DE3040603C2 - Zentrifugalabscheider - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalabscheider für von Gasen mitgeführte Teilchen mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. -»5

Im Stand der Technik sind nicht zur vorstehend angegebenen Gattung zählende vertikale Zyklonabscheider weithin bekannt und im Einsatz (vgl. F i g. 1 der Zeichnungen). Diese haben einen relativ hohen Abscheidegrad und sind von einfachem Aufbau, ergeben jedoch im Betrieb einen beträchtlichen Druckverlust. Dies ergibt sich aus dem Konstruktion- und Funktionsprinzip dieser Abscheider, gemäß dem sich innerhalb eines nach oben verlaufenden Wirbelstromes ein kräftiger weiterer oder Doppelwirbel ausbildet, der einen hohen Energieverbrauch bedeutet. So beträgt beispielsweise der Druckverlust in einer einzigen Abscheidestufe dieser Art zwischen 100 und 150 mm Ws. Das Prinzip der bei diesen bekannten Zyklonabscheidern auftretenden Gasströmung ist in F i g. 1 schematisch angedeutet, w

Es sind auch bereits horizontale Zentrifugalabscheider der eingangs genannten Art bekanntgeworden (DE-OS 28 15 655), mit denen es möglich ist, staubbeiadene Luft od. dgl. auch von feinen Teilchen zu befreien. Ein solcher bekannter Zentrifugalabscheider weist ein zylindrisches Gehäuse auf, das infolge eines tangential dazu angeordneten Einlasses den eintretenden Gasstrom nach Art einer Spirale zunächst umlenkt. Ein erster Teilchenauslaß erstreckt sich weitgehend radial zur Achse dieses die Spirale bildenden Einlasses nach unten. In einer Stirnseite des Gehäuses befindet sich eine Gasauslaßöffnung, zu der sich koaxial eine Hilfskammer in horizontaler Richtung erstreckt Diese Hilfskammer umschließt wiederum ein Gasauslaßrohr, welches sich bis nahe vor die genannte Gasauslaßöffnung erstreckt, so daß zwischen der Stirnseite dieses Gasauslaßrohres und dem Gehäuse ein ringförmiger Spalt gebildet ist Etwa in der Radialebene dieses Spaltes liegt ein weiterer Teilchenauslaß für feinere Teilchen, die durch den erstgenannten Teilchenausla3 nicht ausgetragen worden sind.

Dieser bekannte Zentrifugalabscheider hat den gleichen Nachteil, der vorstehend in Zusammenhang mit den vertikalen Zyklonabscheidern geschildert ist nämlich einen erhöhten Energieaufwand aufgrund des auftretenden Druckverlustes. Dadurch nämlich, daß das zylindrische Gehäuse, in welchem die Strömungsumlenkung zuerst erfolgt, einen konzentrisch angeordneten Auslaß aufweist, aus dem die rotierende Gasströmung in ein daran angeschlossenes weiteres Gehäuse eintritt, ist das Strömungsbild der Wirbelströmung gleich demjenigen, das sich bei den geschilderten vertikalen Zyklonabscheidern einstellt Folglich bildet sich auch bei diesem bekannten Zentrifugalabscheider innerhalb eines äußeren Wirbelstromes ein kräftiger weiterer Wirbel aus, der einen hohen Energieverbrauch bedingt Der erwähnte schmale ringförmige Spalt im Bereich des zweiten Teilchenauslasses ist in seiner axialen Erstrekkung zu klein, als daß er eine grundsätzliche Änderung des Strömungsbildes herbeiführen könnte.

Es ist weiterhin auch bereits ein nicht zur vorstehenden Gattung zählender Zentrifugalabscheider bekannt, bei dem ein ein horizontal liegendes zylindrisches Gehäuse in radialer Richtung überragendes Spiralgehäuse vorgesehen ist (US-PS 32 37 385). Das Spiralgehäuse weist einen Austrittsschlitz auf, durch den aufgrund der Zentrifugalwirkung schwerere Teilchen abgeschieden werden können. Durch eine zentrale öffnung an der Stirnseite des Spiralgehäuses tritt das nur noch leichtere Teilchen enthaltende Gas in das horizontale Gehäuse ein, das axiale Längsschlitze zur Zuführung von Wasser aufweist. Mit diesem Wasser verbinden sich die durch die Zentrifugalkraft an die Gehäusewand geschleuderten leichteren Teilchen zu einem Schlamm und werden als solcher aus einem Auslaß nach unten abgeführt. Das gereinigte Gas tritt durch eine stirnseitige Öffnung des Gehäuses aus.

