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Leitapparat Die Erfindung betrifft einen Zyklon mit einem rohrförmigen
Außenmantel, mit einem an dessen Einlaufseite angebrachten Leitapparat und mit einem
in der Längsachse liegenden Tauchrohr. Derartige Zyklone sind als einfache oder
Multizyklone in vielfachen Ausführungsformen bekannt. Diese Zyklone werden zur Reinigung
verschidc-ner Medien verwendet, zumeist Gasen, wobei bevorzugt Luft, Erdgas, Industriegas,
Synthesegase usw., manchmal auch Flüssigkeiten zu reinigen sind. Die aus diesem
Medium auszuscheidenden Verunreinigungen sind zumeist feste Stoffe, z.B. Rost, häufig
aber Flüssigkeiten, z.B. organische Verbindungen und Wasser, wobei hier die höheren
Kohlenwasserstoffe eine besondere Rolle spielen.
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Zur Rauchgasentstaubung wurden bereits Multizyklone eingesetzt, die
als Hochleistungsabscheider nach dem Zentrifugal-Prinzip arbeiten. Der Multizyklon
besteht aus einer Vielzahl parallel geschalteter Rohre mit schaufelförmigen Einbauten,
die das staubhaltige Gas in Rotation versetzen, so daß der Staub durch die Zentrifugalkraft
vom Gas yetrennt wird. Der Multizyklon erzielt bei gleichem Druckverlust höhere
En-tstaubungsgrade als die Großabscheider.
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Wenngleich ein bekannter Zyklon oder auch Multizyklon schon recht
große Zentrifugalkräfte erzeugen kann, werden doch immer nur beschränkte Abscheidegrade
erzielt, die verschiedene Ursachen haben. Während Verstopfungen, die Größe der Abscheideflächen,
das Erreichen von mehr oder weniger großen Zentrifugalkräften usw. für das Verständnis
der Erfindung nur am Rande eine Rel'e spielen und daher nicht weiter beschrieben
werden, richtet sich das Augenmerk der Erfindung auf eine sogenannte Sekundarströmung
zwischen Tauchrohr und Außenmantel, deren Auftreten und Nachteile wie folgt beobachtet
wurden:
Im Betrieb wandern Flüssigkeiten oder auch mechanische feste
Stoffe als Verunreinigungen am oberen Außenmantel zum Leitapparat und von diesem
an der Außenfläche des Tauchrohres nach unten zum Abscheideraum hin, bis sie die
Unterkante des Tauchrohres erreichen und dann in dieses hineingerissen werden. Besonders
bei wechselnden Betriebsbedingungen und im unteren Lastbereich hat man diese nachteilige
Sekundärströmung festgestellt. Es wurde registriert, daß bei herkömmlichen Zyklonen
die Abscheideleistung allein auf Grund dieser Sekundärströmung erheblich abfallen
kann.
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Zwar hat man bereits früher eine gewisse Minderung der Abscheide leistung
auf Grund von unerwünschtem Mitreißen von Verunreinigungen festgestellt, weshalb
eine lange Ausführungsform des Tauchrohres empfohlen wurde. In der Literatur findet
sich ein Hinweis, daß die Mindestlänge des Tauchrohres das Vierfache des Innenradius
des Tauchrohres ist.
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Dennoch konnte auch beim Einsatz langer Tauchrohre immer wieder eine
ungenügende Abscheidung festgestellt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Verbesserung eines bekannten Zyklons
im Aufbau dahingehend, daß die Abscheidung verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außen am Tauchrohr
koaxial zu diesem ein sich erweiternder Abweisschirm befestigt ist. Hierdurch hat
man in überraschender Weise festgestellt, daß der Abscheidungseffekt - selbst bei
kürzerem Tauchrohr - gegenüber den bisherigen Konstruktionen erheblich verbessert
wird. Die Sekundärströmung kann jetzt nicht an der Außenfläche des Tauchrohres entlanglaufen,
sondern sie muß auf der äußeren Oberfläche des Abweisschirmes nach unten gleiten.
Durch das Aufstellen bzw. die nach außen vorgesehene Erweiterung des Abweisschirmes
kommen die Verunreinigungen in größerem Abstand zum Tauchrohrinneren, wodurch sich
zwei Vorteile ergeben: Einerseits ist verständlich, daß durch den größeren Abstand
vom Tauchrohr ein Mitreißen der den Abweisschirm herabwandernden
Verunreinigungen
unwahrscheinlicher wird, und andererseits findet man durch die Verengung zwischen
dem Abweisschirm unten und dem Außenmantel innen eine erhöhte Geschwindigkeit vor,
die ein Mitreißen der Verunreinigungen vom Tauchrohr weg besorgt. Hierdurch können
also die Verunreinigungen vom TaUchrohr mit Vorteil ferngehalten werden, durch welches
ja die gereinigten Medien abgezogen werden.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Winkel zwischen der Schirmfläche
und der Zyklonachqe im Bereich von 5 - 150, vorzugsweise zwischen 80 und 90 liegt.
Man hat aber auch festgestellt, daß bei Winkeln von über 450 die Abscheidung gegenüber
bekannten Zyklonen immer noch verbessert ist.
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Bei zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der Erfindung ragt der Abweisschirm
tiefer in den Abscheideraum hinein als das Tauchrohr. Durch diesen Aufbau wird der
Weg der Sekundärströmung außen auf der Oberfläche des Abweisschirms nach unten hin
noch länger, und die Wahrscheinlichkeit des Transfers der Verunreinigungen von der
Unterkante des Außenschirmes zur Unterkante des Tauchrohrs hin wird geringer, während
der Transfer vom Abweisschirm zur Innenwand des Zyklonaußenmantels größer wird.
