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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren
zur Entfernung von Gas aus einem Strom eines Gemisches von Gas und partikelförmigem Feststoff.
Im Besonderen lässt
sich die Erfindung aufs Entfernen von Luft aus einem Strom eines
Gemisches von Kohlenstaub und Luft anwenden, das in eine Kohlenstaubfeuerung
eingeblasen werden soll.
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Zur
Verwendung in Kohlenstaubfeuerungen wird Kohle typisch in einer
Mühle in
einen partikelförmigen
Zustand pulverisiert und dann in Luft suspendiert der Feuerung zugeführt. Konventionell
wird dieselbe Luft fürs
Mahlen von Kohle, Trocknen von Kohle, Transportieren von Kohle zu
einem Brenner und schließlich
fürs Einsblasen
von Kohle in die Brennkammer der Feuerung verwendet. Diese Luft
wird im Allgemeinen als „Primärluft" bezeichnet. Die
Menge der Primärluft,
die für
das Einsblasen der Kohle in die Brennkammer benutzt wird, ist eine
wichtige Variable in Hinsicht auf Zündung und Verbrennungswirkungsgrad
der Kohle. wegen der Anforderungen in Hinsicht auf entsprechende
Mahlung, Trocknung und Beförderung
der Kohle ist die Menge der Luft im Allgemeinen jedoch nicht veränderlich.
Deshalb wird das Verhältnis
von Primärluft
zu Kohle, das optimale Zündung
und Verbrennungswirkungsgrad ergibt, in der Regel nicht erreicht,
es sei denn, die Menge von Luft wird getrennt vor dem Brenner eingestellt.
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Wenn
Magerbrennstoffe wie Anthrazit verfeuert werden, die nicht leicht
entzündlich
sind, kann eine Reduzierung des Primärluft-Kohle-Verhältnisses für effektive
Zündung
und Verbrennung erforderlich sein. Im Besonde ren besteht Bedarf,
Mittel vorzusehen, um überschüssige Primärluft zu
entfernen, wenn der Brennstoff auf eine schlechter zu verfeuernde
Kohle umgeschaltet wird.
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Auch
kann Schwachlast-Verbrennung eine Reduzierung der in die Brennkammer
eingeblasenen Primärluftmenge
erfordern, um die Verminderung des Brennstoffs auszugleichen.
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Die
Idee, einen Fliehkraftabscheider oberhalb eines vertikalen Brenners
anzuordnen, um die Konzentration des dem Brenner zugeführten Brennstoffs
zu kontrollieren, ist im US-Patent Nr. 2,118,600 beschrieben. Das
US-Patent Nr. 4,412,496 stellt einen externen Zyklon für den Einsatz
bei Schwachlast dar, um eine große Luftmenge aus einem Kohle-Luft-Gemisch
abzuscheiden, und um einen kohlenreichen Strom, der durch eine innere
Düse eines Brenners
der Feuerung zugeführt
wird, und um einem kohlenarmen Strom zu erzeugen, der durch einen
ringförmigen
Kanal in koaxialer Beziehung zur inneren Düse zur Feuerung geleitet wird.
Die Zyklonabscheider sind komplexe und teure Konstruktionen, die
besonders bei Einsatz mit horizontalen Brennern zu Problemen hinsichtlich
der Beförderung
des dichten Stroms zum Brenner führen
können.
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Es
sind auch viele andere Lösungen
fürs Entfernen
von Luft aus einem Kohle-Luft-Strom vorgeschlagen worden. Das US-Patent
Nr. 4,497,263 stellt einen Brenner mit einem konischen Innenteil
mit Leitblechen dar, um die Kohlenkonzentration des inneren Stroms
zu vergrößern. Das
US-Patent Nr. 4,448,135 schlägt
einen Entnahmestutzen vor, der stroamabwärts von einem Krümmerabschnitt
in einem Brenner angeordnet werden sollte, um einen kohlenarmen
Teil aus dem Kohle-Luft-Strom zu entfernen.
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Das
US-Patent Nr. 5,090,339 zeigt ein Halsmundstück unmittelbar stromaufwärts von
einem Hülsenteil
und leitet somit einen kohlenreichen Strom in den Mittelabschnitt
eines Brenners. Diese Arten von Konstruktionen können hohe Druckverluste erleiden
und/oder eine niedrige abscheideleistung aufweisen.
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Die
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 60-194208 stellt eine Anordnung dar, wo ein Kohle-Luft-Gemisch
tangential in einen ringförmigen Raum
eines horizontalen Brenners eingeführt wird, wobei die kohlenreichen
und kohlenarmen Teile durch Fliehkraft in radial getrennte Teile
geteilt werden. Der kohlenarme Teil wird dann in einem, innerhalb
des Windkastens eines Brennersystems angeordneten Umschaltteil des
Brenners durch schmale Kanäle
aus dem Inneren des kohlenreichen Teils außerhalb desselben geleitet,
um mit Sekundärluft
vermischt au werden. Bei dieser Konstruktion liegen beide Teile
des Kohle-Luft-Gemisches in derselben Verbrennungszone geschichtet
vor. Bei Benutzung dieser Konstruktion kann außerdem der kohlenreiche Strom
von den Kanälen
des kohlenarmen Stroms unterbrochen werden, und es gibt einen beachtlichen und
nicht-kontrollierbaren Druckverlust des kohlenarmen Stroms, was
die Menge von Luft beschränkt,
die aus dem kohlenreichen Strom getrennt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und Verfahren
fürs Entfernen
von Gas aus einem Strom eines Gemisches von Gas und partikelförmigem Feststoff
vorzusehen.
