DE68920912T2

DE68920912T2 - Wirbelrohr-Abscheider.

Info

Publication number: DE68920912T2
Application number: DE68920912T
Authority: DE
Inventors: Villiers Pierre De; Willem Johannes Chris Prinsloo; Dijken Marten Cornelis Van
Original assignee: Cyclofil Pty Ltd
Current assignee: Cyclofil Pty Ltd
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: KR910000213A; EP0344749A2; FI89561B; FI892667A0; AR243781A1; PT90737B; GB2220873A; ATE117916T1; DE68920912D1; US4971603A; FR2632216B1; EP0344749A3; NO177294C; MX173428B; CA1327949C; JP2878710B2; IT1229432B; AU3595189A; NO177294B; GB8912729D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung, die zur Behandlung eines Partikel enthaltenden Gasstromes geeignet ist, um die Partikel vom Gab zu trennen oder das Gas von den Partikeln zu reinigen.
Die FR 1 571 650 beschreibt eine Luftreinigungsvorrichtung, die besonders geeignet ist zum Einsatz in einer Reihe von Luftreinigungsvorrichtungen und ein rundes rohrförmiges Gehäuse mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als 25 mm, einen Deflektor mit spiralförmigen Leitelementen zur Erzeugung eines Wirbelstromes in einem eindringenden Luftstrom, einen zentralen Auslaßkanal für gereinigte Luft und einen ringförmigen Auslaß für verunreinigte Luft aufweist. Die Offenbarung dieser Veröffentlichung ist auf quantitative Aspekte konzentriert und schlägt für eine Reihe von Mengen oder Mengenverhältnissen enge Bereiche und genaue Bereichsgrenzen vor. Es wird somit der Eindruck einer hohen Genauigkeit erzeugt.
Wahlweise kann sich das Außenrohr entweder über seine gesamte Länge oder über einen Abschnitt seiner Länge abstromseitig des Deflektors erweitern. Der Konuswinkel ist auf einen Wert von weniger als 10º, vorzugsweise weniger als 3º, beschränkt. Diese strenge Beschränkung wird durch die Offenbarung begründet.
Aus Zweckmäßigkeitsgründen werden in dieser Beschreibung die Begriffe "aufstromseitig" und "abstromseitig" als Richtungsanzeigen verwendet. Diese Begriffe sind in Relation zur normalen Strömungsrichtung durch die Vorrichtung im Betrieb zu verstehen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Reinigen eines Partikel enthaltenden Gasstromes von den Partikeln in einer Gasreinigungsvorrichtung oder zum Wiedergewinnen von Partikeln aus einem Partikel enthaltenden Gasstrom in einer Partikelwiedergewinnungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung umfaßt
ein rundes Außenrohr mit einem Einlaß an einem Ende, das im Betrieb das aufstromseitige Ende ist, und einem gegenüberliegenden Ende, das im Betrieb das abstromseitige Ende ist;
einen axial angeordneten Wirbelstrom- oder Drehstromerzeuger in einem Wirbelerzeugungsbereich im Rohr abstromseitig des Einlasses;
einen Abscheidungsbereich abstromseitig des Wirbelerzeugungsbereiches;
einen Umfangsauslaßbereich in Richtung auf den Umfang des Rahres abstromseitig des Abscheidebereiches;
einen zentralen Auslaßbereich in Richtung auf die Mitte des Rohres abstromseitig des Abscheidebereiches;
ein inneres rundes Extraktionsrohr, das konzentrisch im runden Außenrohr angeordnet ist und den Umfangsauslaßbereich und den zentralen Auslaßbereich voneinander trennt sowie einen Einlaß am aufstromseitigen Ende desselben aufweist, das sich in einer vorgegebenen Axialposition entsprechend dem Ende des Abscheidebereiches befindet, und eine Auslaßeinrichtung für den zentralen Auslaßbereich am abstromseitigen Ende des Rohres, wobei das aufstromseitige Ende des inneren runden Extraktionsrohres mit dem runden Außenrohr zusammenwirkt und einen ringförmigen Einlaß des Umfangsauslaßbereiches bildet;
