DD276820A1 - Abscheider - Google Patents

Abstract

Der Abscheider fuer feste und/oder fluessige Partikeln aus Gasen kann in allen Industriezweigen angewendet werden, wo die Abscheidung von insbesondere feinen Partikeln aus Gasen vorgenommen wird. Er weist gegenueber dem bekannten Zyklon hoehere Umfangsgeschwindigkeiten bei gleichem Durchsatz und gleichem Durchmesser des Abscheideraumes auf und realisiert damit bessere Abscheidegrade. Zur Erreichung der hoeheren Umfangsgeschwindigkeit wird der bekannte Zyklon erfindungsgemaess mit einem gegenueber dem zylindrischen Abscheideraum im Durchmesser groesseren rotationssymmetrischen Ringraum ausgeruestet, der tangentiale Zufuehrungskanaele fuer den beladenen Gasstrom aufweist, wobei der Ringraum mit dem Abscheideraum durch einen rotationssymmetrischen Kanal verbunden ist. Die Spaltbreite des Kanals nimmt in Richtung zur Zyklonachse erfindungsgemaess ab. Die starke Zunahme der Geschwindigkeit bis zum Eintritt in den Abscheideraum verursacht gleichzeitig die Ausbildung eines rotationssymmetrischen Geschwindigkeitsprofils und fuehrt zu einer gleichmaessigeren Abscheidung. Die Baulaenge des Abscheiders kann gegenueber dem Zyklon verkuerzt werden. Eine beispielsweise Ausfuehrung ist in Figur 1 dargestellt. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann in allen Bereichen der Industrie angewendet werden, wo die Abtrennung fester und/oder flüssiger Partikeln aus einem Gasstrom vorgenommen werden soll. Es kann insbesondere die Abscheidung sehr feiner Feststoff- bzw. Flüssigkeitspartikeln erreicht werden.

Die Erfindung läßt sich dadurch vorteilhaft zur Abtrennung unerwünschter Partikeln einsetzen oder zur Gewinnung hochwertiger Stäube, wie z. 8. Braunkohlenstaub, nutzen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die der Erfindung nächstliegende technische Lösung zur Partikelabscheidung stellt der Zyklon mit unten angebrachtem Tauchrohr dar.

Er ist durch einen zylindrischen Abscheidoraum mit sich nach unten anschließendem konischen Teil, einen Eintritts- und einen Austritsbereich gekennzeichnet. Der Eintritt des beladenon Gasstromes erfolgt entwader tangential am Zylindermantel oder axial an der Zylinderdecke, wobei die Veidrallung des Gasstromes durch Leitschaufeln hervorgerufen wird.

Der Austritt des Roingases erfolgt durch das Tauchrohr, das von unten in den Abschaideraum hineinragt und sich auf der Zyklonachse befindet (BOHNET, M. Chem.-Ing.-Techn. 54 [19321 Nr.7, S.621-630).

Die auf der Wand des Abschoideraumes auftreffenden Partikeln bewegen sich zum Boden und werden am Konusende abgeführt.

Dor Austrag flüssiger Partikeln, die sich zu einem Film vereinigen und am Konusondo zusammenfließen, läßt sich gegenüber dom Foststotfaustrag einfacher gostalton.

Für den Eintrittsboioich sind verschiedene technische Lösungen bekannt, die zu einer Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit oder doren günstigeror Vorteilung führen, wie z. B. Einlaufspiralon und Einschnürungen der Zuführungskanäle. Nachteil dieser Ausführungen ist der hoho Festigungsaufwand bei z.T. komplizierter Gestaltung, dom nur eine geringe Effektverbesserung

gegenübersteht. Auch Einschnürungen lassen sich bezüglich ihrer Austrittsflächp beliebig verringern, da sich mit abnehmender Querschnittsfläche der Zuführung die Impulsübertragungsverhältnisse verschlechtern.

Eine Rückgewinnung der kinetischen Energie der Drallbewegung wird durch Leitvorrichtungen im Tauchrohrinneren oder durch Auslaufspiralen am Tauchrohr erreicht. Trotz vieler Verbesserungen am Zyklon bleiben gegenüber anderen Partikelabscheidern die Nachteile einer nur mittleren Abscheideleistung, einer relativ starken Abhängigkeit des Abscheidegrades von Schwankungen des Gasstromes und einer nur geringen Abscheidung von feinen Partikeln bestehen (AUTORENKOLLEKTIV: Verfahrenstechnische Berechnungsmethoden, Teil 3 Mechanisches Trennen in flulder Phase, Leipzig 1982, S. 216-224 u. S. 249-272).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Abtrennung von festen und/oder flüssigen Partikeln aus Gasen mit hohem Abscheidegrad unter Ausnutzung der Zentrifugalbeschleunigung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Mit der Erfindung soll die Abtrennung fester und/oder flüssiger Partikeln aus einem Gas, insbesondere auch mit sehr kleinen Partikeldurchmessern, ermöglicht werden.

