Staubabscheider mit Rekuperator, insbesondere Zyklon

Abstract

 Staubabscheider mit Rekuperator, insbesondere Zyklon, der zur Intensivierung der Staubabscheidung aus Gasen hoher Temperatur, insbesondere aus Abgasen, und zum Entzug des Wärmeinhaltes und dadurch zur Senkung der Temperatur geeignet ist.
Der Staubabscheider weist einen in den im Inneren des Gehäuses vorhandenen Staubabscheideraum (2) hineinragenden, in dem Wirbelraum der nach oben und unten gerichteten Gasbewegung angeordneten, auch die Abfuhr des gereinigten Gases gewährleistenden Wärmeaustauscher (5) auf. Der Staubabscheider kann überall vorteilhaft verwendet werden, wo der Wärme- und Staubinhalt des zu reinigenden Gases bedeutend ist und gleichzeitig eine Wärmeverwertung und Entstaubung verlangt werden. Wichtige Anwendungsgebiete sind die Müllverbrennung, gewisse industrielle Verfahren, wie z. B. Erzsinterung und die Reinigung der Abgase kohlenbeheizter Kessel und dergleichen (Fig. 1)

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Staubabscheider mit Rekuperator, insbesondere einen Zyklon, der zur intensiven Entstaubung von Gasen hoher Temperatur, insbesondere Abgasen, zum Entzug des Wärmeinhalts und dadurch zur Senkung der Gastemperatur geeignet ist.

[0002] Aus der technischen Literatur und aus der Praxis ist es wohlbekannt, daß die meisten Staubabscheider auf dem Zyklonprinzip beruhen oder aus Wlrbelrohren aufgebaut sind. Die Zyklone werden so betrieben, daß das staubhaltige Gas tangential in den zylindrischen Behälter geblasen wird, in dem es mit einem Drall weiterströmt. Die Staubkörnchen scheiden sich unter der Wirkung der Fliehkraft an der Wand ab und fallen in den unteren kegeligen Trichter. Aus dem Trichter kann der Staub dann abgeleitet werden. Das gereinigte Gas verläßt das System über das in der Achse des zylindrischen Teiles angeordnete Auslaßrohr. Eine allgemeine Beschreibung der. Zyklone kann dem 27. Abschnitt des Buches "Entstaubung und Staubabscheidung" (Verfasser: Dr. István Koncz, Technischer Verlag, Budapest 1970) entnommen werden. In der Figur 230 der erwähnten Publikation sind die Ergebnisse von durchgeführten Messungen dargestellt, die die Änderungen der tangentialen, radialen und axialen Geschwindigkeiten, sowie des Gesamtdurckes und des statischen Druckes des Gases In verschiedenen Schnittebenen des Zyklons zeigen. Die tangentiale Geschwindigkeit ist entlang der Wand des zylindrlschen Teiles des Zyklons am niedrigsten und weicht dort nur geringfügig von der Eintrittsgeschwindigkeit ab. In dem kegeligen Teil nimmt die Geschwindigkeit entlang der Wand proportional zu der Abnahme des Radius zu und erreicht den höchsten Wert in der Nähe der Staubauslaßöffnung. Dem potentiellen Wirbelstrom in der auf der Achse senkrechten Ebene ist ein axialer Nebenstrom superponiert. Entlang der Wand strömt das Gas abwärts und in der Nähe der Achse aufwärts. Es kann angenommen werden, daß auch ein innerer Wirbelraum vorhanden ist, dessen Eigenschaften jedoch bisher ungeklärt sind. Durch die Saugwirkung des im Bereich der Achse nach oben strömenden Wirbels wird der Staub aus der Achse der Staubauslaßöffnung mitgenommen, dessen größter Teil jedoch infolge der Fliehkraft wieder in den äußeren Wirbelstrom geschleudert wird. Sollte das Abführrohr tief in den Zyklon hineinragen, kann sich auch ein Doppelwirbel bilden.

[0003] Bei den aus der Fachliteratur und der Praxis bekannten Zyklonen begnügt man sich im allgemeinen zur Kühlung von Gasen höherer Temperatur mit der Kühlwirkung der auf den Außenmantel des Zyklons einwirkenden Luft.

[0004] In der GB-A-1 397 892 ist ein auf dem Zyklonprinzip beruhender Staubabscheider beschrleben, der in Zementwerken verwendet wird und bei dem die Kühlung des heißen Zements durch die intensive Kühlung des kegeligen Sammelraums des Zyklons vorgenommen wird. An der Seite des kegeligen Raums bzw. an dessen Außenseite ist ein Behälter für das Kühlwasser vorgesehen, in dem ein konstanter Druck sichergestellt wird. Das unter konstantem Druck stehende Wasser wird mit Hilfe von Düsen auf die zu kühlende Fläche gespritzt. Die Düsen werden in einer Entfernung von der Oberfläche angeordnet, die die Ausbildung eines zusammenhängenden Wasservorhangs aus den Wasserstrahlen ermöglicht. Die Entfernung zwischen den Düsen und der Oberfläche kann geändert werden.