Auslaßeinrichtungen für den Umfangsauslaßbereich in Richtung auf das abstromseitige Ende desselben; und Halteeinrichtungen, die das innere runde Extraktionsrohr in Richtung auf das abstromseitige Ende desselben derart am runden Außenrohr halten, daß sich das innere runde Extraktionsrohr frei tragend von den Halteeinrichtungen aus in aufstromseitiger Richtung erstreckt und daß der Einlaß des Umfangsauslaßbereiches in Umfangsrichtung kontinuierlich verläuft und keinen in Umfangsrichtung unterbrochenen Aufbau besitzt,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Einführen des Partikel enthaltenden Gasstromes in Axialrichtung in das runde Außenrohr über dessen Einlaß;
Induzieren eines Drehstromes im Partikel enthaltenden Gasstrom durch Führen desselben durch den Wirbelerzeuger;
Konzentrierenlassen der Partikel zum Außenumfang des Stromes hin aufgrund des Drehstromes;
Führen eines mit Partikeln angereicherten Teiles des Stromes in Richtung auf den Außenumfang des Rohres in den Umfangsauslaßbereich; und
Führen eines von Partikeln befreiten Teiles des Stromes in Richtung auf die Mitte des Rohres in den zentralen Auslaßbereich,
wobei das runde Außenrohr einen kontinuierlich divergierenden Abschnitt besitzt, der einen eingeschlossenen Winkel oder Konuswinkel zwischen 15º und 60º aufweist und sich vom Einlaß in abstromseitiger Richtung über eine vorgegebene axiale Distanz erstreckt, die mindestens der Gesamtlänge des Wirbelerzeugungsbereiches und des Abscheidebereiches entspricht, und wobei man den Strom unter einem Winkel von 15 bis 60º entlang dem kontinuierlich divergierenden Abschnitt des runden Außenrohres divergieren läßt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der eingeschlossene Winkel oder Konuswinkel des kontinuierlich divergierenden Abschnittes des runden Außenrohres etwa 30º betragen. Somit kann man bei einem bevorzugten Verfahren den Strom unter einem Winkel von etwa 30º entlang dem kontinuierlich divergierenden Abschnitt des runden Außenrohres divergieren lassen. Man kann den Strom über eine Axiallänge divergieren lassen, die dem ein- bis dreifachen Nenndurchmesser des Außenrohres an dessen Einlaß entspricht, und zwar bis zu einem Strömungsquerschnitt, der um 30 % bis 800 % größer ist als der Strömungsquerschnitt des Einlasses des runden Rohres.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Wirbelrohr-Gasreinigungsvorrichtung oder Wirbelrohr-Partikelwiedergewinnungsvorrichtung zur Behandlung eines Partikel enthaltenden Gasstromes, um das Gas von Partikeln zu reinigen oder Partikel aus dem Gas wiederzugewinnen, mit einem runden Außenrohr mit einem Einlaß an einem Ende, das im Betrieb ein aufstromseitiges Ende darstellt, und einem gegenüberliegenden Ende, das im Betrieb ein abstromseitiges Ende bildet;
einem axial angeordneten Wirbelstrom- oder Drehstromerzeuger in einem Wirbelerzeugungsbereich im Rohr abstromseitig des Einlasses;
einem Abscheidebereich abstromseitig des Wirbelerzeugungsbereiches;
einem Umfangsauslaßbereich zum Umfang des Rohres hin abstromseitig des Abscheidebereichs;
einem zentralen Auslaßbereich zur Mitte des Rohres hin abstromseitig des Abscheidebereichs;
