DE2514704A1

DE2514704A1 - Zentrifugalexpander zum expandieren von gasen hoher energie

Info

Publication number: DE2514704A1
Application number: DE19752514704
Authority: DE
Inventors: Arthur J Miller
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1974-04-29
Filing date: 1975-04-04
Publication date: 1975-11-06
Also published as: FR2284758A1; AT358880B; DE2514704C3; US3905197A; JPS50140715A; DE2514704B2; ATA323575A; GB1506424A; CH604844A5; IT1037117B; FR2284758B1; JPS5588029U; BE828126A; NL7504740A; JPS5919792Y2

Description

PAT 3NTAJV WaLI K

dr. ing. H. NEGENDANK <-ΐ973> - öipl-ing. H. HAXJCK · dipl.-pkys. W. SCHMITZ DIPL.-ING. E. GRAALFS · bipl.-ing. W. WEHNERT · biplphys. W. CARSTENS

HAMBURG-MÜNCHEN

2ΟΘΟ HAMBURG 3β - NEUER WALL 41 TELEFON (ΟΙΟί 36 74 28 TIND 36 41 15 TELEGR. NEGEDAPATENT SAHBTTRG

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TELEGH. NKGEDAPATENT MÜNCHEN PLEASE REPLY TO: Carrier Corporation

Carrier Tover P.O. Box 10OO

Syracuse. Kew York 112Ot/USA Hamburg, 2. April 1975

Zentrifugalexpander zum Expandieren von Gasen hoher Energie

Die Erfindung bezieht sich auf Energieriickgewinnungsanlagen, insbesondere auf einen Energie expander zur Aufbereitung normalerweise zum Abfall gehender, hohe Peststoffkonzentrationen enthaltender Gase relativ hoher Temperaturen, um sie so als Arbeitsmittel in einer Turbine oder anderen Energierückgewinnungsanlagen nutzbar zu machen.

Infolge der zunehmenden Energieverknappung richtet sich das Interesse auf Verfahren zur Rückgewinnung sonst verschwendeter Energie als eine Mögliche Energiequelle. Ein typisches Verfahren, welches sehr viel Energie erzeugt, die normalerweise verschwendet wird, befindet sich in der Kohlevergasungsindustrie· Bei der Kohlevergasung fallen Abgase hoher Temperatur als Nebenprodukt· des Verfahrens an. Diese heißen Gase enthalten aufgrund der Eigenart des Verfahrens einen sehr hohen Prozentsatz an festen Abfallstoffen in Form von Flugasche, Dolomit und

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dergleichen· Die Verwendung dieser möglicherweise liolien Energiequelle in Energieriickgewinnungs anlagen hat sich bis jetzt als undurchführbar erwiesen, weil die Rückgewinnungsaniage im allgemeinen infolge von Schaufelerosion unter der Wirkung der Feststoffabfallpartikel und/oder Materialermüdung durch die hohen Arbeitstemperaturen katastrophalen Bruchfolgen unterliegt· Außerdem hat san festgestellt , daß die Eros ions geschwindigkeit mit zunehmenden Gastemperaturen erheblich zunimmt, was die Schwierigkeiten noch vergrößert.

Es 1st daher die Aufgabe der Erfindung, normalerweise zum Abfall gehende Energie zu konservieren. -

Die Erfindung richtet sich außerdem auf eine Vorrichtung zum Umwandeln bisher unbrauchbarer Abgase in ein Arbeitsmittel,, das in Energierückgewinnungeanlagen benutzt werden kann· Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zum Aufbereiten normalerweise zum Abfall gehender Gase zu einem brauchbaren Arbeitsmittel für eine &bs tröms ei t ige Aufbereitungsanlage § die Aufbereitungsvorrichtung ist hierbei in der Lage, der AbstrSmseitigen Anlage eine Wellenantriebskraft zu liefern*

Die Erfindung bietet den besonderen Vorteil, daß sie die kostspieligen Energiertlckgewinnungseinrichtungen vor d.en Wirkungen der feste Abfallstoffe enthaltenden Arbeitsmittel äußerst hoher Temperaturen bewahrt, und zwar durch Vorbehandlung der Arbeitsmittel in einem Energieexpander mit billigen, leicht austauschbaren Arbeitskomponenten,

