DE936488C

DE936488C - Zyklon-Staubabscheider

Info

Publication number: DE936488C
Application number: DEP33304D
Authority: DE
Inventors: Walter Dr-Ing Barth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-02-05
Filing date: 1949-02-05
Publication date: 1955-12-15
Also published as: FR1011989A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. DEZEMBER 1955

P33304 Hl 150eD

Zyklon-Staubabscheider

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zyklon-Staubabscheider zum Abschneiden feinster Staubteilchen aus Gasen mit einem Abscheideraum sowie einem dahinter bzw. bei der bevorzugten vertikalen Bauweise darunter angeordneten Sammelbehälter, bei dem zwischen den einzelnen Räumen ein jeweils gegen den folgenden Raum abgeschirmter Ringspalt vorgesehen ist und in den Abscheideraum ein zum Abführen des gereinigten Gases dienendes Tauchrohr einmündet.

Es ist bekannt, kleine Teilchen aus Gasen, z. B. zum Zweck der Reinigung der Luft von Werkstätten, der Flugaschebeseitigung aus Rauchgasen, zum Vorreinigen von Hochofengasen oder zum Abscheiden von gefördertem Gut bei pneumatischen Förderanlagen, in Zyklonabscheidern zu trennen und abzuscheiden. Diesen Zyklonabscheidern, die zumeist als rotationssymmetrische Behälter ausgebildet sind, werden die Gase mit den Beimengungen exzentrisch mit hoher Geschwindigkeit zugeführt, wobei die spezifisch schwereren Beimengungen unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft nach außen an die Wand des Behälters gelangen und die so gereinigten Gase durch ein zentrisch in der Zyklonachse angeordnetes Tauchrohr abgeführt werden. Durch die Reibung ,an der Behälterwand werden die Beimengungen in ihrer Bewegung gehemmt und gelangen unter Mitwirkung der Schwerkraft in einen Sammelbehälter, von wo sie in Zeitabständen entfernt werden können.

Diese Abscheider haben sich zum Abscheiden von Stauben in gewissen Fällen bewährt; sie versagen aber beim Abscheiden sehr feiner Staube und Mehle in der Größenordnung von etwa S μ und darunter,

außerdem bei sehr wertvollen Materialien, z. B; bei pharmazeutischen Produkten und in der Nahrungsmittelindustrie, wo auf eine praktisch restlose Entstaubung Wert gelegt werden muß. In diesen Fällen ist es daher häufig notwendig, hinter den oder an Stelle der Zyklonabscheider Filter oder elektrische Entstaubungsanlagen anzuordnen. Die hohen Anschaffungs- und Betriebskosten machen jedoch solche Anlagen oft unwirtschaftlich. Es wurde deshalb bereits versucht, durch Verwendung kleinerer Zyklonabscheider und durch höhere Gasgeschwindigkeiten die auf die kleinsten Teile wirkenden Fliehkräfte und damit den Abscheidegrad zu steigern. Wenn auch in manchen Fällen hierdurch gewisse Verbesserungen erzielt wurden, so blieb der Erfolg bei weitem hinter den Erwartungen zurück, und es konnte auf diese Weise eine praktisch restlose Entstaubung nicht herbeigeführt werden.

Die genannten Schwierigkeiten werden bei einem Staubabscheider gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß sämtliche Teile koaxial und rotationssymmetrisch zum Tauchrohr liegen. Es gelingt auf diese Weise, im Zyklonabscheider auch feine und feinste Staube und Mehle praktisch restlos abzuscheiden. Dabei wird im Abscheideraum ein verdichtetes Staubgasgemisch und im Sammelbehälter ein gewisser Unterdruck erzeugt, der das Staubgasgemisch voll beladen mit dem abgeschiedenen Staub aus dem Abscheideraum zwangläufig absaugt und diesen Gasteilstrom entweder zur nochmaligen Reinigung in den Abscheideraum oder völlig gereinigt ins Tauchrohr gelangen läßt.

