EP0039767A2 - Zyklon, insbesondere für mehrstufige Wärmetauscher - Google Patents

Zyklon, insbesondere für mehrstufige Wärmetauscher Download PDF

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EP0039767A2
EP0039767A2 EP81102125A EP81102125A EP0039767A2 EP 0039767 A2 EP0039767 A2 EP 0039767A2 EP 81102125 A EP81102125 A EP 81102125A EP 81102125 A EP81102125 A EP 81102125A EP 0039767 A2 EP0039767 A2 EP 0039767A2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28CHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
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    • B04C5/081Shapes or dimensions
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    • F28D7/02Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
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    • F28D7/04Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled

Definitions

  • the invention relates to a cyclone, in particular for multi-stage heat exchangers, with an external inlet spiral and a gas line which is supplied from below and is deflected approximately at right angles directly in front of the inlet spiral.
  • Multi-stage cyclone heat exchangers are used, for example, as preheaters in cement kilns.
  • attempts are made to further reduce the overall volume of the cyclones.
  • considerable separation problems arise.
  • the outer entry spiral should extend over a circumferential angle of at least 180 °.
  • this requires a considerable volume and weight of the cyclone.
  • the gas flow undergoes an approximately right-angled deflection before entering the cyclone, which leads to a separation of the dust in the gas and results in a particularly high dust accumulation in the uppermost part of the entry spiral.
  • the invention is therefore based on the object, avoiding these disadvantages, to design a cyclone of the type mentioned in such a way that the construction volume and the dead weight are substantially reduced with approximately the same pressure loss and degree of separation.
  • the invention thus makes use of the knowledge that, on the one hand, a longer separation path and a higher centrifugal force are required in the upper region of the entry spiral because of the higher dust load present there (due to the deflection of the gas flow in the gas feed line), while on the other hand a reduction in the length of the entry spiral is required in the lower area, a reduction in the diameter of the cyclone housing in this lower area, and thus a substantial reduction in the construction volume of the cyclone, is made possible.
  • the required height of the cyclone funnel depends on the diameter of the cyclone housing at the upper edge of the funnel; this housing diameter is significantly reduced by the subdivision of the entry spiral according to the invention and the lengthwise gradation of the partial spirals.
  • the uppermost partial spiral expediently extends over a circumferential angle between 180 ° and 360 ° and the lowermost partial spiral extends over a circumferential angle between 90 and 180 °, preferably between 135 and 180 °.
  • the length of the partial spirals in between is graded accordingly.
  • the cyclone 1 shown in FIGS. 1 to 3 contains an inlet spiral 2, which is connected to a gas supply line which is not shown, is supplied from below and is deflected approximately at right angles, and is divided into three partial spirals 3, 4 and 5 lying one above the other. These three partial spirals 3, 4 and 5 have a different length, decreasing from top to bottom.
  • the uppermost partial spiral 3 extends over a circumferential angle of approximately 270 °, the central partial spiral 4 over a circumferential angle of approximately 180 ° and the lowermost partial spiral 5 over a circumferential angle of approximately 135 °.
  • All partial spirals 3, 4 and 5 open out in the diameter D of the cyclone housing, which corresponds to the diameter of the gas outlet opening 6 of this cyclone, which is designed without a dip tube.
  • a material discharge funnel 8 is connected to the lowermost partial spiral 4 via a relatively short cylindrical connecting piece 7.
  • FIG 4 differs from that in Figures 1 to 3 illustrated cyclone 9. merely by the presence of a dip tube, the diameter d of this immersion pipe is slightly smaller than the diameter D of the yklongereheatuses Z, in which the partial spirals 3, 4 and 5 of the entry spiral 2 open.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen insbesondere für mehrstufige Wärmetauscher bestimmten Zyklon, dessen Eintrittsspirale in mehrere übereinanderliegende Teilspiralen unterteilt ist, die eine unterschiedliche, von oben nach unten abnehmende Länge aufweisen. Ein solcher Zyklon zeichnet sich bei etwa gleichem Druckverlust und Abscheidegrad durch ein wesentlich verringertes Bauvolumen und Eigengewicht aus.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zyklon, insbesondere für mehrstufige Wärmetauscher, mit einer außenliegenden Eintrittsspirale und einer von unten zugeführten, unmittelbar vor der Eintrittsspirale etwa rechtwinklig umgelenkten Gasleitung.
  • Mehrstufige Zyklonwärmetauscher werden beispielsweise als Vorwärmer in Zementbrennanlagen verwendet. In dem Bestreben, die Bauhöhe derartiger mehrstufigerzyklonwärmetauscher zu verringern, versucht man, das Bauvolumen der Zyklone weiter zu verkleinern. Hierbei tauchen jedoch angesichts der hohen Staubbeladung der Gase in solchen Wärmetauschern erhebliche Abscheideprobleme auf.
  • Um einen annehmbaren Abscheidegrad zu erreichen, sollte sich die außenliegende Eintrittsspirale über einen-Umfangswinkel von mindestens 180° erstrecken. Dies bedingt jedoch ein beträchtliches Bauvolumen und Eigengewicht des Zyklons. Hinzu kommt, daß beim Hintereinanderschalten mehrerer Zyklonstufen die Gasströmung vor Eintritt in den Zyklon eine etwa rechtwinklige Umlenkung erfährt, was zu einer Separation des Staubes im Gas führt und im obersten Teil der Eintrittsspirale eine besonders hohe Staubanreicherung zur Folge hat.
