DE4135171C2 - Zyklon - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zyklon mit einem einen länglichen Querschnitt aufweisenden tangential ausgebildeten Eingang für das Luft-Staub-Gemisch, einer Wirbelkammer und einem sich daran anschließenden, vorzugsweise konisch ausgebildeten Sammelraum, wobei Wirbelkammer und Sammelraum durch eine konzentrisch angeordnete und eine mittig angeordnete kreisrunde Öffnung aufweisende Ringscheibe abgetrennt sind, welche mit der Innenwandung der Wirbelkammer einen Ringspalt bildet, sowie einer zylindrisch ausgebildeten und konzentrisch in die Wirbelkammer einstehenden Abzugskammer für die gereinigte Luft und einer am Boden des Sammelraumes angeordneten Auslaßvorrichtung für den abgeschiedenen Staub.

Kohlegefeuerte Kraftwerke sind mit Kohlemahlanlagen ausgerüstet, wobei der in der Mühle er­ zeugte Kohlestaub ohne Zwischenlagerung direkt aus der Mühle zu den Kohlestaubbrennern gefördert wird. Dies geschieht mit Hilfe eines Luftstromes, der den in der Mühle erzeugten Feinanteil austrägt und über eine pneumatische Förderleitung direkt dem Kohlestaubbrenner zuführt. Dabei versorgt jeweils eine Mühle eine Vielzahl von Einzelbrennern.

Bei diesem System ist allerdings eine exakte Erfassung des Kohlestromes nur am Eingang der Mühle möglich. Die Aufteilung dieses Kohlestromes nach der Mahlung auf die einzelnen Zulei­ tungen zu den Kohlestaubbrennern kann nicht kontrolliert werden.

Aufgrund der verhältnismäßig strengen Bestimmungen der Umwelt-Behörden ist für eine Begrenzung der NO_x-Emissionen eine möglichst genaue Regelung der Stöchiometrie an jedem einzelnen Kohlestaubbrenner erforderlich. Zur Erfüllung dieses Erfordernisses kann ein Masse­ strom-Meßgerät eingesetzt werden, welches allerdings nur in der Lage ist, einen Kohlemasse­ strom mit einer Dichte von mindestens 100 g/l zu messen. Da aber der Kohlemassestrom in den Kohleförderleitungen der Kraftwerke nur mit einer Dichte von 1 g/l gefördert wird, ist für den Einsatz des erwähnten Meßgerätes eine Abscheidung der Kohle aus der Förderluft erforderlich, die so weitgehend sein muß, daß die Messung des Kohlestromes nicht durch eine ungenü­ gende Abscheidung der Kohle verfälscht wird. Aus diesem Grunde ist ein Abscheidungsgrad von mehr als 99% anzustreben.

Darüber hinaus muß die Abscheidung der Kohle mit einem verhältnismäßig kleinen Druckver­ lust durchgeführt werden, da bei den meisten Anwendungsfällen in den Kohleförderleitungen der Kraftwerke keine großen Druckreserven zur Verfügung stehen.

In den DE-OS 14 07 957, DE-PS 8 87 296 und US-PS 2,762,451 sind nun Zyklone beschrieben, die diese vorgenannten Erfordernisse jedoch nicht, zumindest nicht gleichzeitig erfüllen können, denn bei ihnen erfolgt die Abscheidung der Kohle aus dem Kohle-Luftstrom nach der tangentialen Einleitung in den mit einem länglichen Eingangsquerschnitt ausgestatteten Zyklon durch die Anordnung eines Tauchrohres innerhalb des Abscheideraumes. Ein solches Tauchrohr allein ist aber nicht dazu geeignet, eine hohe Abscheidung der Kohle aus dem Luftstrom bei verhältnismäßig kleinem Druckverlust durchzuführen.

Auch in den DE-PS 4 94 107, GB-PS 1,227,128, GB-PS 960 342 und US-PS 3,200,586 sind zwar ebenfalls Zyklone bzw. zyklonähnliche Abscheider beschrieben, bei denen jedoch die Abzugskammer nicht bis auf eine Ringscheibe reicht und gegenüber der Ringkammer abgeschlossen und der Sammelraum als Abscheideraum ausgebildet ist.

Der in der DE-PS 4 94 107 beschriebene Staubabscheider zeigt lediglich ein zylindrisches Abzugsrohr, das verhältnismäßig tief in den Abscheideraum hineinreicht und lediglich in seiner Wandung einen spiralförmig verlaufenden Schlitz aufweist. Eine den Abscheideraum abschließende Ringscheibe ist nicht vorgesehen.