Hierzu ist zwischen dem Abscheideraum und dem Sammelbehälter ein rotationssymmetrischer kegeliger oder zylindrischer Einbauteil vorgesehen, wobei zwischen dessen Rand und der Wandung des Behälters ein ringförmiger Spalt frei bleibt. Durch diesen Spalt wird das im Abscheideraum verdichtete Staubgasgemisch abgesaugt, wodurch der Staubtransport nach unten begünstigt, die Staubdichte herabgesetzt und jede Wieder auf wirbelung vermieden wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Durchmesser des Spaltes gleich oder größer als den Tauchrohrdurchmesser zu wählen. Ferner wird nach der Erfindung der Abscheideraum so ausgebildet, daß dessen Durchmesser nach unten zu kontinuierlich abnimmt, und zwar in der Weise, daß der Abscheideraum in einen längeren, schwäch konischen mittleren und einen kürzeren, stark konischen unteren Abschnitt unterteilt 'wird, während der obere zylindrische Teil auf den Bereich des exzentrischen Eintritts des Rohgases beschränkt ist. Hierdurch wird erreicht, daß an den kritischen Stellen mit geringerem Achsabstand größere Beschleunigungen in der Grenzschicht auftreten und damit die Grenzschichtdicke verringert wird. Dies ergibt eine weitgehende Verminderung der Turbulenz in der Grenzschicht und infolgedessen eine wesentliche Herabsetzung des Staubtransportes quer zur Strömungsrichtung. Bei entsprechender, von Fall zu Fall einzustellender Beschleunigung kann unter Umständen eine laminare Strömung in der Grenzschicht erzielt werden, die jeden Staubtransport quer zur Strömungsrichtung vollkommen ausschließt.

Zusammen mit diesen Maßnahmen wird in besonders gelagerten Fällen am Tauchrohreinlaß mit oder ohne Durchlaßspalt anschließend ein zylindrisches, im Durchmesser engeres, gleich großes oder auch weiteres durchlässiges Rohrstück angeordnet. Dieses durchlässige Rohrstück kann als Siebrohr, Draht-, Faden- oder Geflechtgitter ausgebildet sein, was bei gesteigerter Abscheideleistung eine wesentliche Senkung der Druckverluste ergibt. Mittels des Siebrohres lassen sich durch jeweils zu bestimmende Anordnung der Bohrungen und öffnungen längs der siebartigen Mantelfläche gleichmäßige Zuströmungen und damit überall die gleiche radiale Strömungsgeschwindigkeit erreichen. Dies bedeutet eine gleiche Sperrwirkung längs der ganzen Mantelfläche, eine gänzlich oder teilweise eintretende Verminderung des Dralls beim Durchströmen des Siebmantels und damit die Verringerung oder Vermeidung der Rotation des Abgasstromes innerhalb des Tauchrohres.

Der Sammelbehälter dient zu dem Zweck, einerseits das Absetzen des S taubes herbeizuführen und andererseits den erforderlichen Unterdruck zum Absaugen des Staubgasgemisches zu erzeugen. Dies läßt sich einmal, dadurch erreichen, daß der Durchmesser des Staubsammelbehälters verhältnismäßig groß gewählt wird. Ferner kann durch besondere Maßnahmen, z. B. durch Abschirmen des Staubabscheideraumes gegen den Sammelbehälter mittels eines kegeligen oder zylindrischen Einbauteils oder durch Einbau von drallvermindernden Scheidewänden, die Gasförderung durch den Staubsammelbehälter gesteigert werden.

