Einrichtung zur Herstellung einer Suspension von feinverteilten Feststoffen in strömenden, gasförmigen Medien.
Die Erfindung bezieht sieh auf die Herstellung einer Suspension, das heisst eines möglichst homogenen Gemisches von feinver teilten Feststoffen in gasförmigen, strömenden Medien.
Die Aufgabe, derartige Suspensionen herzustellen, ist beispielsweise bei der Vergasung von feinverteilten bzw. staubförmigen festen oder flüssigen Brennstoffen in der Schwebe zu lösen. Der Brennstoff ist dabei mit einem Luft- oder Sauerstoffstrom zu vermischen, und das Gemisch wird in Form eines Strahls in eine auf hoher Temperatur gehaltene Re aktionskammer eingeblasen, wo die Umsetzung des Sauerstoffes mit dem Kohlenstoff zur Bildung brennbarer gasförmiger Bestandteile, wie Kohlenoxyd und Wasserstoff führende Reaktion, einsetzt.
Eine wesentliche Schwierigkeit, die bei der Herstellung von Suspensionen feinverteilter Feststoffe in strömenden, gasförmigen Medien zu überwinden ist, liegt darin, dass der feinverteilte Feststoff, insbesondere wenn er noeh geringe Mengen Feuchtigkeit enthält, zum Zusammenballen neigt. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, den Brennstoff zunächst durch eine nach Art eines Mahlaggregates ausgebildete Reibeinrichtung zu leiten, in welcher Zusammenballungen, die in den vorgeschalteten Einrichtlmgen entstanden sind, mechanisch beseitigt werden und die ursprüngliche Trennung der einzelnen Feststoffteilchen voneinander wiederhergestellt wird.
Bei einer solchen, mit Reibeinrichtung versehenen Mischvorrichtung ist ferner vorgeschlagen worden, dem ringförmigen Schlitz, aus dem der in der Reibeinrichtung auf geteilte Feststoff an deren Rand austritt, eine Ringdüse derart zuzuordnen, dass die aus der Reibeinrichtung heraustretenden Feststoffkörper von dem Strom des gasförmigen Mediums erfasst und einzeln mitgerissen werden.
Wenn ein Gemisch von Sauerstoff und einem feinverteilten Brennstoff herzustellen ist und auch in andern entsprechenden Fällen, wird die genannte Ringdüse vorteilhaft ferner so ausgeführt, dass sie ejektorartig wirkt, das heisst in dem Arbeitsraum der Reibvorrich- tung einen gewissen Unterdruck erzeugt, der ein Rückströmen des sauerstoffhaltigen Gases in die der Reibvorrichtung vorgeschalteten Fördermittel und die zugehörigen Vorratsbehälter (Bunker) verhindert.
Mischvorrichtungen der genannten Art arbeiten, wie sich herausgestellt hat, sehr günstig, sofern das Volumverhältnis zwischen dem strömenden, gasförmigen Medium und dem Feststoff gross ist bzw. wenn ein vergleichsweise grosses Volumen des gasförmigen Mediums zuzumischen ist. In den Fälle, in denen nur ein relativ geringes Volumen eines gasförmigen Mediums mit dem Feststoff in ein homogenes Gemisch rüekzuführen ist, ist es jedoch schwierig, die Ringdüse prak tisch so auszuführen, dass der aus ihr austretende Strom des gasförmigen Mediums den aus der Reibvorrichtung kommenden, auf ge lockerten Feststoff gleichmässig am ganzen Umfang der Reibvorrichtung abnimmt und mitreisst. Dies gilt namentlich dann, wenn es sich um den Bau von Mischern für grössere Leistungen handelt bzw. wenn der Durchmesser der Ringdüse gross ist.
Namentlich im letzteren Falle ist es schwierig, die Ringdüse so zu fertigen, dass man einen vollständig gleiehmässigen Austritt eines geringeren Volumens des gasförmigen Mediums über den Umfang der Ringdüse und gleichzeitig eine gleichmässige Strömungsrichtung erreicht.
Die Erfindung besteht demgegenüber darin, dass am Umfang der Reibvorrichtung ein Ringkanal vorgesehen ist, in den eine oder mehrere Eintrittsdüsen für das gasförmige Mittel praktisch tangential derart münden, dass in dem Ringkanal längs des Umfanges der Reibvorrichtung eine Gasströmung erzeugt wird.
Die erfindungsgemässe Mischvorrichtung hat den grossen Vorteil, dass man unabhängig von dem Volumen des strömenden, gasförmigen Mediums am ganzen Umfang der Reibvorrichtung eine ausreichend gleichmässige irnd auch leicht zu beeinflussende Ablösung der Feststoffteiichen erzielen kann.
Die erfindungsgemässe EinrIchtung hat ferner den Vorteil, dass man das Volumen des gasförmigen Mediums in weiten Grenzen ver ändern kann, ohne die Gemischbildung zu beeinträchtigen. Aus den gleichen Gründen lässt sich auch das Mischungsverhältnis in der er findungsgemässen Mischeinrichtung gut ver ändern.
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung besteht darin, dass man damit grosse Mengen der gewünschten Suspensionen leicht herstellen kann und dass in der Einrichtung schädliche llohlräume vermieden werden, in denen sich der Feststoff ansammeln könnte. Dieser letztere Vorteil ist von besonderer Bedeutung beispielsweise für die Vergasung von pulverförmigen Brennstoffen mit Sauerstoff oder Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt, die sich leicht mit feinverteiltem Brennstoff unter Entzündung umsetzt. Auch ist die vorgeschlagene Verblaseeinrichtung besonders vorteilhaft dort, wo der Arbeitsdruck des gasförmigen Mediums erhöht ist.
Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die erste Ausführungsform.
Fig. 2 zeigt in grösserem Massstab die Ansicht eines Teils der Einrichtung nach Fig. 1.
Fig. 3 gibt einen Längsschnitt durch die zweite Ausführungsform wieder.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die dritte Ausführungsform, die insbesondere für die Qemischbildung unter erhöhtem Druck vorteilhaft ist.
Fig. 5 zeigt einen senkrechten Querschnitt nach Linie V-V der Fig. 4.
Fig. 6 zeigt die vierte Ausführungsform in einem Längsschnitt.
Fig. 7 ist ein senkrechter Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 6.
Fig. 8 ist ein Querschnitt nach Linie III-III der Fig. 6, und
Fig. 9, 10 und : 11 geben noch andere Aus- führungsformen wieder.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird der feinverteilte Feststoff durch ein von einem Abschlussschieber 1 beherrschtes Rohr 2 einem geschlossenen Vorratsbehälter 3 zugeführt. An diesen Behälter schliesst sich ein ringförmiges Gehäuse 4 an, das den feststehenden Teil einer Reibvorrichtung bildet, deren Rotor mit 5 bezeichnet ist. Die Teile 4 und 5 sind mit rippenartigen Erhöhungen versehen, die vorteilhaft gegenläufig sind.
Der Teil 5 wird von einer Welle 6 gehalten, die im Sinne des Pfeils 7 rotiert und axial verstellbar ist.
Der in dem Behälter 3 befindliche Feststoff, welcher vorher fein gemahlen ist, wird bei Drehen der Welle 7 im Sinne der Pfeile 8 in den Arbeitsraum der Reibeinrichtung 4, 5 hineingezogen, in welcher etwaige Zusammenballungen des Feststoffes aufgehoben werden.
Der vollständig aufgelockerte Feststoff tritt dann am Umfang der Reibeinrichtung durch den Ringschlitz 9 aus und gelangt in einen Ringkanal 10, der von einer flanschartigen Erweiterung : 11 des Gehäuseteils 4 und einer cntsprechenden ringförmigen Vertiefung 13 des untern Gehäuseteils 12 gebildet wird. Die beiden Teile 12 und 4 sind an dem flanscharti- gen Rand mittels Schrauben 14 miteinander verbunden.
In diesen Ringraum 10 münden nun eine oder mehrere Düsenrohre 15, denen durch die Rohrleitung 16 das zur Gemisehbildung führende strömende, gasförmige Medium zugeführt wird. Diese Düsen 15 sind, wie insbe andere aus Fig. 2 ersichtlich, tangential oder nahezu tangential zum Ringraum 10, vorteilhaft auch etwas geneigt zur Ebene des Ringraumes angeordnet, wie durch den Pfeil 17 in Fig. 1 angedeutet. Das Mass 18 der Neigung der Düse hängt ab von den Eigenschaften des zu vermischenden Feststoffes und der Strö mungsgeschwindigkeit der aus der Düse 15 austretenden Medien.
Durch das aus der Düse 15 austretende gasförmige Medium wird in dem Ringraum : 10 eine rotierende Gasströmung aufrechterhalten. Diese Gasströmung nimmt den aus der Reibeinrichtung 4, 5 am Rande hervorquillenden, feinverteilten Feststoff gleichmässig ab und bildet mit ihm eine praktisch homogene Suspension.
Die entstandene Suspension wird dann in sehraubenlinienförmiger Bewegung - wie durch den Pfeil 19 angedeutet - durch den ringförmigen Kanal 20 abgeleitet, der von dem untern Teil des Gehäuses 12 und dem kegelförmigen Übergang 21 zwischen der Welle 6 und dem Reibkörper 5 begrenzt wird.
Die Suspension wird schliesslich durch den Rohrstutzen 22 abgezogen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist es unter Umständen vorteilhaft, die Düsen 15 in stufenförmigen Absätzen des Ringkanals 10 anzuordnen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird der feinverteilte Feststoff aus dem Einfülltrichter 30 mittels einer Transportschuecke 31, welche von der im Sinne des Pfeils 32 drehenden Welle 33 getragen wird, der aus dem rotierenden Reibkörper 34 und dem feststehenden Reibkörper 35 bestehenden Reibeinrichtung zugeführt. Die Einrichtung 34, 35 ist ähnlich ausgeführt wie die Reibeinrichtung 4, 5 nach Fig. 1. Der Unterschied der Ausführungsform nach Fig. 3 gegenüber der nach Fig. 1 besteht im wesentlichen darin, dass der Feststoff in die Reibeinrichtung nicht unter den Einfluss seines Eigengewichtes gelangt, sondern dass er hier der Reibeinrichtung durch einen mechanischen Förderer zugeführt wird.
Diese Kombination eines mechanischen Feststofförderers mit einer sich drehenden Reibeinrichtung macht es vorteilhaft, Massnahmen zu treffen, um zu sichern, dass in der Reibvorrichtung in jedem Fall die von dem mechanischen Förderer 31 zugeführte Feststoffmenge verarbeitet werden kann. In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine solche Sicherung nicht notwendig, da hier jeweils nur so viel Feststoff in die Reibvorrichtung gelangen kann bzw. von ihr zufgenommen wird, wie bei der gegebenen Drehzahl des Rotors 5 verarbeitet wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist es hingegen möglich, dass aus irgendwelchen Gründen der Förderer 31 mehr Feststoff transportiert und gegen die Reibvorrichtung vorschiebt, als letztere durchsetzen kann.
Es ist daher möglich, dass unter ungünstigen Umständen der Feststoff in der Transportschnecke 31 sich so festsetzt, dass dieselbe verstopft und die Förderung unter brochen wird.
