DE1885388U - Mehrfachfliehkrafteinstauber fuer gase. - Google Patents

Description

RA. m 026*1 1.1153

Pat*-

Apparatebau Rothemühle
Brandt & Kritzler

Rothemühle U/Olpe i/W.

Gebrauchsmusteranmeldung. . -....-. ■""■" ^Λ

"Einrichtung von.Zyklonabscheidern zur Verstärkung des Sogs der Wirb el senke und der Abscheideleistung "bei gegebenem-Druckaufwand¹"

Die Neuerung bezieht sich auf mechanische -Entstaubungsanlagen, die aus einer Yielzahl einzelner zueinander parallel geschalteter Zyklon-Abscheider bestehen. Jeder, dieser Zyklone hat-.einen axialen - oder tangentialen Eintritt für '.die ungereinigten Gase sowie ein . axial zum Zyklon angeordnetes Reingasrohr, und es werden innerhalb jedes Zyklones die Gase von Ihrer Eintrittsrichtung; in die ent- ^v gegengesetzte Austrittsrichtung umgelenkt. Hierbei wird der.ausgeschleuderte Staub durch die-Staubaus tr ags öffnung ausgetragen,: die dem.Reingasaustritt entgegengesetzt angeordnet ist entsprechend der Darstellung, in den Abbildungen -T, Z, 5, und 6. . . ^; . -----

Solche. Yi elf ach-Zyklon-Ab scheider haben bekanntlich den. lachteil .: daß bei unterschiedlicher Beaufschlagung einzelner Zyklone-".ein ■ G-asaustausch zwischen diesen stattfindet, der mit einem erheblichen Austrag von Staub aus dem Bunker und aus den-minderbe laste ten Zy-. " klonen ins Reingas verbunden ist:. ' ^J. -:.

um diesen lachteil zu beheben, sind verschiedene Yerfahren. und \. ':-. Einrichtungen bekannty wie, die Absaugung, einer .gewissen Sasmenge aus dem Bunker, womit in diesem ein solcher Unterdruck entstehen ■-. soll, daß kein Gas in. eine minderbelastete Zelle": libels tr ömeii: kann..

Es ist weiter aus-Yerauchen und Forschungsarbeiten" begannt;, daß sfch -in-einem solchen Zyklon ein Strömungsver3?la,af j.in. form ^:einer ^Wirbei^,;- ;:1 senlce einstellt.. Der Verlauf der axialen ßischmndärgkeit'skQmponehten einer solchen Strömung ist in-Abbildung- 1 . in .verschiedenen Höhenlagen,-jeweils über den zugehörigen Zyklon-Durchmessern, aufgetragen-, - -_:

- 2-

entsprechend den Yersuchsergebnissen von ler lindeil ("Untersuchung ^:; an Zyklon-Abscheidern",.Berichtsheft β des 1/DI-f achausschusses für -Staub te chnik .19 53). - Wie... diese Darstellung zeigt, ist am äußeren Umfang des Zyklons und in dessen-Bake die Strömung abwärts gerichtet : und kann somit in diesem Be reach die Staubteilchen-in Richtung des- ..: Staubauslasses nach unten transportieren*. Demgegenüber 1st. jedoch _: . in der Mhe der Zyklonachse eine aufwärts -gerichtete _;.Gegenströmung . : zu sehen, deren Sog. sich nach unten, bis in den Bunker hinein fortsetzt, ebenso wie die abwärtsgeriehteten axialen Geschwindigkeits- , komponenten am Umfang, der äußeren Wirbelströmung. - offensichtlich . muß bei luftdicht abgeschlossenem Staubbunker in der Zyklonmltt.e_:. eine Gegenströmung vorhanden sein, welche die. gleiche Gasmenge, die am.. äußeren Umfang nach unten strömt, wieder, aufwärts; führt. Biese aufwärts gerichtete Strömung ist selbstverständlich.für die Abscheidung sehr ungünstig, denn sie kann einen .beträchtlichen Teil des bereits abgeschiedenen Staubes aus dem Staubbunker ansaugen.und wieder nach. -oben durch den Zyklon in den Eeingaskanal .mitführen. Es ist dazu. : der Versuch von Abhilfen bekannt, indem; man unter dem. Staub aus- \ trag eine Scheibe anordnet, um an diesen.Stellen die Wirbelaenke zu . beenden und damit den Sog aus dem Bunker in den Zyklon zu vermeiden.:

Is ist weiter bekannt, solchen Scheiben ein zentrales. Loch zu, geben, '"-um damit einen gewissen kleinen Einsog, zu. erlauben, der mit einer-. Austragsströmung um die Scheibe, herum aus ;dem Zyklon" in den. Bunker ... zurückgeführtwerden soll. \ _; . . \ ^:. V .;.;.. '.-"--."

