DE1244120B - Drehstroemungswirbler zum Abscheiden fester oder fluessiger Teilchen aus Gasen - Google Patents

Description

BfINDESSSPUBUE DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

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Anmrfdetag: Ausfegetag;

1244120 S6T735IVc/12e 25.Miiz I960 13.JaU 1967

Die Erfindung betrifft eisen Drehströmungswirbler zum Abscheiden fester oder flüssiger Teilchen lau Gasen, insbesondere zur Staubabscheidung.

Ein derartiger Drehströmungswirbler besteht aas einer zylindcrrohrförmigcn Wirbelkammer mit einem koaxialen Einströmrohr !Or das Rohgas und gcgcoübcilicgcndctn axialem Rcingasauslaß. Außerdem weist der Drehströmungswirbler tangcntialc, dem einströmenden Rohgas schräg cntgcgcngerichtctc Zwcilluitduscn Im Wirbdkammermantcl zer Erzeugung einer Drchströcnung in Form einer Süßeren weadelferraigen Potentiale rbelsiröcmmg und einer lnflerco wendelf&n&igee, gleichsinnig umlaufenden Rotaiioosströmimg aui Dabei haben die axialen StrOmungskoinpoacnten des Rotation*- und des Potentialwirbcis entgegengesetzte Richtungen. Für die Entfernung der in Richtung zur Wirbclkammcrwand getragenen und abgeschiedenen Teilchen ist ferner eine Abkitung In der Nile des Wirbel·· tammcibodcm vorgesehen,

Ej aod Abscheider bekanntgeworden, Ae zwir ein ähnliches Strömimgsbild aufweisen, bei denen jedoch die abzuichcldcndcn Teilchen der Wirbelkammer tangential am Wirbclkammcnnantcl zugeführt werden. Zu dieser Art gehören alle herkömmGchen Zyklone. Die Abscheidung erfolgt dabei lediglich durch die Wirkung der Fliehkraft« in einer WrrbeJsenke. Im Gegensatz dazu werden bei dem Drehströmungswirbler die Teilchen der Wirbel· kammer zugeführt und beim Eintritt in die Wirbelkammer in RoUtioa versetzt, wobei oberhalb dec Mlkndung ά*% RohgaseirJosscs ciae Wirbelqudle entsteht, die wejetiUich zur Abscheidimg der im Rohgas enthaltenen festen oder flüssigen Teilchen beiträgt. In dieser Wirbekjoelte werden die auszuscheidenden Teilchen nicht allein durch die Flicbkraftwirkung nach aufien getragen, vielmehr wirkl Jn ihr noch zusätzlich die Radialkompoaenl« der Schleppkräfte der Gasströmung nach außen, also in gleicher Richtung wie die Fliehkräfte. Dadurch wird auch die Austragung sehr kleiner und leichter Teilchen begünstigt

Die Anwendung dieses DTthstrSmcngtprtnzips ist In etwa schon bekanntgeworden, jedoch lediglich zur Mischung von Medien unterschiedlicher Dichte bzw, zur ReoktJonsbcschlcunJcung verschiedener Medien.

Bei dem eingangs beschriebenen Drehströmungswirbler erfolgt die Anregung der DrehitröBumg durch HUfsgaseJotSssc, die tangential im Wirbelkammcrmantel und dem aufsteigenden. Rohgas ichräg entgegengerichtet sind Es hat sich jedoch Drehströmungswirblcr zum Abschcideo fester oder flüssiger Tcüchcn aus Gasen

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Siemens AküengeseUschaft, Berlin und München, Erlangeo, Wcmer-von-Scmeas-Str. 50 Als Erfinder benannt: Dipl.-Ing. Dr. rer, poL Karl-Hebxr Oehlrich,

Erlangen

gezeigt, daß sich nkht das gesamte einstiemende Hilismedlum in einer Potentialwlrbclströimmg dem Rohgasstrom entgcgcnben^cgt, sondern daß ein TeO als Fehlstrahl nach oben ausweicht und mit dem

•3 gereinigten Tragermedium die Wirbelkammer verläßt Außerdem ist bei einer einmaligen Anregung der Drehjtrftmung durch eine Düse im oberen Bereich der Wirbelkammer der Druckverlust des eintröeen Mediums sehr hoch. Darüber hinaus

9» ist et möglich, daß trotz einer entsprechenden Lunge der Wirbelkammer ein Teil der sehr feinen Teilchen unter 1 pm noch nicht weit genug ausgeschleudert sind und somit mit dem Reingas aus der Wirbelkammer abströmen.

«S Dk Erfindung hit skh die Aufgabe gestellt, den Wirkungsgrad eines derartigen Drehströmungswirblcrs ta verbessern, indem einmal der Fchlstrahl weltgehend zurückgenommen wird und indem außerdem da Anregung der Drehströmung mit

«o einem geringeren Energieaufwand and geringerem Vertust als bisher üblich erfolgt Außerdem soll ein Teil der noch nkht abgeschiedenen feinsten Teitchen vom Remgasstrom abgetrennt und einer nochmaligen Abscheidung zBgefüh rt werden.

♦5 Die Erfindung besteht darin, daß oberhalb der Zwrithiftdnblasung ein 4k Umfangikotnponente und -breite der lußcren Poteniulwirbelströinung vergrößernder ringförmiger Körper mit einem sich diffujorartig erweiternden hohlringfSrröigen EIn-

$o schnitt und einer ekh daran anschließenden Röckführung für den Dusenfefalstr&hl in der Wirbelkammer angeordnet ist, daß eine oder mehrere eine

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Geschwindigkeitsaufstockung des Hauptstrahls be- ausgebildet. Wegen einer etwa auftretenden Exwirkende Zweitluftdüsen auf einer wendeiförmigen plosionsgefahr füllen die Leitschaufeln den Rohr-Bahn, die annähernd dem Verlauf des Düsenhaupt- querschnitt nur ringförmig und nicht vollständig Strahls entspricht, in die Wirbelkammerwand ein- aus. Durch die scharfe Anströmkante wird die gebaut sind und daß zusätzliche Düsen in Höhe 5 Ausbildung einer Staupunktströmung an der Aneines oder vor einem am Rohgaseintritt angeord- strömseite der Leitschaufeln und damit ein Anneten Strömungskörper sowie in die Rohgasleitung setzen der spezifisch schwereren Staubteilchen mit eingebaute Leitschaufeln zur Voranregung des einer dem Rohgasstrom entgegengesetzten Richtung Rohgasstromes vorgesehen sind. vermieden.

Durch die mit Hilfe des ringförmigen Körpers io An Hand einer schematischen Zeichnung soll der erzielte Verbreiterung der Potentialwirbelströmung Aufbau und die Wirkungsweise einiger Ausführungsradial nach innen und die Vergrößerung ihrer Um- beispiele nach der Erfindung dargestellt werden, fangskomponente wird eine Verstärkung der Trenn- Dabei zeigt

kräfte und des radialen Druckaufbaus unterhalb des Fig. 1 die Gesamtanordnung eines derartigen

Ringes erzielt. Dieser Druckaufbau bewirkt eine 15 Drehströmungswirblers mit äußerer Rückführung

bessere Führung des Düsenhauptstrahls entgegen der für den Düsenfehlstrahl, und

Rohgasströmung, eine Erhöhung des Druckes auch Fig.2 und 3 die Ausbildung der Leitschaufeln im unteren Teil der Wirbelkammer und damit eine zur Voranregung des Rohgasstromes,
bessere Austragmöglichkeit der abgeschiedenen Teil- Fig. 4 und 5 sind schließlich weitere Ausfühchen. Durch die entlang des wendelförmig ver- ao rungsformen des ringförmigen Einschnittes darlaufenden Düsenhauptstrahls angeordneten zusatz- gestellt.

liehen Düsen wird die mit zunehmendem Abstand Nach Fig. 1 besteht der Drehströmungswirbler

von der Düse abnehmende Geschwindigkeit des aus einer zylinderrohrförmigen Wirbelkammer 1 mit

Düsenhauptstrahls stufenweise aufgestockt, so daß einem koaxialen Einströmrohr 2 für das Rohgas,

damit auch vermieden wird, daß die spezifisch 35 der mit einer tulpenförmig erweiterten Mündung 3

schwereren Teilchen dem spezifisch leichteren Luft- im unteren Teil der eigentlichen Wirbelkammer

strom vorauseilen. endet. Der Rohgasstrom 4 strömt von unten in die

Wenn der Düsenhauptstrahl die letzte Zweit- Wirbelkammer 1 und verläßt diese als Reingas 5 luftdüse passiert hat, durcheilt er eine sogenannte durch einen dem Rohgaseinlaß gegenüberliegenden Beruhigungszone, in der keinerlei Anregung der 30 axialen Reingasauslaß. Die Drehströmung, von der Strömung erfolgt. In Höhe eines oder vor einem nur die Potentialwirbelströmung 7 dargestellt ist, am Rohgaseintritt angeordneten Strömungskörper wird im wesentlichen durch ein über die Düse 6 wird der Düsenhauptstrahl dann zur Überwindung einströmendes Hilfsgas angeregt. Die Potentialder Reibung mit dem Rohgasstrom durch zusatz- wirbelströmung 7 durchläuft dabei auf einer wendelliche Düsen verstärkt und somit in den Austrag- 35 förmigen Bahn zunächst den eigentlichen Abraum am Wirbelkammerboden geleitet. scheideraum 8 und gelangt dann in den Abtrag-

Insgesamt wird mit der Erfindung eine Energie- raum 9, von wo aus ein Teil der Potentialwirbeleinsparung sowohl hinsichtlich des Düsenvor- strömung die abgeschiedenen Teilchen durch einen druckes als auch hinsichtlich der durch die Düsen Auslaß 21 im Boden der Wirbelkammer abführt, strömenden Luftmenge erreicht. Ferner kann da- 40 Unmittelbar oberhalb der Düsen 6 ist ein ringdurch der Neigungswinkel der Zweitluftdüsen flacher förmiger Körper 10 mit einem sich diffusorartig als bisher üblich gewählt werden, so daß sich da- erweiternden ringförmigen Einschnitt 11 vorgesehen, durch auch eine größere Umfangsströmung der der den nach oben abströmenden und mit Feinst-Potentialwirbelströmung ergibt. staub beladenen Fehlstrahl 12 des durch diese

Der Ringkörper oberhalb der Zweitlufteinblasung 45 Düse 6 einströmenden Hilfsmediums aufnimmt. Der

weist im Bereich des höchsten Druckes in der Einschnitt 11 ist über eine Rückführleitung 27 ent-

Wirbelkammer einen sich diffusorartig erweiternden weder mit der Rohgasleitung 2 verbunden oder über

hohlringartigen Einschnitt auf. Dadurch kann ein eine zustäzliche Leitung 28 an den Abscheideraum 8

Teil der im oberen Bereich der Wirbelkammer mit angeschlossen. Der Ringkörper 10 besitzt an seiner

noch nicht abgeschiedenem Feinststaub angerei- 5<> Abströmseite einen diffusorartigen Auslauf 13 zur

cherten Düsenfehlstrahlen in diesen Einschnitt Rückgewinnung des Druckes. Über der Ringbreite

hineingedrückt und über gesonderte Rückführ- des Ringkörpers 10 bildet sich ein Druckverlauf aus,

leitungen in die Wirbelkammer zurückgeführt wer- wie er durch die Kurve 14 dargestellt ist. Diese

den. Dabei ist es möglich, eine derartige Rückführ- Druckverlaufkurve ist nur ein Ausschnitt der über

leitung direkt in die Rohgaszuführungsleitung 55 den gesamten Wirbelkammerbereich symmetrischen

und/oder in den Abscheideraum vorzusehen. Druckverlaufs mit einem Minimum im Bereich der

Außer druckaufbauenden Körpern und auf Wirbelkammerachse. Die Mitte des ringförmigen

wendeiförmigen Bahnen angeordneten Hilfsdüsen Einschnittes 11 befindet sich dabei stets an der

kann zur zusätzlichen Verminderung der Zweitluft- Stelle des höchsten Druckes, um eine sichere Ab-

energie eine Voranregung des Rohgasstromes durch ^6o führung der Düsenfehlstrahlen zu erzielen,

in der Rohgasleitung eingebaute Leitschaufeln vor- Der Ring 10 nach F i g. 1 kann mit verschiedenen

genommen werden, die am Außenrand des Rohgas- Innendurchmessern ausgebildet werden, wobei sich

zuführungsrohres angeordnet sind und nach innen die Abscheidung mit kleiner werdendem Durch-

durch einen mit scharfer An- und Abströmseite messer verbessert.

ausgebildeten Haltering abgeschlossen werden. Die ⁶5 Im Wirbelkammermantel sind entlang dem

Leitschaufeln weisen dabei scharfe Anströmseiten wendelfönnigen Verlauf des Düsenhauptstrahls 7

auf und sind — in radialer Richtung gesehen — eine oder mehrere zusätzliche Hilfsdüsen 15 an-

mit sich nach außen hin erweiterndem Querschnitt geordnet, die die mit dem Düsenabstand ab-

nehmende Geschwindigkeit des spezifisch leichteren Mediums, z.B. der Düsenluft, wieder auf die jeweilige Geschwindigkeit des spezifisch schwereren und vorauseilenden Mediums, z. B. der Staubteilchen, bringen.

Die unterschiedliche Geschwindigkeit von Luft und Staubteilchen innerhalb des mit Staub angereicherten Düsenhauptstrahls 7 an einzelnen Düsenpunkten ist in der F i g. 1 durch Pfeile verschiedener Größe schematisch angedeutet. An der Stelle 15 α haben die spezifisch leichteren Teilchen noch dieselbe Geschwindigkeit wie die spezifisch schwereren Teilchen. Die letzteren sind aber bei dem Punkt 156 vorausgeeilt und besitzen bei der Düseneinblasung am Punkt 15c wieder dieselbe Ge- »3 schwindigkeit wie die Luftströmung.

Der Düsenhauptstrahl 7 tritt nach der letzten Geschwindigkeitserhöhung durch die letzte Düse in eine Beruhigungszone 16 ein, bevor er in den Abtragraum 9 strömt. Zur Ergänzung der durch ao Reibung zwischen dem Rohgasstrom und dem mit Staub hochkonzentriert (bis zu 750gr/m³) angereicherten Düsenhauptstrahl 7 verbrauchten Energie ist eine zusätzliche Düse 17 vorgesehen, die die mit Staub angereicherte Menge in den Abtragraum «5 fördert. Dabei bildet sich gleichzeitig ein erster Staubkcgel 18 aus, der die Abscheidung begünstigt. 19 stellt einen tropfenförmigen Strömungskörper dar, von dessen Abströmseite aus sich ein zweiter Staubkegel 20 bildet. Der Staub wird über die Leitung 21 abgeführt.

In dem Rohgaszuführungsrohr 2 befinden sich Leitschaufehi 22, die das Rohgas zu einer Rotationsströmung anregen.

Die Ausbildung dieser Leitschaufehi zeigt die F i g. 2, in der das Zuführungsrohr 2 und das die Leitschaufeln 22 verbindende Innenrohr 24 dargestellt sind. Der Querschnitt der Leitschaufeln 22 vergrößert sich vom Innenrohr 2ψ zum Außenrohr 2, so daß zwischen den Leitschaufehi eine gute *° Relativ-Wirbelbildung 25 erzielt wird, die Ausgangspunkt einer Staubwendel ist. Die Anströmseite der Leitschaufeln ist, wie in Fig. 3 bei 26 angedeutet ist, scharfkantig ausgebildet, so daß sich ein lanzettförmiger Querschnitt 23 ergibt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Ausbildungsformen des ringförmigen Einschnittes 11 im Ringkörper 10. Nach diesen Ausführungsbeispielen wird die Außenseite des ringförmigen Einschnittes jedoch durch die sich erweiternde Wand 1 — nach 5< > F i g. 4 — bzw. die sich verengende Wand 1 — nach Fig.5 — der Wirbelkammer gebildet. Auch hier erfolgt eine Ableitung des Düsenfehlstrahls durch eine Rückführleitung 27 zurück in die Wirbelkammer oder die Rohgaslcitung.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Drehströmungswirbler zum Abscheiden fester oder flüssiger Teilchen aus Gasen, insbesondere zur Staubabscheidung, bestehend aus einer zylinderrohrförmigen Wirbelkammer mit einem koaxialen Einströmrohr für das Rohgas und gegenüberliegendem axialen Reingasauslaß sowie mit tangentialen, dem einströmenden Rohgas schräg entgegengerichteten Zweitluftdüsen im Wirbelkammermantel zur Erzeugung einer Drehströmung in der Form einer äußeren wendeiförmigen Potentialwirbelströmung und einer inneren wendeiförmigen, gleichsinnig umlaufenden Rotationswirbelströmung, wobei die axialen Strömungskomponenten des Rotationsund des Potentialwirbels entgegengesetzte Richtungen haben und bei dem für die Entfernung der in Richtung zur Wirbelkammerwand getragenen und abgeschiedenen Teilchen eine Ableitung in der Nähe des Wirbelkammerbodens vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Zweitlufteinblasung (6) ein die Umfangskomponente und -breite der äußeren Potentialwirbelströmung vergrößernder ringförmiger Körper (10) mit einem sich diffusorartig erweiternden hohlringförmigen Einschnitt (11) und einer sich daran anschließenden Rückführung (27) für den Düsenfehlstrahl (12) in die Rohgaszuführungsleitung und/oder in den Abscheideraum (8) angeordnet ist, daß eine oder mehrere, eine Geschwindigkeitsaufstockung des Hauptstrahls bewirkende Zweitluftdüsen (15) auf einer wendeiförmigen Bahn (7), die dem Verlauf des Düsenhauptstrahls entspricht, in die Wirbelkammerwand (1) eingebaut sind und daß zusätzliche Düsen (17) in Höhe eines Strömungskörpers oder vor einem am Rohgaseintritt (3) angeordneten Strömungskörper (19) sowie in die Rohgasleitung (2) eingebaute Leitschaufeln (22) zur Voranregung des Rohgasstromes vorgesehen sind.

2. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Abströmseite des Ringkörpers (10) ein diffusorartiger Auslauf (13) anschließt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 626459, 750705, 866899,932404;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1035306,1041010; französische Patentschrift Nr. 1096 283;

österreichische Patentschriften Nr. 141714,
197343;

schweizerische Patentschrift Nr. 290 274.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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