DE4404661A1 - Anordnung zum Abscheiden in einem Zyklon - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abscheiden in einem Zyklon gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Zyklonen werden aus flüssigen oder gasförmigen Strömun­ gen, aus Suspensionen, Staub- oder Nebelströmungen disperse Partikel wie Pulver, Tröpfchen, Aerosole, ihre Agglomerate oder Mischungen abgeschieden. Dazu wird der zu reinigende bzw. von der dispersen Phase zu befreiende Fluidstrom über einen tangentialen Einlauf in den zylindrischen Kopfteil des Zyklons eingeführt, so daß der Fluidstrom einen starken Drall erfährt. Diese Wirbelströmung windet sich mit allmäh­ lich enger werdendem Radius abwärts in den konischen Teil des Zyklons. Dabei wird die disperse Phase, deren Massen­ dichte größer ist als die der umgebenden, kontinuierlichen Phase infolge der auftretenden Zentrifugalkräfte an dem Zyklonmantel des Abscheideraums angereichert, von wo sie meist ebenfalls in gewundenen Strähnen unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten, vorbei an dem Wirbelbegrenzer, in den Bunker bzw. Ablauf abrutscht.

Zyklone sind stationär installierte Apparate, die - bezogen auf ihre Symmetrieachse - senkrecht aufgestellt sind, um neben dem Drall die abscheidende Wirkung der Schwerkraft auf die disperse Phase zu nutzen. Nach der Abscheidung der dis­ persen Phase aus dem kontinuierlichen Fluidstrom strebt die­ ser der Mittelachse des Zyklons zu und verläßt den Apparat nach oben durch das zentrische Tauchrohr. Die beschränkte Abscheideleistung bekannter Zyklone, insbesondere für kleinste Teilchen, z. B. im unteren Mikrometerbereich, resul­ tiert aus der geringen Trägheit der Partikel zum einen unter der Einwirkung des Dralls, zum anderen unter der Einwirkung der Schwerkraft, die für das Abrutschen in den Bunker ver­ antwortlich ist. Die Drallwirkung läßt sich durch eine enge­ re Bauweise des Zyklons bei möglichst hohen tangentialen Strömungsgeschwindigkeiten erhöhen. So werden heutzutage für die Abscheidung besonders feiner Teilchen sehr enge und kleine Zyklone verwendet.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung zu treffen, mit der die Abscheideleistung von Zyklonen, insbesondere für sehr kleine Teilchen, wesentlich erhöht werden kann.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird zum Abscheiden die Zentrifugalbe­ schleunigung genutzt, die durch die Rotation des Zyklons um die zu seiner Symmetrieachse querliegende Drehachse zustan­ dekommt. Dabei wirkt auf die disperse Phase der Drallströ­ mung eine linear mit dem Abstand zur Drehachse zunehmende Fliehkraft, die bei entsprechender Drehzahl ein Mehrfaches der Erdanziehung beträgt. Durch diese Fliehkraft läßt sich der Austrag der an der konischen Zyklonwand sich abschei­ denden Feinstpartikel beschleunigen und verbessern. Die Symmetrieachse des Zyklons muß mit der Drehachse nicht einen Winkel von 90° einschließen. Unter "querliegend" soll viel­ mehr verstanden werden, daß die Symmetrieachse auch unter einem kleineren Winkel zur Drehachse angeordnet sein kann, vorausgesetzt, daß der Abtransport der dispersen Phase aus dem Abscheideraum in den Ablauf nicht nur aufgrund der Erd­ anziehung, sondern vornehmlich durch die Zentrifugalkraft der Rotation des Zyklons bewirkt wird (Ansprüche 2, 3, 4). Die Drehzahlen sind vorzugsweise einstellbar. Für die erfindungsgemäße Anordnung eignen sich insbesondere die eingangs erwähnten Zyklone, die eine engere Bauweise besitzen.

