DE202017101798U1

DE202017101798U1 - Mischabscheider für heiße Gase sowie Verzinkungsanlage mit wenigstens einem solchen Mischabscheider

Info

Publication number: DE202017101798U1
Application number: DE202017101798.2U
Authority: DE
Original assignee: SCHUH ANLAGENTECHNIK GmbH
Current assignee: SCHUH ANLAGENTECHNIK GmbH
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2027-03-29

Abstract

Mischabscheider (10) für heiße Gase, umfassend- eine Mischkammer (12) mit einer zu einer Rotationsachse (14) im Wesentlichen symmetrischen Innenwand (16),- einen zur Ausbildung eines an der Innenwand (16) in einer Drehrichtung umlaufenden Stroms abzukühlenden Gases in die Mischkammer (12) mündenden Einlassstutzen (18) für ein abzukühlendes Gas,- wenigstens einen zur Ausbildung eines an der Innenwand (16) in der Drehrichtung umlaufenden Stroms kühlenden Gases in die Mischkammer (12) mündenden Einlassstutzen (20, 22, 24) für ein kühlendes Gas,- ein entlang der Rotationsachse gesehen unterhalb der Einlassstutzen mittig in der Mischkammer mündendes Tauchrohr (32) zur Absaugung von Gas aus der Mischkammer (12) und- einen an einem Boden der Mischkammer (12) angeordneten Partikelauslass (30).

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Mischabscheider für heiße Gase, der dazu dient, heiße Gase abzukühlen und durch Fliehkraftabscheidung zu reinigen. Die Erfindung betrifft auch eine Verzinkungsanlage mit einem solchen Mischabscheider.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Auf dem Gebiet der Erfindung sind Fliehkraftabscheider bekannt, die dazu dienen, Partikel aus Gasen dadurch abzuscheiden, dass die Gase in einem sogenannten Einlaufzylinder durch tangentiales Einblasen auf eine kreisförmige Bahn gebracht werden, wobei schwerere Partikel durch die auf sie wirkende Zentrifugalkraft an die Innenseite des Einlaufzylinders und eines gegebenenfalls sich daran anschließenden sogenannten Kegels gedrückt werden, von wo sie unter Schwerkrafteinwirkung nach unten sinken, während über ein Tauchrohr aus einem zentralen Bereich des Fliehkraftabscheiders von den Partikeln befreites Gas abgezogen wird.
Fliehkraftabscheider sind seit langem bekannt und haben sich in der Praxis insbesondere zur Vorreinigung von mit Feststoffpartikeln beladenen Gasströmen, wie sie z.B. bei Mühlen und Sägewerken auftreten, überaus bewährt. Wenn allerdings heiße Gase, wie sie z.B. in Öfen und insbesondere sogenannten Ofenrüsseln von Bandverzinkungsanlagen entstehen, vorgereinigt werden sollen, funktionieren herkömmliche Fliehkraftabscheider nicht, da die abzuscheidenden Partikel in den heißen Gasströmen praktisch gasförmig vorliegen und, damit sie mittels eines Fliehkraftabscheiders abgeschieden werden können, zunächst kondensieren müssen.
Um heiße Gasströme abzukühlen, sind sogenannte statische Mischer in unterschiedlichster Form bekannt, bei denen ein heißes Gas mit einem kalten Gas vermischt wird. Ist das heiße Gas mit feinen oder gasförmigen Partikeln beladen, kann es bereits im statischen Mischer zur Auskondensation der Partikel kommen, die sich dann im statischen Mischer in ungewünschter Weise niederschlagen und diesen verunreinigen.
Ein besonderes Problem stellt heißes mit Zinkdampf beladenes Schutzgas dar, wie es in Ofenrüsseln von Bandverzinkungsanlagen auftritt. Bei solchen Anlagen läuft ein zu verzinkendes Metallband unter Schutzgasatmosphäre durch einen Durchlaufofen und wird über den sogenannten Ofenrüssel in ein Zinkbad geführt. Dabei verhindert das Schutzgas, dass das im Durchlaufofen erhitzte Metallband vor dem Verzinken oxidiert, da an oxidierten Stellen Zink nicht oder nur schlecht haften kann.
Wie in der EP 2 870 268 B1 beschrieben, hat sich gezeigt, dass es im Ofenrüssel zu Ablagerungen von Zinkstaub kommen kann, der auf das Metallband fallen und Oberflächenfehler verursachen kann. Dabei entsteht der Zinkstaub dadurch, dass das vom Metallband mitgerissene Schutzgas an der Zinkbadoberfläche Zinkdampf aufnimmt, welcher beim Aufsteigen des mitgerissenen Schutzgases an den kälteren Innenwänden des Rüssels kondensiert bzw. resublimiert und sich dort als Staub absetzt. Die EP 2 870 268 B1 schlägt deshalb einen speziell ausgestalteten Ofenrüssel mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Einblasen und Absaugen von Schutzgas vor. Ein bislang nicht in befriedigender Weise gelöstes Problem ist die Reinigung des abgesaugten zinkbeladenen heißen Schutzgases.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nachfolgend als Mischabscheider bezeichnete Vorrichtung anzugeben, die es in besonders effizienter und kostengünstiger Weise ermöglicht, auch heiße Gase, in denen ungewünschte Partikel temperaturbedingt in feinster oder gasförmiger Form vorliegen, mittels Fliehkraftabscheidung zumindest vorzureinigen.
Die Aufgabe wird gelöst von einem Mischabscheider mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der nebengeordnete Anspruch 8 betrifft eine Verzinkungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Mischabscheider. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ermöglicht es, in einer Mischkammer heißes Gas soweit abzukühlen, dass darin enthaltene ungewünschte Stoffe auskondensieren und dann unter Fliehkraftwirkung abgeschieden werden können. Dadurch kann nicht nur auf die Verwendung gesonderter statischer Mischer o.dgl. verzichtet werden, sondern die notwendige Auskondensation erfolgt direkt in dem Bauteil, das auch zur Absonderung der auskondensierten Stoffe dient, so dass andere Bauteile nicht durch ungewünschtes Kondensat verunreinigt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der drei Figuren umfassenden Zeichnung.
Figurenliste

