DE972373C - Abscheidevorrichtung zur Rueckgewinnung fester Schwebteilchen aus Gas oder Dampf mit einer Staubkammer und einem nachgeschalteten Zyklon mit Spuelaustrag - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abscheidevorrichtung zur Wiedergewinnung von festen Schwebteilchen aus Gasen oder Dämpfen mit einer als Vorrats- und Absetzraum dienenden Staubkammer und einem oberhalb oder innerhalb der Staubkammer angeordneten nachgeschalteten Zyklon, aus dem das abgeschiedene Staubgut mittels Spülaustrages zu dem in der Staubkammer abgelagerten Feststoffvorrat zurückgeführt wird.

Bei Anlagen, in denen ein Gas- oder Dampfstrom verwendet wird, der feinverteilten Feststoff mit sich führt, tritt häufig das Problem auf, die Menge der von dem die Anlage verlassenden Gasoder Dampfstrom mitgerissenen Schwebteilchen zu verringern. Es wird im allgemeinen angestrebt, derartige Emissionsverluste an Feststoffen klein zu halten, weil häufig die Feststoffe selbst wertvoll sind oder zum mindesten bei dem betreffenden Verfahren im Kreislauf erneut verwendet werden können oder auch aus dem weiteren bzw. zusatzliehen Grunde, daß ihre Anwesenheit in dem Gas oder Dampf unerwünscht ist. Falls es sich um ein katalytisches Verfahren handelt, müssen derartige Verluste durch Zugabe von neuem Katalysatorstoff wieder ausgeglichen werden, und im Falle eines chemischen Reaktionsprozesses, bei dem der Feststoff verbraucht wird, wie beispielsweise bei einem Vergasungsverfahren unter Verwendung

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eines Feststoffes in feinverteilter Form und in flüssigkeitsähnlichem Zustand, kann die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wesentlich beeinflußt werden, wenn ein Teil des eingeführten Feststoffes aus der Anlage abgeblasen und abgeführt wird, bevor er umgesetzt worden ist. Sofern dabei mit einer erhöhten Temperatur gearbeitet wird, ist es erwünscht, möglichst wenig des erhitzten Feststoffes abzuführen, da der Ausstoß von erhitztem Stoff neben einem Materialverlust auch einen Wärmeverlust und somit eine zusätzliche Verringerung des wirtschaftlichen Wirkungsgrades des Verfahrens bedeutet. Sollen die Gase oder Dämpfe nach dem Verlassen der Anlage beim gleichen Verfahren wieder verwendet werden oder werden sie für andere Zwecke gebraucht, so kann ihre Verunreinigung mit derartigen festen Teilchen ungünstig sein.

Wenn bei dem Verfahren der pulverförmige Feststoffvorrat in einem turbulenten flüssigkeitsähnlichen Zustand gehalten wird, ist es allgemein üblich, innerhalb der Staubkammer über dem Fließbett des Staubgutes Zyklone vorzusehen, um so aus den durch das Fließbett aufsteigenden Gasen oder Dämpfen die mitgerissenen Staubteilchen kontinuierlich abzuscheiden und ohne Wärmeverlust dem Fließbett wieder zuzuführen. Bei einer bekannten typischen Anordnung dieser Art nimmt das Fließbett den unteren Teil einer Staubkammer ein. Darüber ist innerhalb des Absetzraumes ein Zyklon in vertikaler Lage angeordnet, der mit tangentialen Gaseinlässen und einem durch seine Decke geführten zentralen Rohr für den Abzug des entstaubten Gases oder Dampfes versehen ist. Der im Zyklon abgeschiedene Feststoff gelangt durch ein weiteres zentrales Rohr, das sich an die Spitze des Zyklontrichters axial nach unten anschließt, wieder zurück in das Fließbett. Die Länge dieses Rohres, das im folgenden als Staubaustragrohr bezeichnet wird, ist so bemessen, daß es ein kurzes Stück unter die Oberfläche der fluidisierten Staubmasse tauoht.

