DE3624086A1 - Zyklonabscheider - Google Patents
ZyklonabscheiderInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
- B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
- B04C5/14—Construction of the underflow ducting; Apex constructions; Discharge arrangements ; discharge through sidewall provided with a few slits or perforations
- B04C5/181—Bulkheads or central bodies in the discharge opening
Landscapes
- Cyclones (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Zyklonabscheider mit einem zumin
dest teilweise konischen Gehäuse mit einem tangentialen oder
spiralförmigen Zufuhrstutzen für das Feststoff-Gas-Gemisch,
einer am kleinsten Durchmesser des konischen Gehäuseteils aus
gebildeten Austragsöffnung für den abgeschiedenen Feststoff
und mit einem Gasaustrittsstutzen, der einer zentral in der
Austragsöffnung angeordneten kegelförmigen Wirbelstütze gegen
überliegt.
Derartige Teilchenabscheider sind bekannt. Sie weisen den
Nachteil eines hohen Druckverlustes im Betrieb auf, dessen Ur
sache ein Wirbelkern ist, der wie ein Festkörperwirbel mit
hoher Umfangsgeschwindigkeit rotiert. Dieser Wirbelkern
entsteht, nachdem das mit Teilchen beladene Gas durch den
beispielsweise als Zufuhrstutzen ausgebildeten Einlaß
tangential in einen zunächst zylindrischen Abschnitt des
Abscheiders gelangt, dann umgelenkt wird und in einer
spiralförmigen Bahn entlang des konischen Gehäuseteils abwärts
strömt. In diesem Arbeitsbereich findet die
Teilchenabscheidung dadurch statt, daß die Teilchen gegen die
Gehäusewandung geschleudert werden. Das Gas wird anschließend
in der am kleinsten Durchmesser des konischen Gehäuseteils
ausgebildeten Austragsöffnung umgelenkt und strömt dann
innerhalb eines Aufwärtswirbels, gemeinhin Wirbelkern genannt,
zum Gasaustrittsstutzen. Der Wirbelkern wird durch eine
kegelförmig ausgebildete Wirbelstütze stabilisiert, die
zentral im Bereich der Austragsöffnung, also ggf. auch etwas
darüber oder darunter, angeordnet ist. Der Zentralwirbel ist
zur Materialabscheidung nicht notwendig, wird aber als der für
etwa 90% des auftretenden Druckverlustes im Zyklon ver
antwortliche Bereich wegen des großen Anteils an radialen
Strömungskomponenten angesehen. Der durch einen Zyklonabschei
der verursachte Druckverlust in einer Abscheidestufe hängt
hauptsächlich von dem Energieverlust ab, der durch den zur Ma
terialabscheidung nicht benötigten Zentralwirbel entsteht,
welcher zwischen der Wirbelstütze und dem Gasaustrittsstutzen
vorliegt.
Zur Verringerung der Druckverluste ist bereits vorgeschlagen
worden, die Einlaßgeschwindigkeit des Feststoff-Gas-Gemischs
herabzusetzen. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß dann zur
Beibehaltung der Leistungsfähigkeit der Zyklonabscheider ver
größert werden muß.
Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit ohne Zunahme der Druck
verluste ist ferner gemäß DE-PS 30 24 837 vorgeschlagen wor
den, den Teilchenabscheider an seiner Oberseite von einer den
Gasaustrittsstutzen umschließenden Decke abzuschließen und
Auffangkammern für abgeschiedene Teilchen an dem oberen
Gehäuseabschnitt in tangentialer Richtung anzuordnen sowie
über Öffnungen mit diesem Gehäuseabschnitt zu verbinden. Dabei
soll sich das Gasauslaßrohr in den oberen Gehäuseabschnitt bis
zum unteren Öffnungsrand der Auffangkammern erstrecken. Hier
durch soll der Abscheidewirkungsgrad erhöht werden können,
ohne daß diese Steigerung Druckverluste oder eine
Größenzunahme des Abscheiders verursacht. Nachteilig ist, daß
der konstruktive und apparative Aufwand wesentlich gegenüber
herkömmlichen Zyklonabscheidern vergrößert wird. Es ist erfor
derlich, zusätzliche obere Teilchenauffangkammern auszubilden,
aus denen die gesammelten Teilchen über separate Austragslei
tungen abgeführt werden müssen, die mit Absperrorganen und
Verbindungseinrichtungen zur Zusammenfassung der verschiedenen
Teilchenströme ausgestattet werden müssen. Darüber hinaus ist
nachteilig, daß das teilchenbeladene Gas in einem mittleren
Gehäuseabschnitt eingeführt werden muß und folglich verschie
dene spiralförmige Strömungen nach oben und unten sich ein
stellen. Es kann angenommen werden, daß der sich auch bei die
ser Ausführungsform zwangsläufig ausbildende Wirbelkern hohe
Druckverluste verursacht.
