-
Die Erfindung betrifft einen Walzenscheider zur Abscheidung von leitfähigen Partikeln aus feinkörnigem Staub, insbesondere aus Flugasche oder Filterrückständen.
-
Bei Großfeuerungsanlagen fallen im Betrieb große Mengen an Flugasche an. In ähnlicher Weise fällt Flugasche auch in der Abluft von großtechnischen Öfen oder in Filteranlagen an, wobei auch andere Arten von Filterrückständen mit ähnlicher Partikelgröße anfallen können. In Anbetracht der großen anfallenden Mengen ist eine Weiterverwendung angestrebt. So kann Flugasche als Zuschlagstoff für die Zementfabrikation verwendet werden. Allerdings gilt dies nur unter bestimmten Voraussetzungen, nämlich dass der Kohlenstoffgehalt nicht über einer gewissen Höchstgrenze liegt (üblich sind 5%) und dass die Partikelgrößenverteilung bestimmten Kriterien genügt (üblich ist die Anforderung, dass höchstens 15 Gew.-% Partikel mit einer Korngröße von über 45 μm enthalten sind). Werden diese Bedingungen nicht eingehalten, so kann die Asche nicht als Zuschlagstoff verwendet werden, sondern muss aufwändig entsorgt werden.
-
Zur Behandlung von Flugasche ist es bekannt, über eine pneumatische Luftdüse die Flugasche auf eine magnetisierte Drehwalze aufzubringen. Der Luftstrom trägt zu einer ersten Klassifizierung nach Korngröße bei, und die magnetisierte Walze führt eine Unterscheidung nach magnetischen oder nicht magnetischen Bestandteilen durch (
GB 227019 ).
-
Eine Weiterentwicklung mit Nutzung einer magnetisierten Walze ist beschrieben in
WO 2012/020201 . Hierbei ist innerhalb der sich drehenden Walze ein stationär befestigter Magnet angeordnet. Das zu behandelnde Gut wird mittels einer Schleuderwalze aufgebracht, wobei insbesondere ein Feinstaubanteil über eine Absaugeinrichtung entfernt wird. Dem Walzenscheider wird also im Wesentlichen die gröbere Fraktion zugeführt, also genau der Anteil, der bei der Behandlung von Flugasche nicht von Interesse ist. Für die Behandlung von Flugasche ist dieses Konzept daher nicht geeignet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Walzenscheider der eingangsgenannten Art dahingehend zu verbessern, dass in einem feinkörnigen Kornspektrum, wie es für Flugasche typisch ist, auf betriebssichere Weise leitende Partikel von nicht leitenden abtrennt und im Übrigen eine Grobfraktion abgeschieden wird.
-
Die erfindungsgemäße Lösung liegt in einer Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Bei einem Walzenscheider zur Abscheidung von leitfähigen Partikeln aus feinkörnigem Staub, insbesondere aus Flugasche oder Filterrückständen, umfassend eine rotierende Walze, die von einem Antrieb in eine Umlaufrichtung gedreht wird, eine Aufgabeeinrichtung im oberen Bereich der Walze zum Aufbringen von Partikeln des feinkörnigen Staubs auf die Walze, eine Magnetisiereinrichtung für die Walze, und eine Sortiereinrichtung für leitfähige und nicht leitfähige Partikel im unteren Bereich der Walze, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich ein magnetisierter Bereich der Walze von oben bis über den Bereich der größten Weite der Walze hinab auf mindestens einer Seite der Walze erstreckt, wobei weiter eine Korona-Elektrode vorgesehen ist, die in Umlaufrichtung nach der Aufgabeeinrichtung im magnetisierten Bereich angeordnet ist und welche die Partikel elektrisch auflädt, und wobei die Sortiereinrichtung einen Primärtrenner zum Abscheiden von leitfähigen und/oder großen Partikeln und weiter einen Sekundärtrenner zur Abscheidung von höchstens schwach magnetischen Partikeln von stark magnetischen Partikeln aufweist.
