EP0142181A1 - Centrifugal separator - Google Patents

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EP0142181A1
EP0142181A1 EP84201282A EP84201282A EP0142181A1 EP 0142181 A1 EP0142181 A1 EP 0142181A1 EP 84201282 A EP84201282 A EP 84201282A EP 84201282 A EP84201282 A EP 84201282A EP 0142181 A1 EP0142181 A1 EP 0142181A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
supply line
gas supply
wall part
wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP84201282A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jochim Eschenburg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEA Group AG
Original Assignee
Metallgesellschaft AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Metallgesellschaft AG filed Critical Metallgesellschaft AG
Publication of EP0142181A1 publication Critical patent/EP0142181A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B04C3/04—Multiple arrangement thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B04C3/06—Construction of inlets or outlets to the vortex chamber

Definitions

  • the invention relates to a device for separating solid particles from a gas stream by means of centrifugal force and to the use of such devices in a system for multi-stage heat and / or mass transfer.
  • a generic device in which the gas stream moves downward in a helical separation zone and then upwards within the separation zone.
  • This device is characterized in that the gas feed line leads from the inside into an annular separation zone and has at least one passage channel for the gas flow in the area of the discharge zone.
  • the gas stream arriving vertically from below is first deflected horizontally / radially outwards, then tangentially, then downwards in a helical manner and finally inwards and upwards.
  • it is - at least according to the exemplary embodiments shown - divided into a plurality of sub-streams in order to achieve radially symmetrical separation ratios.
  • the object is to create a device of the generic type in which the flow losses are significantly reduced without the separation performance being impaired.
  • the gas supply line is closed at its upper end and has a channel in which a gas stream arriving vertically from below is deflected in a substantially horizontal and tangential direction to the gas line.
  • the proposed device has at least a 15% lower flow loss compared to conventional devices of this type. This is particularly advantageous if the devices according to claim 17 are used in a system for multi-stage heat and / or mass transfer. In these cases, due to the compact design, the heat losses due to radiation and better separation in the lower stages can be reduced by at least 10% and investment costs can be saved by 10 to 20%.
  • the separation efficiency is 85 to 95% and more, depending on the design.
  • the device according to the invention has the further advantage that it is structurally very simple, has no complicated components and does not force a division of the gas flow. Only with very large amounts of gas and correspondingly large cross sections of the gas supply line, it may be advisable to provide two channels for the gas outlet (Fig. 4).
  • the undivided gas flow has an advantageous effect not only during manufacture, but also during operation. Deposits of solid particles and wear on the device can be reduced to a minimum.
  • the device according to FIG. 1 consists of a vertically arranged, cylindrical housing 1, into which the gas supply line 2 projects from below and from which the gas outlet pipe 9 extends.
  • the gas feed line 2 is closed at its upper end and here has a channel 3 through which the gas stream arriving vertically from below is deflected in a horizontal direction tangential to the gas feed line 2, as indicated by arrows.
  • the channel 3 has a cylindrical vertical wall part 4, whose radius increases spirally in the direction of flow, as well as an upper and lower horizontal cover 6 and 7 between wall part 4 and gas supply line 2.
  • the wall 5 of the gas supply line 2 is completely or partially removed from the wall part 4.
  • the wall section 4 may extend from the beginning of the radial expansion over an angle of 150 to 300 0th Usually it will extend over an angle of 150 to 180 °.
  • the duct 3 can be designed in a particularly simple design if the wall part 4 is formed from the wall 5 of the gas feed line. The separated solid particles are discharged from the device via line 8.
  • the device according to the invention can be optimized for minimal flow loss or maximum separation performance by constructive modifications of the channel 3, depending on the application.
  • An improvement in the separation performance is achieved if the wall part 4 extends over an angle of 180 to 270 °, the wall 5 of the gas supply line 2 being only an angle of 150 to 180 ° away from the beginning of the radial expansion.
  • the operating data of the device according to the invention can be influenced in that the lower and upper horizontal cover either extends over the full length of the wall part 4 or that the lower cover extends only over part of the length of the wall part 4, for example over an angle extends from 150 to 180 °.
  • the free cross section of the cylindrical housing 1 is expediently 3 to 7 times as large as the free cross section of the gas feed line 2.
  • the outlet cross section of the channel 3 should be 0.6 to 1.2 times as large as the free cross section of the gas supply line.
  • a tapered veren is expediently gender outlet 11 provided between the cylindrical housing 1 and the upper gas outlet opening 10, a tapered veren is expediently gender outlet 11 provided between the cylindrical housing 1 and the upper gas outlet opening 10, a tapered veren is expediently gender outlet 11 provided between the cylindrical housing 1 and the upper gas outlet opening 10, a tapered veren is expediently gender outlet 11 provided between the cylindrical housing 1 and the upper gas outlet opening 10, a tapered veren is expediently gender outlet 11 provided.
  • the lower end of the housing 1 can be formed by an inclined flat wall 12, the angle of attack being based on the flow behavior of the solid particles.
  • the upper end 13 of the gas supply line 2 should be roof-shaped. Furthermore, it is advantageous if a deflection wall 14 is provided in the upper end of the gas supply line 2 in order to avoid eddies and thus flow losses.
  • the formation of the channel 3 gives the gas flow the swirl required to be able to separate the entrained solid particles by centrifugal force in the housing 1 towards the wall, from where they then sink under the influence of gravity, while the gas flow initially helical, then spiraling tapering path leaves the housing through the gas outlet opening 10. It is important that the gas flow does not receive any vertically downward movement component due to the constructive design of the channel 3, as a result of which the degree of flow deflection is restricted to the absolute minimum and the risk of absorption of already separated solid particles is excluded.
  • the gas flow described enables the desired high separation performance with the lowest possible flow losses.
  • FIG. 3 schematically shows the use of three devices according to the invention in a system for multi-stage heat and / or mass exchange between a gas stream and a stream of solid particles.
  • the gas outlet pipes of the respective lower device 15b, c are formed coaxially into the gas supply lines of the respective upper devices 15a, b and are provided below the devices 15a to c inlets 16a to c for introducing the solid particles into the gas supply lines 2.
  • the solid particles are introduced into the gas flow for the first time, while the inlets 16b and c are connected by a pipeline to the solid outlets of the devices 15a and b arranged above them.
  • the gas stream substantially freed from the solid particles leaves the plant through the gas outlet pipe of the uppermost device 15a, while the flow of solid particles is discharged from the solids outlet of the lowermost device 15c.
  • FIG. 4a and b show a device having two 18 ° 0 staggered Kanaälen 3 is shown. Otherwise, the construction and numbering correspond to FIG. 2a and b. This version is only suitable for very large gas flows and the correspondingly large diameter of the device.
  • the separators compared with one another both had a clear housing diameter of 0.45 m or a free cross section F 1 of 0.159 m 2.
  • the clear diameter of the gas feed line was 0.20 m
  • the free flow cross section F 2 was 0.0314 m 2 , which corresponds to a ratio F 1 to F 2 of just over 5.
  • the channel was formed at an angle of 200 ° from the beginning of the spiral expansion and had an upper and lower cover that was continuous over the entire area.
  • the selected embodiment achieved a separation area of at least 95%, which in the upper area even increased to close to 99%. Separation levels of approximately the same level are also achieved with the conventional cyclone, so that practically the same separation rates can be used as a basis for the curves shown in the diagram.
  • the diagram can also be seen that the device according to the invention with the same pressure loss of, for example, about 13 mbar instead of 20 with 36 m 3 / minute , can be operated with a throughput that is 30% higher.
  • the device according to the invention with the same pressure loss of, for example, about 13 mbar instead of 20 with 36 m 3 / minute , can be operated with a throughput that is 30% higher.