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Diese und veitere Merkmale der Erfindung werden durch einen unabhängigen Gas expander erreicht, der auf ströoiseitig einer Energierückgewinnungsaniage, wie beispielsweise einer Turbine oder dergleichen angeordnet ist· Der Expander enthalt einen Zentrifugalrotor zur Aufnahme verschmutzter Gaserzeugnisse hoher Temperaturen von einer Aufbereitungsanlage, die normalerweise zum Abfall gehen} der Rotor enthält konvergierende Schaufelgänge zur Aufnahme eines axialen Einstroms derartiger Gase und zum Wenden dieses Flusses in eine im wesentlichen radiale Richtung) wodurch die Gase innerhalb der Schaufelgänge zentrifugiert werden, um einen begrenzten Nebenstrom innerhalb des HauptgasStroms mit vorwiegend Feststoffverunreinigungen zu bilden, eine Auffangkammer am Ausgang des Rotors zur Aufnahme der in dem Nebenstrom enthaltenen Feststoffabfallpartikel, sowie Einrichtungen zum Weiterführen der relativ sauberen Gase zu der abströmseitigen Energierückgewinnungsanlage·

In einer weiteren Ausführung«form der Erfindung wird in den Expander ein relativ kühles Strömungsmittel eingeführt, welches zur Kühlung der Verfahrensgase relativ hoher Temperaturen sowie zur Bildung einer Hochdruckdichtung um die Rotorwelle herum dient.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sowie der Erfindungsaufgabe und weiterer Merkmale derselben wird die Erfindung nunmehr in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es zeigern

Fig. 1 ein Flußschema der Energierückgewinnungsanlage unter

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Vervendung der "Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt zur Darstellung eines Energieexpanders bei Vervendung der Lehren der Erfindung, sovie zur Erläuterung der Einrichtungen zum Abfangen der Feststoffverunreinigungen, velche durch den Expander hindurchgehen, und der Einrichtungen zur Einführung eines Kühlmittels unter hohem Druck in die Verfahrensgase,

Fig. 3 einen repräsentativen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2 zur Darstellung der Konstruktion der Abfang kammer für Feststoffabfall,

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt zur Darstellung des Rotors des Expanders mit einer darauf angeordneten beveglichen Abdeckung zum Hinlenken von Feststoffverunreinigungen in die Abfangkammer,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur Erläuterung der Benutzung einer geteilten Abgabeschaufel innerhalb des Rotorkanals zum Hinlenken der Feststoffverunreinigungen in die Abfangkammer,

Fig. 6 eine vahlveise mögliche Ausführungsform der Erfindung zum Sammeln von Abfallverunreinigungen in einer im Abgasbereich des Expanders angeordneten, spiralartigen Kammer, vobei der Rotor mit einer stationären Abdeckung versehen ist, um die dort hindurchgehenden Gase festzuhalten, und

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Fig* 7 ein repräsentatives Geschwindigkeit8diagramm des sauberen Gases bei einem Expander mit radialer Ausströmung der in Fig. 2 gezeigten Art.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Rückgewinnungsanlage für zum Abfall gehende Energie bei Vervendung eines Expanders 10 zur Energieerzeugung gemäß den Lehren der Erfindung. Der Expander ist so angeordnet, daß er normalerweise zum Abfall gehende Abgase von einer abströmseitig angeordneten Aufbereitungsanlage 11, beispielsweise einer Kohlevergasungsanlage empfängt. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Ausdruck "Abgas¹¹ im allgemeinen auf ein Strömungsmittel} das eine relativ hohe Temperatur und/oder einen hohen Druck aufweist und eine hohe Konzentration fester Abfallpartikel enthält, die normalerweise das Gas für eine Verwendung in einer herkömmlichen Energierückgewinnungsanlage unbrauchbar machen würde. Wie im Anschluß hieran ausführlicher beschrieben wird, werden diese normalerweise zum Abfall gehenden Gase durch den Expander gemäß der vorliegenden Erfindung hindurchgeführt, um sie zu kühlen und zu reinigen, bevor sie an die abströmseitige Energierückgewinnungsanlage, beispielsweise die Turbine 13 abgegeben werden, wo sie als Arbeitsmittel zur Erzeugung von Energie dienen. Es ist zu beachten, daß der Expander und die Turbine beide an eine gemeinsame Welle 15 angekuppelt sind, die wiederum zum Antrieb einer Energieaufnahmevorrichtung 14 dient, welche allgemein in einem Kompressor oder einem elektrischen Generator bestehen kann.

