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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Zentrifugalabscheider zum Trennen
von Partikeln von Gas mit einer Trennkammer, die ein Oberteil, das
horizontal durch Wände
abgegrenzt ist, und ein Unterteil, das einen nach unten abnehmenden
horizontalen Querschnitt aufweist, aufweist, wobei der Abscheider
Einrichtungen aufweist, die in sich einen vertikalen Gaswirbel begrenzen,
der einen Einlass für
zu entstaubendes Gas aufweist, der im Oberteil der Kammer ausgebildet
ist, einen Auslass für
entstaubtes Gas, der in dem besagten Oberteil ausgebildet ist, sowie
einen Auslass für
abgeschiedene Partikel, der im Unterteil der Kammer ausgebildet
ist, wobei die Wände
des Oberteils wenigstens eine erste, eine zweite und eine dritte
im Wesentlichen vertikale plane Wand umfassen, die direkt nebeneinander
in Strömungsrichtung
des Gaswirbels angeordnet sind und drei im Wesentlichen vertikale
plane Innenflächen
des Oberteils definieren, wobei der Einlass für zu entstaubendes Gas nahe
einer ersten Ecke ausgebildet ist, die zwischen der ersten und der
zweiten Wand definiert ist, wobei die Innenflächen der ersten und der zweiten
Wand im Wesentlichen senkrecht und die Innenflächen der zweiten und der dritten Wand
im Wesentlichen senkrecht verlaufen.
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Die
EP-B-0730 offenbart einen solchen Abscheider, auf dem der Oberbegriff
des Anspruchs 1 basiert.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere einen Zentrifugalabscheider für einen
Reaktor mit zirkulierendem Wirbelbett mit einer Reaktorkammer, einem Zentrifugalabscheider
und einer Rückführung zur Wärmerückgewinnung,
wobei der Reaktor Einrichtungen zum Einführen eines Gaswirbels in die
Reaktorkammer und zum Aufrechterhalten eines Partikel-Wirbelbetts
in der Kammer umfasst.
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Genauer
ist der Reaktor ein Kessel, in dem Brennstoffpartikel (zu denen
zur Aufnahme von Schwefel geeigneterweise sorbierende Partikel hinzugefügt werden)
in der auch als Ofen oder Brennkammer bezeichneten Reaktorkammer
verbrannt werden und in dem erzeugte Wärme in der auch als Zugkessel
bezeichneten Rückführung rückgewonnen
wird, um Energie zu erzeugen (z. B. zum Antreiben von Elektrizität produzierenden
Turbinen).
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In
einem solchen Reaktor wird das zu entstaubende Gas, das Partikel
enthält,
von der Reaktorkammer in den Abscheider geleitet, wo das Gas entstaubt
wird. Die abgeschiedenen Partikel werden vom Abscheider abgeführt und
können
direkt oder indirekt wieder in die auch als Brennkammer bezeichnete
Reaktorkammer eingeführt
werden. Das entstaubte Gas wird vom Abscheider in die Rückführung geleitet,
in der Wärme
des Gases durch die in der Rückführung angeordneten
Wärmerückgewinnungszonen
rückgewonnen
wird.
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Da
der Zentrifugalabscheider auf einen Reaktor mit zirkulierendem Wirbelbett
angewendet wird, muss dieser Abscheider sehr hohen Temperaturen standhalten,
da das in den Abscheider eintretende Gemisch von Gas und Partikeln
eine Temperatur von ungefähr
850°C hat
und die Partikel eine Abriebwirkung auf die Wände des Abscheiders haben.
Die Partikelbelastung kann bis zu 20 kg/m3 betragen.
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Deshalb
müssen
diese Wände
eine starke Struktur haben, die hohen Temperaturen und Abrieb widerstehen
kann.
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Bei
herkömmlichen
Abscheidern hat die Trennkammer eine zylindrische Form mit einem kreisförmigen Querschnitt.
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Eine
solche Form bietet ein gutes Abscheidevermögen, weil sie der Außenhülle der
in der Kammer erzeugten Wirbelströmung entspricht, so dass Gegenwirkungen
wie z. B. Turbulenzen, die den Abscheidewirkungsgrad beeinträchtigen
könnten,
im Wesentlichen vermieden werden.
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Die
Herstellung der zylinderförmigen
Wände solcher
herkömmlicher
Abscheider ist jedoch kostspielig. Dieser Nachteil ist sogar noch
unvorteilhafter, wenn die Wände
wärme-
und abriebbeständig
sein müssen,
wie oben erläutert.
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In
der EP-B-0 730 910 ist ein Abscheider offenbart, dessen oberer Bereich
seiner Kammer mit planen Wänden
versehen ist. Bei diesem Abscheider ist der Querschnitt seines inneren
Gasraums durch diese planen Wände
in der Form eines Polygons wie z. B. eines Rechtecks oder Quadrats
begrenzt.
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Ein
solcher Abscheider ist leichter herstellbar und zusammenbaubar als
die oben beschriebenen herkömmlichen.
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Ein
innerer Gasraum mit der Form eines wie in der EP-B-0 730 910 dargestellten
Polygons wie z. B. eines Rechtecks oder eines Quadrats bietet jedoch
einen ziemlich schlechten Abscheidewirkungsgrad, weil die darin
erzeugte Wirbelströmung
einer solchen Form nicht folgen kann.
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Eine
Lösung
zur Verbesserung des Abscheidewirkungsgrads kann in der Bereitstellung
mehrerer parallel oder in Reihe arbeitender Abscheider bestehen.
Diese Lösung
ist jedoch kostspielig und mit Schwierigkeiten verbunden.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
Zentrifugalabscheiders, der diese Nachteile im Wesentlichen überwindet,
während
er eine einfache Bauweise aufweist, einen hohen Abscheidewirkungsgrad
bietet und kompakt ist.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Abscheider gemäß der Erfindung erfüllt durch
die Tatsache, dass er einen Beschleunigungskanal zum Beschleunigen
eines Gemisches aus Gas und Partikeln, das in dem Kanal von einem
ersten Ende zu einem zweiten Ende von ihm zirkuliert, bevor das
Gemisch in die Trennkammer gelangt, aufweist, wobei ein erster quer
geführter
Schnitt des Beschleunigungskanals an dessen erstem Ende eindeutig
größer ist
als ein zweiter quer geführter
Schnitt des Beschleunigungskanals an dessen zweitem Ende, durch
die Tatsache, dass das zweite Ende des Beschleunigungskanals mit dem
Einlass für
zu entstaubendes Gas an der ersten Ecke verbunden ist, während ein
stumpfer Winkel mit der zweiten Wand gebildet wird, und die Tatsache, dass
das zweite Ende des Beschleunigungskanals nach unten in eine Richtung
zur Trennkammer geneigt ist.
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Der
erste quer geführte
Schnitt wird senkrecht zur Strömungsrichtung
des Gemisches aus Gas und Partikeln am ersten Ende des Beschleunigungskanals
gemessen, und der zweite quer geführte Schnitt wird senkrecht
zur Strömungsrichtung
des Gemisches aus Gas und Partikeln am zweiten Ende dieses Kanals
gemessen.
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Die
Anordnung des Beschleunigungskanals der Erfindung in einem Abscheider,
von dem wenigstens einige seiner Wände im Wesentlichen plane zueinander
senkrechte Wände
sind, ermöglicht
diesem Abscheider einen Abscheidewirkungsgrad zu erreichen, der
in derselben Größenordnung
liegt wie der Wirkungsgrad eines herkömmlichen Abscheiders, der eine
zylindrische Form mit gerundetem Querschnitt aufweist. Trotzdem
ist der Abscheider der Erfindung weniger kostspielig und einfacher
herzustellen und zusammenzubauen als ein solcher herkömmlicher
Abscheider.
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Erstens
gelangt das Gemisch aus Gas und Partikeln dank des Beschleunigungskanals
mit hoher Geschwindigkeit in die Trennkammer, so dass die Zentrifugalkräfte, die
die Abscheidung bewirken, höher
sind.
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Zweitens
macht es die Abwärtsneigung
des Beschleunigungskanals an seiner Verbindung mit der Trennkammer
möglich,
dass die Strömung
von Gas und Partikeln eine nach unten gerichtete Komponente hat,
so dass die in dieser Strömung
enthaltenen Partikel leichter zu den Partikelauslässen fallen, ohne
dass sie in dem in der Trennkammer erzeugten Wirbel nach oben zurück zirkuliert
werden. Wird die abwärts
gerichtete Komponente der Tangentialgeschwindigkeit der äußeren Zirkulation
des Wirbels erhöht,
wird die Neigung der Partikel, nach oben zurück zirkuliert zu werden, minimiert.
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Ein
Wirbel hat eine nach unten strömende äußere Zirkulation
und eine nach oben strömende
innere Zirkulation.
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Die
Verbindung des Beschleunigungskanals zur Trennkammer befindet sich
bei der ersten Ecke, die von der zweiten Ecke entfernt ist. Erreicht
die durch die äußere Zirkulation
getragene Strömung des
Wirbels diese zweite Ecke, ist sie bereits durch den Wirbel nach
unten abgelenkt worden, was bedeutet, dass die Strömung die
zweite Ecke auf einem horizontalen Niveau erreicht, das unter dem
horizontalen Niveau des Einlasses für zu entstaubendes Gas liegt.
Je größer dieser
Niveauunterschied (der mit dem Abstand zwischen dem Einlass für zu entstaubendes
Gas und der zweiten Ecke zunimmt) ist, um so besser ist der Abscheidewirkungsgrad.
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Der
Beschleunigungskanal ist bezüglich
der Trennkammer so ausgerichtet, dass er eine mehr oder weniger
tangentiale Strömungsrichtung
bezüglich
der in der Trennkammer erzeugten Wirbelströmung bereitstellt. Diese Ausrichtung
ermöglicht
es, den Wirbel mit seiner korrekten Krümmung am Einlass der Kammer
zu erzeugen. Ferner vermeidet ein solcher stumpfer Winkel zwischen
dem zweiten Ende des Kanals und der zweiten Wand der Trennkammer, dass
sich vom Gas abgeschiedene Partikel im Kanal an der Verbindung zwischen
dem Kanal und der Kammer ansammeln.
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Das
zweite Ende des Beschleunigungskanals ist vorteilhafterweise mit
der ersten Wand der Trennkammer an der ersten Ecke dieser Kammer verbunden,
wobei ein Winkel von wenigstens 120° mit der zweiten Wand dieser
Kammer gebildet wird.
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Vorteilhafterweise
ist das zweite Ende des Beschleunigungskanals in der Strömungsrichtung des
Gemisches aus Gas und Partikeln bei dem zweiten Ende nach unten
geneigt.
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Diese
Abwärtsneigung
in der Strömungsrichtung
verleiht der Strömung
die oben erwähnte
nach unten gerichtete Komponente.
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Vorteilhafterweise
ist dieses zweite Ende bei einem quer geführten Querschnitt, der im wesentlichen
zu einer Strömungsrichtung
des Gemisches aus Gas und Partikeln am zweiten Ende senkrecht ist,
ebenfalls nach unten in die Richtung zur zweiten Wand der Trennkammer
geneigt.