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Abstract

Zum Abscheiden von Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom mittels Fliehkraft wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bestehend im wesentlichen aus einem vertikal angeordneten zylindrischen Gehäuse mit einem koaxialen oberen Gasauslaßrohr, einer sich koaxial bis in das Gehäuse hinein erstreckenden unteren Gaszuleitung und einem seitlich unten am Gehäuse angeordneten Feststoffauslaß) der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Gaszuleitung 2 an ihrem oberen Ende geschlossen ist und einen Kanal 3 (oder höchstens zwei Kanäle) aufweist, in dem ein senkrecht von unten ankommender Gasstrom in eine im wesentlichen horizontale und zur Gaszuleitung 2 tangentiale Richtung gelenkt wird.For the separation of solid particles from a gas flow by means of centrifugal force, a device is proposed, consisting essentially of a vertically arranged cylindrical housing with a coaxial upper gas outlet pipe, a lower gas supply line extending coaxially into the housing and a solid outlet arranged laterally at the bottom of the housing) characterized in that the gas supply line 2 is closed at its upper end and has a channel 3 (or at most two channels) in which a gas stream arriving vertically from below is directed in a substantially horizontal direction and tangential to the gas supply line 2.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom mittels Fliehkraft sowie auf die Anwendung derartiger Vorrichtungen in einer Anlage zum mehrstufigen Wärme- und/oder Stoffaustausch.The invention relates to a device for separating solid particles from a gas stream by means of centrifugal force and to the use of such devices in a system for multi-stage heat and / or mass transfer.

Aus der CH-PS 411 536 ist eine gattungsmäßige Vorrichtung bekannt, bei der sich der Gasstrom in einer ringförmigen Trennzone schraubenförmig abwärts und danach innerhalb der Trennzone aufwärts bewegt. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuleitung im oberen Bereich von innen her in eine ringförmige Trennzone führt und mindestens einen Durchtrittskanal für den Gasstrom im Bereich der Abflußzone aufweist.From CH-PS 411 536 a generic device is known in which the gas stream moves downward in a helical separation zone and then upwards within the separation zone. This device is characterized in that the gas feed line leads from the inside into an annular separation zone and has at least one passage channel for the gas flow in the area of the discharge zone.