Xn der Praxis werden die Abgase von dem Auslaß der Behandlungs-

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anlage unmittelbar an den axialen Ansaugkanal i6 des Expanders abgegeben. Wie am besten aus Figo 2 ersichtlich, enthält der Ansaugkanal ein ringförmig ausgebildetes Außengehäuse 17 mit einer mittig angeordneten, axial fluchtenden konischen Flußführung 18, die auf einer Anzahl Lagerstangen 19 darin gelagert ist· Abströmseitig von dieser Flußführung ist eine Düsenstufe 20 angeordnet, bestehend aus einem ringförmigen Ring von Statojschaufeln, die in bekannter Weise in den Innenwänden des Gehäuses 17 befestigt sind. Die Düsen bilden einen vollen axialen Wirbelfluß von 36O zu einem einzigen Rotorabschnitt, der allgemein mit 22 bezeichnet ist. Der Rotor ist im allgemeinen ein Pumpenrad mit einer Reihe von Schaufeln 23, die beispielsweise durch eine Schweißverbindung an einer Scheibe 2k befestigt sind. Die Scheibe wiederum ist durch Schraubverbindungen 25 oder irgendeine andere bekannte und in der Technik gebräuchliche Verbindungsart an der Welle 15 befestigt. Herkömmliche Verschlüsse und Dichtungen, wie beispielsweise die Labyrinthdichtung 26, sind ebenfalls innerhalb des Expanders vorgesehen, um eine Herauslecken von Gas zu verhindern und den Fluß der dort hindurchströmenden Strömungsmittel zu überwachen.

Die Pumpenradschaufein sind so angeordnet, daß sie den axial rotierenden Gasstrom von den Düsen aufnehmen und den Gasstrom in eine im wesentlichen radiale Richtung wenden, wodurch die Gase in die Abgaskammer 29 entlassen werden. Die Schaufeln des Pumpenrades sind so ausgebildet, daß sie konvergierende Kanäle bilden, die einen Ausstrom der Abfallströmungsmittel aufgrund zwangsläufiger Reaktion gewährleisten und so die Antriebsenergie

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für die Velle 15 liefern. Es ist außerdem zu beachten, daß die konvergierenden Diisenkanäle ferner dazu dienen, die Gastemperaturen und -drücke herabzusetzen; die Vorzüge dieser Wirkung geben aus der folgenden Diskussion hervor.

Durch die Umwandlung des axialen Eingangs in das Pumpenrad in einen im wesentlichen radialen Ausstrom wirkt das Pumpenrad tatsächlich als eine Zentrifuge mit Bezug auf die bearbeiteten Strömungsmittel. Die Länge der Schaufelkanäle und die Geschwindigkeit des Pumpenrades sind so geregelt, daß die schwereren Substanzen in dem Gasstrom, insbesondere die festen Abfallpartikel, in Richtung auf die Seite 31 jedes Pumpenradkanals mit dem kürzeren Radius gedrückt werden. Die Geschwindigkeit des die Pumpenradspitze verlassenden Gases wird auf oder vorzugsweise unterhalb der Schallgeschwindigkeit (Mach 1) gehalten, um einen Schichtflußzustand innerhalb des Pumpenrades hervorzurufen. Die Zentrifugalkräfte, die in dem Schichtstrom erzeugt werden, drücken die durch den Rotorkanal hindurchgehenden schwereren Substanzen in einen sekundären oder einen Nebenflußstrom 27· Infolge der auftretenden Hemmkräfte bewegt sich dieser Nebenfluß bei einer relativ niedrigeren Geschwindigkeit durch die Rotorkanäle hindurch als die nicht verunreinigten Gase und bildet so ein genau umgrenzbares Gefälle 33 dazwischen.