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Im
Besonderen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System
und Verfahren fürs Entfernen
von Gas aus einem Strom eines Gemisches von Gas und partikelförmigem Feststoff
vorzusehen, ohne Stauung des Feststoffs oder größere Druckverluste im Strom
zu verursachen.
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Es
ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System
und Verfahren für
eine Kohlenstaubfeuerung vorzusehen, wo die Kohlenkonzentration
eines in die Feuerung einzublasenden Kohle-Luft-Stroms wirksam gesteigert
werden kann.
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Außerdem ist
es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und Verfahren
für eine Kohlenstaubfeuerung
vorzusehen, wo eine kontrollierbare Menge überschüssiger Luft mit einer einfachen
Vorrichtung aus einem Brennstoff-Luft-Strom stromaufwärts von
einem Brenner entfernt werden kann.
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Um
diese und andere Ziele zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung
ein System fürs
Entfernen von Gas aus einem Strom eines Gemisches von Gas und partikelförmigem Feststoff
vor, Das System umfasst ein Trenngefäß mit einem stromaufwärts gelegenen
Endabschnitt und einem stromabwärts gelegenen
Kappenabschnitt, welcher stromaufwärts gelegene Endabschnitt einen
Einlass zur tangentialen Einführung
des Stroms ins Gefäß hat, um
aus dem Strom (i) zentrifugal einen fetten, ein feststoffreiches
Gemisch enthaltenden Teil, der sich über einen schraubenförmigen Pfad
an einem äußeren ringförmigen Teil
des Trenngefäßes zum
Kappenabschnitt bewegt, und (ii) einen mageren, ein featstoffarmes Gemisch
enthaltenden Teil abzuscheiden, der sich über ei nen schraubenförmigen Pfad
an einem inneren Teil des Trenngefäßes zum Kappenabschnitt bewegt;
mehrere schraubenförmige
Durchlässe,
durch die sich der fette Teil axial durch den Kappenabschnitt bewegt,
ohne seinen Bewegungsimpuls bedeutend zu verlieren, um aus dem Trenngefäß axial abgezogen
zu werden; und mehrere Kanäle
zwischen den schraubenförmigen
Durchlässen,
wodurch sich der magere Teil radial auswärts bewegt, um aus dem Trenngefäß abgezogen
zu werden.
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Einem
anderen Aspekt zufolge sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren
fürs Entfernen
von Gas aus einem Strom eines Gemisches von Gas und partikelförmigem Feststoff
vor, das die Schritte zur tangentialen Einführung des Stroms in ein Trenngefäß durch
einen Einlass an einem stromaufwärts
gelegenen Endabschnitt des Gefäßes; zentrifugalen Abscheidung
eines fetten, ein feststoffreiches Gemisch enthaltenden Teils aus
dem Strom, und eines mageren, ein feststoffarmes Gemisch enthaltenden Teils,
umfasst; wobei sich der fette Teil über einen schraubenförmigen Pfad
an einem äußeren ringförmigen Teil
des Trenngefäßes zu einem
Kappenabschnitt an einem stromabwärts gelegenen Endabschnitt
des Trenngefäßes bewegen
kann; wobei sich der magere Teil über einen schraubenförmigen Pfad
an einem inneren Teil des Trenngefäßes zum Kappenabschnitt bewegen
kann; der fetten Teil sich durch zumindest zwei schraubenförmige Durchlässe axial
durch den Kappenabschnitt bewegen kann, ohne bedeutend seinen Bewegungsimpuls
zu verlie ren, und Ableitung des fetten Teils axial aus dem Trenngefäß; der magere
Teil sich radial auswärts durch
mehrere Kanäle
zwischen den schraubenförmigen
Durchlässen
bewegen kann, und Ableitung des mageren Teils aus dem Trenngefäß.
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Einer
typischen Anwendung der vorliegenden Erfindung zufolge wird Luft
aus einem Kohle-Luft-Strom entfernt, um in einen Magerkohlenbrenner
eingeblasen zu werden, der an einer Wand einer Kohlenstaubfeuerung
angeordnet ist. Typisch liefert eine Kohlenmühle den ursprünglichen
Brennstoff-Luft-Strom, der pneumatisch zu einem Satz von Brennern
transportiert wird. Die Brenner sind bevorzugt an den vertikalen
Seitenwänden
der Feuerung angeordnet und haben somit eine horizontale Achse, können aber
auch eine andere Ausrichtung haben. Einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zufolge ist stromaufwärts von jedem Brenner ein Primärluft-Abscheider
angeschlossen. Einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zufolge ist stromaufwärts
von mehr als einem Brenner ein gemeinsamer Luftabscheider angeschlossen.
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Einer
der vorteile des Luftabscheidersystems gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass es horizontal funktioniert und somit ohne konstruktive
oder betriebliche Schwierigkeiten mit Brennern verbunden werden
kann, die eine horizontale Achse haben. Andererseits ist das Luftabscheidersystem
der vorliegenden Erfindung zufolge nicht als integraler Teil eines
Brenners konstruiert, sondern es kann mit einem Abstand zum Brenner,
typisch außerhalb
des Windkastens des Brennersystems angeordnet werden. Somit kann
das Luftabscheidersystem der vorliegenden Erfindung zufolge im Zusammenhang
mit verschiedenen Typen von Brennern gut benutzt werden und eignet
sich gut zur Nachrüstung von
Kohlenstaubkraftwerken.