Der Erfindung liegt in Anbetracht des beschriebenen Standes
der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Zyklonabscheider der
eingangs genannten Art dadurch zu verbessern, daß ohne Ver
größerung des apparativen Aufwands und ohne Komplizierung der
Konstruktion bei Beibehaltung der Leistungsfähigkeit die
Druckverluste vermindert werden.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen allgemeinen Erfin
dungsgedanken gelöst, der durch eine im Bereich des Zentral
wirbels angeordnete Vorrichtung zur Verstärkung der
Axialkomponente der Strömung des Zentralwirbels auf Kosten der
Radialkomponente gekennzeichnet ist. Es wird eine Druckver
lustreduzierung erreicht, indem die Umfangsgeschwindigkeit des
Zentralwirbels möglichst stoßfrei abgebaut wird und die Axial
geschwindigkeitskomponente gleichzeitig erhöht wird. Hierdurch
wird darüber hinaus die Lage der Trennfläche zwischen der
Einlaufspirale im Zyklon und dem Wirbelkern stabilisiert und
eine Präzisionsbewegung des Potentialwirbels verhindert. Die
Folge hiervon ist, daß die Gefahr eines Aufreißens der aus ab
geschiedenem Material bestehenden Feststoffschicht an der In
nenwand des Abscheideraumes des Zyklons durch den Potential
wirbel verringert wird und hierdurch eine höhere Abscheidung
erreicht wird.
Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung zur Verstärkung der
Axialkomponente der Strömung des Zentralwirbels auf Kosten der
Radialkomponente mindestens eine zwischen der Wirbelstütze und
dem Gasaustrittsstutzen angeordnete, im wesentlichen axial
sich erstreckende und vorzugsweise verdrillte Führungsfläche.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die
Vorrichtung aus einer Wirbelstütze mit feststehenden Leit
schaufeln. Dabei ist jede Leitschaufel im wesentlichen drei
eckig ausgebildet, mit ihrer Basiskante auf dem äußeren Kegel
mantel festgeschweißt und schließt mit ihrer gegenüberliegen
den Kante etwa waagerecht in Höhe der Spitze der Wirbelstütze
ab. Vorzugsweise sind die Leitschaufeln parabelförmig ge
krümmt, um eine stoßfreie Anströmung im Bereich der Umlenkung
des abströmenden Gases in den Zentralwirbel zu gewährleisten.
Dabei kann es zur weiteren Beruhigung der Strömung zweckmäßig
sein, den Kegelmantel mit entsprechend muldenförmigen
Ausnehmungen zu versehen und/oder die Leitschaufeln in
Richtung auf den Gasaustrittsstutzen zu verlängern, ggf. bis
in den Bereich des Gasaustrittsstutzens. Dieser kann in an
sich bekannter Weise zu einem in das Gehäuse hineinragenden
Tauchrohr ausgebildet sein.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bereits
im Zeitpunkt des Entstehens des Zentralwirbels dessen Radial
komponente durch Umlenkung der Strömung mittels der Leitschau
feln in eine axiale Richtung verkleinert, verringern sich
hierdurch die Geschwindigkeitskomponenten zwischen den Radial
komponenten des abströmenden Feststoff-Gas-Gemisches und dem
entgegengesetzt aufwärtsströmenden Zentralwirbel mit der Folge
einer Reduzierung der Druckverluste und ergibt sich hierdurch
insbesondere in mehrstufigen Anlagen eine wesentliche Ver
ringerung des Energieverbrauchs durch eine verringerte notwen
dige Ventilatorleistung.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
der zugehörigen Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungs
form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch darge
stellt ist. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Zyklonabscheiders schema
tisch,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer erfindungsgemäß
ausgestalteten Wirbelstütze des Zyklonabscheiders der
Fig. 1, perspektivisch und
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Wirbelstütze der Fig. 2.
