclone cell --2-- into the dust hopper or bunker is an imaginary cylindrical surface --18--. The imaginary cylinder that determines the separation capacity has the inner diameter 2r3 of the clean gas pipe --5-- and a length extension h up to the point where it meets the conical surface of the cell --2-- and is labeled --22--. The outer surface of the cylinder is therefore 2. Tr. rg. h, where the height h of the cylinder --22-- is at least 8r3.
In FIG. 2, the upper curve shows the course of the numerical values
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for the hopper vacuum and in the lower curve are the differential values
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drawn.
Here again rl is the radius of the dust discharge opening --18-- and r2 the mean radius of the flow in the raw gas inlet opening --15--.
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should be at least greater than 24.4 mm W. S. so that a sufficient degree of dust removal can be achieved with an economically viable pressure wall. This necessary requirement for the economic operation of the cyclone dust extractor results in the lower limit value --8-- for the pressure ratio
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The dimensioning of the dust discharge opening is therefore only within the optimal operation B of
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{. ! u z} measured over the radius ratio - = 0, 13.0, 4.
The highest value of the pressure difference AP, which is decisive for the separation efficiency, should therefore also be selected according to the invention, taking into account the wear that occurs, that the ratio of the radius rl of the dust discharge opening --18-- to the mean flow radius r in the raw gas inlet opening - 15- is in the range between 0.07 and 0.4.
For the most favorable other dimensional ratios of the cyclone cell known per se so far, a specific technical measure for increasing the separation efficiency for a given arises
Pressure, due to the possible increase in the suction of the vertebral depression.
For the procedural determination of the dust discharge opening and the other cyclone dimensions as a function of the sinking speed w of the boundary grain, the relationship becomes
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i.e. - and G the weight of the dust particles): The mean radial velocity on the surface of the cylinder - 22--
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can be roughly equated to the mean radial velocity of the flowing gas quantity V on a flow cross-section with a conical surface shape, which extends inside the swirl chamber from the clean gas outlet opening --5-- to the dust discharge opening --18--.
Under this assumption, for geometrically similar conditions and for a constant rotational speed u, a constant radial speed can also be conveyed for all geometrically similar cyclone dimensions.
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Thereafter, with r, the cyclone dimensions required for separating the boundary grain from the sinking speed w can be determined for a constant circulating component of the entry speed u.
PATENT CLAIMS:
1. Cyclone cell for dust separators, in particular multiple dust separators, with an axial inlet opening for the dust-containing gas and an axially arranged outlet pipe for the cleaned gas, the ratio of the mean radius of the inlet opening to the inner radius of the outlet pipe being at most 1.6 and the height of the inside of the cyclone from the clean gas outlet opening to the meeting with the conical wall section of the cyclone extending imaginary cylinder, which height determines the separation efficiency of the cyclone, is at least eight times the radius of this cylinder, characterized in that the ratio of the radius (rl) of the dust discharge opening (18 ) to the mean radius (r) of the inlet opening (15), d.
H. the arithmetic mean value between the inner radius (r4) of the outer cyclone tube (2) and the outer radius (r) of the inner cyclone tube (5), within a range of 0.07 and 0.40, the inner radius (r) and the outer radius (rus) delimit the inlet opening (15) for the dust-containing gas, and that guide vanes (4) are provided in this inlet opening (15) which incline the dust-containing gas at an angle equal to or less than 450 to the vertical cyclone axis, Introduce tangentially from above into the swirl chamber.
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