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Wie
nachstehend erläutert
wird, ermöglicht diese
Neigung, dass an der Außenseite
des Beschleunigungskanals gesammelte Partikel während das Gemisch aus Gas und
Partikeln in diesem Kanal zirkuliert in die Trennkammer eingeleitet
werden können,
während
sie im Gas kaum zurück
zirkuliert werden.
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Vorteilhafterweise
weist der Beschleunigungskanal Wandbereiche auf, die zumindest am zweiten
Ende des Kanals einen unteren Wandbereich umfassen, der nach unten
in eine Richtung geneigt ist, die zur Trennkammer führt.
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Diese
Wandbereiche umfassen vorteilhafterweise einen Wandbereich der äußeren Gewölbefläche, der
an der Außenseite
des Beschleunigungskanals angeordnet ist, und der untere Wandbereich
ist nach unten in eine Richtung geneigt, die zum Wandbereich der äußeren Gewölbefläche führt.
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Vorteilhafterweise
ist der erste quer geführte Schnitt
des Beschleunigungskanals an seinem ersten Ende 1,3 bis 2,2 mal
größer ist
als der zweite quer geführte
Schnitt des Beschleunigungskanals an seinem zweiten Ende.
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Solche
Verhältnisse
zwischen den ersten und zweiten quer geführten Schnitten sorgen für eine erhebliche
Beschleunigung des Gemisches aus Gas und Partikeln im Beschleunigungskanal.
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Gemäß einem
anderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung weist der Abscheider
Ablenkwände
auf, die in einer zweiten Ecke angeordnet sind, die zwischen der
zweiten und der dritten Wand gebildet ist, um einen nicht senkrechten Übergang
zwischen den Innenflächen
der zweiten und der dritten Wand zu bilden.
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Die
Ablenkwände
sind in der zweiten Ecke angeordnet, d. h. in dieser Ecke des inneren
Gasraumes der Kammer, die zuerst von der Strömung des Gemisches aus Partikeln
und Gas betroffen ist, nachdem das Gemisch in die Trennkammer eingetreten ist.
Die Ablenkwände
lenken die Strömung
in dieser Ecke so ab, dass diese Strömung die erforderliche Krümmung zum
Passieren von der zweiten Wand zur dritten Wand annimmt, ohne dass
eine bedeutende Gegenströmung
wie z. B. Turbulenzen in dieser Ecke erzeugt wird.
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Der
Anmelder hat festgestellt, dass diese zweite Ecke der Kammer, die
zuerst von der Strömung
betroffen ist, sobald Letztere den Abscheidereinlass überschritten
hat, bezüglich
des Abscheidewirkungsgrads entscheidend ist. Dank der Ablenkwände nimmt
die Strömung
ihre korrekte Krümmung in
der Kammer an, so dass nicht nur Turbulenzen in der zweiten Ecke
im Wesentlichen vermieden, sondern auch Turbulenzen in den anderen
Ecken der Kammer begrenzt werden.
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Ein
Wirbel hat eine nach unten strömende äußere Zirkulation
und eine nach oben strömende
innere Zirkulation. Sollte eine zum Zurückzirkulieren von Partikeln
im Gas neigende Gegenströmung
in einer Zone der Kammer, die von der Strömung nach der zweiten Ecke
betroffen ist, erzeugt werden, wäre diese
Zone folglich auf einem niedrigeren horizontalen Niveau betroffen
im Vergleich zu dem horizontalen Niveau, auf dem die zweite Ecke
zuerst von der Strömung
betroffen ist. Sollten Partikel in der Strömung in dieser Zone zurück zirkuliert
werden, wäre es
für diese
Partikel folglich schwieriger, ausreichend weit nach oben getragen
zu werden, um durch den Auslass für das entstaubte Gas aus der
Trennkammer zu entweichen.
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Die
Ablenkwände
können
Teil der Außenwände der
Trennkammer sein und die Verbindung zwischen ihrer zweiten und dritten
Wand herstellen.
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Die
Ablenkwände
können
auch aus einem oder mehreren Innenwandelementen bestehen, die im
Innern der Trennkammer in der Ecke zwischen der zweiten und dritten
Wand der Kammer, die sich in der Ecke vereinigen, angeordnet sind.
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Die
Ablenkwände
können
vorteilhafterweise ein Wandelement umfassen, das eine im Wesentlichen
plane Innenfläche
aufweist, die mit der zweiten Wand einen Winkel bildet, der im Wesentlichen
dem Winkel gleich ist, der zwischen dem Einlasskanal und der besagten
zweiten Wand gebildet ist.
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Bei
einer Ausführungsformvariante
umfassen die Ablenkwände
ein Wandelement mit konkaver Innenfläche.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Ablenkwände
ist das Oberteil der Trennkammer durch vier im Wesentlichen vertikale
plane Wände abgegrenzt,
wobei deren Innenflächen
einen horizontalen Querschnitt begrenzen, der von einem rechtwinkligen
Querschnitt dadurch abweicht, dass die Ablenkwände in der zweiten Ecke angeordnet sind.
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Bei
dieser vorteilhaften Ausführungsform
hat die Trennkammer eine sehr einfache Form, die leicht herzustellen
und vorteilhaft ist, was die Kosten betrifft. Der wie oben definierte
gewissermaßen
rechteckige Querschnitt ist besonders vorteilhaft, wenn die Trennkammer
wie in der detaillierten Beschreibung beschrieben einen Wasserwandaufbau
aufweist.
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Bei
einer ersten vorteilhaften Variante bezüglich des Unterteils der Trennkammer
weist dieses Unterteil die Form einer Pyramide mit nach unten konvergierenden
Wänden
auf.
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Diese
Pyramidenform bietet den Vorteil der Wahrung der Symmetrie in der
Wirbelströmung
bezüglich
ihrer vertikalen Achse sogar im Unterteil der Trennkammer.
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Bei
einer zweiten vorteilhaften Variante weist das Oberteil der Trennkammer
eine vierte, im Wesentlichen vertikale plane Wand auf, die zwischen seiner
ersten und der dritten Wand angeordnet ist, und das Unterteil der
Kammer umfasst vier Wände, von
denen eine erste, eine dritte und eine vierte im Wesentlichen vertikale
plane Wand jeweils als nach unten gerichtete Verlängerung
der ersten, dritten und vierten Wand des Oberteils vertikal verlaufen,
während
die zweite Wand des Unterteils eine im Wesentlichen plane Wand ist,
die unter der zweiten im Wesentlichen vertikalen planen Wand des
Oberteils verläuft
und zur vierten im Wesentlichen vertikalen planen Wand des Unterteils
geneigt ist.
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Diese
zweite vorteilhafte Variante hat eine sehr einfache Bauweise und
ist sehr einfach herzustellen.
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Der
Abscheider der Erfindung ist wegen seines kompakten Aufbaus, seiner
Fähigkeit,
höheren Temperaturen
standzuhalten und seines hohen Abscheidewirkungsgrads besonders
zur Verwirklichung in einem Reaktor mit zirkulierendem Wirbelbett
vorgesehen. Dazu umfasst der Reaktor Einrichtungen zum Leiten von
zu entstaubendem Gas aus der Reaktorkammer durch den Beschleunigungskanal
in den Abscheider, Einrichtungen zum Abführen abgeschiedener Partikel
vom Abscheider durch den Auslass für abgeschiedene Partikel, sowie
Einrichtungen zum Leiten von entstaubtem Gas vom Abscheider über den
Auslass für
entstaubtes Gas in die Rückführung.
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Ein
Beschleunigungskanal 24 zwischen der Reaktorkammer und
dem Abscheider verbessert den Abscheidewirkungsgrad wesentlich und
ermöglicht die
Verlängerung
der Verweilzeit des zu verbrennenden Brennstoffs und des Sorptionsmittels
zur Aufnahme von Schwefel in der Reaktorschleife. Eine längere Verweildauer
verringert tatsächlich
die Durchschnittsgröße der abzuscheidenden
Partikel, was für die
Wärmeübertragung
vorteilhaft ist.
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Vorteilhafterweise
verläuft
der Beschleunigungskanal von einer Seitenwand der Reaktorkammer
zur ersten Wand des Oberteils des Abscheiders.
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Somit
trägt der
Beschleunigungskanal nicht wesentlich zum Gesamtraumbedarf des Reaktors bei,
da er sich in einer durch den Winkel zwischen der Seitenwand der
Reaktorkammer und der ersten Wand des Oberteils der Reaktorkammer
gebildeten Aussparung befindet.
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Vorteilhafterweise
weist das Oberteil des Abscheiders eine vierte im Wesentlichen vertikale
plane Wand auf, die zwischen der ersten und der dritten Wand angeordnet
ist, und diese vierte Wand ist eine gemeinsame Wand zwischen dem
Abscheider und der Rückführung.
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Weiter
verläuft
vorteilhafterweise die erste Wand des Oberteils des Abscheiders
parallel zu einer gemeinsamen Wand zwischen der Rückführung und
der Reaktorkammer, die eine Vorderwand der Rückführung und eine Rückwand der
Reaktorkammer ist, während
die Kammer eine Seitenwand aufweist, die parallel zur vierten Wand
des Oberteils des Abscheiders verläuft und möglichst auf die vierte Wand
ausgerichtet ist.
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Die
Erfindung erschließt
sich beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung von anhand nicht
einschränkenden
Beispielen dargestellten Ausführungsformen
und ihre Vorteile werden offensichtlich. Die Beschreibung erfolgt
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Abscheiders gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
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2 einen
Schnitt in der Ebene II-II von 1;
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3 eine
Ansicht analog zu der von 2, die eine
Variante der ersten Ausführungsform
darstellt;
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4 eine
Ansicht analog zu der von den 2 und 3 für eine andere
Ausführungsformvariante;
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5 eine
Seitenansicht der 1 von Pfeil V aus;
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6 einen
Querschnitt gemäß entlang
der Linie VI-VI von 5;
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7 eine
perspektivische Ansicht eines Reaktors einschließlich eines Abscheiders gemäß der Erfindung;
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8 eine
Draufsicht dieses Reaktors;
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9 einen
Schnitt entlang der Linie IX-IX von 8;
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10 eine
Seitenansicht gemäß dem Pfeil X
von 8;
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11 einen
horizontalen Schnitt in der gemeinsamen Wand zwischen dem Abscheider 1 und der
Rückführung des
Reaktors von 7;
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12 eine
Seitenansicht analog zu der von 10, die
eine Ausführungsformvariante
zeigt;
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13 einen
vertikalen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII von 12;
und
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14 eine
Draufsicht dieses Reaktors, die eine Ausführungsformvariante zeigt.
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1 zeigt
einen Zentrifugalabscheider 1 mit einer Trennkammer 10,
die ein Oberteil 12 und ein Unterteil 14 aufweist.
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Das
Oberteil 12 ist horizontal durch Wände abgegrenzt, zu denen eine
erste Wand 12A, eine zweite Wand 12B, eine dritte
Wand 12C und eine vierte Wand 12D gehören, die
vertikale plane Wände sind.