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Die
Grundidee der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Bewegungsimpuls
des Brennstoff-Luft-Gemisches beizubehalten, während es sich durch den Abscheider
bewegt. Dadurch, dass man das Gemisch glatt durch ein Trenngefäß fließen lässt, ohne
die Strömungsrichtung
des Brennstoff-Luft-Stroms umzukehren oder plötzlich zu ändern, können Druckverluste gleichzeitig
minimiert und Stauung und Absetzen von Feststoff vermieden werden.
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Es
ist generell bekannt, ein Gemisch aus Gas und Feststoffpartikeln
tangential in ein rohrförmiges
Trenngefäß einzuführen und
die Fliehkraft Partikel aus dem Gas abtrennen zu lassen, wenn sich
das Gemisch durch das Gefäß bewegt.
In solchen Systemen wird jedoch am äußeren ringförmigen Teil des Gefäßes ein
partikelreicher Strom und entsprechend ein partikelarmer Strom am
inneren Teil gebildet. Um überschüssiges Gas
aus dem partikelarmen Strom zu entfernen, sollte der partikelarme
Strom auswärts und
weg vom partikelreichen Strom geleitet werden, ohne die glatte Strömung des
partikelreichen Stromes bedeutend zu stören.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge findet die Entfernung von überschüssigem Gas
aus einem Feststoff-Gas-Strom
oder eines kohlenarmen Stroms aus einem Kohle-Luft-Gemisch in einem Kappenabschnitt
am stromabwärts
gelegenen Endabschnitt des Trenngefäßes statt. Der brennstoffreiche
Teil fließt
axial über
den Kappenabschnitt durch einen Satz schraubenförmiger Durchlässe, d.
h. schraubenförmig
gewundene kurze Kanäle,
und der kohlenarme Teil fließt
radial auswärts
durch Kanäle
zwischen den schraubenförmigen
Durchlässen.
Somit wird die Strömung
des kohlenreichen Stroms von einem vollen ringförmigen Raum auf mehrere Kanäle oder
Durchlässe beschränkt, doch
die Durchlässe sind
speziell ausgebildet, um den Bewegungsimpuls des Stroms beizubehalten.
Der kohlenreiche Strom bewegt sich typisch vom Trenngefäß zu einem
Brenner an einer Seitenwand der Feuerung, wo er mit Sekundärluft vermischt
und verfeuert wird.
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Einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zufolge wird der Kappenabschnitt von
einer Außenwand
und einer ersten und zweiten Endplatte gebildet. Der kohlenreiche
und kohlenarme Teil des Kohle-Luft-Gemisches
treten durch die entsprechenden Einlassöffnungen der ersten Endplatte
in den Kappenabschnitt ein. Die stromaufwärts gelegenen Enden der schraubenförmigen Durchlässe sind
mit den Einlassöffnungen
des kohlenreichen Teils verbunden, und somit wird der kohlenreiche
Teil in mehrere kohlenreiche Teilströme aufgeteilt. Die stromabwärts gelegenen
Enden der schraubenförmigen
Durchlässe
sind mit den Auslassöffnungen
für die
kohlenreichen Teilströme
in der zweiten Endplatte verbunden, und die kohlenreichen Teilströme werden
durch die Auslassöffnungen
aus dem Kappenabschnitt abgeleitet. Der kohlenarme Teil wird durch
eine Auslassöffnung
in der Außenwand
aus dem Kappenabschnitt abgeleitet.
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Einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zufolge sind ein konisches Rohr innerhalb
des Kappenabschnitts und ein zylindrisches Rohr radial innerhalb
des konischen Rohrs vorgesehen. Das konische und das zylindrische
Rohr bilden die Decken, beziehungsweise Böden der schraubenförmigen Durchlässe. Decke
und Boden eines jeden schraubenförmigen
Durchlasses sind durch zwei Seitenwände verbunden, die als vordere und
hintere Seitenwand bezeichnet werden können, weil die Durchlässe in Bezug
auf die Achse der schraubenförmigen
Bahn des Stroms angewinkelt sind.
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Die
schraubenförmigen
Durchlässe
sind um die zylindrische Fläche
derart gewunden, dass die Winkelorientation der Auslassöffnungen
von der der entsprechenden Einlassöffnungen gedreht ist. Richtung
und Ausmaß der
Drehung der Durchlässe
entsprechen jenen der Bahn des Kohle-Luft-Stroms um die Achse des
Trenngefäßes, Der
Drehwinkel variiert bevorzugt zwischen ungefähr 20° und ungefähr 40°, kann aber z. B. ungefähr 5° bis ungefähr 60° sein, je nach
der axialen Länge
des Kappenabschnitts und der Steigung der Bahn des Kohle-Luft-Stroms.
