DE3900026C2 - Vortex chamber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelkammer mit einem Gas­ einlaß in einem unteren Bereich für ein gasförmiges Me­ dium, einem darüber angeordneten Feststoffeinlaß, einem Auslaß in einem oberen Bereich für das die Feststoff­ teilchen tragende Gas und mit einem Konzentrator im obe­ ren Bereich der Wirbelkammer zum Aneinanderlagern von Feststoffen.The invention relates to a swirl chamber with a gas inlet in a lower area for a gaseous Me dium, a solid inlet arranged above it, a Outlet in an upper area for the solid particles carrying gas and with a concentrator in the top ren area of the vortex chamber for stacking Solids.

Eine Wirbelkammer dieser Art ist beispielsweise in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 37 07 625 beschrieben. Die Wirbelkammer nach dieser Schrift weist in ihrem obe­ ren Bereich einen Konzentrator auf, dessen Wirkungsprin­ zip auf einem elektrischen Feld beruht. Dabei schlagen sich elektrisch geladene Teilchen, insbesondere Staub­ teilchen aus der Abluft an einer Niederschlagselektrode ab, agglomerieren, fallen in die Wirbelschicht zurück und werden mit dem Trockenprodukt ausgetragen. Nachteilig bei dieser Wirbelkammer ist der hohe Energieverbrauch, der durch die elektrische Aufladung der Teilchen mittels ei­ nes elektrischen Feldes entsteht. Weiterhin erfordert eine solche Anlage einen erheblichen konstruktiven Aufwand und ist daher in bestehenden Anlagen nur bedingt nachrüstbar.A swirl chamber of this type is, for example, in the German patent application DE 37 07 625 described. The vortex chamber according to this script points in its above a concentrator, the effect of which is zip is based on an electrical field. Hit it electrically charged particles, especially dust Particles from the exhaust air on a precipitation electrode off, agglomerate, fall back into the fluidized bed and are carried out with the dry product. A disadvantage of this swirl chamber is the high energy consumption that by electrically charging the particles using egg electrical field arises. Still requires such a system a significant constructive Effort and is therefore only conditional in existing systems can be retrofitted.

Mit dem Vortrag "Betriebserfahrungen mit der Wirbel­ schichtanlage Gneisenau" von V. Asche in "Haus der Tech­ nik-Vortragsveröffentlichungen", Heft 484, Seite 13-16, 1983, ist es weiterhin bekannt, in einer Wirbelkammer eine Mischung aus Kohle, Kalk und Asche zu verbrennen. Dabei werden die Feststoffe etwa zur Hälfte mit den Rauchgasen durch die obenliegende, sich in ihrem Quer­ schnitt verjüngende Abluftöffnung aus dem Wirbelschicht­ ofen herausgeführt. Bei dieser Anordnung wirkt es sich vor allem ungünstig aus, daß die Feststoffe nur kurze Zeit in der Wirbelkammer verbleiben und teilweise mit aufwendigen Rückführeinrichtungen erneut in die Wirbel­ kammer eingebracht werden müssen. Dadurch arbeitet die Anlage verhältnismäßig unwirtschaftlich.With the lecture "Operating experience with the vortex Layer system Gneisenau "by V. Asche in" House of Tech nik lecture publications ", volume 484, pages 13-16, In 1983, it continues to be known in a vortex chamber to burn a mixture of coal, lime and ash. The solids are about half with the Smoke gases through the overhead, in their cross  cut tapered exhaust vent from the fluidized bed oven led out. With this arrangement, it works especially unfavorable that the solids only short Time remains in the vortex chamber and partly with elaborate return devices in the vertebrae again chamber must be introduced. This is how the works Plant relatively uneconomical.

Die Deutsche Patentschrift DE 24 08 649 beschreibt eine Wirbelkammer einer Feuerungsanlage bei der die Geschwin­ digkeit des zu einem obenliegenden Auslaß strömenden Ga­ ses mittels einer Düse stark erhöht wird. Unmittelbar nach dem Passieren der Düse prallen die von dem Gas mit­ gerissenen Partikel gegen einen zur Düse hin konkav ge­ krümmten Abscheider und werden dadurch mit hoher Ge­ schwindigkeit nach unten abgelenkt. Nachteilig bei dieser Anordnung wirkt sich die Beschleunigung des Gases unmit­ telbar vor dem Austritt durch eine Abgasöffnung aus, wo­ durch die Reaktion nur sehr kurzzeitig und damit unvoll­ ständig ablaufen kann.The German patent DE 24 08 649 describes one Vortex chamber of a combustion plant at which the Geschwin density of the Ga flowing to an overhead outlet ses is greatly increased by means of a nozzle. Right away after passing through the nozzle, the gas bounces with it cracked particles against a concave towards the nozzle curved separators and are therefore with high Ge speed distracted downwards. A disadvantage of this Arrangement affects the acceleration of the gas telbar before exiting through an exhaust opening where due to the reaction only very briefly and therefore incompletely can run continuously.