Hierdurch kann der Wirkungsgrad der Abscheidung verbessert werden.
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Sehr vorteilhaft für die Produktion und Fertigung derartiger Zyklone,
wie erfindungsgemäß vorgesehen, ist es, wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung
der Leitapparat und der Abweisschirm aus einem Stück bestehen. Beispielsweise kann
der Leitapparat aus Stahlguß gefertigt werden, wodurch eine wesentlich preiswertere
Herstellung erreicht werden kann als durch Fräsen aus massiven Blöcken, wie es bislang
teilweise noch üblich ist.
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Wenn erfindungsgemäß ferner der im Abscheideraum befindliche Rand
des Abweisschirmes gezackt ist, vorzugsweise mit unterschiedlichen Zackenlängen,
dann wird eine Tröpfchenbildung, insbesondere im Falle von flüssigen Verunreini-
gungen,
begünstigt, so daß die Abscheideleistungen im Vergleich ZU bekannten Zyklonen erstaunlich
verbessert sind.
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Durch die Maßnahmen der Erfindung hat man die Sekundärströmungen nun
sehr vorteilhaft an den Außenmantel abgeleitet. Es können jetzt Betriebsschwankungen
in einem Leistungsbereich von 40 - 100 % der normalen Durchsatzleistung bei guter
Abscheidung ausgeführt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen: Figur 1 einen Zyklon mit einem erfindungsgemäß
aufgebauten Leitapparat, abgebrochen und im Schnitt gezeigt, Figur 2 die Draufsicht
auf einen Zyklon gemäß der Erfindung, wobei der Außenmantel weggelassen ist, Figur
3 die unten abgebrochene Seitenansicht des Leitapparates des neuen Zyklons, wie
von oben in Figur 2 gezeigt ist, und Figur 4 im Schnitt und abgebrochen eine andere
Ausführungsform eines Zyklons mit Leitapparat und Abweisschirm.
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Der in Figur 1 gezeigte Zyklon weist einen rohrförmigen Außenmantel
1 auf, an dessen Einlaufseite ein allgemein mit 2 bezeichneter Leitapparat angebracht
ist. Koaxial zur Längsachse 3 des Außenmantels 1 ist ein Rauchrohr 4 vorgesehen,
dessen
Längsachse identisch mit der Längsachse 3 des Außenmantels 1 ist.
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Der Leitapparat 2 ist bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 -
3 einstückig mit einem Abweisschirm 5 ausgebildet, wobei z.B. Leitapparat 2 und
Abweisschirm 5 durch Stahlguß gefertigt sind. Man erkennt, auch in Verbindung mit
den Figuren 2 und 3, wie die den Leitapparat 2 bildenden Schlitze 6 unter etwa 45
- 600 zur Längsachse 3 geneigt verlaufen, so daß die in der Darstellung der figuren
von oben eingeleitete Luft oder das zu reinigende Gas gemäß den Pfeilen 7 in den
Figuren 2 und 3 schräg umgelenkt eine Horizontalkomponente erhält, wobei sich die
im Zyklon übliche Drehung ergibt.
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Der Abweisschirm 5 steht zur Richtung des Außenmantels 1, aber auch
des Tauchrohres 4 und damit zur Längsachse 3 koaxial, er erweitert sich aber zum
Abscheideraum 8 hin, so daß im Schnitt mit der Darstellung der Figur 1 ein Winkel
zwischen der Schirmwand und der Längsachse 3 von 8,5" entsteht Bei der Ausführungsform
der Figur 4 ist zwar auch ein sich nach außen unten erweiternder Abweisschirm 5
am Tauchrohr 4 angesetzt, der Leitapparat 2 ist aber nicht aus einem Stück mit dem
Abweisschirm 5 gebildet. Außerdem beträgt der Winkel des Abweisschirmes 5 bzw. der
Wand im Querschnitt zur Längsachse 3 450. Der untere Rand 9 des Abweisschirmes 5
liegt bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 - 3 weiter unten als der untere
Rand 10 des Tauchrohres 4. Mit anderen Worten ragt bei der Ausführungsform nach
Fig. 1 der Abweisschirm 5 tiefer in den Abscheideraum 8 hinein als das Tauchrohr
4.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 4 ist der untere Rand 9 des Abweisschirmes
5 gezackt ausgebildet, wobei die eine Zackenlänge 11 bewußt länger ausgebildet ist
als die andere Zackenlänge 12.
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Die Sekundärströmung, die sich im Betrieb einstellen kann, ist durch
die Pfeile 13 in der Fig. 1 dargestellt. Sie entsteht an der Innenfläche des Außenmantels
1 etwa an der Stelle 14 oder darüber und wandert zunächst am Außenmantel 1 nach
oben bis zur Unterkante des Leitapparates 2. Dort wandert sie nach innen in Richtung
auf die Längsachse 3 hin, bis sie auf die Außenfläche des Abweisschirmes 5 trifft.
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Dort wird sie nach unten geleitet bis zum äußeren unteren Rand 9 des
Abweisschirmes 5, wo sie heruntergerissen wird.
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Es gelingt dieser Sekundärströmung 13 nicht, vom unteren Rand 9 des
Abweisschirmes 5 in merklicher Menge in die Strömung zu gelangen, die im Tauchrohr
4 aufwärts geführt wird. Dadurch gelangen die Verunreinigungen der Sekundärströmung
13 nicht in das Tauchrohr 4, und der Abscheidungseffekt des neuen Zyklons wird wesentlich
verbessert.