Es wird nunmehr auf Fig. 7 Bezug genommen. Diese Figur zeigt ein repräsentatives Geschwindigkeitsschema für den in Fig. 2 gezeigten Expander mit radialer Ausströmung. Es ist festgestellt worden, daß zur Erlangung einer annehmbaren Erosionsdauer die absolute Geschwindigkeit des aus den Düsenschaufeln austretenden

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Gasstrom« wie auch die Relativgeschwindigkeit des die Rotorspitzen verlassenden Stroms irexnsn Gases bei den ©ntsprechenden Eintrittsöffnungsbedingungens Χ'Τθώχι der Expander bei dem höchsten oder nahezu dem höchsten Geechwindigkeits-verhältnis arbeitet, beide gleich oder geringer als 0,85 Mach sein sollten. Es sei darauf hingewiesen, daß sich die Bezeichnung "höchstes Geschwindigkeit sverhältnis" auf das is©n.tropische Geschwindigkeit s verhältnis bezieht, bei welehem die höchste Wirksamkeit eintritt.

Durch Steuerung der Teilkreisdurehiaesser der Düsen- und Rotorstufen können die jeweiligen Teillsreisgeschwindigkeiten dieser Stufen innerhalb des gewünschten Bereichs gesteuert werden. Es ist festgestellt worden, daß, wenn der Teilkreisdurchmesser der Düse SBwischen dem 0,5- und 0,9^a°^s.ch.en. desjenigen des Rotors gehalten wird, die absolute Ausströmgeschwindigkeit der Düse und die relativ© Geschwindigkeit der die Spitze des Pumpenrades verlassenden reinen Gase bei ©d®r unterhalb iron 0,85 Mach auftreten» Das heißts

wobei d.. und d_ die Teilkreisdurchmesser der Düsen- bzw» Rotorstufen sind, gemessen an der in Fig. 7 gezeigten Eintrittsöffnung, und

U₁ und u„ die Teilkreisgeschwindigkeitskomponenten des die Düse bzw. den Rotor verlassenden reinen Gases sind, wie in Fig. 7 gezeigt.

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Es sei darauf hingewiesen, daß das hier dargestellte Geschwindigkeit sschema sich auf die Geschwindigkeit der dort hindurchströmenden sauberen Gase bezieht und daß sich demzufolge selbstverständlich der schmutzige oder verunreinigte Nebenstrom infolge der mitwirkenden Hemmfaktaren bei einer leicht geringeren Geschwindigkeit bewegt·

Es wird nunmehr wiederum auf Fig. 2 Bezug genommen, bei der ein ringförmiger zylinderartiger Kollektor 4o beispielsweise durch Verschweißen oder Vergießen an dem Hauptgehäuse des Zylinders befestigt ist· Das Innere des Kollektors bildet eine hohle Auffangkammer 41, in welche der die Spitze des Pumpenrades verlassende, genau abgrenzbare Nebenstrom frei einströmt· In der unteren Wand des Kollektors ist im Bereiche der Spitze der Pumpenradschaufeln eine ringförmige Öffnung gebildet, durch welche die Gase in die Auffangkammer einströmen. Die rechte Wand der Auffangkammer bei Darstellung in Fig. 2, welche eine Seite der Öffnung kj bildet, mündet in eine Lippe 45 ein, die sich von der Seite der Pumpenradschaufeln mit dem kürzeren Radius genügend weit nach außen erstreckt, um den genau abgegrenzten Nebenstromgradienten im wesentlichen zu umfassen, wodurch sich der gesamte, die Schaufeln verlassende Nebenstrom in die Kammer 4i hineinbewegt·

¥ie in Fig. 3 deutlicher gezeigt, wird die ringförmige Auffangkammer mit einer tangential fluchtenden Auslaßleitung oder einem Auslaßrohr 48, welches sich über den Außenumfang des Expandergehäuses hinaus nach oben erstreckt, in Strömungsmittel-