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Mischabscheider in stark schematisierter Seitenansicht.
2 zeigt den Mischabscheider gemäß 1 in stark schematisierter, um 90° gegenüber 1 gedrehter Seitenansicht.
3 zeigt den Mischabscheider gemäß 1 in Draufsicht.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den 1 und 2 ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneter Mischabscheider in stark schematisierter Seitenansicht gezeigt, während 3 eine Draufsicht auf den Mischabscheider in 1 zeigt. Um die Zeichnung nicht zu überfrachten, wurde nicht in jeder Figur jedes Bauteil mit Bezugszeichen versehen.
Der Mischabscheider umfasst eine Mischkammer 12 mit einer zu einer Rotationsachse 14 im Wesentlichen rotationssymmetrischen Innenwand 16. In die Mischkammer münden bei diesem Ausführungsbeispiel vier Einlassstutzen, nämlich ein Einlassstutzen 18 für abzukühlendes Gas und drei Einlassstutzen 20, 22 und 24 für ein kühlendes Gas.
Die Mischkammer 12 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel einen oberen, im Wesentlichen kreiszylindrischen Abschnitt 26 und einen sich daran nach unten anschließenden, konisch zulaufenden Abschnitt 28, dessen Seitenwände hier den Boden der Mischkammer 12 und gleichzeitig einen nach unten offenen Trichter bilden, dessen Öffnung 30 als Partikelauslass für an der Innenwand 16 der Mischkammer 12 abgeschiedene und unter Schwerkrafteinwirkung nach unten sinkende Partikel dient, die dann in an sich bekannter geeigneter Weise aufgefangen werden können. Je nach Schwere der Partikel kann der konische Abschnitt 28 kürzer oder länger ausgebildet werden. Bei sehr schweren Partikeln könnte theoretisch komplett auf einen trichterförmigen Abschnitt verzichtet werden, jedoch erleichtert die trichterförmige Ausgestaltung das Austreten und Sammeln abgeschiedener Partikel. Auf die genaue Funktionsweise des Mischabscheiders wird nachfolgend noch eingegangen.
Wie insbesondere in 3 gut zu erkennen, sind die Einlassstutzen 18, 20, 22 und 24 jeweils so angeordnet, dass durch sie einströmendes Gas wie durch die Pfeile angedeutet so auf die Innenwand der Mischkammer geleitet wird, dass sich ein in einer Drehrichtung umlaufender Gasstrom bildet. Dabei sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Einlassstutzen 22 und 24 für kühlendes Gas oberhalb des Einlassstutzens 18 für zu kühlendes Gas und ein Einlassstutzen 20 für kühlendes Gas unterhalb des Einlassstutzens 18 für zu kühlendes Gas angeordnet. Diese Ausgestaltung bewirkt vorteilhaft, dass der Mischabscheider von dem eintretenden abzukühlenden Gas gleichmäßig erhitzt wird und nicht einseitig wärmeinduzierte Spannungen im Mischabscheider auftreten, gleichzeitig aber auch eine gute Durchmischung und schnelle Abkühlung des eintretenden heißen Gases bewirkt wird.
In der Mischkammer 12 ist ferner ein Tauchrohr 32 angeordnet, das sich bei diesem Ausführungsbeispiel wie durch die gestrichelte Linie andeutet von oben entlang der Rotationsachse 16 in die Mischkammer erstreckt und entlang der Rotationsachse gesehen unterhalb der Einlassstutzen 18, 20, 22, 24 mittig in der Mischkammer 12 mündet.
Die Außenwand 34 des hier kreiszylindrischen Tauchrohrs 32 bildet zusammen mit der Innenwand 16 des oberen Abschnitts 26 einen ringförmige Strömungskammer 36, in der sich im Betrieb des Mischabscheiders wie durch die Pfeile in 3 angedeutet ein umlaufender, nach unten gerichteter Gasstrom ergibt, der eine gute Durchmischung des abzukühlenden Gases mit den kühlenden Gasen bewirkt und dazu führt, dass in dem zu kühlenden Gas enthaltene Partikel auskondensieren und sich an der Innenwand 16 der Mischkammer, insbesondere in deren unterem Abschnitt 28 abscheiden können. Dabei bewirkt der konische Abschnitt 28 bei diesem Ausführungsbeispiel eine Beschleunigung des Gasstroms und damit eine Erhöhung der auf die Partikel wirkenden Kräfte. Da die Partikel schwerer sind als das Gas, sammelt sich im Inneren des zirkulierenden Gasstroms partikelfreies oder zumindest partikelarmes Gas, das mittels des Tauchrohrs 32 abgesaugt wird.
Der Mischabscheider 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in einer Tragkonstruktion mit vier Beinen 40 angeordnet.