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Der
kohlenarme Teil tritt durch eine kreisförmige Einlassöffnung,
die an der ersten Endplatte des Kappenabschnitts angeordnet ist,
radial einwärts
von den Einlassöffnungen
für die
kohlenreichen Teilströme
in den Kappenabschnitt ein. Die zweite Endwand des Kappenabschnitts
weist keine Auslassöffnungen für den kohlenarmen
Teil auf. Stattdessen haben das konische und zylindrische Rohr längliche Öffnungen zwischen
den schraubenförmigen
Durchlässen,
wodurch der brennstoffarme Strom radial auswärts fließen kann. Typisch bilden die
schraubenförmigen Durchlässe und
die erste und zweite Endplatte radiale Kanale zwischen den Öffnungen
des konischen und zylindrischen Rohrs, durch welche Kanäle der brennstoffarme
Teil radial auswärts
fließen
kann.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird ermöglicht, dass der kohlenarme
Strom beim Durchfließen des
Trenngefäßes seinen
Rotationsimpuls beibehalten kann, doch der axia le Impuls wird durch
die zweite Endplatte des Kappenabschnitts beeinflusst. Weil der
magere Strom hauptsächlich
aus Gas besteht, ändert
er jedoch seine Richtung ohne einen größeren Druckabfall, oder Feststoffstau
zu verursachen. Die länglichen Öffnungen
des zylindrischen und konischen Rohrs bilden einen großen Bereich
und genug Querschnittsfläche
für die Änderung
der Strömungsrichtung.
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Einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zufolge werden die kohlenarmen Teilsträme in einem
ringförmigen
Sammelraum eingesammelt, der zwischen dem konischen Rohr und der
Außenwand
des Kappenabschnitts angeordnet ist. per brennstoffarme Teil kann
aus dem Sammelraum über
einen tangentialen Ablaufkanal abgeleitet werden, der mit einer Öffnung der
Außenwand verbunden
ist. Bevorzugt umfasst der Sammelraum Blockiermittel, die den gesamten
mageren Strom im Sammelraum dazu zwingen, in der gleichen Richtung zu
zirkulieren, bevor er über
einen Auslasskanal abgeleitet wird. Auf diese Weise wird all der
Feststoff wirksam aus dem Sammelraum abgestreift. Der aus dem Kappenabschnitt
abgeleitete brennstoffarme Teil kann zur Feuerung durch eine Düse eingeführt werden,
die mit Abstand zur Düse
des brennstoffreichen Teils angeordnet ist, oder aber er kann zurück zur Kohlenmühle oder
einer anderen entfernten Stelle befördert werden.
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Einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zufolge erstreckt sich das zylindrische
Rohr innerhalb des Kappenabschnitts, das Öffnungen für den brennstoffarmen Teil
aufweist und die Böden
der schraubenförmigen
Durchlässe
bildet, etwas stromaufwärts
von der ersten Endplatte des Kappenabschnitts. Die Ein lassöffnungen
für den
kohlenarmen und kohlenreichen Teil sind radial innerhalb, beziehungsweise
außerhalb
der Verlängerung des
zylindrischen Rohrs angeordnet. Somit bildet die Verlängerung
des zylindrischen Rohrs eine Trennwand, die den fetten und mageren
Strom bereits stromaufwärts
vom Kappenabschnitt voneinander trennt.
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Bei
einigen Anwendungen können
Trichtermittel auf der radial äußeren Seite
der Trennwand, stromaufwärts
van der ersten Endplatte des Kappenabschnitts angeordnet sein, die
den partikelreichen Strom in die Einlassöffnungen der schraubenförmigen Durchlässe leiten.
Es kann auch mit der Innenseite des zylindrischen Rohrs oder der
Trennwand verbundene innere Flügel
geben, welche Flügel
der schraubenförmigen
Bahn des Kohle-Luft-Stroms ähnlich gebogen
sind. Bevorzugt erstrecken sich die inneren Flügel vom stromaufwärts gelegenen
Ende der Trennwand zur zweiten Endplatte des Kappenabschnitts. Die
inneren Flügel
sind bevorzugt mit den hinteren Seitenwänden der schraubenförmigen Durchlässe, benachbart
zu den Vorderkanten der radialen Kanäle zwischen den schraubenförmigen Durchlässen verbunden,
die den mageren Strom glatt zu den Öffnungen zwischen den Schraubenförmigen Durchlässen leiten.
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Bei
einigen Anwendungen der vorliegenden Erfindung ist ein Innenrohr
um die Achse des Trenngefäßes vorgesehen,
und das Brennstoff-Luft-Gemisch fließt in einem ringförmigen Raum
um das Innenrohr. Das Innenrohr kann z. B. einen Schweröl-Anlaufbrenner
beherbergen. Bevorzugt erstrecken sich die inneren Flügel einwärts radial
bis zum Innenrohr und teilen somit den mageren Strom in mehrere Teilströme. Die
vorliegende Erfindung kann je doch auch im Zusammenhang mit einem
Trenngefäß ohne ein
Innenrohr eingesetzt werden, wobei das Luft-Brennstoff-Gemisch das Trenngefäß durch
und durch bis zur Achse des Trenngefäßes ausfüllt.
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Die
allgemeinen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind
oben im Zusammenhang mit der Behandlung von Primärluft beschrieben, die den
Brennern einer Kohlenstaubfeuerung zugeführt werden soll. Einem vom
Fach leuchtet es jedoch ein, dass sich die vorliegende Erfindung
auch gut auf andere Anwendungen einsetzen lässt, z. B. in anderen Prozessen,
etwa in der chemischen Industrie oder bei der Behandlung von Schüttgut, wo
eine Trennung von überschüssigem Gas
auf einem Strom eines Gemisches von Gas und partikelförmigem Feststoff
erforderlich ist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
obige Kurzbeschreibung sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung gehen vollständiger aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung mit Verweis auf die derzeit bevorzugten aber nichtsdestoweniger
veranschaulichenden Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, wo:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Kohlenstaubfeuerungssystems gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
schematischer Längsschnitt
durch einen Luftabscheider gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein
schematischer Querschnitt durch einen Luftabscheider von 2,
entlang Linie A–A von 2 ist.
