DE19630472A1 - Zyklon, insbesondere Zyklonabscheider und Zyklonsichter - Google Patents
Zyklon, insbesondere Zyklonabscheider und ZyklonsichterInfo
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- B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
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Description
Die Erfindung betrifft einen Zyklon, insbesondere Zyklonabscheider oder
Zyklonsichter, mit einem zylindrischen Gehäuseteil, in dem ein zylindrisches
Einlaufgehäuse mit Einlaufrohr angeordnet ist.
Zyklonabscheider dienen zum Abscheiden von staubförmigen Gütern aus
Gasströmen. Durch tangentiale Einführung des staubbeladenen Gasstroms wird
den Feststoffpartikeln eine Zentrifugalbeschleunigung erteilt, die sie an die
Wandung des Zyklonabscheiders schleudert, dort abbremst und so eine
Separation von Feststoff und Gas durch Geschwindigkeitsunterschiede erreicht.
Das gereinigte Gas wird durch ein Tauchrohr nach oben abgeführt, der Staub
durch eine Schleuse nach unten ausgetragen. Zyklonabscheider verfügen nicht
über Einrichtungen zur Steuerung von abzuscheidenden Korngrößen, was
jedoch für die Weiterverarbeitung von pulverförmigem Material meistens
notwendig ist.
So entstehen bei der Herstellung pulverförmiger Stoffe durch Zerkleinerungs- oder
Trocknungsprozesse in der Regel unerwünschte Anteile sehr feiner
Stäube, welche zur Verschlechterung der Fördereigenschaften führen oder
durch örtliche Inhomogenitäten die weitere Verarbeitung empfindlich stören
können. Besonders die Feinanteile im Bereich unterhalb von 20 µm erweisen
sieh oft als besonders störend. Mit Hilfe von Windsichtern oder besonderen
Siebapparaten ist es möglich, diese Anteile zu reduzieren.
Für eine wirtschaftliche Trennung im Bereich unterhalb von etwa 50 µm
werden bevorzugt Windsichter nach dem Zentrifugalprinzip eingesetzt. Diese
Zyklonsichter arbeiten in der Regel als Gegenstromzentrifugalsichter, wobei
das zu sichtende Gut entgegen der nach innen gerichteten Gasströmung
ausgeschleudert wird. Der wegen seiner geringen Masse vom Gas
mitgenommene Feinstaub wird anschließend in einem weiteren Abscheider von
diesem getrennt.
Bei technischen Windsichtungen kommt es infolge hoher Feststoffbeladungen
häufig zu unscharfen Trennungen, da die Partikel in Form von Strähnen in die
Sichtzone gelangen.
Unter Strähne versteht man eine Anhäufung von Feststoffteilchen in einer
Gasströmung, die sich infolge von Entmischung, z. B. durch Schwerkraft- oder
Zentrifugalkraftwirkung bildet. In Zyklonabscheidern oder Zyklonsichtern
entsteht diese Strähne infolge der Umlenkung im zylindrischen Teil und hat
ihre Ursache in der Überschreitung der Tragfähigkeit des Gases für
Feststoffpartikel. In der Strähne sind somit auch kleinere Partikel enthalten, die
bei geringen Feststoffbeladungen sonst mit der Gasströmung in das Feingut
gelangen würden. Zur Abhilfe werden daher sehr viel größere Sichtzonen oder
besondere Nachspüleinrichtungen benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zyklon bereitzustellen, der im Falle eines
Zyklonabscheiders zur Klassierung eingesetzt werden kann und der im Falle
eines Zyklonsichters verbesserte Trenneigenschaften aufweist. Diese Aufgabe
wird mit einem Zyklon gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen
Patentansprüchen beschrieben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch eine gezielte
Auflockerung der Strähnen eine verbesserte Abtrennung insbesondere der
allerfeinsten Partikel möglich ist, ohne die übrige Abscheidung zu
beeinträchtigen. Es ist zwar aus Krambrock, W.: Kritische Anmerkung zur
Untersuchung an Zyklonabscheidern, Chem.-Ing.-Tech. 51 (1979) Nr. 5, S.
493-496, bekannt, daß durch ungenaue Fertigung der inneren Wandungen oder
durch hereinragende Dichtungen die Strähnen gestört werden, was in der Regel
zu einem Abfall des Abscheidegrades und zu einer Anreicherung von gröberen
Partikeln, den sogenannten Spritzkörnern in Reingas führt.