Bei dem Abscheider der Erfindung sind wenigstens die ersten drei
Wände 12A, 12B und 12C im
Wesentlichen vertikale plane Wände.
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Das
Oberteil 12 der Kammer 10 hat in seiner gesamten
Höhe einen
im Wesentlichen konstanten horizontalen Querschnitt.
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Ein
Beschleunigungskanal 16 ist mit einem Einlass 18 für zu entstaubendes
Gas verbunden, um ein Gemisch aus Gas und Partikeln in das Oberteil 12 der
Kammer zu befördern.
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Der
Einlass 18 ist in der ersten Wand 12A in der Nähe einer
Ecke C1, die diese Wand mit der zweiten Wand 12B bildet,
ausgebildet.
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Das
Unterteil 14 der Kammer 10 hat eine trichterförmige Form
mit einem in Abwärtsrichtung abnehmenden
horizontalen Querschnitt.
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Dieses
Unterteil hat vier Wände, 14A, 14B, 14C und 14D,
die jeweils unter den Wänden 12A, 12B, 12C und 12D des
Oberteils verlaufen. Diese vier Wände 14A, 14B, 14C und 14D sind
bezüglich der
vertikalen Richtung geneigt, so dass das Unterteil 14 der
Trennkammer die Form einer Pyramide mit nach unten konvergierenden
Wänden
aufweist (d. h. die Spitze der Pyramide ist nach unten gerichtet).
Die Wände
der Pyramide sind z. B. um 45° bis
80°, geeigneterweise
um ungefähr
70°, bezüglich der
horizontalen Richtung geneigt.
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An
ihren unteren Kanten grenzen die Wände 14A, 14B, 14C und 14D eine
rechteckige (vorzugsweise quadratische) Öffnung 15 ab, mit
der ein Auslasskanal 20 verbunden ist, wodurch ein Auslass
für die
vom Gas abgeschiedenen Partikel ausgebildet wird.
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An
ihrem oberen Ende weist die Kammer 10 einen Auslass für entstaubtes
Gas auf. Genauer ist eine Öffnung 22 im
Dach 12E des Oberteils 12 der Kammer in einer
zentralen Region dieses Daches ausgebildet, die im Wesentlichen
vertikal auf die Öffnung 15 ausgerichtet
oder bezüglich
dieser zur Wand 12D und/oder Wand 12A versetzt
sein kann.
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Einrichtungen
(nicht dargestellt) zum Erzeugen eines Abgasunterdrucks über der Öffnung 22 (die
sich vorteilhaft in den Abgassammelraum öffnet, wie nachstehend beschrieben
wird) bewirken, dass das Gas über
diese Öffnung 22 aus
dem Abscheider 10 entweicht.
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Deshalb
wird wegen der jeweiligen Anordnungen des Einlasses 18 und
der Auslässe 15 und 22 und
wegen der entsprechenden Gasgeschwindigkeiten eine Wirbelströmung in
der Kammer 10 erzeugt. Die Strömung aus Gas und Partikeln
gelangt über
den Einlass 18 in die Kammer und rotiert, während sie
den Wänden
der Kammer entlang nach unten strömt, wobei sie die äußere Zirkulation
des Wirbels bildet, in der aufgrund der Zentrifugalkräfte Partikel
aus dem Gas abgeschieden werden.
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Im
Unterteil 14 wird die Zirkulation umgekehrt und eine innere
Zirkulation erzeugt, die im Innern der äußeren Zirkulation rotiert,
während
sie nach unten strömt.
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Einige
immer noch in der inneren Zirkulation getragenen Partikel können durch
Zentrifugieren abgeschieden und dann durch die äußere Zirkulation nach unten
getragen werden.
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Das
entstaubte Gas der inneren Zirkulation entweicht durch die Öffnung 22 aus
der Kammer 10, wogegen die abgeschiedenen Partikel durch
den Auslass 20 aus dieser Kammer entweichen.
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Der
Beschleunigungskanal hat ein erstes Ende 15A, das wie nachstehend
beschrieben wird so ausgeführt
ist, dass es mit einem ein Gemisch aus Gas und Partikeln enthaltenden
Gehäuse
wie z. B. der Brennkammer eines Reaktors mit zirkulierendem Wirbelbett
verbunden sein kann, und ein zweites Ende 15B, das mit
der Trennkammer über
deren Einlass 18 verbunden ist.
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Wie
aus 2 zu ersehen ist, ist der senkrecht zur Strömungsrichtung
D1 des Gemisches aus Gas und Partikeln am ersten Ende 15A gemessene quer
geführte
Schnitt S1 des Beschleunigungskanals 16 wesentlich größer als
der senkrecht zur Strömungsrichtung
D2 des Gemisches aus Gas und Partikeln am zweiten Ende 15A gemessene
quer geführte
Schnitt S2 des Kanals 16. S1 ist vorteilhaft 1,3 bis 2,2
mal größer als
S2, z. B. 2 mal größer.
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Der
Beschleunigungskanal ist mit der Trennkammer in deren ersten Ecke
C1 verbunden, wobei die äußere Seitenwand
des Kanals direkt mit der zweiten Wand 12B der Kammer in
der Ecke C1 verbunden ist.
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Das
zweite Ende des Beschleunigungskanals bildet mit der zweiten Wand 12B der
Trennkammer einen stumpfen Winkel. Genauer gesagt wird der stumpfe
Winkel β zwischen
der Innenfläche
der zweiten Wand und der Innenfläche
des äußeren Seitenwandbereichs 16A des
Kanals 16 gemessen. Die Gesamtkrümmung der Strömung des
Gemisches aus Gas und Partikeln im Beschleunigungskanal betrachtend
ist der äußere Seitenwandbereich 16A der am
weitesten entfernte Seitenwandbereich des Kanals 16 bezüglich des
Krümmungsmittelpunkts.
Der äußere Seitenwandbereich
wird auch als Wandbereich der äußeren Gewölbefläche bezeichnet,
wogegen der gegenüber
liegende Seitenwandbereich 16B auch als Wandbereich der
inneren Gewölbefläche bezeichnet
wird.
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Dieser
Winkel beträgt
geeigneterweise wenigstens 120° oder
noch besser geeignet wenigstens 135°. Wie nachstehend beschrieben
wird, kann der Beschleunigungskanal aus mehreren im Wesentlichen
geradlinigen Kanalabschnitten bestehen, die Winkel zueinander bilden.
Je nach der Anzahl solcher Kanalabschnitte und nach ihren Ausrichtungen zueinander
kann der Winkel β im
Wesentlichen gleich 155° oder
sogar im Wesentlichen gleich 180° sein.
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Wie
in 1 ersichtlich ist, ist der Beschleunigungskanal
wenigstens an dessen zweitem Ende nach unten in eine Richtung zur
Trennkammer geneigt.
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Genauer
gesagt ist der untere Wandbereich 16C des Kanals 16 in
einem Winkel α bezüglich der horizontalen
Richtung in der Strömungsrichtung
D1 nach unten geneigt, wie in 5 zu sehen
ist. Der Winkel α beträgt vorteilhaft
zwischen 10° und
40°, geeigneterweise
im Wesentlichen gleich 30°.
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6 zeigt,
dass bei einem vorteilhaften Beispiel die untere Wand 16C ebenfalls
geneigt ist, wie in einem quer geführten Schnitt senkrecht zur
Strömungsrichtung
D1 zu sehen ist. Die untere Wand 16C ist tatsächlich in
einem Winkel γ bezüglich der horizontalen
Richtung nach unten zum äußeren Seitenwandbereich 16A des
Kanals 16 geneigt. Der Winkel γ beträgt zwischen 0° und 40°, geeigneterweise
zwischen 10° und
40°, und
noch geeigneter zwischen 20° und
30°. Der
Winkel γ ist
z. B. im Wesentlichen gleich 26°.
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6 zeigt,
dass sich der unterste Punkt des unteren Wandbereichs 16C in
einem Abstand D über dem
oberen Ende des Unterteils des Abscheiders befindet. Alternativ
kann sich dieser unterste Punkt am oberen Ende befinden. Der Abstand
D beträgt
geeigneterweise nicht mehr als ungefähr 30% der Höhe des Oberteils 12 der
Trennkammer.
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Wie
aus 6 ersichtlich ist, hat der Beschleunigungskanal
z. B. vier Wandbereiche an dessen zweitem Ende, die neben den oben
erwähnten unteren
und Seitenwandbereichen einen oberen Wandbereich 16D aufweisen.
Für den
zweiten Abschnitt des nach unten neigenden Kanals genügt es, dass
die untere Wand 16C eine solche Neigung aufweist, wohingegen
die obere Wand 16D im Wesentlichen horizontal sein kann
und wohingegen die Seitenwände 16A, 16B im
Wesentlichen vertikal sein können.
Wegen nach unten gerichteten Anziehungskraft der äußeren Zirkulation
des Wirbels genügt
es tatsächlich,
dass die untere Wand 16C nach unten geneigt ist, damit
das Gemisch aus Gas und Partikeln eine nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente
aufweist, wie oben erläutert
worden ist.
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In 2 ist
ein Ablenkwandelement 24 in der Ecke C2 des Oberteils 12 der
Kammer 10 angeordnet, das zwischen den zweiten und dritten
Wand 12B, 12C dieses Oberteils ausgebildet ist.
Dieses Wandelement kann sich in das Unterteil 14 der Kammer 10 erstrecken,
wie in 1 gezeigt, oder nicht.
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2 zeigt,
dass die Innenflächen
der Wände 12A und 12B sowie
die Innenflächen
der Wände 12B und 12C senkrecht
zueinander stehen. Das Ablenkwandelement 24 bildet jedoch
einen nicht senkrechten Übergang
zwischen den Innenflächen
dieser Wände 12B und 12C.
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In
dem in den 2 bis 4 dargestellten Beispiel
hat das Ablenkwandelement eine plane Innenfläche, die einen Winkel αB mit der
zweiten Wand 12B (oder vielmehr mit ihrer Innenfläche) und
einen Winkel αC
mit der dritten Wand 12C (mit ihrer Innenfläche) bildet.
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Im
dargestellten Beispiel sind αB
und αC im Wesentlichen
gleich 135°,
wobei die Wände 12B und 12C senkrecht
zueinander und die Winkel αB
und αC gleich
sind. Im Allgemeinen können
die Winkel αB und αC zwischen
105° und
165° betragen.
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Es
ist auch vorteilhaft, dass die Winkel β und αB im Wesentlichen gleich sind.
Die Winkel β, αB und αC sind z.
B. jeweils gleich 135°.
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So
wird die in die Trennkammer eintretende Strömung von Gas und Partikeln
in der Ecke C1 gemäß dem Winkel β abgelenkt,
und dann wird sie in der Ecke C2 gemäß dem Winkel αB, der im
Wesentlichen den gleichen Wert hat, abgelenkt.
-
Deshalb
nimmt die Strömung
automatisch die Krümmung
an, die in den Ecken C1 und C2 im Wesentlichen die gleiche ist,
und die in der gesamten Kammer 10 im Wesentlichen unverändert und
ohne wesentliche Störung
der Strömung
bleibt.