Schließlich ist es auch bereits bekannt, an einem horizontalen Zentrifugalabscheider am Austrittsende .nehrere Auslässe vorzusehen, durch die unterschiedlich schwere Teilchen abgeschieden werden können (FR-PS 9 78 177).

Gegenüber dem eingangs beschriebenen Zentrifugalabscheider nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Abscheider dieser Art zu schaffen, der einen geringeren Energieverbrauch und geringere Baugröße bei gleicher Funktionsfähigkeit hat,

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheider ist im Prinzip ein durchgehendes horizontal liegendes Gehäuse vorgesehen, um dessen Umfangsfläche herum sich teilweise ein radial nach außen auftragendes Spiralgehäuse erstreckt. Das Spiralgehäuse bildet somit

nicht selbst ein zylindrisches und zu dem anschließenden Gehäuse koaxial angeordnetes Gehäuse, sondern sitzt radial nach außen versetzt auf dem zylindrischen Gehäuse auf und umgibt dieses über die Hälfte des Umfanges. Die Spirale öffnet sich nach innen zum Gehäuse hin, so daß der von ihr umschlossene Raum zusammen mit dem entsprechenden Gehäuseraum eine Wirbelkammer bildet, in welcher der Hauptanteil der Staubbeladung des Gases durch Zentrifugalkraft längs der Wandung ausgeschieden wird. Die ausgeschiedenen ι ο Teilchen fliegen unmittelbar längs der Wandung weiter und geraten in den ersten Teilchenauslaß. Die Wirbelströmung kann sich jedoch im Gehäuse ungestört in Längsrichtung ausbreiten, weil keine hindernde Stirnwand mit einer darin verhältnismäßig begrenzten zentrischen Öffnung vorgesehen ist Es stellt sich daher eine Strömung bis zum anderen Stirnende des zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Gehäuses ein, wo der zweite Teilchenauslaß nach unten gerichtet vorgesehen ist Die während des Durchwanderns des Gehäuses in horizontaler Richtung ausgeschiedenen Teilchen sammeln sich an der Unterseite des Gf 'näuses und werden durch den zweiten Teilchenauslaß hinaustransportiert

Durch diese Gestaltung des Zentrifugalabscheiders wird das Strömungsbild des hindurchströmenden Gases dahingehend geändert, daß der Energieverbrauch beim Durchsetzen des Gases verringert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen vertikalen Zyklonabscheider nach dem Stand der Technik;

F i g. 2 eine schematische Seitenansicht, teilweise aufgebrochen, einer ersten Ausführungsform eines Zentrifugalabscheiders nach der Erfindung;

Fig.3 eine Stirnansicht, gesehen in Richtung der Pfeile III in F i g 2 des dort gezeigten Abscheiders;

Fig.4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig.5 einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 2;

Fig.6 eine schematische Seitenansicht, teilweise ^J5 aufgebrochen, einer zweiten Ausfühl jngsform eines Abscheiders nach der Erfindung, und

Fig. 7 ein Anlagenschema, das die Anwendung von Teilchen-Abscheidern gemäß der Erfindung veranschaulicht '"

Zur Bezeichnung gleicher Teile in den Zeichnungen sind gleiche Brizugszeichen verwendet

Wie sich aus den F i g. 2 bis 5 ergibt, umfaßt eine erste Ausführungsform eines Abscheiders für Festkörperteilchen nach der Erfindung einen Zylinder 1, eine Spirale 2 mit einem Einlaß 3 für teilchenbeladenes Gas, einen ersten Auslaß 4 für Festkörperteilchen, einen zweiten Auslaß 5 für Festkörperteilchen und einen Gasauslaß 6.

Die Spirale 2, die in der Beschreibung auch als »Wirbelführung« bezeichnet wird, ist in der Draufsicht ^o gemäß F i g. 3 halbkreisförmig. Sie ist unmittelbar mit dem Zylinder 1, der horizontal angeordnet ist, verbunden und steht mit diesem so in Verbindung, daß eine Wirbelkammer definiert wird.

