EP3541534B1 - Sichter, mühle und verfahren zum sichten eines gas-feststoff-gemischs - Google Patents

Sichter, mühle und verfahren zum sichten eines gas-feststoff-gemischs Download PDF

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EP3541534B1
EP3541534B1 EP17793649.9A EP17793649A EP3541534B1 EP 3541534 B1 EP3541534 B1 EP 3541534B1 EP 17793649 A EP17793649 A EP 17793649A EP 3541534 B1 EP3541534 B1 EP 3541534B1
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EP
European Patent Office
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separator
guide vane
vane ring
volume flow
gas
Prior art date
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Active
Application number
EP17793649.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3541534A1 (de
Inventor
Joachim Galk
Thomas Mingers
Marc Giersemehl
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.)
Neumann & Esser Process Technology GmbH
Original Assignee
Neumann & Esser Process Technology GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Neumann & Esser Process Technology GmbH filed Critical Neumann & Esser Process Technology GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B7/00—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents
    • B07B7/08—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents using centrifugal force
    • B07B7/083—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents using centrifugal force generated by rotating vanes, discs, drums, or brushes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C23/00—Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group
    • B02C23/08—Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B11/00—Arrangement of accessories in apparatus for separating solids from solids using gas currents
    • B07B11/04—Control arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C15/00—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs
    • B02C2015/002—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs combined with a classifier

Definitions

  • the present invention relates to a classifier, a mill with a classifier and a method for classifying a gas-solid mixture.
  • Air sifting is generally understood to mean the separation of solids according to certain criteria such as mass density or particle size.
  • Air sifting is a group of sifting processes in which a gas flow, the so-called sifting air, is used to achieve this separation.
  • the operating principle is based on the fact that fine or small particles are more strongly influenced and carried away by the gas flow than coarse or large particles.
  • Air classifiers are used, for example, to classify coal dust or other grist from a mill.
  • the aim here is, after the grinding process, to separate particles that have been ground sufficiently small and particles that have to be ground further. These two groups of particles are also referred to as fine and coarse material.
  • a sifter can also be used for the separation or classification of solids of other origins.
  • An essential differentiating criterion is the way in which the solids to be separated, the feed material and the sifting air are introduced into the sifter. In this way, solids and classifying air can either be introduced separately or together.
  • a wind sifter in which solids and air are brought in together, is from the US 2010/0236458 A1 known.
  • the disclosed wind sifter is used for the sifting of coal dust.
  • the mixture of coal dust and classifying air is let into the classifier housing from below.
  • the inlet volume flow of the gas-solid mixture flows completely from the outside into the interior of a guide vane ring.
  • the guide vane ring has a plurality of deflection elements, between which the mixture flows.
  • the deflection elements are tilted by 50 to 70 ° relative to the horizontal and are fixed.
  • a sifter wheel is located inside the guide vane ring.
  • the classifier wheel is driven in rotation and has a plurality of lamellae which run essentially vertically.
  • the guide vanes of the guide vane ring are arranged vertically, for example in FIG WO 2014/124899 A1 .
  • the guide vanes provided there can be straight or curved.
  • Similar air separators are also from the publications EP 1 239 966 B1 , EP 2 659 988 A1 , DE 44 23 815 C2 and EP 1 153 661 A1 known. In case of EP 2 659 988 A1 the slats are adjustable. In the EP 1 153 661 A1 Both vertical and horizontal lamellae are used, which should lead to an overall equalization of the flow.
  • the mixture of feed material and classifying air flows completely through the guide vane ring and largely homogeneously through the classifier. This is why there are more and more errors in sightings, in which fine material particles in particular end up in the coarse material.
  • the WO 2014/124899 A1 tries to solve this problem with internals.
  • the internals can be arranged in the area between the guide vane ring and the classifier wheel, which is also referred to as the classifying zone.
  • the aim of the internals is to counteract a homogeneous flow and thus to swirl the feed material.
  • built-in components lead to a reduction in the efficiency of the classifier due to the additional resistance, which in particular manifests itself externally in a higher power requirement or a lower throughput of the classifier.
  • EP-A2-0204412 discloses a classifier according to the preamble of claim 1, as well as a method for classifying a gas-solid mixture.
  • the object of the invention is to improve the selectivity of classifiers in which the feed material and classifying air are introduced together.
  • the classifier according to the invention has a classifier housing in which a classifier wheel and a guide vane ring are arranged.
  • the classifier wheel has an X axis of rotation. In the radial direction R perpendicular to the axis of rotation X, an annular space is provided between the guide vane ring and the classifier housing and a viewing zone is provided between the guide vane ring and the classifier wheel.
  • the sifter is characterized in that there is a circumferential annular gap in the vertical direction between the guide vane ring and a cover.
  • the axis of rotation X preferably runs in the vertical direction.
  • the annular gap connects the annular space with the viewing zone.
  • the annular gap has the advantage that the inlet volume flow can be divided.
  • a first partial volume flow reaches the viewing zone from above via the annular gap, a second partial volume flow flows through the guide vane ring into the viewing zone.
  • the two partial volume flows meet in the viewing zone, which leads to turbulence and thus to improved viewing. In this way, the selectivity of the sifting can be improved.
  • the annular gap advantageously has a height HR.
  • the guide vane ring and / or the cover can be moved in the direction of the axis of rotation X, so that the height HR of the annular gap can be adjusted. In this way, the amount of the first partial volume flow can be adjusted. The ratio between the first and second partial flow can thus also be varied.
  • the height HR is preferably between 50 mm and 1000 mm, particularly preferably between 200 mm and 1000 mm.
  • the cover can be a housing cover or a classifier cover or a built-in part in the cover area of the classifier.
  • the housing cover is part of the classifier housing and closes the classifier housing at an upper end.
  • the housing cover is stationary while the classifier is in operation.
  • the housing cover can be curved upwards, which favors the deflection of the first partial volume flow into the viewing zone.
  • the classifier cover is preferably connected to the classifier wheel so that it rotates with the classifier wheel.
  • the sifter cover is advantageously only an annular disk.
  • the classifier cover is preferably arranged flush with an upper edge of the classifier wheel.
  • An annular gap between the guide vane ring and the separator cover has a positive effect on the homogeneity of the flow in the annular space. In this way, backwater in the annular space can be prevented or reduced.
  • the annular space advantageously tapers towards the top. As the gas-solid mixture flows through the guide vane ring, the volume flow is reduced upwards, so that it is advantageous to continuously reduce the cross-section of the annular space upwards in order to enable a uniform flow through the guide vane ring. This is achieved through the rejuvenation.
  • the annular space has a width B.
  • the width B can be constant or vary in the vertical direction.
  • the ratio between width B and height HR can be influenced.
  • the ratio B: HR is preferably between 0.2 and 5, particularly preferably between 0.5 and 2.
  • the mean value of the width B should be used to calculate the ratio.
  • the guide vane ring has a height HL.
  • the ratio HL: HR is advantageously between 0.5 and 10, in particular between 2 and 5. In this way, sufficient feed material reaches the viewing zone both through the guide vane ring and through the annular gap.
  • the guide vane ring preferably has vertical guide vanes which are arranged distributed uniformly over the circumference of the guide vane ring. It has been shown that the quantities of the second partial volume flow can be set more simply and more precisely if the guide vane ring is equipped with additional deflection elements.
  • At least one deflecting element is arranged at least between two adjacent vertical guide vanes, which deflection element has at least one downward curvature and / or bevel.
  • the downward curvature and / or bevel enables the gas-solid mixture to be diverted in a controlled manner into the sifter's viewing zone.
  • a fold is understood to mean an angled straight section of the deflecting element.
  • At least one deflecting element is preferably arranged between each two adjacent vertical guide vanes.
  • a further advantage of these deflecting elements is that a horizontal and / or vertically downward movement component can be imparted to the flow of the gas-solid mixture already within the guide vane ring. This leads to an improved approach of the flow to the sifter wheel within the sifting zone, which in turn increases the separation accuracy of the sifter.
  • the deflection elements can either be identical or different. All deflecting elements are preferably identical within a sifter, which means that production costs can be reduced. Nevertheless, it can be advantageous to use differently designed deflection elements in a sifter in order to produce different effects at different points within the sifter.
  • deflecting element can also be used in other deflecting elements in one and the same embodiment of a classifier according to the invention and preferably in all deflecting elements of this embodiment.
  • At least one of the deflecting elements advantageously extends over the entire width between two adjacent guide vanes. In this way, areas within the guide vane ring in which an uncontrolled flow into the viewing zone could occur are avoided.