Bei einer symmetrischen Anordnung (Anspruch 5) mehrerer Zyklone, insbesondere von zwei Zyklonen, die aneinander gegenüberliegend miteinander und mit der Drehachse fest verbunden sind, läßt sich die bei Rotation eines Zyklons entstehende Unwucht vermeiden. Der rotierende Doppelzyklon kann - bezogen auf den Gesamtfluidstrom beispielsweise parallel geschaltet - die Kapazität der Abscheidung ver­ doppeln. Weitere Zyklone etwa gleicher Größe können kreuz- oder sternförmig in einer Drehebene in einer baulichen Einheit zusammengefaßt sein. Jeder Einlauf in die einzelnen Zyklone wird von einer gemeinsamen Aufgabestelle für den Fluidstrom durch unterschiedlich angeordnete Abzweigungen gespeist. Dabei sind die Zyklone einlaufseitig an einem in Drehung versetzten Rohr befestigt, durch das der Gesamt­ fluidstrom zugeführt wird. Die zur Abführung des Fluidstroms dienenden Tauchrohre sind vorzugsweise gekrümmt und münden in das Rohr, so daß der Fluidstrom von oben kommend in die Zyklone eintritt und nach unten in das Rohr ausgeblasen wird (Ansprüche 6, 7 und 8).

Die Anordnung mehrerer Zyklone in einer Drehebene bietet ferner die Möglichkeit, aus einem Fluidstrom mit inhomogener Verteilung der dispersen Phase Teilströme zu entnehmen, in denen die disperse Phase unterschiedlich konzentriert ist (Anspruch 13). Beispielsweise können von einer gemeinsamen Aufgabestelle auf der Drehachse in Form eines Sprühkegels in unterschiedlichen Radien angeordnete Abzweigungen gespeist werden, so daß dadurch eine Vorklassierung der dispersen Phase erfolgt. Auch die abgereinigten Teilfluidströme können einzeln oder gemeinsam abgeführt werden. Diese Anordnung eignet sich vorzugsweise für eine Parallelschaltung der rotierenden Zyklone.

Je nach Größe oder Größenverteilung des dispersen Phase im Fluidstrom wird eine bestimmte Drehzahl eingestellt, die sich am besten für die Abscheidung der betreffenden Partikel eignet (Anspruch 14). Abhängig vom jeweiligen Volumenstrom des Fluidstroms lassen sich einzelne Zyklone abschalten, indem der Einlaß oder Auslaß für den Fluidstrom geschlossen wird. Die Zahl der abzuschaltenden Zyklone richtet sich nach der durch den Zustrom im Einlauf vorgegebenen Tangentialge­ schwindigkeit im zylindrischen Teil des Zyklons (Anspruch 9).

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist außer­ halb des Aufnahmeraums des Zyklons ein Sammelbehälter ange­ ordnet. Durch kurzzeitiges Öffnen des Aufnahmeraums auf der von der Drehachse entfernten Seite bei gleichzeitigem Schließen der Ablaufmündung, z. B. durch Schließen des Apex- Kegels, läßt sich die im Aufnahmeraum bzw. Bunker angesam­ melte Menge Austragsgut in den Sammelbehälter schleudern, der entweder stationär oder mitrotierend angeordnet ist (Anspruch 16).

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können zwei oder mehrere Ebenen von Zyklonen strömungstechnisch gesehen hintereinander auf der gemeinsamen Drehachse angeordnet sein. Diese Anordnung eignet sich insbesondere für eine Rei­ henschaltung der stromauf bzw. stromab angeordneten Zyklone. Vorzugsweise kann die Drehzahl der in unterschiedlichen Drehebenen rotierenden Zyklone unterschiedlich eingestellt werden. Hierzu sind die Zyklone jeder Drehebene an konzent­ risch angeordneten Rohren unterschiedlicher Durchmesser be­ festigt (Ansprüche 10, 11, 12).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Anordnung mit zwei um eine Drehachse rotierende radiale Zyklone und

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Anordnung mit zwei seh­ nenförmig angeordneten Zyklonen.

