Die Erfindung betrifft einen Fliehkraftabscheider mit einem wenigstens eine Wirbelkammer bildenden Gehäuse mit wenigstens einem tangentialen Einlauf, mit einem in Einbaulage unteren Austrag für die im Zentrifugalfeld abgeschiedenen schweren Bestandteile und mit einem bezogen auf die Einbaulage oberen, eine Gehäusedecke durchsetzenden Austrag, welcher ein sich in das Gehäuse erstreckendes Tauchrohr umfasst.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen Rückführzyklon für das Bettmaterial eines Wirbelschichtkessels bzw. einer Wirbelschichtfeuerung oder eines Wirbelschichtvergasers.

Insbesondere bei Wirbelschichtfeuerungen mit zirkulierender Wirbelschicht wird ein guter Zyklonabscheidegrad bei einem niedrigen Trennkorn angestrebt. Solche Fliehkraftabscheider umfassen ein sich in das Gehäuse des Fliehkraftabscheiders erstreckendes Tauchrohr. Das Tauchrohr muss möglichst rauchgasdicht in die eine feuerfeste Auskleidung umfassende Gehäusedecke eingebaut sein, um Kurzschlussströmungen zu vermeiden. Dieses Tauchrohr ist ständig Prozesstemperaturen von bis zu 900 °C ausgesetzt. Dieses wird üblicherweise aus zunderbeständigem Stahlblech hergestellt.

Bei bekannten Fliehkraftabscheidern ist das Tauchrohr durch die Gehäusedecke hindurch geführt und umfänglich mit Faserdämmstoffen abgedichtet. Dabei wird das Tauchrohr einer bekannten Konstruktion, beispielsweise in einem an die Gehäusedecke angeschlossenen Mantelrohr abgehängt, derart, dass die Gewichtskraft des Tauchrohrs ausschließlich von dem Mantelrohr aufgenommen wird. Das Tauchrohr ist dabei wegen seiner Hindurchführung durch die Gehäusedecke über seinen gesamten Umfang von der Feuerfestauskleidung der Gehäusedecke umschlossen. Die umlaufende Asche aus der Wirbelschichtfeuerung setzt sich in die konstruktionsbedingten Spalten und Hohlräume zwischen Tauchrohr und Gehäusedecke. Durch Temperaturwechsel und unterschiedliche Wärmeausdehnungen von Tauchrohr einerseits und Gehäusedecke andererseits kommt es häufig zu hohen Druckkräften auf das Tauchrohr. Durch die hohen Druckkräfte und die verhältnismäßig geringe Warmfestigkeit des für das Tauchrohr üblicherweise verwendeten Werkstoffs kommt es zu starken Deformationen des Tauchrohrs im Auflagerbereich. Die ersten Folgen sind Leckagen und unerwünschte Kurzschlussströmungen. Ab einem bestimmten Grad der Deformation des Tauchrohrs ist dann eine sichere Fixierung des Tauchrohrs in oder oberhalb der Gehäusedecke nicht mehr gegeben. Hierdurch wird die Standzeit des Fliehkraftabscheiders erheblich reduziert. Eine Reparatur ist aufwändig, da im Reparaturfall die Feuerfestauskleidung der Gehäusedecke entfernt und erneut zugestellt werden muss.

Aus dem Dokument US 6,024,874 ist ein Hydrozyklon mit wenigstens einem eine Wirbelkammer bildenden Gehäuse, mit wenigstens einem tangentialen Einlauf mit einem in Einbaulage unteren Austrag und mit einem bezogen auf die Einbaulage oberen eine Gehäusedecke durchsetzenden Austrag bekannt. Der Hydrozyklon umfasst ein sich in das Gehäuse erstreckendes Tauchrohr, das an die einer Wirbelkammer zugekehrte Seite der Gehäusedecke angeschlossen ist.

Das Gehäuse dieses Hydrozyklons ist zweiteilig ausgebildet und umfasst ein oberes Gehäuseteil sowie ein unteres Gehäuseteil, die miteinander verschraubt sind. Das Tauchrohr ist als mit Schraubgewinde versehener Einsatz des oberen Gehäuseteils ausgebildet.

