DE3218103C2

DE3218103C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Windsichten im Partikelgrößenbereich von etwa 0,02 μm bis 2 μm im elektrischen Feld

Info

Publication number: DE3218103C2
Application number: DE19823218103
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Boeck; Michael Dipl.-Ing. 3392 Clausthal-Zellerfeld Heuer; Kurt Prof. Dr.-Ing. Leschonski
Original assignee: Leschonski Kurt Prof Dr-Ing 3392 Clausthal-Zellerfeld De
Current assignee: Leschonski Kurt Prof Dr-Ing 3392 Clausthal-Zellerfeld De
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1985-07-11
Also published as: DE3218103A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrostatischen Klassierung im Partikelgrößenbereich zwischen etwa 0,02 μm und 2 μm zeichnet sich zur Erzielung einer hohen Trennschärfe bei hohen Massendurchsätzen dadurch aus, daß die gleichsinnig und größenabhängig elektrisch geladenen und in einer Teilströmung dispergierten Feststoffpartikel als Aerosol einer Trennzone in einer dünnen, kreisringförmigen Schicht etwa in der Mitte einer kreisringförmigen Hauptströmung unter der Wirkung eines radialsymmetrischen elektrischen Feldes zwischen 0,5 kV und 25 kV und bei Umfangsgeschwindigkeiten des Gases von 10 m/s bis 100 m/s sowie Axialgeschwindigkeiten des Gases von 0,5 m/s bis 5 m/s zugeführt werden und durch in radialer Richtung entgegengesetzt wirkende Zentrifugal- und elektrische Kräfte in eine nach außen abgelenkte Feingut- und in eine innere Grobgutfraktion getrennt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein VerUihren zur Klassierung durch Windsichtung von Feststoffpartikeln im Partikelgrößenbereich von etwa 0,02 μιτι bis 2 |im im elektrischen Feld nachdem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Es ist ein Verfahren zur elektrostatischen Trennung von feinkörnigen oder staubhaltigcn Gemischen im elektrischen Feld bekannt, bei dem in einem in einem Trennraum zwischen zwei gegenpoligen unbewegten Elektroden schraubenförmig kreisenden, im Querschnitt kreisringförmigcn Trenngasstrom dispergierte Partikel in einen Grobgulstrom und einen Fcinguistrom aufgeteilt und getrennt voneinander abgeführt werden (DE-PS 7 07 209). Die innere Elektrode ist als siebartige Drahtelcktrode ausgebildet, durch welche das Feingut den Trennraum radial verläßt. Eine Gasdurchströmung der Drahtelek'.rodc erfolgt nicht, weil die von ihr umgebene Feingutkummer keinen Gasaustritt aufweist. D;is anfallende Feingut wird über eine Zcllcnruclschleu.se abgezogen. Das Ciioligiil vciliil.il axial mit dem Trcnngasslrom ilen Trcnnraiim. In den ungesuuglen Trcnngiisslroni werden die zu sichtenden Teilchen seillich eilige-

geben, worauf diesem die Partikel ungleichmäßig dispergiert enthaltene Trenngasstrom durch einen Schaufelkranz die schraubenförmig kreisende Bewegung aufgezwungen wird. Im Trennraum wirken auf die Partikel die Fliehkraft aufgrund der schraubenförmig kreisenden Gasströmung und die nach innen gerichtete elektrostatische Anziehung durch das zur inneren Elektrode· gerichtete elektrische Feld. Letzterem folgen die feinen Teilchen, während die nicht oder schwerer anziehbaren Teilchen unter der Wirkung der Fliehkraft nach außen gedrängt werden und im Trennraum verbleiben. Mit dieser Vorrichtung lassen allenfalls Stäube aus gröberen Gemischen ausscheiden aber nicht im Korngrößenbereich unter 2 μπι Klassierungen vornehmen.

Aus der US-PS 22 35 305 ist die Sortierung von auf hohe Temperaturen erhitzten Partikeln, die sich bei diesen Temperaturen unterschiedlich stark aufladen lassen, bekannt. Auch eine solche Vorrichtung eignet sich nicht zum Klassieren im Panikeigrößenbereich von etwa 0,02 μπι bis 2 μπι.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Klassierung von Partikeln im Partikelgrößenbereich zwischen etwa 0,02 μπι und 2 μπι bei nennenswerten Massendurchsätzen zu ermöglichen.

Ein dieses Problem lösendes Verfahren ist im Patentanspruch I und hinsichtlich seiner Ausgestaltung in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung ist im Anspruch 4 angegeben, während sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Ansprüchen 5 bis 11 ergeben.

