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Zyklon-Abscheider Die Erfindung betrifft einen Zyklon-Abscheider,
in den staubhaltiges Gas in Form einer abwärts gerichteten Wirbelströmung in einen
Abscheidezylinder, der in einen konischen Staubaustrag übergeht, eingeleitet wird,
mit einem am oberen Ende des Zyklon-Abscheiders angeordne-ten Gasaustritt.
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-Zweck der Erfindung ist eine Verbesserung des Abscheidegrades von
Zyklon-Abscheidern und damit eine Verringerung der Luftverschmutzung durch industrielle
Abgase.
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Es ist bekannt, staubhaltige Gase durch mechanische Fliehkraft-Abscheider
wie Zyklone, Multizyklone o. a. zu entstauben. Solche Abscheider bestehen im allgemeinen
aus einem Gaseintritt für das staubhaltige Gas, einem zylindrischen oder konischen
Teil, einem Staubaustrag und einem Gasaustrittsrohr für das gereinigte Gas. Das
staubhaltige Gas wird in den zylindrischen oder konischen Teil in einer abwärts
gerichteten Wirbelströmung eingeführt0 Dabei trennen sich Staub und Gas aufgrund
der Unterschiede in den Trägheitskräften. Der Staub sammelt sich im Boden des Apparates
und wird durch eine Staubaustragsöffnung abgeführt, während das vom Staub befreite
Gas in einer aufwärts gerichteten Wirbelströmung durch einen rohrförmigen Gasaustritt
den Zyklon verläßt.
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Solche Zyklon-Abscheider sind unwirksam in bezug auf die Abscheidung
von sehr kleinen und leichten Staubteilchen' beispielsweise von Staubteilchen aus
der Verbrennung von schwerem Heizöl.
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Der Abscheidegrad solcher Zyklone kann verbessert werden, indem man
den Zyklondurchmesser oder den rohrförmigen Gasaustritt stark verkleinert oder durch
eine Reihenschaltung von zwei oder mehreren Zyklon-Abscheidern. Doch solche Verbesserungen
haben andererseits den Nachteil, daß beispielsweise einzelne Teile des Abscheiders
sich durch Staub verstopfen können oder ein starker Anstieg des Druckverlustes notwendig
ist, um einen genügenden Abscheidegrad zu erreichen. Sie sind deshalb von geringem
praktischen Nutzen.
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Im allgemeinen besteht für Zyklon-Abscheider mit hohem Staubabscheidegrad
und möglichst geringem Druckverlust ein echtes Bedürfnis, doch erfüllt keiner der
oben beschriebenen Zyklon-Abscheider beide Anforderungen in befriedigender Weise.
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Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, diese Nachteile
zu überwinden und einen verbesserten Zyklon-Abscheider mit hohem Abscheidegrad und
niedrigem Druckverlust zu finden, mit dem auch feinere Teilchen abgeschieden werden,
ohne einen wesentlichen Anstieg im Druckverlust, wie er beispielsweise in zweistufigen
Anordnungen erforderlich ist.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Gasaustritt als ein zentral
in den Abscheidezylinder hineinragendes Rohr ausgebildet ist und in der Wand des
über den Zyklon-Abscheider hinausragenden Teiles des Rohres mindestens eine Öffnung
angeordnet ist und zum Auffangen des durch die aufwärts gerichtete Wirbelströmung
im Rohr durch die Öffnung ausgeschleuderten Reststaubes ein die Öffnung umschließender
Abscheideraum angeordnet ist.
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Der erfindungsgemäße Apparat hat den Vorteil, daß der Staub zunächst
wie in einem üblichen und schon zuvor beschriebenen Zyklon abgeschieden wird und
durch die Ausnutzung der mit dem Reststaub beladenen aufsteigenden Wirbelströmung
durch eine Öffnung im Rohr eine zusätzliche Abscheidung bewirkt wird. Der Staub
sammelt sich dabei längs der Wandung des Abscheidezylinders in einer abwärts gerichteten
Staubspirale, während der nichtabgeschiedene feinere Reststaub in einer inneren
aufwärts gerichteten Wirbelströmung mit in den Gasaustritt gefördert wird. In dem
Gasauftritt wird er in gleicher Weise infolge der Trägheitskräfte zwischen Staub,
Rststaub und Gas an der Wand und in Wandnähe des Austrittsrohres konzentriert. Nach
der Erfindung wird die sekundär aufsteigende Wirbelströmung und die dabei auftretenden
Zentrifugalkräfte vollständig zur Abscheidung des Reststaubes ausgenutzt. Der Reststaub,
d-er an der inneren Oberfläche des Rohres emporsteigt, wird dabei gegen die Wand
des Rohres gedrückt, so daß der Staub, sobald er die Öffnung oder Öffnungen im Rohr
in der Rohrwand erreicht, gezwungenerweise aus dem Rohr ausgeschleudert wird aufgrund
der Zentrifugalkräfte-des aufsteigenden Strömungswirbels. Damit ist es aber möglich,
auch die feineren Teilchen, die vorwiegend im Reststaub konzentriert sind, d.h.
