DE861496C

DE861496C - Verfahren und Vorrichtung zur Gasreinigung

Info

Publication number: DE861496C
Application number: DEP3727A
Authority: DE
Inventors: Hans August Havemann; Ernest Frederick Winter
Original assignee: Power Jets Research and Development Ltd
Current assignee: Power Jets Research and Development Ltd
Priority date: 1948-01-02
Filing date: 1950-09-29
Publication date: 1953-01-05
Also published as: BE486584A; CH279613A; NL71712C; FR978185A; GB639896A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 5. JANUAR 1953

P 3727 III 150 e

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasreinigung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Solche Vorrichtungen, die als Zyklonabscheider bezeichnet werden, sand bereits bekannt, wobei das· zu reinigende Gas gezwungen wird, einen Wirbelstrom zu bilden, so daß die aus dem Gas zu entfernenden Partikel infolge der Fliehkraft eine radial nach außen gerichtete Kraftwirkting erfahren, welche die Partikel an die Peripherie der Reinigungskammer drängt, so daß die Sammlung und Entfernung der Partikel in dieser Zone vorgenommen werden kann.

Die meistbekannten Arten von Zyklonabscheidern weisen eine Kammer von annähernd zylindrischer Form auf mit im wesentlichen ebenen, parallelen oder konischen Endflächen, wobei um die Längsachse der Kammer eine Wirbelströmung veranlaßt wird.

Den Auslaß für das gereinigte Gas bildet bei diesen bekannten Apparaten ein zentrales Rohr, das ao sich axial in die Kammer erstreckt und derart angeordnet ist, daß., um den Eintritt des Gases in das innere Ende des Rohres zu erreichen, der Wirbelbewegung eine axiale Strömungskomponente überlagert ist, so daß das Gas gezwungen wird, in axial umgelenkter Richtung zu sitrömen, wodurch die Abscheidung der Partikel ■ unterstützt wird. Das Strömungsbild in einer solchen Vorrichtung zeigt

gewöhnlich in der Nähe der Peripherie der Kammer eine annähernd gleichmäßige Geschwindigkaitsverteilung, die sich gemäß dem Gesetz der freien Wirbel gegen die Achse hin ändert, wobei die obenerwähnten Endflächen in ihrer unmittelbaren Nähe eine zusätzliche Sekundär-strömung in Form von Wirbeln verursachen und wobei die erwähnten Strömungsumlenkting die Bildung von weiteren Wirbeln veranlaßt.

ίο Diese Sekundärströmungen bilden einen Energieverlust, und in manchen Fällen vermögen sie sogar Partikel in den abfließenden Gasstrom zurückzudrängen, während das obenerwähnte Strömungsbitd eine niedere Grenze des Maximums der Gaisgeschwindigkeit mit Hinblick auf die Reibungswirkungen und den Druckverlust bedingt, so daß die Gasgeschwindigkeit im Abscheider tiefer als dies sonst möglich wäre, gehalten werden muß, was eine Abschwäcbung der Abscheidewirkung nach sich zieht.

