-
Die Erfindung betrifft einen Staubabscheider für Trocknungsbrüden zum Einbau in eine Verbindungsleitung zwischen einem Verdampfungstrockner und einem Verdampfer sowie einen Verdampfungstrockner mit einem solchen Staubabscheider.
-
Verdampfungstrockner dienen zur Trocknung von Partikeln und weisen einen Prozessraum mit einem Produkteinlass und einem Produktauslass auf. Innerhalb des Prozessraumes sind Wärmetauscher angeordnet, die ebenfalls einen Einlass für Heizdampf, beispielsweise aus einer Dampferzeugungseinrichtung, und einen Kondensatorauslass aus dem Wärmetauscher aufweisen. Der Kondensatorauslass kann mit einem Entspannungsbehälter verbunden sein. Solche Verdampfungstrockner dienen insbesondere zur Trocknung von fluidisierbaren Partikeln, beispielsweise von Schnitzeln bei der Herstellung von Zucker aus Zuckerrüben, können jedoch auch bei der Trocknung anderer Partikel oder partikelähnlicher Produkte eingesetzt werden. Die bei der Trocknung der Partikel anfallenden Brüden können beispielsweise einem Verdampfer zugeleitet werden, um die in den Brüden enthaltene Energie ausnutzen zu können. Problematisch an der Verwendung von Brüden ist, dass sie Staubanteile aufweisen, die trotz einer Reinigung, beispielsweise über einen Zyklonabscheider, in den Verdampfer eingetragen werden. Es besteht dann die Gefahr, dass die Verdampfer mit Staub zugesetzt werden. Eine Reinigung dieser Verdampfer ist nicht möglich, weil der Staub in Rohrpaketen verteilt von außen auf den Wärmetauscherrohren oder Wärmetauscherplatten sitzt und die Zwischenräume verschließt. Ein Zugang von außen ist bei solchen Wärmetauschern nicht vorgesehen, was dazu führt, dass Wärmetauscherrohrpakete oder Wärmetauscherplattenpakete komplett erneuert werden müssen. Im laufenden Betrieb einer großtechnischen Trocknungsanlage, beispielsweise bei der Herstellung von Zucker, sind solche Kompletterneuerungen nicht möglich. Auch zwischen den Produktionsabschnitten oder Kampagnen ist ein Austausch solcher Anlagen technisch sehr aufwendig und kostenintensiv.
-
Aus der
DE 911 013 B ist ein nassbetriebener Mehrfach-Fliehkraft-Staubabscheider zur Reinigung von Industriegasen, insbesondere von Gichtgasen, Röstgasen und Elektroofenabgasen bekannt. Der Staubabscheider weist einen axialen oder tangentialen Rohgaseintritt und einen axialen oder tangentialen Reingasaustritt aus dem in einem Abscheiderohr konzentrisch angeordneten Reingasrohr auf. Ein Drallerzeuger ist an dem Abscheiderohr bei Gleichstromführung oder Gegenstromführung der Gase angeordnet. Der Rohgaseintritt des Abscheiderohrs ist vor dem Drallerzeuger als Diffusor, Expansionsdüse oder dergleichen ausgebildet, beispielsweise durch Anordnung eines Leitkörpers darin.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Staubabscheider für Trocknungsbrüden und einen Verdampfungstrockner mit einem solchen Staubabscheider bereitzustellen, der eine einfache, kostengünstige Lösung für das Problem von Verschmutzungen nachgeschalteter Verdampfer bereitstellt.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Staubabscheider mit den Merkmalen des Hauptanspruches und einen Verdampfungstrockner mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, den Figuren sowie der Beschreibung offenbart.
