DE1278203B

DE1278203B - Cyclone separator for removing dust from air or other gases

Info

Publication number: DE1278203B
Application number: DE1961S0073720
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Karl-Hein Oehlrich; Dipl-Phys Dr Karl-Rudo Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-04-28
Filing date: 1961-04-28
Publication date: 1968-09-19

Description

Zyklonabscheider zum Entstauben von Luft oder anderen Gasen Mechanische Entstauber der Zyklonbauweise werden bekanntlich zum Abscheiden von festen Partikeln - oder auch von flüssigen Teilchen (Tröpfchen) - aus gasförmigen Medien verwendet. In dem zylindrischen Teil des am unteren Ende meistens trichterförmig zulaufenden Wirbelraumes des Zyklons wird das zu trennende Gemisch tangential mit so großer Geschwindigkeit eingeführt, daß die spezifisch schwereren Teile infolge der Fliehkräfte an die Wandung des Abscheiders geschleudert werden und in den Trichter fallen. Die Trägerluft und darin verbleibende leichtere Teilchen werden durch ein koaxial in den Wirbelraum ragendes Tauchrohr nach oben abgeführt.Cyclone separators for removing dust from air or other gases. Mechanical Cyclone dust extractors are known to be used to separate solid particles - or also of liquid particles (droplets) - used from gaseous media. In the cylindrical part of the usually funnel-shaped tapering at the lower end Whirl space of the cyclone, the mixture to be separated is tangential with so large Speed introduced that the specifically heavier parts as a result of centrifugal forces are thrown against the wall of the separator and fall into the funnel. the Carrier air and remaining lighter particles are transported through a coaxial in The immersion tube protruding from the vortex space is carried off upwards.

Zur Wiedergewinnung von statischem Druck aus der Drallenergie von Zyklonabscheidern wird nach einem bekannten Verfahren durch eine schräg zur Abscheiderachse nach außen gerichtete Führung des gereinigten Gases im Tauchrohr zunächst die Umfangskomponente der Geschwindigkeit unter gleichzeitiger Erhöhung der Axialkomponente der Geschwindigkeit verkleinert und anschließend die Geschwindigkeitsenergie der Axialkomponente in einem Diffusor in Druck umgesetzt. Zur besseren Führung des Luftstromes ist in der Abscheiderachse ein rotationssymmetrischer Verdrängungskörper angeordnet, der das Auftreten hoher Geschwindigkeiten in Achsnähe unterdrückt. Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß eine Strömung mit überwiegender Umfangskomponente der Geschwindigkeit in eine Strömung mit überwiegender Axialkomponente übergeführt und dadurch eine zusätzliche Reibungsenergie aufgebracht werden muß.To recover static pressure from the swirl energy of Cyclone separators are made according to a known method by an oblique to the separator axis outward guidance of the purified gas in the immersion tube initially the peripheral component the speed with a simultaneous increase in the axial component of the speed and then the velocity energy of the axial component in a diffuser implemented in pressure. For better guidance of the air flow is in the Separator axis arranged a rotationally symmetrical displacement body, which the Occurrence of high speeds in the vicinity of the axis suppressed. This known method however, has the disadvantage that a flow with a predominant circumferential component of Speed converted into a flow with predominant axial components and as a result, additional frictional energy must be applied.

Darüber hinaus ist ein Zyklonabscheider für Luft-oder Gasentstaubung bekannt, der ein koaxial zur Zyklonachse angeordnetes, sich venturiartig verengendes und wieder erweiterndes Tauchrohr aufweist, das an seiner oberen Stirnfläche geschlossen ist und an dessen seitliche Austrittsöffnung für das gereinigte Gas ein Abströmstutzen tangential in Drehrichtung der Strömung angeordnet ist.In addition, there is a cyclone separator for air or gas dedusting known, the one arranged coaxially to the cyclone axis, narrowing like a venturi and again having widening immersion tube, which is closed at its upper end face is and at the side outlet opening for the cleaned gas is a discharge nozzle is arranged tangentially in the direction of rotation of the flow.

