DE19513035A1 - Fließbett-Strahlmahlung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Fließbett- Strahlmahlung. In ein Fließbett aus fluidisierten Feststoff­ partikeln wird mittels einer Düse ein Dampf- oder vorzugsweise Gasstrahl mit hoher Geschwindigkeit eingeleitet. Im Strahl herrscht ein Unterdruck, weshalb Feststoffpartikel aus dem Fließbett in den Strahl angesaugt werden. Im Strahl werden die angesaugten Feststoffpartikel auf die hohe Geschwindigkeit des Gasstrahls beschleunigt. Dabei erfolgt der für die Zerkleine­ rung der Feststoffpartikel notwendige Impulsaustausch zwischen den Feststoffpartikeln. Die Geschwindigkeits- und damit Unter­ druckverteilung im Gasstrahl ist Anlaß dafür, daß die Parti­ kelverteilung über den Strahlquerschnitt ungleichmäßig ist derart, daß die weit überwiegende Zahl der angesaugten Fest­ stoffpartikel im Randbereich des Gasstrahl es verbleiben und im Kernbereich des Gasstrahles relativ wenige Partikel mitgeführt werden. Entsprechend unzulänglich wird die Energie des Gas­ strahles für die Prallzerkleinerung genützt. Dies wird als un­ befriedigend empfunden, wenn die Prallzerkleinerung allein durch Energieaustausch zwischen den Partikeln im Gasstrahl er­ folgt, aber auch dann, wenn auf die Prallzerkleinerung inner­ halb des Gasstrahles die eigentliche Prallzerkleinerung erst anschließend dadurch erfolgt, daß die im Gasstrahl suspendier­ ten und teilweise zerkleinerten Feststoffpartikel mit hoher Energie zum Auftreffen auf eine feststehende Prallfläche ge­ bracht werden.

Zum Bekanntsein der Prallzerkleinerung mittels eines in ein Fließbett eingebrachten Dampf- bzw. Gasstrahles kann bei­ spielsweise auf die DE-PS 5 98 421 verwiesen werden. Mit dem dabei gegebenen Problem der unzulänglichen Energieausnutzung befaßt sich die DE 42 43 438 A1 oder auch die DE-OS 20 40 519.

Beide zuletzt genannten Publikationen sehen zum Zwecke der besseren Ausnutzung der Strahlenergie eine Vergleichmäßigung der Verteilung der aus dem Fließbett in den Dampf- oder Gas­ strahl - aus Gründen der Vereinfachung wird von nun an nur von einem Gasstrahl gesprochen, obwohl dort immer ein Strahl ge­ meint ist, der entweder ein Gasstrahl oder Dampfstrahl sein kann - angesaugten Feststoffpartikel über den Strahl quer­ schnitt vor, d. h. Maßnahmen, die bewirken, daß in den Strahl­ kern zusätzlich Feststoffpartikel aus dem Stahlrandbereich transportiert werden. In der DE-OS 20 40 519 wird die notwen­ dige Partikelbewegung quer zur Strahlrichtung durch mechani­ sche Mittel bewirkt, was einen hohen Bauaufwand ohne optimales Ergebnis zur Folge hat. Im Fall der DE 42 43 438 A1 wird vor­ geschlagen, die Größe des Strahlimpulses bei Austritt aus der Strahldüse im Umfangsbereich des Düsenquerschnittes mindestens zweimal zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert wechseln zu lassen und die Größe des Strahlimpulses im Kernbereich höchstens auf einem Wert zu halten, der dem Minimalwert des Umfangsbereiches entspricht. Es werden bei dieser Lösung in den Strahlbereichen mit niedrigem Strahlimpuls unmittelbar nach dem Austritt des Strahles aus der Strahldüse Strömungska­ näle quer zur Strahlrichtung geschaffen, in denen ein Druckge­ fälle vom Strahlrand zum Strahlkern besteht, so daß Feststoff­ partikel vom Strahlrand in den Strahlkern gesaugt werden.