  • At least one of the deflection elements extends from the guide vane ring into the viewing zone and / or into the annular space.
  • annular space an extension into the annular space is advantageous, since in this case the gas-solid mixture already meets the deflecting elements in the annular space and is deflected.
  • At least one of the deflection elements has a changing radius of curvature in the radial direction R of the guide vane ring, at least in a partial section. At least one of the deflection elements preferably has a changing radius of curvature in the radial direction R over the entire length.
  • At least one of the deflection elements advantageously has a radially inner end with a first end section and / or a radially outer end with a second end section.
  • the terms radially inside and radially outside refer to the guide vane ring.
  • the guide vane ring preferably has a cylindrical basic shape.
  • the end sections can be configured in different ways, which will be explained in more detail below.
  • An end section preferably comprises less than 40%, in particular less than 20% of the total length of a deflecting element.
  • At least one of the end sections is straight.
  • a section is straight if it has no curvature.
  • This embodiment is particularly advantageous in the case of the first end section of the radially inner end.
  • the gas-solid mixture should flow in the direction of the classifier wheel and at the same time as homogeneously as possible.
  • the straight design of the first end section favors a homogeneous flow.
  • Straight end sections are preferably bevelled, i. H. angled and thus form folds.
  • At least one of the end sections is preferably arranged horizontally. It is particularly preferably the first end section of the radially inner end. This also serves to generate a homogeneous flow in the direction of the classifier wheel.
  • At least one of the second end sections or its tangential extension extends at an angle ⁇ to a horizontal H, where: ⁇ 20 °.
  • the second end sections are each arranged at an outer end of the deflecting elements. When used as intended, the gas-solid mixture reaches the deflection elements from below. It is therefore particularly advantageous if the second end sections are oriented downward at an angle ⁇ greater than or equal to 20 °. Particularly preferably, ⁇ 60 ° also applies.
  • a straight extension of an arcuate section that is tangential to the curvature at an end point of the section is referred to as a tangential extension.
  • the arcuate section is preferably viewed in cross section to determine the tangential extension.
  • the degree of deflection of the gas-solid mixture has an influence on the selectivity. If the deflection is too strong, turbulence or backwater can occur. Too little redirection remains ineffective.
  • the first end section of at least one of the deflection elements or its tangential The extension and the second end section of the same deflecting element or its tangential extension run at an angle ⁇ to one another, where: ⁇ 90 °.
  • ⁇ 120 ° applies.
  • ⁇ 160 ° particularly preferably applies.
  • the first end section can be advantageous to arrange the first end section at an angle greater than 0 ° to a horizontal H.
  • at least one of the first end sections or its tangential extension extends at an angle ⁇ to a horizontal H, where: ⁇ ⁇ 10 °.
  • the gas-solid mixture can be deflected downwards by the deflecting element and thus in the direction in which the coarse material is ultimately intended to arrive.
  • the angle ⁇ must not be chosen too large.
  • the angles are preferably below the same horizontal H.
  • the guide vane ring has at least one swirl breaker.
  • Swirl breakers prevent a flow in the circumferential direction of the guide vane ring and in this way homogenize the flow of the gas-solid mixture.
  • the object is also achieved with a mill which is combined with a classifier according to the invention.
  • the mill is preferably a pendulum mill or a roller mill.
  • the classifier is preferably integrated into the mill.
  • the inlet volume flow is advantageously divided by providing an annular gap between the guide vane ring and a cover.
  • the first partial volume flow Q1 is preferably introduced into the viewing zone from above.
  • the material of the first partial volume flow Q1 can flow through the entire viewing zone from top to bottom. In this way the probability is that the material is sifted, i.e. correctly separated into coarse and fine material, larger. This improves the selectivity.
  • the first partial volume flow Q1 or the second partial volume flow Q2 is advantageously introduced into the viewing zone essentially in the direction of the gravitational force F.
  • the inlet volume flow initially flows from the inlet into the annular space between the classifier housing and the guide vane ring.
  • the gas-solid mixture then flows completely through the guide vane ring. Because of the annular gap, the first partial volume flow Q1 flows past the guide vane ring and from above into the viewing zone.
  • the second partial volume flow Q2 of the gas-solid mixture flows through the guide vane ring into the viewing zone.
  • the first partial volume flow Q1 moves downwards through the viewing zone, also due to the force of gravity.
  • Another advantage of the division into two substreams Q1, Q2 is that the substreams Q1, Q2 mutually sift one another in the viewing zone. This self-sifting consists in a turbulence of the gas-solid mixture in the viewing zone. In this way, fine and coarse material are better separated from one another.
  • the ratio between the first partial volume flow Q1 and the second partial volume flow Q2 can be set. In advantageous developments it is provided that the ratio Q1: Q2 between the first partial volume flow and the second partial volume flow is between 20:80 and 80:20, in particular between 40:60 and 60:40.
  • the two partial volume flows Q1, Q2 are directed so that they meet in the viewing zone at a flow angle ⁇ , where: 45 ° ⁇ ⁇ 135 °, in particular 70 ° ⁇ ⁇ 110 ° .
  • the flow angle ⁇ can be adjusted more advantageously by means of the deflecting elements.
  • the classifier 10 has a classifier housing 20.
  • the separator housing 20 has an inlet 21 for a volume flow Q of a gas-solid mixture 100.
  • a sifter wheel 30 and a guide vane ring 50 are arranged in the sifter housing 20.
  • the classifier wheel 30 and the guide vane ring 50 have a common main axis, which is the axis of rotation X of the classifier wheel 30.
  • the axis of rotation X runs in the direction of the gravitational force F.
  • a radial direction R extends perpendicular to the axis of rotation X.
  • An annular space 26 is provided in the radial direction R between the guide vane ring 50 and the separator housing 20. The space between the classifier wheel 30 and the guide vane ring 50 forms the classifying zone 32.
  • the classifier wheel 30 is driven in rotation by a drive device 40, so that the classifier wheel 30 rotates about the axis of rotation X.
  • An annular gap 28 is arranged between the guide vane ring 50 and a housing cover 24.
  • the volume flow Q entering the annular space 26 from below is divided into two partial volume flows Q1 and Q2, the partial volume flow Q1 entering the viewing zone 32 from above via the annular gap 28.
  • the partial volume flow Q2 flows through the guide vane ring 50 and in this way reaches the viewing zone 32. Both partial volume flows Q1 and Q2 thus meet again in the viewing zone 32.
  • a first outlet 22 is arranged above the classifier wheel 30.
  • the first outlet 22 is connected to a suction device (not shown) which generates a negative pressure.
  • a suction device not shown
  • a first type of particle 101, the fine material is sucked off through the first outlet 22.
  • a funnel 25 is arranged below the classifier wheel 30.
  • the funnel 25 opens into a second outlet 23.
  • a second type of particle 102 the coarse material, is discharged through the second outlet 23.
  • the classifier wheel 30 rejects large particles 102. These large particles reach the funnel 25 and from there to the second outlet 23.
  • the separator housing 20 is closed at the upper end by a housing cover 24.
  • a mill 110 is shown, which is designed as a pendulum mill. Inside the housing 112, which is closed at the top with a mill cover 114 and at the bottom by means of a mill bottom 116, there is a grinding device 118 which has several grinding pendulums 120.
  • the classifier 10 is integrated into the mill housing above the grinding device 18.
  • the annular space 26 is located between the mill housing 112 and the guide vane ring 50.
  • the annular gap 28 is located between the guide vane ring 50 and the mill cover 114.
  • the classifier wheel 30 is arranged within the guide vane ring 50.
  • a viewing zone 32 is located between the separator wheel 30 and the guide vane ring 50.
  • the cylindrical separator housing 20 can also be designed to be conical. With such a conical sifter housing 20 '(shown in dashed lines) an upwardly tapering annular space 26 is formed.
  • a modification of the housing cover is also shown in dashed lines.
  • the housing cover 24 ' is curved upwards, which favors the deflection of the partial volume flow Q1.
  • the circumferential annular gap 28 is present in the vertical direction between the guide vane ring 50 and the housing cover 24.
  • the annular gap 28 has a height HR.
  • the annular space 26 has a width B. In the embodiment shown, the ratio B: HR is approximately 1.
  • the guide vane ring 50 has a height HL.
  • the HL: HR ratio is approximately 3.5.
  • the first outlet 22 is connected to the interior of the classifier wheel 30.
  • the guide vane ring 50 has a plurality of vertical guide vanes 54. Five deflection elements 53 are arranged between adjacent vertical guide vanes 54, each of which has a downward curvature.