Mit der Deutschen Offenlegungsschrift DE 27 53 173 ist eine Vorrichtung zur Trennung von Stoffen in einer Wir­ belschicht mittels Wirbelbildung gegeben. Dabei werden die aufsteigenden Teilchen innerhalb der Wirbelkammer ra­ dial nach außen in einen Bereich geringerer Strömungsge­ schwindigkeit geleitet. Damit verbunden ist die Trennung der Medien verschiedener Dichte, wobei das schwerere Me­ dium in einem äußeren Zylinder abwärts sinkt und dabei baulich von der aufsteigenden Strömung getrennt ist. Hin­ derlich wirkt sich bei der beschriebenen Vorrichtung aus, daß das schwerere Medium während des Herabsinkens für eine Reaktion mit dem leichten Medium nicht zur Verfügung steht.With the German Offenlegungsschrift DE 27 53 173 a device for separating substances in a we fluidized bed given by vortex formation. In doing so the ascending particles within the vortex chamber ra dial out into an area of lower flow headed for speed. The separation is connected with this media of different densities, the heavier Me dium sinks down in an outer cylinder while doing so is structurally separated from the rising flow. There this has an effect on the device described, that the heavier medium descends for a reaction with the light medium is not available stands.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelkam­ mer der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sich die Verweilzeit der Feststoffe ohne Vergrößerung des Bau­ volumens der Wirbelkammer erhöht, so daß eine Reaktions­ verbesserung zu erzielen ist.The invention is based, a vortex came mer of the type mentioned in such a way that the residence time of the solids without enlarging the building volume of the swirl chamber increased so that a reaction improvement is to be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Konzentrator oberhalb des Auslasses angeordnet und als sich nach oben hin verjüngende, dachartige Kegelflä­ che oder entsprechend als Kegelstumpf ausgebildet ist.This object is achieved in that the concentrator is arranged above the outlet and as a roof-like conical surface tapering towards the top che or is designed accordingly as a truncated cone.

Vorteilhaft wirkt sich aus, daß bei der erfindungsgemä­ ßen Wirbelkammer der Konzentrator nicht vom Gas durch­ strömt wird und somit einen Bereich mit geringer Gasströ­ mung bildet. Das aufwärtsströmende, feinverteilte Fest­ stoffteilchen mitführende Gas staut sich daher innerhalb des Konzentrators, so daß dort das angestrebte Aneinan­ derlagern von Feststoffen eintritt. Die Feststoffe haften lose aneinander und sinken dann infolge ihrer Gewichts­ vergrößerung in der Wirbelkammer nach unten. Dabei zer­ fallen sie im unteren Bereich wieder in Einzelteilchen, die dann vom Gasstrom erneut mit nach oben geführt wer­ den. Ein Teil der Feststoffteilchen wird stets über den Auslaß nach außen abgeführt, während sich der Rest im Konzentrator anreichert, aneinanderhaftet und erneut wie erläutert nach unten absinkt. Durch dieses Wirkprinzip entsteht eine Scherströmung zwischen den Feststoffteil­ chen und dem Gas, wodurch sich die Reaktionsgeschwindig­ keit erhöht. Die erfindungsgemäße Wirbelkammer arbeitet mithin besser als die oben beschriebenen Wirbelkammern, die mit einer äußeren Rückführung, einem elektrischen Feld oder einer Beschleunigung der Strömung und anschlie­ ßender Trennung mittels eines Abscheiders arbeiten, weil in ihr eine größere Verweilzeit der Feststoffteilchen zu erreichen ist und die auftretende Scherströmung die Reak­ tion verbessert. Darüber hinaus ist die Ausbildung des Konzentrators als Kegel oder Kegelstumpf mit äußerst ge­ ringem Aufwand zu verwirklichen und führt zu einer we­ sentlichen Verbesserung der Arbeitsweise einer Wirbelkam­ mer. Die erfindungsgemäße Wirbelkammer, welche aufgrund ihrer Wirkungsweise als Rückstromwirbler bezeichnet wer­ den könnte, eignet sich beispielsweise als Reaktor für die Durchführung chemischer Reaktionen, aber auch als Trockner oder als Brennkammer für eine Feuerung.It is advantageous that in the case of the vortex chamber the concentrator does not get gas is flowing and thus an area with low gas flows mung forms. The upward flowing, finely divided festival Gas particles that carry particles therefore accumulate within of the concentrator, so that there the desired Aneinan storage of solids occurs. The solids stick loose together and then sink due to their weight Magnification down in the swirl chamber. Zer they fall back into individual particles in the lower area, which is then carried up again by the gas flow the. Part of the solid particles is always over the Outlet led to the outside, while the rest in Concentrator enriches, sticks together and again like explains sinking down. Through this working principle there is a shear flow between the solid part Chen and the gas, which causes the reaction rate speed increased. The swirl chamber according to the invention works therefore better than the vortex chambers described above, the one with an external feedback, an electrical Field or an acceleration of the flow and then working separation using a separator because in it a longer dwell time of the solid particles is reached and the shear flow occurring the reak tion improved. In addition, the training of the  Concentrator as a cone or truncated cone with extremely ge realizing little effort and leads to a we significant improvement in the functioning of a vortex mer. The swirl chamber according to the invention, which due to their mode of operation as reverse flow whirlers that could be used as a reactor for the implementation of chemical reactions, but also as Dryer or as a combustion chamber for a furnace.