-
Abgeschiedene
Partikel können
in der Ecke C2 gesammelt werden, ohne dass es zu einer zu wesentlichen
Ansammlung und Rückprallen
an den Ablenkwänden
kommt, wobei die Rückprallamplitude für diese
Partikel groß genug
ist, dass sie nach oben zurück
zirkuliert werden.
-
Im
Beispiel von 3 hat das in der Ecke C2 angeordnete
Ablenkwandelement 25 eine konkave Innenfläche, so
dass der Übergang
in der Ecke C2 zwischen den Wänden 12B und 12C sogar
noch glatter ist als in 2. In diesem Fall ist das Wandelement 25 vorzugsweise
mit den Wänden 12B bzw. 12C auf
eine im Wesentlichen tangentiale Weise verbunden, wie es in 3 der
Fall ist.
-
Das
Beispiel von 4 stellt eine Variante von 2 dar,
bei der die in der Ecke C2 zwischen der zweiten und dritten Wand 12B und 12C der
Oberteile der Kammer 10 angeordneten Ablenkwände mehrere
plane Wandelemente aufweisen. In diesem Beispiel sind zwei Wandelemente 24B und 24C vorgesehen.
Folglich sind in der Ecke C2 drei Winkel gebildet: Winkel α'B zwischen Wand 12'B und Wandelement 24B,
Winkel α' zwischen Wandelementen 24B und 24C und
Winkel α'C zwischen Wandelement 24C und
Wand 12'C.
-
Diese
Winkelfolge ermöglicht
das Erzielen eines glatten Übergangs
zwischen den Wänden 12'B und 12'C, während sich
die planen Wandelemente 24A und 24B einfach herstellen
lassen, insbesondere was eine mögliche
feuerfeste Auskleidung an ihren Innenflächen betrifft.
-
Vorteilhafterweise
sind die Winkel α'B, α' und α'C im Wesentlichen
einander gleich und im Wesentlichen dem Winkel β gleich. Diese Winkel können z. B.
alle im Wesentlichen gleich 150° oder
155° sein. Im
Allgemeinen ist es vorteilhaft, dass Winkel α'B und α'C zwischen 105° und 165° oder betragen, und/oder dass α'B + α' + α'C im Wesentlichen
gleich 450° ist.
-
In
den Beispielen der 2 und 3 treffen
sich die zweite und dritte Wand 12B, 12C des Oberteils
der Kammer 10 in der Ecke C2, wobei sie bis zu dieser Ecke
senkrecht zueinander bleiben. Anders gesagt, begrenzen die Wände 12B und 12C das Gehäuse des
Oberteils 12 der Kammer 10 in der Ecke C2, und
die Ablenkwände
(24, 25) sind durch Innenwandeinrichtungen gebildet,
die im Innern der Kammer so angeordnet sind, dass sie auf den Innenflächen der
Wände 12B und 12C ruhen.
-
In 4 unterscheiden
sich die zweite und dritte Wand 12'C und 12'C von den Wänden 12B und 12C insofern,
als sie nicht in der Ecke C2 enden, sondern an ihren jeweiligen
Verbindungen C2B und C2C mit den Ablenkwänden. In der Ecke C2 begrenzen die
Außenflächen der
Wandelemente 24A und 24B das Gehäuse des
Oberteils der Kammer 10.
-
Gleichwohl
können
die Wandelemente 24 und 25 der 2 und 3 aus
im Innern der Kammer angeordneten Innenwandeinrichtungen gebildet sein,
oder sie können
das Gehäuse
der Kammer begrenzen, wie es die Wandelemente 24B und 24C von 4 tun.
Umgekehrt können
die Wandelemente 24B und 24C aus Innenwandeinrichtungen
gebildet sein.
-
Die
Trägheit
der vom Gas transportierten festen Partikel ist ein charakteristischer
Parameter der in den Zentrifugalabscheider eintretenden Strömung von
Gas und Partikeln. Die Außenwand 16A des
Einlasskanals sammelt einige von der Strömung getragene Partikel. Der
Winkel β in
der Ecke C1 ist deshalb vorteilhafterweise weit offen, um eine Ansammlung
von Partikeln in dieser Ecke zu vermeiden.
-
Die
Wand 12B ist die erste Wand, die Partikel sammelt, nachdem
sie in die Kammer 10 eingetreten sind, und wie bereits
erwähnt,
sammelt die Außenwand 16A ebenfalls
Partikel im Einlasskanal. Auf Grund der Schwerkraft neigen diese
gesammelten Partikel dazu, sich im Kanal 16 nach unten
anzusammeln. Dank der Abwärtsneigung
des Letzteren lassen sich die angesammelten Partikel leicht in die Kammer 10 abführen, und
sie erreichen den Partikelauslass sehr schnell, während sie
von der Gasströmung
kaum zurück
zirkuliert werden, weil die äußere Zirkulation
des Wirbels wendelförmig
ist (mit einer tangentialen Ausrichtung nach unten im Winkel von ungefähr 30° bis 45°), so dass
die Wand 12A von dieser äußeren Zirkulation in der Nähe der Öffnung 18 nicht
betroffen ist.
-
Auf
Grund ihrer tangentialen Ausrichtung nach unten erreicht die Strömung von
Gas und Partikeln die Ecke C2 auf einem horizontalen Niveau, das deutlich
niedriger ist als das Niveau der Öffnung 18. Die Ablenkwände bilden
einen bevorrechtigten Abwärtsweg
für die
an diesen Wänden
gesammelten abgeschiedenen Partikel.
-
Auf
Grund ihrer Ausrichtung in einem horizontalen Abschnitt, die einen
nicht rechtwinkligen Übergang
zwischen den Wänden 12B und 12C der Kammer 10 erreicht,
begrenzen die Ablenkwände
die Stöße der Partikel
und ihre Neigung, nach oben zurück
zirkuliert zu werden. Wie oben erwähnt, sammeln diese Ablenkeinrichtungen
außerdem
einige Partikel, so dass eine beträchtliche Abscheidung von Partikeln
bereits durchgeführt
worden ist, wenn die Strömung
die Wand 12C erreicht. Die Tatsache, dass die Ecke C3 zwischen
den Wänden 12C und 12D und Ecke
C4 zwischen den Wänden 12D und 12A im
Wesentlichen rechte Winkel bilden, ohne dass Ablenkeinrichtungen
in diesen Ecken angeordnet sind, verringert den Abscheidewirkungsgrad
nicht wesentlich, sondern sie vereinfacht die gesamte Bauweise des Abscheiders
in hohem Maße.
-
In 7 ist
der Abscheider 1 der Erfindung in einem Reaktor 10 mit
zirkulierendem Wirbelbett verwirklicht, der eine aufrechte Reaktorbrennkammer 26,
den Zentrifugalabscheider 1 und eine Rückführung 28 aufweist.
-
Wie
ebenfalls aus 8 zu ersehen ist, ist die einen
im Allgemeinen rechteckigen horizontalen Querschnitt aufweisende
Reaktorkammer 26 durch Wände 26A, 26B, 26C und 26D horizontal
abgegrenzt. Im dargestellten Beispiel sind die Seitenwände 26B und 26D sowie
die Rückwand 26C plane
vertikal verlaufende Wände.
-
Die
Vorderwand 26A hat einen oberen vertikalen planen Bereich 27A und
einen unteren planen Bereich 27B, der gegenüber der
vertikalen Richtung geneigt ist, so dass der Querschnitt der Kammer 26 nach
oben zunimmt. Der Winkel A zwischen dem unteren Bereich 27B und
der vertikalen Richtung beträgt
ungefähr
20° bis
30° (siehe 10).
-
Die
Kammer 26 hat mehrere Einlässe 30 für festes
Material wie z. B. Brennstoff und sorbierende Partikel, die im unteren
dritten Teil des unteren Wandbereichs 27B angeordnet sind.
Wie durch Pfeile G1 in 7 angedeutet, hat die Kammer 26 unten
Einrichtungen zum Einführen
eines primären
Gaswirbels oder Luftwirbels in die Kammer zum Aufrechterhalten eines
Festpartikel-Wirbelbetts in dieser Kammer.
-
Dieser
primäre
Gas- oder Luftwirbel kann beispielsweise von einem Abgassammelraum
aus eingeführt
werden, der unter der Kammer 26 angeordnet und durch eine
Verteilerplatte mit Düsen
oder Ähnlichem
von ihr getrennt ist.
-
Zusätzlich zu
diesem primären
Gas- oder Luftwirbel kann ein sekundärer Gas- oder Luftwirbel in
die Kammer 26 in ihrem unteren Teil aber über der ihrer
unteren Wand eingeführt
werden, wie durch Pfeile G2 dargestellt. Im dargestellten Beispiel
wird der sekundäre
Gas- oder Luftwirbel
durch die Vorderwand und/oder durch die Seitenwände der Kammer eingeführt. In
einigen Fällen,
z. B. wenn der horizontale Querschnitt der Kammer 26 von
Bedeutung ist, kann der untere Bereich dieser Kammer in zwei schenkelartige
Bereiche mit gegenüber
angeordneten Wandbereichen, durch die der sekundäre Gas- oder Luftwirbel in
die Kammer eingeführt
werden kann, unterteilt werden.
-
Das
Wirbelbett strömt
in der Kammer 26 im Allgemeinen nach oben, so dass eine
Partikel transportierende Gasströmung
aus der Kammer 26 durch eine in ihrem oberen Bereich angeordnete Öffnung 27 (8)
entweicht. Genauer gesagt, ist die Öffnung 27 in einem
oberen Bereich der Seitenwand 26B der Kammer angeordnet.
-
Die Öffnung bildet
einen Auslass für
das zu entstaubende Gas, der über
den Einlasskanal 16, in dem das Gemisch aus Gas und Festpartikeln
beschleunigt wird, mit dem in der Wand 12A des Abscheiders 1 ausgebildeten
Einlass 18 für
zu entstaubendes Gas verbunden ist. Die Anordnung (Ausrichtung)
des Kanals 16 bezüglich
der Kammer 26 ist so gewählt, dass feste Partikel des
im Kanal 16 zirkulierenden Gemisches aus Gas und festen
Partikeln durch den Außenwandkanal 16 gesammelt
werden können,
der mit der Wand 12B der Trennkammer verbunden ist.
-
Die
im Dach 12E des Abscheiders ausgebildete Öffnung 22 ermöglicht,
dass entstaubtes Gas nach oben strömt, um aus dem Abscheider zu
entweichen. In diese Öffnung
ist ein Wirbelfinder 22A (siehe 9) zum Leiten
der Gasströmung
eingebaut.
-
Der
Wirbelfinder kann z. B. eine zylinderförmige Schürze oder eine konische Schürze mit
einem nach oben zunehmenden Querschnitt sein. Die Achse dieses Wirbelfinders
kann vertikal nach dem Auslass 15 für die abgeschiedenen festen
Partikel ausgerichtet sein, oder sie kann etwas zu einer Seitenwand
des Abscheiders und/oder zur Vorderwand des Abscheiders bezüglich des
Auslasses versetzt sein.