Bei dieser bekannten Vorrichtung wird der senkrecht von unten ankommende Gasstrom zuerst horizontal/radial nach außen, dann tangential, dann schraubenförmig abwärts und schließlich nach innen und oben umgelenkt. Außerdem wird er - jedenfalls nach den dargestellten Ausführungsbeispielen - in mehrere Teilströme aufgeteilt, um insoweit radial symmetrische Abscheideverhältnisse zu erreichen.In this known device, the gas stream arriving vertically from below is first deflected horizontally / radially outwards, then tangentially, then downwards in a helical manner and finally inwards and upwards. In addition, it is - at least according to the exemplary embodiments shown - divided into a plurality of sub-streams in order to achieve radially symmetrical separation ratios.

Diese Art der Gasführung ist nicht nur mit erheblichen Strömungsverlusten verbunden, sie ist auch hinsichtlich der Abscheideleistung nicht befriedigend, weil der Gasstrom im abwärts gerichteten Strömungsbereich parallel zur Bewegung der Feststoffpartikel verläuft, wodurch bereits abgeschiedene Partikel vom Gasstrom wieder erfaßt und aus der Vorrichtung abgeführt werden können.This type of gas flow is not only associated with considerable flow losses, it is also unsatisfactory with regard to the separation performance, because the gas flow in the downward flow region runs parallel to the movement of the solid particles, as a result of which particles which have already separated can be detected again by the gas flow and discharged from the device .

Es besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung gattungsmäßiger Art zu schaffen, bei der die Strömungsverluste deutlich verringert sind, ohne daß die Abscheideleistung beeinträchtigt wird.The object is to create a device of the generic type in which the flow losses are significantly reduced without the separation performance being impaired.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß bei der gattungsmäßigen Vorrichtung die Gaszuleitung an ihrem oberen Ende geschlossen ist und einen Kanal aufweist, in dem ein senkrecht von unten ankommender Gasstrom in eine im wesentlichen horizontale und zur Gasleitung tangentiale Richtung umgelenkt wird.To solve this problem it is proposed that in the generic device the gas supply line is closed at its upper end and has a channel in which a gas stream arriving vertically from below is deflected in a substantially horizontal and tangential direction to the gas line.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 16 beschrieben.Advantageous further developments of the inventive concept are described in subclaims 2 to 16.

Die vorgeschlagene Vorrichtung weist einen um wenigstens 15 % niedrigeren Strömungsverlust im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art auf. Dies wirkt sich insbesondere dann vorteilhaft aus, wenn die Vorrichtungen gemäß Anspruch 17 in einer Anlage zum mehrstufigen Wärme- und/oder Stoffaustausch verwendet werden. In diesen Fällen können wegen der kompakten Bauweise auch die Wärmeverluste durch Abstrahlung sowie bessere Abscheidung in den unteren Stufen um wenigstens 10 % gesenkt und Einsparungen bei den Investitionskosten von 10 bis 20 % erzielt werden. Die Abscheideleistung beträgt je nach konstruktiver Ausführung 85 bis 95 % und mehr.The proposed device has at least a 15% lower flow loss compared to conventional devices of this type. This is particularly advantageous if the devices according to claim 17 are used in a system for multi-stage heat and / or mass transfer. In these cases, due to the compact design, the heat losses due to radiation and better separation in the lower stages can be reduced by at least 10% and investment costs can be saved by 10 to 20%. The separation efficiency is 85 to 95% and more, depending on the design.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat weiter den Vorteil, daß sie konstruktiv sehr einfach ist, keine komplizierten Bauteile aufweist und keine Aufteilung des Gasstroms erzwingt. Nur bei sehr großen Gasmengen und entsprechend großen Querschnitten der Gaszuleitung kann es zweckmäßig sein, zwei Kanäle für den Gasaustritt vorzusehen (Fig.4). Die ungeteilte Gasführung wirkt sich nicht nur bei der Herstellung, sondern auch im Betrieb vorteilhaft aus. Ablagerungen von Feststoffpartikeln und Verschleiß der Vorrichtung können so auf ein Minimum reduziert werden.The device according to the invention has the further advantage that it is structurally very simple, has no complicated components and does not force a division of the gas flow. Only with very large amounts of gas and correspondingly large cross sections of the gas supply line, it may be advisable to provide two channels for the gas outlet (Fig. 4). The undivided gas flow has an advantageous effect not only during manufacture, but also during operation. Deposits of solid particles and wear on the device can be reduced to a minimum.

Weitere Einzelheiten werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

  • Figur 1 zeigt stark vereinfacht den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung in der Seitenansicht.
  • Figur 2a,b zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A in Figur 1 und einen Schnitt B-B in Figur 2a.
  • Figur 3 zeigt eine Anlage gemäß Anspruch 17 mit drei übereinander angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
  • Figur 4a,b zeigt stark vereinfacht den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit 2 Kanälen.
Further details are explained in more detail using the exemplary embodiments shown in the figures.
  • Figure 1 shows the basic structure of the device in a very simplified side view.
  • Figure 2a, b shows a section along the line AA in Figure 1 and a section BB in Figure 2a.
  • Figure 3 shows a system according to claim 17 with three superposed devices according to the invention.
  • Figure 4a, b shows the basic structure of the device with 2 channels in a highly simplified manner.