-
Unter feinkörnigem Gut wird vorliegend solches Gut verstanden, dessen Partikel eine Größe von nicht mehr als 100 μm, vorzugsweise nicht mehr als 50 μm aufweisen.
-
Die Erfindung fußt auf dem Gedanken, zur Gewährleistung einer sicheren Trennung von feinkörnigen Stäuben eine spezielle Kombination von elektrostatischer und magnetischer Abscheidung anzuwenden. Nach dem Aufbringen der Partikel in der Aufgabeeinrichtung lösen sich die gröberen und leitfähigen Partikel durch die Drehbewegung der Walze unter der Wirkung der Fliehkraft von der Walzenoberfläche ab. Die so abgelösten Partikel werden von einem Strahl der Korona-Elektrode erfasst und ionisiert, wobei der elektrische Wind aus der Korona-Elektrode in Kombination mit der Wirkung der Schwerkraft die nunmehr ionisierten und abgelösten Partikel wieder an die Walzenoberfläche anlegt. Die von der Korona-Elektrode derart aufgeladenen, leitfähigen Partikel geben ihre Ladung an die Walze ab, wodurch sie ihre Anhaftung an die Walzenoberfläche verlieren und sich in Umlaufrichtung gesehen noch vor dem Primärtrenner ablösen; die übrigen Partikel bleiben an der magnetisierten Oberfläche der Walze haften. Die so abgelösten leitfähigen Partikel gelangen damit in die für leitfähige Partikel vorgesehene Fraktion der Sortiereinrichtung. Besonders grobe Partikel gehen aufgrund der auf sie wirkenden, erheblichen Fliehkräfte denselben Weg. Damit sind die leitfähigen Partikel wie auch gröbere Partikel abgeschieden. Die kleineren und nicht leitfähigen Partikel haften weiter an der Walzenoberfläche an, wobei zum Ende des magnetisierten Bereichs hin die nur schwach magnetischen und nichtleitenden Partikel abgeworfen und in Umlaufrichtung gesehen vor dem Sekundärtrenner abgeschieden werden. Die stark magnetischen Partikel bleiben am längsten an der Oberfläche der Walze haften und werden daher erst nach dem Sekundärtrenner abgeschieden. Es werden auf diese Weise zuverlässig drei Fraktionen gebildet, nämlich eine erste mit leitfähigen, groben Partikeln, eine zweite mit schwach magnetischen und nichtleitenden Partikeln, schließlich eine dritte mit stark magnetischen Partikeln.
-
Die Erfindung hat erkannt, dass sich durch eine Kombination dieser Scheidemaßnahmen eine zuverlässige und betriebssichere Trennung auch bei ausgesprochen feinen Partikelgrößen, wie sie für Flugasche oder Filterstäube typisch sind, erzielen lässt. Es wird durch die Magnetisierung auf der Oberfläche der Walze mit den magnetisierten Partikeln einer Art „Magnetgebirge” gebildet, welches die effektiv wirksame Oberfläche der Walze deutlich vergrößert, wodurch die Vereinzelung der Partikel verbessert wird und so eine wichtige Voraussetzung für eine wirksame Ionisierung schafft. Die magnetischen fein verteilten Partikel schaffen eine sehr große effektive leitende Walzenoberfläche, sodass die Materialschichtdicke auch bei höheren Durchsätzen sehr klein bleibt und den Abwurf leitender Artikel erlaubt. Bevorzugt ist es, wenn der magnetisierte Bereich bereits unter der Aufgabeeinrichtung beginnt, also diesen vollständig unterlegt. Die von der Aufgabeeinrichtung auf die Walze gegebenen Partikel erfahren damit bereits eine Vorsortierung, nämlich mit den stark magnetischen Partikeln ganz dicht an der Walzenoberfläche, darauf die schwachmagnetischen Partikel, darauf mineralische Partikel und schließlich auf dem so gebildeten Magnetgebirge dann leitfähige, insbesondere kohlenstoffhaltige Partikel. Eine derartige Vorsortierung vereinfacht daher das Ablösen der ionisierbaren leitfähigen Partikel im Bereich der Korona-Elektrode.