Wie in 3 gut zu erkennen, besitzt der Einlassstutzen 18 für zu kühlendes Gas einen geringeren Durchmesser und damit eine geringere Querschnittsfläche als jeder der drei Einlassstutzen 20, 22, 24 für kühlendes Gas. Diese Ausgestaltung bewirkt, dass, wenn alle Gase mit der gleichen Geschwindigkeit eingeleitet werden, deutlich mehr kühlendes Gas als zu kühlendes Gas in den Mischabscheider eingeleitet wird. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass sich die genaue Anzahl und Ausgestaltung der Einlassstutzen und deren Querschnittsverhältnisse nach der Art des zu kühlenden Gases und insbesondere dessen Temperatur sowie nach der Temperatur des zur Verfügung stehenden kühlenden Gases richtet.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die genauen Abmessungen des Mischabscheiders von der Auslegung der Gesamtanlage, bei der der Mischabscheider zum Einsatz kommen, abhängen und alle hier gegebenen Maßangaben nur Beispiele darstellen. Bei einer typischen Anwendung des gezeigten Mischabscheiders wird dieser zur Abscheidung von Zinkpartikeln aus Schutzgas, das typischerweise etwa 90 % und etwa 10 % Wasserstoff enthält, das im Bereich des Ofenaustritts aus einem Ofenrüssel einer Bandverzinkungsanlage abgesaugt wird, verwendet. Eine entsprechend dimensionierte Mischkammer wird dann zwischen ihrer Oberseite und dem Partikelauslass 30 typischerweise eine Höhe von etwa 2,5 bis 6, z.B. etwa 4 m, besitzen, wobei der zylindrische Abschnitt 26 und der konische Abschnitt 28 in der Regel jeweils ungefähr die Hälfte dieser Höhe ausmachen. Typischerweise besitzt bei einer solchen Ausführungsform der zylindrische Abschnitt einen Innendurchmesser im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 2 m, z.B. etwa 1 bis 1,5 m, wobei sich der konische Abschnitt 28 dann auf einen Durchmesser von etwa 20 bis 40 cm verjüngt. Bei einer solchen Ausführungsform besitzen die Einlassstutzen für kühlendes Gas Durchmesser von typischerweise etwa 20 bis 30 cm, während der Einlassstutzen für abzukühlendes Gas einen Durchmesser von etwa 15 bis 25 cm besitzt. Das Tauchrohr besitzt dabei typischerweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,5 bis 0,8 m, wobei dann das zu kühlende Gas mit einer Temperatur im Bereich von etwa 500 °C eingeleitet wird, während das kühlende Gas, bei dem es sich um gereinigtes Schutzgas handelt, eine Temperatur von etwa 50 °C besitzt. Die erfindungsgemäß erzielbare schnelle und gute Durchmischung der Gase bewirkt nicht nur eine zuverlässige Abscheidung von in dem heißen Gas enthaltenen Zinkpartikeln, sondern auch, dass das über das Tauchrohr austretende gereinigte Gas bei der vorstehend genannten Auslegung des Mischabscheiders nur noch eine Temperatur von etwa 80 °C besitzt und somit vorteilhaft keine besonders erhöhten Anforderungen an die Handhabung und Weiterleitung des durch das Tauchrohr austretenden Gases stellt.
Vorteilhaft kann das Tauchrohr mit einer Leitung zur Rückführung des austretenden Gases zum Ofen der Bandverzinkungsanlage verbunden sein. Vorteilhaft zweigt aus dieser Leitung eine Leitung zur Rückführung des abgekühlten Gases zum Mischabscheider ab, in deren Verlauf das Gas dann wieder auf die oben genannte Eingangstemperatur von etwa 50 °C abgekühlt wird, womit sich ein geschlossener Kreislauf für das Schutzgas ergibt.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen und Weiterbildungen möglich, die sich insbesondere auf die Ausgestaltung der Mischkammer und die Anzahl und Ausgestaltung der Einlassstutzen beziehen, wobei der Fachmann vorteilhaft die für den jeweiligen Anwendungsfall optimale Ausgestaltung wählen kann. Wenn höhere Rotationsgeschwindigkeiten gewünscht sind, können die Durchmesser der Einlassstutzen verengt werden, so dass das eintretende Gas schneller strömt. Das für die rotierende Strömung zur Verfügung stehende Volumen kann durch geeignete Wahl des Innendurchmessers des zylindrischen Abschnitts der Mischkammer und des Außendurchmessers des Tauchrohrs in der benötigten Weise eingestellt werden. Das Tauchrohr, das bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorteilhaft eine Doppelfunktion erfüllt und einerseits zur Absaugung des gereinigten Gases, andererseits zur Bildung einer ringförmigen Strömungskammer zwischen Tauchrohraußenseite und Mischkammerinnenwand dient, kann auch von anderer Seite, z.B. von unten, in die Mischkammer geführt werden, wobei dann z.B. ein Hohlzylinder in der Mischkammer angeordnet werden sollte, um die genannte ringförmige Strömungskammer auszubilden.
Bezugszeichenliste