-
Der Staubabscheider für Trocknungsbrüden zum Einbau in eine Verbindungsleitung zwischen einem Verdampfungstrockner und einem Verdampfer mit einem rohrförmigen Gehäuse, das einen ersten Leitungsanschluss als Rohgaseinlass und einen zweiten Leitungsanschluss als Reingasauslass und einen dazwischen angeordneten Verdrängungskörper aufweist, sieht vor, dass der Verdrängungskörper mit dem Gehäuse einen Ringspalt bildet, in dem Elemente zur Erzeugung einer Drallströmung angeordnet sind. Zwischen dem Ringspalt und dem Reingasauslass ist eine Wirbelkammer mit einem gegenüber dem Rohgaseinlass vergrößerten Querschnitt angeordnet. Der Reingasauslass ragt in die Wirbelkammer hinein, wobei an der Wirbelkammer ein Wasserauslass für das mit Staub beladene Entstaubungswasser angeordnet ist. In Strömungsrichtung gesehen vor dem Verdrängungskörper und/oder in dem Bereich der Drallerzeugung des Ringspaltes vor und/oder in dem Ringspalt sind eine erste Düsenanordnung zum Eindüsen von Kühlungswasser in die Trocknungsbrüden und eine zweite Düsenanordnung zum Eindüsen von Entstaubungswasser angeordnet. Mit der Eindüsung von Kühlwasser ist es möglich, nahezu den gesamten Staub, der in den Brüden enthalten ist, zu entfernen, bevor die Brüden in den Verdampfer gelangen. Der Einsatz von Wasser als Waschflüssigkeit zum Entstauben der Brüden ermöglicht es neben der Anbindung der Staubpartikel den gleichzeitigen Abbau der in den Brüden enthaltenen Überhitzung, wodurch eine Leistungserhöhung innerhalb des Verdampfers möglich ist. Mit der Reduzierung der Überhitzung ist es möglich, dem Verdampfer Sattdampf zuzuführen, damit ein wesentlich verbesserter Wärmeübergang verglichen mit überhitztem Dampf, der aus einem Verdampfungstrockner entweicht, erzielt werden kann. Die Verwendung zweier Düsenanordnungen erhöht die Effektivität der Staubabscheidung und die Anpassbarkeit und Konditionierung der Brüden für nachfolgende Anlagen. Die erste Düsenanordnung kann vor dem Verdrängerkörper, in dem Bereich des Verdrängerkörpers und/oder in dem Bereich des Ringspaltes angeordnet sein. Die zweite Düsenanordnung kann ebenfalls vor dem Verdrängerkörper, in dem Bereich des Verdrängerkörpers und/oder in dem Bereich des Ringspaltes angeordnet sein. Es können auch mehrere zweite Düsenanordnungen in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sein. Sollte eine einzige erste Düsenanordnung nicht ausreichen, um ausreichend Kühlungswasser einzudüsen, können auch mehrere erste Düsenanordnungen in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sein. Es können auch mehrere erste und mehrere zweite Düsenanordnungen dem Bereich der Drallerzeugung vorgelagert sein. Die Düsenanordnungen können auch über den Umfang des Gehäuses oder des Rohrleitung verteilt angeordnet sein.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Reingasauslass Strömungsgleichrichterelemente angeordnet sind. Durch die Strömungsgleichrichterelemente wird die durch die in dem Ringspalt erzeugte Drallströmung aufgehoben, sodass in der dem Staubabscheider nachgeschalteten Rohrleitung noch eine geradlinige Strömungsrichtung vorhanden ist. Dies verringert die mechanische Belastung innerhalb der nachfolgenden Anlagenkomponenten und sorgt für eine Verringerung des Druckverlustes.
-
Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass die Strömungsgleichrichterelemente radial abstehend an einem Zentralrohr angeordnet sind und dass das Zentralrohr gegen eine Durchströmung geschlossen ist. Um das Zentralrohr herum werden mehrere Kammern gebildet, die den Reingasauslass bilden. Das Zentralrohr ist bevorzugt zentral innerhalb des Reingasauslasses angeordnet und dient als Träger für die radial abstehenden Strömungsgleichrichterelemente.
-
Der Reingasauslass kann als Rohr ausgebildet sein, wobei sich die Wirbelkammer konisch verjüngt oder mit einem Klöpperboden ausgestaltet ist. Der Reingasauslass als Rohr ragt somit entgegen der Ausströmrichtung in die Wirbelkammer hinein. Dadurch kommt es zu einer Strömungsumleitung von dem Ringspalt mit der Drallströmung, die an der Außenwand der Wirbelkammer entlangströmt und eine Drallbewegung des mit Kühlwasser und Entstaubungswasser beaufschlagten Trocknungsbrüdenstromes bewirkt.