Um eine gleichmäßige und vollkommene Staubabscheidung zu erzielen und gleichzeitig die Abmessungen des Staubsammelbehälters klein halten zu können, wird in besonderen Fällen ein aus dem Abscheideraum abgesaugtes, verdichtetes Staubgasgemisch in einem zweiten oder weiteren, unter dem ersten oder jeweils weiteren Abscheideraum angeordneten Zyklonabscheider noch weiter verdichtet und erst aiii Schluß in den Staubsammelbehälter, der auch als Absetzbehälter ausgebildet sein kann, abgesaugt. Der im ersten Abscheideraum noch vorhandene Drall wird in jedem folgenden Abscheideraum weiter herabgesetzt und auch im Sammelbehälter noch weiter vermindert. Um bei einem solchen Doppel- oder Mehrfach-Hochleistungs-Zyklonabscheider im zweiten und gegebenenfalls in jedem weiteren Abscheider eine jeweils annähernd gleiche Sperrwirkung wie im ersten oder vorhergehenden zu erzielen, wird zum Ausgleich des D rail Verlustes der jeweils folgende Abscheider mit einem entsprechend kleineren Durchmesser ausgeführt.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung' nach der Erfindung' in Längsschnitten schematisch veranschaulicht. Es stellt dar

Abb. ι einen Staubabscheider mit kontinuierlicher Abführung des Staubes,

Abb. 2 den Abscheider mit Restgasabführung durch eine in der Zyklonachse im rotationssymmetrischen Einbauteil angeordnete öffnung,

Abb. 3 eine abgeänderte Form des rotationssymmetrischen Einbauteils im Ausschnitt,

Abb. 4 die Anordnung eines an das Tauchrohr mit einem Spalt anschließenden Siebrohres, das hier beispielsweise im Durchmesser enger als das Tauchrohr gehalten ist,

ίο Abb. 5 einen Doppelzyklonenabscheider für extrem feine Staube,

Abb. 6 die einfachste Ausführung eines Abscheiders mit verhältnismäßig großer Spaltbreite zwischen Abscheideraum und Sammelbehälter,

Abb. 7 im Teilausschnitt eine Variante mit unten durch eine Zwischenwand geteiltem Siebrohr, bei dem die aus der Öffnung des Einbauteils zuströmenden Gase den Umweg um die Zwischenwand zu machen gezwungen sind.

Der Abscheideraum α des Zyklonabscheiders ist in seinem an den Eintritt b des Staubgasgemisches anschließenden Teil c leicht und im Folgeteil d stärker konisch verengt. Dieses Beispiel der baulichen Form ergibt sich aus Fertigungsgründen sowie der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gasführung im Abscheideraum α und im Sammelbehälter g. Sie kann weitgehend geändert werden, ist jedoch für die beabsichtigte Strömungsunterteilung und deren Wirkungen zweckmäßig. Zwischen Teil d und dem rotationssymmetrischen Teil e ist der Spalt f vorgesehen, durch den die Staubteilchen zusammen mit dem verdichteten Gasrest in den Sammelbehälter g zwangläufig abgesaugt werden. Diese Restgase verlassen den Sammelbehälter g entweder durch den Spalt f, wobei die Reibungsverluste am Mantel des Einsatzkegels e eine Strömungsteilung, und zwar einen Rückstrom unmittelbar an der Kegelwand nach oben und eine am Außenrand des Spaltes / nach unten verlaufende Strömung bewirken, oder sie werden durch die Öffnung h abgesaugt. Soll das Gas durch den verbreiterten Spalt f (Abb. 6) zurückkehren, so können durch Deformationen am Spalt Druckunterschiede hervorgerufen und dadurch an einer Stelle des ringförmigen Spaltes ein Absaugen und an einer anderen Stelle ein Zurückströmen bewirkt werden. Es ist vorteilhaft, durch gerichtete Aufrauhung des Kegelmantels oder durch Unterteilung des rotationssymmetrischen Einbauteils e in Abschnitte mit verschiedener Konizität die Zirkulation durch den Staubsammelbehälter g zu vergrößern.