Die Erfindung ermöglicht die Klassierung im angegebenen PartikelgröOenbereich bei nennenswerten Massendurchsätzen.

Die Partikel werden zunächst in einem Trenngasteilsirom dispcrgiert. dann größenabhängig aufgeladen und anschließend in einer dünnen im Querschnitt kreisringförmigen Schicht radial mittig in denTrcnngassirom mit hoher Umfangsgeschwindigkeitskomponente und bestimmter Axialgeschwindigkcitskomponente in den Trennraum eingeführt, worauf der den Trennraum verlassende Trenngasstrom mittels einer Schneide in einen das Grobgut mitführenden äußeren Tci'strom und einen das Feingut mitführenden inneren Teilstrom unterteilt wird. Das miltige Einbringen des in einem Trenngasteilstrom dispcrgierten Aufgabeguts in einer längs einer Wendel strömenden kreisringförmigen Mauptströmung ist bedeutsam für den Erfolg der Trennung und des crziclbarcn Masscndurchsalzes.

Die Trennung erfolgt im Gegensatz zu bisher bei Analyscnwindsichtungcn bekanntgewordenen Sichtungen unter dein Einfluß von Widerstandskraft, Fliehkraft und elektrischer Kraft. Der Trennraiim wird von einem Gas, z. B. Luft, in axialer Richtung und in Umfangsrichtung so durchströmt, daß sich feine Partikel in dieser Strömung unter der Wirkung von Fliehkraft und Sehlcppkräften der Strömung sowie der Wirkung des elektrischen Feldes in dem Trennniuin in radialer und axialer Richtung bewegen. Im Gleichgewicht zwischen den auftretenden Fliehkräften und der elektrischen Feldkraft bewegt sich die Trennkorngröße auf einer wendeiförmigen Bahn von stets konstantem Radius, so daß es möglich ist, am Ende der Trennkamnicr bzw. -raum das Feingut innen und das Grobgut außen in Teilgasströnicn dispcrgicrl abzuziehen und die Fcstsloffantcilc in beiden Tcilgassirömcn in nachgcschaltc-¹CIi Abscheidern ab/iitrennn.

Für AnalyscnwindsichUingcn ist ein Gerät bekannt.

bei dem ein elektrisch gleichsinnig und partikelgrößenabhängig aufgeladenes Aerosol am äußeren Umfang eines teilzylindrischen ruhenden Trennraums zugeführt wird und sich in diesem quer zur reinen Axialströmung zu einer inneren Niederschlagselektrode bewegt Die Bewegung der Partikel im Trennraum wird in radialer Richtung durch Widerstands- und elektrische Kräfte bestimmt. Dieses Windsichtverfahren zur Bestimmung von Korngrößenverteilungen ist ein Querstrom-Sichtverfahren, bei dem im Trennraum eine partikelgrößenabhängige Auffächerung erfolgt und eine Trennung in zwei Größenklassen nur deshalb möglich ist, weil alierfeinste Partikel mit dem Sichtgas den Trennraum verlassen und alle gröberen Partikel auf der Innen-Elektrode abgeschieden werden.

Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß eine Gegenstromanorrtnung verwirklicht, bei der im Gleichgewicht zwischen Fliehkraft und elektrivl«er Kraft das Trennkorn etwa in der Mitte der Trennten« auf einer wendeiförmigen Bahn bewegt wird. Größere Partikel wandern entgegen dem elektrischen Feld nach außen, während feinere Partikel in Richtung auf eine innere Niederschlagselektrode bewegt werden. Aus diesem Grunde führt die Unterteilung des den Trennraum verlassenden Trenngasstrom in einen inneren und einen äußeren Teilstrom in einen solchen, der das Feingut und einen solchen, der das Grobgut mitnimmt. Eventuell auf der inneren Niederschlagselektrode abgeschiedenes Feingut kann abgerütte't werden.

jo Die an den Partikeln angreifende Fliehkraft wird durch eine Umfangskomponente der Gasströmung im Trennraum erreicht, die zur Einstellung der Trenngrenze zwischen etwa 10 m/s und 100 m/s veränderbar sein sollte. Neben der Umfangsgeschwindigkeit des Trenngasslroms im Trennraum kann auch die Stärke des elektrischen Feldes zur Trenngrenzeneinstellung heranjezogen werden. Aus diesem Grunde ist eine Hochspannungsanlage zu verwenden, die es ermöglicht, die Spannung zwischen den koaxialen zylindrischen Elektroden zwischen etwa 0,5 kV und etwa 25 kV zu variieren. Um die am einen Ende des Trennraums aufgegebenen Feststoffpartikel durch die Trennkammer transportieren zu können, ist eine axiale Strömungskomponente erforderlich, deren Geschwindigkeit zwischen etwa 0,5 m/s und 5 m/s liegen sollte.

