DE2610031B2 - Stofftrennung mittels auf das betreffende Medium einwirkender Fliehkräfte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stofftrennung mittels auf das betreffende Medium einwirkender Fliehkräfte, wobei das Medium eine Drallerzeugungsstufe und eine Abtrennstufe durchläuft und wobei das Medium nach der Drallerzeugung einer Mündung zugeführt wird, nach deren Verlassen die Strömung des Mediums eine Wirbelquelle bildet, die die schwereren Bestandteile des Mediums verlassen, so daß stirnseitig vor der Mündung gereinigtes Medium abgesaugt werden kann.

Zur Stofftrennung mittels Fliehkraft sind viele Lösungen bekannt geworden. Insbesondere wird in der DE-OS 21 60 415 ein Verfahren zum Trennen und Abscheiden von in einem Medium suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft aufgezeigt, bei dem das zu reinigende oder zu bearbeitende Medium in eine gekrümmte Hauptströmung geleitet wird und an deren konkaver Seite an einer Abströmkante vorbeiströmend einen über die gesamte Breite des strömenden Mediums reichenden stehenden Wirbel erzeugt, der mit einem Teil seines äußeren Bereiches an der Hauptströmung anliegt bzw. in diese übergeht. Auf diese Weise wird ein selbststabilisierendes, aerodynamisch sauberes und geordnetes Strömungsfeld mit hoher Fliehkraftwirkung geschaffen. Der von den zu trennenden oder abzuscheidenden Stoffen befreite Teil des strömenden Mediums sammelt sich im Zentrum der Wirbelkammer und verläßt die Wirbelzone durch axiale Austrittsleitungen. Die abgetrennien Partikel verlassen die Wirbclzone unier dem Einfluß der Fliehkraft, gelangen zurück in die Hauptströmung und werden mit dieser an der Wirbelkammer vorbeigelcitet. Ungeachtet der sehr wirksamen Abscheidung auch feinster Partikel weist dieses Verfahren jedoch den Nachteil auf, daß das Verhältnis des abgezweigten Reinvolumenstroms zum Rohvolumensirom relativ niedrig ist.

Durch die DE-OS 23 41 789 ist eine Vorrichtung zur Stofftrennung mittels auf das betreffende Medium einwirkender Fliehkräfte bekannt geworden, wobei das Medium im wesentlichen eine Drallerzeugurgsstufe und eine Abtrennstufc durchläuft. Es tritt in eine Drallerzeugungsstufe ein und verläßt das Gehäuse in axialer Richtung zur Abtrennstufe hin. Hiermit wird eine Anordnung zur Energierückgewinnung im Reingasauslaß eines Drehstromwirbels geschaffen, der aus einer zylinderförmigen Wirbelkammer mit einem koaxialen Einströmrohr für das Rohgas besteht.

Die axialen Strömungskomponenten des Rotationsund Potentialwirbels haben hierbei entgegengesetzte Richtungen und die abzuscheidenden Teilchen werden durch einen das axiale Einströmrohr umgebenden Auslaßspalt abgeführt. Infolge der axial umströmten Leitschaufeln ist ein hoher Umlenkgrad erforderlich, wodurch sich Verluste durch Strömungsablösung an den Schaufeln nicht vermeiden lassen. Außerdem ist die erziclbare Umfangsgeschwindigkeit der Strömung nicht sehr groß, da sie bei der hier benutzten Ausführung der Umlenkschaufeln nicht wesentlich von der axialen Eintrittsgeschwindigkeit abweicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs aufgezeigte Stofftrennung

derart auszugestalten, daß aufgrund eines optimalen Zusammenwirkens von Elementarströmungen auch feinste Partikel energiearm aus einem Trägermedium abgetrennt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen MaBnahn.cn gelöst, wobei die Unteransprüche weitere vorteilhafte Merkmale zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stofftrennung aufzeigen. Die Erfindung ist an Ausführungsbeispielen beschrieben und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 2 den Schnitt A-A aus A b b. 1:

Fig. 3 den Schnitt B- B aus Abb. 1;