  • An upper edge 34 of the separator wheel 30 is located above the upper edge 56 of the guide vane ring 50. More than 50% of the annular gap 28 is located completely above the upper edge 34 of the separator wheel 30 in the vertical direction.
  • the volume flow Q of the gas-solid mixture 100 flows from below into the annular space 26.
  • a first partial volume flow Q1 can flow through the annular gap 28. In this way, the first partial volume flow Q1 reaches the viewing zone 32 from above.
  • a second partial volume flow Q2 flows through the guide vane ring 50 into the viewing zone 32 and meets the first partial volume flow Q1 there.
  • the deflection elements 53 give the gas-solid mixture flowing through the guide vane ring 50 directed flow components towards the classifier wheel, which is indicated by the arrows shown.
  • the partial volume flows Q1, Q2 meet at an angle ⁇ (see enlarged Partial representation in Figure 3 ). In the embodiment shown, the angle ⁇ is approximately 45 °.
  • Q2 only indicates one possible flow path for a partial flow of the second partial volume flow Q2.
  • the second partial volume flow Q2 in its entirety designates the entire volume flow which flows from the annular space 26 through the guide vane ring 50 into the viewing zone 32.
  • Fine particles 101 pass from the sifting zone 32 into the interior of the sifter wheel 30 and are sucked off through the first outlet 22.
  • the Figure 4 shows a further embodiment of a sifter 10.
  • the sifter 10 has a sifter housing 20 with an inlet 21, a first outlet 22 and a second outlet 23.
  • a sifter wheel 30 and a guide vane ring 50 are arranged in the sifter housing 20.
  • the classifier wheel is driven in rotation.
  • the classifier wheel 30 has a classifier cover 36.
  • the sifter cover 36 has the shape of an annular disk. In the middle of the classifier cover 36 there is an opening 38. Material can flow through the opening 38 from the interior of the classifier wheel 30 to the first outlet 22.
  • the classifier cover 36 rotates with the classifier wheel 30. Between the classifier cover 36 and the guide vane ring 50, a circumferential annular gap 28 is provided in the vertical direction.
  • the guide vane ring 50 is equipped with a further embodiment of the deflecting elements 53, which have a bevel.
  • the deflecting elements 53 extend into the annular space 26.
  • the Figure 5 shows the guide vane ring 50 from Figure 3 in perspective view.
  • the Figure 6 shows the top view of the in Figure 5 guide vane ring 50 shown.
  • the guide vane ring 50 has a multiplicity of vertical guide vanes 54, with five deflecting elements 53 being arranged between each two adjacent guide vanes 54. Each deflection element 53 extends over the entire width between two vertical guide vanes 54. The deflection elements 53 are arranged equidistantly in the vertical direction.
  • the guide vane ring 50 On its outer circumferential surface, the guide vane ring 50, in contrast to the guide vane ring 50, has Figure 3 a plurality of swirl breakers 52.
  • the twist breakers 52 protrude into the annular space 26 and oppose a flow in the circumferential direction.
  • the twist breakers 52 have a rectangular basic shape and are made of sheet metal.
  • the swirl breakers 52 project in the radial direction R away from the guide vane ring 50 and extend over the entire height of the guide vane ring.
  • the deflection elements 53 have a downward curvature.
  • Each deflecting element 53 has a radially inner end 55 and a radially outer end 56. In the embodiment shown, the radially inner ends 55 do not protrude into the viewing zone 32.
  • a first end section 57 is arranged at the radially inner end 55 of each deflecting element 53 and a second end section 58 is arranged at the radially outer end 56 of each deflecting element 53. Both end sections 57, 58 are curved.
  • FIG. 8 to 14 various embodiments of a deflecting element 53 are shown.
  • the deflecting elements 53 each have a radially inner end 55 and a radially outer end 56.
  • the radially inner end 55 has a first end section 57 and the radially outer end 56 has a second end section 58.
  • the deflection elements 53 have a downward curvature (see Figures 8 to 12 ) or a downward edging (see Figures 13 and 14th ) on.
  • the deflecting elements 53 are arranged relative to an axis of rotation X of the classifier wheel (not shown here), the distance between the deflecting element 53 and the axis of rotation X being shown reduced for reasons of illustration.
  • the illustrated embodiments differ in particular in the design of the end sections 57, 58.
  • the end sections 57, 58 can both be curved (see FIG Figures 8 to 10 ) or both straight (see Figures 12 and 14th ), whereby straight and / or curved end sections can also be connected to one another via a curved central section.
  • the Figures 13 and 14th show deflection elements 53 with bevels.
  • each deflecting element 53 or its tangential extension is arranged at an angle ⁇ to a horizontal H.
  • the angle ⁇ is between 0 ° (see Figure 8 ) and approx. 28 ° (see e.g. Figure 12 ).
  • the horizontal H which corresponds to the radial direction R, forms a right angle with the axis of rotation X.
  • each deflecting element 53 or its tangential extension is arranged at an angle ⁇ to the horizontal H.
  • the angle ⁇ is between approx. 35 ° (see e.g. Figure 9 ) and approx. 65 ° (see Figure 8 ).
  • the first end section 57 and the second end section 58 of a deflecting element 53 or their tangential extensions form an angle ⁇ .
  • the angle ⁇ is between approx. 108 ° (see Figure 12 ) and approx. 153 ° (see Figure 10 ).
  • angles ⁇ , ⁇ and ⁇ result in a total of 180 °. With the exception of the angle ⁇ in Figure 10 all angles ⁇ , ⁇ , ⁇ are oriented downwards.
  • Figure 15 shows a diagram of cumulative distributions over particle sizes.
  • the distributions of two sightings, a first distribution V1 and a second distribution V2, are shown.
  • the first distribution V1 is characterized by points, the second distribution V2 by triangles.
  • a sifter without an annular gap was used for the first distribution V1.
  • the starting material is the same, the basic rule is that a steeper curve is to be assessed more positively than a less steep curve.
  • the desired result from a sighting is usually the fine material.
  • the fine material is removed and the coarse material is returned to the mill in order to again or to be further crushed.
  • Particles that actually belong in the fine material, but which end up in the coarse material cost additional time and energy, as they have to go through the mill cycle again.
  • Particles that actually belong in the coarse material, but which end up in the fine material are considerably more disruptive, as they have a direct negative impact on the quality of the end product (the fine material). Therefore, with the same starting material, a classification with less fines is positive.
  • the sum of the particles that are smaller than 2 ⁇ m is 0.344.
  • this proportion could be reduced by approx. 10% to 0.312.
  • the second distribution V2 is steeper and therefore advantageous.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sichter, eine Mühle mit einem Sichter und ein Verfahren zum Sichten eines Gas-Feststoff-Gemischs.
  • Unter Sichten wird im Allgemeinen die Trennung von Feststoffen nach bestimmten Kriterien wie Massendichte oder Partikelgröße verstanden. Das Windsichten ist eine Gruppe von Sichtverfahren, bei denen ein Gasstrom, die sogenannte Sichtluft, verwendet wird, um diese Trennung zu erreichen. Das Wirkprinzip beruht darauf, dass feine oder kleine Partikel von dem Gasstrom stärker beeinflusst und mitgerissen werden als grobe oder große Partikel.
  • Windsichter werden beispielsweise zur Klassierung von Kohlestaub oder anderem Mahlgut einer Mühle eingesetzt. Ziel hierbei ist es, nach dem Mahlvorgang Partikel, die ausreichend klein zermahlen wurden, und Partikel, die weiter zermahlen werden müssen, voneinander zu trennen. Diese beiden Partikelgruppen werden auch als Feingut und Grobgut bezeichnet. Grundsätzlich kann ein Sichter auch für die Trennung oder Klassierung von Feststoffen anderen Ursprungs eingesetzt werden.
  • Es gibt verschiedene Arten von Windsichtern. Ein wesentliches Unterscheidungskriterium ist die Art und Weise, wie der zu trennende Feststoff, das Aufgabegut, und die Sichtluft in den Sichter eingebracht werden. So können Feststoff und Sichtluft entweder voneinander getrennt oder gemeinsam eingebracht werden.
