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Zyklonzelle für Staubabscheider
Die Erfindung betrifft eine Zyklonzelle für Staubabscheider, insbesondere Vielfachstaubabschei- der, mit einer axialen Eintrittsöffnung für das staubhältige Gas und einem axial angeordneten Austritts- rohr für das gereinigte Gas, wobei das Verhältnis des mittleren Radius der Eintrittsöffnung zum Innen- radius des Austrittsrohres höchstens 1, 6 ist und die Höhe des sich innerhalb des Zyklons von der Rein- 5gasaustrittsöffnung bis zum Zusammentreffen mit dem konischen Wandungsabschnitt des Zyklons er- streckenden gedachten Zylinders, welche Höhe die Abscheideleistung des Zyklons bestimmt, wenig- stens das achtfach des Radius dieses Zylinders beträgt.
Die Strömungs-und Druckverhältnisse in einem Zyklon werden durch die Beziehungen zwischen den Umlaufgeschwindigkeiten und den Strömungsradien im Zyklon sowie allenfalls vom erforderlichen
Eingangsdruck bestimmt.
Grundsätzlich haben die neuesten Forschungen auf diesem Gebiet ergeben, dass der Strömungsver- lauf und der Druckabfall innerhalb des Zyklons von den absoluten Zyklonabmessungen unabhängig ist.
Der Reibungsverlust innerhalb des Zyklons beträgt dabei :
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Der Druckverlust ist demnach proportional der Eintritssgeschwindigkeitshöhe und dem Radius der Strömung in der Eintrittsöffnung des Zyklons sowie umgekehrt proportional dem mittleren Radius der nach oben hin austretenden Reingasströmung.
Die Forschungen haben weiterhin ergeben, dass die Umlaufgeschwindigkeit an jedem Punkt der
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schnitt der Staubaustragsöffnung ansteigen, wobei m die Masse der Staubteilchen, u die Umlaufgeschwindigkeit des Gasstromes am Radius r (etwa gleich der Umlaufgeschwindigkeit der Staubteilchen), und r jenen besonderen Radius darstellt, auf dem die Umlaufgeschwindigkeit u vorherrscht. Durch Versuche wurde weiterhin nachgewiesen, dass auch für die Druckdifferenz A P zwischen Bunker und Reingasrohr eine Beziehung
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Ein weiteres Kriterium für die Abscheideleistung einer Zyklonzelle ist die Höhe des sich innerhalb des Zyklons von der Reingasaustrittsöffnung bis zum Zusammentreffen mit dem konischen Wandungsab- schnitt des Zyklons erstreckenden gedachten Zylinders. Dies ergibt sich aus der bekannten Tatsache, dass die Umfangsgeschwindigkeiten mit kleiner werdenden Radien des unteren Zyklontrichters stetig nach der Gesetzmässigkeit u . r = constant ansteigen.
Ziel der Erfindung ist es nun, die Abscheideleistung eines Zyklons durch geeignete Massnahme zu verstärken.
Die Lösung dieser Aufgabe ist nicht an bestimmte Zyklonabmessungen gebunden und besteht darin, eine optimal mögliche Verstärkung des Bunkerunterdruckes und der Fliehkraftwirkung (somit auch eine Erhöhung der Abscheideleistung) im Bereich der Staubaustragsöffnung bei jeder beliebigen Zyklongrösse zu erreichen. Die Wahl der günstigen Zyklonabmessungsverhältnisse in Verbindung mit einem optimal wirksamen Bunkerunterdruck ergibt eine bisher nicht für möglich gehaltene Verbesserung der Abscheideleistung, die den Stand der Technik um eine neue Erkenntnis bereichert, weil diese Verbesserung der Leistung ohne Erhöhung des Druckbedarfes (und somit ohne Erhöhung der Betriebskosten) erzielbar ist.
Es kann in diesem Zusammenhang grundsätzlich festgestellt werden, dass bisher aus den Forschungsergebnissen nicht die Schlussfolgerung gezogen worden ist, dass auch eine Beziehung zwischen dem Bunkerunterdruck und der Energie der Umlaufströmung bestehen müsse und dass man aufGrund dieser Beziehung den Bunkerunterdruck durch entsprechende Verkleinerung der Staubaustragsöffnung auf einen optimalen Wert erhöhen kann.