Diese im Gegensatz zu den Fertigungsfehlern gezielte Auflockerung der
Strähnen wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Einlaufbereich des
Zyklons im Einlaufgehäuse und/oder im zylindrischen Gehäuseteil mindestens
eine die Gas-Partikelströmung störende Einrichtung (Störeinrichtung)
angeordnet ist. Die sich am Innenumfang eines Zyklonabscheiders oder
Zyklonsichters bildende Strähne wird mit Hilfe dieser Störeinrichtung von der
Wand abgelenkt und zerfällt in ihre Einzelpartikel. Die feinen Partikel werden
von der nach innen gerichteten Gasströmung abgesaugt, während die übrigen
Partikel infolge der Fliehkräfte wieder an die Wandung geschleudert werden
und dort eine neue Strähne bilden. Vorzugsweise wird durch Wiederholung der
Strähnenauflösung mittels mehrerer hintereinander geschalteter
Störeinrichtungen, die nicht nur im Bereich des Einlaufgehäuses, sondern auch
im zylindrischen Gehäuseteil angeordnet sein können, der gewünschte
Klassiereffekt für die feinen Partikel verstärkt. Die Haupteinflußgrößen sind
der Ort des Abwurfs und der Anstellwinkel der Störeinrichtung. Die
Störeinrichtung sollte so ausgestaltet und angebracht sein, daß kein
Zwischenraum zwischen der Störeinrichtung und der Gehäusewand vorhanden
ist, durch die der Gas-Partikelstrom ohne Ablenkung hindurchtreten kann.
Bezüglich des Zyklonabscheiders war es überraschend, daß durch das
Vorsehen einer Störeinrichtung dieser auch zur Klassierung eingesetzt werden
kann, da ein Zyklonabscheider normalerweise für eine möglichst hohe
Abscheidung aller Partikel, auch der feinsten, ausgelegt wird (s.
Muschelknautz, E., Greif V. u. Trefz M.: Druckverlust und Abscheidegrad in
Zyklonen, VDI-Wärmeatlas Lja 1/11. 7. Auflage, 1994, VDI-Verlag
Düsseldorf).
Die Störeinrichtung sollte so ausgestaltet und angebracht sein, daß kein
Zwischenraum zwischen der Störeinrichtung und der Gehäusewand vorhanden
ist, durch die der Gas-Partikelstrom ohne Ablenkung hindurchtreten kann.
Vorzugsweise erstreckt sich die Störeinrichtung in axialer Richtung mindestens
über die gesamte Breite des Einlaufgehäuses. Hierdurch wird sichergestellt,
daß die Strähne in ihrer gesamten Breite erfaßt und aufgelockert wird.
Die Störeinrichtung ist in einem Winkelbereich W von 0 bis 360°
vorzugsweise 0 bis 90° hinter der Einlaufebene E angeordnet. Die
Einlaufebene ist als diejenige Ebene definiert, in der das Einlaufrohr in das
Einlaufgehäuse mündet. Diese Anordnung der Störeinrichtung hinter der
Einlaufebene hat den Vorteil, daß die Auflockerung bereits frühzeitig einsetzt
und die Strähnen beim Zyklonsichter somit unmittelbar vor der eigentlichen
Sichtung umgelenkt und aufgelöst werden, so daß die dabei freigelegten feinen
Feststoffpartikel von der Gasströmung ausgetragen werden können. Ein
bevorzugter Bereich, wo die Störeinrichtung angeordnet sein kann, ist der
Winkelbereich zwischen 15 und 45° hinter der Einlaufebene E.
Die Störeinrichtung ist gemäß einer ersten Ausführungsform ein an der
Innenwand des Einlaufgehäuses und/oder des zylindrischen Gehäuseteils
angebrachter Verdrängungskörper. Dieser Verdrängungskörper kann ein
Prisma, vorzugsweise ein rechteckiges dreiseitiges Prisma sein, beispielsweise
ein Prisma mit einem rechtwinkligen Dreieck als Grundfläche. Der
Basiswinkel, der den Anstellwinkel der Seitenfläche des Prismas definiert, die
sich der Gas-Partikelströmung entgegenstellt, beträgt vorzugsweise 30 bis 60°.