Läßt man den Gasdurchsatz konstant, so kann eine bessere Abscheidung durch Erhöhung der wirksamen Zentrifugalbeschleunigung erreicht werden.

Bekanntlich wird eine höhere Umfangsgeschwindigkeit und damit eine höhere Zentrifugalbeschleunigung durch eine Verringerung des Durchmessers des Abscheideraumes erreicht. Jedoch steigt damit auch der Druckverlust, insbesondere im Tauchrohr, das dann ebenfalls im Durchmesser verringert werden muß, an.

Damit ist für die Varianten des Abscheideraumdurchmessers eine ökonomische Grenze gesetzt.

Durch eine Einlaufspirale, die mit großem Radius beginnt und schließlich mit dem Radius des Abscheideraumes ausläuft, wird eine höhere Umfangsgeschwindigkeit erreicht. Nachteilig wirkt sich der erhöhte Fertigungsaufwand für solche Spiralen aus. Es bestand daher die Aufgabe, einen Abscheider mit einem durchmessergleichen Abscheideraum eines herkömmlichen Zyklons zu gestalten, der eine höhere Umfangsgeschwindigkeit und damit bessere Abscheideleistungen ermöglicht, gleichzeitig aber eine möglichst einfache Gestaltung aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Abscheider für die Abtrennung fester und/oder flüssiger Partikeln aus einem Gas, dereinen zylindrischen Abscheideraum, dem sich nach unten ein konischer Teil anschließen kann, tangentiale Gaszuführungskanäle, ein von unter: in den Abscheiucraumhineinrägenües Tauchrohr sowie Einrichtungen zum Austrag der abgeschiedenen Partikeln am Boden des Abscheideraumes umfaßt, wobei erfindungsgemäß sich koaxial über dem zylindrischen Abscheideraum ein rotationssymmetrischer Ringrauin ohne Einbauten mit einem größeren Durchmesser als der Abscheideraum und beliebigem Querschnitt, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Abscheider, befindet, der mit dem zylindrischen Abscheideraum durch einen rotationssymmetrischen Verbindungskanal verbunden ist, wobei die eine Wand dieses Verbindungskanals durch die Verbindung des Ringraumes mit dem Mantel des zyl'ndrischen Abscheideraumes und die andere Wand durch die Verbindung des Ringraumes mit der Decke des Abscheideraumes gebildet ist und dabei der obere Ringraum in Richtung des Verbindungskanals zum Abscheideraum offen ist, dabei die Spaltbreite des Verbindungskanals vom Ringraum zum Abscheideraum in Richtung zur Abscheiderachse vorzugsweise abnimmt, wobei die Spaltbreite die kürzeste Entfernung ist, die zwischen den Wänden des rotationssymmetrischen Verbindungskanals bei einom Längsschnitt durch den Abscheider gemessen wird, weiterhin bei festgelegtem Durchmesser des Ringraumes sowie des Abscheideraumes die Neigung der unteren Wand des Verbindungskanals gegen die Horizontale 10° bis 80° beträgt, wobei die Verbindung zwischen Ringraum und Abscheideraum möglichst kurz ist, und schließlich der Ringraum einen oder mehrere tangentiale Gaszuführungskanäle besitzt, die über den Umfang gleichmäßig verteilt sind und deren jeweiliger Eintrittsquerschnitt mit dem Querschnitt des Ringraumes, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Abscheider, an der Zuführungsstelle vorzugsweise übereinstimmt.

Die Neigung der unteren Wand des Verbindungskanals ist so zu wählen, daß die abgeschiedenen Partikeln an jeder Stelle des Verbindungskanals bei außer Betrieb genommenem Abscheider frei abfließen können.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist es zweckmäßig, wenn die Wände des Verbindungskanals, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Abscheider, gerade verlaufen.

Strömungstechnisch besonders günstig ist es, wenn die Wände des Verbindungskanals, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Abscheider, gekrümmt verlaufen. Dabei ist zur Ermittlung des Winkels bzw. der Neigung die Tangente an die Krümmung zu benutzen.

