DE2220534A1 - Drehstroemungswirbler zur sichtung und abscheidung feinkoerniger partikel - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8520 Erlangen,

Werner-von-Siemens-Str.50

Unaer Zeichen: VPA 72/9423 Mes/Fl

Drehströmungswirbler zur Sichtung und Abscheidung feinkörniger Partikel

Die Erfindung betrifft einen Drehströmungswirbler zur Sichtung feinkörniger Partikel. Derartige Drehströmungswirbler sind als solche zur Abscheidung und auch zur Sichtung von feinkörnigen Partikeln bekannt. Die Wirbler bestehen dabei im allgemeinen aus einer zylindrischen Wirbelkammer mit einem axialen Partikeleinlaß an der einen Stirnseite und einem axialen Auslaß für das Reingas und die noch nicht abgeschiedenen Partikel an der anderen Stirnseite. Ferner sind im Wirbelkammermantel tangentiale und dem Einlaß schräg entgegengerichtete Zuführungen für Zweitluft angeordnet. Zur Abführung der in der Wirbelkammer abgeschiedenen Partikel ist ein dem Partikeleinlaß umgebender uifl in einen Bunker mündender Ringspalt vorgesehen. Durch die Zuführung des partikelbeladenen Rohgases und der Zweitluft in entgegengesetzter Richtung bildet sich innerhalb der Wirbelkammer eine sogenannte Drehströmung aus, die aus einer inneren axialen und wendelförmig verlaufenden Rotationsströmung und einer äußeren, ebenfalls wendelförmig verlaufenden Umlaufströmung im wandnahen Bereich der Wirbelkammer besteht, wobei die beiden Strömungen axial entgegengerichtete Strömungskomponenten aufweisen. Der über den Partikeleinlaß über Leitschaufeln zugeführte Rohgasstrom wird in Rotation versetzt, so daß die aus der inneren Rotationsströmung ausgeschleuderten Partikel in die äußere Umlaufströmung gelangen und mit einem Ast dieser Umlaufströmung über den den Partikeleinlaß umgebenden Ringspalt in einen Bunker oder in eine entsprechende Fördereinrichtung augetragen werden.

Derartige Drehströmungswirbler weisen auch für feinste Teilchen einen sehr hohen Abscheidegrad auf, wie aus dem in Fig.1

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gezeigten Diagramm hervorgeht. In diesem Diagramm ist der Abscheidegrad über den Teilchendurchmesser aufgetragen, wobei der Fraktionsentstaubungsgrad eines herkömmlichen Drehströmungswirbler durch die Kurve I gekennzeichnet ist. Aus dieser Kurve ergibt sich, daß praktisch alle Teilchen, die größer als 5 u sind, hundertprozentig abgeschieden werden. Dabei werden aber auch Teilchen, die kleiner als 5 u sind, mit in den Bunker abgeschieden. Bei einer Sichtung sollen demgegenüber Partikel unterhalb einer vorgegebenen Größe überhaupt nicht und Teilchen über dieser Größe vollständig abgeschieden werden. Eine derartige ideale Trennkurve für einen Sichter ist beispielsweise mit Kurve II für ein Grenzkorn von 10 ji dargestellt. Es ist nun schon versucht worden, einen Drehströmungswirbler zur Sichtung auszubilden, indem der Zweitluftvordruck und/oder die Vördrehung über die Leitschaufeln im Partikeleinlaß vermindert wurde, so daß sich damit der Abscheidegrad "verschlechtert". Der sich dabei ergebende Fraktionsentstaubungsgrad ist in der Kurve III dargestellt, wodurch sich jedoch nur eine sehr ungenaue- Annäherung an die ideale Trennkurve II ergibt. Das zeigt also, 3aß allein das Fahren mit verminderter Leistung nicht zu dem gewünschten Erfolg und einer einigermaßen scharfen Trennkurve führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehströmungswirbler der eingangs beschriebenen Bauart so auszugestalten und zu optimieren, daß er auch als Sichter mit einer einigermaßen scharfen Trennkurve verwendet werden kann.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß die Querschnittsfläche des Partikeleinlasses höchstens die Hälfte der Querschnittsfläche der Wirbelkammer beträgt und daß die Zweitluftdüsen auf einem einzigen Ringkranz angeordnet sind.