Es wird daher - wie in Fig. 3 angedeutet - die Welle 36 des rotierenden Reibliör- pers 34 nachgiebig gehalten, so dass der rotierende Reibkörper 34 relativ zu dem feststehenden Teil 35 axial ausweichen kann, wenn durch den Förderer 31 zuviel Feststoff zugeführt wird. Zu diesem Zweck sind auf der Welle zwei Bunde 37, 38 vorgesehen, zwi- schen welche ein oder zwei Schuhe 39 fassen, die bei 40 drehbar an dem Hebelarm 41 ge lagert sind, der seinerseits in dem Lager 42 einer rückwärtigen Verlängerung 43 des Ge häuseteils 44 gelagert ist. Auf das freie Ende des Hebels 41 wirkt eine Feder 45, deren anderes Ende am Gehäuseteil 44 befestigt ist.
Wie aus Fig. 3 ohne weiteres ersichtlich, kann die Reibkörper,velie 36 bei Druck in Richtung des Pfeils 46 federnd ausweichen, bzw. wenn der Förderer 31 zuviel Feststoff gegen die Reibeinrichtung 34, 35 drückt. Man kann den Hebel 41 mit einer Anzeige- oder Alarmvorrichtung verbinden, gegebenenfalls auch mit einer Regelvorrichtung, um die Drehzahl des Reibkörpers 34 zu verändern bzw. anzupassen, wenn der Transporteur 31 zuviel Feststoff fördert.
Aneh bei der Einrichtung nach Fig. 3 wird das entstandene Feststoff-Gas- emisch in schraubenlinienförmiger Bewegung, wie durch den Pfeil 46 angedeutet, zum Auslassstutzen 47 geführt.
Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform ist es unter Umständen möglich, dass Anteile des feinverteilten Feststoffes in die den Durchtritt der Reibkopfwelle durch die Gaskanalwand abdichtende Stopfbuchse oder dergleichen eindringen. Vor allem dann, wenn die Feststoffe oder die gasförmigen Medien auf erhöhter Temperatur gehalten werden müssen, könnte die Stopfbüchse in ihrer Wirkung beeinträchtigt werden.
Durch die Ausführungsform nach Fig. 4, die insbesondere für den Fall bestimmt ist, dass ein Gemisch eines unter erhöhtem Druck stehenden gasförmigen Mediums mit einem feinverteilten Feststoff hergestellt werden soll, wird diese Schwierigkeit überwunden.
Der Feststoff wird hierbei aus dem geschlossenen Trichter 50 einer aus einer Transportschnecke 51 bestehenden Fördereinrichtung zugeführt. Die Schneckenwelle 52, welche in das Gehäuse 53 durch die Stopfbuchse 54 eintritt, trägt am Ende den kegelförmig sich erweiternden Reibkörper 55, der mit dem mit Rippen 56 besetzten Teil des Gehäuses 53 zusammenwirkt. Der schlitzförmige Reibraum öffnet sich an seinem Ende 57 in den Ringraum 58. Dem Ringraum 58 sind vier Düsen zugeordnet, die durch die strichpunktierten Linien 59 (Fig. 5) angedeutet sind, die praktisch tangential in den Ringraum 58 münden, gegebenenfalls auch mit einer gewissen Nei gung zur Ebene des Ringraumes, wie durch den strichpunktierten Pfeil 60 in Fig. 4 angedeutet.
Das entstandene Feststoff-Gas-Gemisch wird tangential durch eine oder mehrere Öffnungen 61 abgeleitet.
An den Reibkörper 55 schliesst sich bei der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 ein zy lindrischer Teil 62 an, der gegen das Gehäuse 53 durch eine Stopfbuchse 63 abgedichtet ist.
In den dem Reibkörper 55 zunächst liegenden Teil des Gehäuses 53 sind eine Reihe von Ringnuten 64 eingeschnitten, die nach Art einer Labyrinthdichtung wirken, wobei durch die Öffnung 65 ein unter erhöhtem Druck stehendes geeignetes gasförmiges Medium zugeführt wird. Diese Einrichtung hat den Vorteil, dass der feinverteilte Feststoff nicht in den Be- reich der Weichdichtung 66 der Stopfbuchse 63 gelangen und diese verschliessen kann. Es wird dies dadurch bewirkt, dass man in den Labyrinthkanälen 64 einen höheren Druck als im Ringraum 58 aufrechterhält.
Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungs- form unterscheidet sich von den bisher beschriebenen dadurch, dass in den den Reibkopf umgebenden Ringkanal tangential oder annähernd tangential eine oder mehrere Düsen münden, durch welche das gasförmige Me- dium eingeblasen wird. In diesem Falle wird durch das schraubenlinienförmige Kanalsystem an der Rückseite des Reibkopfes lediglich ein Teilstrom des gasförmigen Verblasemediums eingeleitet, und zwar in einer solchen Menge, dass in dem Kanalsystem eine dem darin eindringenden staubförmigen Feststoff entgegengerichtete und ihn zurückdrängende Strömung aufrechterhalten wird.
Diese Einrichtung besitzt ein Gehäuse 101, welches mittels einer Stütze 102 an irgendeiner geeigneten Unterlage befestigt werden kann, beispielsweise mittels der festen Klemm- backe : 103 und der beweglichen Klemmbacke 104, die mittels der Flügelmutter 105 festgespannt werden kann.
Das Gehäuse 101 hat oben einen Stutzen 106, durch den der zu behandelnde, feinverteilte Feststoff, beispielsweise pulverisierter Brennstoff, aufgegeben wird.