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flußverbindung gebracht. Das Auslaßrohr 1st entsprechend der Darstellung in Fig. 1 über eine Leitung 47 mit einem Zyklonabscheider 50 verbunden. Die schmutzigen Gase, die unter dem Einfluß des Pumpenrades wirksam sind, verlassen die Pumpenradspitzen mit einer beträchtlichen Wirbelgeschwindigkeit, die innerhalb der Auffangkammer leicht einen Wirbelstrom erzeugt, der dazu neigt, die Gase in das Ablaßrohr 48 hineinzudrücken· Die Zeichnung zeigt eine Wirbeldämpfungsschaufel 49 zur Verhinderung einer übermäßigen Erosion der Auffangkammer· Zwischen den schmutzigen Gasen innerhalb der Auffangkammer und den in die Kammer 29 hinein abgegebenen sauberen Gasen wird ein etwas geringerer Druck aufrechterhalten, wodurch die verunreinigten Gase leicht durch das Abgaberohr 48 hindurchgezogen und in den abströmseitigen Abscheider hinein abgegeben werden. Die Feststoff abfallverunreinigungen werden in dem Zyklonabscheider aus den schmutzigen Gasen entfernt und die verbleibenden Gase an einem geeigneten Punkt abströmseitig des Turbineneinlasses in die Turbine eingeführt} dieser Einführungspunkt ist abhängig von dem Zustand des aus dem Abscheider austretenden Gases.

Der hier offenbarte Expander besitzt weitere Einrichtungen zur erheblichen Verminderung der Temperatur der Verfahrensgase, um die Nutzungsdauer der einem Verschleiß unterliegenden Teile des Expanders zu verlängern und die Gastemperaturen auf einen Wert herunterzubringen, der für eine Verwendung in der mehr herkömmlichen Energierückgewinnungsanlage geeigneter ist· Nach den Figuren 1 und 2 wird das kühlende Strömungsmittel von dem Betriebsströmungsmittel beim Durchgang durch die Turbine 13 an irgendeiner Stufe abströmseitig vom Einlaß über die Leitung

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67 abgezogen. Der Punkt, an welchem das Strömungsmittel von der Turbine abgenommen wird, ist abhängig von dem Zustand der Abgaserzeugnisse und dem Ausmaß der erforderlichen Kühlung· Obwohl nicht gezeigt, wird der Druck des kühlenden Strömungsmittels vorzugsweise auf einen Wert etwas oberhalb desjenigen der in dem Gasexpander aufrechterhaltenen Betriebsdrücke angehoben, beispielsweise durch eine Pumpe oder dergleichen.

Das kühlende Strömungsmittel tritt an dem Verbinder 52 (Fig. 2) in den Expander ein und wird durch die Labyrinthdichtung 2.6 hindurchgeführt· Das Kühlmittel bildet somit, da es sich unter einem höheren Druck als die Abgase befindet, eine Sperre an der Berührungsfläche der Dichtung und der Welle, die dazu dient, ein Entweichen der Verfahrensgase um die Welle herum in die umgebenden Niederdruckbereiche zu verhindern.

Beim Durchgang durch die Dichtung wird das Kühlmittel mittels Einspeiseöffnungen 53 in eine ringförmige Anfüllkammer 55 hinein abgegeben, wo es vorübergehend gespeichert wird, um eine Schleuse zum Abkühlen der Rotornabenkonstruktion zu bilden. Xn den Rotorendplatten 58 ist eine Reihe Abgabeöffnungen 56 angeordnet, die sich in radialer Richtung nach oben erstrecken, um das Kühlmittel in den Gaseintrittsbereich 6O vor den Rotorschaufeln hineinzumessen· Hier wird das Kühlmittel mit den relativ heißen Abgasen in genügenden Mengen vermischt, um die Gastemperatur auf einen erwünschten Betriebswert herabzusetzen; die Betriebstemperatur ist abhängig von dem für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Hitzeausgleich.