  • Ein Windsichter, bei dem Feststoff und Sichtluft gemeinsam eingebracht werden, ist aus der US 2010/0236458 A1 bekannt. Der offenbarte Windsichter wird für die Sichtung von Kohlestaub eingesetzt. Das Gemisch aus Kohlestaub und Sichtluft wird von unten in das Sichtergehäuse eingelassen. Der Einlassvolumenstrom des Gas-Feststoff-Gemischs strömt vollständig von außen in das Innere eines Leitschaufelkranzes. Der Leitschaufelkranz weist eine Mehrzahl von Umlenkelementen auf, zwischen denen das Gemisch hindurchströmt. Die Umlenkelemente sind gegenüber der Horizontalen um 50 bis 70° gekippt und fixiert. Im Inneren des Leitschaufelkranzes befindet sich ein Sichterrad. Das Sichterrad wird rotatorisch angetrieben und weist eine Mehrzahl von Lamellen auf, die im Wesentlichen vertikal verlaufen. Feine Partikel können aufgrund der Strömung und trotz der Rotation des Sichterrades zwischen den Lamellen des Sichterrades hindurchtreten und werden anschließend nach oben abgesaugt. Grobe Partikel prallen gegen die Lamellen, werden auf diese Weise zurückgeworfen und fallen schließlich durch die Gravitation nach unten.
  • Bei anderen Windsichtern sind die Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes vertikal angeordnet, so beispielsweise in WO 2014/124899 A1 . Die dort vorgesehenen Leitschaufeln können gerade oder gebogen sein. Ähnliche Windsichter sind auch aus den Druckschriften EP 1 239 966 B1 , EP 2 659 988 A1 , DE 44 23 815 C2 und EP 1 153 661 A1 bekannt. Im Falle der EP 2 659 988 A1 sind die Lamellen justierbar. Bei der EP 1 153 661 A1 kommen sowohl vertikale als auch horizontale Lamellen zum Einsatz, was insgesamt zu einer Vergleichsmäßigung der Strömung führen soll.
  • Ein Nachteil von herkömmlichen Windsichtern, bei denen das Aufgabegut und die Sichtluft gemeinsam eingebracht werden, besteht in einer mangelhaften Trennung von Grob- und Feingut, auch Trennschärfe genannt. Windsichter mit anderen Wirkprinzipien, bei denen beispielsweise die Strömungsrichtung der Sichtluft quer zur Fallrichtung des Aufgabeguts ist, bewirken eine Verwirbelung des Aufgabeguts, wodurch eine bessere Trennung von Grob- und Feingut erfolgt. Bei den oben beschriebenen Windsichtern strömt das Gemisch aus Aufgabegut und Sichtluft vollständig durch den Leitschaufelkranz und weitestgehend homogen durch den Sichter. Deshalb kommt es vermehrt zu Fehlsichtungen, bei denen insbesondere Feingutpartikel im Grobgut landen.
  • Die WO 2014/124899 A1 versucht dieses Problem durch Einbauten zu lösen. Die Einbauten können in dem Bereich zwischen dem Leitschaufelkranz und dem Sichterrad, der auch als Sichtzone bezeichnet wird, angeordnet sein. Ziel der Einbauten ist es, einer homogenen Strömung entgegenzuwirken und somit das Aufgabegut zu verwirbeln. Einbauten führen durch den zusätzlichen Widerstand allerdings zu einer Effizienzminderung des Sichters, die sich insbesondere in einem höheren Leistungsbedarf oder einem niedrigeren Durchsatz des Sichters äußerl.
  • Das Dokument EP-A2-0204412 offenbart einen Sichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Sichten eines Gas-Feststoff-Gemischs.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Trennschärfe von Sichtern, bei denen Aufgabegut und Sichtluft gemeinsam eingebracht werden, zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Sichter gemäß Anspruch 1, durch eine Mühle gemäß Anspruch 10 sowie durch ein Verfahren zum Sichten gemäß Anspruch 11 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der erfindungsgemäße Sichter weist ein Sichtergehäuse auf, in dem ein Sichterrad und ein Leitschaufelkranz angeordnet sind. Das Sichterrad weist eine Drehachse X auf. In Radialrichtung R senkrecht zu der Drehachse X ist zwischen dem Leitschaufelkranz und dem Sichtergehäuse ein Ringraum und zwischen dem Leitschaufelkranz und dem Sichterrad eine Sichtzone vorgesehen.
  • Der Sichter ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Leitschaufelkranz und einem Deckel in vertikaler Richtung ein umlaufender Ringspalt vorhanden ist.
  • Die Drehachse X verläuft bevorzugt in vertikaler Richtung.
  • Gattungsgemäße Sichter sind im Allgemeinen stehend angeordnet. Daher werden nachfolgend mit "vertikal" Richtungen parallel zur Richtung der Gravitationskraft bezeichnet. Als "horizontal" werden dementsprechend Richtungen senkrecht zur Richtung der Gravitationskraft bezeichnet.
  • Der Ringspalt verbindet den Ringraum mit der Sichtzone.
  • Der Ringspalt hat den Vorteil, dass der Einlassvolumenstrom aufgeteilt werden kann. Ein erster Teilvolumenstrom gelangt über den Ringspalt von oben in die Sichtzone, ein zweiter Teilvolumenstrom strömt durch den Leitschaufelkranz in die Sichtzone. Die zwei Teilvolumenströme treffen in der Sichtzone aufeinander, was zu einer Verwirbelung und somit zu einer verbesserten Sichtung führt. Auf diese Weise kann die Trennschärfe der Sichtung verbessert werden.
  • Der Ringspalt weist vorteilhafterweise eine Höhe HR auf.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind der Leitschaufelkranz und/oder der Deckel in Richtung der Drehachse X bewegbar, sodass die Höhe HR des Ringspaltes einstellbar ist. Auf diese Weise kann die Menge des ersten Teilvolumenstroms eingestellt werden. Somit kann auch das Verhältnis zwischen erstem und zweitem Teilstrom variiert werden.
  • Bevorzugt beträgt die Höhe HR zwischen 50 mm und 1000 mm, besonders bevorzugt zwischen 200 mm und 1000 mm.
  • Bei dem Deckel kann es sich um einen Gehäusedeckel oder um einen Sichterdeckel oder um ein Einbauteil im Deckelbereich des Sichters handeln.
  • Der Gehäusedeckel ist Teil des Sichtergehäuses und schließt das Sichtergehäuse an einem oberen Ende ab. Der Gehäusedeckel ist während des Betriebs des Sichters ortsfest. Der Gehäusedeckel kann nach oben gewölbt sein, was die Umlenkung des ersten Teilvolumenstroms in die Sichtzone begünstigt.
  • Bevorzugt ist der Sichterdeckel mit dem Sichterrad verbunden, sodass er mit dem Sichterrad rotiert. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Sichterdeckel lediglich um eine Ringscheibe. Der Sichterdeckel ist bevorzugt bündig mit einem oberen Rand des Sichterrades angeordnet. Ein Ringspalt zwischen dem Leitschaufelkranz und dem Sichterdeckel wirkt sich positiv auf die Homogenität der Strömung in dem Ringraum aus. Auf diese Weise kann ein Rückstau in dem Ringraum verhindert oder reduziert werden.
  • Vorteilhafterweise verjüngt sich der Ringraum nach oben hin. Durch das Hindurchströmen des Gas-Feststoff-Gemischs durch den Leitschaufelkranz verringert sich der Volumenstrom nach oben, sodass es vorteilhaft ist, den Querschnitt des Ringraums nach oben hin stetig zu verringern, um ein gleichmäßiges Durchströmen des Leitschaufelkranzes zu ermöglichen. Dies wird durch die Verjüngung erreicht.
  • Der Ringraum weist eine Breite B auf. Die Breite B kann konstant sein oder in vertikaler Richtung variieren. Bei der Auslegung des Sichters kann das Verhältnis zwischen Breite B und Höhe HR beeinflusst werden. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis B:HR zwischen 0,2 und 5, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 2. Bei einer nicht-konstanten Breite B ist für die Berechnung des Verhältnisses der Mittelwert der Breite B heranzuziehen.
  • Der Leitschaufelkranz weist eine Höhe HL auf. Vorteilhafterweise beträgt das Verhältnis HL:HR zwischen 0,5 und 10, insbesondere zwischen 2 und 5. Auf diese Weise gelangt ausreichend Aufgabegut sowohl durch den Leitschaufelkranz als auch durch den Ringspalt in die Sichtzone.
  • Der Leitschaufelkranz weist vorzugsweise vertikale Leitschaufeln auf, die über den Umfang des Leitschaufelkranzes gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, dass die Mengen des zweiten Teilvolumenstroms einfacher und genauer eingestellt werden, wenn der Leitschaufelkranz mit zusätzlichen Umlenkelementen ausgestattet wird.
  • Vorzugsweise ist mindestens zwischen zwei benachbarten vertikalen Leitschaufeln zumindest ein Umlenkelement angeordnet ist, das mindestens eine nach unten weisende Krümmung und/oder Abkantung aufweist. Durch die nach unten weisende Krümmung und/oder Abkantung ist ein kontrolliertes Umleiten des Gas-Feststoff-Gemischs in die Sichtzone des Sichters möglich. Unter einer Abkantung wird ein abgewinkelter gerader Abschnitt des Umlenkelementes verstanden.