Die radiale Erstreckung H des Verdrängungskörpers beträgt vorteilhafterweise
5 bis 60% des Innenradius des zylindrischen Gehäuseteils und hängt im
wesentlichen von der Eintrittsgeschwindigkeit des Gas-Partikelstroms sowie der
damit verbundenen Einschnürung im zylindrischen Gehäuseteil ab. Die
Prismenkante kann parallel zur Längsachse des Zyklons oder auch geneigt zur
Längsachse angebracht sein.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform umfaßt die Störeinrichtung eine in den
Innenraum des Einlaufgehäuses und/oder des zylindrischen Gehäuseteils
schwenkbare Klappe. Diese Klappe ist vorzugsweise um eine zur Längsachse
des Zyklons parallele Achse schwenkbar, wobei der Schwenkwinkel SW 10 bis
170° vorzugsweise 30 bis 90° betragen kann. Die Schwenkachse kann auch
bezügl. der Längsachse des Zyklons um den Winkel NW₁ geneigt angeordnet
sein. Die Länge L der Klappe hängt ebenso wie die Größe H des
Verdrängungskörpers von den Bedingungen der Gas-Partikelströmung ab und
liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 60% des Innenradius des
zylindrischen Gehäuseteils. Die Klappe kann abgeschrägt sein, so daß die
Kante mit der Längsachse des Zyklons einen Winkel NW₂ bildet.
Der Vorteil der schwenkbaren Klappe besteht darin, daß ohne Umbauten
vornehmen zu müssen, eine Anpassung an die individuellen Bedingungen der
Gas-Partikelströmung vorgenommen werden kann.
Eine ähnliche Flexibilität gewährleistet auch die dritte Ausführungsform,
wonach die Störeinrichtung eine Blaseinrichtung vorsieht. Diese
Blaseinrichtung erzeugt einen unter einem Blaswinkel BW nach innen
gerichteten Gasstrom, wobei dieser Winkel BW ebenfalls vorzugsweise
einstellbar ist. Über den Gasdruck bzw. die Gasströmungsgeschwindigkeit kann
ebenfalls eine Anpassung an unterschiedliche Gaspartikelströme vorgenommen
werden. Für eine ausreichende Auflockerung der Strähne sind vorzugsweise
Gasaustrittsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 100 m/s einzustellen.
Vorzugsweise weist die Blaseinrichtung mindestens ein an der Innenseite des
Einlaufgehäuses und/oder des zylindrischen Gehäuseteils angeordneten
Düsenbalken auf. Dieser Düsenbalken kann ortsfest angeordnet sein oder
vorteilshafterweise um eine zur Längsachse des Zyklons parallele Achse um
den Winkel BW 10 bis 170° schwenkbar sein. Der Düsenbalken weist
mindestens eine Düsenöffnung und/oder einen Düsenschlitz auf.
Anstelle eines Düsenbalkens kann an der Außenseite des Einlaufgehäuses
und/oder des zylindrischen Gehäuseteils mindestens eine Blaskammer
angebracht sein. In diesem Fall sind keine Einbauten innerhalb des Zyklons
notwendig. Die Blaskammer steht über mindestens eine in der Wand des
Einlaufgehäuses und oder des zylindrischen Gehäuseteils angeordnete
Düsenöffnung und/oder Düsenschlitz mit dem Innern des Zyklons in
Verbindung.
Sowohl die Blaskammer als auch der Düsenbalken können unter einem Winkel
NW₁ zur Längsachse des Zyklons geneigt angeordnet sein.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Zyklonabscheider im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Zyklonsichter im Längsschnitt,
Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch den in Fig. 1 gezeigten
Zentrifugalabscheider längs der Linie III-III, jedoch mit
insgesamt drei Störeinrichtungen,
Fig. 4 die Darstellung der Fig. 3 mit eingezeichneten Parametern,
Fig. 5a einen Horizontalschnitt durch einen Zyklonabscheider gemäß
einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 5b einen Zyklonabscheider im Längsschnitt gemäß einer weiteren
Ausführungsform,
Fig. 5c einen Zyklonabscheider im Längsschnitt gemäß einer weiteren
Ausführungsform,
Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch einen Zyklonabscheider gemäß
einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 7 und 8 Detaildarstellungen der Blaseinrichtung, der in Fig. 6 gezeigten
Ausführungsform,
Fig. 9 ein Diagramm mehrerer Volumenverteilungssummenkurven,
Fig. 10 Trenngradkurven für einen Zyklonabscheider,
Fig. 11 ein Diagramm mehrerer Volumenverteilungssummenkurven und
Fig. 12 Trenngradkurven für einen Zyklonsichter.