  • Wird nun ein derartiger Zyklon sehr klein ausgeführt und wird wegen der hohen Betriebstemperaturen nur ein sehr kurzes oder überhaupt kein Tauchrohr eingebaut, so zeigen die praktischen Erfahrungen, daß sich in einem solchen Zyklon kaum noch ein die Abscheidung fördernder Wirbel ausbildet. Der Wirbel wird vielmehr schon nach etwa einer halben Umdrehung aufgelöst, und das Gas strömt durch die Austrittsöffnung zur nächsten Zyklonstufe. In den unteren zwei Drittel der Bauhöhe des Zyklons erfolgt keine nennenswerte Staubabscheidung durch Wirbelbildung.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile einen Zyklon der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei etwa gleichem Druckverlust und Abscheidegrad das Bauvolumen und das Eigengewicht wesentlich verringert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:
    • a) Die Eintrittsspirale ist in mehrere übereinander liegende Teilspiralen unterteilt;
    • b) die Teilspiralen besitzen eine unterschiedliche, von oben nach unten abnehmende Länge, wobei sich die oberste Teilspirale über einen Umfangswinkel von mindestens 180° und die unterste Teilspirale über einen Umfangswinkel von mindestens 90° erstreckt;
    • c) alle Teilspiralen münden in dem Durchmesser des Zyklongehäuses aus, der dem Durchmesser der Gasaustrittsöffnung eines ohne Tauchrohr ausgeführten Zyklons entspricht.
  • Die Erfindung macht damit von der Erkenntnis Gebrauch, daß einerseits im oberen Bereich der Eintrittsspirale wegen der dort (durch die Umlenkung der Gasströmung in der Gaszuleitung) vorhandenen höheren Staubbeladung ein längerer Abscheideweg und eine höhere Zentrifugalkraft erforderlich sind, während andererseits eine Verringerung der Länge der Eintrittsspirale im unteren Bereich eine Verkleinerung des Durchmessers des Zyklongehäuses in diesem unteren Bereich und damit eine wesentliche Verringerung des Bauvolumens des Zyklons ermöglicht. So hängt insbesondere die erforderliche Höhe des Zyklontrichters vom Durchmesser des Zyklongehäuses am oberen Trichterrand ab; dieser Gehäusedurchmesser wird durch die erfindungsgemäße Unterteilung der Eintrittsspirale und die längenmäßige Abstufung der Teilspiralen wesentlich verkleinert.
  • Erfindungsgemäß wird die Eintrittsspirale zweckmäßig in mindestens drei Teilspiralen von vorzugsweise gleicher Höhe unterteilt. Die Erfahrung hat dabei gezeigt, daß die Größe von Staubablagerungen auf den sichelförmigen Böden der Teilspiralen von der Größe der Fläche dieser sichelförmigen Böden abhängen. Wird die Eintrittsspirale in mehrere Teilspiralen unterteilt, so ergeben sich verhältnismäßig kleine Bodenflächen der einzelnen Teilspiralen, so daß keine Störungen durch Staubablagerungen auftreten können.
  • Zweckmäßig erstreckt sich die oberste Teilspirale über einen Umfangswinkel zwischen 180° und 360° und die unterste Teilspirale über einen Umfangswinkel zwischen 90 und 180°, vorzugsweise zwischen 135 und 180°. Die dazwischen liegenden Teilspiralen werden in ihrer Länge entsprechend abgestuft.
  • Wird der erfindungsgemäße Zyklon ohne Tauchrohr ausgeführt (wie dies besonders in den heißesten Stufen eines mehrstufigen Wärmetauschers zweckmäßig ist), so münden alle Teilspiralen in dem Durchmesser des Zyklongehäuses aus, der dem Durchmesser der Gasaustrittsöffnung dieses Zyklons entspricht. Bei einem mit Tauchrohr ausgebildeten Zyklon münden andererseits alle Teilspiralen in den Durchmesser des Zyklongehäuses aus, der dem Durchmesser der Gasaustrittsöffnung eines äquivalenten, ohne Tauchrohr ausgeführen Zyklons entspricht.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen
    • Fig.1 einen Horizontalschnitt (längs.der Linie I-I der Fig.2) durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zyklons;
    • Fig.2 - einen Vertikalschnitt längs der Linie II-II der Fig.1;
    • Fig.3 einen Vertikalschnitt längs der Linie III-III der Fig.1;
    • Fig.4 einen Schnitt (entsprechend Fig.2) durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zyklons.
  • Der in den Fig.1 bis 3 dargestellte Zyklon 1 enthält - anschließend an eine nicht dargestellte, von unten zugeführte und etwa rechtwinklig umgelenkte Gaszuleitung - eine Eintrittsspirale 2, die in drei übereinanderliegende Teilspiralen 3, 4 und 5 unterteilt ist. Diese drei Teilspiralen 3, 4 und 5 besitzen eine unterschiedliche, von oben nach unten abnehmende Länge. Die oberste Teilspirale 3 erstreckt sich über einen Umfangswinkel von etwa 270°, die mittlere Teilspirale 4 über einen Umfangswinkel von etwa 180° und die unterste Teilspirale 5 über einen Umfangswinkel von etwa 135°.
  • Alle Teilspiralen 3, 4 und 5 münden in dem Durchmesser D des Zyklongehäuses aus, der dem Durchmesser der Gasaustrittsöffnung 6 dieses ohne Tauchrohr ausgeführten Zyklons entspricht.
  • An die unterste Teilspirale 4 schließt sich über ein verhältnismäßig kurzes zylindrisches Verbindungsstück 7 ein Gutaustragstrichter 8 an.
  • Das in Fig.4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Fig.1 bis 3 dargestellten Zyklon lediglich durch das Vorhandensein eines Tauchrohres 9. Der Durchmesser d dieses Tauchrohres ist etwas kleiner als der Durchmesser D des Zyklongehäuses,in dem die Teilspiralen 3, 4 und 5 der Eintrittsspirale 2 ausmünden.
  • In der obigen Beschreibung wurde zur Vereinfachung der Erläuterung von einer vertikalen Ausrichtung der Zyklonachse ausgegangen. Es ist selbstverständlich im Rahmen der Erfindung möglich, den Zyklon auch mit einer beliebigen Achsneigung anzuordnen. Die in der Beschreibung der Eintrittsspirale verwendeten Ausdrücke ("oberste" bzw. "unterste" Teilspirale) sind dann sinngemäß anzupassen.