-
Der Verdrängerkörper und das Gehäuse sind in einer Ausgestaltung der Erfindung in Richtung von dem Rohgaseinlass zu dem Ringspalt konisch erweitert ausgebildet, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen und den Fluidstrom an die Innenwandung des Gehäuses zu leiten. Innerhalb des Ringspaltes findet vorteilhafterweise keine weitere radiale Verringerung des Ringspaltquerschnittes statt, sodass sich eine nahezu parallel zu der Gehäusewand orientierte Strömung ergeben würde, wenn innerhalb des Ringspaltes keine Elemente zur Erzeugung einer Drallströmung angeordnet wären. Von dem Ringspalt verläuft eine Drallströmung wendelförmig entlang der im Wesentlichen zylindrischen Längserstreckung an der Innenseite der Wirbelkammer.
-
Der Konuswinkel des Verdrängerkörpers vor dem Ringspalt ist bevorzugt größer als der des Gehäuses in diesem Bereich, um eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zu bewirken.
-
Das Gehäuse kann nach der konischen Erweiterung bis zu dem Ringspalt zylindrisch ausgebildet sein, wobei sich der Verdrängerkörper bis zu dem Ringspalt hin konisch erweitert.
-
Der Ringspalt kann eine Fläche aufweisen, die kleiner als die Querschnittsfläche des Rohgaseinlasses ist, um trotz der Durchmesservergrößerung des Gehäuses über die Verringerung der Querschnittsfläche eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zu bewirken.
-
Die Elemente zur Drallerzeugung können in einem Winkel zwischen 20° und 40° zu der Längserstreckung des Gehäuses geneigt sein, um eine entsprechende Ablenkung zu bewirken.
-
Dem Wasserauslass kann ein Leitblech oder Stauwehr zum Austragen oder Aufstauen des Entstaubungswassers vor dem Wasserauslass zugeordnet und insbesondere an dem Gehäuse angeordnet sein. Das an der Innenseite des Gehäuses entlangströmende Gemisch aus Wasser und Staub, wobei der Staub insbesondere aus wasserunlöslichen Bestandteilen bestehen kann, wird dadurch effektiv mechanisch aufgehalten oder zu dem Wasserauslass hingeleitet, wodurch eine wirkungsvolle Entwässerung und Entfeuchtung des aufbereiteten Rohgases erfolgt. Das Reingas ist dann im Wesentlichen frei von Staub und Entstaubungswasser bzw. Kühlwasser.
-
Der Verdrängerkörper kann zu der Wirbelkammer hin eine geschlossene Wand aufweisen, sodass die Fläche, die von dem Ringspalt umgeben ist, nicht mehr durch einen rückstauenden Gasstrom durchdrungen werden kann. Die geschlossene Wand kann eben oder konisch ausgebildet sein, insbesondere ist eine konische Ausgestaltung in Richtung auf den Reingasauslass möglich und vorgesehen.
-
Die Leitungsanschlüsse für das Rohgas und das Reingas sind bevorzugt gleichgerichtet orientiert, sodass sich ein einfacher Einbau realisieren lässt. Insbesondere kann ein solcher Staubabscheider auch nachträglich in eine gerade Rohrleitung eingesetzt werden, sodass der erfindungsgemäße Staubabscheider sich einfach nachrüsten lässt.
-
Die Düsenanordnungen können einzelnen einstellbar ausgebildet sein, um hinsichtlich Menge und Orientierung an unterschiedlichen Stellen eine erhöhte Variabilität bereitstellen zu können. Die Düsenanordnungen können zentral innerhalb der Rohrleitung angeordnet oder radial von außen in den Leitungsanschluss für das Rohgas sprühend angeordnet sein.
-
Die Düsenanordnungen können in der Zuführleitung für Rohgas installiert sein, die Zuführleitung ist der Wirbelkammer vorgeschaltet. Die Düsenanordnungen können auch vor dem eigentlichen Staubabscheider in der vorgelagerten Zuführleitung installiert sein, sie bilden dann einen Teil des Staubabscheiders in Kombination mit der vorgelagerten Zuführleitung, die mit dem Leitungsanschluss verbunden ist. Weiterhin können die Düsenanordnungen alternativ in dem Bereich der Erzeugung der Drallströmung in dem Ringspalt angeordnet sein, z.B. kurz vor dem Ringspalt oder in dem Ringspalt.