Bei dem in der GB-PS 1,227,128 beschriebenen Zyklon hält das Abzugsrohr mit seinem unteren Ende einen deutlichen Abstand von der eine zentrale Öffnung enthaltenden Ringscheibe.

Demgegenüber besitzt der in der GB-PS 960 342 beschriebene und gezeigte Abscheider überhaupt keine Ringscheibe. Zwar bildet die untere Kante der Abzugskammer mit der sie umgebenden Wirbelkammer einen Spalt, durch welchen dann das zu reinigende Gas eintritt, die Abzugskammer aber selbst ist gegenüber dem Abscheideraum nicht durch eine Ringscheibe bis auf eine wesentlich kleinere zentrale Öffnung abgeschlossen.

Der schließlich noch in der US-PS 3,200,586 beschriebene Abscheider zeigt zwar eine Abzugskammer, die nach Art eines zylindrischen Rohres ausgebildet ist und mit einer an ihrem unteren Ende vorgesehenen scheibenförmigen Vorrichtung mit der Außenwand des Abscheiders einen Ringspalt bildet, der die Wirbelkammer von dem Abscheider trennt, jedoch ist diese scheibenförmige Vorrichtung nicht als Ringscheibe ausgebildet, sondern vielmehr weist sie eine flache, nach unten gerichtete Trichterform auf. Darüberhinaus öffnet sich bei diesem Abscheider die Abzugskammer vollständig in den Abscheideraum und erfährt insbesondere durch die trichterförmige Ausbildung der scheibenförmigen Vorrichtung hinsichtlich der Wirkung keine Einengung, sondern eine Erweiterung.

Sämtliche vorgenannten, aus dem Stand der Technik bekannten Abscheider können keine so weitgehende Abscheidung der Kohle aus der Förderluft bewirken, daß die Messung des Kohlestromes nicht durch eine ungenügende Abscheidung der Kohle verfälscht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen für den Einsatz in mit Kohlestaubbrennern ausgerüsteten kohlegefeuerten Kraftwerken geeigneten Zyklon zu schaffen, der bei einem verhältnismäßig kleinen Druckverlust einen Abscheidungsgrad von mehr als 99% erreicht.

Diese Aufgabe wird bei dem Zyklon der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ab­ zugskammer bis auf die Ringscheibe hinunterreicht und gegenüber der Wirbelkammer vollstän­ dig abgeschlossen ist, daß der Sammelraum als Abscheideraum ausgebildet ist, daß der Ringspalt einen Querschnitt aufweist, der dem 1- bis 2-fachen des schlitzförmigen Eingangs­ querschnittes entspricht, daß die Öffnung als Ausgangsöffnung für die gesamte gereinigte Luft ausgebildet ist und daß der Querschnitt der Ausgangsöffnung annähernd demjenigen des länglichen Eingangsquerschnittes entspricht.

Durch die Trennung der Wirbelkammer vom Abscheideraum durch die geschlossene Ausbil­ dung der Abzugskammer gegenüber der Wirbelkammer sowie durch die Anordnung des schmalen konzentrischen Ringspaltes an der Übergangsstelle von der Wirbelkammer zum Abscheideraum wird erreicht, daß sich eine symmetrische Umlaufströmung ausprägt, welche einen hohen Abscheidungsgrad der Kohle gewährleistet.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist der Ausgangsöffnung eine kreisrunde Scheibe oder ein kreisrunder Kegel in einem Abstand nachgeordnet, so daß der freibleibende Ringraum einen Radialdiffusor bildet.

Dadurch, daß in dem vorgeschlagenen Zyklon ein Tauchrohr nicht mehr vorhanden ist, kann di­ rekt an die axiale Ausgangsöffnung ein Radialdiffusor angeschlossen werden, in welchem der Umsatz von Rotations-Strömungsenergie in Druckenergie in hervorragender Weise möglich ist.

In vorteilhafter Weiterbildung ist die Wirbelkammer schraubenförmig ausgebildet. Diese besondere Ausbildung der Wirbelkammer gewährleistet, daß der Luft-Staub-Strom in ei­ ner für die Abscheidung der festen Partikel besonders geeigneten Form dicht an die Wandung des Abscheideraumes herangeführt wird. Durch die vorbeschriebene Ausbildung des erfindungsgemäßen Zyklons läßt sich der Druck­ verlust ohne Verschlechterung des Abscheidungsgrades annähernd halbieren.

Ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Ausbildung des Zyklons wird nachstehend an­ hand der Zeichnung erläutert.