Wie sich am besten aus Fig.4 ergibt, tritt das staubbeladene Gas durch den Einlaß 3 in die Wirbelkammer ein. Die durnh das Gas eingeschleppten Teilchen werden bei der Umlenkung Zentrifugalkräften ausgesetzt, so daß sie längs der Innenwände der Spirale oder Wirbelführung 2 fliegen, wie das durch gestrichelte Pfeile angegeben ist Dabei gelangen die Staubteilchen in den ersten Teilchenauslaß 4, der sich an die Spirale 2 oder Wirbelführung tangential anschließt und nach unten gerichtet ist Das von den Festkörperteilchen befreite Gas wird in der Wirbelkammer verwirbelt wie durch die ausgezogenen Pfeile angedeutet ist, und strömt in den Zylinder 1, den es durch den Gasauslaß 6 verläßt Während das Gas sich in axialer Richtung zum Gasauslaß 6 hin bewegt, behält es seine Wirbelbewegung im Zylinder 1 bei, wodurch die immer noch vom Gas mitgeschleppten Festkörperteilchen ständig Zentrifugalkräften ausgesetzt bleiben, so daß sie längs der Innenwände des Zylinders 1 fliegen und in den zweiten Teilchenauslaß 5 gelangen, der sich vom Boden des Zylinders 1 ausgehend direkt neben dem Gasauslaß 6 nach unten erstreckt (siehe F i g. 5). Wie sich aus F i g. 2 ergibt, erstreckt sich der Gasauslaß 6 koaxial zu dem Zylinder 1 aus diesem heraus und weist einen Innendurchmesser auf. der nur geringief ig kleiner als derjenige des Zylinders 1 ist Dies trägt wesentlich zur Verbesserung der Abscheide- und Sammelwirkung im Bereich des zweiten Teilchenauslasses bei.

Mit der Ausführungsform gemäß den F i g. 2 bis 5 wurden Versuche in Verbindung mit Luft ausgeführt die mit Zement-Teilchen beladen war. Das Zementmaterial wurde am ersten Teilchenauslaß 4 mit einem Abscheidegrad von 80—90% gesammelt Durch Hinzufügen des zweiten Teilchenauslasses 5 ließ sich der Abscheidegrad auf 91 —95% steigern.

In der geschilderten ersten Ausführungsform ergibt sich ein Strömungsbild, das in der Hauptsache aus freien Wirbein mit einer entsprechenden Absenkung des Energie- oder Druckverlustes besteht Das hat zur Folge, daß selbst bei einer Erhöhung der Gasgeschwindigkeit in dem Zylinder 1 auf 8—12 m/s mit einer Einlaßgeschwindigkeit von 15—20 m/s der Druckverlust lediglich bei 30—80 mmWs liegt, was nur etwa der Hälfte oder einem Drittel des Druckverlustes der bekannten Zyklonabscheider entspricht.

Die in F i g. 6 gezeigte zweite Ausführungsform des Abscheiders ist in ihrer Konstruktion der ersten Ausführungsform weitgehend ähnlich. Anstelle des Zylinders 1 kommt dort jedoch ein Keg<-1 bzw. der Stumpf eines geraden Kreiskegels Γ zur Anwendung.

In Verbindung mit Fig.7 wird ein Anwendungsbeispiel für die Teilchenabscheider gemäß der Erfindung erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Fließschema im Rahmen eines Verfahrens zur Zementröstung, bei dem Teilchenabscheider 7, 8 und 9 gemäß der Erfindung als Vorerhitzer eingesetzt werden. Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Anlage beinhaltet weiterhin ein Kaupc-Absauggebläse 10, einen obersten Zyklonabscheider 11 herkömmlicher Bauart, einen untersten Zyklonabscheider 12, ebenfalls von herkömmlicher Bauart, einen im Durchströmverfahren arbeitenden Röstofen 13, einen Drehrohrofen 14, einen Klinkerkühler 15 und eine Schütte 16 zur Zuführung des Zementmaterials zur Anlage.