Die Vorrichtung gemäß Figur 1 besteht aus einem vertikal angeordneten, zylindrischen Gehäuse 1, in das von unten die Gaszuleitung 2 hineinragt und von dem oben das Gasauslaßrohr 9 abgeht. Die Gaszuleitung 2 ist an ihrem oberen Ende geschlossen und weist hier einen Kanal 3 auf, durch den der senkrecht von unten ankommende Gasstrom in eine horizontale, zur Gaszuleitung 2 tangentiale Richtung umgelenkt wird, wie durch Pfeile angedeutet. Der Kanal 3 weist hierzu einen zylindrischen vertikalen Wandungsteil 4 auf, dessen Radius in Strömungsrichtung spiralförmig zunimmt, sowie je eine obere und untere horizontale Abdeckung 6 und 7 zwischen Wandungsteil 4 und Gaszuleitung 2. Die Wandung 5 der Gaszuleitung 2 ist gegenüber dem Wandungsteil 4 ganz oder teilweise entfernt. Der Wandungsteil 4 kann sich ab Beginn der radialen Erweiterung über einen Winkel von 150 bis 3000 erstrecken. Üblicherweise wird er sich über einen Winkel von 150 bis 180° erstrecken. Konstruktiv besonders einfach kann der Kanal 3 gestaltet werden, wenn das Wandungsteil 4 aus der Wand 5 der Gaszuleitung gebildet ist. Über die Leitung 8 werden die abgeschiedenen Feststoffpartikel aus der Vorrichtung abgeführt.The device according to FIG. 1 consists of a vertically arranged, cylindrical housing 1, into which the gas supply line 2 projects from below and from which the gas outlet pipe 9 extends. The gas feed line 2 is closed at its upper end and here has a channel 3 through which the gas stream arriving vertically from below is deflected in a horizontal direction tangential to the gas feed line 2, as indicated by arrows. For this purpose, the channel 3 has a cylindrical vertical wall part 4, whose radius increases spirally in the direction of flow, as well as an upper and lower horizontal cover 6 and 7 between wall part 4 and gas supply line 2. The wall 5 of the gas supply line 2 is completely or partially removed from the wall part 4. The wall section 4 may extend from the beginning of the radial expansion over an angle of 150 to 300 0th Usually it will extend over an angle of 150 to 180 °. The duct 3 can be designed in a particularly simple design if the wall part 4 is formed from the wall 5 of the gas feed line. The separated solid particles are discharged from the device via line 8.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch konstruktive Abwandlungen des Kanals 3 je nach Anwendungszweck auf minimalen Strömungsverlust oder maximale Abscheideleistung optimiert werden. Eine Verbesserung der Abscheideleistung wird erreicht, wenn der Wandungsteil 4 sich über einen Winkel von 180 bis 270° erstreckt, wobei die Wandung 5 der Gaszuleitung 2 ab Beginn der radialen Erweiterung nur über einen Winkel von 150 bis 180° entfernt ist. Außerdem können die Betriebsdaten der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch beeinflußt werden, daß sich die untere und obere horizontale Abdeckung entweder über die volle Länge des Wandungsteils 4 erstreckt oder aber, daß sich die untere Abdeckung nur über einen Teil der Länge des Wandungsteils 4, beispielsweise über einen Winkel von 150 bis 180° erstreckt. Der freie Querschnitt des zylindrischen Gehäuses 1 wird zweckmäßigerweise 3 bis 7 mal so groß wie der freie Querschnitt der Gaszuleitung 2 ausgebildet. Der Austrittsquerschnitt des Kanals 3 soll 0,6 bis 1,2 mal so groß wie der freie Querschnitt der Gaszuleitung sein.The device according to the invention can be optimized for minimal flow loss or maximum separation performance by constructive modifications of the channel 3, depending on the application. An improvement in the separation performance is achieved if the wall part 4 extends over an angle of 180 to 270 °, the wall 5 of the gas supply line 2 being only an angle of 150 to 180 ° away from the beginning of the radial expansion. In addition, the operating data of the device according to the invention can be influenced in that the lower and upper horizontal cover either extends over the full length of the wall part 4 or that the lower cover extends only over part of the length of the wall part 4, for example over an angle extends from 150 to 180 °. The free cross section of the cylindrical housing 1 is expediently 3 to 7 times as large as the free cross section of the gas feed line 2. The outlet cross section of the channel 3 should be 0.6 to 1.2 times as large as the free cross section of the gas supply line.

Zwischen zylindrischem Gehäuse 1 und oberer Gasaustrittsöffnung 10 wird zweckmäßigerweise ein sich konisch verengender Austrittsstutzen 11 vorgesehen. Der untere Abschluß des Gehäuses 1 kann durch eine schräg gestellte ebene Wand 12 gebildet sein, wobei sich der Anstellwinkel nach dem Fließverhalten der Feststoffpartikel richtet. Zur Vermeidung von Ablagerungen sollte der obere Abschluß 13 der Gaszuleitung 2 dachförmig ausgebildet sein. Ferner ist es vorteilhaft, wenn im oberen Ende der Gaszuleitung 2 eine Umlenkwand 14 vorgesehen wird, um Wirbelbildung und damit Strömungsverluste zu vermeiden.Between the cylindrical housing 1 and the upper gas outlet opening 10, a tapered veren is expediently gender outlet 11 provided. The lower end of the housing 1 can be formed by an inclined flat wall 12, the angle of attack being based on the flow behavior of the solid particles. To avoid deposits, the upper end 13 of the gas supply line 2 should be roof-shaped. Furthermore, it is advantageous if a deflection wall 14 is provided in the upper end of the gas supply line 2 in order to avoid eddies and thus flow losses.

