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Fliehkraftabsche ider Die Erfindung betrifft einen Fliehkraftabaoheider
zum Abscheiden von festen und flüssigen Stoffen aus Gasströmen in einer Wirbelkammer,
der Einrichtungen zum Abschälen und anschließenden Sammeln der mit Flüssigkeit bow.
mit Festetoffen angereichrten Randechicht des Gasstroms enthält.
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Fliehkraftabscheider werden zum Entstauben oder zum Trocknen von
Gasen, beispielsweise zum Trocknen von Dampf in Iampfkraftwerken eingesetzt. Dabei
durchläuft das zu reinigende bzw. zu trocknende Rohgas wendelfbrmig die Wirbelkammer.
Aufgrund der unterschiedlichen assenträgheiten von Gasmolekülen und flüssigen bzw.
festen Partikeln werden letztere unter der Wirkung der Fliehkraft bevorzugt nach
außen getragen und sammeln sich im Bereich der Wirbelkammerwand. Die Wirkung der
Fliehkräfte kann dabei noch unterstützt werden durch vom Gas ausgeübte Schleppkräfte,
was bei den bekannten Drehströmungswirblern der Fallist,bei denen die Gasströmung
radiale Geschwindigkeitskomponenten aufweist.
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Bei Fliehkraftentstaubern, bei denen das Reingas und die Partikel
am gleichen Ende aus der Wirbelkammer austreten, wird der Reingasstrom aus dem Zentrum
der Wirbelkammer abgezogen, da dort die niedrigste Konzentration an Partikeln vorliegt.
Hierzu werden Tauchrohre verwendet. Im Bereich dieser Abzugselemente bilden sich
stets Sekundärströmungen aus, die Radialkomponenten besitzen und dadurch einen Teil
der ausgetragenen Partikel wieder in den Reingasstrom transportieren. Zu diesen
Sekundärströmungen zählen z.B.
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die bekannten "2eetassenwirbel", Um einem derartigen ungewollten Pustritt
von Partikeln aus den Tauchrohren zu entgehen, werden im allgemeinen Fliehkraftabscheider
bevorzug, bei denen das Reingas und die abgeschiedenen Stoffe an gegenüberliegenden
Enden der Wirbelkammer abgezogen S werden. Dies ist z.B. bei den bekannten rehstrb.mungsentstaubern
der
Fall.
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Es hat a sich aber bei diesen Drehströmungsabscheidern gezeigt, daß
durch WandreibungNund duroh Grenzsohiohtablösung an der Wirbelkammerwand sich störende
Wirbel und Wirbelschläuche ausbilden, die eine ttarke Einwärtsströmung der gasförmigen
Medien verursachen. Von diesen Einwärtsströmungen wird ein Teil der abzuscheidenden
Teilchen am Austragen aus der Rotationeströmung gehindert, und schon ausgetragene
Teilchen werden der axialen Strömung wieder zugeführt, so daß diese Teilchen die
Wirbelkammer durch den Reingasauslaß verlassen.-Um diese Erscheinungen zu unterdrücken
wurde in der deutschen Auslegeschrift 1 507 847 vorgeschlagen, koaxial zum Reingasauslaß
und anschließend an diesen einen Ringschlitz als Gasaustritt und koaxial zu diesem
und angrenzend an die Wirbelkammerinnenwandung einen weiteren Ringschlitz als Gaszufuhr
vorzusehen und beide Ringsohlitze über ein Gebläse miteinander zu verbinden. Durch
diese Maßnahme wird um die innere Rotationsströmung ein Wirbelsohlauch gelegt, der
verhindern soll, daß die erwähnten Turbulenz-und Ablöseerscheinungen im Wandbereich
der Wirbelkammer auf die innere Rotationeströmung übergreifen und ihrbereits abgeschiedene
Partikel wieder zuführen. Zur Stabilisierung des Wirbelcohlauohes und damit zur
Verbesserung seiner Wirkung hat man auch zusätzlich im Randbereich der Wirbelkammer
einen ringförmigenSchaufe1kranz
angeordnet, durch welch, die aus
dem Randbereich abgezogene Gasmenge als sogenannte Zweitluft wieder in die Wirbelkammer
eingeblasen wird und dadurch deren Drall erhöht.
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Solche Zusatzeinrichtungen zum vollständigen Abziehen von aus der
Rotationsetrömung ausgetragenen Partikeln sind Je doch verhältnismäßig aufwendig
und erfordern neben dem konstruktiven Aufwand auch den Einsatz von leistungsfähigen
Gebläsen und einen entsprechenden zusätzlichen Energieaufwand.
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Ähnliche Schwierigkeiten stehen der Erzielung von hohen Absoheideeraden
bei Fliehkraftabscheidern zum Absoheiden.von Flüssigkeiten aus Gasströmen entgegen,
also etwa beim Trocknen von Wasserdampf. Derartige F11ehkrafttrockner sind vorzugsweise
so aufgebaut, daß der Gasstrom die Wirbelkammer rotierend in Aufwärtorichtung durchläuft
und das getrocknete Gas die Wirbelkammer am oberen Ende die abgeschiedene Flüssigkeit
dagegen die Wirbelksmmer am unteren Ende verläßt. Insbesondere bei der Bewältigung
hoher Durchsätze und beträchtlicher Absoheidemengen treten spezifische Probleme
auf. Zwar wird die Hauptmenge der an der Wirbelkammerwand abgeschiedenen Flüssigkeit
aufgrund der Schwerkraftwirkung entlang der Wirbelkammerwand nach unten abgeleitet,
ein kleinerer Gell der abgesohiedenen Flüssigkeit wird Jedoch durch die kräftige
Aufwärteströmung des Gases an der Wirbelkammer entlang
nach oben
trieben. Die hohe Gasgeschwindigkeit führt darüber hinaus zu einem Kräuseln" der
aufwärts getriebenen Flüssigkeitsschicht und zu einem dadurch begünstigten Herausreißen
von Flüssigkeitströpfohen aus dieser Schicht durch das Einschlagen von ausgetragenen
Flüssigkeitströpfchen oder auch allein duroh die Wirkung der hohen Gasgeschwindigkeit.