-
Diese Öffnung 22 mündet in
einen über
dem Abscheider gebildeten Abgassammelraum 32, der mit der
Rückführung 28 in
Verbindung steht, um die Leitung von entstaubtem Gas aus dem Abscheider zur
Rückführung zu
erreichen, die einen vertikalen Konvektionsbereich bildet, der mit
Wärmerückgewinnungsoberflächen 36 (13)
zum Rückgewinnen von
Wärme des
in der Rückführung nach
unten strömenden
entstaubten heißen
Gases versehen ist.
-
Das
Abgas entweicht aus der Rückführung durch
einen in ihrem unteren Bereich gebildeten Auslass in ihrer Rückwand 28A,
die gegenüber
der Reaktorkammer angeordnet ist. Das entstaubte Abgas oder ein
Teil davon kann in den Reaktor zurück zirkuliert werden, während es
z. B. wieder in die Reaktorkammer oder in die nachstehend beschriebenen
Blasenwirbelbetten eingeführt
wird, um als Gaswirbel zu dienen.
-
Wie
in der Draufsicht von 8 am besten zu sehen ist, ist
die Wand 26C der Reaktorkammer der Kammer und der Rückführung gemeinsam,
und die Wand 12D des Abscheiders ist dem Abscheider und
der Rückführung gemeinsam.
Diese Wand 12D ist eine Aufwärtsverlängerung der Seitenwand 28C der
Rückführung. Wie
aus 7 zu ersehen ist, hat bei der ersten Ausführungsform
nur das Oberteil der Rückführung tatsächlich eine
gemeinsame Wand mit dem Abscheider 1.
-
In
Anbetracht dessen, dass die Reaktorkammer (auch als eine Brennkammer
bezeichnet) in einem Vorderteil des Reaktors angeordnet ist, wogegen
die Rückführung (auch
als ein Zugkessel bezeichnet) in einem hinteren Teil davon angeordnet
ist, ist die gemeinsame Wand 26C eine Rückwand der Reaktorkammer und
eine Vorderwand der Rückführung, wogegen
die gemeinsame Wand 12D eine Seitenwand des Abscheiders
und eine Seitenwand der Rückführung ist.
Im dargestellten Beispiel verlaufen die gemeinsamen Wände 26C und 12D senkrecht zueinander.
-
Im
dargestellten Beispiel hat der Reaktor einen anderen dem Abscheider 1 ähnlichen
Abscheider 1'.
Der Abscheider 1' ist
bezüglich
des Abscheiders 1 auf der gegenüberliegenden Seite der Rückführung angeordnet
und seine Trennkammer 10' hat ein
Oberteil mit vier planen Wänden 12'A, 12'B, 12'C und 12'D. Der Abscheider 1' hat die gleiche
Form und Struktur wie der Abscheider 1 und ist zu ihm bezüglich der
mittleren von vorn nach hinten verlaufenden vertikalen Ebene P12
des Reaktors symmetrisch.
-
Die
Seitenwand 12'D dieses
Oberteils ist neben der Rückführung angeordnet.
Ein Verteilerkasten 40 ist jedoch zwischen der Seitenwand 12'D des Abscheiders 1' und der Seitenwand 28B der
Rückführung, die
gegenüber
der gemeinsamen Wand 12D angeordnet ist, angeord net. In
diesem Verteilerkasten sind Speiseleitungen F36 und Sammelleitungen C36
für die
Rohre angeordnet, die die Wärmerückgewinnungsoberflächen in
der Rückführung 28 bilden. Der
untere Bereich 14' des
Abscheiders 1' ist
mit einem Rückstromkanal 20' analog zum
Rückstromkanal 20 verbunden.
-
Der
Verteilerkasten 40 ist zwischen dem Abscheider 1' und der Rückführung eingefügt, so dass der
Reaktor einen kompakten Gesamtaufbau hat, trotz der Tatsache, dass
der Abscheider 1' keine
gemeinsame Seitenwand mit der Rückführung hat.
-
Statt
des Verteilerkastens 40 könnte es vorteilhaft sein, einige
Verteiler im unteren Teil der Rückführung (wo
das Abgas relativ niedrige Temperaturen z. B. 450°C aufweist)
und die anderen Verteiler über der
Rückführung zu
positionieren.
-
Wie
aus 8 zu ersehen ist, ist die Breite L1 der durch
die Rückführung und
den Verteilerkasten gebildeten Baugruppe gemessen von der Seitenwand 12'D des Abscheiders 1' zur Seitenwand 12D des
Abscheiders 1 gleich der Breite L2 der Reaktorkammer 26 gemessen
von der Seitenwand 26B zur Seitenwand 26D der
Letzteren.
-
Die
Seitenwände 26B und 12D befinden
sich in einer Linie, da L1 und L2 gleich sind, die Seitenwände 26D und 12'D befinden sich
ebenfalls in einer Linie. Trotz der Verwirklichung des Verteilerkastens 40 zwischen
der Rückführung und
dem Abscheider 1' können die
Einrichtungen zum Leiten von zu entstaubendem Gas von der Reaktorkammer
zum Abscheider 1 bzw. Abscheider 1' auf eine symmetrische Weise verwirklicht
sein.
-
Tatsächlich ist
eine Öffnung 27' in der Seitenwand 26D der
Reaktorkammer auf eine ähnliche Weise
ausgebildet wie die Öffnung 27 in
der Seitenwand 26B und bildet einen zweiten Auslass für zu entstaubendes
Gas, der über
einen Beschleunigungskanal 16' mit einem Einlass 18' für zu entstaubendes
Gas verbunden ist, der in der Wand 12'A des Abscheiders 1' ausgeformt
ist.
-
Das
im Abscheider 1' entstaubte
Gas entweicht aus diesem und gelangt in die Rückführung über eine zentrale Öffnung,
die im Dach des Abscheiders 1' ausgebildet ist, und einen Abgassammelraum 32', der über diesem
Dach angeordnet ist und der wie auch der Abgassammelraum 32 mit
der Rückführung in
Verbindung steht.
-
Die
Vorderwand 12A des Abscheiders 1 fluchtet mit
der Vorderwand der Rückführung 28,
die durch die gemeinsame Wand 26C gebildet ist. Anders
gesagt, bildet diese Vorderwand eine Verlängerung dieser mit dieser Wand
fluchtenden Wand 26C. Entsprechend bildet die Vorderwand 12'A des Abscheiders 1' eine Verlängerung
der Wand 26C.
-
Im
dargestellten Beispiel fluchtet die Rückwand der Rückführung auch
mit den Rückwänden 12C, 12'C der Abscheider 1, 1'.
-
Die
vom Gas im Abscheider 1 abgeschiedenen Partikel werden
mittels des Rückstromkanals 20, der
mit dem Auslass 15 für
feste Partikel unten im Unterteil 14 des Abscheiders 1 verbunden
ist, zurück zirkuliert.
-
Im
in den 7 bis 10 dargestelltem Beispiel gibt
es zwei komplementäre
Wege zur Wiedereinführung
der Partikel von diesem Rückstromkanal
in die Reaktorkammer.
-
Dieser
erste Wiedereinblasweg ist ein direkter. Der untere Teil des Rückstromkanals 20 hat
tatsächlich
eine Partikeldichtung, z. B. einen Abdichtkasten 44, der
als Siphon wirkt und dessen Auslass mit einem Wiedereinführungskanal 46 verbunden
ist, durch den die den Abdichtkasten passierenden Partikel wieder
in die Reaktorkammer 26 in der Nähe ihres Unterteils eingeführt werden.
-
Zusätzlich zu
den oben erwähnten
Einlässen 30 oder
als eine Alternative für
sie können
einige Einlässe
für frische
Partikel (einschließlich
Brennstoff sorbierende Partikel) ausgebildet sein, so dass diese frischen
Partikel über
den Wiedereinführungskanal
in die Kammer 26 eingeführt
werden. Wie in 10 gezeigt können z. B. ein oder mehrere
Frischpartikeleinlässe
Einlässe 30' bilden, die
in der äußeren Seitenwand
des Kanals 46 ausgebildet sind, um eine direkte Verbindung
mit diesem Kanal 46 oder mit gleich über dem Kanal 46 angeordneten
Einlässen 30'' zu bilden, um mit diesem Kanal
durch dessen Dach 46B zu kommunizieren (im letzteren Fall
hat dieses Dach angepasste Öffnungen).
-
Ein
Gas- oder Luftwirbel wird in den Abdichtkasten in dessen unterem
Teil über
Gaseinlässe 45 eingeführt, die
in der unteren Wand des Abdichtkastens ausgebildet sind, wobei die
untere Wand den Abdichtkasten von einem unter dem Abdichtkasten angeordneten
Lufteinlasskasten 47 trennt.
-
Im
zweiten Wiedereinblasweg gelangen die Partikel in eine unter der
Rückführung 28 angeordnete
Wärmetauscherzone 48,
und von dieser Wärmetauscherzone
aus werden sie in einem unteren Bereich der Reaktorkammer wieder
in diese eingeführt.
-
Hierzu
hat der untere Teil des Rückstromkanals 20 einen
Wandbereich 20A, der mit einer Öffnung versehen ist, die mit
einem durch eine geeignete Steuereinrichtung gesteuerten Festpartikel-Stromventil 50 geöffnet oder
geschlossen werden kann.
-
Das
Festpartikel-Stromventil 50 kann z. B. pneumatisch oder
hydraulisch gesteuert werden. Ist dieses Ventil geöffnet, ist
der Rückstromkanal 20 über die
oben erwähnten Öffnungen
im Wandbereich 20A, der den Rückstrom- und den Zugkanal trennt, mit
einem Zugkanal 52 verbunden.
-
Der
Kanal 52 ist mit einer Wärmeaustauscherzone 48 durch
eine im Dach 48A dieser Zone ausgebildete Öffnung 54 verbunden.
Die Vorderwand 52A des Kanals 52 erstreckt sich
in die Zone 48, um mit dem Reaktor unten verbunden zu sein,
aber nur in einem kleinen Bereich der Breite der Zone.
-
Die
Wärmeaustauscherzone 48 hat
darin angeordnete Wärmeaustauschoberflächen 56 und
bildet ein Blasenwirbelbett, in das ein Gasblasenwirbel über einen
unter der Wärmetauscherzone 48 angeordneten
Gas- oder Lufteinlasskasten 58 eingeführt wird.
-
Je
nach der Gasgeschwindigkeit und dem Ausmaß der Öffnung des Ventils 50 kann
die Partikeldichte in diesem Blasenwirbelbett höher sein als in dem in der
Reaktorkammer 26 erzeugten Wirbelbett.
-
Die
Wärmeaustauscherzone 48 hat
einen oder mehrere Partikelauslässe
für die
Partikel im Blasenwirbelbett, die wieder in die Reaktorkammer einzuführen sind,
wobei diese Auslässe
geeigneterweise in einer gemeinsamen Wand zwischen der Wärmetauscherzone 48 und
der Kammer 26, die nach der gemeinsamen Wand 26C zwischen
der Kammer 26 und der Rückführung 28 ausgerichtet
ist und die einen unteren Bereich der Rückwand der Kammer 26 bildet,
ausgebildet sind. Der Reaktor kann oben oder unten (was bei den
integrierten Blasenwirbelbetten geeignet ist) gestützt sein.