Von einem derartigen Zyklonabscheider geht die Erfindung aus mit dem Ziel, die kinetische Energie der tangentialen und axialen Geschwindigkeitskomponenten des abziehenden Reingasstromes möglichst verlustarm in statischen Druck umzuwandeln und damitDruckenergiewiederzugewinnen. Dajedoch,wie bei der vorgenannten bekannten Ausgestaltung, bei einer lediglich tangentialen und zur Tauchrohrachse rechtwinkligen Anordnung eines Abströmstutzens gleichbleibenden Querschnitts zu große Strömungsverluste im abströmenden Reingas auftreten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Abströmstutzen als Diffusor ausgebildet und seine Mittelachse zur Achse des Tauchrohres unter einem stumpfen Winkel geneigt ist, der mit der Steigungsrichtung des austretenden Reingasstromes in der seitlichen Ausströmöffnung übereinstimmt.The invention is based on such a cyclone separator Aim the kinetic energy of the tangential and axial velocity components of the withdrawing clean gas stream to be converted into static pressure with as little loss as possible and thus regaining printing energy. However, as with the aforementioned known Design, with a merely tangential and right-angled to the immersion tube axis Arrangement of a discharge nozzle with constant cross-section, too large flow losses occur in the outflowing clean gas, it is provided according to the invention that the outflow nozzle designed as a diffuser and its central axis to the axis of the immersion tube under a is inclined at an obtuse angle, which corresponds to the direction of incline of the exiting pure gas flow in the side outflow opening.

Auf diese Weise gelingt es, die Umfangskomponente der Reingasströmung im Tauchrohr des Zyklons ohne Umlenkung und ohne einen dadurch bedingten Energieverlust in den Diffusor zu leiten, so daß eine merkliche Verbesserung der Rückgewinnung an Druckenergie und damit eine Verminderung des Gesamtleistungsbedarfs des Abscheiders erreicht wird.In this way, the circumferential component of the clean gas flow succeeds in the immersion tube of the cyclone without deflection and without the resulting loss of energy to direct into the diffuser, so that a noticeable improvement in the recovery of pressure energy and thus a reduction in the overall power requirement of the separator is achieved.

Der Rohgasstrom tritt tangential in den Zyklon ein, und die Staubteilchen werden in bekannter Weise durch Fliehkräfte ausgeschleudert. Das im Wirbelraum vorgereinigte Gas gelangt in das venturirohrförmige Tauchrohr. In dem unteren, sich in Richtung des Reingasflusses verjüngenden Teil des Tauchrohres strömt das vorgereinigte Gas in einer Wendel mit stetig abnehmendem Durchmesser nach oben. Infolge dieser stetigen Verringerung des Tauchrohrdurchmessers nehmen die Axial- und die Umfangsgeschwindigkeit der Drehströmung zu, so daß die darin noch vorhandenen Staubteilchen relativ gegenüber der axialen Strömungskomponente zurückbleiben und durch die verstärkte Fliehkraftwirkung an den Tauchrohrmantel geschleudert werden. Hier wandern sie - gegebenenfalls durch Hilfsluft beschleunigt, die entsprechend einem anderweitigen früheren Vorschlag mittels einer schräg tangential in das Tauchrohr mündenden Luftdüse eingeblasen wird - entgegen der Reingasströmung abwärts in den Hauptwirbelraum des Zyklons, wo sie, wie die bereits dort abgetrennten und ausgetragenen Teilchen, endgültig abgeschieden werden.The raw gas flow enters the cyclone tangentially, and the dust particles are ejected in a known manner by centrifugal forces. The one pre-cleaned in the whirling room Gas enters the venturi-shaped Immersion tube. In the lower one the tapering part of the immersion tube in the direction of the clean gas flow flows pre-cleaned gas in a spiral with a steadily decreasing diameter upwards. As a result of this constant reduction in the immersion tube diameter, the axial and the circumferential speed of the rotary flow, so that the remaining in it Dust particles stay behind relative to the axial flow component and be thrown against the immersion tube jacket by the increased centrifugal force. Here they migrate - possibly accelerated by auxiliary air, which accordingly another earlier proposal by means of an oblique tangential into the immersion tube opening air nozzle is blown - against the clean gas flow downwards into the Main vortex space of the cyclone, where they, like those already separated and discharged there Particles to be finally deposited.

Am oberen Ende des Tauchrohres wird das Beingas unter einem durch die in der seitlichen Austrittsöffnung resultierende Strömungsrichtung festgelegten Winkel zur Tauchrohrachse in den Diffusor eingeführt. Innerhalb des Diffusors findet ein Druckaufbau in Strömungsrichtung des Beingases statt.At the upper end of the immersion tube, the being gas is under you the direction of flow resulting in the lateral outlet opening is determined Angle to the immersion tube axis introduced into the diffuser. Takes place inside the diffuser a pressure build-up takes place in the flow direction of the leg gas.

Ein teilweiser Druckaufbau erfolgt bekanntlich auch in dem sich in Strömungsrichtung diffusorartig erweiternden Teil des Tauchrohres.As is well known, a partial pressure build-up also occurs in the Direction of flow diffuser-like widening part of the immersion tube.