Im Randbereich der Gasströmung befindet sich deshalb stets ein feiner Tröpfchennebel.
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Zwar läßt-sioh die durch die Gasströmung an der Wirbelkammerwand
entlang getriebene Plüssigkeitasohioht in Ringkragen sammeln und sich von dort durch
Pumpen abziehen, Jedoch ist der Aufwand für die Abzugseinriohtungen verhältnismäßig
groß und der Tröpfchennebel wird dadurch nicht erfaßt, sondern bildet weiterhin
eine Quelle, durch die dem Reingasstrom wieder Flüssigkeit beigemischt wird.
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Das geschilderte Problem tritt noch verstärkt in Erscheinung, wenn
die Wirbelkammer nicht stehend,sondern liegend angeordnet ist und entsprechend in
Form einer horizontalen Wendel durchströmt wird.
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Um eine besonders vollständige Abscheidung zu erreichen, ist man
aus den Weg gegangen, die mit ausgetragenen Partikeln angereicherte Randsohicht
der Gass.trömung am Ausgang der Wirbelkammer abzusohälen und einem Nachabsoheider
zuzuführen.
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Eine derartige Anordnung von einem Vorabscheider und einem Nachabscheider
ist z.B. in der Zeitschrift t C Z -Chemie-Teohnitf 1. Jahrgang (1972) Er. 5 S. 231-234
beschrieben.In dieser Anlage wird der aus dem Naohabsoheider austretende Reingasstrom
dem vom Vorabscheider kommenden Reingaeßtrom wieder zugeführt. Wegen des durch die
Nachabscheidung aufgetretenen iruokverlustes ist dies Jedoch nur unter Zwischenschaltung
einer Pumpe möglich. Die in dieser Anlage erzielten hohen Abscheidegrade werden
leider durch einen sehr hohen apparativen Aufwand bezahlt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fliehkraftabscheider
der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher mit einfachen Mitteln eine zuverlässige
und praktisch vollständige Abfuhr von aus der Gasströmung ausgetragenen festen oder
flüssigen Stoffen gewährleistet.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe für einen Fliehkraftabecheider der
eingangs genannten Art dadurch, daß wenigstens in der Nähe des Reingagsaustritts
der Wirbel kammer Abschäleinrichtungen vorgesehen sind, und daß für die abgeschälte
und gesammelte, mit abgeschiedenen Feststoffen bzw. Flüssigkeit beladene Gasmenge
eine Rüokführleitung vorgesehen ist, die an einer aolohen-Stelle in den Rohgasstrom
einmündet, wo dieser einen geringeren Gasdruck aufweist, als er in der Randechioht
des Gasstroms in der Wirbelkammer herrscht.
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Dadurch ist es möglich, der Wirbelkammer die abgeschälte Gasmenge
vollständig wieder zuzuführen und einem neuerlichen Qbscheideprozeß zu unterziehen,
ohne daß für die Rückführung eine Pumpleistung erbracht werden müßte. Vielmehr wird
die abgeschälte Gasmenge wegen des zwischen der Randschioht des Gasstroms in der
Wirbelkammer und der Wiedereinmündungsstelle in den Rohgasstrom bestehenden iruckgefälles
selbsttätig vom Rohgasstrom angesaugt. Die selbsttätige Ansaugung läßt sich deshalb
einfach verwirklichen, weil der Druck in der Wirbelkammer zum Wirbelkammermantel
hin zunimmt und eben dort ein Maximum erreicht.
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Die Erfindung eignet sich im besonderen Maße für Fliehkraftabscheider,
in denen Flüssigkeiten abgeschieden werden, weil die Flüssigkeit sich in der Nähe
des Reingasaustritts in einer relativ dünnen Randsohicht konzentriert.
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Da an den Äbschälstellen eine Saugwirkung auftritt, wird nicht nur
die dort auflaufende kompakte Flüssigkeitsschicht abgezogen, sondern auch der weiter
in das Wirbelkammerinnere hineinragende Tröpfohennebel. Die vor dem Reingasaustritt
angeordneten Abschäleinri¢htungen befreien den Gasstrom also praktisch völlig von
seiner 1?lUssigketsbeladung und ermöglichen somit eine hervorragende Trocknung deß
duroh den AbScheider hindurch geleiteten Gasstroms.
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Eine ähnliche Wirkung tritt bei Fliehkraftentstaubern auf. Bei ihnen
nimmt vor dem Reingasaustritt die 6taubbeladung des Gasstroms zum Wirbelkammermantel
hin zu und steigt in der Randsohloht unmittelbar vor dem Wirbelkammermantel besondern
steil an. Die Erfindung macht es also möglich, auch hier eine stark beladene flandschicht
des Gasstroms abzuziehen und auf einfachste Weise dem Rohgas wieder zuzuftihren.
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In den Fällen, wo große Abscheidemengen zu bewältigen sind, kann
es vorkommen, daß die in der Nähe des Reingasaustritts angeordneten Absohäleinrichtungen
nicht ausreichen, um die gesamte anfallende abgeschiedene Stoffmenge aus der Wirbelkammer
abzuziehen. Es ist dann zweckmäßig, mehrere Abschäleinriohtungen mit Abstand hintereinander
am Wirbelkammermantel vorzusehen. Dabei kann es vorteilhaft sein, den hintereinander
angeordneten Abschäleinrichtungen Jeweils eine eigene Rückführleitung zuzuordnen.