Teilchen beispielsweise mit Korngrößen unter 5 /um, mit größerem Wirkungsgrad abzuscheiden.
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Obwohl die Staubabscheidung praktisch in zwei Stufen durchgeführt
wird wie oben beschrieben, ist die mechanische Anordnung ganz einfach. Es ist nicht
nötig den Durchmesser des Abscheide-Zyklons oder des Austrittsrohres undloder anderer
Teile stark zu verringern oder das Ganze in einem Zweistufensystem anzuordnen.
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Gemäß einer'weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am unteren Ende
des zentral in den Abscheidezylinder hineinragenden Rohres eine konische Erweiterung
angeordnet.
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Eine solche konische Erweiterung hat den Vorteil, daß das in den Abscheidezylinder
in Form einer abwärts gerichteten Wirbelströmung eingeführte staubhaltige Gas noch
durch die gegen den zylindrischen Teil geneigte konische Erweiterung des Rohres
eine zusätzliche Komponente zur Staubkonzentration in Wandnähe des zylindrischen
Teiles erhält und weiterhin der aufsteigende Strömungswirbel mit dem Reststaub vor
der Öffnung zur sekundären Abscheidung des Reststaubes beschleunigt wird und damit
die Trägheitskräfte vergrößert werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als Öffnung auf
dem Umfang des Rohres verteilte längliche Schlitze angeordnet.
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Durch diese Schlitze als Öffnungen im Rohr kann der Staub aus dem
Inneren des Rohres in den die Öffnungen umschließenden Abscheideraum gelangen.
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íne weitere vorteilehafte Ausführung der Erfindung wird dadurch erreicht,
daß die Öffnung als ringförmiger Spalt zwischen dem oberen und unteren Teil des
Rohres angeordnet ist.
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Durch diesen Spalt wird das Rohr in zwei Hälften geteilt und es ergibt
sich eine größere Austrittsfläche für den Staub.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der ringförmige Spalt
durch die Anordnung eines oberen Teiles des Rohres mit kleinerem Durchmesser als
der untere Teil des Rohres gebildet.
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Dies ist besonders vorteilhaft, weil dadurch der äußere Teil des staubbeladenen
aufsteigenden Wirbels durch den oberen Teil des Rohres quasi abgeschält wird und
ein größerer Anteil
des Reststaubes in den den Spalt umgebenden
Raum gelangen kann.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung läßt sich vorteilhaft noch weiter
verbessern dadurch, daß der obere Teil des Rohres in den unteren Teil des Rohres
hineinragend angeordnet ist.
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Durch diese Anordnung wird vor allem bewirkt, daß eine Rückwirkung
des umgebenden Sammelraumes durch den Spalt auf die aus dem ringförmigen Raum zwischen
Rohrunter- und -oberteil vermindert wird und gleichzeitig die wandnahe Staubsträhne
sauber von dem staubfreien Innenteil der aufsteigenden Wirbelströmung abgetrennt
wird.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie unter Ausnutzung der inneren
aufsteigenden Wirbelströmung praktisch eine zweistufige Reinigung des Gases bewirkt,
ohne daß dadurch der Druckverlust der Vorrichtung wesentlich erhöht werden muß.
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Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher und beispielsweise beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 einen konventionellen Zyklon-Abscheider Fig. 2 eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zyklon-Abscheiders im Aufriß Fig. 3 den Zyklon-Abscheider
von Fig. 2 und 4 im Grundriß Fig. 4 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Zyklon-Abscheiders Fig. 5 eine Ausführungsform des Rohres im Gasaustritt Fig. 6
eine andere Ausführungsform des Rohres im Gasaustritt
Fig. P in
einem Diagramm den Vergleich zwischen dem erfindungsgemäßen Zyklon und einem konventionellen
Zyklon-Abscheider nach Fig. 1.
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Der in Fig. 1 gezeigte Zyklon-Abscheider üblicher Bauart besteht aus
einem tangentialen Gaseintritt 12 einem Abscheidezylinder 2 mit einem konischen
Übergang 3 in den Staubaustrag 5 sowie das Gasaustrittsrohr 4.
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Eine mögliche und bevorzugte Ausführung des Zyklon-Abscheiders nach
der Erfindung ist in den Figuren 2, 3 und 4 dargestllt.
