DE2820233A1

DE2820233A1 - Drehstroemungswirbler

Info

Publication number: DE2820233A1
Application number: DE19782820233
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Ing Klein; Rudolf Dipl Phys Pieper; Eduard Dipl Phys Weber
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1978-05-09
Filing date: 1978-05-09
Publication date: 1979-11-15
Also published as: BE876102A; US4272260A; JPS54147581A; AU527591B2; GB2020205B; ZA792221B; GB2020205A; DE2820233C2; FR2425271A1; CA1132065A; AU4680779A

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Drehströmungswirbler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehströmungswirbler zur Abscheidung von Teilchen aus Gasen, insbesondere zur Reinigung von Rauchgasen hoher Temperatur und Drücke für den Antrieb einer Gasturbine, mit einer zylindrischen Wirbelkammer, einem koaxialen, in einer Vordrehdüse endenden Einströmrohr für das Rohgas, einer das Einströmrohr umgebenden Bunkerblende mit einem Teilchenaustragsringschlitz zum Bunker in Wirbelkammermantelnähe, einen gegenüberliegenden Reingasauslaß, einen den Reingasauslaß umgebenden Hilfsgasaustritt und einen am Wirbelkammermantel liegenden Hilfsgaseintritt für schräg tangential einzublasendes Hilfsgas, der über ein Gebläse mit dem Hilfsgasaustritt verbunden ist.

Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Anordnung Bezug genommen, wie sie beispielsweise aus der DT-PS 1 507 bekannt ist.

Derartige Drehströmungswirbler oder Drehströmungsab-Ch 2 Sie / 18.4.1978

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scheider haben sich zur Abscheidung fester oder flüssiger Teilchen aus Gasen gut bewährt.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Kraftwerken auf Kohlebasis wird heute in zunehmendem Maße die sogenannte Wirbelschichtfeuerung in Betracht gezogen. Bei dieser Feuerung treten Rauchgase mit z.B. 800⁰C und 15 Atmosphären Druck auf, die in Gasturbinen weiter ausgenutzt werden sollen. Es ist verständlich, daß die Rauchgase vorher intensiv gereinigt werden müssen. Untersucht wurde hierbei auch der Einsatz des Drehströmungswirblers (vgl. ACME-SYMPOSIUM-SERIES, Nr. 126, Volum 68, S. 270).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Abscheidewirkungsgrad eines Drehstromungswirblers der eingangs genannten Art, insbesondere im Hinblick auf die Rauchgasreinigung unter extremen Bedingungen, zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Bunker über eine Leitung regelbar mit einer Stelle des Entstaubungssystems bzw. Drehstromungswirblers verbunden ist, an der der Druck niedriger als der Druck im Bunker ist.

Auf diese Weise läßt sich im Bunker ein relativer Unter druck erreichen und damit die durch den Teilchenaustrittsringschlitz geförderte Staubmenge erhöhen. Konstruktiv kann der Drehströmungswirbler dabei so ausgebildet sein, daß der Bunker über eine Leitung mit dem Einströmrohr verbunden ist. Zur Unterstützung der Saugwirkung kann dabei noch ein zusätzliches Sauggebläse in diese Leitung eingebaut sein.

Eine andere sehr vorteilhafte Konstruktion ergibt sich,

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wenn die Leitung mit der Saugseite des Gebläses für das Hilfsgas verbunden ist.

Vorteilhafterweise kann die Leitung zur Erzeugung des Unterdruckes auch über einen Hilfsentstauber geführt werden, da sich auf diese Weise noch eine verbesserte Abscheidung erreichen läßt.

Zur Einstellung der gewünschten Verhältnisse werden dabei vorteilhafterweise jeweils in den Leitungen entsprechende Steuerventile vorgesehen. Um das Rücksaugen von Staubteilchen aus dem Bunker zu verhindern, wird ferner vorteilhafterweise die Leitung an der Eintrittsstelle in den Bunker mit großer Querschnittsfläche ausgeführt und mündet am besten in einen seitlich zum Teilchenaustritt sringschlitζ liegenden Bunkerteil. Dieser kann noch durch Schutzgitter oder dgl. gegenüber dem eigentlichen Bunker abgeteilt sein.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch einen Drehströmungswirbler ,

Figuren 2 und 3 Abänderungen hinsichtlich der Unterdruckerzeugung und

Figur 4 eine Gasabsaugung aus dem Bunker in perspektivischer Ansicht.