Im Fall von zwei Abschäleinrichtungen hat nämlich die erste die Hauptmenge der Flüssigkeit
aufzunehmen, während die zweite Abschäleinrichtung nur noch eine Nachabscheidung
vornimmt. Praktisch sieht das Bo aus, daß auf die erste Abschäleinriohtung ein dicker
Flüssigkeitsfilm zuströmt, auf die zweite Abschäleinrichtung Jedoch nur noch ein
dünner Film oder auch nur noch Flllssigkettssträhnen. Bei dünneren Filmen wirkt
sich nun aber die Wandreibung stärker aus als bei dicken Filmen, d.h. , bei dünnen
Filmen fließt die Masse des Films langsamer als bei dicken Filmen.
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Deshalb benötigt man zum Absieben von dünnen Filmen höhere Schleppgasgesohwindigkeiten
und zu deren Verwirklichung eine höhere Druckdifferenz zwischen der Äbschäleinrichtung
und der Einmündung der Rückführleitung in den-Hohganstrom.
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Die unterschiedlichen Druokdifferenzen erzielt man am günstigsten
dadurch, daß man für die Abschäleinrichtungen jeweils gesonderte Rüokführleitungen
vorsieht, die Jeweils im Bereiche unterschiedlichen Druoks einmünden, so daß in
der Hegel der ersten Absohäleinrichtung die niedrigste und der letzten Abschäleinrichtung
die höchste Druckdifferenz zugeordnet ist.
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Vorteilhafterweise ist bei einem derartigen Fliehkraftabscheider
zur Abfuhr der durch die Abschäleinrichtungen abgezogenen Feststoffe bzw. Flüssigkeit
eine gesonderte, mittelbar oder unmittelbar von der Xückführleitung abzweigende
Abströmleitung vorgesehen. Durch diese Abströmleitung gelangt der Hauptteil der
in der ltüokführleitung mitgeführten Flüssigkeits- oder Staubmenge nicht wieder
in die Wirbelkammer sondern direkt in einen Auffangtank oder in einen Bunker.
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Lediglich der kleinere Teil der abgeschiedenen Stoffmenge wird mit
dem Gasstrom wieder dem Rohgas zugeführt und damit einem nochmaligen Absoheidevorgang
unterzogen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindung.-gehoben Pliehkraftabsoheider.
mündet die Rückführleitung
in die zentrale Wirbelsenke der Wirbelkammer.
Die Wirbelsenke ist besonders geeignet zum Wiederzuführen der auvor abgezogenen
Gasmenge weil sie der Ort des niedrl4-orten Drucks innerhalb der Wirbelkammer ist
und deshalb eine besonders hohe Aufnahmefähigkeit zeigt. Duroh das Ausnutzen der
maximalen in der Wirbelkammer auftretenden Druckdifferenz steht gleichzeitig an
den Austrittsöffnungen der Abschäleinrichtungen eine hohe Saugkraft zur Verfügung
und begünstigt dadurch das Abziehen der flüssigkeits- bzw. staubbeladenen Randschicht
der Rotationsströmung.
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Zweckmäßigerweise mündet die Rückführleitung koaxial und in Richtung
auf den Reingasauslaß in die zentrale Wirbei senke. Auf diese Weise wird das ursprüngliohe
Strömungsbild der Wirbelkammer am wenigsten beeinflußt, so daß die Auetragfähigkeit
der Rotstionsstrdmung nahezu unbeeinflußt bleibt.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, daX die aüokführleitung tangential
in die zentrale Wirbelsenke mündet. Diese Ausführungsform eignet sich besonders
für
Flüssigkeitsabscheider, die von dem rotierenden Gasstrom in
Aufwärtsrichtung durchlaufen werden, und bei denen die Flüssigkeit am unteren Ende
abgezogen wird. Bei einem derartigen Fliehkraftabscheider kann man leicht auf eine
von der Rückführleitung abzweigende Abatrömleitung für die Flüssigkeit verzichten.
Statt dessen fließt die Flüssigkeit aus der Mündung der Rüokführleitung in die Wirbelkammer
und gelangt unter der Wirkung der Schwerkraft und mit Unterstützung der gleichsinnig
umlaufenden Rotationsströmung in der Wirbelkammer auf deren Boden, wo sich der HauptabfluB
befindet. Dabei ist der Teil der von der Gasströmung mit nach oben gerisebenen Flüssigkeitsmenge
dann besonders klein, wenn die Rückführleitung mit einer Abwärtsneigung in die Wirbelsenke
der Wirbelkammer mündet.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fliehkraftabscheiders mündet die Rückführleitung vor deren Eintritt in die Wirbelkammer
in eine Einschnürung in der Rohgaszuführleitung. Durch die Einschnürung wird in
der Rchgaszuführleitung eine Taillenströmung erzeugt in der ein Unterdruck herrscht.
Wenn in diesen Unterdruckbereich die Rückführleitung einmündet, so tritt eine gleichartige
Saugwirkung auf wie bei der Einmündung in die Wirbel senke der Wirbelkammer. Das
Strömungsbild in der Wirbelkammer bleibt durch die Einmündung der Rückführleitung
in die Rohgaszuführleitung völlig unbeeinflußt.
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In vorteilhafter Weiterbildung ragt bei einem solchen Fliehkraftabscheider
zur Steigerung der Saugkraft das Ende der Rückführleitung in einem merklichen Winkel
zum Rohgasstrom in das Innerejder Rohgaszuführleitung hinein.
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Dies bedeutet eine weitere Verengung des Quersohnitt.