Wie durch ausgezogene Pfeile angedeutet ist, strömen sowohl in dem Klinkerkühler 15 vorsrhitzte Luft als auch Verbrennungsabgase aus dem Drehrohrofen 14 in den Röstofen 13. Aus diesem strömt das Gas durch den untersten Z-'klonabscheider 12, durch drei Teilchenabscheider 9, 8 und 7 sowie durch den obersten Zyklonabscheider 11 in der angegebenen Reihenfolge in das Haupt-Absauggebläse 10. Das pulverförmige

Rohmehl, das im folgenden der Kürze halber als »Teilchen« bezeichnet wird, wird von der Schütte 16 aus in eine Führung eingegeben, die den obersten Zyklonabscheider 11 und den ersten Teilchenabscheider 7 gemäß der Erfindung verbindet. Wie dies durch gestrichelte Pfeile angedeutet ist, gelangen die Teilchen anschließend von dem obersten Zyklonabscheider 11 durch die drei Teilchenabscheider 7, 8 und 9 nach der Erfindung, den Röstofen 13 und den untersten Zyklonabscheider 12 in den Drehrohrofen 14. Der Zementklinker wird aus dem Drehrohrofen 14 in den Klinkerkühler 15 verbracht.

In der in Fig. 7 gezeigten Anlage werden drei Teilchenabscheider 7,8 und 9 nach der Erfindung in den Zwischenstufen verwendet. Es versteht sich jedoch, daß ΐϊ anstelle der Anzahl drei auch eine höhere oder niedrigere Anzahl solcher Abscheider je nach dem bestehenden Bedarf eingesetzt werden kann.

Aufgrund des Einsatzes von Teilchenabscheidern nach der Erfindung, die jeweils eine Verminderung des Druckverlustes von einem Drittel bis zur Hälfte im Vergleich zu den Zyklonabscheidern nach dem Stand der Technik bewirken, läßt sich der Energieverbrauch der Gebläse und des Saugzuggebläses drastisch vermindern. Dies macht sich schon bei dem Einsatz einer einzigen Stufe zufriedenstellend bemerkbar; der Vorteil der Energieeinsparung wird jedoch besonders deutlich, wenn vier oder fünf Abscheidersttifen zur Anwendung kommen.

Wie bereits erwähnt, liegt die durch die halbkreisförmige Spirale oder Wirbelführung 2 und den zugehörigen Teil des Zylinders 1 bzw. Kegels Γ gebildete Wirbelkammer horizontal, so daß die Strömungsgeschwindigkeit in dieser Wirbelkammer erhöht werden kann. Als Ergebnis davon kann der Teilchenabscheider nach der Erfindung in seinen Abmessungen sehr klein und kompakt gehalten werden. Dies führt zu einem weiteren Vorteil dahingehend, daß die Gesamthöhe eines vier- oder fünfstufigen Vorerhitzers in einer Zement-Röstanlage (siehe Fig. 7) verringert werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Zentrifugalabscheider für von Gasen mitgeführte Teilchen, mh einem horizontal angeordneten zylindrischen Gehäuse, das an seinem einen Ende mit einer Spirale in Verbindung steht und an seinem anderen Ende einen zum Gehäuse koaxialen Gasauslaß aufweist, mit einem zur Spirale führenden Gaseinlaß und einem ersten, vertikal nach unten gerichteten Teilchenauslaß im Bereich der Spirale sowie einem zweiten vertikal nach unten gerichteten Teilchenauslaß stromab von der Spirale im Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale (2) das Gehäuse (1, 1') im Bereich des einen Gehäuseendes im wesentlichen nur über die Hälfte des Gehäuseumfangs umgibt und mit dem Gehäuse (1, 1') eine Wirbelkammer bildet, daß der vertikal nach oben gerichtete Gaseinlaß (3) und der erste Teilchenauslaß (4) an jeweils ein Ende der Spirale (2) angeschlossen sind, und daß der zweite Teilchenauslaß (5) am anderen Gehäuseende unmittelbar neben dem Gasauslaß (6) angeordnet ist

2. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse [V) sich, ausgehend von der Spirale (2), in Richtung zum Gasauslaß (6) hin kegelförmig erweitert.

3. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilchenauslaß (5) annähernd in der Ebene der Stirnwand des Gehäuses (1,1') liegt.

4. Zentnijgalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kegelstumpffönroge Gehäuse (1, V) sich in Richtung zum Gasauslaß (6) hin erweitnr -.

5. Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseinlaß (3) und der erste Teilchenauslaß (4) von unten an die Spirale (2) angeschlossen sind.