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4.
ein schematischer Querschnitt durch den Luftabscheider von 2 entlang
Linie B–B
von 2 ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
ein Kohlenstaubfeuerungssystem 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Das Verbrennungssystem 10 wird
typisch zur Erzeugung von Dampf benutzt und umfasst einen Feuerungsabschnitt 12 und einen
Wärmerückgewinnungsabschnitt 14.
Zur Verwendung im Verbrennungssystem 10 werden grobkörnige Kohle 16 und
Luft 18 in eine Kohlenmühle 20 eingeführt, wo
ein Gemisch 22 aus Kohlenstaub und Primärluft hergestellt wird, um
pneumatisch in einen Brennerabschnitt 24 des Verbrennungssystems 10 befördert zu
werden. Typisch umfasst der Brennerabschnitt 24 eine Vielzahl
van Brennern, die an einer Seitenwand 26 der Feuerung 12 angeordnet
sind. 1 zeigt nur einen Brennerabschnitt 24 an
der Seitenwand 26, es könnte
aber auch mehrere Brennerabschnitte an mehr als einer Wand der Feuerung 12 geben.
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Durch
die Verbrennungsprozesse in der Feuerung 12 erzeugte heiße Abgase
werden zur Erzeugung van Dampf im Wärmerückgewinnungsabschnitt 14 verwendet.
Vom Wärmerückgewinnungsabschnitt 14 werden
die Abgase 28 zu einem Lufterhitzer 30 geleitet,
in dem die Abgase abge kühlt
werden, wodurch ein Strom abgekühlter
Abgase 28' erzeugt wird.
Typisch werden die abgekühlter
Abgase 28' über Gasreinigungseinheiten
zu einem Schornstein geleitet, der in der Zeichnung nicht dargestellt
ist. Dem Lufterhitzer 30 wird auch ein Luftstrom 32 zugeführt, um
heiße
Sekundärluft 32' zur Einführung in den
Brennerabschnitt 24 zu erzeugen.
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Einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zufolge ist neben dem Brennerabschnitt 24 ein
Luftabscheidersystem 36 angeordnet, um einen Teil der Primärluft aus
dem Gemisch 22 von Kahle und Primärluft zu trennen, das in den
Brennerabschnitt 24 eintritt. Der abgeschiedene Luftstrom 34,
der typisch nach etwas Kohle enthält, wird aus dem Luftabscheidersystem 36 stromaufwärts vom Brennerabschnitt 24 abgeleitet.
Der Luftstrom 34 enthält
bevorzugt weniger als 10 %, noch bevorzugter weniger als 2 % von
der Kohle des ursprünglichen Kahle-Luft-Gemisches 22.
Der Luftstrom 34 kann zu einem anderen Teil der Feuerung 12,
zurück
zur Kohlenmühle 20 oder
zu einer anderen Stelle befördert werden.
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2 zeigt
detaillierter ein Beispiel für
einen Luftabscheider gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ein Gemisch 22 aus Kohle und
Primärluft
wird durch eine Einlassleitung 38 tangential zum stromaufwärts gelegenen Ende
eines Trenngefäßes 40 eingeführt, wo
ein Teil der Primärluft
aus dem Kohle-Luft-Gemisch 22 getrennt wird und ein kohlenreicher
Strom erzeugt wird. Die Einlassleitung 38 ist bevorzugt
als schraubenförmige
Spirale mit dem Trenngefäß 40 verbunden,
um dem Strom einen Axialimpuls zu verleihen. Das Trenngefäß 40 umfasst
einen ersten Abschnitt 42, der durch eine zylindrische
Außenwand 44 der
durch eine zylindrische Außenwand 44 gebildet
wird, und einen Kappenabschnitt 46 am stromabwärts gelegenen
Ende des Trenngefäßes 40.
Der Kappenabschnitt 46 wird durch eine zweite Außenwand 48 und eine
erste 50 und eine zweite 52 Endplatte gebildet.
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Der
Kappenabschnitt 46 umfasst ein konisches Rohr 54 und
ein zylindrisches Rohr 64 radial innerhalb des konischen
Rohrs 54. Das konische Rohr 54 umfasst eine Verlängerung 54', die sich vom Mittelteil
des Kappenabschnitts 45 stromabwärts von der zweiten Endplatte 52 erstreckt.
Stromabwärts von
der zweiten Endplatte 52 ist auch ein anderes konisches
Rohr 56 radial innerhalb der Verlängerung 54' des konischen
Rohrs 54 angeordnet. Zwischen den konischen Rohren 54' und 56 wird
ein ringförmiger
Bereich mit einem allmählich
abnehmenden Außendurchmesser
gebildet, der zur Einblasung des kohlenreichen Stroms in die Feuerung 12 zu
einem Kanal 58 zur (in 1 dargestellten)
Feuerung 12 hinführt.