Optimal bemessen ist die erfindungsgemäße Wirbelkammer, wenn der Kegelstumpf ein Durchmesserverhältnis D/d von 1/0,1 bis 1/0,5 hat und seine Mantelfläche gegenüber der Horizontalen mit einem Winkel α von 30-60 Grad an­ steigt. Wenn die Wirbelkammer mit erheblich unterschied­ lichen Lasten arbeiten muß, dann ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Einlaß für das gasförmige Medium zur Eingabe einer Grund­ lastmenge ausgelegt ist und wenn sich oberhalb dieses Einlasses ein zweiter Gaseinlaß zur Einleitung einer zu­ sätzlichen Gasmenge befindet. Diese Ausgestaltung führt bei hohen Lasten zu einer erheblichen Energieeinsparung, da durch den zusätzlichen Gaseinlaß die Druckverluste erheblich geringer sind, als wenn der gesamte Gasstrom über ein und denselben Einlaß in die Wirbelkammer gelan­ gen müßte. Weiterhin kann durch diese Ausgestaltung eine unerwünschte Schallerzeugung bei hoher Last vermieden werden. Durch die Aufteilung des Gasstromes ergibt sich bei der Rauchgasreinigung eine verbesserte Schwermetall­ abscheidung, weil der im unteren Bereich der Wirbelkammer eingegebene Teilstrom durch vermehrte Wassereindüsung eine besonders hohe Abscheideleistung ermöglicht und der weiter oben eingeleitete Reststrom noch zu einer normalen Abscheideleistung führt, so daß die Summe beider Ab­ scheideleistungen höher ist als bei bekannten Wirbelkam­ mern, in die auch bei hoher Last der gesamte Gasstrom im unteren Bereich eingeleitet wird. The swirl chamber according to the invention is optimally dimensioned, if the truncated cone has a diameter ratio D / d of Has 1 / 0.1 to 1 / 0.5 and its outer surface opposite the Horizontal with an angle α of 30-60 degrees increases. If the vortex chamber differed significantly loads must work, then it is advantageous if according to one embodiment of the invention the inlet for the gaseous medium to enter a reason load quantity is designed and if it is above this Inlets a second gas inlet to initiate one additional amount of gas. This configuration leads considerable energy savings at high loads, since the pressure drops due to the additional gas inlet are significantly less than if the entire gas flow entered the swirl chamber through one and the same inlet would have to. Furthermore, this configuration can unwanted sound generation at high load avoided will. The distribution of the gas flow results in an improved heavy metal in flue gas cleaning separation because of the lower area of the swirl chamber entered partial flow through increased water injection enables a particularly high separation performance and the residual current introduced above to a normal one Separation performance leads, so that the sum of both Ab cutting performance is higher than with known vortex in which the entire gas flow in the lower area is initiated.  

Bei der Rauchgasreinigung bestehen die Erfordernisse, daß die Rauchgastemperatur auch im Schornstein noch oberhalb des Taupunktes des Rauchgases liegen muß, zur Herbeiführung einer guten Entschwefelung man jedoch mög­ lichst viel Wasser in das Rauchgas einbringen möchte. Um beide Erfordernisse erfüllen zu können, heizt man oftmals das Rauchgas nach dem Verlassen der Wirbelkammer vor dem Schornstein wieder auf, was jedoch großvolumige Wärmetau­ scher erfordert. Weiterhin kommt es durch die hohe Was­ sereingabe in der Wirbelkammer oftmals zu Anbackungen in­ folge von Taupunktunterschreitungen in dem der Wirbelkam­ mer folgenden Rauchgasweg.The requirements for flue gas cleaning are that the flue gas temperature is still in the chimney must be above the dew point of the flue gas However, it is possible to achieve good desulfurization wants to introduce as much water as possible into the flue gas. Around To be able to meet both requirements is often heated the flue gas after leaving the vortex chamber before Chimney back up, but what a large-volume heat rope sher requires. Furthermore, it comes through the high what input into the vortex chamber often leads to caking in follow from below the dew point in which the vortex came following flue gas path.