In der Fig. 1 ist ein Zyklonabscheider 1 im Längsschnitt schematisch
dargestellt. Der Zyklonabscheider 1 weist ein zylindrisches Gehäuseteil 3 auf,
das nach unten in ein konisches Gehäuseteil 4 übergeht. Bestandteil des
zylindrischen Gehäuseteils ist das Einlaufgehäuse 5, in das das Einlaufrohr 6
mündet. Im Zentrum ist ein Tauchrohr 8 angeordnet. Der mit Partikeln
beladene Gasstrom strömt durch das Einlaufrohr 6 in das Innere des
Zyklonabscheiders 1 ein, wobei den Feststoffpartikeln durch die tangentiale
Einströmung eine Zentrifugalbeschleunigung erteilt wird. Es tritt eine
Separation von Feststoff und Gas auf, wobei das gereinigte Gas durch das
Tauchrohr 8 nach oben durch die obere Austrittsöffnung 9 abgeführt wird. Die
abgeschiedenen Partikel werden durch die untere Austrittsöffnung 7
ausgetragen.
Im Einlaufgehäuse 5 ist eine Störeinrichtung 20 eingezeichnet, die in der hier
gezeigten Darstellung der Fig. 1 allerdings durch das Tauchrohr 8 verdeckt
ist. Diese Störeinrichtung 20 wird im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4
näher erläutert.
In der Fig. 2 ist ein Zyklonsichter 2 dargestellt, der ebenfalls ein
zylindrisches Gehäuseteil 3 und ein konisches Gehäuseteil 4 aufweist. Anstelle
eines Tauchrohres ist bei dem Zyklonsichter ein Sichterrotor 10 angeordnet.
Ferner sind im unteren Abschnitt des konischen Gehäuseteils 4 noch zwei
Eintrittsöffnungen 11 für Sekundärluft vorgesehen, die innerhalb des
Zyklonsichters 2 nach oben strömt und die feinen Partikel in Richtung
Sichterrotor 10 mitreißt, wo die Klassierung der Partikel stattfindet. Der
Zyklonsichter 2 weist ebenfalls ein Einlaufrohr 6 und ein Einlaufgehäuse 5 auf,
in dem eine Störeinrichtung 20 angeordnet ist.
Da die Störeinrichtung 20 für Abscheider und Sichter gleich ausgebildet sind,
gelten die nachfolgenden Erläuterungen im Zusammenhang mit den Fig. 3
bis 8 für beide Vorrichtungen.
In der Fig. 3 ist ein Horizontalschnitt durch den in der Fig. 1 gezeigten
Zentrifugalabscheider längs der Linie III-III dargestellt. In Abweichung von
der Fig. 1 sind insgesamt drei Störeinrichtungen 20 in Form von
Verdrängungskörpern 21a-21c vorgesehen, die über den Umfang verteilt im
Einlaufgehäuse 5 und im zylindrischen Gehäuseteil 3 angeordnet sind. Es
handelt sich bei den Verdrängungskörpern 21a-21c um gerade dreiseitige
Prismen mit den Seitenflächen 22 und 23 und einer Primenkante 24. Der durch
das Einlaufrohr 6 einströmende Gaspartikelstrom mit den groben Partikeln 13
und den feineren Partikeln 14 verdichtet sich zu einer Strähne 12a, die durch
die im Einlaufbereich angeordnete Störeinrichtung 20 durch die Seitenfläche 22
abgelenkt wird. Diese Strähne 12a zerfällt in ihre Einzelpartikel, wobei die
feinen Partikel 14 von den nach innen gerichteten Gasströmungen abgesaugt
werden. Die übrigen Partikel werden infolge der Fliehkräfte wieder an die
Wandung des Einlaufgehäuses 5 geschleudert und bilden dort eine neue Strähne
12b, die durch den zweiten Verdrängungskörper 21b ebenfalls wiederum auf
die gleiche Art und Weise aufgelöst wird. Im weiteren Verlauf bildet sich dann
eine dritte Strähne 12c, die wiederum durch den dritten Verdrängungskörper
21c umgelenkt und aufgelöst wird.