Um die obenerwähnten Nachteile zu vermeiden, wird beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren zur Gasreinigung das- zu reinigende Gas in eine Zyklonkammer von etwa rundem Querschnitt eingeführt und um die Längsachse der Kammer zum Ausführen einer radial einwärts gerichteten Wirbelbewegung gezwungen, derart, daß die aus dem Gas zu entfernenden Partikel, welche unter der kombinierten Wirkung der Fliehkräfte und der Kräfte stehen^ welche die Partikel gegen die erwähnte Achse zu bewegen suchen, ihre Gleichgewichtslage außerhalb der Peripherie der Kammer erreichen^ wobei die Gase sich bei ihrer Wirbelbewegung dauernd in, der allgemeinen Richtung von ihrem Einlaß in die Kammer "zu einer Auslaßaussparung in einer Begrenzungsfläche der Kammer bewegen. Die Geschwindigkeit und die Bahnen des Gases und der festen Partikel sind weitgehend durch die Form der Begrenzungsflächen der Kammer bestimmt. Es ist vor allem wünschenswerti daß die Radialkomponente der Gasgeschwindigkeit in jedem Punkt konstant ist oder 'sich mit der Änderung des radialen Abstandes des Punktes von der Achse stetig ändert. Um diesen Zweck "zu erreichen, weist die ernndunglsgemäiß vorgeschlagene Vorrichtung zur Durchfährung des Verfahrens zur Gasreinigung eine Zyklonkammer auf, welche etwa kreisförmigen Querschnitt hat und Einläßtnittel aufweist, welche eine Wirbelbewegung um die Längsachse der Kammer und der Begrenzungsflächen hervorrufen, die derart ausgebildet sind, daß sich der in Radialrichtung gemessene Abstand zwischen einem Punkt einer solchen Wand und einem entsprechenden· Punkt auf der entgegengesetzten Wand von der Peripherie bis zum Auslaß' mit dem radialen- Abstand der Punkte von dieser Achse stetig ändert und mit kleiner werdenden Radien von dieser Achse größer wird, wobei der Auslaß ausschließlich durch eine Aussparung in der Kammerwand an dieser Achse gebildet wird, deren Aussparungisdurchmesser kleiner als der Größtdurcbmesser der Kammer ist, und die Anordnung derart ist, daß die Gase gezwungen werden, immer in der allgemeinen Richtung vom Einlaß zu der Auslaßaiusisparung hin zu strömen.

Versuche haben gezeigt, daß, um eine große Abscheidewirkung zu erreichen, die Radialkomponente der Geschwindigkeit mit abnehmendem radialem Abstand von der Achse abnehmen sollte. Anderseits soll dann, wenn die Erreichung eines minimalen Druckverlustes das einzige oder ein Hauptkriterium ist, die Radialkomponente der Geschwindigkeit zweckmäßig gegen die Achse hin zunehmen, während ein entsprechender Kompromiß zwischen den beiden erwähnten Überlegungen in der Konstanthaltung der Radialkomponente der Geschwindigkeit in allen Abständen von der Achse liegt. Zweckmäßig sind die Begrenzungswände der Zyklonkammer derart ausgebildet, daß sie beide die obenerwähnten Forderungen erfüllen können.

In einer der Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind alle oder ein Teil der Begrenzungsflächen der Zyklonkammer im wesentlichen konkav nach außen geformt {mit nach außen konkav oder konvex ist hier nach außen hohl oder gewölbt gemeint).

Um die Winkelgeschwindigkeit der austretenden Gase aufzuheben und diese in einen geradlinigen Strom überzuführen, kann um die axiale Auslaßöffnung eine spiralförmige Auislaßschnecke angeordnet sein, wobei zweckmäßig Mittel vorgesehen ■ sind, welche das Maß der Ausbreitung oder Beschleunigung regeln, um Energie- und Druckverluste, die sonst entstehen können, zu vermeiden.

Wird die Erfindung z. B. zur Luftreinigung vor einem Kompressor oder bei einer Gasturbine zur Reinigung der heißen Verbrennungsgase vor ihrem Auftreffen auf das Turbinenrad angewendet, so ist es selbstverständlich in höchstem Maße erwünscht, die Energieverluste auf ein Minimum zu reduzieren.

Ausführungsibeispiele das Ernndungis'gegenstands sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. ι einen Axialschnitt durch eine Zyklonkammer, ■ Fig. 2> einen Schnitt nach der Linie LI-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Einzelteil im Schnitt und Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Anzahl zusammengebauter, parallel wirkender Abscheider.

