DE1407992A1 - Aerosolzuleitung in einen Wirbelabscheider fuer Gas- oder Fluessigkeitsaerosole - Google Patents

Description

3 1. JAN. 1964

Siemens-Schuckertwerke .Erlangen,

Aktiengesellschaft Werner-von-Siemens-Straße

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■ Aerosolzuleitung in einen Wirbelabscheider für Gas- oder Flüssigkeitsaerosole

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Zuführung des Aerosols in einen Wirbelabscheider beispielsweise nach Patent 1 092 281. Ein derartiger Wirbelabscheider besteht aus einer zylinderrohrförmigen Wirbelkammer, an deren einem Ende koaxial ein Einlaßrohr für das axial in die Wirbelkammer eintretende Aerosol angeordnet ist. Das gereinigte flüssige oder gasförmige Trägermedium verläßt die Kammer in axialer Richtung an deren anderem Ende. Durch am Kammermantel angeordnete und vorzugsweise schräg außermittig oder auf Grund neuerer Erkenntnisse auch schräg tangential gegen den Aerosolstrom gerichtete Zuführungen strömt ein flüssiges oder gasförmiges Zweitmedium

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in die Kammer ein. Dadurch wird in der Kammer eine Drallbewegung erzeugt, mit deren Hilfe es gelingt, die Schwebeteilchen vom Trägermedium zu trennen und in das das Aerosol-Einlaßrohr konzentrisch umgebende Auffangrohr abzuführen. Neueren Erkenntnissen zufolge wird durch das Zweitmedium eine potentialströmungsartige Umlaufströmung mit einer Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung im peripheren Bereich des Abscheiders angeregt, die dem ihr entgegengesetzt gerichteten Aerosolstrom eine Drehung aufdrückt. Über der Mündung dey Aerosoleinlaßrohres in die Wirbelkammer bildet sich eine ebene Wirbelsenke aus, über die der größte Teil des Zweitmediums in den achsennahen Bereich strömt und dort dem Aerosolstrom eine gleichsinnig zur Potentialströmung umlaufende Rotationsströmung mit axialer Geschwindigkeitskomponente in Richtung des Aerosolstromes aufdrückt. Durch die sich ausbildende Strömungskombination sowie durch eine zusätzliche Quellenwirkung in einiger Höhe über der Mündung des Aerosoleinlaßrohres wird ein großer Teil der Schwebeteilchen in die Potentialumlaufströmung hineingetragen und durch einen sich von ihr abtrennenden Ast in den Auffangraum am Aerosoleinlaß abgeführt.

Ein Teil der ^Schwebeteilchen, insbesondere die kleinsten mit geringer Masse, bleibt jedoch in der Mitte des Abscheiders, die befinden sich somit im Bereich der Rotationsströmung und werden daher insbesondere in der die Achse umgebenden Kernzone, in der die Fliehkräfte nahezu verschwinden, im otrom des gereinigten Trägermediums nach oben abgeführt, so daß im den Auslaß dea Abscheiders verlassenden gereinigten Aerosolträgermedium noch viele feinkörnige Schwebeteilchen enthalten

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Die Erfindung besteht nun darin, daß der Aerosolstrom nicht axial in das Aerosoleinlaßrohr eingeführt wird, sondern durch eine gesonderte Zuleitung tangential oder schräg tangential zur Wandung des Aerosoleinlaßrohres. Die untere Öffnung des Aerosoleinlaßrohres mündet beispielsweise in den Teilchenauffangraum. Im Einlaßrohr bilden sich zwei Rotationsströmungsäste mit entgegengesetzter Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung aus. In der aus dem Aerosoleinlaßrohr gebildeten sogenannten Vordrehkammer tritt eine Vorabscheidung grober Aerosolschwebeteilchen ein, die von dem Rotationsatrömungsast mit nach unten gerichteter Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung in den Teilchenauffangraum abgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt noch den Vorteil, daß an den Zuführungen des Zweitmediums und auch an der Aerosolzuleitung ein geringerer Druck anzustehen braucht, d.h. daß ein geringerer Energieaufwand erforderlich ist, um auch die kleinsten .schwebeteilchen durch erhöhte Zentrifugalkräfte aus der achsennahen Kernzone in den zum Auffangraum führenden Ast der Potentialumlaufströmung zu treiben und so eine gute Abscheideleistung des Abscheiders insbesondere auch im Bereich sehr feinkörniger ochwebeteilchen zu erreichen.

' An Hand der Figuren sollen Vorteile und Wirkungsweise der Erfindung verdeutlicht werden.