Um einen guten Abscheidegrad des Zyklons zu gewährleisten, dürfen Gas oder Dampf und Feststoffteilchen in dem Staubaustragrohr des Zyklons nicht nach oben steigen, weil die auf diesem Wege direkt in den Kern des Zyklonwirbels gelangenden Schwebteilchen nicht wieder aus dem Gasstrom ausgeschieden, sondern mit diesem durch den Gasauslaß an der Oberseite des Zyklons mit austreten würden. Da nun der Druck in der Nähe der Achse des Zyklons geringer ist als an den Wandungen, besteht im vorliegenden Falle mit innerhalb der Staubkammer angeordnetem Zyklon an sich eine stärkere Tendenz für den Eintritt des Gases oder Dampfes in den Zyklon durch das Staubaustragrohr als durch den tangentialen Gaseinlaß. Da bei der bekannten Anordnung die in der Staubkammer abgelagerte Staubmasse —■ wie schon erwähnt wurde ·—■ in einem turbulenten flüssigkeitsartigen (fluidisierten) Zustand gehalten wird und das Staubaustragrohr unter die Oberfläche des Fließbettes taucht, ist das Einströmen durch das Staubaustragrohr zwangläufig unterbunden. Denn infolge der bekannten Tatsache, daß eine fluidisierte Staubmasse hydrostatische Eigenschaften annimmt, wird der Feststoffspiegel in dem Staubaustragrohr in einer höheren Ebene stehen als in dem übrigen Teil des Fließbettes, weil nämlich der statische Gasdruck im Austragrohr geringer ist als in der den Zyklon umgebenden Staubkammer. Dabei entspricht die Höhe der überstehenden Staubsäule im Austragrohr dem Unterschied zwischen den genannten Drücken. Die statischen Drücke an der Innen- und Außenseite der unteren Mündung des Staubaustragrohres sind daher gleich, so daß keine Veranlassung besteht, daß Gas in dem Austragrohr aufsteigt. Das im Austragrohr nach unten fließende Staubgut lagert sich kontinuierlich auf dem Spiegel der Feststoffsäule ab, dessen Höhe jedoch konstant bleibt, da eine gleiche Menge des Feststoffes aus dem Austragrohr in das Fließbett gedrückt wird.

Schwierigkeiten treten jedoch dann auf, wenn das im Zyklon abgeschiedene Staubgut kontinuierlieh einer nicht in flüssigkeitsartigen Zustand versetzten Feststoffmasse, die als kompakte Schicht auf dem Boden der Staubkammer oder eines Vorratsbehälters ruht, zugeführt werden soll. Das oben angegebene gebräuchliche Mittel versagt dann; denn wenn das Staubaustragrohr des Zyklons unter die Oberfläche der nicht fluidisierten Staubmasse eintauchen würde, könnte der Feststoff nicht aus dem Zyklon in die Masseschicht abfließen. Wenn aber das Austragrohr über der Oberfläche der Masseschicht endet, ergibt sich wieder die Schwierigkeit, daß Gas oder Dampf durch das Austragrohr aufsteigt, wodurch die Wirkung des Zyklons beeinträchtigt oder überhaupt aufgehoben wird.

Durch die Erfindung werden nunmehr diese Schwierigkeiten überwunden unter Anwendung des an sich bekannten Prinzips des Spülaustrages, bei dem durch einen zusätzlichen, mittels eines Strahlapparates zugeführten Hilfsgasstrom im Staubauslaß des Zyklons eine abwärts gerichtete Spülströmung erzeugt wird. Gemäß der Erfindung ist als Strahlapparat im Zyklon eine ejektorartig wirkende zentrale Strahldüse mit einem engen Zuleitungsrohr vorgesehen, die axial von oben in das Staubaustragrohr hineinragt oder dicht, d. h. bis auf einen Abstand in der Größe von mindestens dem halben und höchstens dem ganzen Durchmesser des Staubaustragrohres, an dessen oberes Ende heranreicht.