Durch die Ausbildung des Kanals 3 erhält der Gasstrom den erforderlichen Drall, um die mitgeführten Feststoffpartikel mittels Fliehkraft im Gehäuse 1 nach außen in Richtung Wand abscheiden zu können, von wo aus sie dann unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten sinken, während der Gasstrom auf zunächst schraubenförmiger, sich dann spiralförmig verjüngender Bahn ansteigend das Gehäuse durch die Gasauslaßöffnung 10 verläßt. Wichtig ist, daß der Gasstrom durch die konstruktive Ausbildung des Kanals 3 keine vertikal abwärts gerichtete Bewegungskomponente erhält, wodurch das Maß der Strömungsumlenkung auf das absolute Minimum beschränkt und die Gefahr der Aufnahme bereits abgeschiedener Feststoffpartikel ausgeschlossen wird. Die geschilderte Gasführung ermöglicht die angestrebte hohe Abscheideleistung bei geringstmöglichen Strömungsverlusten.The formation of the channel 3 gives the gas flow the swirl required to be able to separate the entrained solid particles by centrifugal force in the housing 1 towards the wall, from where they then sink under the influence of gravity, while the gas flow initially helical, then spiraling tapering path leaves the housing through the gas outlet opening 10. It is important that the gas flow does not receive any vertically downward movement component due to the constructive design of the channel 3, as a result of which the degree of flow deflection is restricted to the absolute minimum and the risk of absorption of already separated solid particles is excluded. The gas flow described enables the desired high separation performance with the lowest possible flow losses.

Aus Figur 2a und b wird deutlich, wie der Kanal 3 im wesentlichen durch den sich spiralförmig erweiternden Wandungsteil 4 gebildet wird.It is clear from FIGS. 2a and b how the channel 3 is essentially formed by the spirally widening wall part 4.

Bei den für derartige Vorrichtungen üblichen, sogenannten Leerlaufversuchen, d.h. bei einem Betrieb mit unterschiedlichem Gasdurchsatz ohne Feststoffbeladung wurde festgestellt, daß der Druckverlust bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung um bis zu 40 % niedriger ist als bei herkömmlichen Vorrichtungen, wobei erfahrungsgemäß Verbesserungen gleicher Größenordnung auch in der Praxis erzielt werden. Verständlicherweise war man schon immer bemüht, die Abscheideleistung bei sogenannten Fliehkraftabscheidern (oder Zyklonen) mit geringstmöglichem Druckverlust zu erreichen, wobei man jedoch schon seit langem keine nennenswerten Verbesserungen mehr erzielen konnte, die auch wirtschaftlich vertretbar waren. Es war nicht vorauszusehen, daß man mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, gleichzeitig eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich der Strömungsverluste ohne Beeinträchtigung der Abscheideleistung erzielen und außerdem die Vorrichtung konstruktiv vereinfachen und in der Herstellung verbilligen konnte.In the so-called idle tests customary for such devices, that is to say when operating with different gas throughput without solids loading, it was found that the pressure loss in a device according to the invention is up to 40% lower than in conventional devices, and experience has shown improvements the same order of magnitude can also be achieved in practice. Understandably, efforts have always been made to achieve the separation performance with so-called centrifugal separators (or cyclones) with the lowest possible pressure loss, although it has long been impossible to achieve any noteworthy improvements that were also economically justifiable. It was not foreseeable that a device according to the invention could at the same time achieve a considerable improvement in terms of flow losses without impairing the separating performance, and could also simplify the device in terms of construction and make it less expensive to manufacture.

Figur 3 zeigt schematisch die Anwendung von drei erfindungsgemäßen Vorrichtungen in einer Anlage zum mehrstufigen Wärme- und/oder Stoffaustausch zwischen einem Gasstrom und einem Strom von Feststoffpartikeln. Dabei sind die Gasauslaßrohre der jeweils unteren Vorrichtung 15b,c koaxial in die Gaszuleitungen der jeweils oberen Vorrichtungen 15a,b übergehend ausgebildet und jeweils unterhalb der Vorrichtungen 15a bis c Einlässe 16a bis c zum Einbringen der Feststoffpartikel in die Gaszuleitungen 2 vorgesehen. In den obersten Einlaß 16a werden die Feststoffpartikel erstmalig in den Gasstrom eingebracht, während die Einlässe 16b und c mit den Feststoffauslässen der darüber angeordneten Vorrichtungen 15a und b durch eine Rohrleitung verbunden sind. Der von den Feststoffpartikeln im wesentlichen befreite Gasstrom verläßt die Anlage durch das Gasauslaßrohr der obersten Vorrichtung 15a, während der Strom von Feststoffpartikeln aus dem Feststoffauslaß der untersten Vorrichtung 15c abgeführt wird.FIG. 3 schematically shows the use of three devices according to the invention in a system for multi-stage heat and / or mass exchange between a gas stream and a stream of solid particles. The gas outlet pipes of the respective lower device 15b, c are formed coaxially into the gas supply lines of the respective upper devices 15a, b and are provided below the devices 15a to c inlets 16a to c for introducing the solid particles into the gas supply lines 2. In the uppermost inlet 16a, the solid particles are introduced into the gas flow for the first time, while the inlets 16b and c are connected by a pipeline to the solid outlets of the devices 15a and b arranged above them. The gas stream substantially freed from the solid particles leaves the plant through the gas outlet pipe of the uppermost device 15a, while the flow of solid particles is discharged from the solids outlet of the lowermost device 15c.