Die Decke des Abscheideraumes ist vorzugsweise von der Achse des Abscheiders beginnend mit zunehmendem Radius ansteigend ausgeführt.

Es kann aber auch zweckmäßig sein, wenn die Decke des Abschbideraumes rechtwinklig zur Achse verläuft.

Im Betriebszustand tritt der beladene Gasstrom durch die tangentialen Zuführungsöffnungen in den oberen Ringraum ein. Durch das Übereinstimmen der Zuführungsquerschnitte mit dem Querschnitt des Ringraumes werden sowohl die günstigsten Impulsübortragungsverhältnisse, als auch die maximal mögliche Umwandlung der vorhandenen Energie in kinetische Energie der Bewegung in Umfangsrichtung erroicht. Die Strömung bewegt sich als Wirbelsenkenströmung mit überlagerter axialer Komponente durch den Verbindungskanal in den Abscheideraum. Durch die Abnahme des Radius und der Spaltbreite des Verbindungokanals auf diesem durchströmten Weg kommt es zu einer Beschleunigung der Strömung, die zu einer Vergleichmäßigung des Geschwindigkeitsprofils über den Umfang führt. Da weitere Strömungsumlenkende Einbauten fehlen, gind dio strömungsbedingten Energievorluste gering. Die nahezu zweidimensional Strömung führt zu einer über den Umfang fjloichma'ßigen Abscheidung dor Partikeln.

Durch das Tauchrohr kommt os zu oinom starkon Ansteigen sowohl der axialen, als der tangentialen Goschwindigkoitskompononte.

Im Bereich des Tauchrohres bildet sich am Boden des Abscheiders ein ringeförmiger Sckundärwirbel mit langsamer Rotation aber großer Umfangsgeschwindigkeit um das Zentrum des Ringes. Die Gefahr des Ablösens bereits abgeschiedener Teilchen besteht daher nicht, so daß zusätzliche Maßnahmen, wie z. B. Wirbelbegrenzer, nicht notwendig sind.

Durch die Umsetzung des Erfindungsgedankens wird ein weiterer wichtiger Vorteil beim Betreiben des Apparates gegenüber bekannten Zyklonen erreicht. Bei konstant gehaltenem Durchsatz kann der obere Ringraum durch eine unterschiedliche Anzahl von Gaszuführungskanälen beaufschlagt werden. Damit werden unterschiedliche Eintrittsimpulse hervorgerufen, die ihrerseits zu unterschiedlichen Umgangsgeschwindigkeiten führen.

Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Abscheiders entsteht im Abscheideraum trotzdem wieder eine nahezu rotationssymmetrische Strömung. Es ist also möglich, bei gleichem Durchsatz unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten zu erzeugen, ohne Veränderungen am Abscheider vornehmen zu müssen. Dieser Umstand läßt sich in zweifacher Hinsicht nutzen. Einerseits kann bei veränderlichem Durchsatz stets die gleiche Umfangsgeschwindigkeit hervorgerufen werden, um damit die gleiche Abscheideleistung zu gewährleisten. Andererseits kann bsi gleichem Durchsatz die Abscheideleistung variiert werden. Der Abscheider ist damit auch für verschiedene Trennaufgaben einsetzbar.

Ausführungsbeispiele

Die Ausführungsbeispiele zeigen möglichst einfache Umsetzungen der Erfindungsmerkmale. Sie können nicht alle im Anspruch genannten Merkmale konkret ausgestalten, da z. B. für die Gestaltung des Querschnitts der Gaszuführungskanäle und des Diagramms, der Gestaltung der Spaltverengung sowie der Decke des Abscheiders verschiedene Möglichkeiten gegeben sind, die gleichberechtigt die Erf indungsrncrkmale widerspiegeln. Bqi der konkreten Ausführung ist nur auf die Einhaltung bestimmter allgemeiner Merkmale zu achten, wie z. B. die vorzugsweise Übereinstimmung dor Zuführungsquerschnitte mit dem Querschnitt des Ringraumes, die Spallverengu.ig im Verbindungskanal in Richtung zur Abscheiderachse und die konkave Deckengestaltung. Die Benutzung von Einrichtungen zur Drallrückgewinnung, wie z. B. Auslaufspiralen am Tauchrohr u.a., oder von Einrichtungen zum Partikelaustrag ist einer freien Wahl zugänglich. Solche Einrichtungen werden daher nicht in den Figuren angeführt. Die Ausführung der Neigung der Kanalwände gegen die Horizontale hängt vom abzuscheidenden Stoff ab und muß daher nach den spezifischen Fließwinkeln u'er Schüttungen der brtreffenden Stoffe erfolgen. In den Ausi'ührungsbeispielun wird daher auf eine konkrete Angabe dazu verzichtet