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2 zeigt
auch ein um die Achse des Trenngefäßes 40 angeordnetes
Innenrohr 62. Wenn der Luftabscheider mit einem Brenner
verbunden ist, kann das Innenrohr 62 Mittel zur Einführung von
zusätzlicher
Heißluft
umfassen, oder es könnte
z. B. ein Anlauf-Ölbrenner
vorgesehen sein. Diese sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Wenn
der Strom des Kohle-Luft-Gemisches 22 durch den tangentialen
Einlass 38 in das Trenngefäß 40 eingeführt wird,
bewegt sich der Strom im Gefäß über einen
schraubenförmigen
Pfad, wobei Kohlenpartikel des Kohle-Luft-Gemisches 22 durch die Fliehkraft
zur zylindrischen Außenwand 44 hin
gedrückt
werden. Somit wird am äußeren ringförmigen Teil
des Trenngefäßes 40 ein
kohlenreicher Strom gebildet, und ein kohlenarmer Strom bleibt näher an der
Achse des Gefäßes 40 zurück. Am stromabwärts gelegenen
Ende des ersten Abschnitts 42 des Trenngefäßes 40 bildet
eine Verlängerung
des zylindrischen Rohrs 64 eine zylindrische Trennwand 64'. Die Trennwand 64' teilt das Kohle-Luft-Gemisch
in einen äußeren, kohlenreichen
Teil zwischen der zylindrischen Außenwand 44 und der
zylindrischen Trennwand 64',
und in einen inneren, kohlenarmen Teil zwischen der zylindrischen
Trennwand 64' und
dem Innenrohr 62.
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Um
das Innenrohr 62 umfasst die erste Endplatte 50 eine
ringförmige Öffnung 66,
wodurch sich der kohlenarme Strom in den Kappenabschnitt 46 bewegen
kann. Im Kappenabschnitt 4b wird der kohlenarme Teil durch Öffnungen 68 und 70 im
zylindrischen Rohr 64, beziehungsweise dem konischen Rohr 54,
radial auswärts
geleitet. Typisch sind mehrere Öffnungen 68,
beziehungsweise 70, mit ziemlich gleichmäßigen Abständen am
Umfang des zylindrischen Rohrs 64 und des konischen Rohrs 54 vorgesehen.
Die durch die verschiedenen Öffnungen 68 und 70 fließenden kohlenarmen
Teilströme
werden in einer ringförmigen,
zwischen der zweiten Außenwand 48 und
dem konischen Rohr 54 gebildeten Sammelkammer 72 wiedervereinigt.
Der wiedervereinigte kohlenarme Strom wird dann durch eine tangentiale,
(in dieser Ansicht) nach oben zeigende Abzugsleitung 74 aus
dem Trenngefäß 40 herausgeleitet.
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Der
kohlenreiche Teil bewegt sich durch Einlassöffnungen 76 in der
ersten Endplatte 50 zum Kappenabschnitt 46. Die
kohlenreichen Teilströme durchfließen dann
den Kappenabschnitt 4a via mehrere schraubenförmige Durchlässe 78,
die mit den Einlassöffnungen 76 in
der ersten Endplatte 50 und mit Auslassöffnungen 80 in der
zweiten Endplatte 52 verbunden sind, Das konische Rohr 54 und
das zylindrische Rohr 64 bilden die Decken, beziehungsweise Böden der
schraubenförmigen
Durchlässe 78.
Die schraubenförmigen
Durchlässe 78 sind
um die Achse des Trenngefäßes 40 in
einer Richtung und mit einer Steigung gewunden, die jenen einer
durchschnittlichen schraubenförmigen
Bahn des kohlenreichen Stroms im ersten Teil 42 des Trenngefäßes 40 entsprechen.
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Weil
die schraubenförmigen
Durchlässe 78 zwischen
dem zylindrischen Rohr 64 und dem konischen Rohr 54 ausgebildet
sind, ist die radiale Erstreckung, d. h. die Höhe der Auslassöffnungen 90 kleiner
als die der Einlassöffnungen 76.
Deshalb, um eine ungefähr
gleich bleibende Querschnittsfläche
zu erhalten, kann die peripherische Erstreckung, d. h. Breite der
Auslassöffnungen 80,
entsprechend gröber
sein als die der Einlassöffnungen 76.
Typisch ist das Breite-Höhe-Verhältnis der
Auslassöffnungen 80 bevorzugt
zumindest 1,5-mal größer, noch
bevorzugter zumindest 3 mal größer als
das der Einlassöffnungen 76.
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Wegen
der besonderen verflachenden und verbreiternden Form der Öffnungen
leiten sie die kohlenreichen Teilströme zurück auf eine nahezu kreisförmige Bahn,
die sich der Achse des Systems nähert.
Sei einigen Anwendungen der vorliegenden Erfindung können die,
die Decken und Böden
der schraubenförmigen
Durchlässe 78 bildenden
Flächen
eine ähnliche
Form haben, d. h. sie sind beide entweder konisch oder zylindrisch.
Dabei können
die schraubenförmigen
Durchlässe
einen Querschnitt haben, der zumindest nahezu unverändert ist.
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Das
Teilungsverhältnis
des ursprünglichen Kohle-Luft-Stroms in den kohlenreichen
und kohlenarmen Strom wird durch die Druckbalance zwischen den zwei
Strömen
bestimmt, Somit bestimmt hauptsächlich
die Dimensionierung der entsprechenden Querschnittsflächen die
Teilung in Ströme
und den damit verbundenen Druckverlust. Der durch die Abzugsleitung 74 abgezogene
Strom kann jedoch durch Regelungsmittel, etwa ein Ventil 82,
eingestellt werden.