-
Der Staubscheider ist für Drücke größer 0,2 bar und insbesondere für den Betrieb mit kondensierbaren Gasen, insbesondere Dampf, ausgeführt. Der Staubabscheider kann als Druckbehälter ausgebildet sein. Die Vermischung von Kühlwasser und Entstaubungswasser mit den Brüden ist mit der Drallerzeugung für die Abscheidung staubbeladener Flüssigkeit im Bereich des Ringspaltes kombiniert, um neben einer Konditionierung der Brüden eine Entstaubung zu gewährleisten.
-
Der Auslaufstutzen ist in dem jeweiligen Staubabscheider dann so orientiert, dass je nach Einbaulage ein schwerkraftbedingter Abfluss leicht möglich ist, der Auslaufstutzen also an der in Schwerkraftrichtung gesehen tiefsten Stelle liegt oder zumindest nahe an der tiefsten Stelle.
-
Der erfindungsgemäße Verdampfungstrockner mit einer Verbindungsleitung für Trocknungsbrüden zu einem Verdampfer und einem Staubabscheider sieht vor, dass der Staubabscheider in der Verbindungsleitung zu dem Verdampfer angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist der Staubabscheider vertikal orientiert, abweichende Orientierungen können jedoch vorgesehen sein. Der Staubabscheider kann einen variablen Einbauwinkel aufweisen, der sich an die Gegebenheiten der jeweiligen Anlage anpassen lässt. So kann eine von oben nach unten gerichtete Brüdenströmung mit einem vertikal angeordneten Staubabscheider bearbeitet werden. Ebenso ist es möglich, dass eine horizontale Brüdenströmung mit einem horizontal eingebauten Staubabscheider aufbereitet wird.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 - eine schematische Querschnittsdarstellung eines Staubabscheiders;
- 2 - eine Draufsicht in Axialrichtung auf die Einlassseite;
- 3 - eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 1;
- 4 - eine Schnittdarstellung entlang der Linie C-C in 3; sowie
- 5 - eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in 1.
-
In der 1 ist in einer Schnittansicht eine schematische Darstellung eines Staubabscheiders für Trocknungsbrüden gezeigt. Der Staubabscheider weist ein rohrförmiges Gehäuse 10 auf, das im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und an den beiden Enden sich konisch verjüngende Endabschnitte 15, 16 aufweist. Auf der Einlassseite ein erster Leitungsanschluss 11 in Gestalt eines im Wesentlichen zylindrischen Rohres an dem vorderen konischen Endabschnitt 15 angeordnet. Der erste Leitungsanschluss 11 dient als ein Rohgaseinlass 12. Auf der dem Rohgaseinlass 12 gegenüberliegenden Seite des Staubabscheiders ist ein zweiter Leitungsanschluss 13 angeordnet, der als Reingasauslass 14 ausgebildet ist. Durch den Reingasauslass 14 strömt das in dem Staubabscheider aufbereitete Gas, insbesondere Trocknungsbrüden, zur weiteren Verwendung in eine Verbindungsleitung zu einem nicht dargestellten Verdampfer. Der Reingasauslass 14 ist rohrförmig ausgebildet und ragt über das hintere Ende des konischen Endabschnittes 16 auf der Auslassseite in die durch das Gehäuse 10 gebildete Wirbelkammer 25 hinein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ragt der Reingasauslass 14 bis in den zylindrischen Bereich der Wirbelkammer 25, grundsätzlich ist es auch möglich, dass das in Strömungsrichtung gesehen vordere Ende des Reingasauslasses 14 im Bereich des zweiten konischen Endabschnitt des 16 endet. Der Reingasauslass 14 beginnt über einem Wasserauslass 26, der an dem unteren Ende der Wirbelkammer 25 angeordnet oder ausgebildet ist.