Diese Maßnahmen haben eine Yersehl-eGhterung des Ent staub üngsgrädfs. _./ zurlOlge, weil sie die Ifirbelsenk'e" schwä&han und die in Abbildung ; 1 und 3 dargestellte^aXiale^GeschWindigkeits^er^etlung in der. Staubaustrage öffnung _:imte^rrbinden-:Ode^ die Axiälge.schwindigkei.ten's.-fcark verringern. . . - ".■■'-" ■"; -. . ..; ^;. ;'■

Hier setzt nun die Erfindung ein,- indem mit einfachen Mitteln ein selbständig arbeitendes Te rf ahren angewendet wird., das. den Gasaustausch zwischen den unterschiedlich beaufschlagten Zyklonen insofern unschädlich macht, als der/mitgerissene .Staub in oder in der. -^{: ;} .Hähe der S taübaustrags öffnung ausge schleuder t^: und_.in den Bunker. . zurückgeführt wird". . :"" . ^: . '--,:'-_: .. . :. '-"V""-"- '-■■--:'.: \. -"" / ■ ^:;.. ' .:

Sie geht aus Ton der in Abbildung 1 dargestellten "Verteilung der Axialkomponenten der Geschwindigkeit über den Zyklondurchmessern im Bereich der Staubaustragsöffnung und von der bei der Erfindung gemachten Beobachtung, daß die Wirbelsenke im Zyklon zwar durch die in den Zyklon hineingerichtete Axialgeschwindigkeit in der Hahe der Zyklonachse aus einem stark gefüllten Bunker recht viel Staub einsaugt, daß dieser aber den Zyklon nicht insgesamt bis zum Reingasrohr passiert, wenn die Umlaufgeschwindigkeiten u und damit die Fliehkräfte m . u in der Staubaustragsöffnung und im Zyklonkegel

r
dicht oberhalb der Staubaustragsöffnung ausreichend groß sind. Es kann dann der aus dem Bunker hochgesaugte Staubanteil schon im Bereich der Staubaustragöffnung oder unmittelbar darüber wieder aus der Yfirbelströmung ausgeschleudert und mit der in den Bunker hineinführenden Axialgeschwindigkeit auf dem äuiSeren Ringquerschnitt des unteren Zyklonkegels wieder in den Bunker zurückbefördert werden.

Hierzu angestellte Versuche mit größeren und kleineren Staubaustragöffnungen zeigten, daß bei größeren AustragsÖffnungen die Umlaufge-

schwindigkeiten u und. damit die Fliehkräfte m . u und die Axially

komponenten im Bereich der Staubaustragsöffnung verhältnismäßig klein werden. Es wird dann nur ein geringerer Anteil des in der inneren Aufwärtsströmung aus dem Bunker abgesaugten Staubes durch diese geringen Fliehkräfte in den äußeren Singquerschnitt der Wirbelströmung ausgeschleudert, und es gelangt ein verhältnismäßig großer Anteil dieses hochgesaugten Staubes in das Reingasrohr» womit sich der Entstaubungsgrad erheblich vermindert. Dagegen wurde jedoch bei einer Verkleinerung der Staubaustragsöffnung gefunden, daß die Fliehkräfte innerhalb des untersuchten Bereiches annähernd umgekehrt proportional mit dem Querschnitt der Staubaustragsöffnung zunehmen. In diesem Falle konnte dann der durch den Sog der aufwärts gerichteten inneren Wirbelströmung aus dem Bunker ausgetragene Staub bei genügender Verkleinerung der Staubaustragsöffnung durch die damit erzielte Erhöhung der Fliehkräfte in diesem Bereich praktisch restlos wieder in den äußeren Ringquerschnitt der abwärts gerichteten Wirbelströmung ausgeschleudert und mit dieser äußeren Strömung in den Bunker zurückgeführt werden. -

Die größeren Zentrifugalkräfte in kleineren Staubaustragequerschnitten besorgen eine zügige Austragung des Staubes in den Bun- \ ker und unterbinden eine Staubanreicherung an dieser empfindlichsten Stelle des Zyklons, wo durch die nach Abbildung 2 große Umfangsgeschwindigkeit eine starke schleißende Wirkung des bei größerer Staubaustragöffnung mit Staub stark angereicherten Gases verursacht werden würde. Die erhöhten Zentrifugalkräfte sichern eine fortlaufende Staubaustragung und verhindern eine stärkere Staubanreicherung im Zyklon, die einen Staubaustrag ins Reingas begünstigen würde.. Is ergibt sich auf diese Weise eine wesentliche Verbesserung des Gesamtentstaubungsgrades durch den kontinuierlichen Austrag des Staubes und durch die Wiederausschleuderung aus dem Bunker zurückgesaugten Staubes.