Figur la zeigt einen Wirbelabscheider mit einem Wirbelkammermantel 1, an dem oben in der Figur nicht dargestellte schräg

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außermittig oder schräg tangential zum Mantel dem Aerosolstrom entgegengerichtete Zuführungen für das Zweitmedium angebracht sind. Koaxial zur Wirbelkammer ist an deren unterem Ende das Aerosoleinlaßrohr 2 mit geringerem Querschnitt als dem der Wirbelkammer angeordnet, dessen untere öffnung 3 in den Teilchenauffangraum mündet. Das Aerosol strömt durch die schräg tangential oder tangential zur Wandung des Kesseleinlaßrohres 2 gerichtete Zuleitung 4 in das als Vordrehkammer für das Aerosol dienende Aerosoleinlaßrohr 2. An ihrer Mündung in das Aerosoleinlaßrohr 2 besitzt die sonst zylinderrohrförmige Zuleitung 4 vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt. An der Mündung des Aerosoleinlaßrohres 2 in der Wirbelkammer des übscheiders befindet sich ein Profil 5, so daß sich dort der Querschnitt des Einlaßrohres 2 in otrömungsrichtung des Aerosols durch die Wirbelkammer gesehen zunächst allmählich verengt und schließlich wieder rasch erweitert.

Durch die schräg tangential oder schräg außermittig zum Abscheidermantel gerichteten Zuführungen für das Zweitmedium wird z.B. bei gasförmigem Aerosol ein Hilfsgas vorzugsweise gegen den Aerosolstrom zugeführt. Dadurch wird eine aus der Potentialumlauf- und der Rotationsströmung bestehende Drallbewegung, die sogenannte Drehströmung, angeregt. In der zwischen der Potential- und itotationsströmung befindlichen Mischzone treten infolge der überlagerten Geschwindigkeitsfelder zwischen Potential- und Rotationsströmung Relativ- bzw. Corioliskräfte auf, die zusätzlich zur Zentrifugalkraft auf die Schwebeteilchen im Aerosol wirken. Diese werden schließlich durch den Ringspalt 6 hindurch in den Teilchenauffangraum abgeführt. Das gereinigte beispielsweise.gasförmige Aerosolträgermedium

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verläßt den Abscheider an seinem oberen, in der Figur nicht dargestellten Ende. Über der Mündung des Aerosoleinlaßrohres in der Wirbelkammer bildet sich eine ebene Wirbelsenke aus, in der das Aerosol aus der im peripheren Bereich der Wirbelkammer wendelförmig nach unten mit axial nach unten gerichteter Geschwindigkeitskomponente verlaufenden Potentialumlaufströmung auf einer logarithmischen Spirale einströmt. Im Kern der Senke unmittelbar Über der Öffnung des Rohgaseinlaßrohres 2 strömt das Aerosol in einer Rotationsströmung mit axial nach oben gerichteter Geschwindigkeitakomponente nach oben.

An der Stelle 3 im Aerosoleinlaßrohr 2 spaltet sich vom beispielsweise tangential einströmenden Aerosolstrom ein starker Ast I ab, der sich auf Grund der im Abscheider vorherrschenden Strömungsrichtung nach oben windet und dessen Umfangsgeschwindigkeit sich wegen der vom Profil 5 hervorgerufenen Einschnürung vergrößert, so daß das aus dem Aerosoleinlaßrohr 2 in die Wirbelkammer eintretende Aerosol bereits eine erhebliche Vordrehung besitzt. Daher erhöht sich auch die Umfangsgeschwindigkeit der im Kern der Wirbelsenke mit axial nach oben gerichteter Geschwindigkeitskomponente verlaufenden Rotationsströmung. Die hieraus resultierenden vergrößerten Fliehkräfte bewirken, daß die Schwebeteilchen, die eine größere Masue als die sie umgebenden Teilchen des Irägermediums besitzen, eine andere Bahn einschlagen als. das Trägermedium, Insbesondere auch die feinkörnigen Teilchen werden in den äußeren .abacheiderbereich abgetrieben, wo sie erst wirksam vom irägermedium des Aerosols getrennt und von einem

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Ast der peripheren iotentialumlaufströmung aus der Wirbel—* kammer durch den Ringspalt 6 in den Teilchenaufi'angraum abgeführt werden.

Der sich im Aero3oleinlaßrohr bei 3 vom Aerosolstrom abspaltende wesentlich schwächere Aat II windet sich nach unten, nimmt die im Einlaßrohr 2 durch Zentrifugalwirkung vorabge^chiedenen gröberen Staubteilchen mit und transportiert sie durch die Öffnung 3 in den Teilchenauffangraum.