Das Tauchrohr i dient zum Abziehen der gereinigten Gase und kann erfindungsgemäß im gegebenen Fall durch das im Durchmesser engere bis weitere Siebrohr k seine Fortsetzung finden. Zweckmäßigerweise wird das Siebrohr k bis auf den Mantel des Einbauteils e bzw. e' heruntergeführt und damit nach unten abgeschlossen. Das Siebrohr k kann auch durch eine besondere Abdeckplatte abgeschlossen werden, so daß die abziehenden Gase durch den durchlässigen Siebrohrmantel treten müssen, um in das Innere des Siebrohres Ic und weiter durch das Tauchrohr i in das Freie oder in den Kreislauf zu gelangen. Wird eine Zwischenabschlußplatte 0 (Abb. 7) in das Siebrohr k oberhalb der Gasaustrittsöffnung h eingesetzt, so sind die Gase gezwungen, die Platte 0 erst nach außen und dann wieder nach innen zu umströmen, wodurch eine nochmalige Reinigung dieses Gasrestes erfolgt und der Staubtransport in den Sammelbehälter g günstig beeinflußt wird.

Im Siebrohrmantel k sind runde, ovale oder mehreckige Öffnungen / vorgesehen, die teilweise abgedeckt sein können. Der Siebrohrmantel k kann auch aus einem Draht-, Geflecht- oder Fadengitter od. dgl. bestehen, dessen Maschenweite von Fall zu Fall gewählt wird. Durch den Einbau des Siebrohres k wird das gesamte oder der größte Teil des gereinigten Gases gezwungen, dessen öffnungen / zu durchströmen, und nur ein kleiner Teil kann gegebenenfalls durch den Spalt m in das Tauchrohr i unmittelbar austreten.

Mittels eines Absaugrohres η (Abb. 1) wird das im Sammelbehälter g anfallende Staubrestgasgemisch kontinuierlich in eine nichtgezeichnete Staubkammer abgezogen und dort entlüftet. Im anderen Fall wird der Staubsammelbehälter g so groß gehalten, daß die Staubteilchen sich unter der Mitwirkung der Schwerkraft absetzen können und außerdem die zur Absaugung notwendige Saugwirkung erzielt wird. Die Drallverminderung im Sammelbehälter g kann notfalls durch nicht gezeichnete Einbauten herbeigeführt werden. Die Absaugwirkung wird weiter durch den in den Abscheideraum α hineinragenden rotationssymmetrisehen Einbauteil e erhöht.

Für Sonderzwecke hat sich eine Verdoppelung des Zyklonabscheiders gemäß Abb. 5 oder auch eine Mehrfachanordnung als günstig erwiesen. Die Funktionen der mit gleichen Buchstaben bezeichneten Teile sind analog; einander entsprechende Teile sind jeweils im zweiten Zyklonabscheider mit Strich bezeichnet. Die beiden Abscheider α und a und der Staubsammelbehälter g sind übereinander angeordnet. Das aus dem ersten Abscheider a abgezogene Staubluftgemisch wird im zweiten Abscheider a' weiter verdichtet und gelangt erst dann als Staubrestgasgemisch in den Staubsammelbehälter g. Um in dem zweiten Abscheider a' eine gleiche oder ähnliche Sperrwirkung wie im ersten Abscheider α zu erzielen, wird der Drallverlust durch Verkleinerung des Durchmessers der Wandung c' und d' des Abscheideraumes a' ausgeglichen.