Der Zyklon besteht im wesentlichen aus einem rotationssymmetrisch um die Achse 1 ausgebil­ deten Gehäuse 2, welches im oberen Teil eine zylindrische Wandung 3 und im unteren Teil eine nach unten sich verengende konische Wandung 4 aufweist.

Im zylindrisch ausgebildeten oberen Bereich des Gehäuses 2 ist eine konzentrisch ausgebil­ dete und einen geringeren Durchmesser als das Gehäuse 2 aufweisende Abzugskammer 5 mit einer Ausgangsleitung 6 vorgesehen, welche mit ihrer Wandung 7 zusammen mit der Wandung 3 des Gehäuses 2 eine Wirbelkammer 8 bildet, welche einen länglichen Eingangsquerschnitt aufweist, mit der Abzugskammer 5 in keiner Verbindung steht und in welche das Kohle-Luft- Gemisch über eine Zuleitung 9 tangential eingeführt wird.

An die Wirbelkammer 8 mit zylindrischer Wandung 3 schließt sich nach unten hin eine mit der konischen Wandung 4 des Gehäuses 2 versehener Abscheideraum 10 an, welcher an seinem Boden mit einer Auslaßvorrichtung 11 für die abgeschiedene Kohle versehen ist.

Im Übergangsbereich zwischen Wirbelkammer 8 einerseits und Abscheideraum 10 anderer­ seits ist am unteren Ende der Wandung 7 der Abzugskammer 5 eine Ringscheibe 12 horizontal befestigt, welche mit der Innenwandung 13 des Gehäuses 2 einen Ringspalt 14 bildet.

Der Querschnitt dieses Ringspaltes 14 entspricht annähernd dem 1- bis 2-fachen des schlitz­ förmigen Eingangsquerschnittes der Wirbelkammer 8.

Die Ringscheibe 12 weist in ihrer Mitte eine kreisförmige und konzentrische Ausgangsöffnung 15 auf, in welcher in einem Abstand nach oben ein kreisförmiger Kegel 16 angeordnet ist, der in Verbindung mit einer kegelförmig ausgebildeten Wandung 17, welche einerseits am Rand der Ausgangsöffnung 15 der Ringscheibe 12 und andererseits an der Innenseite der Wandung 7 der Abzugskammer 5 befestigt ist, einen Radialdiffusor 18 bildet.

Die vorstehend beschriebene Ausbildung eines Ringspaltes 14 im Übergangsbereich von der Wirbelkammer 8 zum Abscheideraum 10 einerseits und eines Radialdiffusors 18 im Eingangsbereich der Abzugskammer 5 andererseits ermöglicht zunächst den Verzicht auf die Anordnung eines bekannten Tauchrohres und damit das Erreichen eines hohen Abschei­ dungsgrades bei geringem Druckunterschied.

Claims (3)

1. Zyklon mit einem einen länglichen Querschnitt aufweisenden tangential ausgebildeten Ein­ gang für das Luft-Staub-Gemisch, einer Wirbelkammer und einem sich daran anschließenden, vorzugsweise konisch ausgebildeten Sammelraum, wobei Wirbelkammer und Sammelraum durch eine konzentrisch angeordnete und eine mittig angeordnete kreisrunde Öffnung aufwei­ sende Ringscheibe abgetrennt sind, welche mit der Innenwandung der Wirbelkammer einen Ringspalt bildet, sowie einer zylindrisch ausgebildeten und konzentrisch in die Wirbelkammer einstehenden Abzugskammer für die gereinigte Luft und einer am Boden des Sammelraumes angeordneten Auslaßvorrichtung für den abgeschiedenen Staub, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugskammer (5) bis auf die Ringscheibe (12) hinunterreicht und gegenüber der Wir­ belkammer (8) vollständig abgeschlossen ist, daß der Sammelraum als Abscheideraum (10) ausgebildet ist, daß der Ringspalt (14) einen Querschnitt aufweist, der dem 1- bis 2-fachen des schlitzförmigen Eingangsquerschnittes entspricht, daß die Öffnung als Ausgangsöffnung (15) für die gesamte gereinigte Luft ausgebildet ist und daß der Querschnitt der Ausgangsöffnung (15) annähernd demjenigen des länglichen Eingangsquerschnittes entspricht.

2. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsöffnung (15) eine kreis­ runde Scheibe oder ein kreisrunder Kegel (16) in einem Abstand nachgeordnet ist, so daß der freibleibende Ringraum (18) einen Radialdiffusor bildet.

3. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (8) schrau­ benförmig ausgebildet ist.