Der Ejektor kann axial in dem Zyklon nach unten geführt sein, wobei das Zuleitungsrohr durch geeignete Mittel, beispielsweise durch ein Armkreuz, zentral gehalten wird und der Düsenstrahl axial nach unten gerichtet ist. Das Zuleitungsrohr, welches die Strahldüse mit einer zusätzlichen Gasquelle verbindet, kann auch seitlich durch den Mantel des Zyklons hindurchgeführt sein.

Zwar ist schon ein Luftreiniger in Zyklonbauweise bekannt, bei welchem dem Staubaustrag-

rohr mittels eines koaxialen Strahlapparates ein zusätzlicher, axial abwärts gerichteter Hilfsgasstrom zugeführt wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung besteht jedoch der Strahlapparat aus einer das Staubrohr umschließenden Ringkammer, aus der das über eine Außenleitung zugeführte Hilfsgas durch einen düsenartigen Ringspalt am Umfang des Staubaustragrohres in dieses einströmt. Demgegenüber wird erfindungsgemäß die

ίο Ejektorwirkung durch Spülgaszuführung von innen mittels einer in der Mittelachse des Staubaustragrohres angeordneten zentralen Strahldüse erzielt. Die Vorteile dieser Konstruktion sind darin zu sehen, daß einmal die sonst für das Staubaustragrohr notwendige komplizierte Konstruktion mit Ringkammermantel und Umfangsringspalt wegfällt und daß auch die im Falle der Anordnung des Zyklons innerhalb der Staubkammer störende Außenleitung zum Strahlapparat vermieden werden

ao kann.

Als Spülgas kann z. B. Kohlendioxyd gut verwendet werden. Es ist zweckmäßig, die Strahlgeschwindigkeit des durch den Ejektor zugeführten zusätzlichen Gas- oder Dampfstromes so einzustellen, daß im Staubaustragrohr des Zyklons die Differenz zwischen dem statischen Gas- bzw. Dampfdruck in der Staubkammer außerhalb des Zyklons und demjenigen im Kern des Zyklonwirbels mindestens ausgeglichen ist.

An Hand der Zeichnung, in der verschiedene Ausführungsformen dargestellt sind, ist die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. ι schematisch eine Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Teil der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in größerem Maßstab und

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Reingasauslaßrohr der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung; in

Fig. 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen gemäß der Erfindung veranschaulicht.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Insbesondere in Fig. 1 ist das obere Ende eines Verbrennungsrohres 1 erkennbar, durch das feinverteilter Feststoff nach oben geführt wird. Dieses obere Rohrende ragt in das Innere einer Staubkammer 2 hinein, die sowohl als Absetzraum als auch in ihrem unteren Teil als Vorratsraum für die Ablagerung 3 des Feststoffes dient. Ein Verbindungsrohr 4 führt aus dem oberen Teil der Staubkammer 2 nach oben zu den tangentialen Einlassen eines Zyklons 6, von denen einer bei 5 dargestellt ist. Dieser Zyklon 6 ist an seinem unteren Ende mit einem Staubaustragrohr 7 versehen, welches ein kurzes Stück oberhalb der Ablagerung 3 des Feststoffvorrates in der Staubkammer 2 endet. Erfindungsgemäß ist zentral im Innern des Zyklons ein Ejektor angeordnet, dessen Zuleitungsrohr 8 sich von der oberen Reingasauslaßleitung 9 des Zyklons axial nach unten erstreckt, in das Staubaustragrohr 7 hineinragt und hier in einer Strahldüse 10 endet (Fig. 2).

