DE4009679A1 - Zyklonabscheider mit schraubendiffusor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zyklonabscheider zum Abscheiden von Partikeln aus einem verunreinigten Gas, mit einem rotationssymmetrischem Zyklongehäuse, welches an seiner Oberseite mit einem Deckel abschließt, unter welchem ein Einlauf für das verunreinigte Gas mündet und welcher von einem koaxial zu dem Zyklongehäuse angeordneten Tauchrohr durchdrungen wird, durch welches das nach Abscheiden der Partikeln gereinigte Gas den Zyklonabscheider verläßt.

Zyklonabscheider zum Abscheiden von Partikeln aus verunreinigtem Gas, bei welchen der gereinigte Gasstrom durch ein in das Zyklongehäuse eindringendes Tauchrohr aus diesem herausgeleitet wird, sind bereits seit längerem bekannt. Ein derartiger Zyklonabscheider ist beispielsweise beschrieben in "Führer durch die Strömungslehre", von Dr. Ludwig Prandtl, fünfte Auflage 1957, Verlag Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig.

Weiterhin ist aus der DE-PS 4 94 107 bereits ein Tauchrohr bekannt, welches relativ weit in das Zyklonabscheidergehäuse eindringt, einen schraubenlinienförmigen Einlauf aufweist und an seiner Unterseite geschlossen ist.

Aus der DE-OS 32 23 374 ist ein Zyklonabscheider wie nach der DE-PS 4 94 107 bekannt, wobei der schraubenlinienförmige Einlauf sich jedoch in Strömungsrichtung weitet und so als ein Diffusor wirkt. Dadurch wird der Drall der Strömung schon beim Eindringen in das Tauchrohr selbst geschwächt. Ziel der Schwächung dieses Dralls ist eine Rückgewinnung der kinetischen Energie der drallbehafteten Strömung.

Aus der WO 86/05 417 ist schließlich ein gattungsbildender Zyklonabscheider bekannt, bei welchem das Zyklongehäuse in einem ersten geschlossenen Abscheideraum mündet und eine Tauchrohrsäule mit einem schraubenförmigen Einlauf das gesamte Zyklongehäuse in Längsrichtung und koaxial zu diesem durchdringt. Das Tauchrohr mündet mit seinem unteren Ende in einen zweiten geschlossenen Abscheideraum und mit seinem oberen Ende in ein spiralfömiges Auslaufgehäuse. Dabei soll, wie auch gemäß der DE-PS 32 23 347, durch das spiralförmige Auslaufgehäuse die durch den in dem Tauchrohr herrschenden Drall der Strömung bedingte kinetische Energie zurückgewonnen werden. Dies soll wünschenswerterweise jedoch nicht beim Eintreten der Strömung in das Tauchrohr selbst passieren, da in dem Tauchrohr selbst sich die zweite Abscheidestufe vollzieht, wozu ein starker Drall zweckdienlich ist. Daher wird hierzu die zuvor in dem Tauchrohr befindliche drallbehaftete Strömung in einer spiralförmigen rohrartigen Anordnung auf einen immer größer werdenden Umlaufdurchmesser geleitet und schließlich tangential aus dieser rohrartigen Anordnung herausgeleitet. Dadurch verringert sich der Gesamtströmungswiderstand des Zyklonabscheiders und somit verringert sich der Energieaufwand für das Durchströmen des Zyklonabscheiders. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die erzielte Rückgewinnung der Drallenergie der in dem Tauchrohr herrschenden Strömung noch nicht ganz zufriedenstellend war.

Die Erfindung löst daher die Aufgabe einen gattungsgemäßen Zyklonabscheider zu schaffen, bei welchem eine verbesserte Rückgewinnung der Drallenergie der in dem Tauchrohr herrschenden Strömung gewährleistet ist, ohne daß dabei der wünschenswert starke Drall in dem Tauchrohr selbst geschwächt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich an das Tauchrohr außerhalb des Zyklongehäuses ein mit einem schraubenlinienförmig verlaufenden Einlaufkanal versehener Schraubendiffusor koaxial anschließt, wobei der schraubenlinienförmige Einlaufkanal sich in Strömungsrichtung weitet und der Schraubendiffusor an seinem dem Zyklonabscheider abgewandten Ende in einen das gereinigte Gas ableitenden Rohrstutzen mündet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Schraubendiffusor ein zylindrischer Schraubendiffusor mit einer zylindrischen Außenwand und einem sich zu dem Tauchrohr hin konisch verjüngenden Leitblech. Dabei ist vorzugsweise der Schraubendiffusor in einem Kegelgehäuse angeordnet, welches einen unteren, sich an das Tauchrohr anschließenden und nach oben kegelförmig weitenden Teil, einen sich daran anschließenden zylinderförmigen Teil und einen sich an den zylinderförmigen Teil anschließenden oberen Teil aufweist, welcher sich nach oben verjüngt und auf der Wand des aus dem Kegelgehäuse heraustretenden Rohrstutzens des Schraubendiffusors ausläuft. Ein derartiges Kegelgehäuse ist besonders deshalb von Vorteil, da im Falle der Anwendung eines zylindrischen Schraubendiffusors die Strömung in dessen Nähe nach außen verdrängt wird. Hierzu ist vorteilhaft das untere Ende des Schraubendiffusors mit einer konusartigen Kegelnabe versehen, in deren Bereich die Strömung radial nach außen verdrängt wird.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Schraubendiffusor ein konischer Schraubendiffusor mit einer sich zu dem Tauchrohr hin verjüngenden konischen Außenwand und einem den Einlafkanal radial nach begrenzenden zylindrischen Leitblech. Der besondere Vorteil des konischen Schraubendiffusors ist darin zu sehen, daß die von dem Tauchrohr kommende Strömung ungehindert über den gesamten Rohrquerschnitt in den Schraubendiffusor axial einströmen und diesen im wesentlichen axial durchströmen kann. Da beim Einlauf des konischen Schraubendiffusors nur ein relativ geringes Verdrängen der Strömung radial nach außen erfolgt, ist im Gegensatz zum zylindrischen Schraubendiffusor auch kein kegeliges Gehäuse erforderlich. Damit kann der konische Schraubendiffusor vorteilhaft in einem zylindrischen Rohrstück angeordnet sein, welches sich gegebenenfalls über einen sich zu dem Tauchrohr hin kegelig verengenden Übergang an seinem unteren Ende an das Tauchrohr anschließt, und wobei am oberen Ende des Rohrstücks die Außenwand des konischen Schraubendiffusors an der Innenwand des zylindrischen Rohrstücks anliegt das in den das Gas ableitenden Rohrstutzen übergeht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Tauchrohr ebenso wie der Schraubendiffusor mit einem schraubenlinienförmigen Einlaufkanal versehen, verläuft längs des gesamten Zyklongehäuses und mündet in einen gegenüber dem Zyklongehäuse geschlossenen Abscheidebehälter. Dabei kann vorteilhaft der schraubenlinienförmige Einlaufkanal des Tauchrohres sich in Strömungsrichtung düsenartig verjüngen, wodurch in dem Tauchrohr ein starker Drall gewährleistet ist, welcher seinerseits zu einem hohen Abscheidegrad in dem Tauchrohr führt, welches die zweite Abscheidestufe bildet.

Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Vorteile eines zylindrischen oder konischen Schraubendiffusors zur Rückgewinnung der Drallenergie mit den Vorteilen eines Tauchrohres mit schraubenlinienförmigem Einlauf insbesondere dann kombiniert werden können, wenn das Tauchrohr zum Abscheiden von Partikeln ausgebildet ist und mit einem eigenen Abscheidebehälter abschließt. In diesem Fall ist nämlich ein starker Drall in dem Tauchrohr erforderlich und das Tauchrohr selbst sollte deshalb nicht gleichzeitig als Diffusor wirken, sondern im Gegenteil sollte der schraubenlinienförmige Einlauf in das Tauchrohr sich bevorzugterweise verjüngen und so eine Düsenwirkung auf das einströmende Gas ausüben, wodurch der Drall verstärkt wird.

Das Nachschalten eines Schraubendiffusor an das Tauchrohr ist jedoch nicht nur im Falle eines Tauchrohres mit eigener Abscheidung von Vorteil, sondern auch bei einem herkömmlichen Tauchrohr, welches keinen schraubenlinienförmigen Einlauf aufweist, sondern nur aus einem in das Zyklonabscheidergehäuse einmündenden Rohrstutzen besteht, da auch bei einem solchen nicht abscheidenden Tauchrohr die Strömung mit starkem Drall in das Tauchrohr einströmt. Selbst in dem Falle, daß der Einlaufkanal des Tauchrohrs selbst als Diffusor ausgebildet ist, ist das Nachschalten eines gesonderten Schraubendiffusors von Vorteil, da durch die diffusorartige Ausbildung des Einlaufkanals des Tauchrohres selbst der Drall nicht gänzlich abgebaut wird und so die Drallenergie nicht in vollem Maße zurückgewonnen wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Zyklonabscheiders mit einem zylindrischen Schraubendiffusor, und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Zyklonabscheiders mit einem konischen Schraubendiffusor.

Fig. 1 bzw. Fig. 2 zeigen den Zyklonabscheider 1 mit einem seinem Tauchrohr 2 nachgeschalteten zylindrischen oder konischen Schraubendiffusor 3 bzw. 103, welcher an seinem oberen Ende mit einem Rohrstutzen 4 zum Herausführen des gereinigten Gases aus dem Zyklonabscheider 1 endet.

Das mit Partikeln verunreinigte Gas wird über einen Rohrstutzen 5 drallerzeugend in das Zyklonabscheidergehäuse 6 eingeleitet, welches an seinem oberen Ende mit einem Deckel 7 abschließt. An der Wand 8 des Zyklonabscheidergehäuses 6 scheiden sich die gröbsten Partikeln 9 infolge Fliehkraft ab und gelangen in den ersten Abscheidebehälter 10 für die erste Abscheidetufe.

Der verbleibende Teil der feineren Partikeln 11 wird mit der Strömung durch den schraubenlinienförmigen und spaltförmigen Einlauf 12 in das Tauchrohr 2 eingeleitet. Da sich dieser Einlauf 12 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Strömungsrichtung verjüngt, verstärkt sich dabei der Drall der Strömung beim Eintreten in das Tauchrohr 2. Das Tauchrohr 2 stellt dabei die zweite Abscheidestufe für die feineren Partikeln 11 statt, welche daraufhin in den zweiten geschlossenen Abscheidebehälter 13 für die zweite Abscheidestufe gelangen.

Wie aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ersichtlich ist, gelangt das so gereinigte Gas durch das Tauchrohr 2 durch den Deckel 7 aus dem Zyklonabscheidergehäuses 6 heraus und in das Kegelgehäuse 14 hinein. Das Kegelgehäuse 14 besteht aus einem unteren, sich an das Tauchrohr 2 anschließenden und nach oben kegelförmig weitenden Teil 15, woran sich ein zylinderförmiger Teil 16 anschließt, an den sich seinerseits ein oberer Teil 17 anschließt, welcher sich nach oben verjüngt und auf der Außenoberfläche des aus dem Kegelgehäuse heraustretenden Rohrstutzens 4 des Schraubendiffusors 3 ausläuft.

Das gereinigte Gas trifft zunächst auf die am unteren Ende des Schraubendiffusors 3 angebrachte konusartige Kegelnabe 18 und wird in deren Bereich radial nach außen verdrängt. Um ein solches Verdrängen der Strömung radial nach außen zu ermöglichen, ist das Kegelgehäuse 14 im Bereich der Kegelnabe 18 mit einem sich kegelförmig weitenden Teil 15 versehen. Damit wird eine strömungsgünstige Zuströmung zu dem Schraubendiffusor 3 durch eine günstige Umlenkung der Strömung erreicht.

Das Gas tritt ebenso wie in das Tauchrohr 2 durch einen schraubenlinienförmigen und spaltförmigen Einlaufkanal 19 in den Schraubendiffusor 3 ein. Jedoch weitet sich dieser Einlaufkanal 19 in Strömungsrichtung im Gegensatz zu dem Einlauf 12 in das Tauchrohr 2. Bei einem zylindrischen Schraubendiffusor 3 wird das Weiten des schraubenlinienförmigen und spaltförmigen Einlaufkanals 19 dadurch erreicht, daß der Schraubendiffusor 3 mit einer zylindrischen Außenwand 20 und einem konischen Leitblech 21 ausgestattet ist. Durch die besonderen Gestaltung der Außenwand 20 und des Leitblechs 21 wird ein sich radial und axial in Strömungsrichtung weitender Einlaufkanal 19 gebildet. Damit wirkt der Einlaufkanal 19 als Diffusorkanal, was die Strömung weitgehend drallfrei werden läßt, womit die kinetische Drallenegie der Tauchrohrströmung zurückgewonnen wird und somit der Gesamtströmungswiderstand durch den Zyklonabscheider 1 verringert werden kann.

Schließlich verläßt der gereinigte Gasstrom über den Rohrstutzen 4 mit weitgehend nur axialer Strömungskomponente den Schraubendiffusor 3 und damit den gesamten Zyklonabscheider 1.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Zyklonabscheiders 1, bei welchem im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Schraubendiffusor 103 konisch anstatt zylindrisch ist.

Der konische Schraubendiffusor 103 nach Fig. 2 weist eine sich in Strömungsrichtung konisch erweiternde Außenwand 120 und ein den Einlaufkanal 119 des Schraubendiffusors radial nach innen begrenzendes zylindrisches Leitblech 121 auf und ist in einem zylindrischen Rohrstück 114 angeordnet. Dieses zylindrische Rohrstück 114 schließt sich einstückig und mit gleichem Durchmesser an seinem unteren Ende an das Tauchrohr 2 an. Am dem dem Tauchrohr 2 zugewandten, d.h. unteren Ende läuft die Außenwand 120 des Schraubendiffusors 103 spitz zu, die sich in Strömungsrichtung konisch weitet, bis am oberen Ende des Rohrstücks 114 und damit des Schraubendiffusors 103 dessen Außenwand 120 an der Innenwand des zylindrischen Rohrstücks 114 anliegt.

Ebenso wie bei dem zylindrischen Schraubendiffusor nach Fig. 1 wird auch bei dem konischen Schraubendiffusor nach Fig. 2 durch die besonderen Gestaltung der Außenwand 120 und des Leitblechs 121 ein sich radial und axial in Strömungsrichtung weitender und als Diffusorkanal wirkender Einlaufkanal 119 gebildet.

Claims (7)

1. Zyklonabscheider zum Abscheiden von Partikeln aus einem verunreinigten Gas, mit einem rotationssymmetrischem Zyklongehäuse, welches an seiner Oberseite mit einem Deckel abschließt, unter welchem ein Einlauf für das verunreinigte Gas mündet und welcher von einem koaxial zu dem Zyklongehäuse angeordneten Tauchrohr durchdrungen wird, durch welches das nach Abscheiden der Partikeln gereinigte Gas den Zyklonabscheider verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das Tauchrohr (2) außerhalb des Zyklongehäuses (6) ein mit einem schraubenlinienförmigem Einlaufkanal (19 bzw. 119) versehener Schraubendiffusor (3, 103) koaxial anschließt, wobei der schraubenlinienförmige Einlaufkanal (19 bzw. 119) sich in Strömungsrichtung weitet und der Schraubendiffusor (3, 103) an seinem dem Zyklonabscheider (1) abgewandten Ende in einen das gereinigte Gas ableitenden Rohrstutzen (4) mündet.

2. Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubendiffusor (3) ein zylindrischer Schraubendiffusor (3) mit einer zylindrischen Außenwand (20) und einem konischen Leitblech (21) ist.

3. Zyklonabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schraubendiffusor (3) in einem Kegelgehäuse (14) angeordnet ist, welches einen unteren, sich an das Tauchrohr (2) anschließenden und nach oben kegelförmig weitenden Teil (15), einen sich daran anschließenden zylinderförmigen Teil (16) und einen sich an den zylinderförmigen Teil anschließenden oberen Teil (17) aufweist, welcher sich nach oben verjüngt und auf der Außenoberfläche des aus dem Kegelgehäuse (14) heraustretenden Rohrstutzens (4) des Schraubendiffusors (3) ausläuft.

4. Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubendiffusor (103) ein konischer Schraubendiffusor (103) mit einer konischen Außenwand (120) und einem zylindrischen Leitblech (121) ist.

5. Zyklonabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Schraubendiffusor (103) in einem zylindrischen Rohrstück (114) angeordnet ist, welches sich an seinem unteren Ende an das Tauchrohr (2) anschließt, wobei am oberen Ende des Rohrstücks (114) die Außenwand (120) des konischen Schraubendiffusors (103) an der Innenwand des zylindrischen Rohrstücks (114) anliegt.

6. Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (2) ebenso wie der Schraubendiffusor (3, 103) mit einem schraubenlinienförmigen Einlauf (12) versehen ist und das Tauchrohr (2) längs des gesamten Zyklongehäuses (6) verläuft und in einen gegenüber dem Zyklongehäuse (6) luftdicht verschlossenen Abscheidebehälter (13) mündet.

7. Zyklonabscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schraubenlinienförmige Einlauf (12) des Tauchrohres (2) sich in Strömungsrichtung verjüngt.