Am Grunde des Einfüllstutzens 106 ist eine Transportsehneeke 107 angeordnet, deren Welle 108 in einem Lager 109 des Gehäuses 101 gelagert ist. Das Lager 109 ist gleichzei tlg zur Abdichtung eingerichtet, beispielsweise durch Anordnung einer üblichen Stopf buchse 110, welchen auf eine Packung 111 wirkt.
Das äussere Ende der Schneckenwelle 108 wird durch den Vierkantkopf 112 mit einem geeigneten Antrieb verbunden, von dem aus die Schneckenwelle 108 in der gewünschten gleichförmigen oder ungleiehförmigen Rotation gehalten wird.
Die Förderschnecke 107 transportiert den durch den Stutzen 106 ankommenden Feststoff zu dem Reibkopf 113, der sich mit der Welle 108 dreht. Dieser Reibkopf arbeitet zu sammeln mit einer feststehenden Reibscheibe 114, welche einen Teil des Gehäuses 101 bilden kann. Der Reibkopf 113 und die Reibscheibe 114 sind an den einander zugewandten Seiten vorteilhaft mit Rillen, vorzugsweise von spiralförmigem Verlauf, unter Um- ständen auch in entgegengesetzter Drallrichtung, versehen, wie bei Mühlenaggregaten üblich.
Der von der Förderschnecke 107 zugeführte Feststoff gelangt zwischen Reibkopf 113 und Reibscheibe 114 und wird dort unter Beseitigung etwaiger Zusammenballungen fein aufgeteilt. Eine wesentliche Zerkleinerung des Feststoffes über die in einer vorgeschalteten Mahlvorrichtung erzielte Korn- grösse hinaus ist also in der Reibeinrichtung 113, 114 nicht beabsichtigt, obgleich eine sol che Zerkleinerungswirkung unter Umständen auch dort vorgesehen werden kann.
Der fein aufgeteilte Feststoff tritt am Rande der Reibvorriehtlmg des Reibkopfes aus und gelangt dann in einen Ringkanal 115, der den Reibkopf umgibt.
In diesen Ringkanal 115 münden, wie aus Fig. 8 ersichtlich, im wesentliehen tangential mehrere Düsen 116, beispielsweise vier Düsen, durch welche ein unter Druck stehendes gasförmiges Medium eingeleitet wird, in dem der Feststoff suspendiert werden soll. Der aus den Düsen 116 austretende Gasstrom erfasst den Feststoff, der am Umfang des Reibkopfes hervorquillt, und reisst ihn mit sich fort, wobei eine ganz gleichmässige Verteilung des Feststoffes erreicht wird.
Aus dem Ringkanal 115 wird die erzeugte Suspension des feinverteilten Feststoff es in dem strömenden gasförmigen Medium beispielsweise durch eine oder mehrere Düsen abgezogen, die entgegengesetzt tangential den Düsen 116 angeordnet sind.
Wie Fig. 6 erkennen lässt, sind ausserdem die Eintrittsdüsen 116 und die Austrittskanäle 117 mit verschiedener Neigung zur Achse des Reibkopfes angeordnet, wodurch ein gleichmässiges Abziehen der Feststoff Gas-Suspension aus dem Ringkanal 115 gesichert wird, entsprechend der schraubenlinienförmigen Bewegung, die der Gasstrom im Ringkanal 115 ausführt.
Rückwärts des Reibkopfes ist in dem Gehäuseteil 118 eine ringförmige Bohrung vorgesehen, in welche ein auf der Förderwelle 108 befestigter Leitkörper 119 passend eingreift. Der Umfang der Gehäuscausnehmung ist mit' Rillen bzw. vorteilhaft mit Gewindes gängen 120 versehen, deren Höhlung durch den Umfang des Leitkörpers 119 begrenzt und abgeschlossen ist. Diese schraubenlinienförun- gen Kanäle 120 öffnen sich rückwärts in einen Kanal 121, der durch den Stutzen 122 mit der Zuleitung für das gasförmige Verblasemedium in Verbindung steht.
Zur Abdichtung der Einrichtung nach hinten dient eine Stopfbuchse 123, die mittels der Mutter 124 angezogen werden kann. Die Gewindebolzen 125 sind nach rückwärts verlängert und tragen eine Traverse 126, in welcher der Spurzapfen 127 einstellbar gelagert ist, der bei 128 das freie Ende der Förderwelle 108 führt.
Die Zuführung der gasförmigen Medien zu dem Stutzen 122 einerseits und den Düsen 116 anderseits wird so geregelt, dass der Iffauptstrom der gasförmigen Medien durch die Düsen 116 eintritt, während durch den Stutzen 122 in das Kanalsystem 120 nur so viel Gas eintreten kann, dass das Eindringen des feinverteilten Feststoffes aus dem Ringkanal 115 in den Zwischenraum zwischen dem Leitkörper 119 und dem feststehenden Gehäuseteil 118 und damit zu dessen Stopfbuchse 123 verhindert wird.
Bei der Ausführungsfomn nach Fig. 9 sind die in den Ringkanal tangential mündenden stationären Düsen (vgl. 116 in Fig. 6) fortgelassen. Statt dessen wird die ganze Menge des gasförmigen Verblasemediums durch den Eintrittsstutzen 122 zugeführt, der sich in einen Ringkanal 129 auf der Rückseite des drehenden Leitkörpers 119 öffnet. Die ganze Menge des Verblasemediums wird infolgedessen dem Ringkanal 115 durch das schrauben- linienförmige Kanalsystem 120 zugeleitet, welches vorteilhaft die Form eines mehrgän- gigen Gewindes hat, wobei der Auslauf des Gewindes in den Ringkanal 115 möglichst tangential erfolgt.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sich die Lage des Eintrittes des Verblasemediums in den Ringkanal 115 ständig entsprechend der Drehung des Leitkörpers 119 ändert, wodureh eine sichere Erfassung des Feststoffes an allen Austrittspunkten auf dem Umfang des Austrittsspaltes des Reibkopfes erzielt und eine besonders wirksame Aufteilung des Feststoffes erreicht wird.