  • Vorzugsweise ist zwischen jeweils zwei benachbarten vertikalen Leitschaufeln zumindest ein Umlenkelement angeordnet.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Umlenkelemente besteht darin, dass bereits innerhalb des Leitschaufelkranzes der Strömung des Gas-Feststoffgemisches zusätzlich eine horizontale und/oder vertikal nach unten gerichtete Bewegungskomponente verliehen werden kann. Dies führt innerhalb der Sichtzone zu einer verbesserten Heranführung der Strömung an das Sichterrad, was wiederum die Trennschärfe des Sichters erhöht.
  • Wird in einem Sichter eine Mehrzahl von Umlenkelementen vorgesehen, so können die Umlenkelemente entweder identisch oder unterschiedlich sein. Bevorzugt sind alle Umlenkelemente innerhalb eines Sichters identisch, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden können. Dennoch kann es vorteilhaft sein, in einem Sichter unterschiedlich ausgeführte Umlenkelemente zu verwenden, um an verschiedenen Stellen innerhalb des Sichters unterschiedliche Effekte hervorzurufen.
  • Merkmale, die nachfolgend bezüglich eines Umlenkelements beschrieben werden, können auch bei anderen Umlenkelementen in ein- und derselben Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sichters und bevorzugt bei allen Umlenkelementen dieser Ausführungsform zur Anwendung kommen.
  • Vorteilhafterweise erstreckt sich zumindest eines der Umlenkelemente über die gesamte Breite zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln. Auf diese Weise werden Bereiche innerhalb des Leitschaufelkranzes, in denen es zu einem unkontrollierten Einströmen in die Sichtzone kommen könnte, vermieden.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass sich zumindest eines der Umlenkelemente von dem Leitschaufelkranz in die Sichtzone und/oder in den Ringraum erstreckt.
  • Insbesondere eine Erstreckung in den Ringraum ist vorteilhaft, da das Gas-Feststoff-Gemisch in diesem Fall bereits schon im Ringraum auf die Umlenkelemente trifft und umgelenkt wird.
  • Es wird dadurch möglich, sehr effektiv einen Teil des Gas-Feststoff-Gemischs für den zweiten Teilvolumenstrom abzuzweigen. Durch die Länge der in den Ringraum vorstehenden Umlenkelemente ist es möglich, die Menge des zweiten Teilvolumenstroms noch gezielter einzustellen. Es gibt somit zwei Einstellmöglichkeiten für das Verhältnis der Teilvolumenströme, nämlich über die Einstellung der Ringspaltbreite einerseits und über die Anordnung und Ausgestaltung der Umlenkelemente andererseits. Entsprechend der baulichen Situation, z. B. auch bei einem Einbau in einer Mühle, ist es dadurch möglich, die eine oder andere oder auch beide Einstellmöglichkeiten zu nutzen.
  • Um ein gleichmäßiges Umlenken zu ermöglichen weist zumindest eines der Umlenkelemente in Radialrichtung R des Leitschaufelkranzes zumindest in einem Teilabschnitt einen sich ändernden Krümmungsradius auf. Bevorzugt weist zumindest eines der Umlenkelemente in Radialrichtung R über die gesamte Länge einen sich ändernden Krümmungsradius auf.
  • Vorteilhafterweise weist zumindest eines der Umlenkelemente ein radial inneres Ende mit einem ersten Endabschnitt und/oder ein radial äußeres Ende mit einem zweiten Endabschnitt auf. Die Begriffe radial innen und radial außen sind dabei auf den Leitschaufelkranz bezogen. Der Leitschaufelkranz weist bevorzugt eine zylindrische Grundform auf. Die Endabschnitte können auf unterschiedliche Art und Weise ausgestaltet werden, was nachfolgend näher erläutert wird.
  • Ein Endabschnitt umfasst vorzugsweise weniger als 40 %, insbesondere weniger als 20 % der Gesamtlänge eines Umlenkelements.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen des Sichters ist zumindest einer der Endabschnitte gerade. Ein Abschnitt ist dann gerade, wenn er keine Krümmung aufweist. Diese Ausführung ist insbesondere bei dem ersten Endabschnitt des radial inneren Endes von Vorteil. An dem radial inneren Ende soll das Gas-Feststoff-Gemisch in Richtung des Sichterrades und dabei möglichst homogen strömen. Die gerade Ausführung des ersten Endabschnitts begünstigt eine homogene Strömung.
  • Gerade Endabschnitte sind vorzugsweise abgekantet, d. h. abgewinkelt und bilden somit Abkantungen.
  • Bevorzugt ist zumindest einer der Endabschnitte horizontal angeordnet. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um den ersten Endabschnitt des radial inneren Endes. Auch dies dient dem Erzeugen einer homogenen Strömung in Richtung des Sichterrades.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass zumindest einer der zweiten Endabschnitte oder dessen tangentiale Verlängerung in einem Winkel α zu einer Horizontalen H verläuft, wobei gilt: α ≥ 20°. Die zweiten Endabschnitte sind jeweils an einem äußeren Ende der Umlenkelemente angeordnet. Das Gas-Feststoff-Gemisch gelangt bei bestimmungsgemäßem Gebrauch von unten an die Umlenkelemente. Daher ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die zweiten Endabschnitte in einem Winkel α größer oder gleich 20° nach unten ausgerichtet sind. Besonders bevorzugt gilt zudem α ≤ 60°.
  • Als tangentiale Verlängerung wird eine gerade Verlängerung eines bogenförmigen Abschnitts bezeichnet, die tangential zu der Krümmung an einem Endpunkt des Abschnitts ist. Der bogenförmige Abschnitt wird zur Bestimmung der tangentialen Verlängerung bevorzugt im Querschnitt betrachtet.
  • Die Ausprägung der Umlenkung des Gas-Feststoff-Gemischs besitzt einen Einfluss auf die Trennschärfe. Ist die Umlenkung zu stark, kann es zu Verwirbelungen oder einem Rückstau kommen. Eine zu geringe Umlenkung bleibt wirkungslos.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der erste Endabschnitt zumindest eines der Umlenkelemente oder dessen tangentiale Verlängerung und der zweite Endabschnitt des gleichen Umlenkelements oder dessen tangentiale Verlängerung in einem Winkel β zueinander verlaufen, wobei gilt: β ≥ 90°. Insbesondere gilt β ≥ 120°. Besonders bevorzugt gilt zudem β ≤ 160°.
  • In Abhängigkeit davon, welcher Feststoff gesichtet werden soll und wie die in dem Gas-Feststoff-Gemisch enthaltenen Partikelverteilung ist, kann es vorteilhaft sein, den ersten Endabschnitt in einem Winkel größer 0° zu einer Horizontalen H anzuordnen. Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass zumindest einer der ersten Endabschnitte oder dessen tangentiale Verlängerung in einem Winkel γ zu einer Horizontalen H verläuft, wobei gilt: γ ≥ 10°. Um zu vermeiden, dass vermehrt Grobgut in dem Feingut landet, kann auf diese Weise das Gas-Feststoff-Gemisch durch das Umlenkelement nach unten und damit in die Richtung, in die das Grobgut schlussendlich gelangen soll, abgelenkt werden. Der Winkel γ darf jedoch nicht zu groß gewählt werden. Bevorzugt gilt γ ≤ 45, insbesondere γ ≤ 30.
  • Hinsichtlich der Winkel α, β und γ gilt besonders bevorzugt: a + β + γ = 180°. Bevorzugt befinden sich die Winkel unterhalb derselben Horizontalen H.
  • Es hat sich gezeigt, dass bereits mit jeweils einem Umlenkelement zwischen jeweils zwei benachbarten vertikalen Leitschaufeln gute Ergebnisse bezüglich der Strömungsverhältnisse erzielt werden können.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen des Sichters ist vorgesehen, dass zwischen jeweils zwei benachbarten vertikalen Leitschaufeln jeweils zumindest drei bis fünf Umlenkelemente angeordnet sind. Auf diese Weise wird das zwischen zwei benachbarten vertikalen Leitschaufeln hindurchströmende Gas-Feststoff-Gemisch in Teilströme unterteilt, wodurch Verwirbelungen vermieden werden und die Ströme homogenisiert werden.
  • Bei vorteilhaften Weiterbildungen weist der Leitschaufelkranz zumindest einen Drallbrecher auf. Drallbrecher verhindert eine Strömung in Umfangsrichtung des Leitschaufelkranzes und homogenisieren auf diese Weise die Strömung des Gas-Feststoff-Gemischs.