Die Figur 1 b zeigt einen schnitt durch das Aerosoleinlaßrohr in Höhe der aerosolzuleitung 4. Vorteilnaft ist es, in der iierosolzuleitung 4 ein sich in ötrömungsrichtung des «eroaols konisch verjüngendes Rohrstück 7 vorzusehen. Dieüe3 erhöht auf Grund des Kontinuitätsgesetzes die, Geschwindigkeit des durch die Zuleitung 4 einströmenden .aerosols und damit auch seine Umfangsgeschwindigkeit im jitrosoleinlaßrohr 2 und in der· Rotationsotrömung in der Wirbelkammer.

Figur 2 stellt einen Wirbelabecheider dar mit einem in vorteilhafter Weise abgewandelten Aerosoleinlaßrohr. Der Abscheider besteht aus der Wirbelkammer 8 mit schräg tangential oder schräg außermittig dem Aerosolatrom entgegengerichteten Zuführungen für das Zweitmedium. Das koaxial unten an der Wirbelkammer angeordnete Aero3oleinlaßrohr ist zu einer Vordrehkammer IO ausgebildet worden. Diese Vordrehkammer 10 besteht in der Mitte aus einem zylinderrohrförmigen Teil und verjüngt sich sowohl nach oben wie nach unten kegelförmig. An der Spitze des oberen Kegels ist ein Rohr 11 mit einem Venturiprofil 12 so

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angeordnet, daß es in die Wirbelkammer 8 hineinragt. An der öpitze des unteren Kegels befindet sich eine in den Teilchenauffangraum 15 führende öffnung 13» die durch eine Klappe 14 verschieden stark geöffnet werden kann. Auch der in seiner Mitte zylinderrohrförinige Teilchenauffangraum 15 läuft nach oben und unten trichterförmig aus und ist an seinem unteren Ende mit einer Entleerungsklappe 19 zur Entfernung der abgetrennten Teilchen versehen.

Das Aerosol wird durch die tangential an den zylinderrohrförmigen Teil der Vordrehkammer 10 angeordnete Zuleitung 16 zugeführt. Ein Ast 20 des Aerosols t,roiiies steigt in der VorarehkamKier 10 wendelförmig in Form einer Rotationsströmung mit axialer G-euchwiridigkeitskomporiente nach oben. In der oberen kegelförmigen Verjüngung der Vordrehkam^er 10 wird die Umfangsgeschwindigkeit des wendelförmigen Jtrömungsastes 20 immer größer, schließlich strömt das Aerosol mit einer starken Geschwindigkeitskomponente in Umfangsfichtung durch das Rohr 11 in die Wirbelkammer 8 ein. In dieser wird dem Aerosolstrom durch das durch die Zuführungen S eingeleitete Zweitmedium eine aus Potentialumlaufströmung 21 und Rotationsströmung 22 bestehende Drehströmung aufgedrückt. Die Potentialumlaufströmung 21 besitzt eine axial nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente und verläuft im äußeren peripheren Bereich der Wirbelkammer. Das Aerosol, vermischt mit dem Zweitmedium aus den Zuführungen 9, strömt aus der Potentialumlaufströmung 21, übor die sich oberhalb der Mündung des Rohres 11 ausbildende Wirbelsenke 23 in die im axialen Bereich der Wirbelkammer nach oben verlaufende Rotationsatrömung 22. Da das durch

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das Rohr 11 in die Kammer 8 eintretende Aerosol bereits eine Vordrehung besitzt, erreicht man insbesondere in der Rotationsströmung 22 eine höhere Umfangsgeschwindigkeit ohne Erhöhung der Energie des durch die Zuführungen 9 einströmenden Zweitmediums. Die in den äußeren Bereich des Abscheiders ausgetragenen Teilchen werden von einem Ast 24 der Potentialumlaufströmung 21 durch den Ringspalt 25 in den Teilchenauffangraum 15 abgeführt. Der Strömungskörper 17 in Form eines Doppelkegels in der Vordrehkammer 10 und der tropfenförmige Strömungskörper 18 über der Mündung des Rohres 11 in der Wirbelkammer 8 dienen zur Stabilisierung der Störungen. Der Strömungskörper 18 schirmt überdies auch noch die für die Teilchenabscheidung singuläre Wirbelkammerachüe ab. In der Vordrehkamrner 10 erfolgt eine Vorabscheidung gröberer Teilchen, die von einem nach unten gerichteten schwächeren Ast des Aerosolstromes zur öffnung Ί3 abgeführt werden.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform für die Vordrehkammer 10. Um die vorabgeschiedenen groben Teilchen ohne Schwierigkeiten aus der Anlage zu entfernen, kann man den unteren Kegel der Vordrehkammer 10 bis zum Boden des Teilchenauffangraumes 15 ziehen und gegebenenfalls mit einer Zellenschleuse, die in der Figur nicht dargestellt ist, gegen die Außenluft abschließen. Der nach unten gerichtete, die groben Teilchen zum Austrag 26 transportierende Ast des Aerosolstromes läuft dann wieder nach Abgabe der Teilchen in die Mitte des unteren kegelförmigen Teiles der Vordrehkammer 10 nach oben zurück und in den eintretenden Aerosolstrom hinein. ^Selbstverständlich kann man den Teilchenaustrag 26 mit einer