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der Rohgaszuführleitung sowie, dadurch ausgelöst, eine Umströmung
der Mündung der Rückführleitung mit erhöhter Geschwindigkeit deshalb mit erhöhter
Saugwirkung, In vielen Fällen kann es schon ausreichen, wenn die Rückführleitung
in die Rohgaszuführleitung hineinragt, ohne daß diese an der gleichen Stelle eine
Einschnürung besitzt, da Ja bereits durch die bloße Umströmung des Endes der Rückführleitung
der Druck im Rohgasstrom lokal herabgesetzt wird.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung eines derartigen Fliehkraftabscheiders
ist zur Steigerung der Saugkraft ein Abschnitt der Rohgaszuführleitung nach Art
einer Strahlpumpe ausgebildet, deren Ansaugleitung die Rückführleitung für die in
der Wirbelkammer abgeschälte Gamenge ist. Dadurch wtrd in Jedem Fall eine hohe Saugleistung
gewährleistet.
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Bei den erfindungsgemäßen Fliehkraftabscheidern sind die Einrichtungen
zum Abschälen der Randachioht zweokmßige.rweise Schlitze im WirbelksmmQrmantex Die
Schlitze können prinzipiell in einem beliebigen Winkel zur Strömungaricheung des
Gases angeordnet sein. Zweckmäßigerweise verlaufen sie Jedoch mit einem nennenswerten
Winkel zur Strömungsrichtung des Gases
Am wirkungsvollsten sind
die Schlitze, wenn sie im rechten Winkel zur Strömungsrichtung verlaufen. Dies ist
in den meisten Fällen allerdings herstellungstechnisch mit einigem Aufwand verbunden,
so daß die Schlitze vorzugsweise entweder quer oder parallel zur Achsrichtung der
Wirbelkammerwand verlaufen. Diese Ausbildung ist herstellungstechnisch am einfachsten.
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a) Vorzugsweise besitzen die Schlitze eine scharfe Anströmkante. Sie
verhindert die Ausbildung von Turbulenzen, durch die bereits abgeschiedene Partikel
wieder in das Innere der Wirbelkammer zurückgetragen werden können.
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Eine ebenfalls günstige Wirkung ist mit einer strömungstechnisch
guten Abrundung derangeströmten Schlitzkante zu erreichen. Auch dabei wird die Gas
strömung in der Wandzone ohne störende Turbulenz und ohne Wirbelbildung aufgeteilt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei zeigen: Fig. 1 einen in Aufwärtsrichtung durchströmten Fliehkraftabscheider
zur Abscheidung von Flüssigkeit, Fig. 2 den Schnitt II-II durch den Fliehkraftabscheider
gemäß Big. 1 Fig. 3 einen in Aufwärtsrichtung durchströmten Fliehkraftabscheider
für Flüssigkeiten mit zwei hintereinander liegenden Einrichtungen zum Abschälen
der RBndschioht,
Fig. 4 einen in Aufwärtsriohtung durchströmten
Fliehkraftentstauber, Fig. 5 einen in Abwärterichtung durchströmten Fliehkraftabscheider,
Fig. 6 den Schnitt VI-VI des Absoheiders gemäß Fig. 5, Fig. 7 einen waagerecht durchströmten
Fliehkraftabsche ider, Fig. 8 einen weiteren waagerecht durchströmten Fliehkraftabscheider
mit anderer Anordnurlg der Einrichtungen zum Abziehen der Randschicht Fig. 9 den
Schnitt IX-IX durch den Abecheider gemäß Fig. 8, Fig. 10 einen in Aufwärtsrichtung
durchströmten Fliehkraftabscheider mit besonders einfaoher Rückführung, Fig. 11
den Schnitt XI-XI durch den Absoheider gemäß Fig. 10, Fig. 12 einen Fliehkraftabscheider
mit Rückführung in die Rohgaszuführleitung,
Fig. 15 einen Fliehkraftabscheider
mit vorgeschaltetem Gasetrahler, Fig. 14 - verschiedene Ausführungen von Sohlitzen,
18 duroh die die Randschicht der Gasströmung aus der Wirbelkammer abgezogen wird,und
Fig. 19 eine Skizze zur Veranschaulichung der Lage der Schlitze in bezug auf die
Strömungsrichtung in der Wirbelkammer.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Fliehkraftabsoheider, -der zum Abscheiden
großer Flüssigkeitsmengen aus Gasen.geeignet ist. Das Rohgas wird der Wirbelkammer
1 tangential über eine Rohgaszuführleitung 3 zugeführt, durchströmt die Wirbelkammer
1 in Aufwärtsrichtung und verläßt als Ru in gas die Wirbelkammer durch einen Reiasaustritt
4 am oberen Ende der Wirbelkammer 1.
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Aufgrund des tangentialen Einlaufs des Rohgases durchläuft dieses
die Wirbelkammer wendelförmig, wodurch die im Gasstrom enthaltene Flüssigkeit bevorzugt
nach außen getragen wird, sich am Wirbelkammermantel 2 sammelt und unter der Wirkung
der Schwerkraft als dicker Film entlang des Wirbelkammermantels nach unten abfließt
und die Wirbelkammer durch einen Abfluß 5 verläßt.Insbesondsre bei höheren Gasgeschwindigkeiten
wird Jedoch ein dünner Flüssigkeitsfilm vom Gas nach oben geschoben. Dieser Flüssigkeitsfilm
ist nicht etwa glatt, sondern wegen - t
der kräftigen Gasreibung
stark gekräuselt. Aus ihm können durch die Gaeströmung Tröpfchen herausgerissen
werden; weitere Tröpfchen werden durch auftreffende oder wieder auftreffende Tröpfchen
aus dem Film herausgeschlagen0 Dadurch bildet sich über dem Plüesigkeitsfilm stets
ein Tröpfohennebel aus, der zusammen mit dem hoohgeschoben Flüssigkeitsfilm dem
aus der Wirbelkammer außtretenden Reingas wieder beigemischt wird, wenn nicht Maßnahmen
getroffen werden, die dies verhindern.