Während der weiteren Fortführung der Versuche wurde nunmehr das Optimum des erreichbaren Bunkerunterdruckes in Abhängigkeit von den Radienverhältnissen der Staubaustragsöffnung und der Roh- gaseinlassöffnung ermittelt. Demgemäss ist die erfindungsgemässe Zyklonzelle dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Radius der Staubaustragsöffnung zum mittleren Radius der Eintrittsöffnung, d. i.
der arithmetische Mittelwert zwischen dem inneren Radius des äusseren Zyklonrohres und dem Aussenradius des inneren Zyklonrohres, innerhalb eines Bereiches von 0, 07 und 0, 40 liegt, wobei der innere Radius und der Aussenradius die Eintrittsöffnung für das staubhältige Gas begrenzen und dass in dieser Eintrittsöffnung Leitflügel vorgesehen sind, welche das staubhältige Gas in einem Winkel, der gleich oder kleiner als 450 zur senkrechten Zyklonachse geneigt ist, tangential von oben her in die Wirbelkammer einleiten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Radius der Staubaustragsöffnung so klein gewählt, dass die in der Staubaustragsöffnung erreichbaren Fliehkräfte die Grösse
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haben, wobei G = Gewicht der Staubteilchen, g = Erdbeschleunigung, r =mittlererRadiusderEin- tritfsöffnung, r 1 == Radius der Staubaustragsöffnung, r, = Innenradius des inneren Zyklonrohres ut == Umfangsgeschwindigkeit am mittleren Radius r, der Eintrittsöffnung für das staubhältige Gas, V = Gasvolumen/sec, w = Fallgeschwindigkeit der Staubteilchen bei ruhendem Gas und h = die axiale Länge oder Höhe des erwähnten gedachten Zylinders ist.
Diese Regel gibt an, wie gross die Staubaustragsöffnung gemacht werden soll, um ein Staubkorn von ganz bestimmter GrösseundspezifischemGewichtaus- zuscheiden.
Das Gewicht der Staubteilchen, das in der Formel links und rechts des Gleichheitszeichens angeschrieben steht, ist von bestimmtem Einfluss auf die Grösse des Radius des Staubauslasses.
Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes sind den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen : Fig. l einen Schnitt durch einen Teil eines Vielfachstaubabscheiders, der mehrere parallele Zyklonzellen enthält, und Fig. 2 ein Diagramm, dessen obere Kurve die Bunkerunterdrücke P und dessen un-
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1len --2-- sind durch ein Blechgehäuse --6-- abgedeckt, das mit dem Traggerüst --1-- verbunden ist und dessen Bodenteil einen Trichter (Bunker) bildet, in dem sich der abgeschiedene Staub sammelt. Ein Rohgaskanal --7-- für das staubhältige Gas ist mit der Oberseite des Gehäuses --6-- verbunden und durch eine Trennwand --8-- vom Reingaskanal --9-- getrennt, den die Reingasrohre --5-- durchsetzen.
DieReingasrohre --5-- sind in der Trennwand --8-- gasdicht befestigt. Die Leitflügel --4-- führen die staubhältigen Gase in einem Winkel, der nicht mehr als 45 zur Achse der Zyklonzelle --2-- liegt, tangential von der Oberseite der Zyklone in die Wirbelkammer des Zyklons hinein. Der Staubaustritt aus der Zyklonzelle --2-- in den Staubrichter oder-bunker ist eine gedachte zylindrische Fläche --18--. Der die Abscheideleistung bestimmende gedachte Zylinder besitzt den inneren Durchmesser 2r3 des Reingasrohres --5-- und eine Längenausdehnung h bis zum Zusammentreffen mit der konischen Oberfläche der Zelle --2-- und ist mit --22-- bezeichnet. Die Mantelfläche des Zylinders be- trägt daher 2. Tr. rg. h, wobei die Höhe h des Zylinders --22-- wenigstens 8r3 ist.
In Fig. 2 zeigt die obere Kurve den Verlauf der Zahlenwerte
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für den Bunkerunterdruck und in der unteren Kurve sind die Differenzwerte
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eingezeichnet.