Für das erfindungsgemäße Windsichten ist das Aufgabcgut in einem Trcnngastcilstrom zu dispergieren, wozu höhere Strömungsgeschwindigkeiten und Wandkontaktc zum Aufbrechen von Agglomcraten erforderlieh sind. Das Aerosol aus Aufgabcgut und Trenngas ist auf d'c in F'cnnraum angestrebte Axialgcschwindigkeit zu verzögern und außerdem kurz vor Eintritt in den Trciinraum gleichsinnig und p;irtikclgrößcnabhängig aufzuladen. Da das geladene Aerosol dem Trcnnruum in einer möglichst düniicn krcisringförmigen Schicht axial zugeführt werden muß, wenn die Trennschärfe der Trennung den Erwartungen entsprechen soll, könnte man folgern, daß die Dispergierung in einem möglichst kleinen Gasvolumen vorzunehmen ist. Dies ist jedoch

M) nicht möglich, da einerseits für die Aufladung der Partikel eine bestimmte Anzahl von Elemententarladungen bzw. Ionen benötigt wird und andererseits ein bestimmtes Gasvolumen nur eine bestimmte Anzahl von Ionen enthalten darf, um einen Zusammenbruch des elektri-

h5 sehen Feldes durch Funkcnüberschlag zu vermeiden. Aus diesem Grunde ist für die Aufladezone eine bestimmte Anordnung gewühlt worden, die das über einen größeren Radicnbcreieh zugcführtc Aufgabcgut Aero-

snl in der Aufladczonc durch den Transporlcinfluß des elektrischen Feldes und des sogenannten elektrischen Windes im angestrebten Sinne in einer dünnen Schicht fokussiert. Es ist daher vorgesehen, das in einem Trenngasteiistrom dispcrgicrles Aufgabegut urimitlclbai' vor F.intritt in den krcisringföimigen llaupllrcnngasslrom durch eine kreisringförmige Zone mil C'orona-Fnllatiung aufzuladen, wobei sich die geerdete Gegenelektrode am kleineren Radius der Auflade/one etwa in tier Mitte des kreisringförmigen I lauptlrenngasslroiiis be findet.

Hei einer Ausgestaltung der llrfmdiing wird das Auf gabegulaerosol in einer hochturbulenten Strömung von mehr als 100 m/s minierer Gasgeschwindigkeit dispergiert und anschließend in einer sich radial ausweitenden, mit einem geringen Drall versehenen verzogenen Strömung der Auflade/one b/w. Aufladiingscinrichlimg zugeführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, die einen axialen Teilschnitt durch eine rotationssymmetrische erfindungsgemäße Klassiervorrichtung zeigt.

Bevor das Aufgabegut in den Trennraum 8. der von zwei zylindrischen, koaxial angeordneten F.lektrodcn, nämlich einer äußeren Elektrode 10 und einer inneren Elektrode 11 gebildet ist. die beide gegen das Gehäuse des Trennraums isoliert sind, gelangt, wird es dispcrgiert. Auf einem fesMehenden Zapfen I ist eine I .aval düse 2 zur Beschleunigung des von einem Drehteller 3 abgesaugten feinpulvrigen Aufgabeguts vorgesehen, an deren F.ndc das gebildete Aerosol gegen eine in kurzem Abstand von der l.avaldüscnmündung angeordnete Prallplatte (4) auftrifft, auf dieser radial nach außen umgelenkt wird und erneut auf eine Umfangswand mit angenähert der Düsenendgeschwindigkeit aufprallt. Das Aerosol wird in einem nachgeschalteten Axial-Diffusor 5 verzögert und durch l.eitschaufeln 6 mit einem schwachen Drall versehen, der zur Strömungsstabiüsierung in einem nachgeschaltcten Radial-Diffusor 7 zwischen zwei ihn abgrenzenden Scheiben dient. Das Aerosol wird beim Austritt aus dem Axial-Diffusor 5 in radialer Richtung umgelenkt und in dem sich anschließenden Radial-Diffusor 7 auf eine Geschwindigkeit verzögert. die in etu.a der angestrebten Axialgeschwindigkcit des "irenngasstroms in der nachgesehaltetcn Trennkammer 8 entspricht. Der verzögerte Aerosolstrom wird am Ende des Radial-Diffusors 7 in die axiale Richtung umgelenkt und einer AfHadungseinrichtLing 9 zugeführt. Sie ist am äußersten Ende eines kreisringförmigen Zuführungskanals angeordnet und besteht aus einem auf der Innenseite der Außenwand des Zuführungskanals isoliert angebrachten radial äußeren kreisringförmigen Drehelektrode 20 für die Klektronenemission und einer im Abstand von dieser vorgesehenen radial inneren, kreisringförmigen Gegenelektrode 21 auf der Innenseite der Innenwand des Zuführungskanals. Sie ist entweder aus eine Draht oder einem schmalen, ebenfalls gegen das Zuführungsrohr isolierten zylindrischen Ring gebildet. Während die äußere Drahtelektrode 20 an negativer Hochspannung liegt, ist die innere Gegenelektrode geerdet. Der sich zwischen den beiden Elektroden ausbildende sta-ke lonenstrom. der von der äußeren Drahtelektrode 20 zur inneren Gegenelektrode 21 wandert, läßt nicht nur die im Aerosol ihm ständig zugeführten Partikel gleichsinnig und partikelgrößenabhängig auf. sondern drängt auch die Feststoffpartikel im Trenngassironi zur Gegenelektrode hin ab. so daß die ursprünglich über dem Querschnitt des Zuführungsrohrs verteilten Partikel in der Mille der kreisringförmigen Trennkammer im Tienngasstrom fokiissicrl werden und in einer Schicht von geringer radialer Frsireckung in den llaupttrenngasstrom und den Trennraum 8 eintre-■■> ι en.