-
Innerhalb der Wirbelkammer 25 ist ein Verdrängerkörper 20 angeordnet, der sich in Richtung auf den ersten Leitungsanschluss 15 konisch zulaufend bis in den konischen vorderen Endabschnitt 15 erstreckt. Der Verdrängerkörper 20 weist eine Spitze auf, die auf der Zentralachse des im Wesentlichen zylindrisch aufgebauten Staubabscheiders liegt. Von der vorderen Spitze erstreckt sich der Verdrängerkörper 20 konisch aufweitend bis zu einem Ringabschnitt mit einem konstanten Durchmesser. Der Ringabschnitt verläuft Wesentlichen parallel zu der Gehäusewand der Wirbelkammer 25 und bildet dazwischen einen Ringspalt 22 aus. Der Ringspalt 22 weist einen in Strömungsrichtung im Wesentlichen gleich bleibenden Querschnitt auf. Innerhalb des Ringspaltes 22 sind Elemente 30 zur Erzeugung einer Drallströmung angeordnet, je weiter unten näher erläutert werden. In Strömungsrichtung hinter dem Ringabschnitt weist der Verdrängerkörper 20 eine geschlossene Wand 28 auf, die beispielsweise eben ausgebildet sein kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wand 28 konisch in Richtung auf den Reingasauslass 14 zulaufend ausgebildet und weist einen senkrecht zur Längserstreckung ausgerichteten Stirnwandabschnitt auf. Über die geschlossene Wand 28 wird verhindert, dass sich innerhalb der Wirbelkammer 25 eine unvorteilhafte Strömungssituation ergibt.
-
In dem ersten Leitungsabschnitt 11 sind zwei Düsenanordnungen 40, 42 in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet. Eine erste Düsenanordnung 40 dient zum Eindüsen von Kühlwasser in die Trocknungsbrüden. In Strömungsrichtung hinter der ersten Düsenanordnung 40 ist eine zweite Düsenanordnung 42 angeordnet, über die Entstaubungswasser eingedüst wird. Die Düsenanordnungen 40, 42 ragen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in den ersten Leitungsanschluss 41 hinein und münden auf der Zentralachse, um von dort das jeweilige Medium, insbesondere Wasser, in die Trocknungsbrüden einzusprühen. Es können mehrere Sprühdüsen in den Düsenanordnungen 40, 42 vorhanden sein, um ein gleichmäßiges Sprühbild zu erreichen und gegebenenfalls unterschiedliche Mengen an Kühlwasser und/oder Entstaubungswasser einspeisen zu können. Die Düsenanordnungen 40, 42 können einzeln angesteuert werden, ebenso ist es möglich, dass sie einstellbar und verstellbar ausgebildet sind, um hinsichtlich der Menge, der Anzahl der zu aktivierenden Sprühdüsen sowie der Ausrichtung der einzelnen Sprühdüsen variabel zu sein.
-
Der Wasserauslass 26 ist in der dargestellten, horizontalen Orientierung des Staubabscheiders an dem in Gravitationsrichtung unteren Ende der Wirbelkammer 25 unmittelbar an dem Ende des zylindrischen Abschnittes des Gehäuses 10 angeordnet. Innerhalb der Wirbelkammer 25 ist ein Leitblech 27 oder ein Stauwehr angeordnet, das ein strömungstechnisches Hindernis für das Entstaubungswasser darstellt. Die Anordnung des Leitbleches 27 oder des Stauwehrs erfolgt so, dass die durch die Elemente 30 zur Erzeugung einer Drallströmung erzeugte Strömung entlang des Innenumfanges der Wirbelkammer 25 aufgehalten oder zumindest behindert wird, ohne den Abfluss zulaufseitig zu behindern. Dadurch wird verhindert, dass Entstaubungswasser, das an der Innenseite der Wirbelkammer 25 sich sowohl in Umfangsrichtung als auch in Richtung auf den Reingasauslass 14 bewegt, über die Öffnung in dem Wasserauslass 26 hinwegströmt. Das Leitblech 27 leitet Entstaubungswasser zu der Öffnung des Wasserauslass 26.
-
Innerhalb des Reingasauslasses 14 ist ein Zentralrohr 33 angeordnet, von dem sich radial abragende Bleche als Strömungsgleichrichterelemente 32 erstrecken. Die Strömungsgleichrichterelemente 32 bewirken, dass die Drallströmung und Drallbewegung des Entstaubungsgases aufgehoben oder zumindest verringert wird, sodass sich eine gleichmäßige, entlang der Längserstreckung der Rohrleitung bewegende Gasströmung einstellt. Das Zentralrohr 33 weist auslassseitig eine geschlossene Wand 34 auf, über die verhindert wird, dass Gas in die Wirbelkammer 25 zurückströmt.