Der Abzug der erzeugten Suspension aus dem Ringkanal 115 erfolgt durch eine in Fig. 9 nicht dargestellte Öffnung, welche dem Abzugskanal 117 der Fig. 6 entspricht.
Ein weiterer wichtiger Unterschied zwi schen den Ausführungsformen der Fig. 6 und 9 besteht darin, dass das schraubenlinienförmige Kanalsystem 120 bei der Ausführlmgs- form der Fig. 6 im feststehenden Gehäuse 118 vorgesehen wird, bei der Ausführungsform nach Fig. 9 hingegen am Umfang des sich drehenden Leitkörpers 119. Bei der letzteren Aus führnngsform ist die l : Herstellung der Ge- windegänge einfacher.
Die Ausführungsformen nach Fig. 10 und 11 unterscheiden sich grundsätzlich von den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 4 durch die andere Anordnung des sich drehenden Leitkörpers 130. Dieser ist hier auch funktionell von dem Reibkopf 131 bzw. der Schnek $endwelle 132 getrennt und am Ende einer besonderen Welle 133 angeordnet, die in einem Ansatz 134 des Gehäuses 135 gelagert ist. Die Welle 133 wird bei 133a in der gewünschten Welse angetrieben. Sie durchsetzt die Endwand des Gehäuses 135 unter Vermittlung einer Stopfbuchsc 136.
Das Verblasemedium wird bei 137 zugeführt und durch den Ringkanal 138 auf das schraubenlinienförmige Kanalsystem 139 verteilt, von dem es in den Ringkanal 140 abgegeben wird, der am Umfang des Reibkopfes 134 vorgesehen ist und aus dem das Gut durch eine Öffnung entsprechend der des Abzuges in Fig. 1 abgeleitet wird.
Von dem Ringkanal 138 geht ein Abzweig 141 ab, der eine Verbindung zu einem Kanal 142 herstellt, der in der Welle 133 vorgesehen ist und der in den Zwischenraum 143 einmündet, welcher zwischen dem Teil 131a des Reibkopfes 131 und dem Leitkörper 130 vorgesehen werden muss, um die unbecinflusstc Drehbewegung des letzteren und auch eine gewisse axiale Verschiebbarkeit des Reibkopf es 131 zu ermöglichen.
Durch den Abzweig 141 und den Kanal 142 der Welle 133 wird in den genannten Zwischenraum 143 ständig ein geringer Teilstrom des Verblasemediums in solcher Menge eingeleitet, dass Feststoff nicht in den erwähnten Zwischenraum 143 eindringen kann, ungeachtet des jeweiligen Arbeitsdruekes im Ringkanal 140.
Um den Reibkopf 131 ständig in der gewünschten Stellung gegenüber der feststehenden Reibscheibe 144 zu halten, ist ein von einer Feder 145 belasteter zweiarmiger Hebel 146 vorgesehen, der um den Punkt 147 schwenkbar ist und mit seinem freien Arm unter Vermittlung eines Sehulterlagerz ; 149 auf die Welle 132 wirkt und diese federnd nach aussen - zieht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 ist hinter dem Körper 130 noch eine feststehende Scheibe : 150 vorgesehen, in welcher ebenfalls (lewindegänge angeordnet sind, wie bei 151 angedeutet. Die Scheibe 150 ist fest mit dem Gehäusedeckel 152 verbunden. Die Anordnung der feststehenden Scheibe 150 vor dem sich drehenden Leitkörper 150 hat die Wirkung, dass man durch Wahl einer geeigneten Drehzahl für den Leitkörper periodische Drueksehwankungen im Strom des Verblasemediums hervorrllfen kann.
Der Strom des Verblasemediums erfährt dadurch Pulsationen verschiedener Frequenzen, wodurch die Aufteilung des pulverförmigen Feststoffes in dem gasförmigen Verblasemedium verbessert und unter Umständen auch noch feinste Zu sammenballungen aufgeteilt werden, die die 12eibvorrichtung noch durchlässt. Es hängt dabei von der Art der zu behandelnden Stoffe ab, ob die Frequenz der Pulsation im Strom des Vcrblascmediums innerhalb des Hörberei ches oder oberhalb desselben liegt.
Bei getrennter Ausführung von Reibkopf und Leitliörper wird vorteilhaft in die Treun- fuge zwischen beiden ein Teilstrom des Ver blasemediums eingeleitet, um ein Eindringen des Feststoffes in diesen Hohlraum zu verhindern. Dieser Teilstrom des Verblasemediums zieht in den den Reibkopf umgebenden Ringkanal ab und vereinigt sieh mit der dort ent- stehenden Gas-Feststoff-Susp ension.
Device for producing a suspension of finely divided solids in flowing, gaseous media.
The invention relates to the production of a suspension, that is, as homogeneous a mixture as possible of finely divided solids in gaseous, flowing media.
The task of producing such suspensions is to be solved, for example, in the gasification of finely divided or dusty solid or liquid fuels in suspension. The fuel is to be mixed with a stream of air or oxygen, and the mixture is blown in the form of a jet into a reaction chamber maintained at high temperature, where the reaction of the oxygen with the carbon leads to the formation of combustible gaseous components such as carbon oxide and hydrogen Reaction begins.