-
Der
Partikelauslass 46A des Wiedereinführungskanals 46, der
direktes Wiedereinführen
der abgeschiedenen Partikel im Abscheider 1 in die Kammer 26 ermöglicht,
ist ebenfalls vorzugsweise in dieser Rückwand 26C angeordnet.
-
Dieselbe
Möglichkeit
der Verwendung eines direkten Wiedereinblaswegs abgeschiedener Partikel
und/oder eines indirekten Wiedereinblaswegs über eine Wärmetauscherzone 48' wird für den Abscheider 1' geboten (siehe 9).
-
Die
verschiedenen Wände
des Reaktors weisen Wärmeaustauschrohre
auf, in denen ein Fluid-Übertragungsmittel
zirkulieren kann. Je nach den Druck- und Temperaturbedingungen in
den Rohren kann dieses Wärmeübertragungsmittel
Wasser, Wasserdampf oder ein Gemisch von ihnen sein.
-
Somit
bilden die Wände 26A, 26B, 26C und 26D der
Brennkammer 26 Rohr-Rippe-Rohr-Strukturen, in deren Rohren das Wärmeübertragungsmittel zirkuliert.
Dies ist auch bei den Wänden 28A, 28B, 28C und 28D der
Rückführung 28 und
bei den Wänden
der Wärmetauscherzonen
der Fall.
-
Die
Rohre der vertikalen Wände
der Kammer 26 und der Rückführung 28 können gebogen
sein, um deren Dächer
zu bilden. Zwecks einer besseren Zirkulation der Emulsion, die das
Wärmeübertragungsmittel
bildet, sind die Rohre dieser Wände
so ausgerichtet, dass die Strömungen
nach oben zirkulieren. Deshalb sind die Dächer der Kammer 26 und der
Rückführung 28 nicht
horizontal, sondern sie sind geringfügig nach oben geneigt (z. B.
um 5°).
Auf ihren Innenseiten sind einige Zonen der Wände der Brennkammer mit einer
feuerfesten Auskleidung verkleidet, wo angewandt.
-
Die
Wände des
Abscheiders 1 weisen auch Rohre für die Zirkulation eines Wärmeübertragungsmittels,
vorzugsweise Trockendampf, auf. Dies gilt auch für das trichterförmige Unterteil
des Abscheiders. Dasselbe gilt für
den Abscheider 1'.
Es kann auch für
die Rückstromkanäle gelten,
aber die Rückstromkanäle können alternativ
mit einem feuerfesten Material ausgekleidet sein.
-
Wie
im horizontalen Schnitt von 11 dargestellt
weist die gemeinsame Wand 12D zwischen der Rückführung und
dem Abscheider 1 Rohre 66 auf, die mit einer Reihe
von Wärmetauschrohren
in anderen Wänden
des Abscheiders verbunden sind (z. B. zum Zirkulieren eines ersten
Fluid-Übertragungsmittels
wie z. B. Trockendampf), und Rohre 68, die mit einer Reihe
von Wärmetauschrohren
in anderen Wänden
der Rückführung verbunden
sind (z. B. zum Zirkulieren eines zweiten Fluid-Übertragungsmittels wie z. B.
Kühlemulsion).
Die Rohre dieser zwei Reihen sind abwechselnd in der gemeinsamen Wand 12D angeordnet,
wobei ein Rohr 66 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rohren 68 angeordnet ist.
Die Wand 12'D kann
einen ähnlichen
Aufbau aufweisen.
-
In
den anderen Wänden
der Rückführung sind
in deren "normalen" Abschnitten, in
denen die Rohre nicht gebogen sind (z. B. zum Ausbilden von Öffnungen)
die Rohre 68 durch eine Teilung P1 getrennt, und in den "normalen" Abschnitten der
Wände des
Abscheiders sind die Rohre 66 durch eine Teilung P2 getrennt.
In der gemeinsamen Wand 12D ist es vorteilhaft, dass die
Rohre nicht gebogen sind, so dass die Teilungen P1 und P2 unverändert bleiben. Da
jedoch die Rohre 66 und 68 abwechselnd angeordnet
sind, ist eine Teilung P3 zwischen zwei benachbarten Rohren in der
gemeinsamen Wand 12D (ein Rohr 68 und ein Rohr 66)
ungefähr
die Hälfte
der Teilungen P1 und P2.
-
In
den mittleren und unteren Bereichen der Wand 28C der Rückführung, die
unter der gemeinsamen Wand 12D verlaufen, verbleiben nur
die Rohre 68, da die Rohre 66 der gemeinsamen
Wand von den Rohren des Unterteils 14 des Abscheiders 1 kommen.
-
Der
Beschleunigungskanal 16 hat im Wesentlichen plane Wände, und
vorzugsweise sind die Querschnitte dieses Kanals senkrecht zur Strömung von
Gas und Partikeln im Wesentlichen rechteckig.
-
Der
Beschleunigungskanal verläuft
vom in der Seitenwand 26B der Kammer 26 ausgebildeten Auslass 27 zum
in der Vorderwand 12A des Abscheiders 1 in dessen
Oberteil 12 ausgebildeten Einlass 18. Geeigneterweise
ist der Auslass 27 in der horizontalen Richtung länglich,
um über
einen wesentlichen Teil der Länge
der Wand 26B offen zu sein, was das Sammeln von Festpartikeln
aus der Kammer 26 über
einen breiten Bereich der Wand 26B ermöglicht.
-
Wie
am besten aus den 7 und 8 zu ersehen
ist, ist ein erstes Teil 70 des Kanals 16 mit der
Wand 26B und ein zweites Teil 72 mit der Wand 12A verbunden
Diese ersten und zweiten Teile weisen im Wesentlichen plane Wände auf,
und sie sind an einem Knie 71 des Kanals 16 miteinander
verbunden.
-
Im
Allgemeinen hat der Beschleunigungskanal einen senkrecht zur Strömung von
Partikel tragendem Gas in diesem Kanal gemessenen Querschnitt, der
in der Richtung vom Auslass 27 zum Einlass 18 abnimmt.
-
Tatsächlich hat
das erste Teil 70 des Beschleunigungskanals 24 einen
Querschnitt, der zum Knie 71 hin abnimmt, wogegen das zweite
Teil 72 einen Querschnitt hat, der vom Knie 71 zum
Einlass 18 im Wesentlichen unverändert bleibt.
-
Am
Knie 71 bildet der Beschleunigungskanal 16 einen
weit geöffneten
Winkel. Der Winkel γ71
zwischen den äußeren Seitenwänden der
Teile 70 und 72 des Kanals 16 beträgt z. B.
zwischen 120° und 175°, vorteilhafterweise
zwischen 140° und
175°, vorzugsweise
beinahe 155°.
Der Winkel γ71
ist vorteilhafterweise im Wesentlichen gleich dem Winkel P in der
Ecke C1, so dass die Strömung
von Gas und Partikeln im Winkel γ71
und im Winkel β dieselbe
Ablenkung erhält.
Ein weit geöffneter
Winkel γ71
verhindert eine Ansammlung von Partikeln am Knie 71.
-
Das
erste Teil 70 des Kanals 16 ist mit der Kammer 26 vorzugsweise
an der Ecke zwischen den Vorder- und Seitenwänden 26A, 26B dieser
Kammer verbunden. Der Winkel γ70
zwischen der äußeren Seitenwand
des Teils 70 des Kanals 16 und der Vorderwand 26A ist
vorteilhafterweise größer als
130° und
geeigneterweise im Wesentlichen gleich 145°. Es ist von Vorteil, wenn γ70 + γ71 + β im Wesentlichen
gleich 450° sind.
-
Die
untere Wand 72B des mit dem Abscheider verbundenen Kanals 16 (von
dessen zweitem Teil 72) ist nach unten in eine Richtung
zur Vorderwand 12A des Abscheiders geneigt.
-
Die
Wände des
Beschleunigungskanals sind geeigneterweise mit Rohren zur Zirkulation
von Wärmeübertragungsmittel
versehen.
-
In
einem solchen Fall weist ein erster Abschnitt des Beschleunigungskanals
(möglicherweise aber
nicht zwingend dessen erstes Teil 70) Rohre auf, die soweit
die Zirkulation des Fluid-Übertragungsmittels
betroffen ist, mit den Rohren der Wände der Brennkammer 26 verbunden
sind, wogegen ein zweiter Abschnitt des Kanals 16 (möglicherweise aber
nicht zwingend dessen zweites Teil 72) Rohre aufweist,
die soweit die Zirkulation der Wärmeübertragung
betroffen ist, mit den Rohren der Abscheiderwände verbunden sind.
-
Die
Rohre der Wände
der Brennkammer 26 sind z. B. so gebogen, dass sie sich
in die Wände
des ersten Abschnitts des Kanals 16 erstrecken, wogegen
Rohre der Abscheiderwände
so gebogen sind, dass sie sich in die Wände des zweiten Abschnitts dieses
Beschleunigungskanals erstrecken. Die Rohre der unteren Wand des
ersten Abschnitts kommen z. B. von der Seitenwand 26B der
Reaktorkammer, die zwei Hälften
dieser Rohre sind so gebogen, dass sie jeweils die zwei Seitenwände des
ersten Abschnitts bilden, und sie sind ferner so gebogen und zusammengeführt, dass
sie die obere Fläche
dieses ersten Abschnitts bilden und sich dann über dem Beschleunigungskanal
mit der Seitenwand 26B vereinigen. Die Gestaltung des zweiten
Abschnitts des Beschleunigungskanals ist analog, wobei Rohre von
der vorderen Fläche
des Abscheiders kommen.
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Ein
Biegen dieser Rohre begrenzt auch die jeweiligen Öffnungen,
die den Auslass 27 in der Wand 26B bzw. den Einlass 18 in
der Wand 12A ausbilden.
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Dies
ermöglicht
die Bildung der Wände
des Kanals 16 mit Wärmeaustauschrohren
ohne die Notwendigkeit, bestimmte Zuführeinrichtungen oder Sammeleinrichtungen
für das
in diesen Rohren zirkulierende Wärmeübertragungsmittel
vorzusehen.
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Die
untere Wand 70B des ersten Teils 70 des Kanals 16 ist
für eine
Aufwärtszirkulation
der das Wärmeübertragungsmittel
in den Rohren des ersten Teils bildenden Emulsion bis zum Knie 71 geringfügig nach
oben in die von der Wand 26B weg führende Richtung geneigt.
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Der
Querschnitt des Kanals 16 in der Nähe des Einlasses 18 ist
ungefähr
halb so groß wie
der Querschnitt dieses Kanals in der Nähe des Auslasses 27,
wobei diese Querschnitte senkrecht zur Strömung von Gas und Partikeln
im Beschleunigungskanal 16 gemessen werden.