Claims (5)

1. Zyklon, insbesondere für mehrstufige Wärmetauscher, mit einer außenliegenden Eintrittsspirale und einer von unten zugeführten, unmittelbar vor der Eintrittsspirale etwa rechtwinklig umgelenkten Gasleitung, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a) Die Eintrittsspirale (2) ist in mehrere übereinanderliegende Teilspiralen (3, 4, 5) unterteilt;
b) die Teilspiralen (3, 4, 5) besitzen eine unterschiedliche, von oben nach unten abnehmende Länge, wobei sich die oberste Teilspirale (3) über einen Umfangswinkel von mindestens 180° und die unterste Teilspirale (5) über einen Umfangswinkel von mindestens 90° erstreckt;
c) alle Teilspiralen (3, 4, 5) münden in dem Durchmesser(D)des Zyklongehäuses aus, der dem Durchmesser der Gasaustrittsöffnung (6) eines ohne Tauchrohr ausgeführten Zyklons entspricht.
2. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsspirale (-2) in mindestens zwei, vorzugsweise drei Teilspiralen (3, 4, 5) von vorzugsweise gleicher Höhe unterteilt ist.
3. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die oberste Teilspirale (3) über einen Umfangswinkel zwischen 180° und 360° erstreckt.
4. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die unterste Teilspirale (5) über einen Umfangswinkel zwischen 90 und 180°, vorzugsweise zwischen 135 und 180°, erstreckt.
5. Zyklon nach Anspruch 1, enthaltend ein Tauchrohr, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teilspiralen (3, 4, 5) in dem Durchmesser(D)des Zyklongehäuses ausmünden, der dem Durchmesser der Gasaustrittsöffnung eines äquivalenten, ohne Tauchrohr (9) ausgeführten Zyklons entspricht.
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