DE7915673U1 - Zyklonabscheider - Google Patents

Description

DIPL.-ING. HANS ΛΥ. GROENING

PATE NTANWALT

Härtung, Kuhn & Co. Maschinenfabrik GmbH Düsseldorf

H 2-131

Zyklonabscheider

Die Erfindung betrifft einen Zyklonabscheider rr.it einer Stellklappe in einer tangentialen Zuleitung.

Die Steuerung von Zyklonabscheidern mittels einer Stellklappe bezweckt eine wirkungsvolle Abscheidung von Staub auch bei sehr kurzer Betriebsdauer, etwa bei intermittierendem Antrieb, wenn also die Anlaufphase von Beginn der Strömung an bis zum Erreichen des stationären Stromungszustandes im Zyklonabscheider bei vollem Durchsatz einen merklichen Teil der gesamten Betriebszeit ausmacht. Aus der DE-PS 750 280 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine selbsttätige Regelung des Eintrittsquerschnitts eines Wirbelkammer-Staubabscheiders durch eine Klappe mit Gegengewichten vorgesehen ist.

Im Rahmen des Zwecks der Erfindung ermöglicht diese Ausführungsform eine Verbesserung der Abscheidung durch Verkürzung der Anlaufphase. Diese Verkürzung der Anlaufphase erfolgt, summarisch gesehen, durch die Erhöhung des Drehimpulses des Volumenstromes in der tangentialen Zuleitung in bezug auf die Achse des Zyklonabscheiders infolge einer Regelung des Eintrittsquerschnitts zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Eintrittsströmung in diesem Querschnitt. Bei der vorausgesetzten kurzen Betriebszeit reicht aber eine Verkürzung der Anlaufphase allein nicht aus.

. 4 ■ 8000 Mti · '·: I 111;.: PATÜXT · TEL·. (080) 471079 · TELEX 5-12659

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Zyklonabscheider der eingangs erwähnten bekannten Gattung so zu verbessern, daß bereits in der Anfangsphase ein hoher Abscheideeffekt erreichbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Stellklappe als Drehklappe ausgebildet ist, deren Drehachse gegenüber der Symmetrieachse der Zuleitung in Richtung auf die Auslaßseite versetzt ist.

Die teilweise Abschirmung des Querschnitts der tangentialen Zuleitung des Zyklonabscheiders wird durch den Gasstrom ergänzt, der, aus dem Eintritt kommend, zwischen der Nase des Zyklonabscheiders und der Drehklappe durchströmt und längs der dem Inneren des Zyklonabscheiders zugewandten Seite der Drehklappe eine Schicht bildet, welche die Rotation im Zyklonabscheider beschleunigt und außerdem die Abschirmwirkung der Drehklappe über ihre Länge hinaus ergänzt. Hierdurch wird bei passender Einstellung der Drehklappe in der Eintrittsspirale des Zyklonabscheiders während der Anfangsphase ein abgeschirmter Bereich hoher Geschwindigkeit geschaffen, in dem eine Staubabscheidung stattfinden kann. Dieser Bereich ist größer und reicht weiter in den Zyklonabscheider hinein als der, der durch bekannte Klappen erzeugt werden kann. Dadurch erreicht man in der Anfangsphase eine optimale Staubabscheidung.

Selbstverständlich ist vorgesehen, die Drehklappe in der Anfangs phase in Abstimmung auf die Zunahme der durchgesetzten Gasmenge zu steuern. Nach Beendigung der Anfangsphase wird die Drehklappe weiterhin auf beiden Seiten vom eintretenden Strom beaufschlagt, so daß sie die Strömung im Zyklonabscheider im stationären Zustand nicht stört.

Durch Abrunden der Vorderkante der Drehklappe kann die Steuerung derselben gegenüber Schwankungen in den Betriebsbedingungen unempfindlicher gemacht werden.

Es ist wesentlich, daß zwischen der Nase des Zyklonabscheiders und der Drehklappe ein Spalt bleibt. Die durch diesen Spalt eintretenden Schmutzgase werden ebenfalls in Richtung auf die gebogene Zyklonwand geführt, wenn sich die Strömung nicht von der schräg angeströmten Drehklappe ablöst. Die Neigung zu einer solchen Ablösung verringert sich gleich nach Beginn des Aufbaus der Rotationsströmung sowie durch die Drehung der Drehklappe.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in Seitenansicht einen Zyklonabscheider mit tangentialer Zuleitung, bei dem die Erfindung anwendbar ist, und

Fig. 2 den Zyklonabscheider, entsprechend der Schnittlinie H-II in Fig. 1 .