Da der statische Druck im Bunker sehr unterschiedlich ist, wurde in Versuchen die Druckdifferenz zwischen Bunker und Reingaskanal gemessen. Es wurde hierbei bestätigt gefunden in Übereinstimmung mit ähnlichen Versuchsergebnissen von Ter Linden,' daß der Unterdruck im Bunker proportional mit dem Staudruck der Umlaufgeschwindigkeiten innerhalb der Staubaustragsöffnung und etwa umgekehrt proportional mit dem Umlaufradius dieser Strömung ansteigt.

In Abbildung 4 ist die Abhängigkeit dieses Unterdrucks τ Λ Pt₀₁₁ ⁼ ι P>)_U ί P_re T^om Durchmesser der S taub aus tr ag öffnung bei einem gegebenen Druckaufwand (Konstantem Gasdurchsatz) aufgezeichnet. Der mit diesem Meßpunkten dargestellte Kurvenverlauf ist mit sehr großer Annäherung ein Hyperbel von der Gesetzmäßigkeit r_g . 4 p, = constant.

Die Tatsache, daß auch der Staudruck der Umlaufgeschwindigkeiten etwa umgekehrt proportional mit dem Umlaufradiua der Strömung ansteigt (r . u = constant), wurde übereinstimmend nicht nur aus den vorerwähnten Untersuchungen von Ter linden, sondern auch bereits-von Shepherd und Lapple ("!low Pattern and Pressure Drop, Industrial and Engineering Chemistry Vol. 31, ETo, 8") ermittelt.

Zur Erläuterung dieser an sich bekannten Gesetzmäßigkeit sind in Abbildung 2 nach den Versuchsergebnissen von Ter Linden die Umlaufgeschwindigkeiten der ¥irbelsenketrömung in verschiedenen

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Höhenlagen innerhalb des Zyklons eingezeichnet. Wie aus dieser Abbildung ersichtlich, sind die Umlaufgeschwindigkeiten u bestimmend für die Fliehkräfte im ganzen Wirbelraum des Zyklons. Sie steigen nach unten hin zur Staubaustragsöffnung an entsprechend den kleiner werdenden Zyklonradien r. (Zum Vergleich ist in den Abbildungen und 2 jeweils auch der Verlauf der radialen G-eschwind!gkeitskomponenten punktiert eingezeichnet).

Wir haben es demnach in der Hand, mit der durch unsere Versuche gefundenen Bez^iehi&ung r . Λ. ρ>._η = constant und der bekannten Gesätzmäßigkeit r„ . ue =■ r . u ^ = constant durch die Wahl günstigster Verhältnismaße zwischen G-aseintrittsradius r und Staubaustragradius r bei unveränderlichem Druokaufwand und allgemein bei beliebigen· Zyklongrößen die Fliehkräfte im Bereich der Staubaustra35ffnung beträchtlich zu- steigern und damit zugleich auch den G-esamtentstaubungsgrad durch die Erhöhung des Bunkerunterdruckes Ji P₁₀₁₁ wesentlich zu erhöhen.

Es führten die Versuche, bestätigt durch die Erfahrungen der Praxis,· dazu, daß die beschriebene günstige Wirkung kleiner Abmessungen der Staubaustragöffnung ausreichend erreicht wird, wenn derDurchmesser der Staubaustragöffnung kleiner als i/3 des Durchmessers der G-asaustrittsöffnung des Zyklons gemacht wird, wobei sich zwischen dem Bunker und dem Reingasrohr eine Druckdifferenz ergibt, die größer ist als T/3 des Strömungswider Standes des Zyklons von der G-aseintrittsöffnung bis zum Ende des Reingasrohres, oder was dasselbe ist, zwischen dem Rohgaskanal und dem Reingaskanal.