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2 zeigt
einen radialen Kanal 84 für einen mageren Teilstrom,
der die Öffnungen 68 und 70 im oberen
Teil des Kappenabschnitts 46 und einen Kanal, d. h. einen
schraubenförmigen
Durchlass 78, für einen
kohlenreichen Teilstrom im unteren Teil des Kappenabschnitts 46 verbindet.
Bei einer typischen Anwendung der vorliegenden Erfindung gibt es
in der Tat mehrere schraubenförmige
Durchlässe 78 annähernd gleichmäßig auf
den Umfang des Kappenabschnitts 46 verteilt und mehrere,
zwischen den schraubenförmigen
Durchgängen 78 angeordnete radiale
Kanäle 84.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl der schraubenförmigen Durchlässe 78 ungefähr sechs,
normalerweise vier bis acht. In einigen Anwendungen kann die Anzahl
der schraubenförmigen Durchlässe 78 gar
so niedrig wie drei sein, während bei
einigen anderen Anwendungen eine größere Anzahl schraubenförmiger Durchlässe 78,
z. B. zehn oder sogar mehr, erforderlich ist.
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Die
Anordnung der Kanäle
für die
kohlenreichen und kohlenarmen Teilströme gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist detaillierter in 3 und 4 dargestellt, die
Querschnitte des Trenngefäßes 40 entlang
Linien A–A,
beziehungsweise B-B,
der in 2 dargestellten Ausführungsform zeigen.
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3 zeigt
einen schematischen Querschnitt des Trenngefäßes 40 quer zur Achse
des Gefäßes 40.
Diese Ansicht ist von der Position der ersten Endplatte 50 zum
Kappenabschnitt 46 hin gesehen, aber die Endplatte 50 ist
jedoch nicht dargestellt. 3 sind das
Innenrohr 62, Abschnitte des zylindrischen Rohrs 64 mit Öffnungen 68 zwischen
den Abschnitten des Rohrs 64, Abschnitte des konischen Rohrs 54 mit Öffnungen 70 zwischen
den Abschnitten des konischen Rohrs 54, und die zweite
Außenwand 48 dargestellt.
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schen
Rohrs 54, zusammen mit den vorderen Seitenwänden 8fi und
den hinteren Seitenwänden 88,
bilden die schraubenförmigen
Durchlässe 78,
wodurch die kohlenreichen Teilströme axial durch den Kappenabschnitt 46 fließen. Der
Seitenwände 88 und 86' zweier aufeinanderfolgender
schraubenförmiger
Durchlässe 78 und 78', zusammen mit
der ersten und zweiten Endplatte 50 und 52 des
Kappenabschnitts, bilden radiale Kanäle 84, die die Öffnungen 68 mit Öffnungen 70 verbinden,
Die kohlenarmen Teilströme
fließen
radial durch die radialen Kanäle 84 aus
dem Raum zwischen dem Innenrohr 62 und dem zylindrischen
Rohr 64 zur Sammelkammer 72.
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Innere
Flügel 90 sind
zwischen dem Innenrohr 62 und dem zylindrischen Rohr 64 vorgesehen. Die
inneren Flügel 90 sind
20 schraubenförmig
gewunden und im Kappenabschnitt 46, von den hinteren Seitenwänden 88 der
schraubenförmigen
Durchlässe 78 radial
einwärts
angeordnet. Somit teilen die inneren Flügel 90 den kohlenarmen
Strom in mehrere Teilströme.
Jeder kohlenarme Teilstrom bewegt sich durch die ringförmige Öffnung 66 in
der ersten Endplatte 50 in den Kappenabschnitt 46 und
fließt über eine
schraubenförmige
Bahn zur zweiten Endplatte 52 hin weiter. Wegen seines
Rotationsimpulses bewegt sich z. B. der zwischen den inneren Flügeln 90' und 90 fließende Teilstrom
im Uhrzeigersinn zum inneren Flügel 90 oder
der hinteren Seitenwand 88 eines schraubenförmigen Durchlasses 78 hin.
Schließlich
wird jeder kohlenarme Teilstrom durch einen radialen Kanal 84 radial
auswärts
zur Sammelkammer 72 gedrückt, wo die getrennten Teilströme wiedervereinigt
werden. Die Breiten der radialen Kanäle 84 am stromaufwärts gelegenen
Ende des Kappenabschnitts 46 sind typisch ungefähr ebenso
groß oder größer als
die Breiten der schraubenförmigen
Durchlässe 78.
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Somit
reicht die Querschnittsfläche
der Kanäle 84 für einen
niedrigen Druckabfall der kohlenarmen Teilströme aus.
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Die
Außenwand 48 des
Kappenabschnitts 46 weit eine Öffnung 92 auf, mit
der die vertikal angeordnete Abzugsleitung 74 des kohlenarmen
Stroms verbunden ist. Die Verlängerung
der Abzugsleitung 74 innerhalb der Sammelkammer 72 ist
in einem ersten schraubenförmigen
Durchlass 78" verbunden, um
Strömung
entgegen den Uhrzeigersinn aus der Sammelkammer 72 in die
Abzugsleitung 74 zu verhindern. Somit wird der gesamte
kohlenarme Strom gezwungen, in der Sammelkammer 72 im selben Uhrzeigersinn
zu zirkulieren, wodurch das Abstreifen von Kohle oder jedem anderen
möglichen
Feststoff aus dem Sammelraum maximiert wird.