einem inneren runden Extraktionsrohr, das konzentrisch innerhalb des runden Außenrohres angeordnet ist, den Umfangsauslaßbereich und den zentralen Auslaßbereich voneinander trennt und einen Einlaß an seinem aufstromseitigen Ende besitzt, der sich in einer vorgegebenen Axialposition befindet, die dem Ende des Abscheidebereiches entspricht, sowie eine Auslaßeinrichtung für den zentralen Auslaßbereich am abstromseitigen Ende des Rohres, wobei das aufstromseitige Ende des inneren runden Extraktionsrohres mit dem runden Außenrohr zusammenwirkt und einen ringförmigen Einlaß des Umfangsauslaßbereiches bildet;
Auslaßeinrichtungen für den Umfangsauslaßbereich in Richtung auf das abstromseitige Ende desselben; und
Halteeinrichtungen, die das innere runde Extraktionsrohr in Richtung auf das abstromseitige Ende desselben derart am runden Außenrohr halten, daß sich das innere runde Extraktionsrohr freitragend in aufstromseitiger Richtung von den Halteeinrichtungen aus erstreckt, und derart, daß der Einlaß des Umfangsauslaßbereiches in Umfangsrichtung kontinuierlich verläuft und keinen in Umfangsrichtung unterbrochenen Aufbau besitzt,
wobei das runde Außenrohr einen kontinuierlich divergierenden Abschnitt mit einem eingeschlossenen Winkel oder einem Konuswinkel von 15º bis 60º besitzt, der sich vom Einlaß abstromseitig über eine vorgegebene axiale Strecke erstreckt, die mindestens der Gesamtlänge des Wirbelerzeugungsbereiches und des Abscheidebereiches entspricht.
Der eingeschlossene Winkel oder der Konuswinkel des kontinuierlich divergierenden Abschnittes des runden Außenrohres kann etwa 30º betragen.
Die Länge des divergierenden Abschnittes kann dem ein- bis dreifachen Nenndurchmesser des Außenrohres an dessen Einlaß entsprechen, und der Strömungsquerschnitt am abstromseitigen Ende des Abscheidebereiches kann um 30 % bis 800 % größer sein als am Einlaß des Außenrohres.
Der Umfang des Wirbelerzeugers kann entsprechend divergierend ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 nur beispielhaft im Axialschnitt eine Ausführungsform einer Gasreinigungsvorrichtung der allgemeinen Art, auf die sich die Erfindung bezieht, die jedoch keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Figur 2 im Axialschnitt eine erfindungsgemäß ausgebildete Gasreinigungsvorrichtung.
In Figur 1 der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Wirbelrohr-Gasreinigungsvorrichtung der allgemeinen Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht und die lediglich beispielhaft dargestellt und beschrieben ist, allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Die Vorrichtung 10 besitzt eine allgemein symmetrische runde Form und ist aus unterschiedlichen Komponenten aus Kunststofformteilen zusammengebaut. Bei anderen Ausführungsformen können die Vorrichtungen aus anderen Materialien bestehen, beispielsweise verschleißfestem Metall, d.h. Stahl, korrosionsfestem oder nicht korrodierendem Metall, d.h. Stahl, o.ä.
Die Vorrichtung 10 umfaßt ein rundes Außenrohr 12, einen Wirbelstromerzeuger 16, der fest in das Außenrohr 12 in Richtung auf ein Ende gepaßt ist, und ein inneres Extraktionsrohr 40 in der Form eines runden Innenrohres, das koaxial in das Außenrohr 12 in Richtung auf dessen gegenüberliegendes Ende gepaßt ist. Das Ende, das den Wirbelstromerzeuger aufweist, ist im Betrieb das aufstromseitige Ende, während das gegenüberliegende Ende das abstromseitige Ende ist.
Am aufstromseitigen Ende besitzt das Rohr 12 einen Einlaß 14. Vom Einlaß 14 erstreckt sich das Rohr 12 parallel über einen Abschnitt seiner Länge und bildet einen Wirbelstromerzeugungsbereich 18, in dem der Wirbelstromerzeuger 16 angeordnet ist. An seinem aufstromseitigen Ende besitzt das Rohr 12 eine Montageeinrichtung in der Form einer Ausnehmung 20.