In Figur 4a und b ist eine Vorrichtung mit zwei um 180° versetzt angeordneten Kanaälen 3 dargestellt. Im übrigen entspricht die Konstruktion und Bezifferung der Figur 2a und b. Diese Ausführung kommt nur für sehr große Gasströme und dem entsprechend große Durchmesser der Vorrichtung in Betracht.In figure 4a and b show a device having two 18 ° 0 staggered Kanaälen 3 is shown. Otherwise, the construction and numbering correspond to FIG. 2a and b. This version is only suitable for very large gas flows and the correspondingly large diameter of the device.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich augenfällig auch aus dem beigefügten Diagramm, in dem der Druckverlust über dem Gasdurchsatz aufgetragen ist, und zwar für einen herkömmlichen Zyklon mit oberem, tangentialen Gaseintritt und Tauchrohr (Kurve 1) und für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung (Kurve 2).The advantages of the device according to the invention are also evident from the attached diagram, in which the pressure loss is plotted against the gas throughput, for a conventional cyclone with an upper, tangential gas inlet and dip tube (curve 1) and for a device according to the invention (curve 2).

Die miteinander verglichenen Abscheider hatten beide einen lichten Gehäusedurchmesser von 0,45 m bzw. einen freien Querschnitt F1 von 0,159 m2. Bei herkömmlichen Zyklonen nimmt man im allgemeinen an, daß etwa 75 % des Druckverlustes durch das Tauchrohr verursacht werden, 10 % auf den Eintrittsbereich entfallen und sich der Rest auf Wandreibung und sonstige Verlustquellen verteilt. Bei der konstruktiv ganz anders gestalteten Vorrichtung gemäß der Erfindung, liegt eine Abschätzung der Aufteilung der Druckverluste noch nicht vor. Bei der durchgemessenen Vorrichtung betrug der lichte Durchmesser der Gaszuleitung 0,20 m, der freie Strömungsquerschnitt F2 also 0,0314 m2, was einem Verhältnis F1 zu F2 von knapp über 5 entspricht.The separators compared with one another both had a clear housing diameter of 0.45 m or a free cross section F 1 of 0.159 m 2. In conventional cyclones, it is generally assumed that about 75% of the pressure loss is caused by the dip tube, 10% the entrance area is omitted and the rest is divided between wall friction and other sources of loss. In the structurally completely different device according to the invention, an estimate of the distribution of the pressure losses is not yet available. In the device measured, the clear diameter of the gas feed line was 0.20 m, the free flow cross section F 2 was 0.0314 m 2 , which corresponds to a ratio F 1 to F 2 of just over 5.

Der Kanal war über einen Winkel von 200° von Beginn der spiralförmigen Erweiterung an ausgebildet und hatte eine über den gesamten Bereich durchgehende obere und untere Abdeckung. Die Wand der Gaszuleitung war über einen Winkel von 155° entfernt; es bestand also über 200 - 155 = 45° ein am gesamten Umfang geschlossener Kanal, dessen freier Querschnitt etwa dem Querschnitt der Gaszuleitung entsprach.The channel was formed at an angle of 200 ° from the beginning of the spiral expansion and had an upper and lower cover that was continuous over the entire area. The wall of the gas supply line was at an angle of 155 °; So there was over 200 - 155 = 45 ° a channel closed on the entire circumference, the free cross section of which corresponded approximately to the cross section of the gas supply line.

Die Versuche wurden mit einer Beaufschlagung mit 0,9 bis 1 Kg Zementrohmehl pro Kg durchgesetztes Gasgewicht und mit den aus dem Diagramm ersichtlichen Durchsatzvolumina gefahren.The tests were carried out with 0.9 to 1 kg of raw cement meal per kg of gas weight and with the throughput volumes shown in the diagram.

