DE102004035919A1

DE102004035919A1 - Verfahren zur Abtrennung von Partikeln aus einem Luftstrom und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens insbesondere in Form eines Axialzyklons

Info

Publication number: DE102004035919A1
Application number: DE200410035919
Authority: DE
Inventors: Markus Dumon; Heinrich Justen; Thomas Schulze; Alois F. Dr. Kreins
Original assignee: RWE Mechatronics GmbH
Current assignee: Schulze Thomas 53894 Mechernich De
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Partikeln aus einem Luftstrom ohne Veränderung des Energiezustandes und ohne Kontamination von flüssigen oder gasförmigen Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit einer Druckerhöhung des Luftstromes in der Einleitungsphase eine Rotationsbewegung erzeugt wird, die zur Abscheidung der Partikel am Ende einer Verweilzeitstrecke führt, wobei die anfängliche Druckerhöhung lediglich den Druckverlust am Ende der Verweilzeitstrecke ausgleicht und die eingebrachte Rotationsenergie durch den Strömungswiderstand kompensiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung insbesondere in Form eines Axialzyklons zur Abtrennung von Partikeln aus einem Luftstrom mit einer Einlassseite für einen mit Partikeln beladenen Luftstrom und einem Leitapparat zur Erzeugung einer Rotation des Luftstroms, einem Abscheideraum, einem Partikel Auslassende und einem Reingasaustrittsende.

Aus der WO98/46328 ist ein Axialzyklon und ein Verfahren zur Abtrennung einer flüssigen Phase aus einem Luftstrom der eingangs genannten Art bekannt. Gemäß 3 wird ein Luftstrom in Pfeil-Richtung durch einen rohrförmigen Axialzyklon geführt, wobei in der Einlassseite ein Leitapparat (2) zur Erzeugung eines rotierenden Luftstroms angeordnet ist.

Nach einer Weglänge „d" trifft der Flüssigkeits-beladene, rotierende Luftstrom auf ein Auslassteil (5). Die im Wandbereich des rohrförmigen Axialzyklons angesammelte Flüssigkeit wird im Auslassteil (5) abgetrennt, während die Luft in axialer Richtung des Rohres abgeführt wird.

Die Abtrennung der verschiedenen Phasen hat bei der bekannten Einrichtung zur Folge, dass sich wesentliche Parameter des Luftstromes verändern, z.B. ein Temperatur- und Druckverlust eintritt. Dieser Druckverlust stellt gleichzeitig einen Energieverlust dar, so dass sich der Zustand des zu behandelnden Mediums vor der Abtrennung vom Zustand nach der Abtrennung deutlich unterscheidet. In manchen Anwendungsfällen sind derartige Zustandsänderungen der Medien nicht zulässig. Sie erschweren die Verwendbarkeit des Axialzyklons für bereits bestehende Anlagen. Denn die Auslegung und bauliche Ausgestaltung derartiger Anlagen erlaubt es normalerweise nicht, den Luftdurchsatz und die Bedingungen wesentlich zu verändern, ohne dass die bisherige Funktion beeinträchtigt wird.

Außerdem benötigt die bekannte Abtrennung gemäß WO 98/46328 durch den verwendeten Axialzyklon relativ viel Platz. Die Abscheidung erfolgt dort über fünf hintereinander geschaltete Stufen mit unterschiedlichen Durchmesserbereichen. Ferner beeinflusst die bekannte Anordnung durch Veränderung von Druck und Temperatur auch die Gehalte an weiteren Inhaltsstoffen, so dass bei dem zu behandelnden Medium nicht nur die Menge der Partikel sondern auch die Menge der Aromastoffe etc. beeinflusst wird.