A major difficulty to be overcome in the production of suspensions of finely divided solids in flowing, gaseous media is that the finely divided solid tends to agglomerate, especially if it contains small amounts of moisture. It has therefore been proposed to first pass the fuel through a friction device designed in the manner of a grinding unit, in which agglomerations that have arisen in the upstream devices are mechanically removed and the original separation of the individual solid particles from one another is restored.
In such a mixing device provided with a friction device, it has also been proposed to assign an annular nozzle to the annular slot from which the solid split in the friction device emerges at its edge, so that the solid bodies emerging from the friction device are captured by the flow of the gaseous medium and get carried away one by one.
If a mixture of oxygen and a finely divided fuel is to be produced, and also in other corresponding cases, the aforementioned annular nozzle is also advantageously designed in such a way that it acts like an ejector, that is to say generates a certain negative pressure in the working space of the friction device, which causes a backflow of the Oxygen-containing gas in the conveyor upstream of the friction device and the associated storage container (bunker) prevented.
It has been found that mixing devices of the type mentioned work very favorably if the volume ratio between the flowing, gaseous medium and the solid is high or if a comparatively large volume of the gaseous medium is to be added. In those cases in which only a relatively small volume of a gaseous medium is to be returned to a homogeneous mixture with the solid, it is difficult, however, to practically design the ring nozzle in such a way that the flow of the gaseous medium exiting from it corresponds to that coming from the friction device , on loosened solid material decreases evenly over the entire circumference of the friction device and entrains it. This is especially true when it comes to the construction of mixers for larger capacities or when the diameter of the ring nozzle is large.
In the latter case, in particular, it is difficult to manufacture the ring nozzle in such a way that a smaller volume of the gaseous medium exits completely uniformly over the circumference of the ring nozzle and at the same time a uniform flow direction is achieved.
In contrast, the invention consists in that an annular channel is provided on the circumference of the friction device, into which one or more inlet nozzles for the gaseous agent open practically tangentially such that a gas flow is generated in the annular channel along the circumference of the friction device.
The mixing device according to the invention has the great advantage that, independently of the volume of the flowing, gaseous medium, a sufficiently uniform and easily controllable detachment of the solid particles can be achieved over the entire circumference of the friction device.
The device according to the invention also has the advantage that the volume of the gaseous medium can be changed within wide limits without impairing the mixture formation. For the same reasons, the mixing ratio in the mixing device according to the invention can also be changed well ver.
Another essential advantage of the device according to the invention is that it can easily be used to produce large quantities of the desired suspensions and that harmful hollow spaces in which the solids could collect in the device are avoided. This latter advantage is of particular importance, for example, for the gasification of pulverulent fuels with oxygen or air with an increased oxygen content, which easily reacts with finely divided fuel with ignition. The proposed blowing device is also particularly advantageous where the working pressure of the gaseous medium is increased.
Several embodiments of the device according to the invention are shown in the drawing.
Fig. 1 shows a vertical section through the first embodiment.
FIG. 2 shows, on a larger scale, a view of part of the device according to FIG. 1.
3 shows a longitudinal section through the second embodiment.
4 shows a section through the third embodiment, which is particularly advantageous for the formation of mixtures under increased pressure.
FIG. 5 shows a vertical cross section along line V-V of FIG. 4.
Fig. 6 shows the fourth embodiment in a longitudinal section.
FIG. 7 is a vertical cross-section along line II-II of FIG. 6.
Fig. 8 is a cross section along line III-III of Figs. 6, and
9, 10 and 11 show other embodiments.
In the embodiment according to FIG. 1, the finely divided solid is fed to a closed storage container 3 through a pipe 2 controlled by a closing slide 1. A ring-shaped housing 4 adjoins this container and forms the stationary part of a friction device, the rotor of which is denoted by 5. The parts 4 and 5 are provided with rib-like elevations, which are advantageous in opposite directions.
The part 5 is held by a shaft 6 which rotates in the direction of arrow 7 and is axially adjustable.
The solid in the container 3, which has previously been finely ground, is drawn into the working space of the friction device 4, 5 as the shaft 7 rotates in the direction of the arrows 8, in which any agglomeration of the solid is removed.
The completely loosened solid then exits the circumference of the friction device through the annular slot 9 and enters an annular channel 10 which is formed by a flange-like extension 11 of the housing part 4 and a corresponding annular recess 13 of the lower housing part 12. The two parts 12 and 4 are connected to one another at the flange-like edge by means of screws 14.
One or more nozzle pipes 15, to which the flowing, gaseous medium leading to the formation of a mixture is fed through the pipe 16, open into this annular space 10. These nozzles 15 are, as can be seen in particular from FIG. 2, tangentially or almost tangentially to the annular space 10, advantageously also somewhat inclined to the plane of the annular space, as indicated by the arrow 17 in FIG. The degree 18 of the inclination of the nozzle depends on the properties of the solid to be mixed and the flow velocity of the media emerging from the nozzle 15.
The gaseous medium emerging from the nozzle 15 maintains a rotating gas flow in the annular space: 10. This gas flow evenly removes the finely divided solid that oozes out at the edge of the friction device 4, 5 and forms a practically homogeneous suspension with it.
The resulting suspension is then diverted through the annular channel 20, which is delimited by the lower part of the housing 12 and the conical transition 21 between the shaft 6 and the friction body 5, in a very dome-shaped movement - as indicated by the arrow 19.
The suspension is finally drawn off through the pipe socket 22.
As can be seen from FIG. 2, it may be advantageous to arrange the nozzles 15 in step-shaped steps in the annular channel 10.