Der Wirbelstromerzeuger 16 besitzt einen zentralen Kern und ein Paar von spiralförmigen Schaufeln 28, die schneckenförmig um den Kern 26 herum angeordnet sind. Jede Schaufel ist über einen Winkel von 180º gekrümmt. An ihren Umf ängen bilden die Schaufeln einen Winkel von 57º zur Achse.
Abstromseitig des Wirbelstromerzeugungsbereiches 18 divergiert die Wand des Rohres 12 über eine vorgegebene Strecke, wie bei 30 gezeigt. Der eingeschlossene Divergenzwinkel entspricht dem einfachen bis zweifachen Winkel 32 zwischen der divergierenden Wand und der Achse der Vorrichtung 10. Der Winkel 32 beträgt 5º, so daß somit der eingeschlossene Winkel 10º beträgt.
Abstromseitig des divergierenden Abschnittes 30 divergiert das Rohr stärker, um eine Diffusorwand zu bilden, die hiernach im einzelnen erläutert wird und das Bezugszeichen 34 trägt.
Abstromseitig der Diffusorwand 34 ist das Rohr 12 parallel, wie bei 38 gezeigt. Eine einzige Auslaßöffnung 36, die sich um einen Abschnitt des Umfangs über einen Winkel von etwa 120º erstreckt, ist im Rohr 12 im parallelen Abschnitt 38 vorgesehen.
Das Extraktionsrohr 40 besitzt an seinem aufstromseitigen Ende einen Einlaß, der durch seine Vorderkante 42 gebildet wird und in einen zentralen Kanal 44 führt, der in einen Diffusor übergeht und sich bis zu einem Auslaß 48 des Extraktionsrohres 40 erstreckt.
Der Vorderrand 42 befindet sich in einer vorgegebenen Axialposition der Vorrichtung 10. Ein Abscheidebereich 19 befindet sich zwischen dem abstromseitigen Ende des Wirbelstromerzeugers und dem Vorderrand 42. Dieser Abscheidebereich 19 ist divergierend ausgebildet, wie vorstehend erläutert.
Abstromseitig des Abscheidebereiches 19 ist ein äußerer Umfangsbereich oder Spülbereich 22 ringförmig zwischen dem inneren Extraktionsrohr 40 und dem Außenrohr 12 ausgebildet. Ein zentraler Bereich oder Hauptauslaßbereich 24 wird durch das innere Extraktionsrohr 40 begrenzt. Sowohl der Spülbereich 22 als auch der Hauptauslaßbereich 24 sind abstromseitig vom Abscheidebereich 19 angeordnet.
Ein ringförmiger Einlaß zum Spülbereich 22 ist um den Vorderrand 42 herum ausgebildet. In abstromseitiger Richtung eng beabstandet von diesem Einlaß ist ein Ring 50 angeordnet, der einstückig mit dem inneren Extraktionsrohr 40 ausgebildet ist und in den Spülbereich 22 vorsteht. Der Ring 50 bildet eine schiefe Vorderwand 52, die im Betrieb die Strömung im Spülbereich in Richtung auf eine ringförmige Öffnung 54 zusammenzieht, die ringförmig außerhalb der Krone des Ringes 50 ausgebildet ist.
Der divergierende Wandabschnitt 34 wirkt wie ein Diffusor in bezug auf den Strom abstromseitig der ringförmigen Öffnung 54.
In Richtung auf sein abstromseitiges Ende bildet das innere Extraktionsrohr 40 einen zapfenförmigen Abschnitt 60, der geringförmig konisch ausgebildet sein kann, falls gewünscht. Dieser Abschnitt 60 endet in einem auswärts verlaufenden Flansch mit einer Schulter 62. Der zapfenförmige Abschnitt 60 ist eng in den Endabschnitt 64 des Rohres 12 eingepaßt, und das Ende 66 des Rohres 12 stößt gegen die Schulter 62. Somit ist das innere Extraktionsrohr 40 relativ zum äußeren Rohr 12 konzentrisch und axial positioniert. Das innere Extraktionsrohr 40 erstreckt sich freitragend in aufstromseitiger Richtung, so daß der Spülbereich 22 nicht beschränkt wird. Somit ist der Strömungskanal durch den Spühbereich 22 einschließlich der ringf örmigen Öffnung 54 kontinuierlich.