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Obwohl das Kühlströmungsmittel bei dem hier behandelten Anwendungsbeispiel unmittelbar von der abströmseitig angeordneten Energierückgewinnungsaniage abgelassen wird, sei doch darauf hingewiesen, daß das Kühlmittel von einer beliebigen geeigneten unabhängigen Quelle abgezogen werden kann, vorausgesetzt, daß der Eintrittszustand des Kühlmittels und der Volumenfluß durch den Expander so geregelt sind, daß die Temperatur der das Gas einschließenden Metallteile auf einen vorgegebenen Wert herabgesetzt und die erwünschte Kühlung der sich durch den Expander hindurchbewegenden Gase durch eine Menge in Abhängigkeit von dem zur Anwendung gelangenden Grad des Wärmeaustausches aufrechterhalten wird.

Es ist hier auch eine sekundäre Kühlanlage vorgesehen, um die Auswirkungen der Abgase hoher Temperatur auf die Expanderkonstruktion wflter herabzusetzen. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Einschlußkonstruktion des Expanders mit einem hohlen Kühlmantel versehen, welcher miteinander in Beziehung stehende Kanäle 60 bis 6h enthält, durch die ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder dergleichen hindurchgepumpt wird. Die den Mantel bildenden Kanäle sind in Strömungsmittelflußverbindung an einen gemeinsamen Einlaß 65 angeschlossen, durch den das Kühlmittel mittels einer Pumpe 66 (Fig. 1) von einem Reservoir 68 herangeführt wird. Unter dem Einfluß der Pumpe wird das Strömungsmittel im Kreislauf durch den Mantel hindurchgeführt, um die Temperatur der Expanderkonstruktion auf einen annehmbaren Betriebswert herabzusetzen. Das Kühlmittel wird dann an einem zweiten gemeinsamen Punkt 69 aus dem Mantel abgegeben und dann durch die Leitung 70 zum Wärmeaustauscher 71 geführt, bevor es zu dem

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Versorgungsreservoir zurückgeführt wird.

Fig. h zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. In
dieser Ausführungsform ist das Rotorpumpenrad mit einer beweglichen Abdeckung 71 versehen worden, um der Anlage eine erhöhte Zuverlässigkeit zu verleihen und die Erosionswiderstandseigenschaften der Rotorschaufeln zu verbessern. Die Abdeckung schafft auch eine umlaufende Grenzfläche zurweiteren Herabsetzung der Geschwindigkeit des Verunreinigungen enthaltenden Nebenstroms relativ zu der einschließenden Grenzschicht. Dieses wiederum
vermindert auch die Erosion der Abdeckungsgrenzschicht sowie
die Schaufelerosion in kritischen Bereichen und stellt ebenso sicher, daß innerhalb der Anlage Schichtflußbedingungen aufrechterhalten werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß
die Oberflächen der Abdeckung, die mit der Abfallfeststoffkomponente in Berührung kommen, mit einem relativ harten Überzug versehen sein können, um dadurch die Erosion erheblich herabzusetzen und die Lebensdauer des Rotors zu verlängern.

In einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 5 gezeigt wird, ist eine umlaufende Teilabdeckung 73 an den
Pumpenradschaufein befestigt. Die Teilabdeckung ist innerhalb der Rotorkanäle in Stellung gebracht und so angeordnet, daß
sie die verunreinigten Gase weiter in einen begrenzten Nebenstrom innerhalb des Rotors abscheidet und den Nebenstrom in die Auffangkammer 4i hineinführt. Es ist außerdem eine stationäre Teilabdeckung 7^ vorgesehen, die mittels Kopfschrauben 75 zum leichten Austausch an dem Expandergehäuse befestigt ist. Die
stationäre Teilabdeckung ist so angeordnet, daß sie eine relativ

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große, in die Auffangkammer hineinführende Öffnung 76 bildet. Die kombinierte Wirkung der Teilabdeckung 73 und der stationären Teilabdeckung 7^ ermöglicht es dem Expander, einen Nebenstrom bei relativ niedriger Geschwindigkeit zu handhaben. Die Hinzufügung der Teilabdeckung 73 ermöglicht auch eine Lagerung von Teilschaufeln 23a zwischen den Hauptpumpenradschaufein 23, um einen kleineren Ausströmwinkel auf dem Pumpenrad zu ermöglichen und die Gesamtleistung der Stufe zu erhöhen·