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Es ist deshalb am Ende der Wirbelkammer ein Ringschlitz 6 vorgesehen,
der in einen Ringraum 7 mündet, von dem aus eine Rückführleitu8abgeht, die von unten
wieder in die Wirbelkammer eintritt und deren Mündung 9 in der Wirbelsenke der Wirbelkammer
1 liegt.
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In der Rotationeströmung in der Wirbelkammer herrscht in der Wirbelsenke
im Bereich der Wirbelkammerachse stets der niedrigste Gasdruck, während der Druck
zum Wirbelkammermantel hin ansteigt und dort sein Maximum erreicht.
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Zwischen dem Ringschlitz 6 und der Mündung 9 der Rückführleitung 8
besteht also eine Druckdifferenz, durch die nicht nur der am Wirbelkammermantel
2 hochgetriebene Flüssigkeitsfilm, sondern auch der über dem Flüssigkeitsfilm liegende
Tröpfchennebel abgesaugt wird.
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Der Schlitz besitzt eine scharfe Anströmkante 11, die verhindert,
daß Turbulenzen entstehen, durch die ein Teil der in der Randschicht der Strömung
vorhandenen Flüssigkeit wieder zur Wirbelkammerachse hin getragen wird
und
zusammen mit dem reingas die Wirbelkammer verläßt.
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Der über dem dünnen Flüssigkeitsfilm lagernde Tröpfchennebel wird
durch die Schleppwirkung des abgesaugte Gases aus der Wirbelkammer abgezogen. Das
Schleppgas weist dabei im Ringschlitz 6 ete hohe Abzugsgeschwindigkeit auf, die
in der Größenordnung der quer zum Schlitz verlaufenden Geschwindigkeitskomponente
des Gases in der Wirbelkammer liegt, vorzugsweise aber über dieser Gasgeschwindigkeit
liegt.
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Der Hauptteil der in der Rückführleitung 8 abwärts strömenden Flüssigkeitsmenge
fließt durah einen Abfluß 10 ab £ der am tiefsten Punkt der Rückführleitung 8 von
dieser abzweigt. Der Rest der Flüssigkeit wird vom Gasstrom mitgeschleppt, in die
Wirbelsenke der Wirbelkammer 1 entlassen und somit einem erneuten Abscheidevorgang
unterworfen. Bei der zentralen Einleitung des zurückgeführten Gases in die Wirbelsenke
wird das Strömungsbild in der Wirbelkammer nur wenig beeinflußt, der Vorgang des
Austragens der Plüssiggleit aus der Strömung zum Wirbelkammermantel 2 hin bleibt
praktisch ungestört.
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Fig. 3 zeigt einen Fliehkraftabscheider zum Abscheiden großen Mengen
Flüssigkeit, der sich besonders fü hohe Gasgesohwindigkeiten eigent. Analoge Teile
sind mit den gleichen jedoch mit dem Zusatz a versehenen Bezugszeichen Wie in den
Figuren 1 und 2 gekennzeichnet.
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Bei hohen Gaßgeschwindigkeiten werden dickere Flüssigkeitsfilme von
der Gasströmung nach oben getrieben. Die größeren Flüssigkeitsmengen können die
Kapazität des vor dem Reingasaustritt 4a liegenden Ringsohlitzes 6a übersteigen.
Deshalb sind weitere Schlitze in der Wirbelkanerwand 2a vorgesehen. Diese Schlitze
12 verlaufen etwa quer zur Strömungsriohtung des Gases, besitzen also in bezug auf
die Strömungsrichtung eine Lage, in der sie ihre größte Wirksamkeit entfalten. Um
den gesamten aufwärtsströmenden Flüssigkeitsfilm zu erfassen sind mehrere dieser
Schlitze 12 kranzförmig am Wirbelkammermantel 2a angeordnet. Die länge der Schlitze
ist dabei so bemessen, daß sich benachbarte Schlitze in Strömungsrichtung des Gases
gesehen überlappen.
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Wie bei den Schlitzen 6a gelangt die abgezogene Flüssigkeit zusammen
mit dem Schleppgas in einen Ringraum 13, von dem alls eine Rückführleitung 14 den
Gasstrom in die Wirbelsenke der Wirbelkammer zurüokführt, während der Hauptteil
der in dem abgezogenen Gasstrom enthaltenen Flüssigkeit über einen Abfluß 16 abfließt.
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Die Ringkammern 7a und 13 haben keine Verbindung miteinander, vielmehr
werden die abgezogenen Randschichten über getrennte Rückführleitungen 8a und 14
in die Wirbelkammer 1 a zurückgeführt. Weil die Schlitze 12 einen dicken Flüssigkeitsfilm
aufnehmen und dadurch den Hauptteil der an der Wandung 2a der Wirbelkammer 1 a aufwärtsgetriebenen
Flüssigkeitsmenge abführen, wird der Ringschlitz 6a nur noch von
einem
dünnen Flüssigkeitsfilm angeströmt. Da der dicke Film wegen des geringeren Einflusses
der Wandreibung schneller fließt als der dünne Film, wird für seine Absaugung auch
nur eine geringere Druckdifferenz benötigt als für den dünnen Film.