Es kann demnach durch die Wahl einer möglichst kleinen Staubaustrag-

~τ* 2

Öffnung 71 ir im Verhältnis zum Radius r„ der G-aseintrittsöffnung und

t> " 2

einer möglichst hohen Sintrittsgeschwindigkeitsenergie <fe . u nach

j S 2

der gefundenen Abhängigkeit J\ p,- . r„ = constant . r^ ■„ u der

j du s σ e

Bunkerunterdruck ^Vt₀₁₁) also die Sogwirkung der firbelsenkströmung, wesentlich vergrößert werden. Sie auf diese Tfeise gesteigerte G-eschwindigkeitsenergie bewirkt zugleich eine Erhöhung der fliehkräfte auf die Staubteilchen in der Zone der Staubaustragsöffnung. Als Folge davon ergibt sich erfindungsgemäß eine meßbare Verbesserung der Fraktionsentstaubungsgrade für die Staubanteile im Bereich der

Grenzkorngröße und eine wesentliche Verminderung der fiederaustragung aus dem Bunker zurückgesaugten Staubes. Darüber hinaus ge- ".... stattet diese Maßnahme der Steigerung der Geschwindigkeitsenergie, unabhäz&g von den absoluten Maßen des Zyklons (nach der Beziehung r . u = constant), auch die Festlegung weiterer günstigster 7erhältnismaße für einen gegebenen Druekauf wand.

Dieser Druckaufwand ist für jede Zyklonanordnung etwa proportional dem Staudruck der Gase im Zyklonaustrittsquersohnitt und für geometrisch ähnliche Zyklonabmessungen im wesentlichen unabhängig von der Baugröße. Der erreichbare Abscheidegrad ist hierbei nach -Prof. Barth ("Berechnung und Auslegung von Zyklonabscheidern auf Grund neuerer Untersuchungen", BHC, Bd. 8, 1956) vor allem abhängig von der Höhe

ρ ... ρ
der Fliehkräfte G . ui = G . r_e . U₀ somit bei gegebenem Druck-

g r, g Tf .

aufwand umso höher,, je kleiner r_e und der Strömungsquerschnitt Ji r^u. je größer: die: Eintrittsgeschwindigkeitshöhe gewählt wird.

Es ergibt sich somit als Bemessungsgrundlage zur Erreichung desgrößtmöglichen Abscheidegrades bei gegebenem Druckaufwand für jede beliebige Baugröße zunächst die allgemeine förderung, kleinere Zyklone gleicher Abmessungen parallel zu schalten und hierbei die Eadienverhältnisse re und r» möglichst klein zu wählen, so daß die Abscheidung

rT TT* . .

bis zur gewünschten Grenzkorngröße mit entsprechend hoher Geschwindigkeitsenergie bei möglichst hohem Bunkerunterdruck erfolgen kann.

Hierbei sollten die Gase von oben her etwa unter einem Winkel, der gleich oder größer ist als 45 Grad, mit der axialen Geschwindigkeitskomponente v_e = Ug tangential in den Zyklon eintreten.

Durch eine solche Gestaltung der Strömung-swege wird erreicht, daß die rotierenden Gase schon im Zykloneintrittsquerschnitt hohe Fliehkräfte erzeugen und die Strömung auf ihrem "fege zur TJmkehrzone eine verhältnismäßig hohe axiale Verzögerung erfährt. Dieser Verzögerung können die. durch die Fliehkräfte ausgeschiedenen Staubteilchen umso weniger folgen, je größer die axiale Eintrittskomponente der Geschwindigkeit ist. Die TJmkehrzone liegt dann umso tiefer.

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Abbildung 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für aie Parallelschaltung von Zyklonabscheidern mit den erfindungsgemäß notwendigen Abmessungsverhältnissen. Dargestellt sind im Schnittbild 2 Zyklonzellen und deren Befestigung innerhalb eines gemeinsamen G-ehäuses.

Auf einer Tragkonstruktion (1) sind die Zellen (2) montiert und werden von Flanschen (3) getragen, fön der oberen Öffnung der Zelle _; sind Hrbler (4), durch die Reingasrohre (5) aus den Zellen herausführen.

Die Zellen sind ummantelt durch einen Blechkasten (6), der mit der Ir agkonst rule tion (1) verbunden ist und in seinem unteren Teil für die Sammlung des abgeschiedenen Staubes dient, lach oben schließt an den Mantel (6) des Staubbunkers der Rohgaskanal (7) an, der durch eine Trennwand (8) von dem abführenden Reingaskanal (9) getrennt ist. In der Trennwand (8) sind die Reingasrohre (5) gasdicht befestigt, unter Terwandung von Dichtungsringen (10) und Keilen (11).