Der in Fig. 1 dargestellte Zyklonabscheider 1 weist ein Gehäu
se 2 mit einem oberen zylindrischen Teil 3 und einem sich da
ran anschließenden konischen Gehäuseteil 4 auf, an dessen
kleinstem Durchmesser eine Austragsöffnung 5 für abge
schiedenen Feststoff ausgebildet ist. Im zylindrischen Teil 3
des Gehäuses 2 befindet sich ein tangentialer Zufuhrstutzen 6
für ein Feststoff-Gas-Gemisch, dessen Zufuhr zum Zyklonab
scheider in der Zeichnung durch zwei Pfeile verdeutlicht ist.
Anstelle der im Ausführungsbeispiel vorgesehenen tangentialen
Zufuhr ist auch eine spiralförmige Zufuhr für das
Feststoff-Gas-Gemisch möglich. Es ist ferner darauf hinzuwei
sen, daß prinzipiell ein Zyklonabscheider dieser Art auch für
einen Naßbetrieb geeignet ist.
Das Feststoff-Gas-Gemisch tritt tangential über den Zufuhr
stutzen 6 in den Zyklonabscheider 1 im Über- oder Unterdruck
betrieb ein. Es wird zu einer Wirbelbewegung gemäß äußerer
Pfeilspirale 7 im nach unten gerichteten Strömungsweg
gezwungen, wobei der Feststoff entlang des konischen Gehäuse
teils 4 des Zyklons zur Austragsöffnung 5 fließt. Das Gas wird
im Bereich der Austragsöffnung 5 umgeleitet und strömt entge
gen der Feststoffmenge im Kern des Zyklons einem axial
zentrisch angeordneten Gasaustrittsstutzen 8 zu. Die Gasströ
mung ist zeichnerisch in Fig. 1 durch einen Zentralwirbel 9
- auch Wirbelkern genannt - verdeutlicht. Der Zentralwirbel 9
stützt sich auf einer zentral im Bereich der Austragsöffnung 5
angeordneten kegelförmigen Wirbelstütze 10 ab, die in der Zen
tralachse gegenüber dem Gasaustrittsstutzen 8 positioniert
ist. Die Wirbelstütze 10 ist in den Fig. 2 und 3 der Zeichnung
genauer dargestellt.
Die Wirbelstütze 10 besteht aus einem Stahlblechkegel, dessen
Spitze in der Austragsöffnung 5 in Richtung auf den Gasaus
trittsstutzen 8 angeordnet ist. Auf dem Kegelmantel sind
symmetrisch verteilt vier feststehende Leitschaufeln 11 aus
Stahlblech aufgeschweißt, die eine Vorrichtung zur Verstärkung
der Axialkomponente der Strömung des Zentralwirbels (9) auf
Kosten der Radialkomponente darstellen. Jede Leitschaufel 11
ist im wesentlichen dreiecksförmig, mit einer parabelförmigen
Krümmung versehen und erstreckt sich in der Höhe etwa bis zur
Spitze des Kegelmantels, wie Fig. 1 der Zeichnung am besten
entnehmbar ist. Die parabelförmige Krümmung ist derart ge
wählt, daß ein stoßfreier Übergang der ablaufenden Strömung 7
in den Zentralwirbel 9 an der Wirbelstütze 10 ermöglicht ist.