Aufgabe der vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung, insbesondere in Form eines Axialzyklons der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass bei möglichst geringem Platzbedarf eine druckverlustfreie Abscheidung von Feststoff-Partikeln erreicht werden kann, während die übrigen Inhaltsstoffe unbeeinflusst bleiben. Außerdem sollte die Geräuschbelästigung gering gehalten und eine variable Einstellung für die Anpassung an verschiedene Einbausituationen ermöglicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 3 genannten Merkmale erreicht. Es hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren und insbesondere durch einen Axialzyklon mit bewegtem Leitapparat eine druckverlustfreie Abscheidung von Partikeln ohne Veränderung der übrigen Parameter ermöglicht wird. Es ist außerdem besonders vorteilhaft, wenn die Ventilatorblätter beispielsweise gemäß den 2 und 5 einstellbar sind, da hiermit eine Anpassung an die Auslegung und Ausstattung vorhandener Anlagen in einfacher Weise gelingt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1: prinzipielle Darstellung einer ersten Version des erfindungsgemäßen Axialzyklons mit innenliegendem Motor
2: prinzipielle Darstellung einer zweiten Version des erfindungsgemäßen Axialzyklons mit außenliegendem Motor
3: prinzipielle Darstellung einer dritten Version des erfindungsgemäßen Axialzyklons mit innenliegendem gekapselten Motor w
4: prinzipielle Darstellung einer vierten Version des erfindungsgemäßen Axialzyklons mit innenliegendem gekapselten und gekühltem Motor sowie einem speziell daran angepassten Leitapparat
5: prinzipielle Darstellung einer fünften Version der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehrfach ungelenktem Luftstrom
6: Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abtrennung von Partikeln aus einem Luftstrom
In 1 ist die Einlassseite mit 1 und die Auslassseite für das zu behandelnde Trägermedium mit 5 bezeichnet. Einlass- und Auslassseite haben etwa den gleichen Durchleitquerschnitt, (lichter Durchlassquerschnitt von Einlaß- und Auslassseite sind gleich) so dass der Luftstrom in Strömungsrichtung druckverlustfrei durch den erfindungsgemäßen Axialzyklon geführt wird.
Zwischen Einlass- und Auslassseite besteht der Zyklon aus einem in radialer Richtung erweiterten rohrförmigen Verweilzeitbehälter 6 mit einem kegelförmigen Übergangsquerschnittsteil 7 und einer Stauquerschnittsfläche 8 am Auslassende 5.
Nach Passieren des Übergangsquerschnittsteils 7 gelangt der Luftstrom in den Einflussbereich eines Ventilators 2 und wird dort sowohl in Rotation versetzt (siehe Pfeilrichtung) als auch in seinem Gesamtdruck angehoben. Er wird dann in einen Abscheideraum 3 gedrückt, wobei sich die Partikel an die Randzone des Luftstroms bewegen und sich dabei radial zum Rand und zur Stauquerschnittsfläche 8 hin ansammeln. An dieser Stelle des Axialzyklons befindet sich umfangsseitig der Partikelauslass 4. Die Ausleitung der Partikel kann entweder in einen geschlossenen Raum mit Sammelbehälter oder in einen Bunker erfolgen oder sie kann auch als kontinuierliche Absaugung mit Anschluss an eine Weiterbehandlung der abgetrennten Partikel gestaltet sein.
Der gereinigte gasförmige Volumenstrom tritt dann als Reingasstrom am Auslassende 5 des Axialzyklons aus. Der Gesamtdruck am Einlass 1 und am Auslass 5 soll annähernd gleich sein. Dies bedeutet, dass die Leistung des Ventilators 2 so eingestellt werden muss, dass der Druckverlust im Innern des Verweilzeitbehälters 6 gerade ausgeglichen wird. Die nicht kompensierte Energiezufuhr kann durch eine Kühlung des Luftstroms im Bereich der Verweilzeitstrecke erfolgen.
Um den Energieaufwand möglichst niedrig zu halten, sollte der Strömungswiderstand zwischen Einlass 1 und Auslass 5 klein sein. Die Abscheidegüte hängt von der Länge und dem Durchmesser des Verweilzeitbehälters 6 ab. Bei großem Durchmesser sind die Strömungsgeschwindigkeiten niedrig, so dass eine Abtrennung von sehr feinen Partikeln u. U. schwierig wird. Dann kann eine andere Variante der Erfindung (Version 4) zum Einsatz gelangen, bei der zwischen dem Ventilator und dem Verweilzeitbehälter bzw. einem Konusteil ein Ringspalt zusätzlich angeordnet ist. Dies ist in 4 dargestellt. Eine weitere Alternative zum erfindungsgemäßen Verfahren nach Beispiel 1 zeigt 5, bei der die Einlassrichtung für den Eintritt des Luftstroms senkrecht zur Austrittsrichtung des Reingasstroms steht. Innerhalb des Zyklons erfolgt eine zweifache Umlenkung des strömenden Mediums und zwar beim Übergang von senkrechtem Einlass 11 zum horizontalen Verweilzeitrohr 12, und vom Verweilzeitrohr 12 in den mit entgegengesetzt strömenden Reingas gefüllten Auslass 13.
Ein Vorteil dieser Anordnung ist die kurze Baulänge bei langer Verweilzeitstrecke. Außerdem ergibt die 360° Umlenkung einen zusätzlichen Staueffekt, so dass die Abtrennung des Reingases von den Partikeln über den am Stauende 14 angeordneten Partikelauslass 15 verbessert wird. Auch die gute Zugänglichkeit des außenliegenden Motors 16, der den Ventilator 17 im engen Querschnitt des Verweilzeitrohres 12 antreibt, ist ein weiterer Vorteil dieses besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels.
In den 2 und 5 sind Ausführungsbeispiele mit außen liegendem Motor und in den 1, 3 und 4 mit innen liegendem Motor dargestellt. Vorzugsweise wird der innenliegende Motor mit einem Kühlbehälter kombiniert, der sich über den Bereich des Abscheideraums 3 bzw. 12 erstreckt. Ein wesentliches Ziel der Kühlung ist die Reduzierung des in den Luftstrom eingebrachten Energiegehaltes, wozu insbesondere das Ausführungsbeispiel gemäß 4 eine steuerbare Kühlung vorsieht.
Der Leitapparat 18 gemäß 4 ist mit einem Ringspalt 19 versehen. In dem trichterförmig ausgebildeten Übergangsbereich zwischen dem Einlass 1 und dem Verweilzeitbehälter 6 ist der Überdeckungsgrad von Behälterrand und Umfangsfläche des Leitapparats 18 groß. Dies hat gerade im vorliegenden Anwendungsfall einen günstigen Einfluß auf Druckerhöhung und Luftdurch-Satz, die beide im mittleren Leistungsbereich von Ventilatoren liegen. Der über den Leitapparat 18 eingebrachte Energiezuwachs in Form von Rotationsenergie und Temperaturerhöhung wird über ein gekühltes Gehäuse 20 vermindert.
Zur Regelung der Kühlwirkung wird in das gekühlte Gehäuse 20 Kühlmittel über Leitungen 21, 22 zu bzw. abgeführt. Am Austrittsende 5 verlässt der Luftstrom die erfindungsgemäße Vorrichtung mit im wesentlichen gleichem Energiezustand, wie er auf der Einlassseite vorhanden war.