In Fig. 1 ist ein Zyklonabscheider 1 mit durch eine tangentia-Ie Zuleitung 2 ausgebildetem Zykloneinlauf dargestellt, durch dessen Deckel 3 ein Tauchrohr 4 zur Abfuhr des gereinigten Gases bis zur etwa halben Höhe eines unter dem Zykloneinlauf angebrachten zylindrischen Teils 5 in den Zyklonabscheider 1 koaxial und dicht hineinragt. An dem Unterende 5 des Einlaufabschnitts ist ein Oberteil 6 des Zyklonabscheiders 1 vorgesehen / an dem ein konisches Unterteil 7 befestigt ist, dur^h das abgeschiedene Feststoffe in einen Sammelbehälter 8 abgegeben werden, aus dem die gesammelten Feststoffe in irgendeiner an sich bekannten Weise entfernt werden.

Mit Rücksicht auf die instationären Zustände bei der Inbetriebnahme ist das Volumen des Zyklonabscheiders 1 möglichst klein, d.h. möglichst nahe aber mindestens gleich dem maximal möglichen Durchsatz. Der Durchmesser des Tauchrohrs 4 ist in bezug auf den in ihm zu erreichenden Druckabfall zu wählen. Das Tauchrohr 4 kann, wie dargestellt, leicht konisch ausgebildet sein, jedoch ist auch ein zylindrisches Tauchrohr möglich. Bei dem unteren Abschluß des konischen Unterteils 7, d.h. am übergang

zum Sammelbehälter 8, sind hier besondere Maßnahmen vorgesehen, weil der Drall wegen der hohen Einlaufgeschwindigkeit sehr groß ist und bei wechselndem Durchsatz die Drücke und die Geschwindigkeiten im Zyklonabscheider 1 nicht im Gleichgewicht sind. Damit als Folge von sich daraus ergebenden Sekundärströmungen bereits abgeschiedener Staub nicht im konischen Unterteil 7 des Zyklonabscheiders 1 in einen Wirbelkern gerät und durch diesen in das über das Tauchrohr 4 abgezogene Reingas gelangt_f ist eine Abdeckung 9 des Sammelbehälters 8 nach oben vorgesehen.

Die den Einlauf bildende Zuleitung 2 des Zyklonabscheiders weist Flansche 10 auf, mittels denen eine (nicht dargestellte) Verbindungsleitung mit dem Zyklonabscheider 1 verbunden werden kann. Die Verbindungsleitung führt von dem zu reinigenden Bereich zum Zyklonabscheider 1 . Bei dem besonderen Anwendungsfall, nämlich dem Löschen bei der Kokserzeugung, kann eine Glocke an dem anderen Ende der Verbindungsleitung vorgesehen sein, die den Löschwagen übergreift.

Erfindungsgemäß ist im Einlauf bzw. in der tangentialen Zuleitung 2 eine

Drehklappe 11 vorgesehen, die um eine Drehachse 12 verschwenkt werden kann. Diese Achse 12 ist im wesentlichen parallel zur Achse 13 des Zyklonabscheiders 1 und etwas außermittig zur Symmetrieachse 14 des Einlaufquerschnittes der tangentialen Zuleitung 2 angeordnet. Die der Einströmseite zugewandte und daher angeströmte Vorderkante 15 der Drehklappe 11 ist vorteilhaft abgerundet, um ein günstigeres Strömungsverhalten zu erreichen. Die Drehklappe 11 ist somit in die Einlaufspirale des Zyklonabscheiders 1 einbezogen. Dadurch lassen sich Feststoffablagerungen im durch die tangentiale Zuleitung 2 gebildeten Einlauf vermeiden und können die zum Verdrehen

der Drehklappe 11 um die Achse 12 erforderlichen Stellkräfte gering gehalten werden.

Zu Betriebsbeginn ist die Drehklappe 11 unter einem bestimmten Anstellwinkel Od zur Achse des Einlaufs bzw. der tangentialen Zuleitung 2 quer im Einlauf angeordnet, wodurch eine Injektorwirkung erreicht wird, durch die die Geschwindigkeit des einströmenden Schmutzgases erhöht wird. Durch die erhöhte Einlaufgeschwindigkeit des Schmutzgases in den Zyklonabscheider 1 wird die optimale Abscheidewirkung entsprechend schneller erreicht, wodurch der Anteil der während der Anfangsphase durch das Tauchrohr 4 abgeführten, nicht abgeschiedenen Feststoffe stark verringert wird. Anschließend an die Anfangsphase wird der Anstellwinkel Ot der Drehklappe 11 so verringert, daß die Einlaufgeschwindigkeit im wesentlichen konstant bleibt, bis der stationäre Betrieb erreicht ist. Zur Anpassung an geänderte Betriebsbedingungen kann dabei die Klappenbetätigung einstellbar ausgebildet sein.