Bewirkt wird das mit einer Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch ein in eine Halterung einsetzbares Düsenelement zur Strahlerzeugung, das mit mindestens zwei über den Querschnitt des Düsenelementes gleichmäßig verteilten Austrittsöffnungen unterschiedlicher Form und Größe versehen ist. Diese Lösung läßt Probleme erwarten, wenn stark unterschiedlichen Betriebs­ bedingungen Rechnung getragen werden soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die den mehrfach angesprochenen Effekt zuverläs­ sig mit einfachen Mitteln erbringen kann.

Bei einem zeitgleichen Vorschlag wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß einer Hauptdüse Hilfsdüsen zugeordnet sind, deren Strahlauslaßrichtung schräg zur Strahlauslaßrichtung der Hauptdüse gerichtet ist derart, daß die Hilfsstrahlen in den Hauptstrahl eindringen unmittelbar, nachdem dieser die Haupt­ düse verlassen hat.

Bei diesem Vorschlag sind um eine Hauptdüse herum drei Hilfs­ düsen angeordnet. Die mit Partikeln befrachteten Hilfsstrahlen aus den Hilfsdüsen dringen mit hoher Energie in den Haupt­ strahl aus der Hauptdüse ein, der dem Fließbett so entnommen ist, daß in seinem umfangsnahen Bereich Feststoffpartikel in höherer Konzentration enthalten sind als im Kernbereich. Die mit Feststoffpartikeln befrachteten Hilfsstrahlen dringen auf­ grund der Energie und der Strahlrichtung - beides in Relation zum Hauptstrahl - bis in den Kernbereich des Hauptstrahls vor und reichern den Hauptstrahl im Kernbereich mit Partikeln an.

Wird nun der Partikel/Fluidstrom aus Hauptstrahl und in diesen inkorpierten Hilfsstrahlen auf hohe Geschwindigkeit gebracht und in das Fluidbett zurückgebracht, so nimmt er in üblicher Weise im Umfangsbereich mehr Partikel aus dem Fließbett auf als im Kernbereich, da der Kernbereich aber bereits in erheb­ lichem Maße mit Partikeln angereichert ist, wird ein Mahlstrom gebildet und zur Wirkung gebracht, in dem Feststoffpartikel über den gesamten Querschnitt weitgehend gleichmäßig verteilt sind und der deshalb einen besseren Zerkleinerungseffekt für die Feststoffpartikel im Strahl und im Fließbett, gegebenen­ falls auch auf einer externen, festen Prallfläche ergibt als ein Strahl, in dem Feststoffpartikel bevorzugt oder sogar aus­ schließlich nahe dem Umfang aber wenig oder gar nicht im Kern­ bereich suspendiert sind.

Die vorliegende Erfindung ist demzufolge eine Alternative zu dem zeitgleichen Vorschlag der Patentanmeldung . . .

Dies ergibt sich aus dem Patentanspruch und ist nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, wobei eine an sich bekannte Zweistoffdüse Verwendung findet, wie sie auch bei der Erfindung nach DE 42 41 549 A1 verwendet wird, jedoch mit anderer Zuführung der beiden Fluids. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine bei der Erfindung zur Anwendung kommende Prall­ zerkleinerungsanlage,

Fig. 2 eine bei der Anlage gemäß Fig. 1 zur Anwendung kommende Zweistoffdüse,

Fig. 3a-3c Strahlquerschnitte.

Das Fließbett 1 ist ruhend in einem Behälter 2 untergebracht und besteht aus einer Suspension aus Feststoffpartikeln 3 in einem Fluid 3a, das ein Gas, ein Dampf oder eine Flüssigkeit sein kann. Um die Prallzerkleinerung in dem Fließbett 1 zu bewirken, wird ein Fluid 4 mit hoher Geschwindigkeit in das Fließbett 1 einge­ bracht. Infolge der hohen Geschwindigkeit des als Strahl einge­ brachten Fluids wird ein Teil der Feststoffpartikel 3 der Suspen­ sion in den Strahl 4 eingesaugt, darin auf die Strahlgeschwindig­ keit gebracht, und zwischen den im Strahl 4 mitgeführten Fest­ stoffpartikel findet ein Energieaustausch statt, durch den die Partikel zerkleinert werden. Am Strahlende werden also dem Fließ­ bett mit Partikeln der Ausgangsgröße Feststoffpartikel einer geringeren Endgröße zugeführt. Der Vorgang wird solange kontinu­ ierlich betrieben, bis sämtliche Feststoffpartikel des Fließ­ betts auf eine geringere Partikelgröße gebracht sind.

