DUST SEPARATOR WITH A RECUPERATOR, PARTICULARLY A CYCLONE

Abstract: 1. Vortex dust separator, especially a cyclone, having a vortex chamber (2) serving for dust separation, with a tangential gas inlet (15) arranged at the upper end of the vortex chamber (2), a central immersion tube (8) that projects into the vortex chamber from above and surrounds a gas discharge chamber (10), the immersion tube (8) being of double-walled construction in the form of a first heat exchange element (6) through which coolant flows, and a second heat exchange element (7) through which coolant flows and which comprises tubes (9) distributed around the axis of the vortex chamber (2) at a distance from one another, characterised in that the tubes (9) are arranged inside the gas discharge chamber (10) and extend along the generatrices of an imaginary convergent/divergent envelope surface.

Description: Staubabscheider mit Rekuperator, insbesondere Zyklon Die Erfindung betrifft einen Staubabscheider mit Rekuperator, insbesondere einen Zyklon, der zur intensiven Ent staubung von Gasen hoher Temperatur, insbesondere Abgasen, zum Entzug des Wärmeinhalts und dadurch zur Senkung der Gastemperatur geeignet ist. Aus der technischen Literatur und aus der Praxis ist es wohlbekannt, dass die meisten Staubabscheider auf dem Zyk lonprlnzip beruhen oder aus Wirbeirohren 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. Istvan Koncz, Technischer Verlag, Budapest 1970) entnomnen 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 verschledenen Schnittebenen des Zyklons zeigen. Die tangentiale Geschwindigkeit ist entlang der Wand des zylindraschen 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 Staubauslassöff nung. 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 Wirbeiraum 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. 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. In der GB-A-1 397 892 ist ein auf dem Zyklonprinzip beruhender Staubabscheider beschrieben, 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. Der Nachteil dieser Lösung ergibt sich aus der Erfüllung einer speziellen Aufgabe, und zwar der Kühlung des abgeschiedenen Zementes. Das Kühl system ist an dem eine kleine Oberfläche aufweisenden kegeligen Teil des Zyklons angeordnet, da nur hier eine Kühlwirkung für den abgeschie denen Zenment möglich ist. Mit der Luftkühlung verglichennimmt 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 entzlehen. Die Erfindung hat zum Ziel, einen mit Drall arbeitenden Staubabscheider zu schaffen, der zum radikalen Entzug des Wärmeinhaltes von Gasen hoher Temperatur, Insbesondere von Abgasen, bzw. zur Senkung von deren Temperatur Im gewünschten Mass geeignet Ist. 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. 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. Die Erfindung wird anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 die Seitenansicht des Staubabschelders mit Re kuperator, insbesondere Zyklon, im Längs schnitt, und Fig. 2 den Schnitt A-A des Staubabscheiders nach Figur 1. 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 Wirbelraum liegt und quasi als ein Trennprofil die Wirbelverluste herabsetzt. Der Wärmetauscher 5 taucht so tief in den Staubabscheideraum 2 ein, dass er aufgrund seiner Abmessungen die vorgeschriebene 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 Staubabscheldung ergebende Zunahme des Entstaubungswirkungsgrades nicht, oder nur in geringem Masse, durch einen von dem Wärmeaus tauscher 5 hervorgerufenen erhöhten Widerstand vermindert wird. 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 s tet ig kon verg i er ender und wieder divergierender rotationssymetrischer 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 obercn Ende sind die Rohre 9 an den obenliegenden zylindrischen doppelwandigen Zulaufkörper 11, und mit ihrem unteren Ende an den zy 1 indrischen Sammelkörper 12 angeschlossen. Der zylindrische Sammelkörper 12 ist mit dem doppelwandigen Mantel 8 verbunden, so dass zwischen dem äusseren 6 und den, inneren Wärmeaustauschelement 7 eine Strömungsverbindung besteht. An den Zulaufkörper 11 des inneren Wärmetauschers 7 ist der Einlassstutzen 13, und an den doppelwandigen Mantel 8 des äusseren iVärmeaus tauschers 6 der Aus lasss tutzen 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. 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. Ei n en Teil des Wärmeinhaltes gibt das heisse Abgas an das in dem äusseren Wärmetauscher 6 strömende Kühlmittel (Wasser, luft) ab. In dem Staubabscheideraum 2 wird der grösste Teil des Staubinhaltes des Gases abgeschieden till ti setzt sich dli der Innenfläche des kegc- ligen Mantels 3 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. Infolgc 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. Das Kühlmittel strönit durch den Linlassstutzen 13, den Zulaufkörper 11, die Rohre 9, den zylindrischen Sanmelkörper 12, den doppelwandigen Mantel 8 und den Auslassstutzen 14 und erwärmt sich in dem in dieser Weise im Gegenstrom arbeitenden Wärmetauscher 5. Der Wärmetauscher kann auch im Gleichstrom arbeiten; in diesem Fall sind die Benennungen dementsprechend zu interpretieren (anstatt Einlassstutzen Auslassstutzen usw.). Zur Gestaltung des inneren Wärmeaustauschelenientes 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. Die erfindung sgemdsse 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 Kes seln erwähnt werden.

Claims: Patentansprüche 1. Staubabscheider mit Rekuperator, insbesondere Zyklon, dadurch gekennzeichnet, dass ein in den im Inneren des Gehäuses (1) vorhandenen Staubabscheideraum (2) hin einragender, in dem Wirbelraum der nach unten und nach oben gerichteten Gasbewegung angeordnet er, auch der Abfuhr des gereinigten Gases dienender l'ärme t aus eher (5) vorgesehen ist. 2. Staubabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Wärmetauscher (5) ein mit einem doppel wandigen gekühlten Mantel (8) versehenes, vorzugsweise zylindrisches äusseres Wärmeaustauschelement (6) und ein aus Rohren (9) gebildetes inneres Wärmeaustausch- element (7) aufweist, wobei die Rohre einen Raum (10) mit konvergent-divergenter Flüllfläche umschliessen und zwischen dem äusseren und dem inneren Wärmeaustausche element (6,7) eine Strömungsverbindung besteht. Patentansprüche 1. Wirbel-Staubabscheider, insbesondere Zyklon, mit einem einen der Staubabscheidung dienenden Wirbelraum (2) mit einem tangentialen Gas einlass (15) und einem zentralen, von oben in den Wirbelraum hineinra gen den Gasauslass (16), der von einem kühlmitteldurchström ten Wärme tauscher 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 Wärmetau scherelement (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 Querschnitts teil des Gasabzugsra um es (10) im Abstand voneinander angeordnet sind.

Inventors: KUHNE, MIKLOS, PETERFFY, LASZLO, RIBA, DEZSO, DR., SIKTER, FERENC, Kühne, Miklos, Peterffy, Lászlo, Riba, Dezsö, Dr.
Applicants: TUZELESTECHNIKAI KUTATO- ES FEJLESZTO VALLALAT
Application year: 1983
Main classification: B04C5
IPC codes: F28F13, B04C5, F23G5, F23J15