Die vorstehenden Nachteile können gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung auf einfache Weise durch ei­ nen Wassereinlaß und einen Wärmetauscher zum Aufheizen des Wassers durch das einzuführende gasförmige Medium vermieden werden. Hierdurch kann man mehr Wasser in das Rauchgas einbringen als bei Anlagen, welche mit kaltem Wasser arbeiten. Da das Wasser nur noch verdampft und nicht zunächst erwärmt werden muß, kühlt das Rauchgas weniger ab, so daß es innerhalb der Wirbelkammer nicht zu Taupunktunterschreitungen und dadurch zu Anbackungen kommt. Weiterhin liegt hinter der Wirbelkammer die Rauch­ gastemperatur noch ausreichend hoch, um das Rauchgas ohne zusätzliche Aufheizung dem Schornstein zuzuführen. Die Aufheizung des Wassers ist mit einfacheren Mitteln zu er­ reichen als die des großvolumigen Rauchgasstromes hinter der Wirbelkammer. Die durch das vorgewärmte Wasser er­ zielbaren Vorteile ergeben sich auch bei einer Wirbelkam­ mer ohne Aufteilung des Gasstromes in zwei Teilströme.The above disadvantages can be according to another Embodiment of the invention in a simple manner by egg NEN water inlet and a heat exchanger for heating of water through the gaseous medium to be introduced be avoided. This allows you to put more water in it Introduce flue gas as in systems that use cold Water work. Since the water only evaporates and The flue gas cools not needing to be heated first less so that it is not within the swirl chamber to falling below the dew point and thereby to caking is coming. The smoke also lies behind the swirl chamber gas temperature is still high enough to avoid the flue gas supply additional heating to the chimney. The Heating the water is easier with simple means range than that of the large-volume flue gas flow behind the vortex chamber. The preheated water he Targetable advantages also arise with a vertebra mer without dividing the gas flow into two partial flows.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da­ von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be­ schreiben.The invention permits numerous embodiments. For there is a further clarification of their basic principle  of shown in the drawing and will be below write.

Die Zeichnung zeigt eine Wirbelkammer 1, welche im unte­ ren Bereich einen Einlaß 2 für ein gasförmiges Medium hat. Bei diesem Ausführungsbeispiel soll die Wirbelkammer 1 der Rauchgasreinigung dienen, so daß über den Einlaß 2 Rauchgas aus einer Leitung 3 in die Wirbelkammer 1 ge­ langt. Vor dem Einlaß 2 verzweigt sich die Leitung 3 und führt mit einem Zweig zu einem höher gelegenen Gaseinlaß 4. Der untere Einlaß 2 ist so ausgelegt, daß über ihn der Wirbelkammer 1 stets eine Grundlastmenge zugeführt wird. Höhere Gasvolumina gelangen über den zweiten Gas­ einlaß 4 in die Wirbelkammer 1.The drawing shows a swirl chamber 1 , which has an inlet 2 for a gaseous medium in the lower region. In this embodiment, the swirl chamber 1 is used to purify the flue gas, so that flue gas from a line 3 reaches the swirl chamber 1 via the inlet 2 . In front of the inlet 2 , the line 3 branches and leads with a branch to a gas inlet 4 located higher up. The lower inlet 2 is designed such that a base load quantity is always supplied to the swirl chamber 1 via it. Higher gas volumes pass through the second gas inlet 4 into the swirl chamber 1 .

Etwas oberhalb des Einlasses 2 ist ein Feststoffeinlaß 5 vorgesehen, über den der Wirbelkammer 1 bei diesem Aus­ führungsbeispiel Kalziumhydroxid zugeführt und mittels Staubabscheidefilter Feststoff von außen zugeführt wird. Geringfügig unterhalb des Feststoffeinlasses 5 ist ein Wassereinlaß 6 angeordnet. Das über eine Leitung 7 zuge­ führte Wasser wird zunächst in einem Wärmetauscher 8 vom Rauchgas auf eine etwa -10°C bis +10°C um den Wassertau­ punkt des Rauchgases liegende Temperatur erhitzt, bevor es in die Wirbelkammer 1 eingedüst wird.Somewhat above the inlet 2 , a solids inlet 5 is provided, via which the swirl chamber 1 in this exemplary embodiment is supplied with calcium hydroxide and is fed from the outside by means of a dust separator filter. A water inlet 6 is arranged slightly below the solids inlet 5 . The water supplied via a line 7 is first heated in a heat exchanger 8 by the flue gas to a temperature of about -10 ° C to + 10 ° C around the water dew point of the flue gas before it is injected into the swirl chamber 1 .