Fig. 6 zeigt eine noch andere Ausführungsform der Erfindung. Wie gezeigt, ist zweckmäßigerweise innerhalb der Expanderablaßkammer 29 eine schneckenförmige Sammelkammer 80 angeordnet. Die Kammer 80 wird durch eine nach unten verlaufende radiale Wand 81 begrenzt, die an der Deckwand 82 der Ablaßkammer 29 befestigt ist, die einen allgemein bei 82 bezeichneten ringförmigen Umfangseinlaßbereich aufweist. Xn dieser Anordnung wird der Nebenstrom anstatt in den Pumpenradkanalen in der Ablaßöffnung des Rotorkanals erzeugt; wie gezeigt, wird die ÖfXiung begrenzt durch die angrenzenden Schaufeln 23 und eine austauschbare stationäre Abdeckung 85, die an dem Expandergehäuse mittels Bolzen 86 befestigt ist. Die den austretenden Gasen verliehene Wirbelgeschwindigkeit bewirkt ein Hineinschleudern der verunreinigten Nebenstromgase in die Auffangkammer 80, während die leichteren, relativ sauberen Gase frei über die radiale Wand 81 hinweg in die Abgabekammer 29 hineinströmen. Hier wiederum sind Mittel zum Abführen der verunreinigten Gase ähnlich den in Fig. 3 gezeigten vorgesehen, um die Gase in den Zyklonabscheider 50 hinein abzugeben. Auf diese Weise können relativ leichte Partikel von äußerst kleiner Dichte wirksam

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abgeschieden werden, wenn es nicht möglich 1st» Innerhalb des Rotors in wirksamer Weise ein Nebenstromgefälle zu erzeugen, wie oben beschrieben.

Während die Erfindung mit Bezug auf die hier offenbarte Konstruktion beschrieben wurde, ist sie doch nicht unbedingt auf die hier gegebenen Einzelheiten beschränkt, und diese Anmeldung soll alle Abwandlungen oder Veränderungen, die in den Bereich der folgenden Ansprüche fallen, mit umfassen.

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Claims

P_a_t_e n_t_a_n Sprüche ;

η J Vorrichtung zur Aufnahme eines Stromes durch Schmutz verunreinigten Gases hoher Energie von einer aufströmseitigen Bearbeitungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zentrifuge (22) so angeordnet ist, daß sie den schmutzhaltigen Gasstrom aufnimmt und die Verunreinigungen in einen abgegrenzten Unterstrom (27) an der Auslaßöffnung der Zentrifuge hineindrückt, am Auslaß der Zentrifuge eine Auffangkammer (4θ) so angeordnet ist, daß sie den schmutzhaltigen Unterstrom abfängt und den relativ sauberen Gasstrom vorbeiströmen läßt, und daß ein Durchflußkanal (29) den von der Zentrifuge abgegebenen Strom relativ reinen Gases an den Einlaß einer Enerfierückgewinnungsturbine (13) abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge ein Pumpenrad (24) mit konvergierenden Schaufelkanälen (23) von einer solchen Länge und einem solchen Teilkreisdurchmesser enthält, daß sich das von dem Pumpenrad abgegebene Gas bei oder unterhalb einer Geschwindigkeit von 0,85 Mach bewegt«

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad auf einer mit der Welle der Energierückgewinnungsturbine gekuppelten Welle (15) gelagert ist»

k. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine aufströmseitig vom Pumpenrad angeordnete Düsenetufe (20),

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durch, welche die verunreinigten Gase vor dem Eintritt in das Pumpenrad hindurchströmen, wobei der Teilkreis.durchmeeser der Düsen zwischen dem 0,5- und 0,9-fachen des Teilkreisdurchmessers der Pumpenradschaufein liegt.