In the embodiment according to FIG. 3, the finely divided solid is fed from the filling funnel 30 to the friction device consisting of the rotating friction body 34 and the stationary friction body 35 by means of a transport shoe 31, which is carried by the shaft 33 rotating in the direction of the arrow 32. The device 34, 35 is designed similarly to the friction device 4, 5 according to FIG. 1. The difference between the embodiment according to FIG. 3 and that according to FIG. 1 is essentially that the solid does not enter the friction device under the influence of its own weight but that it is fed to the friction device by a mechanical conveyor.
This combination of a mechanical solids conveyor with a rotating friction device makes it advantageous to take measures to ensure that the amount of solids supplied by the mechanical conveyor 31 can in any case be processed in the friction device. In the embodiment according to FIG. 1, such a safety device is not necessary, since here only as much solid material can get into the friction device or is taken from it as is processed at the given speed of the rotor 5. In the embodiment according to FIG. 3, however, it is possible that, for whatever reasons, the conveyor 31 transports more solid matter and pushes it forward against the friction device than the latter can enforce.
It is therefore possible that, under unfavorable circumstances, the solid material in the screw conveyor 31 becomes stuck in such a way that it clogs and the conveyance is interrupted.
Therefore - as indicated in FIG. 3 - the shaft 36 of the rotating friction body 34 is resiliently held so that the rotating friction body 34 can move axially relative to the stationary part 35 if too much solid is supplied by the conveyor 31. For this purpose, two collars 37, 38 are provided on the shaft, between which one or two shoes 39 are held, which are rotatably mounted at 40 on the lever arm 41, which in turn is in the bearing 42 of a rear extension 43 of the housing part 44 is stored. A spring 45, the other end of which is fastened to the housing part 44, acts on the free end of the lever 41.
As is readily apparent from FIG. 3, the friction body 36 can resiliently give way when pressure is applied in the direction of the arrow 46, or when the conveyor 31 presses too much solid material against the friction device 34, 35. The lever 41 can be connected to a display or alarm device, if necessary also to a control device, in order to change or adapt the speed of the friction body 34 if the conveyor 31 conveys too much solid.
Also in the device according to FIG. 3, the resulting solid-gas mixture is guided to the outlet connection 47 in a helical motion, as indicated by the arrow 46.
In the embodiment described above, it is possible that portions of the finely divided solid material penetrate into the stuffing box or the like that seals the passage of the reaming head shaft through the gas duct wall. Especially when the solids or the gaseous media have to be kept at an elevated temperature, the effect of the stuffing box could be impaired.
This difficulty is overcome by the embodiment according to FIG. 4, which is intended in particular for the case that a mixture of a gaseous medium under increased pressure with a finely divided solid is to be produced.
The solid is fed from the closed hopper 50 to a conveyor device consisting of a screw conveyor 51. The worm shaft 52, which enters the housing 53 through the stuffing box 54, carries at the end the conically widening friction body 55, which cooperates with the part of the housing 53 occupied with ribs 56. The slot-shaped friction space opens at its end 57 into the annular space 58. The annular space 58 is assigned four nozzles, which are indicated by the dash-dotted lines 59 (FIG. 5), which open practically tangentially into the annular space 58, possibly also with a certain Inclination to the plane of the annular space, as indicated by the dash-dotted arrow 60 in FIG.
The resulting solid-gas mixture is discharged tangentially through one or more openings 61.
In the embodiment according to FIGS. 4 and 5, the friction body 55 is adjoined by a cylindrical part 62 which is sealed against the housing 53 by a stuffing box 63.
In the part of the housing 53 which is closest to the friction body 55, a series of annular grooves 64 are cut, which act like a labyrinth seal, with a suitable gaseous medium under increased pressure being supplied through the opening 65. This device has the advantage that the finely divided solid cannot get into the area of the soft seal 66 of the stuffing box 63 and close it. This is achieved by maintaining a higher pressure in the labyrinth channels 64 than in the annular space 58.
The embodiment shown in FIG. 6 differs from the previously described ones in that one or more nozzles through which the gaseous medium is blown open tangentially or approximately tangentially into the ring channel surrounding the reaming head. In this case, only a partial flow of the gaseous blowing medium is introduced through the helical channel system on the back of the reaming head, in such an amount that a flow is maintained in the channel system that is opposite to the dusty solids penetrating into it and pushing it back.
This device has a housing 101 which can be fastened to any suitable base by means of a support 102, for example by means of the fixed clamping jaw: 103 and the movable clamping jaw 104, which can be clamped by means of the wing nut 105.
The housing 101 has a nozzle 106 at the top, through which the finely divided solid to be treated, for example pulverized fuel, is fed.
At the bottom of the filler neck 106 a transport tendon 107 is arranged, the shaft 108 of which is mounted in a bearing 109 of the housing 101. The bearing 109 is at the same time set up for sealing, for example by arranging a conventional stuffing bush 110 which acts on a packing 111.
The outer end of the worm shaft 108 is connected by the square head 112 to a suitable drive, from which the worm shaft 108 is kept in the desired uniform or irregular rotation.
The screw conveyor 107 transports the solid material arriving through the nozzle 106 to the grating head 113, which rotates with the shaft 108. This reaming head works to collect with a stationary friction disc 114, which can form part of the housing 101. The reaming head 113 and the rubbing disk 114 are advantageously provided on the mutually facing sides with grooves, preferably of a spiral shape, under certain circumstances also in the opposite direction of twist, as is customary in the case of mill units.
The solids supplied by the screw conveyor 107 pass between the reaming head 113 and the rubbing disk 114 and are finely divided there, removing any clumps. Substantial comminution of the solid beyond the grain size achieved in an upstream grinding device is therefore not intended in the friction device 113, 114, although such a comminution effect can also be provided there under certain circumstances.
The finely divided solid emerges at the edge of the friction device of the reaming head and then enters an annular channel 115 which surrounds the reaming head.