F i g. 4 einen Zyklon mit aufgesetztem Abtrenngehäuse;

F i g. 5 den Schnitt C-Caus A b b. 4;

F i g. 6 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Abzweigung eines Teilstromes aus dem Drallerzeugungsgehäuse;

F i g. 7 den Schnitt D-Daus A b b. 6;

F i g. 8 den Schnitt E-Eaus A b b. 6;

A b b. 9 eine Einrichtung nach A b b. 6 mit Darstellung der Zusammenführung der Rest-Rohvolumenströnie:

Abb. 10 eine erfindungsgemäße Einrichtung mit z\\ ei integrierten Gebläsen;

Abb. Il ein Schaltungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Direktabscheider; jo

Abb. 12 ein Schaltungsbeispiel mit zwei erfindungsgemäßen Einrichtungen und einem Direktabscheider und

Abb. 13 eine Beispielausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit hintereinander geschalteten Abtrenngehäusen.

Die A b b. 1 und 3 zeigen eine Beispielsausführung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Drallerzeugungshäuse 1, mit Drallweiterleitrohren 10,11 und mit Abtrenngehausen 2, 3 mit je einem Absaugrohr 10a und einem jeweiligen Strömungszwischenraum 12. Der Strom des zu reinigenden oder zu behandelnden Mediums tritt durch einen tangentialen Strömungscintritt 7 in das Drallerzeugungsgehäuse 1 ein. Durch den tangentialen Eintritt 7 und die beispielsweise spiralige Form entsprechend Abb. 2 des Gehäuses 1 mit den axialen Begrenzungswänden 5. 6 und den Drallweiterleitrohren 10, 11 entsteht hier eine Drehströmung, wie sie sich aus der Überlagerung einer reinen Wirbelströmung mit w einer Senkenströmung ergibt. Beim Durchtritt des Mediums durch die Drallweiterleitrohre 10,11 bleibt der im Gehäuse 1 aufgebaute Drall des Mediums erhalten. so daß innerhalb der Rohre 10, 11 infolge des hier stark verringerten Durchmessers eine beachtliche Zunahme « der Drehgeschwindigkeit eintritt. Hierdurch werden die schwereren Bestandteile des Mediums in einer sehr dünnen Schicht 16 auf schraubenförmigen Bahnen an den Innenwänden der Rohre 10, 11 entlang in den jeweiligen Sirömungszwischenraum 12 geführt. Die in ho diesen Gehäusen vorhandene Strömung wird beherrscht vom Einströmen des drehenden Mediums aus der jeweiligen Mündung 14, von einer tangentialen Absaugung — entsprechend Abb. 3 — durch die Kanäle 8, 9 und von einer Absaugung durch die bj jeweilige Mündung 15. Unter dem Einfluß dieser Tcilströmungen entsteht im jeweiligen Zentrum der Gehäuse 2, 3 eine Wirbelquelle als Überlagerung einer Quellströmung mit einer starken Drehbewegung. Die Zufuhr von Drallenergie in dieses Strömungsield erfolgt erstens durch die aus der jeweiligen Mündung 14 austretende drehende Quellströmung und zweitens durch die über die Absaugung an den Austrittsöffnungen 8, 9 vorgegebene Tangentialgeschwindigkeit entlang der Gehäusewand 13. Nach dem Austritt aus der jeweiligen Mündung 14 werden die schwereren Bestandteile des Mediums, z. B. Staubpartikel durch die hohe Fliehkraftwirkung der Drehströmung und durch die überlagerte Schleppwirkung