-
Alternativ zu einer Anordnung der Düsenanordnungen 40, 42 vor dem Verdrängerkörper 20 können diese auch in dem Bereich zwischen dem vorderen Ende des Verdrängerkörpers 20 und dem Ringspalt 22, ebenso in dem Ringspalt 22 angeordnet sein. Die Vermischung von Kühl- und Entstaubungswasser für die Abscheidung staubbeladener Flüssigkeit ist dann in dem Bereich der Drallerzeugung des Ringspaltes 22 angeordnet.
-
In der 2 ist eine Draufsicht auf den Staubabscheider in Axialrichtung gezeigt. Die Düsenanordnungen 40, 42 gemäß 1 sind in der 2 nicht dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der konische Abschnitt des Verdrängerkörpers 20 mit seiner Spitze auf der Zentralachse angeordnet ist. Der erste Leitungsanschluss 11 an dem Rohgaseinlass 12 verläuft konzentrisch zu der Zentralachse, der konische Endabschnitt 15 reicht bis zu dem zylindrischen Körper der Wirbelkammer 25.
-
In der 3 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A der 1 gezeigt. Es sind der Innenraum des hohl ausgebildeten Verdrängerkörpers 20, der senkrecht zu der Zentralachse orientierte Stirnwandabschnitt sowie die konisch ausgebildete geschlossene Wand 28 zu erkennen. Ebenfalls ist der Ringspalt 22 zwischen dem Außenumfang des Verdrängerkörpers 20 und dem Innenumfang des Gehäuses 10 gezeigt. Gleichmäßig über den Umfang verteilt sind die Elemente 30 zur Erzeugung der Drallströmung innerhalb des Ringspaltes 22 angeordnet. Die Elemente 30 zur Erzeugung der Drallströmung erstrecken sich über die gesamte Länge des Ringspaltabschnittes und bewirken eine Strömungsumleitung aus einer im Wesentlichen gradlinigen Strömung entlang der Oberflächen des Verdrängerkörpers 20, des vorderen konischen Endabschnittes 15 und des vorderen Teils 17 der Wirbelkammer zu einer Drallströmung innerhalb der Wirbelkammer 25.
-
In der 4 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie C-C der 3 gezeigt. Die Elemente 30 sind in diesem Ausführungsbeispiel in Strömungsrichtung zunächst geradlinig oder parallel zu der Längserstreckung des Staubabscheiders orientiert und ungefähr ab der Mitte des Ringspaltabschnittes in einem Winkel von ungefähr 40° nach rechts gebogen. In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist in dem Ausschnitt eine entgegengesetzte Biegung der Elemente 30 gezeigt. Grundsätzlich sind alle Elemente 30 zur Erzeugung einer Drallströmung gleichsinnig orientiert, um eine möglichst gleichmäßige Drallströmung innerhalb der Wirbelkammer 25 erreichen. Der Grad der Ablenkung oder Biegung der Elemente 30 hängt von dem gewünschten Verlauf der Drallströmung ab. Je größer die Umlenkung ist, desto größer ist der Drall und desto geringer ist die Geschwindigkeitskomponente in Längserstreckung der Wirbelkammer 25. Die Elemente 30 können im Wesentlichen radial in Richtung auf die Zentralachse ausgerichtet an dem Außenumfang des Verdrängerkörpers 20 angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass die Elemente 30 eine Neigung der Umlenkungsabschnitte aufweisen, die die Brüden und das Wasser an die Innenwand des Gehäuses 10 der Wirbelkammer 25 lenkt.
-
In der 5 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in der 1 gezeigt. Der Reingasauslass 14 ist dem dargestellten Ausführungsbeispiel in sechs gleichmäßige, tortenstückartige Segmente unterteilt. Die Unterteilung erfolgt durch die Strömungsgleichrichterelemente 32 in Gestalt von geraden, radial zur Zentralachse hin orientierten Blechen, die auf dem Zentralrohr 33, das geschlossen ausgebildet ist, angeordnet, insbesondere angeschweißt sind.