Ein anderer Hydrozyklon bzw. Flüssigkeits-Feststoffabscheider ist aus der US 3,129,173 bekannt. Dieser umfasst ebenfalls einen tangentialen Einlauf und einen in Einbaulage unteren Austrag sowie einen an einer Gehäusedecke angeordnetes Tauchrohr. Das Tauchrohr ist an die der Wirbelkammer zugekehrte Seite der Gehäusedecke angeschlossen. Das Tauchrohr mündet in einem zentralen Flüssigkeitsauslass, der auf der der Wirbelkammer abgekehrten Seite der Gehäusedecke vorgesehen ist und der einen kleineren Durchmesser aufweist als das Tauchrohr.

Ein weiterer Fliehkraftabscheider ist aus der US 940 076 A bekannt, wobei der dort beschriebene Fliehkraftabscheider ebenfalls ein zentrales Tauchrohr umfasst, das durch die Gehäusedecke des Fliehkraftabscheiders hindurchgeführt ist. Aus der US 1,916,762 A ist ein Funkenfang einer Dampflokomotive bekannt, der in einem Rauchfanggehäuse des Dampfkessels der Lokomotive abgehängt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rückführzyklon für das Bettmaterial eines Wirbelschichtkessels, einer Wirbelschichtfeuerung oder eines Wirbelschichtvergasers bereitzustellen, der in Bezug auf die Standzeit des Tauchrohres verbessert ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Fliehkraftabscheiders wird insbesondere das Tauchrohr umfänglich von Kräften freigehalten, die durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Feuerfestmaterial einerseits und Stahl andererseits bedingt sind.

Bei dem Fliehkraftabscheider gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Tauchrohr an einem an die der Wirbelkammer abgekehrte Seite der Gehäusedecke angeschlossenen Tragring unter Zwischenlage der Gehäusedecke abgehängt ist. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, dass die Gehäusedecke die Gewichtskraft des Tauchrohres nicht aufnehmen muss.

Zweckmäßigerweise ist das Tauchrohr stirnseitig gegen die der Wirbelkammer zugekehrte Seite der Zyklondecke abgedichtet. Insgesamt gewährleistet die erfindungsgemäße Konstruktion eine Minimierung des direkten Kontakts von Stahl und Feuerfestauskleidung und eine einfache und bessere Abdichtung. Die Konstruktion bereitet insbesondere keine Dehnungsprobleme.

Bei einer vorteilhaften Variante des Fliehkraftabscheiders gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Tauchrohr zylindrisch ausgebildet ist und mit einem ringförmigen Anschlussflansch versehen ist, der zur Längsachse des Tauchrohrs konzentrisch ist. Ein solches Tauchrohr ist konstruktiv besonders einfach und lässt sich auf Grund seiner zylindrischen Ausgestaltung besonders einfach austauschen.

Zur Verbesserung des Abscheidegrades von Fliehkraftabscheidern der zuvor beschriebenen Art ist es bekannt und sinnvoll, den Einlauf des Tauchrohres abzuschrägen. Bei bisherigen Konstruktionen wurde dies durch exzentrisch zueinander angeordnete Rohrschüsse mit verschiedenen Durchmessern bewerkstelligt.

Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass der Tragring mit einem Mantelrohr des oberen Austrags so verbunden ist, dass das Mantelrohr die Gewichtskraft des Tauchrohrs aufnimmt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Tragring in Bezug auf das Mantelrohr exzentrisch angeordnet ist, so dass die Einlaufschräge im Bereich des Übergangs zwischen Mantelrohr und Tauchrohr im Mantelrohr und somit in dem vermörtelten Feuerfestbereich ausgebildet wird.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Tragring mit sich radial erstreckenden Schlitzen versehen ist, mit welchen eine Wärmedehnung in Umfangsrichtung des Tragrings aufgefangen wird.