Die Zellen (2) sind normalerweise aus Gußeisen ohne Bearbeitung hergestellt, wodurch sich eine billige Massenfertigung ergibt und wodurch sie widerstandsfähig gegen Verschieis, wenn ein solcher notwendigerweise auftreten muß dadurch, daß der abgeschiedene Staub aus dem Staubbunker (6) nicht entleert wird und sich in den Zellen (2) ansammelt. Solch angesammelter Staub schleißt bei der starken Rotation an den ?/andungen, weil er im wesentlichen aus groben Partikeln bestehen wird, da die feinen Partikel bei der Staubansammlung vom G-as durch das Reingasrohr (5) mitgenommen werden.

Es kann gegebenenfalls auch eine hochverschleißfeste G-ußlegierung, beispielsweise Hartmangan, gewählt werden, um mit höheren Fliehkräften ohne Verschleiß fahren zu können.

Die geometrischen Yerhältnismaße sind aus Abbildung 5 ersichtlich. Der Zyklon hat einen Reingasaustrittsradius ?±, einen mittleren Rohgaseintritt sradius r_e = 1,6 . Die Höhe der: für die Abscheideleistung maßgeblichen Zylinderfläche 2Tf^h innerhalb des Zyklons soll

h = 8 . r^ und der Durchmesser der Staubauslaßöffnung 2r = 2rl

+) werden

Ausführungsbeispiel Abbildung 6 zeigt eine technische Zeichnung eines kompletten Entstaubers hinter einem Dampfkessel. Darin bezeichnen (21) den Rohgaskanal, (22) die Zellen des Entstaubers, (23) die Wirbler und (24) die Reingasrohre, die in der "Zwischenwand (25) befestigt sind, lach oben führt dar Reingaskanal (26). Der Staub sammelt sich in den Staubbunkern (28), deren oberer Teil die Zellen in einem geschlossenen Kasten ummantelt.

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Claims (4)

'■757560 I e u e Ansprüche

1.) MehrfaehfliehkratftentsTiauber "bestehend au_;s einer Vielzahl τοη parallel geschalteten Binzelzyklonen mit äußeren Absoheiderohren (2), denen die staubhaltigen Gase axial von oben her durch einen Drallschaufelkranz (4) zugeführt werden und aus denen die gereinigten Gase in entgegengesetzter Richtung durch die koaxial im inneren der Abscheiderohre (2) angeordneten Reingasrohre (5) nach oben abströmen, während der von den !Fliehkräften aus der Strömung ausgeschleuderte Staub durch die unteren Staubaustragsöffnungen der Abscheiderohre (2) in den StaubsammeIbunker (6) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durehmessers der Staubaustrageöffnung jedes Zyklons (2) zum Durchmesser seines Reingasauslaßrohres (5) so klein wie möglich, mindestens kleiner als 1/3 ist.

2.) Mehrfachfliehkraftentstauber nach Anspruch 1.) dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Bintrittsradius r_e der Gasströmung zum Radius r^, der Gasaustrittsöffnung so klein wie möglich, jedenfalls kleiner als 1,6 gewählt wird.

3.) Mehrfachfliehkraftentstauber nach einem oder beiden vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel an den unteren Enden der wendeiförmigen Leitflächen des Drallsehaufelkranzes (4) gleich oder größer als 45° gewählt wird.

4.) Mehrfachfliehkraftentstauber nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe h der, für die Abscheideleistung maßgeblichen, gedachten Zylinderfläche 2-^r₁Ia innerhalb des Zyklons (2) möglichst groß, mindestens gleich 8 r^ gewählt wird.

3/1 21. 11. 1963

«Inweis: Diese UnterSogs {Bsschreibung und Schut7onsp>.) lsi die zutetzt eingereichte! sis weich» von der Wortfassung det -Ursprüngen eingereichten Unterlegen ab. Die rechtliche Bsdeutung der Abweichung lsi nicht geprtift. Die ursprünglich eingereichten Unfsriagen befinden sich in den Amtsakten. Sie können jederzei) ohne Nöcfcw«» eines rechtlichen Interesses gebührenfrei eingesehen werden. Auf Antrag werden hiervon auch FoWköpien -ofcr FBmnegofive zu den üblichen Preisen geliefert Deutsches Patentamt, GfcbreuehsrauMente*