Der Drehströmungswirbler besteht im wesentlichen aus einer zylindrischen Wirbelkammer 1, in die über ein koaxiales Einströmrohr 3 das Rohgas Q1 eingeführt wird. Das Reingas Q2, also das von den Staubteilchen möglichst gereinigte Gas, verläßt oben axial über den Reingasauslaß 9 den Wirbler. Die Abscheidung findet zwischen Roh-

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gaseintritt und Reingasauslaß statt und wird durch Hilfsgas Q3 herbeigeführt, das über einen Hilfsgaseintritt 11 und einen Leitschaufelkranz 12 in Wandnähe der Wirbelkammer 1 eingeblasen wird. Das Hilfsgas Q3 strömt, sich tangential drehend, in Wandnähe spiralenförmig und schließlich die gesamte äußere Wand umschließend nach unten bis zu der Bunkerblende 4. Dort wird das Hilfsgas Q3 scharf umgelenkt und radial einwärts zum Rohgaseintritt geführt. Das Hilfsgas ändert dort abermals die Strömungsrichtung und verläuft jetzt von unten nach oben mit der Strömung des Rohgases - sich im gleichen Sinne drehend - in der Mitte des Wirbiers bis zum Reingasauslaß 9, wo sie zusammen mit dem Rohgas den Entstauber verläßt. Prinzipiell ist es möglich, daß allein das Hilfsgas dem Rohgas den benötigten Drall aufdrückt. Vom energetischen Standpunkt ist es jedoch günstiger, wenn dem Rohgas am Rohgaseintritt durch feststehende Leitschaufeln 2 im Einströmrohr 3 bereits eine Vordrehung gegeben wird.

Die im Rohgas befindlichen Staubteilchen werden aufgrund der Zentrifugalkraft und der allgemeinen axialen Drehströmung auf einer mehr oder weniger stark gekrümmten Bahn in Richtung der Wand der Wirbelkammer 1 transportiert. Schließlich gelangen die Staubteilchen in Wandnähe in den Bereich des Hilfsgases und werden mit diesem axial nach unten geführt. An der Bunkerblende 4 wird das Hilfsgas scharf um 90° umgelenkt, während die Staubteilchen aufgrund ihrer größeren trägen Masse durch den Teilchenaustragringschlitz 5 in den darunter befindlichen Bunkerraum 6 herunterfallen und sich dort absetzen. Durch die Enge des Schlitzes 5 wird erreicht, daß vom Hilfsgas nur ein geringer Prozentsatz in den Bunkerraum 6 selbst hineingelangt und die Staubteilchen sich aufgrund der Absetzwirkung in dem großen Bunkerraum 6

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- ψ - VPA 78 P 9 3 3 9 BRD selber zu Boden setzen.

Eine möglichst hohe Abscheideleistung wird dadurch erreicht, daß man das Hilfsgas Q3 in besonderer Weise aus dem Reingas Q2 entnimmt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß der im Reingas verbleibende Staub sich vorzugsweise in Wandnähe befindet, also bereits aus dem mittleren Bereich des Austrittsrohres herausgeschleudert ist. Bei Entnahme des Hilfsgases speziell aus diesem wandnahen Bereich des Austrittes, wird der größte Teil der in dem Reingas Q 2 enthaltenen Staubmenge abgeschält und kann somit mittels des Gebläses 8 als Hilfsgas Q3 wieder dem Entstauber über den Leitschaufelkranz 12 zugeführt werden.

Zur weiteren Erhöhung des Abscheiderwirkungsgrades wird ferner künstlich im Bunkerraum 6 ein relativer Unterdruck erzeugt, und zwar in der Weise, daß der Bunkerraum über eine Leitung 7 mit der Saugseite 81 des Gebiases 8 verbunden wird. Zur Steuerung der Druckverhältnisse wird dabei vorteilhafterweise in dieser Leitung 7 ein Steuerventil 71 vorgesehen, das mittels eines Handrades 72 verstellbar ist.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird die Absaugung vorteilhafterweise in einem seitlich neben dem eigentlichen Bunkerraum 6 liegenden Bunkerteil 61 vorgenommen, und zwar möglichst großflächig, d.h. über einen entsprechend erweiterten Leitungsteil 73. Der seitlich neben dem eigentlichen Bunker 6 liegende Bunkerteil 61 kann noch durch Schutzgitter 62 oder dgl. vom restlichen Bunker getrennt werden.

Figur 4 zeigt eine mögliche Konstruktion in perspektivischer Draufsicht, und zwar ist zu erkennen, wie sich die Leitung 7 zum Leitungsteil 73 verbreitert und dabei

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das Einströmrohr 3 umgibt.

