DE2220534B2 - Drehströmungswirbler zur Sichtung und Abscheidung feinkörniger Partikel - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Drehströmungswirbler zur Sichtung feinkörniger Partikeln. 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 Partikeln 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 Partikeln ist ein dem Partikeleinlaß umgebender und 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 Partikeln 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 ausgetragen werden.

Derartige bekannte Drehströmungswirbler weisen auch für feinste Teilchen einen sehr hohen Abscheidegrad auf, wie aus dem in F i g. 1 gezeigten Diagramm hervorgeht In diesem Diagramm ist der Abscheidegrad über den Teilchendurchmesser aufgetragen, wobei der Fraktionsentstaubungsgrad eines herkömmlichen Drehströmungswirblers durch die Kurve I gekennzeichnet ist Aus dieser Kurve ergibt sich, daß praktisch alle Teilchen, die größer als 5 μ sind, hundertprozentig abgeschieden werden. Dabei werden aber auch Teilchen, die kleiner als S μ sind, mit in den Bunker abgeschieden. Bei einer Sichtung sollen demgegenüber Partikeln 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 μ dargestellt. Es ist nun schon versucht worden, einen Drehströmungswirbler zur Sichtung auszubilden, indem der Zweitluftvordruck und/oder die Vordrehung 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, daß allein das Fahren mit verminderter Leistung nicht zu dem gewünschten Erfolg und einer einigermaßen scharfen Trennkurve führt.

Der Erfindung liegt 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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 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 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 Rolationsströmung ausgeschleuderten Partikeln in den Partikelauslaß abgeführt. Damit ist also eine schärfere Trennung der Partikeln nach Korngröße als bei einem mit verminderter Leistung gefahrenen Drehströmungswirbler möglich.

Um zusätzlich die Bedingungen für eine scharfe Trennung der Partikeln 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 Partikeln dient.

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

Zur Trennung der aus dem Drehströmungswirbler noch abströmenden Partikeln ist es ferner möglich, daß der Auslaß aus mehreren konzentrischen Rohren besteht Da die Partikeln nämlich auf Grund ihrer unterschiedlichen Größe durch 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 Partikeln auf verschiedenen konzentrischen Ringbahnen bereits eine weitere Sichtung der bis zur Höhe der Zweitluftdüsen noch nicht abgeschiedenen Partikeln erreicht werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Auslaßrohr oder die konzentrisch angeordneten Rohre ebenfalls axial verschiebbar angeordnet sind.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher dargestellt. Dabei zeigt

F i g. 1 das schon erwähnte Diagramm für den Fraktionsentstaubungsgrad,

F i g. 2 a den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Drehströmungswirblers im Längsschnitt,

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

F i g. 3 die Ausbildung des Auslasses in Form mehrerer konzentrischer Rohre.

F i g. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines derartigen Drehströmungswirblers. Dieser Wirbler weist dabei eine zylindrische Wirbelkammer 1 auf, in die von unten ein Einlaßrohr 2 für die zu sichtenden Partikenl hineinragt. Dabei ist erfindungsgemäß 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 Leitschaufeln 4 angeordnet sein, um den zugeführten Partikeln zusammen mit der Trägerluft einen Drall zu erteilen. Die Partikein treten dann zusammen mit der Trägerluft in Form einer Rotationsströmung in die eigentliche Wirbelkammer 1 ein. Die schwereren Partikeln werden dabei sofort oberhalb der Mündung 3 des Einlaßrohres 2 nach außen geschleudert und gelangen in die Nähe der Innenwandung der Wirbelkammer. Es ist aber auch möglich, eine ausreichende Drallanregung auch ohne Leitschaufeln allein durch den über der Einlaßmündung 3 nach innen umgelenkten Strömungsast der äußeren Umlaufströmung zu erreichen.

Oberhalb der Mündung 3 des Einlaßrohres 2 ist ferner ein Kranz von Zweitluftdüsen 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 Partikeln erfaßt und über einen das Einlaßrohr 2 umgebenden und mit einer Blende 8 verengten Ring-SDaIt 9 nach unten in einen Bunker 10 abgeführt, von wo sie über einen Auslaß 11 nach außen geleitet werden können.