10: Mischabscheider
12: Mischkammer
14: Rotationsachse
16: Innenwand
18: Einlassstutzen für abzukühlendes Gas
20: Einlassstutzen für kühlendes Gas
22: Einlassstutzen für kühlendes Gas
24: Einlassstutzen für kühlendes Gas
26: zylindrischer Abschnitt
28: konischer Abschnitt
30: Partikelauslass
32: Tauchrohr
34: Strömungskammer
36: Innenwand
40: Bein

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

EP 2870268 B1 [0006]

Claims

Mischabscheider (10) für heiße Gase, umfassend - eine Mischkammer (12) mit einer zu einer Rotationsachse (14) im Wesentlichen symmetrischen Innenwand (16), - einen zur Ausbildung eines an der Innenwand (16) in einer Drehrichtung umlaufenden Stroms abzukühlenden Gases in die Mischkammer (12) mündenden Einlassstutzen (18) für ein abzukühlendes Gas, - wenigstens einen zur Ausbildung eines an der Innenwand (16) in der Drehrichtung umlaufenden Stroms kühlenden Gases in die Mischkammer (12) mündenden Einlassstutzen (20, 22, 24) für ein kühlendes Gas, - ein entlang der Rotationsachse gesehen unterhalb der Einlassstutzen mittig in der Mischkammer mündendes Tauchrohr (32) zur Absaugung von Gas aus der Mischkammer (12) und - einen an einem Boden der Mischkammer (12) angeordneten Partikelauslass (30).
Mischabscheider (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, vorzugsweise drei bis vier Einlassstutzen (20, 22, 24) für kühlendes Gas vorgesehen sind.
Mischabscheider (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassstutzen (18, 20, 22, 24) entlang der Rotationsachse gesehen auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind.
Mischabscheider (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassstutzen (18) für abzukühlendes Gas entlang der Rotationsachse gesehen zwischen zwei Einlassstutzen (20, 22) für kühlendes Gas angeordnet ist.
Mischabscheider (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen des Einlassstutzens (18) für abzukühlendes Gas kleiner sind als die Querschnittsflächen des oder der Einlassstutzen (20, 22, 24) für kühlendes Gas.
Mischabscheider (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand der Mischkammer (12) einen im Wesentlichen kreiszylindrischen oberen Abschnitt (26) und einen sich nach unten konisch verjüngenden unteren Abschnitt (28) umfasst.
Mischabscheider (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassstutzen (18, 20, 22, 24) im oberen Abschnitt der Mischkammer (12) münden und das Tauchrohr (32) nahe des Übergangsbereichs von oberem Abschnitt (26) und unterem Abschnitt (28) mündet.
Verzinkungsanlage mit einem abzukühlendes Gas erzeugenden Ofen, umfassend wenigstens einen Mischabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verzinkungsanlage nach Anspruch 8, wobei die Verzinkungsanlage eine Bandverzinkungsanlage ist, deren Ofen einen Ofenrüssel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenrüssel im Bereich des Ofenaustritts mit einer Absaugleitung für abzukühlendes Gas versehen ist, die zudem Einlassstutzen für abzukühlendes Gas des Mischabscheiders führt.
Verzinkungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr mit einer Leitung zur Zuführung abgekühlten Gases zum Ofen verbunden ist.