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Die zum Absaugen erforderliche Druckdifferenz ist deshalb auch dann
noch groß genug, wenn die Mündung 15 der Rückführleitung 14 den zurückgeführten
Gasstrom in die weiter außenliegenden Bereiche des Wirbels entläßt. Das Schleppgas
durchströmt dabei die Schlitze 12 nur mit mäßigen Geschwindigkeiten im Bereich oder
unterhalb der Gasgeschwindigkeit in der Wirbelkammer. Die beiden Rückführleitungen
8a und 14 münden koaxial in die Wirbelsenke der Wirbelkammer, wobei die Rilckführleitung
8a das innere, die Rückführleitung 14 dagegen das äußere Rohr darstellt. Beide Kreise
verfügen dadurch silber eine ausreichende Druckdifferenz und die Saugfähigkeit der
Wirbelsenke wird rationell ausgenutzt, weil flir jede Shljtzreihe nur die notwendige
Druckdifferenz angelegt ist.
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Die Fig'. 4 zeigt @ in en einen Drehströmungsentstauber. Das Abnehmen
und Rückführen der Randschicht der Gasströmung geschieht in entsprechender Weise
wie bei den vorstehend beschriebenen Fliehkraftabscheidern. Analoge Teile sind-deshalb
mit den gleichen, jedoch mit dem Zusatz b versehenen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Allerdings stellt die Abscheidung von Feststoffen einige besondere
Anforderungen, insbesondere an die Deitungsführung.
Ein Ringraum
wie in den Fig. 1 bis 5 gezeigt, aus dem lediglich eine Rückführleitung nach unten
führt, wäre nämlich ungeeignet zur Abfuhr der durch den, Schlitz tretenden Staubmenge.
Diese würde sich vielmehr im Ringraum ansammeln und diesen allmkhlloh verstopfen.
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Der gezeigte Fliehkraftentstauber besitzt deshalb anstatt eines Ringschlitzes
einen Kranz von schräg verlaufenden Schlitzen 12b, von denen jeweils eine eigene
Rüokführleitung 14b abgeht. Die Rückführleitungen weisen in ihrem Verlauf keine
scharfen Knicks auf, sondern weisen nur Krümmungen auf, die dem durchströmenden,
mit Staub beladenden Gasstrom eine schlichte Strömung gestatten. An keiner Stelle
der Rückführleitungen kann sich in unerwünschter Weise Staub ablagern.
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Alle Rückführleitungen münden mit starker Abwärtsneigung in einz
gemeinsamen Sammeltrichter 17 an dessen unterem, spitzen Ende sich ein Abfluß 16b
befindet. Aufgrund der Schwerkraft und der 'l'rägheitskrEfte der Staubpartikel trennen
sich diese im Sammeltrichter 17 vom Schleppgas und fließen durch den Abfluß 16b
ab, während das Schleppgas mit Restbestandteilen des Staubes durch die Leitung 18
nach oben hin in die Wirbelsenke der Wirbelkammer 1b abgesaugt und einem erneuten
Abscheidevorgang unterzogen wird.
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Den Erfordernissen der Feststoffabfuhr entsprechend sind bei den
gezeigten Fliehkraftabstaubern sowohl der untere Boden der Wirbelkammer als auch
der Hauptabfluß 5b mit starker Abwärtsneigung angeordnet.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen einen Fliehkra.ftabscheider für Flüssigkeiten
mit einem axialen Rohgaseintritt 29 und einem axialen Reingasaustritt 20, dessen
wirbel; kammer 27 in Abwärtsrichtung durchströmt wird. Die Anregung der Rotationsströmung
geschieht duroh einen Hohlschaufelstern 21, der am Rohgaseintritt 29 schematisch
dargestellt ist.
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Vor dem Reingasaustritt 20 befinden sich zwei Ringschlitze 22 und
25 in geringem Abstand voneinander.
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Deshalb münden beide Schlitze in den gleichen Ringraum 24, von dem
aus eine Rückführleitung 25 nach oben abgeht und sich in einen Ansaugstutzen 26
fortsetzt, der in die zentrale Wirbelaenke der Wirbelkammer mündet und gleichzeitig
als Nabebzw. Halterung des Hohlschaufelsterns 21 dient.
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Während der erste Schlitz 22 den Hauptteil der ausgeschleuderten
Flllssigke itsmenge aufnimmt, nimmt der zweite Schlitz 23 den Rest der Flüssigkeit
quantitativ auf. Die Flüssigkeitsmenge fließt über einen am Boden des Ringraums
24 angeordneten Abfluß 28 abt Fig. 7 zeigt einen zur Absoheidung von Flüssigkeit
bestimmten Fliehkraftabscheider mit axialem Rohgaseintritt 30 und axialem Reingasaustritt
31, dessen Wirbelkammer
32 mit horinzontal verlaufender Aohse
angeordnet ist. Die Anregung der Rotationsströmung geschieht über einen Leitschaufelkranz
33. Im unten liegenden BerefoW der Wirbelkammer 32 befindet sioh eine Anzahl von
zueinander parallelen Schlitzen 34, die annähernd quer zur Gasströmung verlaufen.
Diese Schlitze sind in der Lage, die gesamte anfallende Flüseigkeitsmenge aufzunehmen.
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Im oberen Bereich der Wirbelkammer 32 sind keine Schlitse erforderlich,
weil die dort abgeschiedene Flüssigkeit unter der Wirkung der Schwerkraft sowie
teilweise auoh unter der Wirkung der Gasströmung naoh unten getrieben wird. Durch
ihre Anordnung quer zur Strömungsrichtung enthalten die Schlitze 34 ihre größte
Wirksamkeit.
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Sämtliche Schlitze münden in den gleichen, unter halb der Wirbelkammer
32 angeordneten Sammelraum 35, in dessen Boden sich ein Abfluß 36 befindet, und
von dem seitlich eine Rückführleitung 37 fortführt, welche durch den Rohgaseintritt
30 koaxial in die Wirbelsenke der Wirbelkammer 32 mündet. Die Rückführleitung 37
dient dabei gleichzeitig als Nabe und Halterung für den leitschaufelkranz 33.
