DE4234172A1 - Verfahren zum Trennen von Partikeln aus einem fluidischen Förderstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Partikeln aus einem fluidischen Förderstrom, wobei die Partikeln, welche eine höhere Dichte als der Förderstrom aufweisen, mit diesem über den Ein­ gangsbereich eines Gehäuses mit rundem Querschnitt geführt werden, dieses längs seiner axialen Aus­ dehnung durchströmen und die Partikeln das Gehäuse über eine Austrittsöffnung verlassen und in einen nachgeordneten, fluiddichten Sammelbehälter gelang­ en oder über eine nachgeordnete, fluiddichte Schleuse abgeführt werden und der Förderstrom, der vollständig oder annähernd vollständig von den Par­ tikeln getrennt wurde, über ein zur Achse des Ge­ häuses koaxial angeordnet es Zentralrohr abgeht, dessen Eintrittsöffnung im Abstand zur Austritts­ öffnung des Gehäuses angeordnet ist, wobei der in das Zentralrohr abgehende Förderstrom sich entgegen der Strömungsrichtung des mit Partikeln beladenen Förderstromes bewegt.

Derartige, nichtfilternde Verfahren haben das Ziel, zum Beispiel nach Erfüllung einer Förderaufgabe, das Gemisch aus fluidischem Förderstrom und Par­ tikeln möglichst vollständig zu trennen, was je­ doch einerseits begrenzt wird durch zum Beispiel abnehmende Partikelngröße und/oder Partikelnmasse, wie andererseits zum Beispiel durch einen noch ak­ zeptablen Druckverlust.

Es ist bekannt, solche Aufgabenstellungen mittels eines Umlenkabscheiders oder mittels eines Zyklons zu lösen.

In allen Fällen kann der Strömungserzeuger vor oder nach dem Abscheider angeordnet sein. Es sind zum Beispiel Verfahren mit Umlenkabschei­ dern bekannt, wobei ein fluidischer Förderstrom mit Partikeln im oberen Bereich eines runden Gehäuses eingeleitet wird, die Partikeln sich am Bodenbe­ reich absetzen und der mehr oder weniger von den Partikeln befreite Förderstrom, über ein - meist zentral im oberen Bereich des Gehäuses angeordnetes Rohr - abgeht.

Weiter sind dynamisch arbeitende Verfahren bekannt, wobei in ein zylindrisches Gehäuse ein mit einer, durch die Gestaltung der Einleitung oder durch im Eingangsbereich angeordnete Einbauten bedingte Drallströmung behafteter Förderstrom mit Partikeln eintritt.

Solche Vorrichtungen werden als Zyklone oder Flieh­ kraftabschieder bezeichnet.

Hierbei wirkt eine - vereinfacht dargestellt, un­ ter anderem in Abhängigkeit vom Durchmessers des Zyklons und der Umlaufgeschwindigkeit der Par­ tikel -, hohe Zentrifugalbeschleunigung auf den Förderstrom und die Partikeln ein, wobei diese, meist in Strähnen, nach außen an die Innenseite des Zyklons gedrängt und in einen fluiddichten Sammel­ behälter ausgetragen oder über eine fluiddichte Schleuse abgeführt werden.

Meist schließt sich an den zylindrischen Quer­ schnitt, zwecks Erhöhung der Zentrifugalbeschleu­ nigung, ein sich verjüngendes Konusteil an oder ein Konusteil schließt sich unmittelbar an einen spir­ aligen oder tangentialen Eingangsbereich des Ge­ häuses an.

Der ganz oder teilweise von den Partikeln getrennte Förderstrom kehrt seine Strömungsrichtung um, da er den Partikeln nicht folgen kann und verläßt in einer Drallströmung den Zyklon über ein koaxial zu seiner Achse angeordnetes Zentralrohr.

Solchen Verfahren haften jedoch Nachteile, von den nachstehend die wesentlichen genannt werden sollen. Die beschriebenen Verfahren können hinsichtlich ihrer angestrebten Trennwirkung optimal - in ihren jeweils technisch-physikalischen Grenzen - ausge­ legt werden. Dies verlangt jedoch einerseits eine Gleichförmigkeit des Förderstromes, wie zum Bei­ spiel seines Volumens und seiner dynamischen Zähig­ keit, wie auch andererseits seiner Beladung mit Partikeln, der Partikelgrößenverteilung, usw. Ändert sich einer der Parameter, so kann dies auf die Trennwirkung oder den Druckverlust und mithin auch auf den erforderlichen Energieaufwand für den Strömungserzeuger, nachteilige Folgen haben.