Gemäß Fig. 1 weist eine Zyklonkammer 1 eine ebene Endfläche 2 auf, die quer zur Längsachse der Kammer 1 angeordnet ist, in welcher ein gleichachsiger, zylindrischer Teil 3 sowie nach außen konkave Begrenzungswände 4, 5 vorgesehen sind, derart, daß der Abstand zwischen einem Punkt X der einen Wand und einem Punkt Y der gegenüberliegenden Wand, in Richtung der Längsachse gemessen, sich mit wachsendem radialem Abstand von dieser Achse stetig ändert, so daß die Radialkomponente der Geschwindigkeit des- Gaswirbels, der in dieser Kammer 1 erzeugt wird, wie verlangt konstant bleibt oder sich stetig ändert mit dem sich ändernden Abstand von der Achse. Die auf jedes der zu entfernenden Partikel wirkende Zentrifugalkraft ist größer als die Zugkraft, so daß der iag Radius der Gleicbgewichtsbahn der Partikel größer

ist als der Radius der Kammer i. Die Wand 5 weist eine axiale Auslaßöffnung 6 auf, welche in eine axial gerichtete Leitung 7 mündet, die sich vollständig außerhalb der Kammer 1 befindet. "Ein zylindrisches Organ 8 (Fig. 1 und 2) kann gleichachsig in der Kammer 1 angeordnet sein und sich durch die Öffnung 6 und, wenn gewünscht, auch durch die Leitung 7 erstrecken. Das Organ 8 bezweckt die Bildung eines axialen Kerns, um welchen die Wirbelströmung erzeugt wird, und dient zur Stabilisierung und kann im weiteren voll oder hohl ausgebildet sein, wobei im letzteren Fall das innere Ende geschlossen sein muß, damit die Öffnung 6 den einzigen. Ausgang der Kammer 1 bildet.

Tangential zur Kammer 1 sind Einlaßöffnungen 9 zweckmäßig derart im zylindrischen Teil 3 vorgesehen, daß sie sich über die ganze axiale Länge dieses Teils erstrecken.
Die Arbeitsweise ist dabei folgende: Das zu reinigende Gas tritt durch die Öffnungen 9 in die Kammer 1 ein, wobei es gezwungen wird, um die Achse der Kammer 1 eine Wirbelströmung auszuführen. Die im Gas vorhandenen Partikel werden gegen die Wände der Kammer geschleudert, von wo sie abgeklopft werden können, oder man lä;ßt sie auf die unterste Wandfläche fallen, von wo sie gesammelt und durch entsprechende Mittel entfernt werden, z. B. durch einen Kanal 18. Um die Wirbelgeschwindigkeit der austretenden Gase in eine lineare Strömung überzuführen, ist um die Auslaßleitung 7 (Fig. 3) eine spiralförmige Auslaßschnecke¹ 19 angeordnet, und um den Energie-λ-erlust zu verringern, ist die Auslaßschnecke mit gekrümmten Leitschaufeln 20 versehen, welche die Ausbreitung oder Beschleunigung der austretenden Gase regeln.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei welcher- eine Anzahl von Zyklo>nabscheidern parallel geschaltet ist. Diese Abscheidereinheiten ίο«, ίο⁶, 10^ 10^ io^e, io^f sind im gezeigten Beispiel in zwei Serien zu je drei Einheiten angeordnet, wobei eine Serie io", io^c, io" längs der einen Seite einer Hauptzufuhrleitung 11 angeordnet ist, während die andere Serie 1O⁶J io¹*, io' auf der diametral gegenü/berliegienden Saite dieser Leitung 11 angeordnet ist. An zwei einander diametral gegenüberliegenden Zonen 12 der Leitung 11 sind Zweigleitungen 13 vorgesehen, welche einen Teil der Gase unter Beibehaltung der allgemeinen Strömungsrichtung zum ersten Abscheiderpaar ίο", ίο⁶ führen, während sich die Leitung 11 nach diesem Abscheiderpaar verengt und auf ähnliche Weise durch Zweigleitungen 14 zu den Einlaßöffnungen eines zweiten Abscheiderpaares io^c, ΐο^ώ führt. Nach diesem zweiten Paar 10^ io^d verzweigt sich die Leitung 11 in zwei einzelne Leitungen 15, wovon jede unter Beibehaltung der allgemeinen Strömungsrichtung zu einem der beiden Abscheider des dritten Paares io^e, io^f führt. Auslaßischnecken i6^a, i6^& des ersten Abscheiderpaares io", io* münden in entsprechende Leitungen ij^a, ij^b, die zu den Auslaßschnecken i8^a, i8^& des zweiten Paares io^c, io<* führen, und diese führen ihrerseits durch Leitungen i7^c, ιγ^α zu den Auslaßschnecken 19^ 19^s das dritten Abscheiderpaares io^e, io^f, aus welchen das gereinigte Gas endlich in zwei Leitungen ij^e, 17' ausströmt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Gasreinigung, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Gas in eine Zyklonkammer von etwa rundem Querschnitt eingeführt und zum Ausführen einer radial einwärts gerichteten Wirbelbewegung um die Längsachse der Kammer gezwungen wird, derart, daß die aus dem Gas zu entfernenden Partikel, welche unter der kombinierten Wirkung der Zentrifugalkräfte und. der Kräfte stehen, welche die Partikel gegen die erwähnte Achse zu bewegen suchen, ihre Gleichgewichtslage außerhalb der Peripherie der Kammer erreichen, wobei die Gase sich bei ihrer Wirbelbewegung dauernd in der allgemeinen Richtung von ihrem Einlaß in die Kammer zu einer Auslaßaussparung bewegen.