Bei einer besonders bevorzugten Variante des Fliehkraftabscheiders gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zugstangen wenigstens gegen den Tragring und gegen den Anschlussflansch des Tauchrohres mit Keilen gesichert sind. Diese Verkeilung der Zugstangen gewährleistet auch bei längerer Standzeit ein einfaches Austauschen des Tauchrohrs. Eine solche Verkeilung ist kaum anfällig für erhöhte Temperatureinwirkungen und Warmwechsel.

Um Verformungskräften in Umfangsrichtung des Tauchrohres entgegenzuwirken, ist bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Fliehkraftabscheiders gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Zugstangen Bohrungen des Tragrings und/oder der Gehäusedecke und/oder des Anschlussflansches durchsetzen, deren Durchmesser signifikant größer als der Durchmesser der Zugstangen ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Tauchrohr aus mehreren Rohrschüssen unterschiedlicher Stahlqualitäten zusammengesetzt ist. Im Bereich des ringförmigen Anschlussflanschs kann ein Rohrschuss mit einer Stahlqualität erhöhter Warmfestigkeit Anwendung finden, daran anschließend können in Schwerkraftrichtung Stahlqualitäten geringerer Warmfestigkeit Anwendung finden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigen:

Figur 1:

eine schematische Ansicht eines Fliehkraftabscheiders gemäß der Erfindung,

Figur 2:

eine vergrößerte Schnittansicht durch den Fliehkraftabscheider im Bereich des Ausschnitts II in Figur 1,

Figur 3:

eine perspektivische Ansicht der Anordnung von Mantelrohr, Tragring und Tauchrohr,

Figur 4:

eine Schnittansicht entlang der Linien IV-IV in Figur 3,

Figur 5:

eine Schnittansicht entlang der Linien V-V in Figur 4 und

Figur 6:

eine Ansicht in Richtung des Pfeils VI in Figur 5.

Eine schematische Ansicht des Fliehkraftabscheiders 1 gemäß der Erfindung ist in Figur 1 dargestellt. Der Fliehkraftabscheider 1 gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als Rückführzyklon für das Bettmaterial einer Wirbelschichtfeuerung ausgebildet. Dieser umfasst ein Gehäuse 2 mit einem tangentialen Einlauf 3 und einem in Einbaulage unteren Austrag 4 für das aus dem Zentrifugalfeld der durch das Gehäuse 2 gebildeten Wirbelkammer 5 ausgetragene Bettmaterial.

Die Wirbelkammer 5 wird an ihrem in Einbaulage oberen Ende durch eine Gehäusedecke 6 begrenzt. Die Gehäusedecke 6 und der überwiegende Teil des Gehäuses 2 sind im Inneren mit einer Feuerfestauskleidung 7 versehen.

Ein zweiter Austrag 8 für das gereinigte Abgas durchsetzt die Gehäusedecke 6 etwa zentral, wobei der zweite Austrag 8 in bekannter Art und Weise ein Tauchrohr 9 umfasst, welches in die Wirbelkammer 5 hineinragt.

Über den Einlauf 3 gelangt Abgas mit Bettmaterial in die Wirbelkammer 5. Unter der Einwirkung der dort vorherrschenden Zentrifugalkräfte wird das schwerere Material von dem leichteren Material getrennt. Das auszuhaltende Bettmaterial wird über den Austrag 4 der Wirbelschichtfeuerung wieder zugeführt. Das gereinigte heiße Gas verlässt die Wirbelkammer 5 über das Tauchrohr 9.