[0005] Der Nachteil dieser Lösung ergibt sich aus der Erfüllung einer speziellen Aufgabe, und zwar der Kühlung des abgeschiedenen Zementes. Das Kühlsystem ist an dem eine kleine Oberfläche aufweisenden kegeligen Teil des Zyklons angeordnet, da nur hier eine Kühlwirkung für den abgeschiedenen Zenment möglich ist. Mit der Luftkühlung verglichen nimmt die Kühlwirkung zweifellos zu, aber nicht einmal diese Lösung ist dazu geeignet, die Temperatur der Gase Intensiv zu senken, den größten Teil des Wärmeinhaltes zu entziehen.

[0006] Die Erfindung hat zum Ziel, einen mit Drall arbeitenden Staubabscheider zu schaffen, der zum radikalen Entzug des Wärmelnhaltes von Gasen hoher Temperatur, insbesondere von Abgasen, bzw. zur Senkung von deren Temperatur im gewünschten Maß geeignet ist.

[0007] Eine weitere Zielsetzung besteht darin, die Wirksamkeit der Staubabscheidung - teilweise durch Senkung der Temperatur, teilweise durch die strukturelle Gestaltung - Intensiv zu erhöhen, jedoch gleichzeitig den inneren Widerstand der Anlage grundsätzlich nicht zu beeinflussen.

[0008] Der erfindungsgemäße Staubabscheider mit Rekuperator, insbesondere Zyklon, weist einen in den im Inneren des Gehäuses vorhandenen Staubabscheideraum hineinragenden, in dem Wirbelraum der abwärts und aufwärts gerichteten Gasbewegung angeordneten, das Abführen des gereinigten Gases sicherstellenden Wärmetauscher auf.

[0009] Die Erfindung wird anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die Seitenansicht des Staubabscheiders mit Re kuperator, insbesondere Zyklon, im Längsschnitt, und

Fig. 2 den Schnitt A-A des Staubabscheiders nach Figur 1.

[0010] Der Staubabscheider mit Rekuperator besteht aus dem zylindrischen Gehäuse 1, von welchem der Staubabscheideraum 2 umgeben ist, dem von dem kegelförmigen Mantel 3 umschlossenen Staubsammelraum 4, dem Wärmetauscher 5 und der zur Abfuhr des Staubes dienenden Vorrichtung. Der Wärmetauscher 5 ist eigentlich anstelle des traditionellen Absaugrohres installiert, er ragt in den Staubabscheiderraum 2 hinein, wodurch er gleichzeitig die Funktion des Absaugrohres erfüllt. Der Wärmetauscher 5 ist so dimensioniert und angeordnet, daß er in dem sich in dem Staubabscheiderraum 2 ausbildenden, durch die nach unten gerichtete Bewegung des staubhaltigen Gases und die nach oben gerichtete Bewegung des entstaubten Gases erzeugten und bestimmten Wirbeiraum liegt und quasi als ein Trennprofil die Wirbelverluste herabsetzt.

[0011] Der Wärmetauscher 5 taucht so tief in den Staubabscheideraum 2 ein, daß er aufgrund seiner Abmessungen die vorgeschrlebene Temperaturabsenkung bzw. den Entzug der Wärmemenge gewährleisten kann. Bei der Bestimmung der Abmessungen und hauptsächlich der Eintauchtiefe muß jedoch berücksichtigt werden, daß die durch die Kühlung eintretende, sich aus der erhöhten Fähigkeit zur Staubabscheidung ergebende Zunahme des Entstaubungswirkungsgrades nicht, oder nur in geringem Maße, durch einen von dem Wärmeaustauscher 5 hervorgerufenen erhöhten Widerstand vermindert wird.

[0012] Der Wärmetauscher 5 ist vorzugsweise als doppelter rekuperativer Wärmetauscher ausgebildet und besteht aus dem äußeren 6 und dem inneren Wärmeaustauschelement 7. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das äußere Wärmeaustauschelement 6 als ein das Kühlmittel enthaltender zylindrischer doppelwandiger Mantel 8 ausgebildet. Das innere Wärmeaustauschelement 7 ist aus den Rohren 9 ausgebildet, und zwar in der Weise, daß zur Sicherstellung eines intensiven Wärmeaustausches und einer Erhöhung des Entstaubungsgrades ein Raum zustandekommt, der aufgrund des von den gebogenen Rohren 9 bestimmten Hüllkörpers als stetig konvergierender und wieder divergierender rotationssynmetrischer Kanal ausgebildet ist, wobei die Rohre 9 im konvergierenden Teil und im divergierenden Teil des Kanals und im engsten Kanalquerschnitt im Abstand voneinander verlaufen können. Mit ihrem oberen Ende sind die Rohre 9 an den obenliegenden zylindrischen doppelwandigen Zulaufkörper 11, und mit ihrem unteren Ende an den zylindrischen Samme I körper 12 angeschlossen. Der zylindrische Samme I körper 18 ist mit dem doppelwandigen Mantel 8 verbunden, so daß zwischen dem äußeren 6 und dem inneren Wärmeaustauschelement 7 eine Strömungs verbindung besteht. An den Zulaufkörper 11 des inneren Wärmetauschers 7 ist der Einlaßstutzen 13, und an den doppelwandigen Mantel 8 des äußeren Wärmeaustauschers 6 der Auslaßstutzen 14 angeschlossen. Das staubbeladene heiße Gas, z.B. Abgas, gelangt über den tangentialen Gaseinlaß 15 in den Staubabscheideraum 2, währen das gereinigte Gas über den zentralen Gasauslaß 16 nach oben austritt.