Es seien folgende Randbedingungen bei einer Verkokungsanlage angenommen:

Koksgewicht: 14 t

maxii Wasserdampf

Volumenstrom: maximal 18Om /s

Dampftemperatur:	500°C
Dampfdruck:	500 mm WS
Betriebsdauer:	120 s
Koksteilchen im Dampf	153,4 kg in 120 s
spezifisches Gewicht der Koksteilchen:	ca. 1 kg/dm
Feststaub im Dampf nach der Abscheidung:	etwa 200 g/t Koks
Einlaufgeschwindigkeit ν des Gasstroms:	100 m/s

~ Λ —

Versuche bei einer solchen Verkokungsanlage vermitteln die Erkenntnis, daß optimale Ergebnisse dann erreichbar sind, wenn für den Anstellwinkelctzn Beginn des Löschvorganges, d.h. während der Anfangsphase des Betriebes des Zyklonabscheiders 1,3s lang konstant giltof = 30 . Während dieser Zeit steigt die Einlaufgeschwindigkeit des Schmutzgasstroms in dem Zyklonabscheider 1 auf etwa 60 m/s. Durch eine anschließende Veränderung des AnstellwinkelsCt von OC= 30 auf 0C = 0° während 7 s nach Beginn der Anfangsphase wird eine in etwa gleichbleibende Einlaufgeschwindigkeit des Schmutzgaseo in dem Zyklonabscheider 1 erreicht. Messungen haben ergeben, daß bereits in der Anfangsphase Feststoffteilchen mit einem Durchmesser von 0,015 mm abgeschieden werden, während bei einem Zyklonabscheider 1 ohne Drehklappe 11 während dieser Anfangsphase kaum Feststoffteilchen mit einem Durchmesser unter 0,030 mm abgeschieden werden können, d.h. während eines Zeitraums, während dem der Staubanfall besonders groß ist, wie das eingangs geschildert worden ist.

Eine überschlägige Berechnung ergibt, daß der für 14t Koks maximal zulässige Staubanteil von 2,8 kg im Reingas erreicht wird. Dabei ist berücksichtigt, daß sich im Zyklonabscheider 1 Agglomerate bilden, wodurch die Abscheidwirkung erheblich verbessert wird.

Wenngleich die erfindungsgemäße Ausbildung eines Zyklonabscheiders bei Zyklonabscheidern allgemein und für jeden Anwendungsfall verwendbar sind, zeigt sich der besondere Vorteil dann, wenn ein intermittierender Betrieb eines Zyklonabscheiders erforderlich ist und während der Anfangsphase der Anfall an insbesondere feinkörnigen Feststoffen besonders hoch ist. Wie eingangs erläutert, ist dies insbesondere beim Löschen von ausgedrücktem Koks der Fall.

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if - 9 -

|, Bei einer Verkokungsanlage mit der vorstehend ausgeführ-

j; ten Ausbildung besitzt der Zyklonabscheider 1 eine Bau-

ί höhe in der Größenordnung von etwa 12 m (ohne Tauchrohr 4)

und einen Druchmesser von etwa 4 bis 5 m. Der Einlaufquerschnitt der tangentialen Zuleitung 2 an den Flanschen 10 besitzt etwa die Maße 2 χ 1,5 m, wobei die Achse 12 i: der Drehklappe 11 gegenüber der Symmetrieachse 14 um etwa

U 1 m in Richtung auf die Achse 13 des Zyklonabscheiders

1 versetzt ist.

Claims (2)

DIPI.-ING. HANS W. GROENING PATENTANWALT Härtung, Kuhn & Co. Maschinenfabrik GmbH Düsseldorf H 2-131 Schutzansprüche

1. Zyklonabscheider mit einer Stellklappe in einer tangentialen Zuleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellklappe (8) als Drehklappe (11) ausgebildet ist, deren Drehachse (12) gegenüber der Symmetrieachse (14) der Zuleitung (2) in Richtung auf die Auslaßseite versetzt ist.

2. Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angeströmte Vorderkante (15) der Drehklappe (11) abgerundet ist.

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