In der Fig. 4 ist der Schnitt gemäß der Fig. 3 ohne den Gas-Partikelstrom
und ohne die beiden Verdrängungskörper 21b und 21c dargestellt. Der erste
Verdrängungskörper 21a ist beabstandet zur Einlaufebene E unter dem Winkel
W an der Innenseite des Einlaufgehäuses 5 angeordnet. Die Seitenfläche 22
bildet mit der Basis des Verdrängungskörpers 21a den Basiswinkel AW, der in
der hier gezeigten Ausführungsform 45° beträgt. Die radiale Erstreckung des
Verdrängungskörpers 21a ist durch die Größe H gekennzeichnet und beträgt
etwa 25% des Innenradius r des zylindrischen Gehäuseteils 3.
In der Fig. 5a ist eine weitere Ausführungsform anhand eines
Horizontalschnitts durch einen Zyklonabscheider 1 dargestellt. Anstelle eines
Verdrängungskörpers ist als Störeinrichtung 20 eine Klappe 25 vorgesehen, die
ebenfalls unter dem Winkel W am Einlaufgehäuse 5 angeordnet ist. Die Klappe
25 ist um die vertikale Achse 29 schwenkbar gelagert, so daß der
Schwenkwinkel SW beliebig eingestellt werden kann. Die radiale Erstreckung
der Klappe 25 ist durch die Länge L gekennzeichnet. Auch hier beträgt die
Länge L etwa 25% des Innenradius r des zylindrischen Gehäuseteils 3. Der
Schwenkwinkel SW kann vorzugsweise zwischen 0 und 90° stufenlos
eingestellt werden.
In der Fig. 5b ist ein Zyklonabscheider 1 im Längsschnitt dargestellt, der als
Störeinrichtung eine Klappe 25 aufweist, die um die Achse 29 schwenkbar ist.
Die Klappenkante 31 ist um einen Winkel NW₁ zur Längsachse 15 des Zyklons
1 geneigt angeordnet. Zur Anpassung an die Geometrie eines Sichterrotors
kann die Klappe 25 unten breiter sein als oben.
In der Fig. 5c ist ein Zyklonabscheider 1 entsprechend der Fig. 1 im
Längsschnitt dargestellt. Der Verdrängungskörper 20 ist zur Längsachse 15 des
Zyklons geneigt eingebaut, so daß die Prismenkante 24 einen Winkel NW₂
bildet.
In der Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die
Störeinrichtung 20 in Form einer Blaseinrichtung realisiert ist. An der
Innenseite des Einlaufgehäuses 5 ist ein Düsenbalken 26 angeordnet, der um
seine Längsachse, die parallel zur Längsachse des Zyklonabscheiders 1 liegt,
schwenkbar, so daß die Öffnung des Düsenbalkens, die in der hier gezeigten
Darstellung ein Düsenschlitz 27 ist, um den Blaswinkel BW geschwenkt
werden kann. Durch den Düsenbalken wird ein Gas unter einem vorgegebenen
Druck eingeleitet, der durch den Düsenschlitz 27 austritt und somit eine nach
innen gerichtete Gasströmung erzeugt, die die sich an der Innenseite des
Einlaufgehäuses 5 bildende Strähne auflöst.
Als Alternative kann auch an der Außenseite des Einlaufgehäuses 5 eine
Blaskammer 30 angeordnet sein, die über einen entsprechenden Düsenschlitz
27 in der Wand des Einlaufgehäuses 5 mit dem Inneren des Zyklons in
Verbindung steht. Eine Einstellung des Blaswinkels ist hier nicht möglich, die
Strömungsrichtung ist radial nach innen gerichtet.
In den Fig. 7 und 8 sind Detaildarstellungen des Düsenbalkens 26 zu
sehen. Der Düsenschlitz 27 erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge des
Düsenbalkens 26 und in der Schnittdarstellung ist der Blaswinkel BW
eingezeichnet.
In der Fig. 8 ist der Düsenbalken mit einer Anzahl von übereinander
angeordneten Düsenöffnungen 28 versehen.
In den nachfolgenden Beispielen 1 bis 3 wurde mit einem in der Fig. 1
dargestellten Zyklonabscheider 1 gearbeitet, der einen Innenradius r von 0,5 m
aufwies. Zur Ablenkung der Strähne 12a wurde ein prismatischer
Verdrängungskörper 21a eingesetzt.