Durch die Ausbildung des Partikeleinlasses als Zuführung mit sehr viel kleinerem Durchmesser als dem der Wirbelkammer

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werden allen in die Wirbelkammer eintretenden Partikeln praktisch gleiche geometrische Anfangsbedingungen erteilt, d. h. praktisch allen Partikeln wird der gleiche Drall aufgezwungen. Durch die Anordnung der Zweitluftdüsen auf einem einzigen Ringkranz werden nur bis zu einer genau definierten Höhe in der Wirbelkammer die bereits aus der inneren Rotations— strömung ausgeschleuderten Partikel in den Partikelauslaß abgeführt. Damit ist also eine schärfere !Trennung der Partikel nach Korngröße als bei einem mit verminderter Leistung gefahrenen Drehströmungswirbler möglich.

TJm zusätzlich die Bedingungen für eine scharfe Trennung der Partikel nach Korngröße in der Wirbelkammer zu erhalten, ragt das Auslaßrohr in die Wirbelkammer hinein, wobei das untere Ende des Auslasses dicht oberhalb der Einmündungen der Zweitluftdüsen endet. Dadurch ist eine scharfe geometrische Kante in der Wirbelkammer geschaffen, die gleichzeitig als Grenze für die in der Wirbelkammer abzuscheidenden Partikel dient.

Zur Drallanregung für den eintretenden Partikelstrom ist es dabei zweckmäßig, wenn in der Mündung des Partikeleinlaßrohres Leitschaufein angeordnet sind. Dieses Partikeleinlaßrohr kann dabei a.xial verschiebbar angeordnet sein, um unterschiedliche Grenzkorngrößen für die Sichtung einstellen zu können.

Zur Trennung der aus dem Drehströmungswirbler noch abströmenden Partikel ist es ferner möglich, daß der Auslaß aus mehreren konzentrischen Rohren besteht. Da. die Partikel nämlich aufgrund ihrer unterschiedlichen Größe durch¹ die auf sie einwirkenden Fliehkräfte in einer bestimmten Höhe in der Wirbelkammer unterschiedlich weit von der Achse der Wirbelkammer entfernt sind, kann somit durch die Abführung der Partikel auf verschiedenen konzentrischen Ringbahnen bereits eine weitere Sichtung der bis zur Höhe der Zweitluftdüsen noch nicht abgeschiedenen Partikel erreicht werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Auslaßrohr oder die konzentrisch angeordneten

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- 4 Rohre ebenfalls axial verschiebbar angeordnet sind.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausfiihrungsbeispielen nach der Erfindung näher dargestellt. Dabei zeigen:

Pig. 1 das schon erwähnte Diagramm für den Fraktionsentstaubungsgrad;

Fig. 2a den prinzipiellen Aufbau eines erfingungsgemäßen Drehströmungswirbler im Längsschnitt;

Fig. 2b einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie IIB-IIB nach Fig. 2a und

Fig. 3 die Ausbildung des Auslasses in Form mehrerer konzentrischer Rohre.

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines derartigen Drehströmungswirbler. Dieser Wirbler weist dabei eine zylindrische Wirbelkammer 1 auf, in die von unten ein Einlaßrohr 2 für die zu sichtenden Partikel hineinragt. Dabei ist erfinduings- " gemäß die Querschnittsfläche der Mündung 3 des Partikeleinlaßrohres 2 höchstens halb so groß wie die Querschnittsfläche der Wirbelkammer. In der Mündung 3 des Einlaßrohres können dabei Leitschaufein 4 angeordnet sein, um den zugeführten Partikeln zusammen mit der Trägerluft einen Drall zu erteilen. Die Partikel treten dann zusammen mit der Trägerluft in Form einer Rotationsströmung in die eigentliche Wirbelkammer 1 ein. Die schwereren Partikel werden dabei sofort oberhalb der Mündung des Einlaßrohres 2 nach außen geschleudert und gelangen in die Fähe der Innenwandung der Wirbelkammer. Es ist aber auch möglch, eine ausreichende Drallanregung auch ohne Leitschaufeln allein durch den über der Einlaßmündung 3 nach innen umgelenkten Strömungsart der äußeren Umlaufströmung zu erreichen.