2. Vorrichtung zur Ausübung das Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zyklonkammer, welche etwa kreisförmigen Querschnitt hat und Einlaßmittel aufweist, welche eine Wirbelbewegung um die Längsachsen der Kammer und den Begrenzungs- _go flächen hervorrufen, die derart ausgebildet sind, daß sich der in Radialrichtung gemessene Abstand zwischen einem Punkt einer solchen Wand und einem entsprechenden Punkt auf der entgegengesetzten Wand von der Peripherie bis zum Auslaß mit dem radialen Abstand der Punkte von dieser Achse stetig ändert und mit kleiner werdenden Radien von dieser Achse größer wird, wobei der Auslaß ausschließlich durch eine Aussparung in der Kammerwand an dieser Achse gebildet wird, deren Aussparungsdurchmesser kleiner als der Größtdurchmesser der Kammer ist, und die Anordnung derart ist, daß die Gase gezwungen werden, immer in der allgemeinen Richtung vom Einlaß zu der Auslaßaussparung hin zu strömen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Begrenzungsfläche

-der Zyklonkammer bildende Erzeugende eine nach außen konkave Hyperbel in solcher Weise ist, daß die radiale Geschwindigkeitskomponente des in der Kammer fließenden Gases bei abnehmender radialer Entfernung von der Achse konstant ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Begrenzungswandungen, die die Zyklonkammer bestimmen, eine solche ist, daß die radiale Geschwindigkeitskomponente des in der Kammer fließenden Gases mit abnehmender radialer Entfernung von der Achse abnimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Begrenzungswandungen, die die Zyklonkammer bestimmen, derart ist, daß die radiale Geschwindigkeitskomponente der in der Kammer fließenden

Gase mit zunehmender radialer Entfernung von der Achse zunimmt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswandungen ganz oder zum Teil von nach außen konkaver Form sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zyklonkammer aus- einem zylindrischen Teil mit tangentialen Einlassen besteht, die sich entlang'im wesentlichen der ganzen Länge dieses Teils erstrecken.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, gekennzeichnet durch ein Kernstück, das axial innerhalb der Zykloonkammer vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8, gekennzeichnet durch einen Auslaß, der mit der Aüslaß'aussparung in Verbindung steht und um diese herum angeordnet ist, durch welche die Wirbelgeschwindigkeit in eine geradlinige Strömungsgeschwindigkeit der abströmenden Gase umgewandelt; wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß mit Fülhrungsschaufeln versehen ist, durch welche die Ausdehnung oder Beschleunigung der abströmenden Gase zu steuern ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zyklonabscheider parallel vorgesehen sind, wobei der Ausgang eines jeden Scbeiders unmittelbar und stetig zum Ausgang des unmittelbar benachbarten Scheiders fährt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen