ZENTRIFUGALABSCHEIDER

Beschreibung

[0001] Die Erfindung richtet sich auf einen Zentrifugalabscheider gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Zentrifugalabscheider sind in sehr unterschiedlichen Gestaltungen bekannt. So zeigt beispielsweise die DE 103 46 692 A1 einen Tropfenabscheider, der im Übergang zum Trichterbereich außenrandseitig am dort endenden Tauchrohr Drallschaufeln aufweist, um im Trichter eine Rotation des eintretenden Gasstromes zu erreichen. Zu- und abschaltbare Zyklone zeigt beispielsweise die DE 102 05 981 A1, während die DE 195 16 817 C1 einen Zyklon mit zusätzlichen Elementen, wie beispielsweise eine Sprühelektrode, zeigt.

[0003] Aus der DE 32 30 280 A1 ist ferner ein Zentrifugalabscheider mit einem rohrförmigen Außenmantel, mit einem an dessen Einlaufseite angebrachten Leitapparat und mit einem in seiner Längsachse liegenden Tauchrohr bekannt. Am Tauchrohr ist koaxial zu diesem ein sich in Richtung des Tauchrohrendes erweiternder Abweisschirm angeordnet.

[0004] Hochtemperaturvergaser wurden entwickelt, um mittels eines Wirbelschichtvergasungsprozesses die Nutzung beispielsweise von Braunkohle zu verbessern unter Nutzung eines sogenannten Hochtemperatur-Winkler-Vergasers HTW als Weiterentwicklung der ursprünglich bei Umgebungsdruck arbeitenden Winkler-Kohlevergasung. Die Vorteile liegen im Wesentlichen in der besseren Rohstoffnutzung, der erheblich größeren Vergaserkapazität für Großanlagen und in der Vermeidung der Bildung von Nebenprodukten.

[0005] Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist u.a., dass die Abscheideeffizienz des Rückführzyklons nicht besonders ausgeprägt ist, was zur Folge hat, dass man kostenintensive Warmgasfilter hinter dem Zyklon und Rohgaskühler schalten muss. Erschwerend kommt noch hinzu, dass sich im Warmgasfilter abgeschiedenem Staub noch hohe Mengen an Kohlenstoff befindet. Dieser Staub kann somit nicht deponiert werden, sondern muss entweder zum Vergaser über Leitungen und Schnecken zurückgeführt werden oder mit hohem Aufwand in einem separaten Kessel mittels Hilfsbrennstoff verbrannt werden.

[0006] Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht, den Abscheidungsgrad eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, deutlich zu erhöhen.

[0007] Gelöst wird die Aufgabe durch einem Zentrifugalabscheider mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine alternative Lösung wird durch einen Zentrifugalabscheider mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 bereitgestellt.

[0008] Beschrieben wird ferner ein Verfahren zur Optimierung eines Zentrifugalabscheiders, insbesondere eines Rückführzyklons bei einem Hochtemperaturvergaser, wobei durch Einbauten am Tauchrohr des Zentrifugalabscheiders eine lokale Erhöhung der Zentrifugalkraft vorgenommen wird.

[0009] Zur Erhöhung der Abscheideleistung eines Zyklons ist schon vorgeschlagen worden, das Tauchrohr in den "Totwasserbereich" zu verschieben, d.h. das Tauchrohr wird exzentrisch im Zyklon eingebaut. Eine solche Maßnahme ist nur bei Neubauten der Zyklone wirtschaftlich sinnvoll. Eine Nachrüstung und damit nachträgliche Optimierung ist damit wirtschaftlich nicht erreichbar. Die Einbauten am Tauchrohr lassen sich demgegenüber problemlos auch nachrüsten.

[0010] Eine Variante der Optimierungsmöglichkeit besteht darin, dass durch eine Vorschaltung eines Agglomerators im Eintrittsbereich des Zentrifugalabscheiders eine mechanische Kornvergrößerung der abzuscheidenden Partikel vorgenommen wird. Durch einen Agglomerator wird Einfluss auf die Partikelgröße genommen, indem eine Erhöhung der Kollisionsrate zwischen großen und kleinen Partikeln im Eintrittsbereich des Zyklons erreicht wird, was den Abscheidungsgrad deutlich verbessert. Grundsätzlich sind Agglomationsvorrichtungen bekannt, siehe dazu beispielsweise die DE 198 15 976 A1.

[0011] Da Zyklone nur in eng begrenzten Betriebszuständen optimal arbeiten, beispielsweise beträgt bei Stäuben eine optimale tangentiale Eintrittsgeschwindigkeit in den Zyklon 10 m/s, ist die Leistungsfähigkeit bei Lastwechseln Schwankungen unterworfen. Hier greift bei der Optimierung eines derartigen Zyklons das beschriebene Verfahren durch Querschnittsveränderung am Zentrifugalabscheidereintritt ein, wobei diese Querschnittsveränderung in sehr unterschiedlicher Weise erfolgen kann, wie weiter unten angegeben.

[0012] Mit der variablen Querschnittsveränderung wird erreicht, dass die Auslegungsgeschwindigkeit des Zyklons immer konstant gehalten werden kann.

[0013] In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mehrere der oben genannten Verfahrensschritte gleichzeitig vorgenommen werden.

[0014] Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung einen Zentrifugalabscheider vor, der sich dadurch auszeichnet, dass am Tauchrohr ein den Strömungskanal des Zentrifugalabscheiders verengendes Strömungsleitelement vorgesehen ist. Ein solches verengendes Strömungselement ist, wie dies die Erfindung vorsieht, als schalenförmiges Leitblech ausgebildet.

[0015] Um eine besonders optimale Strömung zu erreichen, ist dabei nach der Erfindung auch vorgesehen, dass am Außenbereich des Tauchrohres das exzentrische, schalenförmige Leitblech dem Gaseintritt etwa gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Leitblech bis unterhalb der Unterkante des Gaseintrittskanales gezogen und sich dann zum unteren Tauchrohrende der Rohrform verjüngend wieder angleicht. Die Position des Leitbleches kann je nach Auslegung des Zentrifugalabscheiders auch variieren.

[0016] Um eine mechanische Kornvergrößerung der Partikel zu erreichen, ist ein Agglomerator am Eintritt des Zentrifugalabscheiders erfindungsgemäß vorgesehen, der von einer Mehrzahl den Strömungskanal durchsetzenden rohrförmigen

[0017] Strömungsstörelementen gebildet ist. Diese rohrförmigen Strömungsstörelemente können horizontal, vertikal oder im Winkel in den Strömungskanal eingebaut sein.

[0018] Um, wie oben schon angegeben, die Auslegungsgeschwindigkeit des Zentrifugalabscheiders auch bei Lastwechseln konstant halten zu können, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung auch vor, dass der Eintrittströmungskanal mit einer den Kanalquerschnitt verändernden beweglichen Wandfläche oder einer keramischen Schieberplatte ausgerüstet ist, wobei Ausgestaltungen darin bestehen können, dass die horizontal oder vertikal bewegliche Wandfläche als Schieber oder als im Übergangsbereich zur Zentrifuge gekrümmtes Wandelement ausgebildet ist.

[0019] Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in

Fig. 1

eine vereinfachte Darstellung eines Hochtemperatur-Winkler-Vergasers sowie in den

Fig. 2 bis 7

vereinfachte Darstellungen eines Zentrifugalabscheiders mit unterschiedlichen strömungsverändernden Einbauten.

[0020] In Fig. 1 ist vereinfacht ein System einer Hochtemperatur-Winkler-Vergasung dargestellt mit einem Vergaser 1, dem über Vorlagebehälter 2 das Einsatzmaterial zugeführt wird. Das Bodenprodukt wird bei 3 ausgetragen, z.B. mittels einer Förderschnecke 4. Das Gas beaufschlagt einen Zentrifugalabscheider 5, wobei die Feststoffpartikel über die Leitung 6 wieder zurück in den Vergaser 1 geleitet werden, das Gas wird zur weiteren Bearbeitung über eine Leitung 7 abgeführt.

[0021] In den Fig. 2 bis 7 sind Varianten der Einflussnahme auf die Strömung im Zentrifugalabscheider 5 dargestellt:

[0022] Fig. 2 zeigt die Zuführung des Gemisches aus Feststoffen und Gasen (Pfeil 8) in den Zentrifugalabscheider 5, wobei das Gemisch das Tauchrohr 9 umströmt.

[0023] Zur Beschleunigung der Strömung weist das Tauchrohr 9 ein Strömungsleitelement 10 auf, das als gekrümmtes Leitblech auf das Tauchrohr 9 aufgeschweißt ist oder in anderer Weise dort befestigt ist. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, verjüngt sich das Leitblech 10, in seinem unteren Bereich mit 10a bezeichnet, derart, dass am Ende des Tauchrohres 9 die ursprüngliche Querschnittsfläche des Strömungskanales wieder erreicht ist. Das gereinigte Gas verlässt den Zentrifugalabscheider 5 über das Rohr 7, was durch einen Pfeil 11 angedeutet ist. Die Feststoffpartikel verlassen den Abscheider nach unten, was durch einen Pfeil 12 angedeutet ist.

[0024] Die Position des Leitbleches 10 mit Verjüngung 10a ist in Fig. 2 zur besseren Darstellung an der vorgesehenen Stelle wiedergegeben. Diese muss nicht der echten Einbauposition entsprechen.

[0025] In den folgenden Figuren sind alle baugleichen Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet ebenso die Pfeile.

[0026] Im Unterschied zu Fig. 2 sind bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 zur Bildung eines Agglomerators, allgemein mit 13 bezeichnet, im Eingangsstutzen 14 des Zentrifugalabscheiders 5 rohrförmige Strömungsstörelemente 15 eingebaut, die nicht nur, wie hier dargestellt, horizontal, sondern auch vertikal oder diagonal im Einlaufkanal 14 positioniert sein können.

[0027] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 kann der Querschnitt des Eintrittskanales 14 in den Zentrifugalabscheider 5 durch ein anhebbares bzw. senkbares Sperrelement bzw. eine keramische Schieberplatte 16 verändert werden. Diese Bewegung ist mit einem Doppelpfeil 17 angedeutet.

[0028] In Fig. 5 ist eine Variante dargestellt, um den Querschnitt des Eintrittskanales 14 des Zentrifugalabscheiders 5 verändern zu können, nämlich durch eine heb- und senkbare Bodenplatte, z.B. ebenfalls als keramische Platte ausgebildet, die mit 18 bezeichnet ist, die Bewegungsmöglichkeit wird durch einen Doppelpfeil 19 angedeutet.

[0029] In Fig. 6 ist die keramische Platte, hier mit 20 bezeichnet, zur Querschnittsveränderung vertikal verschwenkbar, was mit einem Doppelpfeil 21 angedeutet ist.

[0030] Schließlich zeigt Fig. 7 noch die Möglichkeit der Querschnittsverringerung im Einlaufbereich zum Zentrifugalabscheider 5 durch eine dem gekrümmten Wandverlauf des Abscheiders angepasste Platte 22, die Bewegung ist durch einen Doppelpfeil 23 angedeutet.

[0031] Wie weiter oben schon angegeben, können die einzelnen Maßnahmen auch in Kombination vorgenommen werden, etwa gleichzeitig eine Querschnittsverengung des Eintrittskanales 14 durch entsprechende keramische Platten 18, 20 oder 22 in Verbindung mit einem Agglomerator 13 und einem Strömungsleitblech 10, 10a, um nur eine Variationsmöglichkeit anzugeben.

Bezugszeichenliste:

[0032] 

1

Vergaser

2

Vorlagebehälter

3

Bodenproduktaustrag

4

Förderschnecke

5

Zentrifugalabscheider

6, 7

Leitung

8, 11, 12

Pfeil

9

Tauchrohr

10, 10a

Strömungsleitblech

13

Agglomerator

14

Eintrittskanal

15

Strömungsstörelemente

16

keramische Schieberplatte

17, 19,21, 23

Doppelpfeil

18, 20, 22

keramische Platte

Ansprüche

1. Zentrifugalabscheider mit einem Tauchrohr (9) und einem Eintrittskanal (14),
dadurch gekennzeichnet,
dass am Außenbereich des Tauchrohrs (9) ein als exzentrisches, schalenförmiges Leitblech (10) ausgebildetes, einen Strömungskanal des Zentrifugalabscheiders (5) verengendes Strömungsleitelement vorgesehen ist, welches dem Gaseintritt etwa gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Leitblech (10) bis unterhalb einer Unterkante des Eintrittskanals (14) gezogen ist und sich dann zum unteren Tauchrohrende der Rohrform verjüngend wieder angleicht.

2. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Eintrittskanal (14) des Zentrifugalabscheiders (5) ein Agglomerator (13) von einer Mehrzahl den Strömungskanal durchsetzenden rohrförmigen Strömungsstörelementen (15) gebildet ist.

3. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungsstörelemente (15) horizontal, vertikal oder im Winkel in den Strömungskanal eingebaut sind.

4. Zentrifugalabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Eintrittskanal (14) mit einer den Kanalquerschnitt verändernden beweglichen Wandfläche oder einer keramischen Schieberplatte (16) ausgerüstet ist.

5. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wandfläche (16, 18, 20) horizontal oder vertikal beweglich ist und, dass die Wandfläche (16, 18, 20) als Schieber oder als im Übergangsbereich zur Zentrifuge gekrümmtes Wandelement (22) ausgebildet ist.

Claims

1. Centrifugal separator comprising a dip tube (9) and an inlet channel (14),
characterized in that
on the exterior of the immersion tube (9) a flow guiding element is provided which is designed as an eccentric, shell-shaped baffle plate (10), narrows a flow channel of the centrifugal separator (5) and is arranged approximately opposite the gas inlet, the baffle plate (10) being drawn down to below a lower edge of the inlet channel (14) and then tapering again toward the lower immersion tube end of the tube shape.

2. Centrifugal separator according to claim 1 or according to the preamble of claim 1,
characterized in that
an agglomerator (13) is formed on the inlet channel (14) of the centrifugal separator (5) by a plurality of tubular flow disruption elements (15) that pass through the flow channel.

3. Centrifugal separator according to claim 2,
characterized in that
the flow disruption elements (15) are installed horizontally, vertically or at an angle in the flow channel.

4. Centrifugal separator according to any of the preceding claims,
characterized in that
the inlet channel (14) is provided with a movable wall surface that changes the channel cross section or with a ceramic slide plate (16).

5. Centrifugal separator according to claim 4,
characterized in that
the wall surface (16, 18, 20) can be moved horizontally or vertically and in that the wall surface (16, 18, 20) is designed as a slide or as a wall element (22) that is curved in the transition region to the centrifuge.

Revendications

1. Séparateur centrifuge comportant un tube plongeur (9) et un canal d'entrée (14),
caractérisé en ce
qu'un élément de direction d'écoulement est prévu sur la zone extérieure du tube plongeur (9), lequel élément de direction d'écoulement est réalisé sous la forme d'une chicane (10) excentrique en forme de coquille et rétrécit un canal d'écoulement du séparateur centrifuge (5), et est disposé approximativement en face de l'entrée de gaz, la chicane (10) étant étirée jusqu'en dessous d'un bord inférieur du canal d'entrée (14) puis se rétrécissant à nouveau en direction de l'extrémité inférieure de tube plongeur de la forme de tube.

2. Séparateur centrifuge selon la revendication 1 ou selon le préambule de la revendication 1,
caractérisé en ce
qu'au niveau du canal d'entrée (14) du séparateur centrifuge (5), un agglomérateur (13) est formé d'une pluralité d'éléments perturbateurs d'écoulement (15) en forme de tube traversant le canal d'écoulement.

3. Séparateur centrifuge selon la revendication 2,
caractérisé en ce
que les éléments perturbateurs d'écoulement (15) sont installés horizontalement, verticalement ou en biais dans le canal d'écoulement.

4. Séparateur centrifuge selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce
que le canal d'entrée (14) est pourvu d'une surface de paroi mobile qui modifie la section transversale de canal, ou d'une plaque coulissante en céramique (16).

5. Séparateur centrifuge selon la revendication 4,
caractérisé en ce
que la surface de paroi (16, 18, 20) peut être déplacée horizontalement ou verticalement, et en ce que la surface de paroi (16, 18, 20) est réalisée sous forme de glissière ou d'élément de paroi (22) incurvé(e) en direction du centrifugeur dans la zone de transition.

Zeichnung