Das Ansaugen von Feststoffpartikel 3 aus dem Fließbett 1 in den Strahl 4 ist durch Pfeile 5 dargestellt.

Es ist nun ein bekanntes Phänomen, daß Feststoffpartikel 3 beim Eingesaugtwerden in den Strahl 4 vornehmlich im Umfangsbereich des Strahls 4 mitgeführt werden, der Kernbereich dagegen von Feststoffpartikeln weitgehend frei bleibt, ein Energieaustausch zwischen Feststoffpartikeln also überwiegend im Randbereich des Strahles erfolgt, die Möglichkeit der Prallzerkleinerung im Strahl nur unzulänglich genützt wird.

Dieser Mißstand wird nun erfindungsgemäß mit einer Zweistoffdüse 6 gelöst, die in Fig. 1 in der Zuordnung zu dem Behälter 2 und in Fig. 2 in größerer Darstellung als Längsschnitt gezeigt ist.

In geeigneter Weise, vorzugsweise mittels einer Pumpe 7 wird dem Behälter 2 bzw. dem Fließbett, eine Teilmenge der Suspension entnommen und in das Zentralrohr 8 im Gehäuse 9 der Zweistoffdüse 6 eingebracht. Zwischen dem Gehäuse 9 und dem Zentralrohr 8 ist ein Ringraum 10 vorgesehen, in dem Leitbleche 11 angeordnet und sowohl mit der Außenseite des Zentralrohres 8 als auch mit der Innenseite des Gehäuses 9 verbunden sind, so daß das Zentralrohr 8 im Gehäuse 9 gehalten ist. Im übrigen ist das Zentralrohr 8 auch in der eingangsseitigen Wand 12 des Gehäuses 9 gehalten. In den Ringraum 10 wird nun radial ein Fluidstrahl 13 mit hoher Geschwindigkeit über einen Einlaßstutzen 14 eingeführt in die axiale Strömungsrichtung umgelenkt und einem Gehäuseauslaß 15 zugeführt, der das Ende des Zentralrohres 8 konzentrisch mit radialem Spiel umgibt. Der Fluidstrahl 13 reißt im Austritt aus dem Gehäuse 9 die im Zentralrohr 8 geführte Suspension mit und bringt sie auf die Geschwindigkeit, mit der sie in das Fließbett 1 im Behälter 2 zurückgeführt werden soll, wozu das Düsengehäuse 9 in der Wand des Behälters 2 gelagert ist, die zu diesem Zweck im Bereich der Düse, das Düsengehäuse konzentrisch umgebend, durch einen Ringflansch 15 verstärkt ist. Im Auslaß des Düsenge­ häuses 9 liegt also ein Strahl vor, der aus einem Kernbereich besteht, der eine Suspension aus Fluid und Feststoffpartikeln ist, weil er ja dem Fließbett 1 entnommen wurde und aus einem von Partikeln freien Randbereiche, wenn der Beschleunigungsstrahl annahmegemäß aus demselben Fluid besteht, wie es Teil des Fließ­ bettes ist, jedoch keine Partikel enthält, wie sie mit dem Fluid zusammen die Suspension des Fließbettes bilden. In diesen Bereich des in das Fließbett mit hoher Geschwindigkeit eingebrachten Gesamtstrahles werden nun Feststoffpartikel aus dem Fließbett angesaugt, so daß der Strahl im Fließbett über den gesamten Querschnitt mit Feststoffpartikeln durchsetzt ist und eine opti­ male Prallzerkleinerung erfolgt. In Fig. 3a ist ein Querschnitt des Strahles 16 nach der Entnahme aus dem Fließbett dargestellt, der aus der Suspension gebildet ist, in Fig. 3b ist ein Quer­ schnitt des Strahles 17 im Verlassen der Mehrstoffdüse darge­ stellt, dessen Kernbereich der Strahl 16 ist und der vom Mantel 18 umhüllt ist und in dieser Form gelangt der Strahl in das Fließbett 1 zurück und in Fig. 3c schließlich ist der Querschnitt des Strahles 4 abgebildet, nachdem er eine Strecke im Fließbett zurückgelegt hat.