-
Das Herauslösen der leitfähigen Partikel kann unterstützt werden, wenn im magnetisierten Bereich der Welle eine Luftdüse zwischen der Korona-Elektrode und der Sortiereinrichtung angeordnet ist, welche einen auf die Oberfläche der Walze gerichteten Luftstrahl abgibt. Damit können auch fest haftende besonders kleine leitfähige Partikel von der Walzenoberfläche abgelöst werden.
-
Zur Magnetisierung kann vorgesehen sein, dass die Walze an ihrem Mantel einen mitrotierenden Magnetbelag aufweist. Dies kann eine magnetische Folie sein, die vorzugsweise außen auf den Mantel aufgebracht ist, oder der Mantel selbst kann aus magnetischem Material bestehen. Vorzugsweise ist die Magnetisiereinrichtung aber stationär angeordnet, und zwar in der Walze. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass der magnetisierte Bereich scharf abgegrenzt ist, und insbesondere ein definiertes Ende (in Umlaufrichtung gesehen) aufweist. Weiter ermöglicht dies die Verwendung eines Elektromagneten zur Magnetisierung. Vorzugsweise erstreckt sich der magnetisierte Bereich mindestens von –10° bis +150° in Umlaufrichtung bezogen auf eine Walzenmittelsenkrechte.
-
An dem Primärtrenner ist vorzugsweise eine Sperrluftdüse vorgesehen. Die Sperrluftdüse sorgt für eine saubere Abtrennung der Fraktionen. Hierbei ist die Sperrluftdüse vorzugsweise so ausgerichtet, dass ihr Luftstrahl auf die Walzenoberfläche weist. Damit können noch auf der Walzenoberfläche anhaftende Kohlepartikel zuverlässig herausgelöst werden, so dass sie in die für diese Partikel vorgesehene Fraktion für leitfähige Partikel gelangen.
-
Zweckmäßigerweise ist an dem Sekundärtrenner eine Zusatzluftdüse vorgesehen. Sie unterstützt das Herauslösen der schwach magnetischen Partikel von der Walzenoberfläche.
-
Die Aufgabeeinrichtung ist zweckmäßigerweise an ihrer Mündung mit einer Abstreifeinrichtung versehen, und zwar an ihrem koronaseitigen Ende. Damit wird eine definierte Auftragstärke der Partikel auf die Walze sichergestellt. Insbesondere kann damit die Gefahr eines übermäßigen Partikelauftrags, welcher zu einer verminderten Klassifikationsgüte führen würde, sicher verhindert werden.
-
Die Walze weist vorzugsweise eine aufgeraute Oberfläche auf, die zweckmäßigerweise mindestens eine Rauhigkeit von Ra 5 μm aufweist. Bei einer solchen Rauhigkeit wird die Oberfläche der Walze vergrößert, was die Klassifikationsleistung steigert. Die aufgeraute Oberfläche kann aus einem anderen Material als die Walze selbst bestehen. Besonders bevorzugt ist es, dass die Rauhigkeit gebildet ist von einer autogenen Schicht, die aus dem feinkörnigen Staub gebildet ist. Damit ergibt sich nicht nur eine beträchtliche Oberflächenvergrößerung, sondern es werden aufgrund von molekularen Anhaftkräften auch vorzügliche Anhaftbedingungen der Partikel an die Walzenoberfläche erreicht.
-
Zweckmäßigerweise ist die Korona-Elektrode als ein langgestreckter Hohlkörper mit einer Mehrzahl von Löchern ausgeführt, die als Düsen zum Austritt von dem dem Hohlkörper zugeführten Spülgas fungieren. Damit wird ein Zusetzen der Korona-Elektrode durch den feinkörnigen Staub auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen sicher verhindert.