-
In der 1 ist zu erkennen, dass der Konuswinkel des Verdrängerkörpers 20 größer als der Konuswinkel des konischen Endabschnittes 10 ist. Darüber hinaus reicht der konische Abschnitt des Verdrängerkörpers 20 bis in einen zylindrischen Abschnitt 17 vor den Ringspalt 22, sodass sich in diesem Bereich eine starke Verringerung des Strömungsquerschnittes einstellt. Dies führt zu einer Beschleunigung der eintretenden Trocknungsbrüden zusammen mit der zugeführten Menge an Kühlwasser und Entstaubungswasser. Dadurch wird die Durchmischung der Trocknungsbrüden mit dem eingedüsten Wasser verbessert.
-
Unter Bezugnahme auf alle Figuren wird die Funktionsweise des Staubabscheiders erläutert. Von einem nicht dargestellten Verdampfungstrockner wird überhitzter Dampf mit Staubanteilen innerhalb einer Rohrleitung zu dem ersten Leitungsanschluss 11 des Staubabscheiders geleitet. Neben der Anordnung der Düsenanordnungen 40, 42 in dem Leitungsanschluss 11 ist es auch möglich, die Eindüsung von Wasser bereits in der Rohrleitung zu dem ersten Leitungsanschluss 11 anzuordnen. Über die erste Düsenanordnung 40 wird zur Kühlung über eine zentral in der Rohrleitung angeordnete Düse ein Wasserschleier erzeugt, um den überhitzten Dampf auf eine Sattdampftemperatur abzukühlen. Die Abkühlung auf die Sattdampftemperatur hat den Vorteil, dass in einem nachgeschalteten, nicht dargestellten Verdampfer eine verbesserte Energieübertragungsrate erzielt wird. Die zugeführte Wassermenge an Kühlwasser über die erste Düsenanordnung 40 ist dabei vorteilhafterweise größer als die Menge, die nötig wäre, um die Brüden abzukühlen. Es wird dadurch eine nasse Dampfatmosphäre erzeugt, in der die Staubpartikel, die in den Trocknungsbrüden enthalten sind, angefeuchtet werden können. In der zweiten Bedüsungsstufe, die in Strömungsrichtung hinter der ersten Düsenanordnung 40 durch die zweite Düsenanordnung 42 bewirkt wird, wird eine zusätzliche Wassermenge zugeführt, das sogenannte Entstaubungswasser, um die Staubpartikel mit dem Entstaubungswasser zu vermischen. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehrseitig arbeitende Spezialdüsen zu kombinieren oder nur eine Düse einzusetzen, die eine erhöhte Wassereinspritzmenge aufweist. Die zweistufige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine effektive Benetzung der Staubpartikel mit dem Entstaubungswasser stattfinden kann.
-
Das Gemisch aus Wasser, Staub und Dampf wird dann über den konischen Bereich des Verdrängerkörpers 20 in den Ringspalt 22 geführt, dessen Strömungsquerschnitt kleiner als der Strömungsquerschnitt der Rohrleitung bzw. des Leitungsanschluss 11 ist. Durch die Verringerung des Strömungsquerschnittes wird die Strömungsgeschwindigkeit in dem Ringspalt 22 im Vergleich zu der Einführgeschwindigkeit vergrößert, wodurch die Vermischung von Wasser, Dampf und Staub zusätzlich verbessert wird. Mit der Erhöhung des Druckes bzw. der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt eine Bindung der Staubpartikel an die Wassertröpfchen des eingedüsten Wassers.
-
Die innerhalb des Ringspaltes 22 angeordneten Elemente 30 zur Drallerzeugung intensivieren die Vermischung weiter und erzeugen eine starke Drallströmung in der Wirbelkammer 25. Die Drallströmung sorgt durch die wirkenden Zentrifugalkräfte für eine weitgehende Trennung des Dampfstromes von den staubbeladenen Wassertröpfchen. Es hat sich überraschend gezeigt, dass das erzeugte Zentrifugalkraftfeld ausreichend ist, um nahezu alle Tröpfchen an die Innenwand des Gehäuses 10 der Wirbelkammer 25 zu transportieren. Das Wasser mit dem Staub sammelt sich im Wesentlichen an der Innenwand der Wirbelkammer 25, während sich im inneren Bereich der Wirbelkammer 25 keine oder nur für die Weiterverwendung des entstaubten Gases unbedeutender Menge feiner Tröpfchen befinden. Innerhalb der Wirbelkammer 25 wird also das Wasser mit den Staubpartikeln von den Trocknungsbrüden getrennt. Diese Trennwirkung wird genutzt, um durch den Wasserauslass 26 das mit Staub beladene Wasser abzuziehen. Über das zentral in die Wirbelkammer 25 hineinragende Rohr des Reingasauslasses 14, das sich im Zentrum des Abscheidewirbels in der Wirbelkammer 25 befindet, ist nur noch ein minimaler Restanteil an Tröpfchen zu erwarten, sodass ein nahezu vollständig von Staub befreites und nur noch mit minimalen Wasseranteilen beladener Reingasanteil durch den Reingasauslass 14 der weiteren Verwendung in einem Verdampfer zugeführt werden kann.