Weiter ist die Anordnung der Achse des Gehäuses meist vertikal oder annähernd vertikal vorzusehen, da einerseits bei zum Beispiel gedachter horizon­ taler Achse, die quer zur Erdbeschleunigung ver­ laufende Drallströmung an Geschwindigkeit verliert und auch deformiert wird und andererseits ein Aus­ tragen in einen Sammelbehälter oder Abführen über eine Schleuse, nicht oder nur sehr mangelhaft möglich wäre.

Infolgedessen wird eine vertikale Bauweise mit oben liegendem Eingangsbereich angestrebt, mit koaxial zur Achse nachgeordneter Schleuse und/oder einem Sammelbehälter, was bei Trennung kleiner Partikeln oder von Partikeln mit geringer Dichte, eine beträchtliche Bauhöhe zur Folge hat.

Weiter ist die Trennwirkung eines Verfahrens ohne Drallströmung deutlich schlechter als mit Drall­ wirkung - vergleichbare Baugrößen und Aufgabenstel­ lung vorausgesetzt -, da die Sinkgeschwindigkeit der kleinsten abzutrennenden Partikeln die Abmes­ sungen des Gehäuses bestimmt.

Die Trennwirkung bei Zyklonen liegt in der Regel oberhalb von 5 µm mittlerer Partikelndurchmesser und größer, hingegen Umlenkabscheider nur bei wesentlich gröberen Partikeln oder solchen mit hoher Dichte zufriedenstellend arbeiten.

Soll die Trennwirkung eines Zyklons erhöht werden, muß insbesondere die Zentrifugalbeschleunigung auf die Partikeln erhöht werden. Dies ist zum Beispiel durch eine Erhöhung der Eingangsgeschwindigkeit und/oder durch eine Verkleinerung des Zyklondurch­ messers möglich.

Weiter kann die Trennwirkung zum Beispiel durch Verkleinerung des Durchmessers des Zentralrohres, Verlängerung des konischen Teiles u. ä. verbessert werden.

Bei größerem Volumen des Förderstromes bei gleich­ zeitig hoher Trennwirkung auch kleinster Partikeln und bei hoher Beladung des Förderstromes mit Par­ tikeln, muß dieser auf zwei oder mehrere Zyklone, ja ganzer Gruppenanordnungen von Zyklonen verteilt werden, die mit strömungsgünstig gestalteten Ver­ teilerrohren beschickt und über die Zentralrohre mittels Verteilerrohre, entsorgt werden müssen.

Ist der Förderstrom ein Gas, Gasgemisch, wie zum Beispiel Luft, so können solche Gruppenanordnungen auch einen gemeinsamen fluiddichten Sammelraum und einen gemeinsamen Abführraum nach den Zentralrohren aufweisen, sowie eine gemeinsame Zuführeinrichtung, die den Förderstrom mit den Partikeln in die ein­ zelnen Eingangsbereiche verteilt.

Letztere Anordnung kann jedoch zu Kurzschlußström­ ungen zwischen den Austrittsöffnungen innerhalb des gemeinsamen Sammelraumes führen, was eine Minderung der Trennwirkung zur Folge hat.

Alle Maßnahmen führen jedoch zu einem mehr oder weniger höherem Bauaufwand und/oder zu einem höheren Druckverlust.