  • Die Aufgabe wird auch mit einer Mühle gelöst, die mit einem erfindungsgemäßen Sichter kombiniert ist. Die Mühle ist vorzugsweise eine Pendelmühle oder eine Wälzmühle. Vorzugsweise ist der Sichter in die Mühle integriert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Sichten eines Gas-Feststoff-Gemischs weist folgende Schritte auf:
    • Einleiten eines Einlassvolumenstroms Q aus einem Gas-Feststoff-Gemisch in einen Sichter mit Sichterrad, Leitschaufelkranz und einer zwischen dem Sichterrad und dem Leitschaufelkranz angeordneten Sichtzone;
    • Aufteilen des Einlassvolumenstroms Q in einen ersten Teilvolumenstrom Q1 und einen zweiten Teilvolumenstrom Q2;
    • Einleiten des ersten Teilvolumenstroms Q1 in die Sichtzone unter Umgehung des Leitschaufelkranzes;
    • Einleiten des zweiten Teilvolumenstroms Q2 in die Sichtzone durch den Leitschaufelkranz.
  • Vorteilhafterweise wird der Einlassvolumenstrom durch das Vorsehen eines Ringspalts zwischen Leitschaufelkranz und einem Deckel aufgeteilt.
  • Bevorzugt wird der erste Teilvolumenstrom Q1 von oben in die Sichtzone eingeleitet. Dadurch kann das Material des ersten Teilvolumenstroms Q1 die gesamte Sichtzone von oben nach unten durchströmen. Auf diese Weise ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Material gesichtet wird, also korrekt in Grob- und Feingut getrennt wird, größer. Dies verbessert die Trennschärfe.
  • Vorteilhafterweise wird der erste Teilvolumenstrom Q1 oder der zweite Teilvolumenstrom Q2 im Wesentlichen in Richtung der Gravitationskraft F in die Sichtzone eingeleitet.
  • Der Einlassvolumenstrom strömt bei bestimmungsgemäßem Gebrauch zunächst von dem Einlass in den Ringraum zwischen Sichtergehäuse und Leitschaufelkranz. Bei herkömmlichen Sichtern strömt das Gas-Feststoff-Gemisch anschließend vollständig durch den Leitschaufelkranz. Aufgrund des Ringspalts strömt der erste Teilvolumenstrom Q1 an dem Leitschaufelkranz vorbei und von oben in die Sichtzone. Der zweite Teilvolumenstrom Q2 des Gas-Feststoff-Gemischs strömt durch den Leitschaufelkranz in die Sichtzone.
  • Grundsätzlich bewegt sich der erste Teilvolumenstrom Q1, auch aufgrund der Gravitationskraft, nach unten durch die Sichtzone.
  • Ein weiterer Vorteil der Aufteilung in zwei Teilströme Q1, Q2 besteht darin, dass sich die Teilströme Q1, Q2 gegenseitig in der Sichtzone sichten. Diese Selbstsichtung besteht in einer Verwirbelung des Gas-Festoff-Gemischs in der Sichtzone. Auf diese Weise werden Feingut und Grobgut besser voneinander getrennt.
  • Das Verhältnis zwischen erstem Teilvolumenstrom Q1 und zweitem Teilvolumenstrom Q2 kann eingestellt werden. Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass das Verhältnis Q1:Q2 zwischen dem ersten Teilvolumenstrom und dem zweiten Teilvolumenstrom zwischen 20:80 und 80:20, insbesondere zwischen 40:60 und 60:40 liegt.
  • Für eine gute Selbstsichtung ist es vorteilhaft, wenn die beiden Teilvolumenströme Q1, Q2 so geleitet werden, dass sie in der Sichtzone unter einem Strömungswinkel ϕ aufeinander treffen, wobei gilt: 45° < ϕ < 135°, insbesondere 70° < ϕ < 110°. Der Strömungswinkel ϕ kann vorteilhafter mittels der Umlenkelemente eingestellt werden.
  • Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielhaft dargestellt und erläutert. Es zeigt dabei:
    • Figur 1
    eine schematische Seitenansicht eines Sichters im Schnitt;
    Figur 2
    eine Mühle mit integriertem Sichter gemäß der Figur 1 im Schnitt;
    Figur 3
    eine schematische Seitenansicht des oberen Abschnitt des Sichters der Figur 1 teilweise im Schnitt;
    Figur 4
    eine schematische Seitenansicht eines Sichters gemäß einer weiteren Ausführungsformen im Schnitt;
    Figur 5
    einen Leitschaufelkranz in perspektivischer Darstellung;
    Figur 6
    den Leitschaufelkranz der Figur 5 in einer Draufsicht;
    Figur 7
    einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in den Figuren 5 und 6 gezeigten Leitschaufelkranz;
    Figuren 8 - 14
    verschiedene Ausführungsformen von Umlenkelementen in Seitenansicht;
    Figur 15
    ein Diagramm mit Summenverteilungen über Partikelgrößen.
  • In Figur 1 ist ein Sichter 10 dargestellt. Der Sichter 10 weist ein Sichtergehäuse 20 auf. In einem unteren Bereich weist das Sichtergehäuse 20 einen Einlass 21 für einen Volumenstrom Q eines Gas-Feststoff-Gemischs 100 auf.
  • In dem Sichtergehäuse 20 sind ein Sichterrad 30 und ein Leitschaufelkranz 50 angeordnet. Das Sichterrad 30 und der Leitschaufelkranz 50 weisen eine gemeinsame Hauptachse auf, die bei dem Sichterrad 30 die Drehachse X ist. Die Drehachse X verläuft in Richtung der Gravitationskraft F. Senkrecht zu der Drehachse X erstreckt sich eine Radialrichtung R. Zwischen dem Leitschaufelkranz 50 und dem Sichtergehäuse 20 ist in Radialrichtung R ein Ringraum 26 vorgesehen. Der Raum zwischen dem Sichterrad 30 und dem Leitschaufelkranz 50 bildet die Sichtzone 32.
  • Das Sichterrad 30 wird von einer Antriebsvorrichtung 40 rotatorisch angetrieben, sodass sich das Sichterrad 30 um die Drehachse X dreht.
  • Zwischen dem Leitschaufelkranz 50 und einem Gehäusedeckel 24 ist ein Ringspalt 28 angeordnet. Der von unten in den Ringraum 26 eintretende Volumenstrom Q wird in zwei Teilvolumenströme Q1 und Q2 aufgeteilt, wobei der Teilvolumenstrom Q1 über den Ringspalt 28 von oben in die Sichtzone 32 eindringt. Der Teilvolumenstrom Q2 durchströmt den Leitschaufelkranz 50 und gelangt auf diesem Weg in die Sichtzone 32. Beide Teilvolumenströme Q1 und Q2 treffen somit in der Sichtzone 32 wieder aufeinander.
  • Oberhalb des Sichterrades 30 ist ein erster Auslass 22 angeordnet. Der erste Auslass 22 ist mit einer Saugeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, die einen Unterdruck erzeugt. Durch den ersten Auslass 22 wird bei bestimmungsgemäßem Gebrauch eine erste Partikelsorte 101, das Feingut, abgesaugt.
  • Unterhalb des Sichterrades 30 ist ein Trichter 25 angeordnet. Der Trichter 25 mündet in einen zweiten Auslass 23. Durch den zweiten Auslass 23 wird bei bestimmungsgemäßem Gebrauch eine zweite Partikelsorte 102, das Grobgut, abgeführt. Das Sichterrad 30 weist große Partikel 102 ab. Diese großen Partikel gelangen in den Trichter 25 und von dort zu dem zweiten Auslass 23.
  • Das Sichtergehäuse 20 ist am oberen Ende durch einen Gehäusedeckel 24 verschlossen.
  • In der Figur 2 ist eine Mühle 110 dargestellt, die als Pendelmühle ausgeführt ist. Innerhalb des Gehäuses 112, das oben mit einem Mühlendeckel 114 und unten mittels eines Mühlenbodens 116 abgeschlossen ist, befindet sich eine Mahleinrichtung 118, die mehrere Mahlpendel 120 aufweist. Über der Mahleinrichtung 18 ist der Sichter 10 in das Mühlegehäuse integriert. Zwischen dem Mühlengehäuse 112 und dem Leitschaufelkranz 50 befindet sich der Ringraum 26. Der Ringspalt 28 befindet sich zwischen dem Leitschaufelkranz 50 und dem Mühlendeckel 114.