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Die Fig. 8 und 9. zeigen ausschnittsweise einen Fliehkraftabscheider
mit waagerechter Achse ähnlich wie in Fig. 7. Analoge Teile sind deshalb mit den
gleichen, Jedoch mit dem Zusatz o versehenen Bezugszeichen wie in Fig. 7 gekennzeichnet.
Der wesentliche Utatersohied
gegenüber dem in Fig. 7 gezeigten
Fliehkraftabscheider liegt in der-nordnung der Schlitze.
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Anstatt einer Reihe von quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Schlitzen
weist der in den Fig. 8 und 9 gezeigte Fliehkraftabscheider einen an der tiefsten
Mantellinie der Wirbelkammer 320 parallel zur Wirbelkainmerachse verlaufenden Schlitz
38 auf, durch den der überwiegende Teil der abgeschiedenen Flüssigkeit in den darunter
liegenden Sammelraum 35c abgeführt wird.
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zur Endabscheidung befindet sich vor dem Reingasaustritt 31c noch
ein weiterer in einer Radialebene verlaufender Schlitz 39, der Jedoch nicht um dengesamten
Wirbelkammermantel herumgeführt ist, sondern den oberen Teil der Wirbelkammer ausspart.
Auch der Schlitz 39 mündet in den Sammelraum 35c. Der Vorteil diese8 Fliehkraftabscheiders
im Vergleich zu dem Fig. 7 gezeigten liegt darin, dlaß sich Schlitze, die parallel
oder quer zur Wirbelkammerachse verlaufen, einfacher herstellen lassen als solche,
die schräg zur Wirbelkammerachse verlaufen.
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Die Fig. lo und 11 zeigen einen besonders einfachen Fliehkraftabscheider
mit tangentialem Rohgase intritt 41 und tangentialem Reingausaustritt 42, dessen
Wirbelkammer 40 in Aufwärtsrichtung durchströmt wird. Auch dieser Fliehkraftabscheider
eignet sich bevorzugt zur Abscheidung von Flüssigkeiten. Vor dem Reingasaustritt
42 befindet sich im Wirbelkammermantel ein Ringschlitz 43, durch den ~die Rand->
schicht
der Rotationsströmung in einen außen um die Wirbelkammer gelegten Ringraum 44 geführt
wird.
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Vom Boden des Ringraums 44 führt eine Rückführleitung 45 abwärts
und mündet unterhalb des Rohgaseintritte 41 in die Wirbelkammer 40. Die Rückführleitung
45 besitzt keinen gesonderten Abfluß für die abwärts strömende Flüssigkeit, vielmehr
wird diese ebenfalls in die Wirbelkammer 40 zurückgeleitet. Damit die Flüssigkeit
möglichst vollständig abgeführt wird, mUndet die Rüokführleitung 45 mit Abwärtsneigung
und außemittig in die Wirbelkammer. Zwar liegt die Mündung 46 der R5ckführleitung
nunmehr nicht mehr im Bereich des geringsten Gasdrucks, sondern etwas außerhalb
des Wirbelkerns, dafür wird Jedoch die aus der Rückführleitung aufließende Flüssigkeit
unmittelbar in die Rotationsströmung eingeleitet und erhält dadurch einen zusätzlichen
Bewegungsimpule in Richtung auf den Hauptabfluß 47. Der geschilderte Fliehkraftabscheider
ist offensichtlich sehr preisgünstig herzustellen.
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Anhand des in Fig. 12 gezeigten Fliehkraftabscheiders ist eine weitere
Möglichkeit dargestellt, wie man die zum Abziehen und Rückführen der Randschicht
der Rotationsströmung erforderliche Saugkraft erzielen kann. Bei dem gezeigten Fliehkraftabsoheider
mit tangentialem Rohgaseintritt 51 und axialem Reingasaustritt 56 dessen Wirbelkammer
50 in Aufwärtorichtung durchströmt wird, ist dies dadurch gelöst, daß die aus einem
Ringraum 55,
der einen nicht gezeigten Ringschlitz umgibt, abwärts
führende Rückführleitung 53 unmittelbar in die Rohgazuführleitung 52 einmündet,
und zwar so, daß das Ende 54 der Rüokführleitung ein Stück weit in die Rohgas strömung
hineinragt. Die durch die Schlitze abgezogene Gasmenge wird also direkt dem Rohgasstrom
wieder zugeführt. Dabei kann es je nach der mitgeführten Flüssigkeitamenge zweckmäßig.sein,
die Rückführleitung 53 mit einem gesonderten Abfluß für die Flüssigkeit zu versehen.
Falls Jedoch durch die Rückführleitung 53 nur eine geringe Flüssigkeitsmenge mitgeführt
wird, kann diese auch in den Rohgasstrom zurückgeleitet werden, so daß nur der Hauptabfluß
57 am Wirbelkammerboden zur Flüssigkeitsabfuhr verwendet wird.
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Dadurch, daß das Ende 54 der Rückführleitung ein Stück weit in die
Rohgaszuführleitung 52 hineinragt, wird deren Querschnitt etwas verengt und bei
der Umströmung des hineinragenden Rohrendes 54 tritt lokal eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
ein, die mit einer entfflprechenden Druckverminderung verbunden ist. Diese Druckminderung
kann in vielen Fällen bereits eine hinreichende Saugleistung an den Schlitzen bewirken.
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Zur Verstärkung der Saugleistung ist es jedoch auch möglich, an der
Einmündungsstelle der Rückführleitung die Rohgaszuführle itung 52 mit einer Taille
zu
versehen, durch die die Strömungsgeschwindigkeit weiter erhöht
und damit der in der Strömung herrschende Druck weiter erniedrigt wird.