5· Vorrichtung nach Anspruch k_t dadurch gekennzeichnet, daß sich von einer abströmseitigen Stufe der Energierückgewinnungsturbine zu dem Bereich zwischen der Düsenstufe und dem Pumpenrad ein Durchflußkanal (67153» 55» 56) zur Einführung relativ kühlen Gases in den in das Pumpenrad
eintretenden Durchflußstrom hineinerstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite der Pumpenraddurchflußkanäle mit dem kleinen Radius eine bewegliche Abdeckung (71) angeordnet ist, um die Geschwindigkeit des darin erzeugten Unterstroms herabzusetzen und den Unterstrom in die Kammer (ko) hineinzulenken·

7· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß von den Pumpenradschaufein eine Spaltschaufel (73) getragen wird, die sich in den sich dort hindurchbewegenden Gasstrom hineinerstreckt und so angeordnet ist, daß sie den abgegrenzten Unterstrom in die Auffangkammer hinein ablenkt.

8. Energieexpander zur Behandlung von Schmutz enthaltenden
Verfahrensgasen hoher Temperatur in einem Förderstrom,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpenrad (22) mit der Welle (15) einer Energierückgewinnungsturbine (13) gekuppelt ist

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und eine Anzahl konvergierender Schaufelkanäle (33) zur Aufnahme eines axialen Einstroms des Verfahrensgases sowie zum Umwenden des Gasstroms in eine radiale Richtung enthält, eine DUsenstufe (20) auf strömsei tig von dem Pumpenrad angeordnet ist und der Teilkreisdurchmesser an dem Eingang der Düsenöffnungen in einem derartigen Verhältnis zu dem Teilkreisdurchmesser an dem Eingang der Pumpenradschaufelkanäle steht, daß an der Abgabeöffnung des Pumpenrades ein abgegrenzter Unterstrom (27) gebildet wird, welcher die schwereren Schmutz erzeugenden Verunreinigungen enthält, während in der Pumpenradstruktur (58) eine Reihe Öffnungen (56) zur Abgabe eines geregelten Stroms Kühlmittel in den zwischen der. Düsenstufe und dem Pumpenrad hindurchgehenden Gasstrom hinein vorgesehen ist, um die Temperatur der Verfahrensgase herabzusetzen, sowie eine Auffangkammer (4o) am Auslaß des Pumpenrades mit einer Öffnung (^3)» welche den abgegrenzten Unterstrom überlagert, um den Unterstrom und die darin enthaltenen Verunreinigungen aufzufangen und dadurch den Unterst rom von dem von dem Pumpenrad abgegebenen Strom relativ sauberen Gases zu isolieren, sowie ©in Durchflußkanal (29) zur Abgabe der von dem Pumpenrad abgegebenen relativ sauberen Gase an den Einlaß der Energierückgewinnungsturbine (13) und ein Kühlmantel (60, 61, 62, 63, 64) innerhalb des Gehäuses des Expanders, durch welches ein Küiilströüiungs« mittel hindurchgeführt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Pumpenradschaufein Ablenkeinrichtungen (73) getragen werden, um den Unterstrom in die Auffangkammer (ho) zu lenken.

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10. Verfahren zum Nutzbarmachen verschmutzter, normalerweise
zum Abfall gehender Gase hoher Temperaturen für eine Vervendung als Arbeltsmittel In einer Energierückgewinnungsanlage, gekennzeichnet durch Zentrifugleren dieser Gase
zur Erzeugung eines abgegrenzten Schichtartigen Unterstroms Innerhalb eines HauptgasStroms, der die schwereren Schmutz erzeugenden Verunreinigungen enthält_f Ablenken des Unterstroms in eine Auffangkammer zum Isolieren der schmutzhaltigen Gase von den nicht verschmutzten Gasen, Abgeben der nicht verschmutzten Gase an den Einlaß der Energierückgewinnungsanlage.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Einführung eines Kühle!tteis in die Gase vor ihrer Abgabe an die Energierückgewinnungsaniage, um die Temperatur der Gase innerhalb des Arbeitsbereichs der Energierückgewinnungsaniage herabzusetzen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch das Hindurchführen des isolierten Unterstrome durch einen Abscheider zur Entfernung der Verschmutzungen aus dem Unterstrom, sowie Einspritzen der verbleibenden Unterstromgase in die Energierückgewinnungeanlage ·

13· Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch das Expandieren der Gase während des Zentrifugierens, sowie Rückgewinnen der Expansionsenergie in Form der auf die Energierückgewinnungsanaige übertragenen Wellenenergie.

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