-
Zweckmäßigerweise weist der Walzenscheider eine Regelung für mindestens einen Klassierparameter auf, vorzugsweise eine Drehzahl der Walze. Damit kann eine Anpassung an die Betriebsbedingungen des Walzenscheiders erfolgen. Besonders zweckmäßig ist dies gekoppelt mit einer Echtzeit-Kohlenstoffgehalts-Messeinheit. Diese dient dazu, den Gehalt des Kohlenstoffs in der leitfähigen Fraktion zu bestimmen, und so die Drehzahl zu regeln, dass eine optimale Klassiergüte erreicht wird. Jedoch ist die Regelung nicht notwendigerweise auf eine Echtzeit-Kohlenstoff-Messung beschränkt. Es können zusätzlich oder alternativ auch andere Parameter für die Regelung verwendet werden, beispielsweise die Korona-Stärke, die Stärke der Magnetisierung oder Vorgaben zur Verteilung zwischen den Fraktionen.
-
Vorzugsweise ist der Antrieb für die Walze als ein Hochgeschwindigkeitsantrieb ausgeführt, der zum Erreichen einer Umfangsgeschwindigkeit von bis zu 20 m/s ausgebildet ist. Die Erfindung hat erkannt, dass es insbesondere zur Klassierung von ausgesprochen feinen Kornspektren, wie sie für Flugasche typisch sind, mit derart hohen Umfangsgeschwindigkeiten deutlich bessere Ergebnisse erzielt werden können. Herkömmlicherweise blieb dieser Weg versagt, da es zu einem unkontrollierten Abwurf der Partikel aufgrund der dabei auftretenden hohen Fliehkräfte kam. Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung des Walzenscheiders sind die Anhaftkräfte der Partikel ausreichend groß, so dass derart hohe Umfangsgeschwindigkeiten ermöglicht sind. Damit verbessert sich nicht nur die Klassiergüte, sondern auch der Durchsatz des Walzenscheiders kann damit beträchtlich gesteigert werden. Eine Untergrenze für die Umfangsgeschwindigkeit liegt vorzugsweise bei 2 m/s.
-
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Walze statisch aufgeladen ist. Damit kann alternativ oder zusätzlich eine Anhaftung der leitfähigen Partikel an die Oberfläche der Walze verbessert werden.
-
Mit Vorteil ist dem Walzenscheider ein Vorsortierer vorgeschaltet, der zum Entfernen einer Grobfraktion ausgebildet ist. Dies entlastet den Walzenscheider, so dass sowohl Durchsatz wie auch Klassiergüte sich erhöhen.
-
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf eine Anordnung, bei der mehrere der genannten Walzenscheider kaskadiert angeordnet sind. Damit kann eine genauere und gegebenenfalls auch mehrstufigere Klassierung erreicht werden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für einen Walzenscheider;
-
2 eine perspektivische Ansicht einer Korona-Elektrode für den Walzenscheider gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels;
-
3 eine Querschnittsansicht der Korona-Elektrode gemäß 2; und
-
4 eine Detaildarstellung einer Partikelschichtung auf der Walze.
-
Ein Walzenscheider gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine horizontal gelagerte drehbare Walze 2 auf, welche einen motorischen Antrieb 21 über eine Antriebswelle 22 (alternativ kann auch ein Ketten- oder Stirnradtrieb vorgesehen sein) in eine Drehbewegung versetzt wird, und zwar in eine durch den Pfeil 20 dargestellte Umlaufrichtung. An der Walze 2 des Walzenscheiders sind mehrere Komponenten in Umlaufrichtung 20 nacheinander angeordnet, welche nachfolgend näher beschrieben werden.