Um eine senkrechte gemeinsame Drehachse 1 sind rechtwinklig zwei Zyklone 2 und 3 an einem Rohr 4 befestigt, das in nicht dargestellter Weise gelagert und drehbar angetrieben ist. Jeder Zyklon 2, 3 besteht in bekannter Weise aus einem tan­ gentialen Einlauf 5, einem zylindrischen Kopfteil 6, einem sich daran anschließenden konischen Abscheideraum 7, einem Apex-Kegel 8 und einem Bunker 9. Die sich im Zyklon ein­ stellende Wirbelströmung ist durch Pfeile angedeutet. Der im Bereich des Apex-Kegels 8 umgelenkte, von der dispersen Phase befreite Fluidstrom verläßt über ein Tauchrohr 10 den Zyklon und wird nach unten durch die gekrümmten Tauchrohre in das Rohr 4 ausgeblasen. Einlaufseitig wird der von oben in das Rohr 4 eintretende Fluidstrom in Teilströme aufge­ teilt und den beiden Zyklonen zugeführt. Die Symmetrieachse der beiden Zyklone ist mit 11 bezeichnet. In Fig. 1 sind die Zyklone radial mit den Bunkern 9 nach außen weisend ange­ ordnet und ihre Symmetrieachsen 11 fluchten und schneiden die Drehachse 1.

Die Zyklone 2, 3 können in einem rotationssymmetrischen Ge­ häuse 12 angeordnet sein, um den Luftwiderstand bei hohen Drehzahlen zu verringern. Außerhalb des geschlossenen Ge­ häuses 12 ist ein ringförmiger Sammelbehälter 14 stationär angeordnet, in den das im Bunker 9 angesammelte Austragsgut chargenweise abgeschleudert werden kann, wenn eine am Boden des Bunkers 9 vorgesehene Klappe geöffnet wird.

In Fig. 2 sind zwei Zyklone 2′, 3′ parallel zueinander und in einem jeweils gleichen Abstand von der Drehachse innerhalb des rotationssymmetrischen Gehäuses 12 angeordnet. Die Einläufe 5, und Tauchrohre (nicht dargestellt) müssen dann entsprechend verlängert werden.

Claims (18)

1. Anordnung zum Abscheiden in einem Zyklon, in dem das aus einer freien Wirbelströmung in einem konischen Ab­ scheideraum durch Fliehkraftwirkung abgeschiedene Austrags­ gut in einen Bunker gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon (2, 3; 2′, 3′) bezüglich seiner Symmetrieachse (11) mit dem Bunker nach außen weisend quer zu einer Drehachse (1) angeordnet und drehbar angetrieben ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse senkrecht steht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Symmetrieachse des Zyklons mit der Dreh­ achse einen Winkel von 90° einschließt.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Symmetrieachse des Zyklons mit der Dreh­ achse einen Winkel von weniger als 90° einschließt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Zyklone symme­ trisch zur Drehachse in einer Ebene angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachsen (11) der Zyklone (2, 3) die Drehachse schneiden und radial verlaufen.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachsen (11) zweier Zyklone (2′, 3′) parallel zueinander und beabstandet von der Drehachse angeordnet sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Zyklone ein drehbar angetriebenes Rohr vorgesehen ist, durch das der Fluidstrom auf der einen Seite zugeführt wird und in das der aus dem Zyklon aus tretende Fluidstrom auf der anderen Seite ausmündet.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidstrom aus dem Rohr über tangentiale Einlässe in die Zyklone geführt wird.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Fluidstrom aus den Zyklonen über gekrümmte Tauchrohre axial in das Rohr austritt.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zyklone parallel geschaltet sind und zu- und abschaltbar sind.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zyklone in mehreren Drehebenen um eine gemeinsame Achse angeordnet sind.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zyklone in den unterschiedlichen Drehebenen in Serie geschaltet sind, wobei der aus einem stromauf gelege­ nen Zyklon aus tretende Fluidstrom in einen Zyklon der nach­ folgenden Drehebene eintritt.

14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in den unterschiedlichen Drehebenen angeordneten Zyklone mit unterschiedlicher Drehzahl ange­ trieben sind.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß bei einem Fluidstrom mit inhomo­ gener Verteilung der dispersen Phase Teilströme abgezweigt werden, in denen jeweils die Konzentration der dispersen Phase unterschiedlich ist und die Teilströme je einem Zyklon zugeführt werden.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung der Abscheidung die Drehzahl der Zyklonanordnung einstellbar ist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch besonders enge Bauweise des oder der Zyklone die Abscheidungsleistung verbessert wird.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das im Bunker angesammelte Aus­ tragsgut durch Öffnen des Bunkers in einen Sammelbehälter abgeschleudert wird, der radial außerhalb des Bunkers sta­ tionär oder mitrotierend angeordnet ist.