Um die Trenngasslrömimg im Trennraum auf Um fangsgeschwindigkeiten von IO m/s bis 100 m/s beschleunigen zu können und um eine angcniiheri kon sianie mittlere I inifangsgcschwindigkeil lies Trenngas-

Hi Stroms /\\ erreichen, rotiert der gesamle Trennraum bzw. jede KiekIrode um die feststehende Mittelachse. Sie sind auf dieser in Kugellagern gelagert. Um den bei durch einen inneren Ansaugkanal 12 und einen äußeren Ansaugkanal I } angesaugten I renngasströnien die I Jm-

ri fangsgcschwindigkcil möglichst schnell mitteilen zu können, sind ein äußerer radialer Leitschaufelkranz 14 und ein innerer radialer Leitschaufelkranz 15 in den dem Trennraum 8 vorgeschalteten Slrömungsräumcn vorgesehen. Am unleren Ende des Trennraums 8 befindet sich

2(i eine zylindrische Schneide 16. die den Trenngasslrom in einen das Grobgut mitführenden äußeren Teilstrom (Grobgutstrom) und einen das Feingut milführenden inneren Teilstrom (Feingutsirom) unterteilt. Die feinen Partike! bzw. das Feingut wandern auf kleineren Radien

2^r> als der F'itrittsradius des das Gut dispergiert mitführenden "Trenngastcilstroms, die größeren Partikel wandern demgegenüber auf Radien, die größer sind als dieser Fintrittsradius. Nur das Trennkern verbleibt theoretisch auf diesem Radius. Die am unteren Ende des

in Trcnnraums angedeuteten Leilschaufclkränz.e 17 dienen der Sirömungsstabilisierung und der Verbindung des Außen- und des Innenicils des Trennraums 8. Der das Grobgut niitführenclc äußere Teilstrom wird in einen äußeren Abführkanal 18 und der das Feingut mit-

r> lührende innere I eilstroni in einen inneren Abfuhrkanai 19 abgesaugt und zwei nachgeschalteten Elektrofiltern zugeführt.

Es wird sich nicht vermeiden lassen, daß von der negativ geladenen äußeren Elektrode 10 zur geerdeten

JH inneren Elektrode 11 wanderndes Feingut an der inneren Elektrode 11 niedergeschlagen wird und dort anhaftet. Um dieses F'cingut intermittierend ablösen zu können, wird die gesamte rotierende Trennkammer 8 von Zeit zu Zeit axial um wenige Millimeter angehoben und

:> anschließend schlagartig gegen einen Anschlag abgesenkt. Durch die beim Aufschlag auftretenden Verzögerungskräfte wird die anhaftende Gutschicht abgerüttclt. An die äußere zylindrische Elektrode 10 wird .bcr Schleifringe eine negative variable Spannung angelegt.