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Ebenso
ist der Beschleunigungskanal 16', der die Kammer 26 mit
dem Abscheider 1' verbindet, aus
zwei am Knie 71' verbundenen
Teilen 70' bzw. 72' gebildet. Die
Beschleunigungskanäle 16 und 16' sind ähnlich und
bezüglich
der mittleren Symmetrieebene P12 symmetrisch. Insbesondere sind
die ersten und zweiten Teile 70', 72' des Kanals 16' mit Rohren ausgestattet,
die jeweils mit den Rohren der Wände der
Kammer 26 und mit den Rohren der Wände des Abscheiders 1' verbunden sind.
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Die
Wände des
Beschleunigungskanals (der Beschleunigungskanäle) und (wie nachstehend beschrieben)
des Rückstromkanals
(der Rückstromkanäle) sind
vorteilhafterweise mit Roh ren für
die Zirkulation des Wärmeübertragungsmittels
versehen. Alternativ ist es auch möglich, dass der Beschleunigungskanal
(die Beschleunigungskanäle)
und/oder der Rückstromkanal
(die Rückstromkanäle) mit
einem feuerfesten Material ausgekleidet sind.
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Die
Wände des
Abscheiders 1 weisen Rohre auf, wie unten erläutert wird.
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Das
Dach 12E des Abscheiders 1 hat einen äußeren Abschnitt 12E1,
der von der gemeinsamen Wand 12D fern ist und aus von der äußeren Seitenwand 12B kommenden
gebogenen Rohren gebildet ist, wobei diese Rohre in der Nähe der Öffnung 22 gebogen
sind, um die aufrechte Seitenwand 32A des Abgassammelraums 32 zu
bilden (siehe 1, 7, 9 und 13).
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Das
andere Teil 12E2 des Daches 12E ist ebenfalls
mit Wärmeaustauschrohren
ausgerüstet.
In diesem Fall kommen diese Rohre von den Rohren 66 der
gemeinsamen Wand 12D, die so gebogen sind, dass sie im
Wesentlichen horizontal verlaufen. Diese Rohre sind weiter gebogen,
während
sie in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene bleiben, um die Öffnung 22 auszubilden,
und sie sind dann noch einmal gebogen, um vertikal zu verlaufen
und zur äußeren Seitenwand 32A des
Abgassammelraums zu gehören.
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Einige
der um die Öffnung 22 gebogenen Rohre
können
in der Nähe
dieser Öffnung
vertikal verlaufen, um das Dach 12E und den Wirbelfinder 22A zu
stützen.
Diese Rohre verlaufen durch das Dach 32B des Abgassammelraums,
um sich mit einer äußeren Stützstruktur
zu verbinden. Außerdem können einige
von der gemeinsamen Wand 12D kommende Rohre 68 im
Dach 12E2 verlegt sein und dann vertikal in Zonen verlaufen,
in denen Stützen
für das
Dach 12E2 erforderlich sind. Diese Rohre verlaufen durch
das Dach 32B des Abgassammelraums, um sich mit einer äußeren Stützstruktur
zu verbinden. Das Dach 12E2 kann eine einzige gemeinsame Wand
des Abscheiders 1 und des Abgassammelraums 32 oder
eine Doppelwandstruktur mit oder ohne Zwischenversteifungseinrichtungen
sein.
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Die äußere Seitenwand 32A hat
von beiden Seitenwänden 12D und 12B des
Abscheiders 1 kommende Rohre, so dass die Teilung zwischen
zwei benachbarten Rohren dieser Wand ungefähr die Hälfte der Teilung in den Wänden 12D und 12B beträgt. Alternativ
können
die von den zwei Flächen
kommenden Rohre paarweise mittels Verbindungen wie z. B. T-Verbindungsstücken unten
an der Wand 32A verbunden sein, so dass die Teilung in
der Wand 32A unverändert
bleibt.
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Die
Vorder- und Rückwände des
Abgassammelraums 32 erstrecken sich als vertikale Verlängerungen
der Vorder- bzw. Rückwand 12A und 12C des Abscheiders 1 und
sind deshalb mit den Wärmeaustauschrohren
dieser jeweiligen Wände
ausgerüstet.
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Das
Dach 32B des Abgassammelraums 32 weist auch Wärmeaustauschrohre
auf, die durch von der Vorder- und/oder Hinterwand dieses Abgassammelraums
kommenden Rohre ausgebildet sind.
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Beim
dargestellten Beispiel kommen die Rohre des Dachs 32B von
den Rohren der Rückwand 12C des
Abscheiders, wobei diese Rohre so gebogen sind, dass sie im Wesentlichen
horizontal mit einer geringfügigen
Aufwärtsneigung
zur Vorderwand verlaufen.
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Der
Abgassammelraum 32 hat seine innere Seitenwand 32C,
die eine gemeinsame Wand zwischen dem Abgassammelraum und der Rückführung bildet.
Diese gemeinsame Wand verläuft
eigentlich als eine obere vertikale Verlängerung der gemeinsamen Wand 12D zwischen
dem Abscheider und der Rückführung, und
sie ist durch das obere Ende der Seitenwand 28C gebildet.
Deshalb ist die gemeinsame Wand zwischen dem Abgassammelraum und
der Rückführung mit
denjenigen Wärmeaustauschrohren ausgerüstet, die
in der Wand 28C angeordnet sind.
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In
der gemeinsamen Wand zwischen dem Abgassammelraum 32 und
der Rückführung 28 sind eine
oder mehrere Öffnungen
für das
entstaubte Gas ausgebildet, das vom Wirbel im Abscheider 1 in
den Abgassammelraum strömt,
um in die Rückführung zu gelangen.
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Diese Öffnung oder
diese Öffnungen
sind vorzugsweise durch gebogene Abschnitte der Rohre ausgebildet,
die in der gemeinsamen Wand zwischen dem Abgassammelraum und der
Rückführung angeordnet
sind.
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Alternativ
oder ergänzend
können
die Wände
des Abgassammelraums oder Teile dieser Wände eine feuerfeste Auskleidung
aufweisen.
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Das
Gleiche gilt für
den über
dem Abscheider 1' angeordneten
Abgassammelraum 32' wie
für die
Rohr-Rippe-Rohr-Struktur seiner Wände.
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Der
Reaktor weist Verteiler F und C zum Speisen und Sammeln des in den
Wärmeaustauschrohren
zirkulierenden Wärmeübertragungsmittels auf.
Im Allgemeinen sind die unten an den Wänden des Reaktors angeordneten
Verteiler F Speiseverteiler, wogegen die an den oberen Enden der
Wände angeordneten
Verteiler C Sammelverteiler sind.
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Auf
Grund seiner trichterförmigen
Form sind einige Speise- und/oder Sammel-Zwischenverteiler F' des Unterteils 14 des
Abscheiders 1 in den Winkeln zwischen seinen Wänden gemäß ihren
zunehmenden Oberflächen
in der Aufwärtsrichtung
angeordnet. Dasselbe gilt für
den Abscheider 1'.
Diese Speise-/Sammel-Zwischenverteiler können entlang oder innerhalb
der geneigten Kanten des Unterteils der Abscheider verlaufen, wo
sich zwei seiner Kanten treffen, wie dargestellt, oder sie können horizontal verlaufen,
wie in 10 bei F'' vorgeschlagen.
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Jede
Seite 14A, 14B, 14C und 14D der
Pyramide 14, die das Unterteil der Trennkammer 10 bildet,
ist mit einer Wand des Oberteils 12A, 12B, 12C bzw. 12D verbunden.
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Wie
bereits erläutert,
weisen die Wände
der Kammer 10 Wärmeaustauschrohre
auf. Vorzugsweise verlaufen die in einer Seite 14A, 14B, 14C oder 14D der
Pyramide verlaufenden Wärmeaustauschrohre
auch in den über
der betreffenden Seite befindlichen Wänden 12A, 12B, 12C oder 12D des
Oberteils 12 der Kammer 10.
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Die
Wärmeaustauschrohre
verlaufen im Wesentlichen vertikal in einer Seite der Pyramide,
während
sie bezüglich
einer vertikalen Ebene geneigt sind, die die Wand des Oberteils
des Abscheiders, die über
dieser Seite verläuft,
umfasst. Die Rohre verlaufen in den Wänden 12A, 12B, 12C oder 12D im Wesentlichen
vertikal.
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Der
horizontale Abstand zwischen zwei benachbarten Rohren, die in einer
Seite der Pyramide und in der mit dieser Seite verbundenen Wand
des Oberteils 12 verlaufen, bleibt in der Seite und in
der Wand vorzugsweise im Wesentlichen unverändert.
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Wie
bereits erwähnt,
können
auch die Wände
des Rückstromkanals 20 Wärmeaustauschrohre aufweisen.
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Wie
bei Betrachtung von 7 klar wird, hat der Rückstromkanal
vier Seiten, von denen jede mit einer Kante der Öffnung 15 verbunden
ist, die durch das untere Ende auf einer Pyramidenseite ausgebildet
ist. Jede Seite des Rückstromkanals
weist im Wesentlichen vertikal verlaufende Wärmeaustauschrohre auf (unter
Berücksichtigung
der Gesamtneigung des Kanals 20 bezüglich der vertikalen Richtung), und
diese Wärmeaustauschrohre
verlaufen auch in dieser Pyramidenseite, mit deren unterem Ende
die betreffende Seite des Rückstromkanals
verbunden ist.
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Mit
anderen Worten, die Wärmeaustauschrohre,
die bei F gespeist oder entleert werden, verlaufen unten am Rückstromkanal 20 in
den Seiten dieses Rückstromkanals,
sind so gebogen, dass sie in den entsprechenden Seiten der Pyramide
verlaufen und sind noch einmal so gebogen, dass sie in den entsprechenden
Wänden
des Oberteils der Trennkammer verlaufen. Auf ihren gesamten Längen außer in speziellen
Zonen bleiben die Teilungen zwischen diesen Rohren im Wesentlichen
unverändert. Eine
solche spezielle Zone ist die Nähe
der Öffnung 18,
wo die Rohre der Wand 12A so gebogen sind, dass sie diese Öffnung ausbilden
und im Teil 72 des Einlasskanals 16 verlaufen.
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Obgleich
es in den Abscheidern 1 und 1' entstaubt wurde, transportiert
das in der Rückführung strömende Gas
eine kleine Menge Partikel in der Form von Flugasche. Deshalb ist
eine regelmäßige Reinigung
der Wärmerückgewinnungsoberflächen 36 in
der Rückführung erforderlich.
Deshalb sind in den Zeichnungen Rußgebläse 74 dargestellt,
die in der Rückführung hin
und her bewegt werden können.
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Nachfolgend
werden die 12 und 13, die
eine Ausführungsformvariante
des Reaktors gemäß der Erfindung
zeigen, beschrieben.
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Bei
dieser Ausführungsformvariante
unterscheiden sich die Abscheider von den Abscheidern 1 und 1' bezüglich ihrer
Unterteile.
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Der
Abscheider 101 hat ein Oberteil 112 analog zum
Oberteil 12 des Abscheiders 1 und desgleichen
durch den Einlasskanal 16 mit der Brennkammer 26 und über eine Öffnung 22 in
seinem Dach, die in den Abgassammelraum 32 öffnet, mit
der Rückführung 28 verbunden.