der Quellströmung bis in die Nähe der gekrümmten Wand des jeweiligen Gehäuses 2, 3 verschoben und verlassen das Gehäuse durch die öffnungen 8, 9. Durch die gekrümmte Strömung entlang der Gehäusewand wird eine Sekundärströmung induziert, die sich der vorbeschriebenen Strömung zusätzlich überlagert. Partikel, die von der Sekundärströmung erfaßt werden, bewegen sich entlang der gekrümmten Gehäusewand 13 beidseitig in axialer Richtung bis zu den axialen Begrenzungswänden 5, 18 des jeweiligen Gehäuses 2, 3. von hier zu den Wurzeln der Rohre 10,10a und von hier aus mit jeweils zur Mitte des Gehäuses gerichteter axialer Komponente auf schraubenförmigen, sich spiralig erweiternden Bahnen zur gekrümmten Gehäusewand, so daß sie das Gehäuse 2, 3 ebenfalls durch die Öffnung 8, 9 verlassen. Die Schleppwirkung der Sekundärströmung ist in der Nähe der jeweiligen axialen Begrenzungswände 5, 18 radial nach innen gerichtet, wohingegen sie sich mit zunehmender axialer Verschiebung /ur Mittclcbene des Gehäuses 2, 3 hin allmählich in die Richtung radial nach außen hin umkehrt. Darüber hinaus haben die Schleppwirkung der Quellst lömung wie auch die Fliehkraft hier im Bereich der Mittclebcne des Gehäuses 2, 3 ihre stärkste Wirkung. Die Überlugening aller dieser Effekte bewirkt, daß die an den Wurzeln der Rohre 10, 10a im jeweiligen Gehäuse 2, 3 beginnende axiale Verschiebung dieser durch die Sekundärströmung zurückgeschleppten Partikel sich mit zunehmender Verschiebung zur radialen Mittclebcne des Gehäuses 2, 3 hin immer mehr in eine radiale Verschiebung nach außen umwandelt. Daher werden diese zurückge schleppten Partikel wieder nach außen zur Peripherie des Gehäuses und zu dessen Austritt hin verschoben. Aus obigem geht hervor, daß die schwereren Bestandteile des Mediums nach dem Eintritt in den Strömungszwischenraum 12 zwischen den jeweiligen Mündungen 14 und 15 auf spiraligen Bahnen 17 mit hoher Radialgeschwindigkeitskomponente nach außen wandern. Hierdurch kann an der jeweiligen Mündung 15 der spezifisch leichtere Teil des Mediums axial abgesaugt werden. Die durch die Mündung 15 aus dem jeweiligen Gehäuse 2, 3 austretende Strömung ist stark drailbchaftet. Es ist daher zweckmäßig, daß jeweils eine Einrichtung zur Rückgewinnung der Drallenergic bekannter Art, beispielsweise bestehend aus einem Entdrallapparat 19 und einem Diffusor 20, nachgeschaltet wird. Die Geometrie der vorbeschriebenep Einrichtung ist nicht auf die in den Abb. 1—3 dargestellten Proportionen beschränkt. So ist ein sehr flaches, also in axialer Richtung stark verkürztes Abtrenngehäuse denkbar. Hierdurch ist es möglich, den radial nach außen gerichteten Mitschleppeffekt der Quellströmung derart zu verstärken, daß der in der Nähe der axialen Begrenzungswände nach innen gerichtete Mitschleppeffekt der Sekundärströmung nach außen umgekehrt wird. Hierbei können auch Abtrenngehäuse-Formen möglich sein, bei denen die Mündungen der Drallweiier-