-
Durch die strömungstechnischen Elemente 32 innerhalb der Rohrleitung des Reingasauslasses 14 wird der in der Gasströmung noch vorhandene Drall kompensiert, so dass die negativen Auswirkungen einer Drallströmung, nämlich Druckverlust, Verschleiß und Vibrationen, vermieden bzw. weitestgehend vermindert werden. Neben den dargestellten ebenen, radial ausgerichteten Platten können sphärisch gepresste Formteile mit Eigenschaften zur Druckrückgewinnung in der Rohrleitung eingesetzt sein.
-
Das sich an der Innenwand der Wirbelkammer 25 anlegende Wasser bildet einen rotierenden Wasserring aus, der sich sowohl in Umfangsrichtung als auch in Richtung auf den Reingasauslass 14 bewegt. An dem Ende der zylindrischen Wirbelkammer 25 wird der Wasserring durch den Wasserauslass 26 über das Leitblech 27 aus der Wirbelkammer 25 heraus geleitet.
-
Der Staubabscheider kann sowohl vertikal als auch horizontal orientiert in den jeweiligen Rohrleitungen angeordnet sein. Bei einer vertikalen Orientierung ist der Wasserauslass 26 entweder in dem stirnseitigen Bereich des konischen Endabschnittes 16 oder in dem konischen Endabschnitt 16 angeordnet, vorteilhafterweise immer dort, wo der in Gravitationsrichtung tiefste Punkt der Wirbelkammer 25 vorhanden ist. Der Staubabscheider ist als Druckbehälter ausgebildet, da die Abscheidung von Staub aus Trocknungsbrüden aus einem Verdampfungstrockner, beispielsweise einem Wirbelschichtverdampfungstrockner, in einem Druckbereich von 2 bar bis 3,5 bar Überdruck stattfindet. Der Staubabscheider kann kondensierbare Gase, insbesondere Dampf verarbeiten.
-
Der Staubabscheider ist insbesondere auch für die Abscheidung sehr kleiner Partikel und Fasern geeignet, beispielsweise für Fasern mit einer Länge kleiner als 2 mm oder Partikel mit einem Durchmesser von kleiner 1 mm. Durch die Verringerung der Strömungsquerschnittsfläche im Bereich des Ringspaltes 22 wird die axiale Geschwindigkeit, also die Geschwindigkeitskomponente in Längserstreckung des im Wesentlichen gradlinig ausgeführten Staubabscheiders, um bis zu 40 % vergrößert.
-
Darüber hinaus kommt die Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung hinzu, wodurch sich eine spürbare Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ergibt. Mit dem erfindungsgemäßen Staubabscheider ist es möglich, die Vermischung der Staubpartikel mit dem Entstaubungswasser mit der Drallerzeugung zu kombinieren, wobei vorteilhafterweise Geschwindigkeiten von unter 50 m/s im Bereich des Ringspaltes 22 erzeugt werden. Dadurch ist es möglich, einen geringen gasseitigen Druckverlust bei gleichzeitiger effektiver Vermischung von Wasser und Staub zu erreichen. Insbesondere in einer Kombination mit einem Verdampfungstrockner und der Anordnung in einer Verbindungsleitung zu einem Verdampfer stellt der Staubabscheider eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Lösung für die Aufbereitung von Trocknungsbrüden unter Vermeidung eines Verschmutzungsproblems der nachgeschalteten Verdampferstufe bereit.
-
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
-