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Oberhalb der Mündung 3 des Einlaßrohres 2 ist ferner ein Kranz von Zweitluftdüaen 5 angeordnet, durch die über die Zuleitung 6 und die Kammer 7 Zweitluft in tangentialer und der Einlaßrohrmündung 3 schräg entgegengeneigter Richtung in die Wirbelkammer 1 eingeblasen wird, die dann in Form einer wendeiförmigen Umlaufströmung im wandnahen Bereich der Wirbelkammer nach unten in Richtung zum Einlaßrohr 2 läuft. Von dieser äußeren Umlaufströmung werden die bereits ausgeschleuderten Partikel erfaßt und über einen das Einlaßrohr 2 umgebenden und mit einer Blende 8 verengten Ringspa.lt 9 nach unten in einen Bunker 10 abgeführt, von wo sie über einen Auslaß 11 nach außen geleitet werden könnenw

Durch die Zweitluft, die über den Düsenkranz 5 zugeführt wird, werden somit alle Partikel in den Bunker 10 abgeführt, die unterhalb der Düsen 5 bereits ausgeschieden und in die äußere Umlaufströmung gelangt sind. Kleinere Partikel, auf die die Fliehkraft noch nicht so stark eingewirkt hat, und die sich noch im inneren Bereich der Rotationsströmung befinden, werden über den Auslaß 12 in der dem Einlaß 2 gegenüberliegenden Stirnseite der Wirbelkammer 1 nach außen abgeführt und können in einem herkömmlichen Entstauber abgeschieden werden.

Da die Partikel über einen Einlaß mit einem gegenüber der Wirbelkammer relativ kleinen Durchmesser mit angenähert gleichem Drall der Wirbelkammer zugeführt werden, gelangen sie alle in das gleiche Zentrifugalfeld. Aufgrund der unterschiedlichen Masse der zugeführten Partikel wirken auf sie auch unterschiedliche Fliehkräfte ein, so daß die Bahnen, auf denen die Partikel nach außen geschleudert werden, verschieden sind. Das bedeutet, daß größere Partikel sehr schnell nach Eintritt in die Wirbelkammer nach außen geschleudert v/erden, während kleinere Partikel erst weiter oben in der Wirbelkammer nach außen gelangen. Somit kann bei vorgegebener Geometrie und Kenntnis der Strömungsdaten genau ermittelt werden, in welcher Höhe der Wirbelkammer 1 über der Einlaßmündung 3 Partikel

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einer bestimmten Größe bis zur Wirbelkammerwandung nach außen gewandert sind. Von der äußeren Umlaufströmung werden somit nur die Partikel abgeschieden, die unterhalb des Düsenkranzes 5 bis zur Wirbelkammerwandung gelangt sind.

Dabei kann das Auslaßrohr 12 selbst noch zusätzlich zur Festlegung des G-renzkornes herangezogen werden. Es werden nämlich in der Wirbelkammer alle die Pa.rtikel nicht abgeschieden, die bereits in das Auslaßrohr 12 gelangt sind. Das heißt, alle Partikel, die bis in Höhe der Unterkante 13 des Auslaßrohres aufgrund der auf sie einwirkenden Fliehkräfte an einem Punkt der Wirbelkammer angelengt sind, der auf einem größeren Durchmesser liegt als dieses Auslaßrohr, werden somit von der Zweitluft erfaßt und nach unten abgeführt. Damit stellt das untere Ende 13 des Auslaßrohres 12 eine eindeutig fixierbare Grenze dafür dar, welche Partikel abgeschieden werden sollen und welche nicht, so daß durch den Abstand zwischen Einlaßmündung 3 und Düsenkranz 5 bzw. Einlaßmündung 3 und Unterkante 13 des Auslaßrohres genau festgelegt ist, oberhalb welcher Korngröße alle Partikel abgeschieden werden; d. h. durch diesen Abstand ist die Größe des Grenzkornes in ziemlich engen Grenzen festlegbar. Somit kann durch Veränderungen dieses Abstandes auch em anderes Grenzkorn für die Sichtung eingestellt werden.