Die Werte für den herkömmlichen Zyklon liegen in der doppelt logarythmischen Darstellung auf einer wesentlich steileren Geraden 1 als die Werte der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf der Geraden 2. Im unteren, für die gewählten Apparategrößen uninteressanten Durchsatzbereich zeigt die Kurve 1 etwas geringere Druckverluste an. In diesem, vom Auslegungspunkt weit abliegenden Bereich, ist aber auch die Abscheideleistung eines normalen Zyklons bekanntlich deutlich schlechter, so daß er schon aus diesem Grund für den Vergleich unberücksichtigt bleiben kann. Im Bereich von etwa 13 bis 16 m3/Minute, innerhalb dessen für beide Apparate der Betriebspunkt liegt, steigt die Kurve 2 nicht nur deutlich flacher an, sie weist auch mit steigendem Durchsatz zunehmend niedrigere Druckverluste im Vergleich zu Kurve l aus. Bemerkenswert ist, daß in diesem Bereich mit der gewählten Ausführungsform ein Abscheidebereich von mindestens 95 % erreicht wurde, der im oberen Bereich sogar bis nahe 99 % anstieg. Etwa gleich gute Abscheidegrade werden auch mit dem herkömmlichen Zyklon erreicht, so daß für die im Diagramm dargestelllten Kurven praktisch gleiche Abscheideleistungen zugrundegelegt werden können.In the double logarithmic representation, the values for the conventional cyclone lie on a much steeper straight line 1 than the values of the device according to the invention on straight line 2. In the lower throughput range, which is uninteresting for the selected apparatus sizes, curve 1 shows somewhat lower pressure losses. In this area, which is far from the design point, the separation performance of a normal cyclone is known to be significantly poorer, so that for this reason alone it can be disregarded for the comparison. In the range of about 13 to 16 m 3 / minute, within which the operating point for both devices is, curve 2 not only rises significantly flatter, it also shows increasingly lower pressure losses compared to curve 1 with increasing throughput. It is noteworthy that in this area the selected embodiment achieved a separation area of at least 95%, which in the upper area even increased to close to 99%. Separation levels of approximately the same level are also achieved with the conventional cyclone, so that practically the same separation rates can be used as a basis for the curves shown in the diagram.