Druckmäßig dürften sich bei der vorliegenden Konstruktion etwa folgende Werte empfehlen: Geht man davon aus, daß das Rohgas mit einem relativen Druck von O Millimeter Wassersäule einströmt, so herrscht demgegenüber im Reingasauslaß 9 und damit an der Saugseite des Gebläses 8 in etwa 120 Millimeter Wassersäule Unterdruck. Auf der Druckseite des Gebläses, d.h. am Leitschaufelkranz 12 beträgt der relative Überdruck etwa 320 Millimeter Wassersäule. In der Wirbelkammer selbst ergibt sich in der Nähe des Mantels ein relativ hoher Druck, der zur Mitte hin absinkt. Im Bunker 6 wird dann vorzugsweise etwa ein relativer überdruck von 40 bis 60 Millimeter Wassersäule durch die Leitung 7 eingestellt.

Auf diese Weise wird der Staubaustrag am Teilchenaustragsringschlitz 5 noch um einen erheblichen Prozentsatz erhöht.

Bei der in Figur 1 gezeigten Anordnung kann zusätzlich oder alternativ gegebenenfalls noch eine Rückführung über Steuerventil 74 und gestrichelt gezeichnete Leitung 75 in das Einströmrohr 3 vorgenommen werden, da auch hier ein relativer Unterdruck gegenüber dem Bunkerraum 6 herrscht.

Die in Figur 2 gezeigte Anordnung entspricht im wesentlichen der Anordnung nach Figur 1, nur mit dem Unterschied, daß hier eine mittig im Bunkerraum 6 liegende Absaughaube 15 über Leitung 13 und Steuerventil 14 direkt mit dem Einströmrohr 3 verbunden ist. Der Absaugeffekt kann gegebenenfalls dabei noch durch das Sauggebläse unterstützt werden. Die druckmäßig herrschenden Verhältnlsse entsprechen dabei in etwa denen in Zusammenhang

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mit Figur 1 angegebenen Verhältnissen.

Figur 3 zeigt eine weitere Variante, und zwar ist hier die im seitlichen Bunkerteil 61 mit einer Erweiterung 28 mündende Saugleitung 27 über ein Steuerventil 26 mit einem Hilfsentstauber 20 verbunden. Der relativ kleine Hilfsentstauber 20 entspricht in Aufbau und Funktion dem in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Drehströmungswirbler. Das im Hilfsgasentstauber 20 gereinigte Gas gelangt dann über das Sauggebläse 24 und den Rest der Leitung 27 zum Reingasauslaß 9. Die im Hilfsgasentstauber 20 abgeschiedenen Staubteilchen werden über eine Leitung 25 in den Bunkerraum 6 zurückgeführt.

9 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

VPA 78 P 9 3 3 9 BRD Patentansprüche

(T) Drehströmungswirbler zur Abscheidung von Teilchen aus Gasen, insbesondere zur Reinigung von Rauchgasen hoher Temperatur und Drücke für den Antrieb einer Gasturbine, mit einer zylindrischen Wirbelkammer, einem koaxialen in einer Vordrehdüse endenden Einströmrohr für das Rohgas, einer das Einströmrohr umgebenden Bunkerblende mit einem Teilchenaustragsringschlitz zum Bunkerraum in Wirbelkammermantelnähe, einen gegenüberliegenden Reingasauslaß, einen den Reingasauslaß umgebenden Hilfsgasaustritt, einen am Wirbelkammermantel liegenden Hilfsgaseintritt für schräg tangential einzublasendes Hilfsgas, der über ein Gebläse mit dem Hilfsgasaustritt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bunkerraum (6) über eine Leitung (7, 27) regelbar mit einer Stelle des Entstaubungssystems bzw. Drehströmungswirbler (1) verbunden ist, an der der Druck niedriger als der Druck im Bunkerraum (6) ist.
2. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bunkerraum (6) über eine Leitung (13) mit dem Einströmrohr (3) verbunden ist (Fig. 2).
3. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennze lehnet, daß die Leitung (7) mit der Saugseite (81) des Gebläses (8) verbunden ist (Fig. 1).
4. Drehströmungswirbler nach Anspruch 2, dadurch gekennze lehnet, daß der Bunkerraum (6) über ein Sauggebläse (16) mit dem Einströmrohr (3) verbunden ist (Fig. 2).

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5. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (27) über einen HiIfsentstauber (20) geführt ist.
6. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß in der Leitung (27) ein Steuerventil (71) vorgesehen ist.
7. Drehströmungswirbler nach Anspruch 2, dadurch lOgekennzeichnet, daß die Leitung (27) an der Einstrittsstelle in den Bunkerraum (6) in der Querschnittsfläche vergrößert ist.
8. Drehströmungswirbler nach Anspruch 1, dadurch "^gekennzeichnet, daß die Leitung (7, 27) in einem seitlich zum Teilchenaustragsringschlitz (5) liegenden Bunkerteil (61) mündet.
9. Drehströmungswirbler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Bunkerteil (61) durch Schutzgitter (62) oder dgl. vom restlichen Bunkerraum (6) getrennt ist.

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