-
Als erste Komponente ist in dem Bereich eines höchsten Punktes der Walze 2 eine Aufgabeeinrichtung 4 angeordnet. Sie ist trichterförmig ausgeführt und dient zur Beschickung mit Partikeln des zu klassierenden feinkörnigen Staubs 1. Dieser Staub umfasst verschiedene Arten von Partikeln, darunter leitfähige Partikel 10 aus Kohlenstoff, schwach magnetische Partikel 12, stark magnetische Partikel 13 sowie eine beträchtliche Anzahl an groben Partikeln 11 aller Art. Unter grob wird vorliegend eine Größe von mindestens 100 μm, vorzugsweise mindestens 50, weiter vorzugsweise mindestens 45 μm verstanden. Die Aufgabeeinrichtung 4 ist trichterartig ausgebildet und weist an ihrem unteren Rand eine Mündung 40 auf, durch welche die in die Aufnahmeeinrichtung eingebrachten Partikel 4 in Richtung der Umlaufrichtung 20 ausgetragen werden. Um eine gleichmäßige Austragung und damit einen gleichmäßigen Auftrag der Partikel 1 auf eine Oberfläche 21 der Walze 2 zu erreichen, ist an einem koronaseitigen (d. h. in Ablaufrichtung) Rand der Mündung 40 ein Abstreifer 41 vorgesehen. Hierbei kann es sich um eine Bürste handeln, welches jedoch keinen unmittelbaren Kontakt auf die Oberfläche 21 der Walze 2 ausübt. Damit kann eine Abstreiffunktionalität realisiert werden, so dass auch bei hohem Partikelaufkommen der auf die Oberfläche 21 der Walze 2 aufgetragene Partikelbelag möglichst gleichmäßig stark bleibt.
-
Unterhalb der Mündung 40 der Aufgabeeinrichtung 4 beginnt ein magnetisierter Bereich 30, der sich bis zum untersten Punkt der Walze 2 bogenförmig erstreckt. Der magnetisierte Bereich 30 ist geschaffen durch einen bogenförmigen Magnet 3, der im Inneren der Walze 2 stationär (also nicht mitrotierend) angeordnet ist. Der Magnet 3 erstreckt sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von –10° bis +180° bezogen auf eine Walzenmittensenkrechte 29.
-
Als nächste Station entlang der Umlaufrichtung 20 ist eine Korona-Elektrode 5 vorgesehen. Sie ist im oberen Bereich der Walze 2 angeordnet an einer solchen Stelle, an der die Partikel 1 sich je nach ihren stofflichen Eigenschaften von der Oberfläche 21 der Walze 2 ablösen. Bevorzugt lösen sich leitfähige und besonders große und damit schwere Partikel 10, 11 ab, da Partikel mit starken oder schwachen magnetischen Eigenschaften 12, 13 an der Oberfläche 21 der Walze 2 anhaften. Die abgelösten Partikel 10, 11 werden von der Korona-Elektrode 5 elektrisch geladen, woraufhin sich diese Partikel wegen ihrer Ladung wie auch unter Wirkung eines von der Korona-Elektrode 5 erzeugten elektrischen Windes wieder an die Oberfläche 21 der Walze anlegen. Bei der Wiederanlage spielt auch die Schwerkraft eine Rolle, nämlich indem die Korona-Elektrode 5 in einem Bereich oberhalb des breitesten Teils der Walze 2 angeordnet ist.
-
Die ionisierten und leitfähigen Partikel 10 geben im weiteren Umlauf ihre Ladung an die Walze ab, so dass sie sich zusammen mit den größeren und schweren Partikeln als erste von der Walzenoberfläche ablösen. Zur Unterstützung des Ablösens ist noch eine Luftdüse 7 vorgesehen, deren Luftstrahl 70 auf die Walzenoberfläche 21 gerichtet ist. Dadurch löst sich eine obere Schicht mit den gröberen Partikel sowie leitfähigen Partikeln ab, so dass sie in eine erste Fraktion I der Sortiereinrichtung 6 abgeführt werden, welche sich in Umlaufrichtung gesehen vor einer Primärscheidewand 61 befindet.