Wie dies aus Figur 2 ersichtlich ist, ist das Tauchrohr 9 aus mehreren Rohrschüssen 10 zusammengesetzt und auf seiner der Gehäusedecke 6 zugekehrten Seite mit einem ringförmigen Anschlussflansch 11 versehen, welcher unter Zwischenlage einer vorgespannten mineralischen Dichtung gegen die der Wirbelkammer 5 zugekehrte Seite der Gehäusedecke 6 verspannt ist. Der Anschlussflansch 11 ist über seinen gesamten Umfang mit einer Vielzahl von Bohrungen 12 versehen, durch die das Tauchrohr 9 über Zugstangen 13 gegen die Gehäusedecke 6 befestigt ist. In der Gehäusedecke 6 ist eine kreisrunde Öffnung 14 vorgesehen, deren Durchmesser etwa dem Innendurchmesser des Tauchrohres 9 entspricht und an deren Umfang ebenfalls Bohrungen 15 zur Aufnahme der Zugstangen 13 vorgesehen sind. Die Zugstangen 13 sind auf der der Wirbelkammer 5 abgekehrten Seite der Gehäusedecke 6 auf einem Tragring 16 abgestützt, welcher wiederum fest mit dem Mantelrohr 17 des zweiten Austrags 8 verbunden ist bzw. Bestandteil des Mantelrohrs 17 ist. Die Zugstangen 13 sind jeweils beidseitig der Gehäusedecke 6 über Keile 18 und Unterlegscheiben 19 verkeilt bzw. verspannt. Auf diese Art und Weise ist das Tauchrohr 9 durch die Gehäusedecke 6 hindurch über den Tragring 16 an dem Mantelrohr 17 abgehängt, wie dies schematisch in Figur 3 dargestellt ist. Figur 3 zeigt die Anordnung ohne die dazwischen vorgesehene Gehäusedecke 6 und ohne eine Feuerfest- bzw. Mörtelzustellung.

Wie dies insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, sind das Mantelrohr 17 und der Tragring 16 ebenfalls mit einer Feuerfestauskleidung 7 versehen, und zwar derart, dass der Übergang vom Mantelrohr 17 in das Tauchrohr 9 als teilweise konischer bzw. schräger Einlauf gestaltet ist. Um dies zu bewerkstelligen, ist der in Einbaulage obere Außenrand des Tragrings 16 im Bezug auf den in Einbaulage unteren Innenrand exzentrisch angeordnet, so dass sich eine trichterförmige Schräge 20 in die durch den Tragring 16 definierten Übergangsbereich von dem Mantelrohr 17 in das Tauchrohr 9 ergibt. Der Tragring 16 bildet im Querschnitt ein etwa L-förmiges Profil mit einem ersten Schenkel 21, der sich in etwa parallel an dem Anschlussflansch erstreckt und einem zweiten Schenkel 22, welcher sich senkrecht hierzu erstreckt. Der zweite Schenkel 22 erstreckt sich parallel zu der Mantelfläche des Mantelrohres 17. Der erste Schenkel 21 und der zweite Schenkel 22 des Tragringprofils sind über Knotenbleche 23 miteinander verbunden. Die Knotenbleche 23 sind in das Tragringprofil eingeschweißt. Ebenso ist der Anschlussflansch 11 des Tauchrohrs 9 mit Knotenblechen 23 verstärkt.

Um einem Spannungsaufbau in Umfangsrichtung des Tauchrohres 9 vorzubeugen, ist der Durchmesser der Bohrungen 12 in dem Anschlussflansch 11 deutlich größer bemessen als der Durchmesser der Zugstangen 13.

Wie dies insbesondere aus Figur 4 ersichtlich ist, ist der sich parallel zu dem Anschlussflansch 11 erstreckende erste Schenkel 21 des Tragrings 16 mit sich etwa radial bezogen auf die Längsmittelachse des Tauchrohrs 9 erstreckenden Entlastungsschlitzen 24 versehen, die einem etwaigen Spannungsaufbau in Umfangsrichtung des Tragrings vorbeugen.

1.

Fliehkraftabscheider

2.

Gehäuse

3.

Einlauf

4.

Austrag

5.

Wirbelkammer

6.

Gehäusedecke

7.

Feuerfestauskleidung

8.

zweiter Austrag

9.

Tauchrohr

10.

Rohrschüsse

11.

Anschlussflansch

12.

Bohrungen

13.

Zugstangen

14.

Öffnung der Gehäusedecke

15.

Bohrungen

16.

Tragring

17.

Mantelrohr

18.

Keile

19.

Unterlegscheiben

20.

Schräge

21.

erster Schenkel des Tragringprofils

22.

zweiter Schenkel des Tragringprofils

23.

Knotenbleche

24.

Entlastungsschlitze