Nicht dargestellte muldenförmige Ausnehmungen im Kegelmantel
können alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, das Ziel
des stoßfreien Übergangs zu fördern. Ferner kann es zweckmäßig
sein, die als Führungsflächen dienenden Leitschaufeln 11 in
Richtung auf den Gasaustrittsstutzen, ggf. bis in den Bereich
des Gasaustrittsstutzens 8 hinein zu verlängern, um die Axial
komponente des Zentralwirbels zu vergrößern. Darüber hinaus
ist es gemäß Fig. 1 der Zeichnung an dem Zyklonabscheider 1
vorgesehen, den Gasaustrittsstutzen 8 nach Art eines Tauch
rohrs in das Gehäuse hineinragend auszubilden, um auch einen
Übergang des Zentralwirbels in den Gasaustrittsstutzen 8 hin
ein möglichst stoßfrei zu gestalten und eine Rückströmung im
Kern des Zentralwirbels zu vermeiden.
Insgesamt dienen die beschriebenen Merkmale dazu, den Druck
verlust im Zyklonabscheider wesentlich zu erniedrigen, durch
Schaffung einer hohen Axialgeschwindigkeitskomponente des Zen
tralwirbels und Vergleichmäßigung des Axialgeschwindigkeits
profils. Die Präzisionsbewegung des Zentralwirbels wird ver
hindert und die Lage der Trennfläche zur ablaufenden Strömung
7 stabisiliert. Hierdurch wird auch die Feststoffabscheidung
verbessert.
- Bezugszeichenliste
1 Zyklonabscheider
2 Gehäuse
3 zylindrisches Teil
4 konisches Teil
5 Austragsöffnung
6 Zufuhrstutzen
7 äußere Pfeilspirale
8 Gasaustrittsstutzen
9 Zentralwirbel
10 Wirbelstütze
11 Leitschaufel
Claims (7)
1. Zyklonabscheider mit einem zumindest teilweise konischen
Gehäuse mit einem tangentialen oder spiralförmigen Zufuhr
stutzen für das Feststoff-Gas-Gemisch, einer am kleinsten
Durchmesser des konischen Gehäuseteils ausgebildeten Aus
tragsöffnung für den abgeschiedenen Feststoff und mit einem
Gasaustrittsstutzen, der einer zentral in der Austragsöff
nung angeordneten kegelförmigen Wirbelstütze
gegenüberliegt,
gekennzeichnet durch
eine im Bereich des Zentralwirbels angeordnete Vorrichtung
zur Verstärkung der Axialkomponente der Strömung des Zen
tralwirbels auf Kosten der Radialkomponente.
2. Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung zur Verstärkung der Axialkomponente der
Strömung des Zentralwirbels auf Kosten der Radialkomponente
mindestens eine zwischen der Wirbelstütze (10) und dem Gas
austrittsstutzen (8) angeordnete, im wesentlichen axial
sich erstreckende und vorzugsweise verdrillte
Führungsfläche (11) ist.
3. Zyklonabscheider nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vorrichtung aus einer Wirbelstütze (10)
mit feststehenden Leitschaufeln (11) besteht.
4. Zyklonabscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Leitschaufel (11) im wesentlichen dreieckförmig
ausgebildet ist, mit ihrer Basiskante auf dem äußeren
Kegelmantel der Wirbelstütze (10) festgeschweißt ist und
mit ihrer gegenüberliegenden Kante etwa waagerecht in Höhe
der Spitze der Wirbelstütze (10) abschließt.
5. Zyklonabscheider nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leitschaufeln (11) parabelförmig gekrümmt
sind.
6. Zyklonabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kegelmantel der Wirbelstütze (10)
mit muldenförmigen Ausnehmungen versehen ist und/oder daß
die Leitschaufeln (11) in Richtung auf den
Gasaustrittsstutzen (8), ggf. bis in den Bereich des
Gasaustrittsstutzens hinein, verlängert sind.
7. Zyklonabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gasaustrittsstutzen (8) als ein in
das Gehäuse (2) hineinragendes Tauchrohr ausgebildet ist.
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