Hiebei ist wieder rl der Radius der Staubaustragsöffnung --18-- und r2 der mittlere Radius der Strömung in der Rohgaseintrittsöffnung --15--.
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mindestens grösser als 24, 4 mm W. S. sein soll, damit ein ausreichender Entstaubungsgrad mit wirtschaftlich tragbaremDruckautwand erzielt werden kann. Diese notwendige Forderung für den wirtschaftlichen Betrieb der Zyklonentstauber ergibt etwa den unteren Grenzwert --8-- für das Druckverhältnis
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Die Bemessung der Staubaustragsöffnung wird deshalb nur innerhalb des optimalen Betriebes B des
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{. !. u z} über dem Radienverhältnis - = 0, 13.0, 4 bemisst.
Der höchste Wert der für die Abscheideleistung massgeblichen Druckdifferenz A P soll deshalb auch unter Berücksichtigung des auftretenden Verschleisses erfindungsgemäss so gewählt werden, dass das Ver- ) hältnis des Radius rl des Staubaustragsöffnung --18-- zum mittleren Strömungsradius r in der Rohgas- eintrittsöffnung --15- im Bereich zwischen 0, 07 und 0, 4 liegt.
Für die bisher an sich bekannten günstigsten übrigen Abmessungsverhältnisse der Zyklonzelle ergibt sich somit eine konkrete technische Massnahme zur Erhöhung der Abscheideleistung bei gegebenem
Druckaufwand, durch die mögliche Verstärkung des Sogs der Wirbelsenke.
Zur verfahrensmässigen Bestimmung der Staubaustragsöffnung und der übrigen Zyklonabmessungen in Abhängigkeit von der Sinkgeschwindigkeit w des Grenzkorns, wird die Beziehung
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h.- und G das Gewicht der Staubteilchen) : Die mittlere Radialgeschwindigkeit auf der Mantelfläche des Zylinders--22--
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kann annähernd dermittleren Radialgeschwindigkeit der strömenden Gasmenge V auf einem Strömungsquerschnitt von konischer Oberflächenform gleichgesetzt werden, der sich im Inneren der Wirbelkammer von der Reingasaustrittsöffnung --5-- bis zur Staubaustragsöffnung --18-- erstreckt.
Unter dieser Voraussetzung kann man für geometrisch ähnliche Verhältnisse und für eine konstante Umlaufgeschwindigkeit u auch eine für alle geometrisch ähnliche Zyklonenabmessungenkonstante Radialgeschwindigkeit vermitteln.
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Hienach können mit r die zur Ausscheidung des Grenzkornes von der Sinkgeschwindigkeit w erforderlichen Zyklonabmessungen jeweils für eine konstante Umlaufkomponente der Eintrittsgeschwindigkeit u bestimmt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zyklonzelle für Staubabscheider, insbesondere Vielfachstaubabscheider, mit einer axialen Eintrittsöffnung für das staubhältige Gas und einem axial angeordneten Austrittsrohr für das gereinigte Gas, wobei das Verhältnis des mittleren Radius der Eintrittsöffnung zum Innenradius des Austrittsrohres höchstens 1, 6 ist und die Höhe des sich innerhalb des Zyklons von der Reingasaustrittsöffnung bis zum Zusammentreffen mit dem konischen Wandungsabschnitt des Zyklons erstreckenden gedachten Zylinders, welche Höhe die Abscheideleistung des Zyklons bestimmt, wenigstens das achtfache des Radius dieses Zylinders beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Radius (rl) der Staubaustragöffnung (18) zum mittleren Radius (r) der Eintrittsöffnung (15), d.
h. der arithmetische Mittelwert zwischen dem inneren Radius (r4) des äusseren Zyklonrohres (2) und dem Aussenradius (r) des inneren Zyklonrohres (5), innerhalb eines Bereiches von 0, 07 und 0, 40 liegt, wobei der innere Radius (r) und der Aussenradius (rus) die Eintrittsöffnung (15) für das staubhältige Gas begrenzen, und dass in dieser Eintrittsöffnung (15) Leitflügel (4) vorgesehen sind, welche das staubhältige Gas in einemWinkel, der gleich oder kleiner als 450 zur senkrechten Zyklonachse geneigt ist, tangential von oben her in die Wirbelkammer einleiten.
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