In Weiterbildung der Erfindung ist in bekannter Weise an der stirnseitigen Abdeckung des Tauchrohres ein rotationssymmetrischer Strömungsleitkörper angeordnet, der koaxial in den sich konisch erweiternden Teil des Tauchrohres hineinragt und an seiner Anströmseite nach innen gewölbt ist. Hierdurch gelingt es, das Gas aus dem Zentrum der in das Tauchrohr eintretenden rotierenden Trombe des Zyklonwirbels nach außen in den Bereich größerer Umfangsgeschwindigkeit umzulenken und etwa noch mitgeführte Staubteilchen auszuschleudem und wieder abwärts in den Rohgasstrom zurückzuführen. Damit wird ein Austreten dieser Staubteilchen in den sich an das Tauchrohr seitlich anschließenden Diffusor verhindert.In a further development of the invention is in a known manner on the end face Covering the immersion tube, a rotationally symmetrical flow guide is arranged, which protrudes coaxially into the conically widening part of the immersion tube and is curved inward on its upstream side. This makes it possible to get the gas out the center of the rotating vortex of the cyclone vortex entering the dip tube to divert to the outside in the area of greater peripheral speed and perhaps even more Dust particles carried along are thrown out and returned back down into the raw gas flow. This prevents these dust particles from escaping into the side of the immersion tube subsequent diffuser prevented.

Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung.The figure shows an exemplary embodiment of the invention in schematic form Depiction.

Das Rohgas tritt durch eine Leitung 1 tangential in den zylindrischen Teil t des Zyklonabscheiders ein. Die entstehende Wirbelsenkströmung teilt sich am Ausgang des Ringraumes 3 in einen unteren Ast 5 und einen oberen Ast 4. Der obere Ast 4 bewegt sich als räumliche Spiralströmung in dem venturirohrförmig ausgebildeten Tauchrohr 6 nach oben. Am Ausgang des Ringraumes 3 ist bereits eine Grobabscheidung durch die Fliehkraftwirkung erfolgt, so daß im Tauchrohr 6 nur noch eine Nachreinigung vorgenommen wird.The raw gas enters the cylindrical part t of the cyclone separator tangentially through a line 1. The resulting vortex sink flow divides at the exit of the annular space 3 into a lower branch 5 and an upper branch 4. The upper branch 4 moves upwards as a spatial spiral flow in the venturi tube-shaped immersion tube 6. At the exit of the annular space 3, a coarse separation has already taken place through the effect of centrifugal force, so that only one subsequent cleaning is carried out in the immersion tube 6.

Der untere Ast 5 der Rohgasströmung erstreckt sich in bekannter Weise als gewendelte Wirbelsenke im zylindrischen Teil t des Zyklons abwärts bis in den sich nach unten anschließenden trichterförmigen Teil 10, wobei ständig Gas aus der äußeren Potentialströmung entsprechend den Pfeilen 12 an die zentrale, axial entgegengesetzt laufende Rotationsströmung 11, die sogenannte Trombe, abgegeben wird. Die von dem Strömungsast 5 mitgeführten Teilchen werden während der Abwärtsbewegung im wesentlichen in die Umfangsschicht der Wirbelsenke zentrifugiert; denn anderenfalls müßten sie in der zentripetalen Strömungsrichtung 12 gegen ein Drehbeschleunigungsfeld anlaufen, das zum Reingasaustritt hin immer stärker wird. Daher gelangt nur ein geringer Teil der abzuscheidenden Partikeln in die Trombe 11, während der größere Teil in den Sammelbunker 13 ausgetragen wird. Die in die Trombe 11 übergegangenen Teilchen kommen somit zunächst nicht zur Abscheidung.The lower branch 5 of the raw gas flow extends in a known manner as a coiled vortex sink in the cylindrical part t of the cyclone downwards into the funnel-shaped part 10 adjoining it downwards, whereby gas from the external potential flow according to the arrows 12 to the central, axially opposite running Rotary flow 11, the so-called vortex, is delivered. The particles carried along by the flow branch 5 are essentially centrifuged into the circumferential layer of the vertebral sink during the downward movement; because otherwise they would have to run in the centripetal flow direction 12 against a rotational acceleration field which becomes stronger and stronger towards the clean gas outlet. Therefore, only a small part of the particles to be separated get into the drum 11, while the larger part is discharged into the collecting bunker 13. The particles that have passed into the drum 11 are therefore initially not deposited.