Hier setzt nun die Erfindung an. Ihr liegt die Auf­ gabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, welches die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Einricht­ ungen durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruches gelöst.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen eine weitgehende Unabhängigkeit der gewünschten Trennwirkung von den Parametern des Förderstromes und der Partikeln; hohe Trennwirkung wegen weitgehender Unabhängigkeit der trennend wirkenden Zentrifugalbeschleunigung, erzeugt vom Schleuderrad, von der Eingangsgeschwindigkeit des Förderstromes und durch den Durchmesser des Gehäu­ ses; weiter auch durch weitgehend freie Wahl des Verhältnisses des Durchmessers des Schleuderrades zum Durchmesser des Gehäuses; weitere Erhöhung der Trennwirkung durch die durch das Schleuderrad den Partikeln aufgezwungene Richtungsänderung der Par­ tikeln, quer zur Achse des Gehäuses; eine Änderbar­ keit und/oder Regelbarkeit der Drehzahl des Schleu­ derrades und somit der Zentrifugalbeschleunigung; ein kleiner Bauraum gatttungsgemäßer Einrichtungen nach dem vorgeschlagenen Verfahren; Nutzung einer beliebigen Lage der Achse solcher Einrichtung und somit beliebiger Richtung der Austragung oder Ab­ führung der Partikeln und weiter somit günstige An­ ordnung bei begrenzten Bauraumverhältnissen; Er­ zeugen einer Zentrifugalbeschleunigung, auch bei nicht rotierender, axialer Zuführung des Förder­ stromes in das Gehäuse und somit auch die Möglich­ keit, die Achse des Gehäuses koaxial zu einem Förderrohr anzuordnen oder auch mehrere Gehäuse mit einem gemeinsamen Beschickungsraum zu verbinden, was bei Gruppenanordnungen von gattungsgemäßen Einrichtungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist; Erhöhung der Trennwirkung, insbesondere bei geringer Beladung, durch Rückführen eines Teiles von Partikeln mit geringerer Größe und/oder Masse mittels eines Teilstromes; Reduzierung der Ge­ schwindigkeit im Zentralrohr durch Abführung eines Teilstromes, der sonst über das Zentralrohr abgehen würde, und damit Reduzierung der Partikeln mit ge­ ringerer Größe und/oder Masse im Zentralrohr.

Claims (11)