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Weil
es schwierig sein kann, eine gasdichte Absperrung zwischen der Verlängerung
der Abzugsleitung 74 und der konischen Decke des schraubenförmigen Durchlasses 78" vorzugehen,
kann es notwendig sein, effektivere Sperrmittel zwischen den schraubenförmigen Durchlässen 78" und dem, im Uhrzeigersinn
darauf folgenden schraubenförmigen Durchlass 78' anzuordnen.
Dies kann durch Ausfüllung
des entsprechenden Bereichs durch ein geeignetes, z. B. feuerfestes
Material erfolgen, was auch die kohlenarme Strömung im Kanal 84' zwischen den schraubenförmigen Durchlässen 78" und 78' verhindert.
Auch Sperrplatten 94 und 100 (siehe 4) können zwischen
der zweiten Außenwand 48 und
der vorderen Seitenwand 86' des
schraubenförmigen Durchlasses 78', beziehungsweise
zwischen den stromaufwärts
gelegenen Enden der inneren Flügel 90' und 90" eingesetzt
werden. Wenn es zwischen den schraubenförmigen Durchlässen 78' und 78" keine kohlenarme
Strömung
gibt, werden auch keine Öffnungen
im zylindrischen Rohr 64 und dem konischen Rohr 54 an
dieser Stelle benötigt.
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3 zeigt,
dass die zweite Außenwand 48 einen
kreisförmigen
Querschnitt hat. Um den mageren Teil dazu zu zwingen, sich gleichmäßig auf
die verschiedenen radialen Kanäle 84 zu
verteilen, sollte die radiale Erstreckung der Sammelkammer 72 entlang
dem umlaufenden Strömungspfad
zunehmen. Auf diese Weise wird das Sammelkammer-Volumen vergrößert, wenn
mehrere radiale Kanäle 84 magere Teilströme einführen, die
vereinigt werden. Somit wird ungefähr die gleiche Oberflächengeschwindigkeit
aufrechterhalten, und Druckverluste werden minimiert.
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4 zeigt
einen ähnlichen
schematischen Querschnitt vom stromaufwärts gelegenen Ende der zylindrischen
Trennwand 64'.
Das Innenrohr 62 ist radial innerhalb der Trennwand 64' und die zylindrische Außenwand 44 radial
außerhalb
der Trennwand 64' dargestellt.
Zwischen dem Innenrohr 62 und der Trennwand 64' sind schraubenförmig gewundene
innere Flügel 90, 90' dargestellt,
die sich bevorzugt vom stromaufwärts
gelegenen Ende der Trennwand 64' zur zweiten Endplatte 52 erstrecken.
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Um
den kohlenreichen Strom in die schraubenförmigen Durchlässe 78 zu
leiten, können
zwischen der Trennwand 64' und
der zylindrischen Außenwand 44 Trichtermittel
angeordnet werden. Einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zufolge können
die Trichtermittel erste Rampenflügel 96 und zweite
Rampenflügel 98 umfassen. Die
ersten Rampenflügel 96 sind
bevorzugt beinahe als kontinuierliche Verlängerung der hinteren Seitenwände 88 der
schraubenförmigen
Durchlässe 78 angeordnet
und erstrecken sich von dem stromaufwärts gelegenen Ende der Trennwand 64' zur stromaufwärts gelegenen
Kante der hinteren Seitenwand 88 der schraubenförmigen Durchlässe 78.
Die zweiten Rampenflügel 98 können sich
vom stromaufwärts
gelegenen Ende des ersten Rampenflügels 96 zur stromaufwärts gelegenen
Kante der vorderen Seitenwand 86' des darauf folgenden schraubenförmigen Durchlasses 78' entgegen dem
Uhrzeigersinn erstrecken.
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4 stellt
auch eine Sperrplatte 100 dar, die zwischen den stromaufwärts gelegenen
Kanten der inneren Flügel 90' und 90" angeordnet
ist, die somit verhindert, dass der kohlenarme Strom zwischen die
schraubenförmigen
Durchlässe 78' und 78" fließt.
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Falls
hier nicht anders beschrieben, sind die verschiedenen, in den Figuren
in Umriss oder als Block dargestellten Bauteile individuell gut
bekannt, und ihre interne Konstruktion und Funktion sind weder für die Herstellung,
noch für
die Anwendung dieser Erfindung, noch für eine Beschreibung der besten Ausgestaltung
der Erfindung entscheidend.
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Eine
derzeit bevorzugte, aber dennoch veranschaulichende Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Je nach der Anwendung
können
viele Details des beschriebenen Systems ausgetauscht werden, ohne
den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel das Innenrohr 62 ist
für die
vorliegende Erfindung nicht wesentlich, sondern bei einigen Anwendungen
kann der partikelarme Strom das gesamte innere Volumen radial innerhalb
des zylindrischen Rohrs 64 ausfüllen. per Erfindung zufolge
ist die Umlaufrichtung der Kohle-Luft-Ströme in allen Teilen des Trenngefäßes unverändert, kann
aber natürlich
entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn sein.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung zur Entfernung von Primärluft aus
einem Kohle-Luft-Strom begrenzt, sondern sie kann auch zur Entfernung
von anderen überschüssigen Gasen
aus Strömen
von partikelförmigem
Feststoff und Gas eingesetzt werden.