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Er weist einen tangentlt1en Gaseintritt auf, einen Abscheidezylinder
2 mit einem konischen Übergang 3 in den Staubaustrag 5. Koaxial zum Absf flidezylinder
ist d; Gasaustritt in Form eines Rohres 4 mit einem unteren Rohrteil 4b und einem
oberen Rohrteil 4a. Der untere Rohrteil 4b weist an seinem unteren Ende eine konische
Erweiterung 4c auf. Der untere Rohrteil 4b hat einen größeren Innendurchmesser als
der Außendurchmesser des oberen Rohrteiles 4a. Beide Teile des Rohres 4 sind durch
eine Öffnung 11 mit der Spaltbreite t voneinander getrennt. Das obere Rohrteil 4a
befindet sich in geradliniger Fortsetzung des unteren Rohrteiles 4b an der oberen
Wand des die Öffnung 11 lzmschließenden Abscheideraumes 12. Der Abscheideraum 12
besteht aus dem sekundären Abscheidezylinder 6, der in einen Staubaustrag 9 mit
der Staubaustragsöffnung 10 übergeht.
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Fig. 5 zeigt eine andere Ausgestaltung des Rohres 4 mit den Rohrteilen
4a und 4b mit ihrer Öffnung 11. Dabei taucht der obere Rohrteil 4a in'den unteren
Rohrteil 4b ein und bildet dazwischen einen ringförmigen Spalt 11.
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Nach Fig. 6 ist das Rohr 4 mit seiner unteren konischen Erweiterung
4c mit Öffnungen versehen, die als längliche Schlitze 13 ausgebildet sind, durch
die der Reststaub in den äußeren Abscheideraum 12 geschleudert wird.
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Der Eintritt in den Zyklon muß nicht unbedingt tangential ausgebildet
sein; er kann auch aus einem Schaufelkranz bestehen oder einer anderen Anordnung,
durch die eine abwärts gerichtete Wirbelströmung mit einem inneren aufwärts gerichteten
Wirbelkern erzeugt wird.
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Der Abscheider arbeitet wie folgt: Das Eintreten des staubhaltigen
Gases wird durch den tangentialen Eintritt 1 und den Abscheidezylinder 2 in Rotation
versetzt. Durch die kezusartige Erweiterung 4c des Rohres 4 bekommt die Strömung
eine zusätzliche Bewegungskomponente in Richtung auf die Wand des Abscheidezylinders
2. Im Abscheidezylinder 2 und dem konischen Ubergang 3 zum Staubaustrag 5 kehrt
sich die durch Rotation erzeugte Wirbelbewegung des Gases um und strömt als innerer
Wirbel nach oben in den Gasaustritt. Durch die Wirbelbewegung des eintretenden Gases
in den Abscheidezylinder 2 trennen sich die Staubteilchen vom Gas aufgrund der Zentrifugalkräfte
und sammeln sich im konischen Staubaustrag. Die nicht abgeschiedenen Reststaubteilchen,
insbesondere der Feinststaub, gelangt mit dem aufsteigenden inneren GaswirbelX in
die konische Erweiterung 4c des unteren Rohrteiles 4b. Durch den sich in Richtung
der Gasströmung konisch verengenden Rohrteil 4c wird die Wirbelbewegung des aufsteigenden
Gasstromes verstärkt und damit die in diesem Wirbel auftretenden Zentrifugalkräfte
auf die Reststaubteilchen erhöht. Der Reststaub wird an die Wand des unteren Rohrteiles
4b gepreßt. In einer aufwärts gerichteten Staubspirale gelangt der Reststaub an
die Öffnung 11, die in Form von länglichen Schlitzen 13 nach Fig. 6 oder eines Spaltes
nach Fig. 5 oder eines Spaltes von der Spaltbreite t nach Fig. 4 und Fig. 2 ausgebildet
sein kann, durch die der Reststaub in den sekundären Abscheideraum 12 geschleudert
wird.
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Durch die Leitung 7 mit dem Regelventil 8 wird ein Teilstrom des Gases
abgesaugt, um den in den Abscheideraum 12 hinein-7laufenden Stromungswirbel mit
dem Reststaub zu stabilisieren.
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In Fig. 7 ist über dem Rohgasstaubgehalt in g/Nm3 der Abscheidegrad
des Zyklons aufgetragen. Hierbei handelt es sich um die Staubabscheidung hinter
einer Ölfeuerung.
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Die gestrichelte Kurve bezieht sich auf einen konventionellen Zyklonabscheider
nach Fig. 1 und die ausgezogene Kurve auf den erfindungsgemäßen Abscheider nach
den Figuren 2 bis 4.
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Patentansprüche