Für die Erfindung sehr wesentlich ist ein Konzentrator 9, welcher im oberen Bereich der Wirbelkammer 1 oberhalb ei­ nes Auslasses 10 angeordnet ist und bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel aus einem sich nach unten erweiternden Ke­ gelstumpf gebildet ist. Durch diese Gestaltung werden die vom Gasstrom nach oben geführten Teilchen zur mit 11 po­ sitionierten Kreisfläche des Kegelstumpfes hin konzen­ triert. Sie lagern sich dabei aneinander, so daß sie schwerer werden und entgegen der Gasströmung in der Wir­ belkammer 1 absinken. Dadurch entsteht eine Scherströmung zwischen dem Gas und den Feststoffteilchen. Während des Absinkens zerfallen die aneinandergeballten Teilchen wie­ der in Einzelteilchen und steigen dann erneut auf. Außer­ dem wird dadurch die Feststoffbeladung im Auslaß 10 er­ heblich ( das heißt über 40%) reduziert, wodurch der Staubabscheidefilter und die Feststoffrückführung erheb­ lich entlastet werden.For the invention is very important a concentrator 9 , which is arranged in the upper region of the swirl chamber 1 above egg nes outlet 10 and in this example, approximately from a widening Ke stump is formed. By this design, the trated by the gas flow guided upward particles to concentrate with 11 po sitionierten circular surface of the truncated cone out. They store each other so that they become heavier and sink against the gas flow in the belkammer 1 . This creates a shear flow between the gas and the solid particles. During the descent, the clumped particles disintegrate like the individual particles and then rise again. In addition, the solids loading in the outlet 10 is considerably reduced (that is to say over 40%), as a result of which the dust separation filter and the solids return are considerably relieved.

Claims (4)

1. Wirbelkammer mit einem Gaseinlaß in einem unteren Be­ reich für ein gasförmiges Medium, einem darüber angeord­ neten Feststoffeinlaß, einem Auslaß in einem oberen Be­ reich für das die Feststoffteilchen tragende Gas und mit einem Konzentrator im oberen Bereich der Wirbelkammer zum Aneinanderlagern von Feststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrator (9) oberhalb des Auslasses (10) angeordnet und als sich nach oben hin verjüngende, dachartige Kegelfläche oder entsprechend als Kegelstumpf ausgebildet ist.1. Vortex chamber with a gas inlet in a lower loading area for a gaseous medium, a solids inlet arranged above it, an outlet in an upper loading area for the gas carrying the solid particles and with a concentrator in the upper area of the vortex chamber for the accumulation of solids, thereby characterized in that the concentrator ( 9 ) is arranged above the outlet ( 10 ) and is designed as a roof-like conical surface tapering towards the top or as a truncated cone. 2. Wirbelkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstumpf ein Durchmesserverhältnis D/d von 1/0,1 bis 1/0,5 hat und seine Mantelfläche gegenüber der Horizontalen mit einem Winkel α von 30-60 Grad an­ steigt.2. swirl chamber according to claim 1, characterized in that the truncated cone has a diameter ratio D / d of Has 1 / 0.1 to 1 / 0.5 and its outer surface opposite the Horizontal with an angle α of 30-60 degrees increases. 3. Wirbelkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (2) für das gasförmige Medium zur Ein­ gabe einer Grundlastmenge ausgelegt ist und daß sich oberhalb dieses Einlasses (2) ein zweiter Gaseinlaß (4) zur Einleitung einer zusätzlichen Gasmenge befindet.3. Vortex chamber according to claim 1, characterized in that the inlet ( 2 ) is designed for the gaseous medium for a supply of a base load and that above this inlet ( 2 ) there is a second gas inlet ( 4 ) for introducing an additional amount of gas. 4. Wirbelkammer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wassereinlaß (6) und einen Wärmetauscher (8) zum Aufheizen des Wassers durch das einzuführende gasförmige Medium.4. swirl chamber according to claim 1, characterized by a water inlet ( 6 ) and a heat exchanger ( 8 ) for heating the water by the gaseous medium to be introduced.