Durch die Zweitluft, die über den Düsenkranz 5 zugeführt wird, werden somit alle Partikeln in den Bunker 10 abgeführt, die unterhalb der Düsen £ bereits ausgeschieden und in die äußere Umlaufströmung gelangt sind. Kleinere Partikeln, 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 Partikeln 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. Auf Grund der unterschiedlichen Masse der zugeführten Partikeln wirken auf sie auch unterschiedliche Fliehkräfte ein. so daß die Bahnen, auf denen die Partikeln nach außen geschleudert werden, verschieden sind. Das bedeutet, daß größere Partikeln sehr schnell nach Eintritt in die Wirbelkammer nach außen geschleudert werden, 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 Einlaßmündung3 Partikeln einer bestimmten Größe bis zur Wirbelkammerwandung nach außen gewandert sind. Von der äußeren Umlaufströmung werden somit nur die Partikeln abgeschieden, die unterhalb des Düsenkranzes 5 bis zur Wirbelkammerwandung gelangt sind.

Dabei kann das Auslaßrohr 12 selbst noch zusätzlich zur Festlegung des Grenzkornes herangezogen werden. Es werden nämlich in der Wirbelkammer alle die Partikeln nicht abgeschieden, die bereits in das Auslaßrohr 12 gelangt sind. Das heißt, alle Partikeln, die bis in Höhe der Unterkante 13 des Auslaßrohres auf Grund der auf sie einwirkenden Fliehkräfte an einem Punkt der Wirbelkammer angelangt 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 Partikeln 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 Partikeln abgeschieden werden; d. h., durch diesen Abstand ist die Größe des Grenzkornes in ziemlich engen Grenzen festlegbar. Somit kann durch Veränderungen dieses Abstandes auch ein 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 vollständigen Abscheidung der gröberen Fraktion möglich, wobei sich eine Trennkurve etwa nach dem Kurvenzug IV aus Fi v. 1 ergibt. Wie der Kurvenverlauf zeigt, ist damit eine erheblich bessere Annäherung an die ideale Trennkurve II erreichbar als nach Kurve III allein durch Leislungsverminderung herkömmlicher Drehströmungswirbler. Wie in der Beschreibung zu F i g. 2 bereits ausgeführt, befinden sich die Partikeln unterschiedlicher Größe in einer bestimmten Höhe der Wirbelkammer auch in unterschiedlichen Abständen zur Achse. Diese Tatsache kann zu einer zusätzlichen Sichtung der vom Düsenkranz S nicht mehl· erfaßten Partikeln ausgenutzt werden, wie das in F i g. 3 dargestellt ist. Auf der Abströmseite der Wirbelkammer ist nunmehr nicht nur ein einzelnes Auslaßrohr angeordnet, sondern es sind nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel fünf konzentrische Auslaßrohrc 26 bis 30 vorgesehen, wodurch sich ein axialer Auslaß 20 und fünf dazu konzentrische Auslaßringspalte 21 bis 25 ergeben. Dadurch werden von jedem Ringspalt Partikein erfaßt, die sich auf einem anderen Durchmesser der Wirbelkammer oberhalb des Düsenkranzes S befinden. Wie aus den zugehörigen Angaben neben den Auslaßleitungen 31 bis 36 zu ersehen ist, werden durch den axialen Kanal20 die feinsten Partikeln und

ίο nach außen über die einzelnen Ringspalte 21 bis 25 jeweils Partikeln 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 Einiaßrohr2 als auch die konzentrischen Auslaßrohre 26 bis 36 axial verschieblich in den Halterungen 14 bzw. 15 geführt sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Drehströmungswirbler zur Sichtung und Abscheidung feinkörniger Partikeln mit einer zvlindrischen Wirbelkammer, einem koaxialen Partikeleinlaß in der einen Stirnseite und einem koaxialen Auslaßrohr in der anderen Stirnseite, tangentialen und dem Partikeleinlaß schräg entgegengerichteten Zweitluftdüsen im Wirbelkammermantel sowie mindestens einem Partikelauslaß, der den Partikeleinlaß konzentrisch umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Partikeleinlasses (3) höchstens die Häute der Querschnittsfläche der Wirbelkammer (1) beträgt und daß die Zweitluftdüsen (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 Auslaßrohres dicht oberhalb der Einmündungen der Zweitluftdüsen (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.