Der hinter einer Zerkleinerungsmaschine zur Abscheidung des Mahlgutes
benutzte Zyklonabscheider üblicher Bauart, Fig. 1 bis 3, wird mit einem
Luftstrom von 6360 m³/h und einem Kunststoffpulverstrom von 1020 kg/h
beaufschlagt. Die Dichte des Pulvers beträgt 1700 kg/m³. Ohne Störeinrichtung
wird ein Gesamtabscheidegrad von 99% gemessen, d. h. 99% der
ankommenden Pulvermenge wird als Grobgut und somit als Nutzprodukt
gewonnen. Der restliche Feinstaub von 1% wird in einem nachgeschalteten
Filter abgeschieden. Der hier maßgebliche Feinstaubanteil < 10 µm von 9,9%
im Aufgabegut geht auf 9,0% zurück.
Der Zyklonabscheider nach Beispiel 1 wird mit einer Störeinrichtung 20 gemäß
Fig. 3 ausgestattet. Die radiale Höhe dieser dachförmigen Störeinrichtung
beträgt H = 30 mm bei einem Basiswinkel von AW = 45°. Der
Gesamtabscheidegrad nimmt auf 98% ab. Der Feinstaubanteil < 10 µm geht
auf 8,6% zurück.
Zyklonabscheider mit einer Störeinrichtung nach Beispiel 2, jedoch mit einer
radialen Höhe der Störeinrichtung von H = 90 mm. Der Gesamtabscheidegrad
nimmt auf 97% ab. Der Feinstaubanteil < 10 µm geht auf 7,5% zurück.
Die Wirksamkeit der Maßnahme wird besonders deutlich, wenn man die
relative Abnahme des Feinstaubanteils < 10 µm betrachtet. Während im
Beispiel 1 nur eine Abnahme von 9,9 auf 9,0% stattfindet, das sind relativ 9%,
so erhöht sich diese in Beispiel 2 auf 13% und in Beispiel 3 auf 25%.
Eine Abnahme um relativ 10 bis 20% führt in der Regel schon zu deutlich
besseren Verarbeitungseigenschaften.
Die dazugehörigen Korngrößenverteilungen und Trenngrade wurden
entsprechend DIN 66 142, Teil 1 mit Laserbeugungsspektrometern der Fa.
CILAS mit Meßbereichen von 1 bis 192 bzw. 0,7 bis 400 µm in wäßriger
Dispersion mit 1minütiger Ultraschallbehandlung ermittelt. In Fig. 9 sind die
Volumenverteilungssummenkurven Q(d) aufgetragen. Die obere Kurve stellt
das Aufgabegut A dar. Man erkennt hier wie die Partikel < 10 µm im
abgeschiedenen Grobgut G1 bis G3 abnehmen. Noch deutlicher wird die
Abnahme des Feinstaubs aus Fig. 10 ersichtlich, in der die Trenngradkurven
T(d) aufgetragen sind. Diese zeigen, daß sich z. B. der Anteil der 5 µm-Par
tikel des Aufgabegutes von etwa 86% auf 64% im Grobgut absenken läßt.
Dies entspricht einer relativen Abnahme von etwa 25%.
Die weiteren Beispiele mit einem handelsüblichen Apparat, der sowohl als
Zyklonabscheider als auch als Zyklonsichter betrieben werden kann, dienen zur
Demonstration der Wirksamkeit der Strähnenauflösung. Statt einer
prismatischen Störeinrichtung wird hier eine von außen verstellbare Klappe 25
verwendet, Fig. 5. Der Schwenkwinkel SW wird von der Tangente an die
Gehäusewandung aus gemessen.
Alle folgenden Beispiele wurden mit Kalksteinmehl mit einer Dichte von 2600
kg/m³ bei einem Luftstrom von 2400 m³/h und einem Feststoffstrom von 480
kg/h durchgeführt.
Der nach Fig. 2 skizzierte Zyklonabscheider wird ohne Klappenwirkung
beaufschlagt. Der Gesamtabscheidegrad liegt bei 92,3%. Der hier
maßgebliche Feinstaubanteil < 12 µm von 38,4% im Aufgabegut geht auf
36,6% zurück, was einer relativen Abnahme von 5% entspricht.
Zyklonabscheider nach Beispiel 4, jedoch mit einer Klappenlänge von L = 90
mm bei einem Schwenkwinkel von SW = 60°. Der Gesamtabscheidegrad
nimmt auf 84,6% ab. Der Feinstaubgehalt < 12 µm geht auf 35,0% zurück,
was einer relativen Abnahme von 9% entspricht.
Es wurde der als Zyklonsichter mit einem beaufschlagten Rotor ausgerüstete
Apparat nach Fig. 2 eingesetzt. Die Drehzahl des Rotors blieb bei allen
Beispielen mit 3230 U/min unverändert. Ohne Klappenwirkung beträgt der
Gesamtabscheidegrad 87,6%. Der Feinstaubgehalt < 12 µm geht auf 31,3%
zurück, was einer relativen Abnahme von 18% entspricht.
Zyklonsichter nach Beispiel 6, jedoch mit einer Klappenlänge von L = 90 mm
bei einem Schwenkwinkel von SW = 45°. Der Gesamtabscheidegrad nimmt
auf 84,0% ab. Der Feinstaubgehalt <12 µm geht auf 27,0% zurück, was
einer relativen Abnahme von 30% entspricht.
Zyklonsichter nach Beispiel 7, jedoch mit einer Klappenlänge von L = 90 mm
bei einem Schwenkwinkel von SW = 60°. Der Gesamtabscheidegrad nimmt
auf 81,2% ab. Der Feinstaubgehalt < 12 µm geht auf 24,3% zurück, was
einer relativen Abnahme von 37% entspricht.
Eine vergleichbare Reduzierung des Feinstaubgehalts würde man auch
erreichen, wenn man einen Teil der Sichtluft in Form von Sekundärluft zum
Spülen des Grobgutes am Austritt des Sichters verwendet, Fig. 2.
Zyklonsichter nach Beispiel 6, jedoch mit einem Sekundärluftanteil von 5%.
Der Gesamtabscheidegrad liegt bei 84,8%. Der Feinstaubanteil < 12 µm geht
auf 27,4% zurück, was einer relativen Abnahme von 29% entspricht.
Zyklonsichter nach Beispiel 9, jedoch mit einem Sekundärluftanteil von 10%.
Der Gesamtabscheidegrad nimmt auf 81,2% ab. Der Feinstaubgehalt < 12 µm
geht auf 24,4% zurück, was einer relativen Abnahme von 37% entspricht.
Die zu den Beispielen 3 bis 10 gehörigen Korngrößenverteilungskurven Q(d)
und Trenngradkurven T(d) sind in den Fig. 11 und 12 wiedergegeben. Die
Kurve A stellt dasselbe Aufgabegut A wie in den Beispielen 1 bis 3 dar. Man
erkennt auch hier wie die Partikel < 20 µm im Grobgut G4 bis G9 abnehmen.
Fig. 12 zeigt wiederum sehr deutlich die Abnahme z. B. der 5 µm-Partikel bei
der Fahrweise als Abscheider von etwa 90 (Beispiel 4) auf 62% (Beispiel 5).
Noch stärker ist die Abnahme bei der Sichterfahrweise auf etwa 45% (Beispiel 7
und 9). Die relative Abnahme ist mit etwa 30 bzw. 50% wesentlich höher.
Die Verwendung von Störeinrichtungen hat gegenüber der Einspeisung von
Sekundärluft den Vorteil, daß die ankommende Strähne unmittelbar vor der
eigentlichen Sichtzone aufgefächert wird und das Grobgut nicht erst am Ende des
Prozesses mit der Gefahr von Partikelabrieb und elektrostatischer Aufladung
zurückgeführt wird (Galk, J. u. W. Peukert: Cyclone Classifier for Inline- and
Offline-Clasification. powder handlung & processing, volume 8, No. 1, Jan/Mar
1996, p. 5/58).
Bezugszeichenliste
1 Zyklonabscheider
2 Zyklonsichter
3 zylindrisches Gehäuse
4 konisches Gehäuseteil
5 Einlaufgehäuse
6 Einlaufrohr
7 untere Austrittsöffnung
8 Tauchrohr
9 obere Austrittsöffnung
10 Sicherrotor
11 Eintrittsöffnung Sekundärluft
12a- c Strähne
13 grobe Teilchen
14 feine Teilchen
15 Längsachse
20 Störeinrichtung
21a- c Prisma
22 Seitenwand
23 Seitenwand
24 Prismenkante
25 Klappe
26 Düsenbalken
27 Düsenschlitz
28 Düsenöffnung
29 Achse
30 Blaskammer
31 Klappenkante
2 Zyklonsichter
3 zylindrisches Gehäuse
4 konisches Gehäuseteil
5 Einlaufgehäuse
6 Einlaufrohr
7 untere Austrittsöffnung
8 Tauchrohr
9 obere Austrittsöffnung
10 Sicherrotor
11 Eintrittsöffnung Sekundärluft
12a- c Strähne
13 grobe Teilchen
14 feine Teilchen
15 Längsachse
20 Störeinrichtung
21a- c Prisma
22 Seitenwand
23 Seitenwand
24 Prismenkante
25 Klappe
26 Düsenbalken
27 Düsenschlitz
28 Düsenöffnung
29 Achse
30 Blaskammer
31 Klappenkante
Claims (21)
1. Zyklon, insbesondere Zyklonabscheider oder Zyklonsichter, mit einem
zylindrischen Gehäuseteil, an dem ein zylindrisches Einlaufgehäuse mit
Einlaufrohr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß im Einlaufbereich des Zyklons im Einlaufgehäuse (5) und/oder im
zylindrischen Gehäuseteil (3) eine die Gas-Partikelströmung störende
Einrichtung (Störeinrichtung) (20) angeordnet ist.
2. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Störeinrichtung (20) in axialer Richtung mindestens über die gesamte
Breite des Einlaufgehäuses (5) erstreckt.
3. Zyklon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Störeinrichtungen (20) über den gesamten Umfang des
Einlaufgehäuses (5) einschließlich des zylindrischen Gehäuseteils (3)
verteilt angeordnet sind.
4. Zyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Störeinrichtung (20) in einem Winkelbereich W von 0 bis 90°
hinter der Einlaufebene E angeordnet ist.
5. Zyklon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Störeinrichtung (20) in einem Winkelbereich zwischen 15° und 45°
hinter der Einlaufebene E angeordnet ist.
6. Zyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Störeinrichtung (20) ein an der Innenwand des Einlaufgehäuses
(5) und/oder zylindrischen Gehäuseteils (3) angebrachter
Verdrängungskörper (21a-c) ist.
7. Zyklon nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verdrängungskörper (21a-c) ein Prisma ist.
8. Zyklon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verdrängungskörper (21a-c) ein rechtwinkliges, dreiseitiges Prisma ist.
9. Zyklon nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Basiswinkel AW des Prismas 30 bis 60° beträgt.
10. Zyklon nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die radiale Erstreckung H des Verdrängungskörpers (21a-c) 5 bis
60% des Innenradius r des zylindrischen Gehäuseteils (3) beträgt.
11. Zyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Störeinrichtung (20) eine in den Innerraum des Einlaufgehäuses
(5) und/oder des zylindrischen Gehäuseteils (3) schwenkbare Klappe
(25) umfaßt.
12. Zyklon nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe
(25) um eine zur Längsachse des Zyklons (1, 2) parallele Achse
schwenkbar ist.
13. Zyklon nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkel SW der Klappe (25) 10 bis
170° beträgt.
14. Zyklon nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurchgekennzeichnet,
daß die Länge L der Klappe (25) 5 bis 60% des Innenradius r des
zylindrischen Gehäuseteil (3) beträgt.
15. Zyklon nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Störeinrichtung (20) eine Blaseinrichtung ist.
16. Zyklon nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Blaseinrichtung einen unter einem Blaswinkel BW nach innen
gerichteten Gasstrom erzeugt.
17. Zyklon nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die
Blaseinrichtung mindestens einen an der Innenseite des Einlaufgehäuses
(5) und/oder des zylindrischen Gehäuseteils (3) angeordneten
Düsenbalken (26) aufweist.
18. Zyklon nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der
Düsenbalken (26) um eine zur Längsachse des Zyklons (1, 2) parallele
Achse um den Winkel BW 10 bis 170° schwenkbar ist.
19. Zyklon nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch
gekennzeichnet, daß der Düsenbalken (26) mindestens eine
Düsenöffnung (28) und/oder Düsenschlitz (27) aufweist.
20. Zyklon nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Blaseinrichtung mindestens eine an der Außenseite des Einlaufgehäuses
(5) und/oder des zylindrischen Gehäuseteils (3) angebrachte
Blaskammer (30) umfaßt.
21. Zyklon nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die
Blaskammer (30) über mindestens eine in der Wand des
Einlaufgehäuses (5) und/oder zylindrischen Gehäuseteils (3) angeordnete
Düsenöffnung (28) und/oder Düsenschlitz (27) mit dem Innern des
Zyklons in Verbindung steht.
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