1. Verfahren zum Trennen von Partikeln aus einem fluidischen Förderstrom, wobei die Parti­ keln, welche eine höhere Dichte als der Förder­ strom aufweisen, mit diesem über den Eingangs­ bereich eines Gehäuses mit rundem Querschnitt geführt werden, dieses längs seiner axialen Ausdehnung durchströmen und die Partikeln das Gehäuse über eine Austrittsöffnung verlassen und in einen nachgeordneten, fluiddichten Sam­ melbehälter gelangen oder über eine nachgeord­ nete, fluiddichte Schleuse abgeführt werden und der Förderstrom, der vollständig oder annähernd vollständig von den Partikeln getrennt wurde, über ein zur Achse des Gehäuses koaxial ange­ ordnetes Zentralrohr abgeht, dessen Eintritts­ öffnung im Abstand zur Austrittsöffnung des Ge­ häuses angeordnet ist, wobei der in das Zen­ tralrohr abgehende Förderstrom sich entgegen der Strömungsrichtung des mit Partikeln bela­ denen Förderstromes bewegt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Partikeln, bevor sie in einen Sammelbehälter ausgetragen oder über eine Schleuse abgeführt werden, mit dem Förderstrom in den Wirkbereich eines motorisch angetrieben­ en Schleuderrades gelangen, dessen Rotations­ achse koaxial zur Achse des Gehäuses angeordnet ist, wobei der äußere Umfang des Schleuderra­ des dicht an den es radial begrenzenden Umfang des Gehäuses heranreicht, und so die Partikeln mit dem Förderstrom vorn Schleuderrad erfaßt und radial zur Achse des Gehäuse beschleunigt und in eine Rotation mit hoher Zentrifugalbeschleu­ nigung versetzt werden und die Partikeln über eine im Umfangsbereich des Schleuderrades ange­ ordnete Austrittsöffnung, quer zur Achse des Gehäuses ausgetragen oder abgeführt werden und der Förderstrom über das Zentralrohr in einer zentralen Wirbelströmung abgeht, wobei die Lage der Achse des Gehäuses, wie die hierzu koaxiale Rotationsachse des Schleuderrades eine belie­ bige Position zwischen vertikaler bis horizon­ taler Lage einnehmen kann und weiter der Ab­ stand des Zentralrohres zum Schleuderrad durch eine Verschiebbarkeit des Zentralrohres längs der Achse des Gehäuses einstellbar ist und die auf die Partikeln durch das Schleuderrad aufge­ zwungene Zentrifugalbeschleunigung durch Änder­ ung der Drehzahl des Schleuderradantriebes ver­ änderbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Partikeln mit dem Förderstrom tangential oder mit einer Eingangsspirale in das Gehäuse eintreten oder axial über statio­ näre, im oder vor dem Gehäuse angeordnete Drallschaufeln dem Gehäuse zugeführt und so die Partikeln mit dem Förderstrom an der Innenseite des Gehäuse auf einer schraubenförm­ igen Bahn rotierend in den Wirkbereich eines gleichsinnig rotierenden Schleuderrades gelang­ en und die Partikeln auf Grund der Drehzahl des Schleuderrades in eine größere Umfangsgeschwin­ digkeit als zuvor und mithin auch größere Zen­ trifugalbeschleunigung übergeführt und quer zur Achse des Gehäuses über eine Austrittsöffnung ausgetragen oder abgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1. und/oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Partikeln im Be­ reich des Überganges zum Wirkbereich des Schleuderrades in ein in radialer Richtung er­ weiterten Teil des Gehäuses übergeführt werden, das gleichzeitig als ein das Schleuderrad um­ fassendes Leitgehäuse dient und somit die vom Förderstrom zu trennenden Partikeln in einem größeren Abstand zur Achse des Gehäuses aus dem Leitgehäuse abgeführt oder ausgetragen werden, wobei die Partikeln auf der sich um das Schleu­ derrad erstreckenden radialen Wandung des Leit­ gehäuses auf einer, je nach Ausbildung der ra­ dialen Wandung, Kreisbahn oder Spiralbahn ge­ führt werden, bis diese zur Austrittsöffnung gelangen, die tangential zum Umfang des Schleu­ derrades angeordnet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln im Bereich des Überganges zum Wirkbereich des Schleuderrades in ein in radialer Richtung erweitertes Teil des Gehäuses übergeführt werden, das gleichzeitig als ein das Schleu­ derrad umfassendes Leitgehäuse dient und somit die vom Förderstrom zu trennenden Partikeln in einem größeren Abstand zur Achse des Gehäuses aus dem Leitgehäuse abgeführt oder ausgetragen werden, wobei die nach dem Schleuderrad ange­ ordnete Austrittsöffnung sich entlang des ge­ samten Umfanges des Schleuderrades erstreckt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln von einem Schleuderrad beschleunigt und über dessen Außenrand hinausgefördert werden, wel­ ches wie ein offenes, an sich bekanntes Radial­ ventilatorrad ausgebildet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln von einem Schleuderrad beschleunigt und durch dieses hindurch befördert werden, welches wie ein geschlossenes, an sich bekanntes Radialven­ tilatorrad mit Deckscheibe und Saugdüse ausge­ bildet und der Übergangsbereich des Gehäuses zur Saugdüse als Einströmdüse ausgebildet ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem an sich fluiddichten Sammelbehälter, über eine ver­ stell- oder regelbare Drosseleinrichtung ein Teilstrom des Förderstromes zusammen mit einem kleineren Anteil von Partikeln geringer Größe und/oder Masse in den Eingangsbereich des Ge­ häuses zurückgeführt wird, zwecks erneuter Ag­ glomeration - insbesondere kinematischer und/oder turbolenter Agglomeration - mit den noch nicht behandelten, ankommenden Partikeln, wobei dieser Teilstrom zuvor dem aus dem Zentralrohr abgehenden Förderstrom durch die Förderwirkung des Schleuderrades - nach vollständiger oder teilweiser Öffnung der Drosseleinrichtung - entzogen wurde.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem an sich fluiddichten Sammelbehälter über eine ver­ stell- oder regelbare Drosseleinrichtung ein Teilstrom des Förderstromes in ein Filter abgeführt wird, wobei dieser Teilstrom zuvor dem aus dem Zentralrohr abgehenden Förderstrom durch die Förderwirkung des Schleuderrades - nach vollständiger oder teilweiser Öffnung der Drosseleinrichtung - entzogen wurde.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom tangential oder spiralig in den Sammelbehälter übergeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Schleuderrades in Abhängigkeit meßbarer Parameter des Förderstromes oder der Partikeln, wie zum Beispiel der Temperatur und/oder des statischen Druckes vor dem Eingangsbereich, ge­ regelt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselein­ richtung für den Teilstrom in Abhängigkeit meßbarer Parameter des Förderstromes oder der Partikeln, wie zum Beispiel der Temperatur und/oder des statischen Druckes vor dem Ein­ gangsbereich, geregelt wird.