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Zwar ist diese Art der Rückführung der abgeschälten Gasmenge anhand
einer Wirbelkammer mit tangentialem Gaseintritt erläutert worden, selbstverständlich
funktioniert das gleiche Prinzip auch bei einem Fliehkraftabsoheider mit axialem
Gaseintritt, bei dem die Rotationeströmung über ein Ieitsohaufelsystem angeregt
wird.
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Fig. 13 zeigt einen Fliehkraftabscheider ähnlich wie in Fig. 12,
bei dem eine weitere Möglichkeit zur Erzielung einer hohen Saugleistung an den Schlitzen
zum Abschälen der Randschilcht der Rotationaströmung verwirklicht ist. Analoge Teile
sind deshalb mit den gleichen, Jedoch mit dem Zusatz d versehenen Bezugszeichen
wie in Fig. 12 gekennzeichnet.
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Zur Erzielung eines beträchtlichen Unterdrucks ist in die Rohgaszuführleitung
52d vor dem tangentialen Rohgaseinlaß 51d in die Wirbelkammer 50d eine herkömmliche
StrahlpUmpe eingebaut, bestehend aus einer Treibdüse 58, einem die Treibdüse umgebenden
Ansaugstutzen 59, aus einem dahinter liegenden Misch- und Beruhigungsrohr 60 sowie
aus einem darauffolgenden .Diffusor 61 zur Rückgewinnung des Gasdrucks. Die Rückführleitung
53d mündet
unmittelbar in den Ansaugstutzen 59 der Strahlpumpe
und übermittelt so dessen Saugkraft an die Schlitze im Wirbelkammermantel.
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Da bei den in den Fig. 12 und 13 beschriebenen Fliehkraftabscheidern
die abgeschälte Gasmenge nicht in die Wirbelsenke in der Wirbelkammer, sondern in
die Rohgaszuftthrleitung zurückgeführt wird, bleibt das Strömungsbild in der Wirbelkammer
durch die Rückführung völlig unbeeinflußt.
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Die Fig. 14 bis 18 zeigen im Detaill verschiedene Möglichkeiten der
Ausbildung von Schlitzen im Wirbelkammermantel. Fig. 14 zeigt einen in einer Radialebene
angeordneten Schlitz, bei dem der Wirbelkammermantel 70 vor dem Schlitz einen- gröeren
Durchmesser besitzt als hinter dem Schlitz. Durch eine außenliegende Anfassung des
hinteren Mantelteils ist eine scharfe Anströnikante 71 verwirklicht worden, die
ein sauberes Abschälen der Randschicht*und dabei verhindert, daß Wirbel entstehen,
die einen Teil des über dem gekräuselten Flüssigkeitsfilm 72 schwebenden Tröp@chennebels
73 in das Innere der Wirbelkammer zurück tragen und dadurch die Absche idele istung
des Fliehkraftabscheiders mindert.
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Fig. 15 zeigt ebenso wie Fig. 14 einen in einer Radialebene angeordneten
Schlitz, bei dem der Wirbelkammermantel 70e zu beiden Seiten des Schlitzes den gleichen
Durchmesser besitzt. Um einen guten Einlauf * ermöglicht
des Flüssigkeitsfilms
72e in den Schlitz zu gewährleisten, ist das vorn liegende Mantelteil auf der Innenseite
angefast.
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Fig. 16 zeigt einen Schlitz in ähnlicher Anordnung wie in Fig. 15.
Der Unterschied besteht im wesentlichen darin, daß zur Erzielung eines günstigen
Einlaufs in den Schlitz das vordere Mantelteil nicht angefast, sondern leicht auswärts
gebogen ist. Die angeströmte Schlitzkante 74 181 hier strömungstechnisch einwandfrei
abgerundet.
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Fig. 17 zeigt als Querschnitt die Anordnung eines parallel oder schräg
zur Wirbelkammeraohee im Wirbelkammermantel 80 verlaufenden Schlitzes. Ein einwandfreier
Ablauf der Randschicht wird dadurch erreicht, daß die Abströmkante 82 nach außen
abgebogen ist, während die Anströmkante 81 nach wie vor in der inneren Mantelfläche
des Wirbelkaininermantele 80 liegt.
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Die Fig. 18 zeigt einen Schlitz ähnlich wie in Fig. 17. Der Unterschied
besteht lediglich darin, daß hier die Abströmkante 82g in der inneren Mantelfläohe
des Wirbelkammerniantels 80g liegt, während die Anströmkante 81g in das Innere der
Wirbelkammer hineingebogen ist.
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Beide Ausführungen sind gleichermaßen gut geeignet.
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Da die aus der Wirbelkammer abzuziehende Randschioht nicht nur aufgrund
des hinter den Schlitzen vorhandenen Unterdruoks, sondern aùoh aufgrund der Fliehkraft
durch die Schlitze hindurchströmt, können die Schlitze prinzipiell
mit
beliebigem Winkel zur Strömungsrichtung des Gases im Wirbelkamnermantel angeordnet
werden. Am wirksamsten sind die Schlitze Jedoch, wenn sie mit der Strömungsrichtung
des Gases einen Winkel.von-900 einschließen (Fig. 19). Ein Winkel von 900 bedeutet
Jedoch stets, daß die Schlitze schräg zur Wirbelkaininerachse verlaufen.
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Einfacher herzustellen sind aber solche Schlitze, die entweder parallel
oder quer zur Wirbelkammerachse verlaufen. Da diese in den meisten Fällen bereits
einen nennenswerten Winkel α zur Strömungsrichtung des Gases aufweisen, kann
man sich in fast allen Fällen auf sie beschränken.
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