leitrohre bzw. der Absaugrohre in die Ebenen der ihnen jeweils benachbarten axialen Begrenzungswände fallen, oder daß nur eine Mündung z. B. die Eintrittsmündung mit der ihr benachbarten axialen Begrenzungswand zusammenfällt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß nur ein Abtrenngehäuse einseitig am Drallcrzeugungsgehäuse angeordnet wird. Dadurch verdoppeil sich der Volumenstrom durch den Siröniungszvvischenraum gegenüber der in Abb. 1 dargestellten Anordnung.

Die A b b. 4 und 5 zeigen eine Beispielsausführung einer Einrichtung die sich aus der Kombination eines erfindungsgemäßen Abtrenngehäuses mit einem Zyklonübscheider bekannter Bauart ergibt. Hier dicni das Zyklongehäusc la als erfindungsgemäßes Drallerzeugungsgehäuse, wobei innerhalb dieses Gehäuses bereits eine erste Abtrennung in bekannter Weise stattfindet. Die stark drallbehaftcie Strömung gelangt durch das Tauchrohr 11a in das Abtrenngehäusc 2;/, wo eine zweite Abtrennung mittels der erfindungsgemäßen Wirbclqucllc stattfindet. Die hier abgetrennten Bestandteile des Mediums verlassen das Gehäuse 2;> auf langentialen Wegen entsprechend Abb. 5. Die spezifisch leichteren Bestandteile des Mediums verlassen das Gehäuse 2a durch das Absaugrohr 106. Bei der Anwendung dieser Kombination auf den Anwendungsfall der Staubablrennung wirkt der Zyklon als Vorabscheider und das nachgeschaltete erfindungsgeiiiiiUc AbtrciiMgehäuse 2.·; als Feinabscheider.

A b b. 6 /eigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Drallcrzeugungsgehäuse I aus A b b. I durch eine Wirbelkammer 21 ersetzt ist. Diese an sich z. B. durch die DE-OS 21 60415 bekannte Wirbelkammer wirkt hier als Vor- oder Grobabscheider. Entsprechend Abb. 7 tritt der zu behandelnde Volumenstrom tangential in die Wirbelkammer 21 ein. wo er sich in den tangential austretendem Teilstrom 22 und die beiden durch die Tauchrohrc austretenden Teilstrome 22;) verzweigt. Infolge des starken Wirbels inneihalb der Wirbelkammer sind die Teilströmc 22;? stark drallbehal'ici. so daß nachfolgend eine erfindungsgemäße Abscheidung durch eine Wirbelquellenströmung in vorbeschriebener Weise innerhalb der Abtrenngehäusc 2, 3 durchgeführt werden kann. Abb. 8 zeigt die striehliertcn Bahnen der hier abgetrennten Partikel. Eine konstruktive Gestaltung der Zusammenführung der Teilströnic 22 und 226 der Einrichtung nach A b b. 6 /eigt A b b. 9.

In Abb. 10 ist eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung, bestehend aus dem Drallcrzeugungsgehäuse 1 und den beiden Abtrenngehäusen 2, 3 dargestellt. In dieser Einrichtung sind zwei Radialgebläse 23, 24 integriert, die das gereinigte Medium aus den Abtrenngehäusen absaugen. Beide Gebläse sind durch eine gemeinsame Welle 25 verbunden, so daß ein gemeinsamer Motor zum Antrieb der Gebläse verwendet werden kann. Die Radialgebläse dienen erstens zum Antrieb der Gesamtströmung mit Ausnahme dcrQucllströmung in den beiden Abtrenngehäusen 2, 3. Zweitens können die Gebläse bei günstiger Auslegung als Enldralleinrichtung wirken. Die gemeinsame Welle 25. die koaxial mit der Hauptachse der Einrichtung durch die Drallweitcrlcitrohrc. die Abtrenn- und das Drallerzeugiingsgehäusc läuft, kann so ausgebildet werden, daß sie als rotierender Zylinder die Drallströmung insgesamt zusätzlich antreibt. Der antreibende rotierende Zylinder kann auch bei allen übrigen Buüfüi iiiCm angewendet werden.

Die A b b. 11 und 12 zeigen sinnbildlich dargestellte Schaltungsbeispiele für mögliche Zusammenschaltungen von erfindungsgemäßen Einrichtungen 29 entsprechend Abb. 1 bzw. Abb. 10. In A b b. 11 tritt der zu reinigende Volumenstrom 27 in die Einrichtung 29 ein. Die beiden Teilströme 28 die das jeweilige Abtrenngehäuse tangential verlassen, werden gemeinsam einem Direktabscheider 31 zugeführt. Die gereinigte Strömung, die den Direktabscheider 31 verläßt, ist als Pfeil 32 dargestellt. Die Pfeile 30 stellen die aus den Abirenngehäusen entnommenen gereinigten Teilströmungen dar. In Abb. 12 sind zwei hintereinander geschaltete Einrichtung 29 gezeigt, wobei die Teilströme 28 der ersten Einrichtung dem Drallerzeugungsgehäuse der zweiten Einrichtung zugeführt werden.