Claims

Verfahren zur Abtrennung von Partikeln aus einem Luftstrom ohne Veränderung des Energiezustandes und ohne Kontamination von flüssigen oder gasförmigen Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit einer Druckerhöhung des Luftstromes in der Einleitungsphase eine Rotationsbewegung erzeugt wird, die zur Abscheidung der Partikel am Ende einer Verweilzeitstrecke führt, wobei die anfängliche Druckerhöhung lediglich den Druckverlust am Ende der Verweilzeitstrecke ausgleicht und die eingebrachte Rotationsenergie durch den Strömungswiderstand kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation der Energiezufuhr zusätzlich durch eine Kühlung des Luftstroms im Bereich der Verweilzeitstrecke erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere in Form eines Axialzyklons zur Abtrennung von Partikeln aus einem Luftstrom mit einem Rohgas-Einlass für einen mit Partikeln beladenen Luftstrom und einem Leitapparat zur Erzeugung einer Rotation des Luftstroms, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar hinter dem Rohgas-Einlass (11) in einem ringförmigen Abscheideraum (12) ein in Umfangsrichtung drehbarer Leitapparat (16) angeordnet ist, der über einen außen um den ringförmigen Abscheideraum angeordneten Antrieb (17) antreibbar ist und dass am Ende der Abscheideraum (12) eine ringförmig angeordnete Staufläche (14) angeordnet ist, wobei die aufgestauten Partikel über einen Partikel-Auslass (15) tangential aus dem Abscheideraum (12) abgezogen werden.
Axialzyklon zur Abtrennung von Partikel aus einem Luftstrom mit einem Rohgas-Einlass (1) für einen mit Partikeln beladenen Luftstrom und einem Leitapparat (2) zur Erzeugung einer Rotation des Luftstroms, einem Abscheideraum (3), mindestens einem Partikel-Auslass (4) und einem Reingas-Auslass (5), dadurch gekennzeichnet, dass Rohgas-Einlass (1), Abscheideraum (3) und Reingas-Auslass (5) in Richtung des Luftstroms hintereinander angeordnet sind und eine gemeinsame Mittelachse (9) aufweisen und dass der Leitapparat (2) aus einem Ventilator besteht, der zentrisch auf der Mittelachse (9) gelagert ist.
Axialzyklon nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator bewegliche und einstellbare Ventilatorblätter aufweist.
Axialzyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitapparat mit Ringspalt (18) verwendet wird.
Axialzyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatorblätter über einen außen um den Leitapparat angeordneten Antrieb einstellbar sind.
Axialzyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftstrom ein Messgerät zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit angeordnet ist und die Drehzahl des Ventilators zur Minimierung des Druckverlustes einstellbar ist.
Axialzyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatorblätter zur Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit und der Abscheidegüte einstellbar sind.
Axialzyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innendurchmesser von Einlass (1) und Auslass (5) gleich sind.
Axialzyklon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelauslass (4) am umfangsseitigen Ende des Abscheideraums (3) in Richtung des Luftstroms gesehen hinter einer Anschnittkante (8) des Reingas-Auslasses (5) angeordnet ist.