Bei der vorgesehenen Lösung sind nun zwei gleiche Ströme A und B einander entgegengerichtet in das Fließbett 1 einzubringen, um nicht nur einen Energieaustausch zwischen den Partikeln innerhalb eines Strahles hoher Geschwindigkeit sondern auch zwischen Parti­ keln beider Strahlen zu bewirken. Jeder der Strahlen bzw. Ströme A, B entspricht in Bildung und Wirkung den vorbeschriebenen Sach­ verhalten.

Konkret ist es bei dem Fluidstrom (ohne Feststoffpartikel) in dem Ringraum 10 so, daß die Zuführung des Fluidstromes bzw. Fluid­ strahles 13 durch den Einlaßstutzen 14 erfolgt, so daß diese Strömung eine gewisse Fließgeschwindigkeit haben muß und inso­ weit auch bereits eine erhöhte Fließgeschwindigkeit haben kann, daß sie aber in jedem Fall eine solche Geschwindigkeit, daß sie die Suspension im Zentralrohr 8 mitreißen und beschleunigen kann, in dem als Beschleunigungsdüse (Lavaldüse) ausgebildeten Auslaß 15 erhält. Die Austrittsgeschwindigkeit des Fluids aus dem vom Auslaß 15 umschlossenen Strömungskanal bzw. aus dieser Düse ist auf jeden Fall wesentlich höher als die Fließgeschwindigkeit der Suspensionsteilmenge im Zentralrohr 8. Die Bereitstellung des Fluids für den Eintritt in die Zweistoffdüse 6 durch den seitli­ chen Einlaßstutzen 14 kann durch jedes beliebige geeignete Mittel erfolgen, es kann beispielsweise einem Druckkessel entnommen werden.

Wenn gesagt ist, daß das durch den Einlaßstutzen 14 in die Zwei­ stoffdüse 6 gelangte Fluid den Fluidanteil der Suspension im Fließbett 1 entsprechen, jedoch nicht wie die Suspension Fest­ stoffpartikel enthalten soll, so ist hierzu zu sagen, daß im Grundsatz die Anreicherung des Randbereiches des in den Behälter 2 eingeführten Gesamtstromes mit Feststoffparikeln aus dem Fließ­ bett 1 erfolgen soll. Diesem Grundsatz steht es aber nicht entge­ gen, daß in der Strömung 13 ein gewisser Anteil an Feststoffpar­ tikeln bereits vorhanden sein kann. Ziel der Erfindung ist es, daß in den Behälter 2 über die Zweistoffdüse 6 ein Fluidstrom gelangt, der im Kernbereich einen Feststoffanteil hat.

Claims (1)

1. Verfahren zum Betrieb einer Fließbett-Strahlmühle mit einem in einem Behälter angeordneten Fließbett aus einem Fluid und darin suspendierten, durch Energieaustausch zwischen den Feststoffpar­ tikeln des Fließbettes zu zerkleinernden Feststoffpartikeln, einer Entnahmeöffnung zur Entnahme einer Suspensionsteilmenge, einer Zuführungsöffnung für die Rückführung dieser Suspensions­ teilmenge sowie einer Mehrstoffdüse zwischen den beiden Öffnun­ gen, in der durch die Zuführung eines Fluids die Strömungsge­ schwindigkeit der Suspensionsteilmenge deutlich erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein axialer Strömungskanal (8) zwi­ schen Ein- und Auslaß der Mehrstoffdüse für die Suspensionsteil­ menge, ein Strömungskanal (10) zwischen einem radialen Einlaß (14) und einen axialen, den Auslaß für die Suspensionsteilmenge konzentrisch umgebender Auslaß für ein partikelfreies Fluid mit hoher Strömungsgeschwindigkeit genutzt werden und daß die in den Behälter (2) zurückgeführte Suspensionsteilmenge der Kern eines Strahles ist, in dem der Kern von einem zumindest weitgehend partikelfreien Mantel umgeben ist.