Eine andere schaltungsgemäße Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt Abb. 13. Hier sind jeweils symmetrisch zum Drallerzeugungsgehäuse zwei hintereinandergeschaltete Abtrenngehäuse angcordnct, so daß sich hier die erfindungsgemäße Stofftrennung in drei Stufen vollzieht. Die drallbehaftete Strömung gelangt durch die Drallweiterleiirohre 36 in das Abirenngehäuse 37. wo eine Abtrennung mittels Wirbelquelle stattfindet. Die abgetrennten Partikel 41 verlassen das Abtrenngehäuse auf tangentialem Wege. Da die Strömung durch die Rohre 38 genügend Drallenergie aufweist, kann der Abtrennvorgang innerhalb der Gehäuse 39 wiederholt werden. Hier werden die Partikel 42 abgetrennt und das gereinigte Medium 43 verläßt die Gehäuse 39 durch die Absaugrohre40.

Hierzu 5 Blatt Zeichnuneen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Stofftrennung mittels auf das betreffende Medium einwirkender Fliehkräfte, wobei das Medium eine Drallerzeugungsstufe und eine Abtrennstufe durchläuft, und wobei das Medium nach der Drallerzeugung einer Mündung zugeführt wird, nach deren Verlassen die Strömung des Mediums eine Wirbelquelle bildet, die die schwereren Bestandteile des Mediums verlassen, so daß stirnseitig vor der Mündung gereinigtes Medium abgesaugt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium nach der Drallerzeugung in drallbehafteter Rohrströmung der Mündung (14) zugeführt wird, nach deren Verlassen die Strömung in ein Spiralgehause eintritt, in welchem durch tangentiales Absaugen der Wirbel stabilisiert und zusätzlich angetrieben wird.

2. Stofftrennung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugen aus der (den) Abtrenneinrichtung(en) durch jeweils ein auf das betreffende Gehäuse aufgesetztes Gebläse erfolgt.

3. Stofftrennung nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei symmetrisch zu dem (den) Drallerzeugungsgehäuse(n) angeordneten Abtrenngehäusen das axiale Absaugen durch symmetrisch zueinander angeordnete Gebläse (23, 24) erfolgt.

4. Stofftrennung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Antrieb der Drallströnning durch einen rotierenden Zylinder erfolgt.

5. Stofftrennung nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallcrzeugung durch Einrichtungen beliebiger Bauart erfolgt. J5

b. Einrichtung zur Stofftrennung nach den Ansprüchen 1 bis 5, mit einem Drallerzeugungsgehäuse, einem Abtrenngehäuse und einer Öffnung zum Antrag des Gutes, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Drallerzeugungsgehäuse (1) Drallwoiterleitrohre (10, 11) angeordnet sind, die in ein oder mehrere Abtrenngehäuse (2, 3) derart hineinragen, daß in Bezug auf ein Absaugrohr (10;^ ein .Strömungszwischenraum (12) entsteht, wobei je Abtrenngehäuse (2, 3) mindestens eine tangcntiale Austrittsöffnung zur Absaugung vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch (5, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugrohr (\0a) in je eine Einrichtung zur Rückgewinnung der Drallcnergie einmündet. so

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fliehkraftabscheider als Drallerzeuger dient.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Abtrennein- « richtung (2, 3, 2a, 37, 39) ein Radialgebläse derart aufgesetzt ist, daß das Absaugrohr (10a, 106, 40, 45) in die Ansaugöffnung des Gebläses (23, 24) einmündet.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch M) gekennzeichnet, daß bei spiegelbildlicher Anordnung zweier Gebläse (23,24) das zweite Gebläse (24) von einer durchgehenden Welle (25) angetrieben wird.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 10, b^r> dadurch gekennzeichnet, daß die Drallsirömung durch einen rotierenden Zylinder angetrieben wird.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen b bis II,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen der Rohre (10, 10a, iOb, 11a. 36, 38, 40, 45, 46) in die jeweils benachbarte Wand der Abirenneinrichtung (2,3,2a.37,39) fallen können.