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Der
Abscheider 101 hat ein Unterteil 101, von dem
ein horizontaler Querschnitt nach unten abnimmt.
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Eine
Wand 112D des Abscheiders 101, die eine innere
Seitenwand von ihm bildet, ist eine gemeinsame Wand zwischen dem
Abscheider und der Rückführung. Anders
als bei der Variante der vorhergehenden Figuren verläuft diese
gemeinsame Wand nicht nur im Oberteil des Abscheiders, sondern auch in
dessen Unterteil.
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Die äußere Seitenwand
des Abscheiders hat einen zur inneren Seitenwand 112D parallelen
oberen Bereich 112B und einen unteren Bereich 114B, der
in der Abwärtsrichtung
zur inneren Seitenwand geneigt ist, so dass der Querschnitt des
unteren Bereichs 114 abnimmt. Das Oberteil 112 des
Abscheiders 101 hat einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt,
wogegen das Unterteil 114 einen im Wesentlichen rechteckigen
Querschnitt hat, dessen Länge
gleich der Länge
einer Seite des quadratischen Querschnitts des Oberteils ist.
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Tatsächlich hat
das Unterteil 114 des Abscheiders eine erste Wand 114A,
eine dritte Wand 114C und eine vierte Wand 114D,
die im Wesentlichen vertikale plane Wände sind und sich vertikal
als jeweilige Abwärtsverlängerungen
der ersten, dritten und vierten Wände 112A, 112C und 112D des
Oberteils des Abscheiders 101 erstrecken. Eigentlich ist die
Grenze zwischen den Wänden
des Ober- und Unterteils bei jeder dieser drei Seiten des Abscheiders nicht
sichtbar.
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Die
zweite Wand 114B des Unterteils 114 ist ebenfalls
eine im Wesentlichen plane Wand. Sie verläuft unter der zweiten Wand 112B des
Abscheiders und ist zur vierten Wand 114D des Unterteils 114 geneigt.
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Die
Neigung A1 der Wand 114B bezüglich der vertikalen Richtung
weist vorteilhafterweise zwischen 25° und 45°, vorzugsweise 35° auf.
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Das
Unterteil 114 des Abscheiders 101 hat eine untere
Wand mit jeweiligen vorderen und hinteren Bereichen 114E und 114F,
die jeweils mit den Vorder- und Rückwänden 112A, 112C verbunden und
von diesen jeweiligen Wänden
zu einem Auslass 115 für
in diesem Abscheider abgeschiedene Festpartikel nach unten geneigt
sind.
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Die
Neigung A2 der unteren Wandbereiche 114E, 114E bezüglich der
horizontalen Richtung beträgt
vorteilhafterweise zwischen 45° und
70° (z.
B. ungefähr
50°).
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Deshalb
wird das konvergierende Teil des Abscheiders 101, das durch
dessen Unterteil gebildet ist, im Wesentliche durch die geneigte äußere Seitenwand 114B des
Abscheiders erhalten, wobei dessen andere drei äußeren Wände über im Wesentlichen die gesamte
Höhe des
Abscheiders im Wesentlichen vertikal bleiben. In nur einem kleinen
Abstand über
dem Auslass 115 sind die unteren Enden der vertikalen Vorder-
und Rückwände 112A, 112C über geringfügig geneigte
untere Wandbereiche mit diesem Auslass 115 verbunden. Die
innere Seitenwand 112D, 114D des Abscheiders 101 bleibt über seine
gesamte Länge
vertikal.
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Dies
ermöglicht
einen sehr einfachen Gesamtaufbau des Abscheiders und erleichtert
insbesondere die Rohr- oder Rohr-Rippe-Rohr-Zusammensetzung der
Abscheiderwände,
da die in den äußeren Seitenwänden 112B, 114B des
Abscheiders von seinem unteren Ende bis hinauf zu seinem oberen
Ende dieselbe Anzahl Rohre angeordnet sein kann. Rohre sind nur
in den Vorder- und Rückwänden 114A, 114C des
Unterteils 114 als eine Funktion ihrer zunehmenden horizontalen
Längen
in der Aufwärtsrichtung
hinzuzufügen.
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Was
die Bauweise der Wand 112D, 114D mit Rohren betrifft,
werden zwei vorteilhafte Möglichkeiten
geboten.
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Die
erste besteht darin, in dieser Wand nur Rohre anzuordnen, die im
Hinblick auf die Zirkulation eines Wärmeübertragungsmittels mit den
Rohren verbunden sind, die in den anderen Wänden der Rückführung angeordnet sind. Diese
Möglichkeit
ist vorteilhaft, soweit die Kosten betroffen sind.
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Die
andere Möglichkeit
besteht darin, die Wände 112D, 114D in
der gleichen Weise wie für
die Wand 12D in 11 dargestellt
mit Rohren auszurüsten,
die zu einer Reihe Wärmeaustauschrohre
für die
Wände der
Rückführung gehören Rohren
und mit Rohren, die zu einer Reihe Wärmeaustauschrohre für die Wände des
Abscheiders gehören.
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Die
zweite Möglichkeit
sorgt für
eine hohe Wärmeaustauschrate.
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Falls
dies aus strukturellen Gründen
erforderlich ist, kann in beiden oben beschriebenen Fällen ein
Doppelwandaufbau verwendet werden.
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Die
obere Wand 12E des Abscheiders 101 ist analog
zu der des Abscheiders 1 mit seinen zwei Teilen 12E1 und 12E2.
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Unter
dem Auslass 115 ist der Rückstromkanal 142 an
eine Seitenwand 164A angebaut, deren oberer Teil die gemeinsame
Wand 112D zwischen der Rückführung und dem Abscheider bildet.
Diese Seitenwand 164A ist die Seitenwand des im Wesentlichen
parallel berohrten Aufbaus einschließlich der Rückführung und Blasenwirbelbetten
mit ihren unter der Rückführung angeordneten
Wärmeaustauschzonen 48, 48'. Das untere
Ende des Kanals 142 ist an den Abdichtkasten 44 auf
dieselbe Weise angeschlossen wie das untere Ende des Kanals 42 mit dem
Abdichtkasten in den vorherigen Abbildungen angeschlossen ist.
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Der
andere Abscheider 101' hat
einen Aufbau, der dem des Abscheiders 101 ähnelt und
bezüglich
einer mittleren Ebene P symmetrisch zu diesem Abscheider ist.
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Der
Abscheider der Erfindung kann auch in einem Reaktor mit zirkulierendem
Wirbelbett verwirklicht werden, der keine Blasenwirbelbetten wie
z. B. 48 und 48' aufweist
und in dem im Abscheider (in den Abscheidern) abgeschiedene Partikel
direkt wieder in die Brennkammer eingeführt werden. In einem solchen
Fall weist diese Kammer vorzugsweise Wärmeaustauscheinrichtungen auf,
wie z. B. Platten, die mit in der Kammer angeordneten Wärmeaustauschrohren
versehen sind. Solche Platten könne
auch vorgesehen sein, selbst wenn die Vorrichtung ein Blasenwirbelbett
(Blasenwirbelbetten) aufweist.
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Diese
Platten können
in der Kammer von einer Wand zu einer ihr gegenüberliegenden Wand verlaufen
und als Versteifungseinrichtungen für diese Wände wirken.
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Bei
der Ausführungsformvariante
der 12 und 13 haben
die Unterteile 114, 114' der Abscheider nur eine einzige
geneigte Wand (mit Ausnahme der unteren Wandbereiche 114E und 114F) und
stellen deshalb nicht die Pyramidenform der Abscheider in 7 dar.
Mit anderen Worten, den Unterteilen 114, 114' fehlt die Symmetrie
bezüglich
der senkrechten Achse, die jeweils mit den Auslässen 115, 115' für abgeschiedene
Festpartikel fluchtet.
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Trotzdem
sorgt diese Gestaltung für
einen hervorragenden Abscheidewirkungsgrad, da die geneigten Wände 114, 114' nicht den Einlässen für Gas und
Partikeln in den Abscheidern gegenüberliegen (da diese Einlässe in den
Vorderwänden
wie Wand 112A ausgebildet sind und die geneigten Wände unter
Seitenwänden
der Oberteile der Abscheider und nicht unter ihren Rückwänden angeordnet
sind).
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Deshalb
neigen die in die Abscheider gelangenden und schnell fallenden Teile
nicht dazu, gegen diese geneigten Wände zu prallen, und sie werden nicht
leicht zurück
zirkuliert.
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Die
Draufsicht von 14 stellt einen Beschleunigungskanal 116 des
Reaktors dar, der aus drei Teilen besteht, die Winkel zwischen ihnen
bilden. Im Einzelnen besteht er aus einem mit der Reaktorkammer
(mit dessen Seitenwand 26B) verbundenen ersten Teil 170,
einem mit dem Abscheider (mit der ersten Wand 12A seines
Oberteils) verbundenen zweiten Teil 172 sowie einem zwischen
den Teilen 170 und 172 verlaufenden Zwischenteil 174.
Das Zwischenteil bildet einen Winkel γ171 mit dem ersten Teil 170 am
Knie 171, wo es auf das erste Teil trifft, und es bildet
einen Winkel γ173
mit dem zweiten Teil 172 am Knie 173, wo es auf
das zweite Teil trifft. Dieser Aufbau des Beschleunigungskanals
ermöglicht, dass
der Winkel β zwischen
dem zweiten Teil und der zweiten Wand 12B der Trennkammer
sogar weiter geöffnet
ist als in den Beispielen der vorhergehenden Figuren. Der Winkel β kann sogar
im Wesentlichen gleich 180° sein.
Dies wird erreicht, während
die Winkel γ171
und γ173
zwischen den mehreren Teilen des Beschleunigungskanals stumpfe Winkel
bleiben, um zu viel Strömungsstörung und
Ansammlung von Partikeln im Beschleunigungskanal zu verhindern.
Die Winkel γ170, γ171 und γ173 werden
am Wandabschnitt der äußeren Gewölbefläche im Beschleunigungskanal
gemessen.
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Beispielsweise
betragen γ171
und γ173
zwischen 100° und
170°, geeigneterweise
zwischen 120° und
170°. Es
ist von Vorteil, wenn γ170
+ γ171 + γ173 im Wesentlichen
gleich 450° sind.
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Bei
jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ist es vorteilhaft,
dass das erste Ende des Beschleunigungskanals eine vertikale Höhe hat, die
kleiner ist als seine horizontale Länge (z. B. 0,3 bis 1,5 mal
kleiner), wogegen das mit der Trennkammer verbundene zweite Ende
dieses Kanals eine vertikale Höhe
hat, die größer ist
als seine horizontale Länge
(z. B. 1,5 bis 4 mal größer). Es
ist auch vorteilhaft, dass die Länge
des Beschleunigungskanals entlang der Strömung des Gemisches von Gas
und Partikeln in dem Kanal gemessen mindestens 0,6 mal die horizontale
Länge der
zweiten Wand der Trennkammer an deren Innenfläche gemessen beträgt. Geeigneterweise
beträgt
diese Länge
des Beschleunigungskanals nicht mehr als 1,5 mal die Länge dieser
zweiten Wand.