DE3624086A1 - Zyklonabscheider - Google Patents

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.