As can be seen from FIG. 8, a plurality of nozzles 116, for example four nozzles, through which a pressurized gaseous medium is introduced into which the solid is to be suspended, open into this annular channel 115, as can be seen from FIG. The gas flow emerging from the nozzles 116 captures the solid material which oozes out on the circumference of the reaming head and carries it away with it, achieving a completely even distribution of the solid material.
The generated suspension of the finely divided solid in the flowing gaseous medium is drawn off from the annular channel 115, for example through one or more nozzles which are arranged tangentially opposite the nozzles 116.
As can be seen in FIG. 6, the inlet nozzles 116 and the outlet channels 117 are also arranged at different inclinations to the axis of the reaming head, which ensures that the solid gas suspension is evenly drawn off from the annular channel 115, corresponding to the helical movement that the gas flow in Ring channel 115 executes.
To the rear of the reaming head, an annular bore is provided in the housing part 118, into which a guide body 119 fastened on the conveying shaft 108 engages appropriately. The circumference of the housing recess is provided with 'grooves or advantageously with threads 120, the cavity of which is limited and closed by the circumference of the guide body 119. These helical channels 120 open backwards into a channel 121, which is connected to the feed line for the gaseous blowing medium through the nozzle 122.
A stuffing box 123, which can be tightened by means of the nut 124, serves to seal the device towards the rear. The threaded bolts 125 are extended backwards and carry a cross member 126 in which the track pin 127 is adjustably mounted, which guides the free end of the conveyor shaft 108 at 128.
The supply of the gaseous media to the nozzle 122 on the one hand and to the nozzles 116 on the other hand is regulated in such a way that the main flow of the gaseous media enters through the nozzles 116, while only enough gas can enter the channel system 120 through the nozzle 122 that the penetration of the finely divided solid from the annular channel 115 into the space between the guide body 119 and the stationary housing part 118 and thus to the stuffing box 123 thereof.
In the embodiment according to FIG. 9, the stationary nozzles opening tangentially into the annular channel (cf. 116 in FIG. 6) are omitted. Instead, the entire amount of the gaseous blown medium is supplied through the inlet connection 122, which opens into an annular channel 129 on the rear side of the rotating guide body 119. As a result, the entire amount of the blowing medium is fed to the annular channel 115 through the helical channel system 120, which advantageously has the shape of a multiple thread, the thread running out into the annular channel 115 as tangentially as possible.
This embodiment has the advantage that the position of the entry of the blowing medium into the ring channel 115 changes constantly according to the rotation of the guide body 119, which achieves a reliable detection of the solid at all exit points on the circumference of the exit gap of the reaming head and a particularly effective division of the Solid is achieved.
The suspension produced is drawn off from the annular channel 115 through an opening, not shown in FIG. 9, which corresponds to the discharge channel 117 of FIG. 6.
Another important difference between the embodiments of FIGS. 6 and 9 is that the helical channel system 120 in the embodiment of FIG. 6 is provided in the stationary housing 118, whereas in the embodiment of FIG. 9 it is provided on the periphery of the housing rotating guide body 119. In the latter embodiment, the production of the threads is simpler.
The embodiments according to FIGS. 10 and 11 differ fundamentally from the embodiments according to FIGS. 1 and 4 by the different arrangement of the rotating guide body 130. This is also functionally separated from the reaming head 131 or the worm end shaft 132 and at the end a special shaft 133 which is mounted in a shoulder 134 of the housing 135. The shaft 133 is driven in the desired manner at 133a. It penetrates the end wall of the housing 135 by means of a stuffing box 136.
The blowing medium is fed in at 137 and distributed through the annular channel 138 to the helical channel system 139, from which it is discharged into the annular channel 140, which is provided on the circumference of the reaming head 134 and from which the material passes through an opening corresponding to that of the trigger in Fig 1 is derived.
A branch 141 branches off from the annular channel 138 and establishes a connection to a channel 142 which is provided in the shaft 133 and which opens into the intermediate space 143 which must be provided between the part 131a of the reaming head 131 and the guide body 130, in order to allow the uncontrolled rotary movement of the latter and also a certain axial displaceability of the reaming head 131.
Through the branch 141 and the channel 142 of the shaft 133, a small partial flow of the blown medium is constantly introduced into the mentioned interspace 143 in such an amount that solids cannot penetrate into the mentioned interspace 143, regardless of the respective working pressure in the annular channel 140.
In order to keep the reaming head 131 constantly in the desired position with respect to the stationary friction disk 144, a two-armed lever 146 loaded by a spring 145 is provided, which is pivotable about point 147 and with its free arm through the mediation of a shoulder bearing; 149 acts on the shaft 132 and resiliently pulls it outwards.
In the embodiment according to FIG. 11, a stationary disk 150 is provided behind the body 130, in which there are also windways, as indicated at 151. The disk 150 is firmly connected to the housing cover 152. The arrangement of the stationary disk 150 In front of the rotating guide body 150, the effect is that periodic pressure fluctuations in the flow of the blowing medium can be produced by selecting a suitable speed for the guide body.
As a result, the flow of the blowing medium experiences pulsations of different frequencies, whereby the division of the powdery solid in the gaseous blowing medium is improved and, under certain circumstances, even the finest agglomerations are split up which the gripping device still lets through. It depends on the type of substance to be treated whether the frequency of the pulsation in the flow of the blowing medium lies within the listening area or above it.
If the reaming head and guide body are designed separately, a partial flow of the blowing medium is advantageously introduced into the joint between the two in order to prevent the solid material from penetrating into this cavity. This partial flow of the blowing medium is drawn off into the ring channel surrounding the rubbing head and combines with the gas-solid suspension that is formed there.