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Zellenaehleuse versehen. Auch diese ist in der Figur nicht eingetragen. Die Rückluft aus dem Teilchenauffangraum 15 strömt durch die öffnung 21 in die Aeroaolzuleitung 16 zurück.

7 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Zuführung des Aerosols in einen Teilchenabscheider, insbesondere in einen Wirbel- oder Drehströniungsabacheider nach Pattnt 1 092 281, bei dem das Aerosol unten in axialer Richtung durch ein koaxiales Aerosoleinlaßrohr in eine zylinderrohrförmige, vorzugsweise vertikale Wirbelkammer größeren Querschnittes eintritt, an deren Mantel schräg außermittig oder schräg tangential dem Rohgasstrom entjjegengerichtete Zuführungen für ein Zweitmedium angeordnet sind und an deren oberem Ende das gereinigte Aerosol-Trägermedium und das Zweitmedium austreten, dadurch gekennzeichnet, daß die üerosolzuleitung (4) vorzugsweise mit einem rechteckigen Querschnitt tangential oder schräg tangential zur Rohrwandung an dem gleichzeitig als Vordrehkammer für das . Aerosol dienenden Aerosoleinlaßrohr (2) angeordnet ist, das an seiner Mündung in die Wirbelkammer so mit einem Profil (5) versehen ist, daß sich dort sein wuerjchnitt in Jtrömungsrichtung des Aerosols durch die Wirbelkammer gesehen nach «rt eines Venturirohres zunächst allmählich verengt und schließlich rasch vergrößert.

2. Einrichtung zur Zuführung des Aerosols in einen Teilchenabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Aerosolzuleitung (4) mindestens stellenweise in otrömungsrichtung des Aerosols gesehen kontinuierlich verringert.

3· Einrichtung zur Zuführung des aerosols in einen Teilchenabscheider n&ch Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Aerosolzuleitung (16) eine in den Teilchenauffangraum (15) mündende öffnung (21) vorhanden i3t.

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4. Einrichtung zur Zuführung des Aerosols in einen Teilchenabscheider nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Vordrehkammer (10) dienende Aerosol-Einlaßrohr nach oben und nach unten trichterförmig ausläuft, während das Mittelteil, an dem die Aerosolzuleitung (4) tangential oder ochräg tangential angeordnet ist, zylinderrohrförmig ausgebildet ist.

5. Einrichtung zur Zuführung des Aerosols in einen Teilchenabscheider nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß in dem als Vordrehkami..er (10) dienenden Aerosol-Einlaßrohr koaxial zu diesem ein ütrömungskörper (17) angebracht ist, der nach oben und nach unten jeweils in der Art eines Kegels ausläuft, wobei der Winkel an der Spitze des der Wirbelkammer (8) benachbarten Kegels vorzugsweise spitz, der Winkel an der opitze des anderen Kegels jedoch vorzugsweise stumpf ist.

6. Einrichtung zur Zuführung des Aerosols in einen Wirbelabscheider nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der unteren Spitze der aus dem Aerosoleinlaßrohr gebildeten Vordrehkammer (10) eine Öffnung (13) angeordnet ist, die in den Teilchenauffangraum (15) mündet und die mit einer Regulierklappe (14) verschieden stark geöffnet werden kann.

7. Einrichtung zur Zuführung des Aerosols in einen Wirbelabscheider nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der aus dem Aerosoleinlaßrohr gebildeten Vordrehkamn:er (10) bis zum Boden des Teilchenauffangraumes (15) gezogen ist und aowohl an dem Boden der Vordreh-

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kammer (10) als auch am Boden des Teilchenauffangraumes (15) eine Zellenschleuse angeordnet is't.

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