Kurz zusammengefaßt unterscheidet sich der Zyklon-Staubabscheider nach der Erfindung von den bisherigen Zyklonwirblern dadurch, daß aus ■ den Abscheideräumen α oder a' nicht Staub allein, sondern ein verdichtetes Staubrestgasgemisch in den Sammelbehälter g gelangt. Durch die zwangläufige Absaugung, an der der rotationssymmetrisehe Einbauteil e bzw. e' durch seine besondere Form einflußreichen Anteil hat, werden der Staubtransport nach unten beschleunigt, die Staubdichte herabgesetzt und Verluste bzw. Abgänge durch Wiederaufwirbelung vermieden. An den kritischen Stellen wird durch Verringern des Achsabstandes

der Behälterwand, ζ. B. durch deren Konizitäten c und d bzw. c' und d', und durch andere Maßnahmen die Grenzschicht beschleunigt, die Grenzschichtdicke und ihre Turbulenz verringert. Infolgedessen findet dort praktisch kein Staubtransport quer zur Strömungsrichtung mehr statt. Der Staub gelangt nach unten und durch die Restgasabsaugung sicher in den. Sammelbehälter g, wo er liegenbleibt, um von. Zeit zu Zeit oder kontinuierlich abgezogen zu werden..Durch entsprechend große Dimensionierung des Staubsammelbehälters g in Verbindung mit der Herabsetzung des Dralles wird die restlose Abscheidung desStaubes des aus dem Abscheideraum a abgesaugten Staubgasgemisches gewährleistet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zyklon-Staubabscheider zum Abscheiden feinster Staubteilchen aus Gasen mit einem Abscheideraum sowie einem dahinter, vorzugsweise darunter, angeordneten Sammelbehälter, bei dem zwischen den einzelnen Räumen ein jeweils gegen den folgenden Raum abgeschirmter Ringspalt vorgesehen ist und in den Abscheideraum ein zur Abführung des gereinigten Gases dienendes Tauchrohr einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Teile koaxial und rotationssymmetrisch zum Tauchrohr (i) liegen.

2. Zyklon-Staubabscheider nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (/) durch Einbau eines kegelförmigen Körpers (e) in eine kreisrunde Öffnung von gleichem Durchmesser wie das Tauchrohr (i) gebildet ist, wobei der kegelförmige Körper (e) die Öffnung so weit abdeckt, daß die Ringfläche des Spaltes (/) etwa der Hälfte bis einem Viertel des vollen Kreisquerschnitts der Öffnung entspricht.

3. Zyklon-Staubabscheider nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Durchspülung zwischen Abscheideraum (α) und Staubsammelbehälter (g) Teile der Innenwandung und des Einbauteiles (e) aufgerauht oder mit kleinen Störkörpern versehen sind.

4. Zyklon-Staubabscheider nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen des Abscheideraumes (α) kegelig sind, wobei die Konizität vor dem Übergang in den Staubsammelbehälter stärker zunimmt.

5. Zyklon-Staubabscheider nach den Ansprüchen ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zyklonachse ein durchlässiger oder undurchlässiger rotationssymmetrischer Wider-Standskörper (k) eingebaut ist, der im größten Durchmesser gleich oder kleiner als der Tauchrohrdurchmesser ist.

6. Zyklon-Staubabscheider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (k) aus einem siebartigen zylindrischen Mantel besteht, dessen Durchmesser gleich oder kleiner als der Tauchrohrdurchmesser ist.

7. Zyklon-Staubabscheider nach den Ansprüchen ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelige Einbauteil (e) eine mittlere Öffnung (h) aufweist, die zur Abführung des im Sammelbehälter (g) gewonnenen Reingases zum -Tauchrohr (i) dient.

8. Zyklon-Staubabscheider nach den An-Sprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheideraum in mehrere nacheinandergeschaltete Teilräume (a, a') unterteilt ist und die Abmessungen der Teilräume in Strömungsrichtung abnehmen.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 227653, 247339, 529, 587 474, 598 423, 610 676, 657 867,

6617^4, 705339. 757 739; ' schweizerische Patentschrift Nr. 254 790;

britische Patentschrift Nr. 297 543;

USA.-Patentschrift Nr. 1 835 445;

Zeitschrift »Archiv für Wärmewirtschaft und Dampfkesselwesen«, Bd. 25, Heft 5/6 Mai/Juni 1944, S. 95.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 509 601 12.55