Der Kernwirbel der durch das Zentrum der Wirbelsenke 5 hindurch in das Tauchrohr 6 aufsteigenden Trombe 11 stößt gegen die konkav gewölbte Stirnfläche 14 des Strömungsleitkörpers 7 und wird, wie an der Stelle 15 angedeutet ist, nach außen in die aufsteigende Spiralströmung 4 gelenkt, wobei die noch mitgeführten Staubteilchen an die Tauchrohrwand getragen werden. Ein durch die Düse 18 eingeblasener Hilfsluftstrahl erzeugt eine sich längs der Innenwand des Tauchrohres 6 abwärts windende Mantelschichtströmung 16, die am unteren Ende des Tauchrohres in den Ast 4 der Wirbelströmung einmündet. Auf diese Weise werden die an die Innenfläche der Tauchrohrwandung zentrifugierten Teilchen nach unten abgeführt und vom Rand des Tauchrohres in Richtung der Pfeile 17 abgeschleudert, so daß sie in den Strömungsast 5 des Hauptwirbels gelangen und zum größten Teil in den Sammelbunker 13 ausgetragen werden.The core vortex of ascending in the dip tube 6 through the center of the vortex sink 5 through Trombe 11 abuts against the concave arcuate end surface 14 of the flow guide 7, and is, as is indicated at the point 15, is directed outward in the ascending spiral flow 4, wherein the still entrained dust particles are carried to the wall of the immersion tube. An auxiliary air jet blown in through the nozzle 18 generates a jacket-layer flow 16 which winds downwards along the inner wall of the immersion tube 6 and which opens at the lower end of the immersion tube into the branch 4 of the eddy flow. In this way, the particles centrifuged on the inner surface of the immersion tube wall are carried away downwards and thrown off from the edge of the immersion tube in the direction of the arrows 17 so that they enter the flow branch 5 of the main vortex and are mostly discharged into the collecting bunker 13.

Der oben aus dem Tauchrohr 6 abziehende Reingasstrom 8 hat eine Axial- sowie eine Umlaufkomponente der Geschwindigkeit, deren Resultierende die Strömungsrichtung in der seitlichen Austrittsöffnung 19 angibt. Entsprechend dieser Strömungsrichtung unter dem Winkel a zur Tauchrohrachse 20 geneigter Mittelachse 21 ist der Diffusor 9 schräg tangential an das Tauchrohr 6 angesetzt.The clean gas stream 8 withdrawn from the dip tube 6 at the top has an axial as well as an orbital component of the velocity, the resultant of which is the direction of flow indicates in the lateral outlet opening 19. According to this direction of flow The center axis 21 inclined at the angle α to the immersion tube axis 20 is the diffuser 9 attached to the immersion tube 6 obliquely tangentially.

Die abwärts führende Mantelschichtströmung 16 läßt sich durch Zuführen von Hilfsluft mehrerer, hier nicht dargestellter, z. B. auf einer Schraubenlinie in der Tauchrohrwand angeordneter Düsen 18 verstärken. Auf diese Weise kann die Energie der Umlaufströmung bei unterschiedlichen Rohgasmengen und unterschiedlicher Staubkonzentration konstant gehalten, d. h. ein von der Last unabhängiger Entstaubungsgrad gefahren werden.The downwardly leading sheath layer flow 16 can be several, not shown here, z. B. reinforce nozzles 18 arranged on a helical line in the immersion tube wall. In this way, the energy of the circulating flow can be kept constant with different amounts of raw gas and different dust concentrations, ie a degree of dedusting that is independent of the load can be used.

Claims

Claims: 1. Cyclone separator for dedusting air or other gases with a venturi tube-shaped arranged coaxially to the cyclone axis Immersion tube, which is closed on the front side at its upper end and one on the side tangentially arranged in the direction of rotation of the flow discharge nozzle for the cleaned Has gas, characterized in that the outflow nozzle (9) is designed as a diffuser and its central axis (21) to the axis (20) of the immersion tube (6) under a blunt Angle (a) is inclined with the direction of flow of the withdrawing clean gas stream (8) in the side outlet opening (19) matches.

2. Cyclone separator after Claim 1, characterized in that on the front cover of the venturi-shaped Immersion tube (6), as is known per se, a rotationally symmetrical flow guide body (7) is arranged, from above coaxially into the conically widening part of the dip tube protrudes and is concave at its lower end face.

3. Cyclone separator according to claim 1 and 2, characterized in that, as already proposed elsewhere, one or more auxiliary air feeds (18) are arranged obliquely tangentially in the wall of the venturi-shaped immersion tube (6), which are obliquely directed opposite to the rising gas flow. Documents considered: German Patent No. 926 647; French Patent No. 949 208; British Patent Nos. 260 776, 443 576; USA. Patent No. 2 349 831. Contemplated older patents: German patent no. 1,245,267..