Um diese Abstandsänderung durchführen zu können, ist das Einlaßrohr 2 in einer Halterung 14 in der unteren Stirnseite der Wirbelkammer 1 axial verschiebbar angeordnet. Darüber hinaus ist es möglich, auch das Auslaßrohr 12 in einer Halterung 15 in der oberen Stirnseite der Wirbelkammer 1 axial verschiebbar zu lagern. Dadurch können die für die Festlegung des gewünschten Grenzkornes maßgebenden Abstände zwischen Einlaßmündung 3 und Düsenkranz 5 bzw. Auslaßrohr-Unterkante 13 genau festgelegt werden. Es ist also mit einem derartigen Drehströmungswirbler eine Sichtung in zwei Fraktionen mit einer

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vollständigen Abscheidung der gröberen Fraktion möglich, wobei sich eine Trennkurve etwa nach dem Kurvenzug IV aus Fig.1 ergibt. Wie der Kurvenverlauf zeigt, ist damit eine erheblich bessere Annäherung an die ideale Trennkurve II erreichbar als nach Kurve III allein durch Leistungsverminderung herkömmlicher Drehströmungswirbler.

Wie in der Beschreibung zu Fig. 2 bereits ausgeführt, befinden sich die Partikel unterschiedlicher Größe in einer bestimmten Höhe der Wirbelkammer auch in unterschiedlichen Abständen zur Achse. Diese Tatsache kann zu einer zusätzlichen Sichtung der vom Düsenkranz 5 nicht mehr erfaßten Partikel ausgenutzt werden, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Auf der Abströmseite der Wirbelkammer ist nunmehr nicht nur ein einzelnes Auslaßüfohr angeordnet, sondern es sind nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel fünf konzentrische Auslaßrohre 26 bis 30 vorgesehen, wodurch sich ein axialer Auslaß 20 und fünf dazu konzentrische Auslaßringspalte 21 bis 25 ergeben. Dadurch werden von jedem Ringspalt Partikel erfaßt, die sich auf einem änderen Durchmesser der Wirbelkammer oberhalb des Düsenkranzes 5 befinden. Wie aus den zugehörigen Angaben neben den Auslaßleitungen 31 bis 36 zu ersehen ist, werden durch den axialen Kanal 20 die feinsten Partikel und nach außen über die einzelnen Ringspalte 21 bis 25 jeweils Partikel größeren Durchmessers abgeführt. Damit kann dieser Drehströmungswirbler einschließlich der Abscheidung in den Bunker 10 zur Trennung von insgesamt sieben Fraktionen und gesonderten Abführung über die Abführleitungen 31 bis 31 verwendet werden. Auch hierbei können sowohl das Einlaßrohr 2 als auch die konzentrischen Auslaßrohre 26 bis 36 axial verschieblich in den Halterungen 14 bzw. 15 geführt sein.

3 Fig.

6 Ansprüche

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Claims (6)

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1. Drehströmungswirbler zur Sichtung und Abscheidung feinkörniger Partikel mit einer zylindrischen Wirbelkammer, einem koaxialen Partikeleinlaß in der einen Stirnseite und einem koaxialen Auslaßrohr in der anderen Stirnseite, tangentialen und dem Partikeleinlaß schräg entgegengerichteten Zweitluftdtisen im Wirbelkammermantel sowie mindestens einem Partikelauslaß, der den Partikeleinlaß konzentrisch umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Partikeleinlasses (3) höchstens die Hälfte der Querschnittsfläche der Wirbelkammer (1) beträgt und daß die Zweitluftdiisen (5) auf einem einzigen Ringkranz angeordnet sind.

2. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßrohr (12) in die Wirbelkammer (1) hineinragt und daß das untere Ende (13) dieses Auelaßrohres (12) dicht oberhalb der Einmündungen der Zweitluftdiisen (5) endet.

3. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mündung (3) des Partikeleinlaßrohres (2) Leitschaufeln (4) angeordnet sind.

4. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Partikeleinlaßrohr (2) axial verschiebbar angeordnet ist.

5. Drehströmungswirbler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß aus mehreren konzentrischen Rohren (26 bis 30) besteht.

6. Drehströmungswirbler nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßrohre (12; 26 bis 30) axial verschiebbar angeordnet sind.

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