-
Um die Ablösung auch solcher Partikel 10, die fester an. der Oberfläche 21 der Walze 2 haften, zu vereinfachen, ist eine Sperrluftdüse 63 an der Primärscheidewand 61 angeordnet. Sie ist so ausgerichtet, dass sie mit ihrem Luftstrahl 65 auf die Oberfläche 21 der Walze 2 zielt, und damit eine Herauslösung der nicht magnetischen Partikel unterstützt. Die magnetischen Partikel 12, 13 verbleiben aufgrund ihrer magnetischen Aufladung an der Oberfläche 21 der Walze 2. Sie werden mittels einer Sekundärscheidewand 62 in schwach bzw. stark magnetische Fraktionen II und III unterteilt. Auch hier kann zur Unterstützung eines Herauslösens von schwach magnetischen Partikeln 12 eine Luftdüse 64 an der Sekundärscheidewand 62 vorgesehen sein.
-
Die Beladung der Walze 2 mit den Partikeln ist in 4 veranschaulicht. Auf der Oberfläche 21 liegen verschiedene mitrotierende Schichten. Es handelt sich um stark magnetsiche – schwach magnetische – mineralische Schichten, die zusammen ein „Magnetgebirge” mit erheblich vergrößerter Oberfläche bilden. Die vergrößerte Oberfläche begünstigt die für die Abscheidung wichtige Vereinzelung und Ionisierung mit der Korona-Elektrode 5. Weiter erlaubt dies, dass die Walze 2 mit einer verhältnismäßig hohen Drehzahl umläuft, und zwar vorzugsweise wenigstens mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 2 m/s.
-
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Regelung 8 für den Antrieb 21 vorgesehen. An ihr sind Signale angelegt für eine Drehzahl n der Walze 2 zur Gewährleistung einer ausreichenden Rückkopplung und ferner ein Signal für einen Kohlenstoffgehalt in der Fraktion I. Dieser Kohlenstoffgehalt wird vorzugsweise bestimmt durch eine Echtzeit-Kohlenstoffgehalts-Messung. Damit ist es ermöglicht, je nach dem Gehalt an Kohlenstoff in der Fraktion I die Betriebsparameter des Antriebs 21 mittels der Regelung 8 entsprechend zu justieren. Es können auch andere Parameter in der Regelung 8 berücksichtigt sein, beispielsweise Korona-Stärke E oder Magnetfeldstärke M.
-
Innerhalb der Aufgabeeinrichtung 4 kann eine zweite Korona-Elektrode 55 angeordnet sein kann. Sie dient dazu, das auf dem Walzenscheider aufzugebende Material bereits beim Eintritt zu behandeln, und so insbesondere Agglomerationen zu verhindern. Der Gefahr eines Blockierens der Aufgabeeinrichtung 4 oder einer stoßartigen Abgabe von Partikeln auf die Walze 2 wird so effektiv entgegengewirkt.
-
Zur Verhinderung von Verstopfungen ist die Korona-Elektrode 5 in besonderer Weise ausgeführt. Als ein Hauptelement fungiert ein Hohlrohr 51, an dessen einen Seite eine Vielzahl von Entladungsspitzen 53 in Reihe angeordnet ist. Zwischen den Entladungsspitzen 53 ist eine Vielzahl von Gasdurchtrittskanälen vorgesehen. Dem Hohlrohr 51 wird über einen Anschluss an einem Ende Spülgas zugeführt, welches durch das Hohlrohr 51 strömt und aus den Gasdurchtrittskanälen 52 ausströmt. Damit wird eine Ansammlung von feinkörnigem Staub an der Korona-Elektrode und damit deren Verstopfen verhindert.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- GB 227019 [0003]
- WO 2012/020201 [0004]