  • In der Figur 3 ist der obere Teil des Sichters 10 dargestellt. Das Sichterrad 30 ist innerhalb des Leitschaufelkranzes 50 angeordnet. Zwischen Sichterrad 30 und Leitschaufelkranz 50 befindet sich eine Sichtzone 32. Das zylindrische Sichtergehäuse 20 kann auch konisch ausgeführt sein. Mit einem solchen konischen Sichtergehäuse 20' (gestrichelt dargestellt) wird ein sich nach oben verjüngender Ringraum 26 gebildet.
  • Ebenfalls gestrichelt eingezeichnet ist eine Modifikation des Gehäusedeckels dargestellt. Der Gehäusedeckel 24' ist nach oben gewölbt, was die Umlenkung des Teilvolumenstroms Q1 begünstigt.
  • Zwischen dem Leitschaufelkranz 50 und dem Gehäusedeckel 24 ist in vertikaler Richtung der umlaufende Ringspalt 28 vorhanden. Der Ringspalt 28 weist eine Höhe HR auf. Der Ringraum 26 weist eine Breite B auf. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Verhältnis B:HR in etwa 1.
  • Der Leitschaufelkranz 50 weist eine Höhe HL auf. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt das Verhältnis HL:HR in etwa 3,5.
  • Der erste Auslass 22 steht mit dem Innenraum des Sichterrades 30 in Verbindung.
  • Der Leitschaufelkranz 50 weist eine Mehrzahl von vertikalen Leitschaufeln 54 auf. Zwischen benachbarten vertikalen Leitschaufeln 54 sind fünf Umlenkelemente 53 angeordnet, die jeweils eine nach unten weisende Krümmung aufweisen.
  • Eine Oberkante 34 des Sichterrades 30 befindet sich oberhalb der Oberkante 56 des Leitschaufelkranzes 50. Mehr als 50% des Ringspalts 28 befindet sich in vertikaler Richtung vollständig oberhalb der Oberkante 34 des Sichterrades 30.
  • Der Volumenstrom Q des Gas-Feststoff-Gemischs 100 strömt von unten in den Ringraum 26. Durch den Ringspalt 28 kann ein erster Teilvolumenstrom Q1 strömen. Der erste Teilvolumenstrom Q1 gelangt auf diese Weise von oben in die Sichtzone 32. Ein zweiter Teilvolumenstrom Q2 strömt durch den Leitschaufelkranz 50 in die Sichtzone 32 und trifft dort auf den ersten Teilvolumenstrom Q1. Die Umlenkelemente 53 verleihen dem durch den Leitschaufelkranz 50 strömenden Gas-Feststoff-Gemisch auf das Sichterrad gerichtete Strömungskomponenten, was durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet wird. Die Teilvolumenströme Q1, Q2 treffen unter einem Winkel ϕ aufeinander (siehe vergrößerte Teildarstellung in Figur 3). Der Winkel ϕ beträgt bei der gezeigten Ausführungsform in etwa 45°.
  • Aus Gründen der Übersicht ist mit Q2 jeweils nur ein möglicher Strömungsweg für einen Teilstrom des zweiten Teilvolumenstroms Q2 angegeben. Der zweite Teilvolumenstrom Q2 bezeichnet jedoch in seiner Gesamtheit den gesamten Volumenstrom, der aus dem Ringraum 26 durch den Leitschaufelkranz 50 in die Sichtzone 32 strömt.
  • Feine Partikel 101 gelangen aus der Sichtzone 32 in den Innenraum des Sichterrades 30 und werden durch den ersten Auslass 22 abgesaugt.
  • Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Sichters 10. Der Sichter 10 weist ein Sichtergehäuse 20 mit einem Einlass 21, einem ersten Auslass 22 und einem zweiten Auslass 23 auf.
  • In dem Sichtergehäuse 20 sind ein Sichterrad 30 und ein Leitschaufelkranz 50 angeordnet. Das Sichterrad wird rotatorisch angetrieben.
  • Das Sichterrad 30 weist einen Sichterdeckel 36 auf. Der Sichterdeckel 36 weist die Form einer Ringscheibe auf. In der Mitte des Sichterdeckels 36 befindet sich ein Durchbruch 38. Durch den Durchbruch 38 kann Material aus dem Innenraum des Sichterrades 30 zu dem ersten Auslass 22 strömen.
  • Der Sichterdeckel 36 rotiert mit dem Sichterrad 30. Zwischen dem Sichterdeckel 36 und dem Leitschaufelkranz 50 ist in vertikaler Richtung ein umlaufender Ringspalt 28 vorgesehen.
  • Der Leitschaufelkranz 50 ist mit einer weiteren Ausführungsform der Umlenkelemente 53 bestückt, die eine Abkantung aufweisen. Außerdem erstrecken sich die Umlenkelemente 53 in den Ringraum 26.
  • Die Figur 5 zeigt den Leitschaufelkranz 50 aus Figur 3 in perspektivischer Darstellung. Die Figur 6 zeigt die Draufsicht auf den in Figur 5 dargestellten Leitschaufelkranz 50.
  • Der Leitschaufelkranz 50 weist eine Vielzahl von vertikalen Leitschaufeln 54 auf, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Leitschaufeln 54 jeweils fünf Umlenkelemente 53 angeordnet sind. Jedes Umlenkelement 53 erstreckt sich über die gesamte Breite zwischen zwei vertikalen Leitschaufeln 54. Die Umlenkelemente 53 sind in vertikaler Richtung äquidistant angeordnet.
  • An seiner äußeren Umfangsfläche weist der Leitschaufelkranz 50 im Unterschied zum Leitschaufelkranz 50 der Figur 3 eine Mehrzahl von Drallbrechern 52 auf. Die Drallbrecher 52 ragen in den Ringraum 26 hinein und stellen sich einer Strömung in Umfangsrichtung entgegen. Die Drallbrecher 52 weisen eine rechteckige Grundform auf und sind aus Blech gefertigt. Die Drallbrecher 52 stehen in Radialrichtung R von dem Leitschaufelkranz 50 weg und erstrecken sich über die gesamte Höhe des Leitschaufelkranzes.
  • In Figur 7 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus dem in Figur 5 dargestellten Leitschaufelkranz 50 gezeigt.
  • Die Umlenkelemente 53 weisen eine nach unten weisende Krümmung auf. Jedes Umlenkelement 53 weist ein radial inneres Ende 55 und ein radial äußeres Ende 56 auf. Die radial inneren Enden 55 ragen bei der gezeigten Ausführungsform nicht in die Sichtzone 32.
  • An dem radial inneren Ende 55 eines jeden Umlenkelements 53 ist ein erster Endabschnitt 57 und an dem radial äußeren Ende 56 eines jeden Umlenkelements 53 ist ein zweiter Endabschnitt 58 angeordnet. Beide Endabschnitte 57, 58 sind gekrümmt.
  • In den Figuren 8 bis 14 sind verschiedene Ausführungsformen eines Umlenkelements 53 dargestellt. Die Umlenkelemente 53 weisen jeweils ein radial inneres Ende 55 und ein radial äußeres Ende 56 auf. Das radial innere Ende 55 weist einen ersten Endabschnitt 57 und das radial äußere Ende 56 weist einen zweiten Endabschnitt 58 auf. Die Umlenkelemente 53 weisen eine nach unten weisende Krümmung (siehe Figuren 8 bis 12) oder eine nach unten weisende Abkantung (siehe Figuren 13 und 14) auf.
  • Die Umlenkelemente 53 sind relativ zu einer Drehachse X des Sichterrades (hier nicht dargestellt) angeordnet, wobei der Abstand zwischen Umlenkelement 53 und Drehachse X aus Darstellungsgründen verkleinert darstellt ist.
  • Die in den Figuren 8 bis 14 dargestellten Ausführungsformen unterscheiden sich insbesondere in der Ausgestaltung der Endabschnitte 57, 58. Die Endabschnitte 57, 58 können beide gekrümmt (siehe Figuren 8 bis 10) oder beide gerade (siehe Figuren 12 und 14) sein, wobei auch gerade und/oder gekrümmte Endabschnitte über einen gekrümmten Mittelabschnitt miteinander verbunden sein können. Die Figuren 13 und 14 zeigen Umlenkelemente 53 mit Abkantungen.
  • Der erste Endabschnitt 57 eines jeden Umlenkelements 53 oder seine tangentiale Verlängerung (siehe Figur 11) ist in einem Winkel γ zu einer Horizontalen H angeordnet. Der Winkel γ beträgt bei den gezeigten Ausführungsformen zwischen 0° (siehe Figur 8) und ca. 28° (siehe z. B. Figur 12). Die Horizontale H, die der Radialrichtung R entspricht, bildet mit der Drehachse X einen rechten Winkel.