Das obere Ende des Ejektorrohres 8 ist mit einem nicht dargestellten Gasanschluß verbunden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird das Gewicht des Ejektors durch einen an dem Reingasrohr 9 angebrachten Flansch 11 getragen, auf den ein am Ejektorrohr 8 angebrachter Bund 12 aufliegt. Die zentrale Lage des Ejektorrohres 8 wird durch einen mit radialen Stellstiften 14 versehenen Ring 13 gesichert, der durch drei Arme 15 zentral im Gasauslaßrohr 9 abgestützt ist. An dem unteren Ende des Ejektorrohres 8 sind seitliche Flossen 16 angebracht, welche die Strahldüse 10 in dem Staubaustragrohr 7 zentrieren. Der Zyklon 6 ist vorzugsweise von einem Gehäusemantel umgeben, der mit einem wärmeisolierenden Material 17 gefüllt ist. Diese Ausbildung des Zyklongehäuses gehört jedoch nicht zur geschützten Erfindung.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist das Zuleitungsrohr 8 des Ejektors seitlich durch die Wand des Zyklontriohters eingeführt und endet in einem Abstand d_t oberhalb des Staubaustragrohres 7. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, daß die Größe des Abstandes d_x

zwischen den Werten - und d liegt (diese Werte

selbst eingeschlossen), wobei d der Durchmesser des Staubaustragrohres 7 ist.

In Fig. 5 ist schematisch eine Abscheidevorrichtung veranschaulicht, bei welcher der mit dem Strahlapparat gemäß der Erfindung ausgestattete Zyklon 6 innerhalb der Staubkammer 2 angeordnet ist. Bei dieser Anordnungsweise entfällt das Verbindungsrohr 4 (Fig. 1), da der tangentiale Staubgaseinlaß 5 des Zyklons ebenfalls im Absetzraum der Staubkammer liegt.

Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Ejektors bei einem Zyklon der Wirkungsgrad, der bei abgeschaltetem Strahlapparat 97% betrug, auf 99% stieg beim Betrieb des Ejektors mit einer solchen Strahlgeschwindigkeit, daß im Staubaustragrohr eine abwärts gerichtete Gasströmung aus Spülgas und mitgerissenem Arbeitsgas eintrat. Das bedeutet eine Reduzierung der Feststoffverluste auf ein Drittel.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: _11Q

   i. Abscheidevorrichtung zur Rückgewinnung fester Schwebteilchen aus einem Gas oder Dampf mit einer als Vorrats- und Absetzraum für einen staub- oder pulverförmigen Feststoff dienenden Staubkammer und einem oberhalb oder innerhalb dieser Staubkammer in vertikaler Lage angeordneten Zyklon, dessen nach unten offenes axiales Staubaustragrohr über der Oberfläche des in nicht fluidisiertem Zustand abgelagerten Feststoffvorrates endet, wobei das Staubgas bzw. der Dampf zuerst durch die Staubkammer und anschließend durch den Zyklon strömt und dem Staubaustragrohr des Zyklons mittels eines koaxialen Strahlapparates ein zusätzlicher, abwärts gerichteter Gas- oder Dampfspülstrom zugeführt wird, dadurch ge-

   kennzeichnet, daß als Strahlapparat für den Spülaustrag des Zyklons (6) eine ejektorartig wirkende zentrale Strahldüse (io) mit einem engen Zuleitungsrohr (8) vorgesehen ist, die axial von oben in das Staubaustragrohr (7) hineinragt oder an dessen oberes Ende mit einem Abstand (^₁) in der Größe von mindestens dem halben und höchstens dem ganzen Durchmesser (d) des Staubaustragrohres heranreicht.
2. 2. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuleitungsrohr (8) zur Strahldüse (10) zentral im Zyklon (6) nach unten oder durch dessen Seitenwandung hindurchgeführt ist.
3. 3. Abscheidevorrichtung gemäß den Ansprüchen ι und 2, gekennzeichnet durch eine solche Einstellung der Strahlgeschwindigkeit des durch den Ejektor (8, 10) zugeführten zusätzlichen Gas- oder Dampfspülstromes, daß im Staubaustragrohr (7) des Zyklons (6) die Differenz zwischen dem statischen Gas- bzw. Dampfdruck in der Staubkammer (2) außerhalb des Zyklons und demjenigen im Kern des Zyklonwirbels mindestens ausgeglichen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 631 580;
   USA.-Patentschriften Nr. 1,591677, 2153026, 399 5O9·

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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