Zyklon, insbesondere für mehrstufige Wärmetauscher

Abstract

 Die Erfindungbetriffteinen insbesonderefürmehrstufige 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.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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°.

[0013] 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.

[0014] An die unterste Teilspirale 4 schließt sich über ein verhältnismäßig kurzes zylindrisches Verbindungsstück 7 ein Gutaustragstrichter 8 an.

[0015] 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.

[0016] 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.

Ansprüche

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.

Zeichnung