  • Der zweite Endabschnitt 58 eines jeden Umlenkelements 53 oder seine tangentiale Verlängerung (siehe Figuren 8, 9, 11, 12) ist in einem Winkel α zu der Horizontalen H angeordnet. Der Winkel α beträgt bei den gezeigten Ausführungsformen zwischen ca. 35° (siehe z. B. Figur 9) und ca. 65° (siehe Figur 8).
  • Der erste Endabschnitt 57 und der zweite Endabschnitt 58 eines Umlenkelements 53 oder deren tangentiale Verlängerungen bilden einen Winkel β. Der Winkel β beträgt bei den gezeigten Ausführungsformen zwischen ca. 108° (siehe Figur 12) und ca. 153° (siehe Figur 10).
  • Die Winkel α, β und γ ergeben bei den gezeigten Ausführungsformen in Summe 180°. Mit Ausnahme des Winkels γ in Figur 10 sind alle Winkel α, β, γ nach unten ausgerichtet.
  • Figur 15 zeigt ein Diagramm von Summenverteilungen über Partikelgrößen. Es sind die Verteilungen zweier Sichtungen, eine erste Verteilung V1 und eine zweite Verteilung V2, dargestellt. Die erste Verteilung V1 ist durch Punkte, die zweite Verteilung V2 durch Dreiecke gekennzeichnet. Bei der ersten Verteilung V1 wurde ein Sichter ohne Ringspalt verwendet. Die zweite Verteilung V2 hingegen zeigt das Ergebnis einer Sichtung unter Verwendung eines Sichters mit Ringspalt.
  • Bei beiden Sichtungen wurde identisches Ausgangsmaterial verwendet.
  • Bei gleichem Ausgangsmaterial gilt grundsätzlich, dass eine steilere Kurve positiver zu bewerten ist, als eine weniger steile Kurve. Das gewünschte Ergebnis bei einer Sichtung ist in der Regel das Feingut. Im Falle der Verwendung des erfindungsgemäßen Sichters bei einer Mühle beispielsweise wird das Feingut entnommen und das Grobgut zu der Mühle zurückgeführt, um erneut oder weiter zerkleinert zu werden. Partikel, die eigentlich in das Feingut gehören, die jedoch im Grobgut landen, kosten zusätzlich Zeit und Energie, da sie erneut den Zyklus der Mühle durchlaufen müssen. Partikel, die eigentlich in das Grobgut gehören, die jedoch im Feingut landen, sind erheblich störender, da sie die Qualität des Endprodukts (das Feingut) direkt negativ beeinflussen. Daher ist bei gleichem Ausgangsmaterial eine Sichtung mit weniger Feinanteil positiv.
  • Bei der ersten Verteilung V1 beträgt die Summe der Partikel, die kleiner als 2 µm sind, 0,344. Durch die Verwendung eines Ringspalts (zweite Verteilung V2) konnte dieser Anteil um ca. 10% auf 0,312 gesenkt werden. Insbesondere im Bereich höherer Partikelgrößen (>3 µm) zeigt sich, dass die zweite Verteilung V2 steiler und damit vorteilhaft ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Sichter
    20
    Sichtergehäuse
    20'
    konisches Sichtergehäuse
    21
    Einlass
    22
    erster Auslass
    23
    zweiter Auslass
    24
    Gehäusedeckel
    24'
    gewölbter Gehäusedeckel
    25
    Trichter
    26
    Ringraum
    28
    Ringspalt
    30
    Sichterrad
    32
    Sichtzone
    34
    Oberkante
    36
    Sichterdeckel
    38
    Durchbruch
    40
    Antriebsvorrichtung
    50
    Leitschaufelkranz
    52
    Drallbrecher
    53
    Umlenkelement
    54
    Leitschaufel
    56
    Oberkante
    100
    Gas-Feststoff-Gemisch
    101
    erste Partikelsorte (fein)
    102
    zweite Partikelsorte (grob)
    B
    Breite des Ringraums
    F
    Gravitationskraft
    H
    Horizontale
    HL
    Höhe des Leitschaufelkranzes
    HR
    Höhe des Ringspalts
    Q
    Einlassvolumenstrom
    Q1
    erster Teilvolumenstrom
    Q2
    zweiter Teilvolumenstrom
    R
    Radialrichtung
    V1
    erste Verteilung
    V2
    zweite Verteilung
    X
    Drehachse
    α
    Winkel
    β
    Winkel
    γ
    Winkel
    δ
    Winkel

Claims (15)

  1. Sichter (10) mit einem Sichtergehäuse (20), einem in dem Sichtergehäuse (20) angeordneten, eine Drehachse (X) aufweisenden Sichterrad (30) und einem in dem Sichtergehäuse (20) angeordneten Leitschaufelkranz (50), wobei in Radialrichtung (R) senkrecht zu der Drehachse (X) zwischen dem Leitschaufelkranz (50) und dem Sichtergehäuse (20) ein Ringraum (26) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Leitschaufelkranz (50) und einem Deckel (24, 36) in vertikaler Richtung ein umlaufender Ringspalt (28) vorgesehen ist.
  2. Sichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (28) eine Höhe (HR) aufweist, wobei der Leitschaufelkranz (50) und/oder der Deckel (24, 36) in Richtung der Drehachse (X) bewegbar sind, sodass die Höhe (HR) einstellbar ist.
  3. Sichter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (24, 36) ein Gehäusedeckel (24) oder ein Sichterdeckel (36) ist.
  4. Sichter gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sichterdeckel (36) mit dem Sichterrad (30) verbunden ist, sodass der Sichterdeckel (36) mit dem Sichterrad (30) rotierend ausgebildet ist.
  5. Sichter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (28) eine Höhe HR aufweist, und der Ringraum (26) eine Breite B aufweist, wobei das Verhältnis B:HR zwischen 0,2 und 5 beträgt.
  6. Sichter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (28) eine Höhe HR aufweist, und der Leitschaufelkranz (50) eine Höhe HL aufweist, wobei das Verhältnis HL:HR zwischen 0,5 und 10 beträgt.
  7. Sichter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelkranz (50) eine Mehrzahl von vertikalen Leitschaufeln (54) aufweist, wobei mindestens zwischen zwei Leitschaufeln (54) zumindest ein Umlenkelement (53) angeordnet ist, das mindestens eine nach unten weisende Krümmung oder Abkantung aufweist.
  8. Sichter gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente (53) sich über die gesamte Breite zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln (54) erstrecken.
  9. Sichter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelkranz (50) zumindest einen Drallbrecher (52) aufweist.
  10. Mühle, insbesondere Pendelmühle, mit einem integrierten Sichter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
  11. Verfahren zum Sichten eines Gas-Feststoff-Gemischs mit folgenden Schritten:
    - Einleiten eines Einlassvolumenstroms (Q) aus einem Gas-Feststoff-Gemisch (100) in einen Sichter (10) mit Sichterrad (30), Leitschaufelkranz (50) und einer zwischen dem Sichterrad (30) und dem Leitschaufelkranz (50) angeordneten Sichtzone (32);
    - Aufteilen des Einlassvolumenstroms (Q) in einen ersten Teilvolumenstrom (Q1) und einen zweiten Teilvolumenstrom (Q2);
    - Einleiten des ersten Teilvolumenstroms (Q1) in die Sichtzone (32) unter Umgehung des Leitschaufelkranzes (50);
    - Einleiten des zweiten Teilvolumenstroms (Q2) in die Sichtzone (32) durch den Leitschaufelkranz (50).
  12. Verfahren zum Sichten eines Gas-Feststoff-Gemischs gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilvolumenstrom (Q1) von oben in die Sichtzone (32) eingeleitet wird.
  13. Verfahren zum Sichten eines Gas-Feststoff-Gemischs gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilvolumenstrom (Q1) oder der zweite Teilvolumenstrom (Q2) im Wesentlichen in Richtung der Gravitationskraft (F) in die Sichtzone (32) eingeleitet wird.
  14. Verfahren zum Sichten eines Gas-Feststoff-Gemischs gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Q1:Q2 zwischen dem ersten Teilvolumenstrom (Q1) und dem zweiten Teilvolumenstrom (Q2) zwischen 20:80 und 80:20 liegt.
  15. Verfahren zum Sichten eines Gas-Feststoff-Gemischs gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilvolumenströme (Q1, Q2) so geleitet werden, dass sie in der Sichtzone (32) unter einem Winkel (ϕ) aufeinander treffen, wobei gilt: 45° < ϕ < 135°.
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