Neben dem bei z.B. 20 m3 pro Minute deutlich niedrigeren Verlust von 8,5 gegenüber 13,5 mbar, kann man dem Diagramm auch entnehmen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung bei gleichem Druckverlust von z.B. etwa 13 mbar statt mit 20 mit 36 m3/Minute, also mit einem um 30 % höherem Durchsatz betrieben werden kann. Umgekehrt folgt daraus, daß für einen gegebenen Durchsatz kleinere Baugrößen im Vergleich zu den bekannten Zyklonen gewählt werden können. Dies wird insbesondere dort von Bedeutung sein, wo man wegen der bekannten Obergrenze für den Gehäusedurchmesser von Zyklonen bei größeren Anlagen auf zweisträngige Vorrichtungen gemäß Anspruch 17 übergehen muß. Die davon abhängige Obergrenze für den Durchsatz ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens 30 % nach oben verschoben. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß sich daraus erhebliche Einsparmöglichkeiten bei den Investitionskosten ergeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet also sowohl bei den Betriebskosten als auch bei den Investitionskosten nennenswerte Vorteile gegenüber herkömmlichen Zyklonen.In addition to the loss of 8.5 compared to 13.5 mbar, which is significantly lower at, for example, 20 m 3 per minute, the diagram can also be seen that the device according to the invention with the same pressure loss of, for example, about 13 mbar instead of 20 with 36 m 3 / minute , can be operated with a throughput that is 30% higher. Conversely, it follows that for a given throughput smaller sizes in Ver can be selected for the known cyclones. This will be of particular importance where, due to the known upper limit for the housing diameter of cyclones in larger systems, it is necessary to switch to double-strand devices. The upper limit for the throughput that is dependent on this is shifted upwards by at least 30% in the device according to the invention. It is readily apparent that this offers considerable savings in investment costs. The device according to the invention thus offers notable advantages over conventional cyclones in terms of both operating costs and investment costs.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom mittels Fliehkraft, bestehend im wesentlichen aus einem vertikal angeordneten, zylindrischen Gehäuse mit einem koaxialen oberen Gasauslaßrohr, einer sich koaxial bis in das Gehäuse hinein erstreckenden unteren Gaszuleitung und einem seitlich unten am Gehäuse angeordneten Feststoffauslaß, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuleitung (2) an ihrem oberen Ende geschlossen ist und einen Kanal (3) (oder höchstens zwei Kanäle) aufweist, in dem ein senkrecht von unten ankommender Gasstrom in eine im wesentlichen horizontale und zur Gaszuleitung (2) tangentiale Richtung umgelenkt wird.1. Device for separating solid particles from a gas stream by centrifugal force, consisting essentially of a vertically arranged, cylindrical housing with a coaxial upper gas outlet pipe, a lower gas supply line extending coaxially into the housing and a solid outlet arranged laterally at the bottom of the housing, thereby characterized in that the gas supply line (2) is closed at its upper end and has a channel (3) (or at most two channels) in which a gas stream arriving vertically from below is deflected in a direction substantially horizontal and tangential to the gas supply line (2) becomes. 2. Vorrichtung nach Anspruchm 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (3) von einem zylindrischen vertikalen Wandungsteil (4) mit in Strömungsrichtung spiralförmig zunehmendem Radius und je einer oberen und unteren horizontalen Abdeckung (6,7) zwischen Wandungsteil (4) und Gaszuleitung (2) begrenzt ist und daß die Wandung (5) der Gaszuleitung (2) gegenüber dem Wandungsteil (4) ganz oder teilweise entfernt ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the channel (3) of a cylindrical vertical wall part (4) with a spiral increasing in the flow direction and a respective upper and lower horizontal cover (6,7) between the wall part (4) and gas supply line (2) is limited and that the wall (5) of the gas feed line (2) with respect to the wall part (4) is completely or partially removed. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wandungsteil (4) ab Beginn der radialen Erweiterung über einen Winkel von 150 bis 300° erstreckt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the wall part (4) extends from the beginning of the radial expansion over an angle of 150 to 300 °. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wandungsteil (4) über einen Winkel von 150 bis 180° erstreckt.4. The device according to claim 3, characterized in that the wall part (4) extends over an angle of 150 to 180 °. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandungsteil (4) aus der Wand (5) der Gaszuleitung (2) gebildet ist.5. The device according to claim 4, characterized in that the wall part (4) from the wall (5) of the gas supply line (2) is formed. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wandungsteil (4) über einen Winkel von 180 bis 270° erstreckt und daß die Wandung (5) der Gaszuleitung (2) ab Beginn der radialen Erweiterung über einen Winkel von 150 bis 180° entfernt ist.6. The device according to claim 3, characterized in that the wall part (4) extends over an angle of 180 to 270 ° and that the wall (5) of the gas supply line (2) from the beginning of the radial expansion over an angle of 150 to 180 ° is removed. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die untere und obere horizontale Abdeckung (6,7) über die volle Länge des Wandungsteils (4) erstreckt.7. Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the lower and upper horizontal cover (6,7) extends over the full length of the wall part (4). 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die untere Abdeckung (7) nicht bis zum Ende (8) des Wandungsteils (4) erstreckt.8. Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the lower cover (7) does not extend to the end (8) of the wall part (4). 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die untere Abdeckung (7) ab Beginn der radialen Erweiterung über einen Winkel von 150 bis 180° erstreckt.9. The device according to claim 8, characterized in that the lower cover (7) extends from the beginning of the radial expansion over an angle of 150 to 180 °. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des zylindrischen Gehäuses (1) 3 bis 7 mal so groß ist, wie der freie Querschnitt der Gaszuleitung (2).10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the free cross section of the cylindrical housing (1) is 3 to 7 times as large as the free cross section of the gas supply line (2). 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt des Kanals (3) 0,6 bis 1,2 mal so groß ist wie der freie Querschnitt der Gaszuleitung (2). 11 . Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the outlet cross section of the channel (3) is 0.6 to 1.2 times as large as the free cross section of the gas supply line (2). 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zylindrischem Gehäuse (1) und oberer Gasaustrittsöffnung (10) ein sich konisch verengender Austrittsstutzen (11) vorgesehen ist.12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that between the cylindrical housing (1) and the upper gas outlet opening (10) a conically narrowing outlet nozzle (11) is provided. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschluß des Gehäuses (1) durch eine schräg gestellte ebene Wand (12) gebildet ist.13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the lower end of the housing (1) is formed by an inclined flat wall (12). 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschluß (13) der Gaszuleitung (2) dachförmig ausgebildet ist.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the upper end (13) of the gas feed line (2) is roof-shaped. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche l bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Ende der Gaszuleitung (2) eine Umlenkwand (14) vorgesehen ist.15. Device according to one of claims l to 14, characterized in that a deflection wall (14) is provided in the upper end of the gas supply line (2). 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kanäle (3) um 1800 versetzt angeordnet sind (Fig. 4).16. The device according to one of claims 1 to 15, characterized in that two channels (3) are arranged offset by 180 0 (Fig. 4). 17. Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in einer Anlage zum mehrstufigen Wärme- und/oder Stoffaustausch zwischen einem Gasstrom und einem Strom von Feststoffpartikeln, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorrichtungen (15) übereinander angeordnet sind, daß zwischen den Vorrichtungen (15) die Gasauslaßrohre (16) der jeweils unteren Vorrichtung (15) koaxial in die Gaszuleitung (2) der jeweils oberen Vorrichtung übergehen, daß unterhalb der obersten Vorrichtung (15a) in der Gaszuleitung (2) ein Einlaß (16) zum Einbringen der Feststoffpartikel in den Gasstrom vorgesehen ist, daß der Feststoffauslaß (17) der obersten Vorrichtung (15a) mit dem Feststoffeinlaß der darunter angeordneten Vorrichtung (15b) verbunden ist und sofort, und daß der Gasstrom aus der obersten Vorrichtung (15a) - ggfs. zur Nachabscheidung - und der Strom von Feststoffpartikeln aus der untersten Vorrichtung (15c) aus der Anlage abgeführt wird.17. Use of the device according to one of claims 1 to 16 in a system for multi-stage heat and / or mass transfer between a gas stream and a stream of solid particles, characterized in that several devices (15) are arranged one above the other that between the devices ( 15) the gas outlet pipes (16) of the lower one Transfer the device (15) coaxially into the gas feed line (2) of the respective upper device so that an inlet (16) for introducing the solid particles into the gas stream is provided below the uppermost device (15a) in the gas flow so that the solid outlet ( 17) of the uppermost device (15a) is connected to the solids inlet of the device (15b) arranged underneath and immediately, and that the gas flow from the uppermost device (15a) - if necessary for post-separation - and the flow of solid particles from the lowest device ( 15c) is removed from the system.
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