[0013] Das über den Gaseinlaß 15 eintretende heiße und staubbeladene Gas, z.B. Abgas, umströmt mit einer hohen tangentialen Geschwindigkeit die äußere zylindrische Wand des Wärmetauschers 5 und strömt abwärts in Richtung zu dem Staubsammelraum 4. Einen Tei des Wärme inhaltes gibt das heiße Abgas an das in dem äußeren Wärmetauscher 6 strömende Kühlmittel (Wasser, I uft) ab. In dem Staubabscheideraum 2 wird der größte Teil des Staubinhaltes des Gases abgeschieden und setzt sich an der Innenfläche des kegeligen Mantels 8 ab. In Abhängigkeit von dem Entstaubungswirkungsgrad des Zyklons gereinigtes, aber noch immer recht heißes Gas strömt axial von unten nach oben, tritt in den Raum 10 ein und gibt zwischen den gebogenen Rohren 9 hindurchströmend einen Teil seines Wärmeinhaltes wieder ab. Infolge der geänderten Strömungsgeschwindigkeit und der Abkühlung des Gases findet eine weitere Staubabscheidung statt. Das abgekühlte und entstaubte Gas verläßt das System über den Gasauslaß 16.

[0014] Das Kühlmittel strörnt durch den Einlaßstutzen 13, den Zulaufkörper 11, die Rohre 9, den zylindrischen Sammelkörper 12, den doppelwandigen Mantel 8 und den Auslaßstutzen 14 und erwärmt sich in dem in dieser Welse im Gegenstrom arbeitenden Wärmetauscher 5.

[0015] Der Wärmetauscher kann auch im Gleichstrom arbeiten; in diesem Fall sind die Benennungen dementsprechend zu interpretieren (anstatt Einlaßstutzen Auslaßstutzen usw.).

[0016] Zur Gestaltung des inneren Wärmeaustauschelementes 7 können anstatt der Rohre 9 auch Taschen oder sonstige in ähnlicher Weise ausgestaltete Körper, oder z.B. ein als konvergente-divergente Düse gestaltetes doppelwandiges Profil, verwendet werden. Auch das äußere Wärmeaustauschelement 6 kann anders gestaltet werden.

[0017] Die erfindungsgemäße Lösung kann überall vorteilhaft verwendet werden, wo das zu reinigende Gas über einen bedeutenden Wärme- und Staubinhalt verfügt und eine gleichzeitige Wärmeerwertung und Entstaubung verlangt werden. Als wichtige Anwendungsgebiete sollen die Müllverbrennung und gewisse industrielle Verfahren, wie z.B. die Erzsinterung oder eine Reinigung der Abgase von kohlenbeheizten Kesseln erwähnt werden.

Ansprüche

1. Staubabscheider mit Rekuperator, insbesondere Zyklon, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den im Inneren des Gehäuses (1) vorhandenen Staubauscheidera um (2) hineinragender, in dem Wirbelraum der nach unten und nach oben gerichteten Gasbewegung angeordneter, auch der Abfuhr des gereinigten Gases dienender Wärmetauscher (5) vorgesehen ist.

2. Staubabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (5) ein mit einem doppelwandigen gekühlten Mantel (8) versehenes, vorzugsweise zylindrisches äußeres Wärmeaustauschelement (6) und ein aus Rohren (9) gebildetes inneres Wärmeaustauschelement (7) aufweist, wobei die Rohre einen Raum (10) mit konvergent-divergenter Hüllfläche umschließen und zwischen dem äußeren und dem inneren Wärmeaustauschelement (6,7) eine Strömungsverbindung besteht.

1. Wirbel-Staubabscheider, insbesondere Zyklon, mit einem einen der Staubabscheidung dienenden Wirbelraum (2) mit einem tangentialen Gaseinlaß (15) und einem zentralen, von oben in den Wirbelraum hineinragenden Gasauslaß (16), der von einem kühlmitteldurchströmten Wärmetauscher gebildet wird, der aus einem äußeren Wärmetauscherelement (6) zum Kühlen des in dem Wirbelraum (2) nach unten strömenden Gases und einem einen Gasabzugsraum (10) umgrenzenden inneren Wärmetauscherelement (7) zum Kühlen des in dem Gasabzugsraum (10) nach oben strömenden Gases besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Wärmetauscherelement (7) entlang einer gedachten, den Gasabzugsraum (10) umgrenzenden konvergent-divergenten Hüllfläche ausgebildet ist.

2. Wirbel-Staubabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Wärmetauscherelement (7) aus Rohren (9) besteht, die im konvergenten Teil und im divergenten Teil und im engsten Querschnittsteil des Gasabzugsraumes (10) im Abstand voneinander angeordnet sind.

Zeichnung