ί» die etwa zwischen 0,5 kV und 25 kV variiert wird.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Klassierung durch Windsichtung von Feststoffpartikeln im Partikelgrößenbereich τ von etwa 0,02 μιτι bis 2 μιτι im elektrischen Feld,

bei dem in einem in einem Trennraum zwischen zwei gegenpoligen Elektroden schraubenförmig kreisenden, im Querschnitt kreisringförmigen Trenngasstrom dispergierte Partikel in einen Grobgutstrom to und einen Feingutstrom aufgeteilt und getrennt voneinander abgeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Partikel zunächst in einem Trenngasteilstrom dispergiert und dann in einem radialsymmeiri- r> sehen elektrischen Feld mil Spannungen zwischen O^ kV und 25 kV gleichsinnig und größenabhängig aufgeiadec werden,

daß der Trenngasteilstrom darauf in einer dünnen, im Querschnitt kreisringförmigen Schicht radial mittig in den Trenngasstrom, der im Trennraum zwischen den Elektroden mit einer Umfangsgeschwindigkeitskomponente von 10 m/s bis 100 m/s und einer Axialgeschwindigkeitskoir.ponente von 03 m/s bis 5 m/s strömt, eingeführt wird, und daß der den Trennraum verlassende Trenngasstrom mittels einer Schneide in einen das Grobgut mitführenden äußeren Teilstrom und einen das Feingut mitführeiiden inneren Teilstrom unterteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in deir Trenngasteilstrom dispergieren Partikel unmittelbar · or Eintritt in den Trenngasteilstrom in einem kreisringförmigen Aufladeraum durch Corona-Entladung aufgeladen werden.

3. Verfahren nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel in einem hochturbu-IcntenTrenngasteilsiroin von mehr als 100 m/s mittlere Geschwindigkeit dispergiert und anschließend, nachdem dieser zunächst unter Verzögerung radia; ausgebreitet und mit einem geringen Drall versehen wurde, axial in den Trenngasteilstrom aufgegeben werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem zylindrischen, durch gcgenpolige zylindrische Elektroden abgegrenzten Trennraum,

wenigstens einem einlaßscitigen, ringförmigen Trenngas-Zuführkanal, der jeweils über einen Leitschaufelkranz, mit dem dem eintretenden Trenngasleilstrom ein Drall aufprägbar ist, stirnseitig in den Trennraum mündet,

mit einer Aufgabeeinrichtung für die im elektrischen Feld zwischen den Elektroden zu trennenden Fcststoffpartikel, mit der diese in Trenngas dispergiert ·->·> stirnseitig in den Trennraum axial einlcitbar sind,
und mit auslaßscitigcn Abführkanälen für einen Grobgutstrom und einen Fcingutslrom.
dadurch gekennzeichnet,

daß die Aufgabeeinrichtung etwa mittig des Einlaß- w> bereichs des Trennraums (8) mit einem im Querschnitt dünnen kreisringförmigen Austrittsspalt in Strömungsrich'ung hinter jedem Leitschaufelkranz (14,15) in den Trennraum (8) mündet und im Bereich ihres Atistrittsqucrschniits eine elektrische Aufla- h^r> dtingseinrichiung(9)ziir rudiukymmetrischcn Aufladung der !'artikel vorgesehen ist, und
diiß im uusliißseiligen linde des Trcnnruiims eine zylindrische Schneide (16) vorgesehen ist. mit der der Trenngasstrom in einen das Grobgut mitführenden äußeren Teilstrom und einen das Feingut miiführenden inneren Teilstrom unterteilbar ist und an die sich die Abführkanälc (18,19) anschließen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladungseinrichtung (9) als Corona-Entladungsvorrichtung ausgebildet ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladungseinrichtung (9) eine radial äußere kreisringförmige Drahtelcktrode (20) für die Elektronenemission und eine im Abstand von dieser vorgesehene radial innere, kreisringförmige Gegenelektrode (21) aufweist, von denen die innere Elektrode geerdet ist und etwa in der Mitte des Querschnitts des Trennraums angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abrcinigung von an der inneren Elektrode (U) anhaftenden Partikeln die Trennkammer (8) anhebbar und gegen einen Anschlag absenkbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabevorrichtung eine axiale Laval-Düse (2), vor deren Auslaß, einlaßseitig eines Axial-Diffusors (5) eine Prallplatte (4), und, sich an den Axial-Difiusor anschließend, zwei einen Radial-Diffusor (7) abgrenzende Scheiben aufweist, die längs ihres Umfangs zylindrische Wände mit radialem Abstand voneinander aufweisen, welche den ringförmigen Austrittspalt begrenzen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Radial-Diffusor (7) der Aufgabevorrichtung drehantreibbar ausgebildet und gelagert ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Elektroden (10 und 11) drehantreibbar ausgebildet und gelagert sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß einlaßseitig der Abführkanäle (18, 19) Leitschaufelkränze (17) vorgesehen sind.