Die Erfindung wird nachstehend an 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Der Abscheider gemäß Fig. 1 und 2 istfür die Abscheidung flüssiger Partikeln ausgeführt. Der obere Ringraum 1 wird durch einen Zylinderschuß gebildet und hat wie die zwei Gaszuführungskanäle 2 einen rechteckigen Querschnitt. Der Verbindungskanal 3 weist eine Spaltverengung in Richtung zur Abscheideachse auf. Der Abscheideraum 4 wird durch die Decke 5 nach oben abgeschlossen. Das Tauchrohr 6 ragt von unten in den Abscheideraum 4 und weist hier eine konusartige Verengung auf. Durch den Rohrstutzen 7 wird die Flüssigk· -.bgefuhrt.

Beispiel 2

Der Abscheider gemäß Fig. 3 und 4 ist für die Abscheidung fester Partikeln ausgeführt. Der obere Ringraum 1 wird durch einen Zylinderschuß gebildet und besitzt wie die vier Gaszuführungskanäle 2 einen rechteckigen Querschnitt. Der Verbindungskanal 3 weist eine Spaltverengung auf. Der Abscheideraum 4 setzt sich aus einem zylindrischen und einem sich daran nach unten anschließenden konischen Teil zusammen. Die Decke 5 ist kegelförmig gestaltet und schließt sich übergangslos an die obere Wand des Verbindungskanals 3 an. Das Tauchrohr 6 ragt von unten in den Abscheideraum 4. Da der Feststoffaustrag auf verschiedene Weise erfolgen kann und für die Erfindungsmerkmale nicht wesentlich ist, ist in Figur 3 der untere Teil des Abscheiders abgebrochen.

Claims (5)

1. Abscheider für die Abtrennung fester und/oder flüssiger Partikeln aus einem Gas, der einen zylindrischen Abscheideraum, dem sich nach unten ein konischer Teil anschließen kann, tangentiale Gaszuführungskanäle, ein von unten in den Abscheideraum hineinragendes Tauchrohr sowie Einrichtungen zum Austrag der abgeschiedenen Partikeln am Boden des Abscheideraumes umfaßt, gekennzeichnet dadurch, daß sich koaxial über dem zylindrischen Abscheideraum (4) ein rotationssymmetrischer Ringraum (1) ohne Einbauten mit einem größeren Durchmesser als der Abscheideraum und beliebigem Querschnitt, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Abscheider, befindet, der mit dem zylindrischen Abscheideraum durch einen rotationssymmetrischen Verbindungskanal (3) verbunden ist, wobei die eine Wand dieses Verbindungskanals durch die Verbindung des Ringraumes mit dem Mantel des zylindrischen Abscheideraumes und die andere Wand durch die Verbindung des Ringraumes mit der Decke des Abscheideraumes gebildet ist und dabei der obere Ringraum in Richtung des Verbindungskanals zu zum Abscheideraum offen ist, dabei die Spaltbreite des Verbindungskanals vom Ringraum zum Abscheideraum in Richtung zur Abscheiderachse vorzugsweise abnimmt, wobei die Spaltbreite die kürzeste Entfernung ist, die zwischen den Wänden des rotationssymmetrischen Verbindungskanals bei einem Längsschnitt durch den Abscheider gemessen wird, weiterhin bei festgelegtem Durchmesser des Ringraumes sowie des Abscheideraumes die Neigung der unteren Wand des Verbindungskanals gegen die Horizontale 10° bis 80° beträgt, wobei c'ie Verbindung zwischen Ringraum und Abscheideraum möglichst kurz ist und schließlich der Ringraum eine oder mehrere tangentiale Gaszuführungskanäle (2) besitzt, die über den Umfang gleichmäßig verteilt sind ui;d deren jeweiliger Eintrittsquerschnitt mit dem Querschnitt des Ringraumes, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Abscheider, an der Zuführungsstelle vorzugsweise übereinstimmt.

2. Abscheider nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wände des Verbindungskanals, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Abscheider, gerade verlaufen.

3. Abscheider nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wände des Verbindungskanals, betrachtet bei einem Längsschnitt durch den Abscheider, gekrümmt verlaufen.

4. Abscheider nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Decke des Abscheideraumes von der Achse des Abscheiders beginnend mit zunehmendem Radius ansteigt.

5. Abscheider nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Decke des Abscheideraumes rechtwinklig zur Achse verläuft.