Bei Gebrauch wird ein Partikel enthaltender Gasstrom über den Einlaß 14 in das Rohr 12 eingeführt. Durch den Wirbelstromerzeuger 16 wird ein Drehstrom im Gasstrom induziert, während sich der Strom durch den Wirbelstromerzeugungsbereich 18 bewegt. Wenn der rotierende Strom in den Abscheidebereich 19 eintritt, diffundiert er nach außen, wie dies durch die Divergenz 32 ermöglicht wird.
Der rotierende Strom bewirkt, daß Zentrifugalkräfte auf die Partikel, die schwerer sind als das Gas im Strom, einwirken und bewirken, daß die Partikel nach außen wandern und sich in Richtung auf den Außenumfang des Stromes konzentrieren. Durch die Divergenz 32 können sich die Partikel radial weiter nach außen bewegen als dies bei einem parallelen Abscheidebereich möglich ist. Darüber hinaus besitzt die Divergenz 32 einen sekundären Diffusoreffekt, in dem sie den Strom verzögert und somit den statischen Druck im Strom auf Kosten des kinetischen oder dynamischen Drucks erhöht. Der verzögerte Strom verringert darüber hinaus den Verschleiß am Rohr 12, was insbesondere im Falle von abrasiven Partikeln von Bedeutung ist.
Allgemein gesagt werden die Partikel im Umfangsabschnitt des Stromes konzentriert oder angereichert, während der zentrale Abschnitt des Stromes von Partikeln befreit wird.
Wenn der mit Partikeln angereicherte periphere Abschnitt des Stromes in den Spülbereich 22 eindringt, wird er zuerst beschleunigt, da er entlang der schiefen Wand 52 in die Öffnung 54 konzentriert wird, und danach entlang der Diffusorwand 34 verzögert. Der mit Partikeln angereicherte Teil des Stromes bewegt sich in einen Raum 56, aus dem er über die Auslaßöffnung 36 austritt.
Der von Partikeln befreite Teil des Stromes dringt über den Vorderrand 42 in den zentralen Bereich oder Hauptauslaßbereich ein, wird im Diffusor ausgebreitet und verläßt den Bereich über den Auslaß 48.
Das Massen- oder Volumenstromverhältnis zwischen dem von Partikeln befreiten Strom und dem mit Partikeln angereicherten Strom, das als "Trennungskoeffizient" bezeichnet wird, wird durch Steuern der Druckverhältnisse zwischen dem Einlaßdruck am Einlaß 14 und dem Druck abstromseitig der Auslaßöffnung 36 und zwischen dem Druck am Einlaß 14 und dem Druck abstromseitig des Auslasses 48 gesteuert.
Durch den vorstehend beschriebenen Effekt der Divergenz 32 im Abscheidebereich 198 wird die Konzentration der Partikel im Spülbereich 22 vergrößert.
Im Diffusorbereich 34 wird der statische Druck auf Kosten des dynamischen oder kinetischen Drucks erhöht, und zwar entsprechend dem Sekundäreffekt im Abscheidebereich 19. Eine derartige Erhöhung des statischen Drucks auf Kosten des kinetischen oder dynamischen Drucks führt zu einer Reduzierung des Druckabfalls zwischen dem Einlaß 14 und dem Raum 56 und somit zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Vorrichtung 10 vom Energieverbrauch her gesehen.
In entsprechender Weise bewirkt der Diffusor im zentralen Kanal 44 eine Erhöhung des statischen Drucks auf Kosten des kinetischen oder dynamischen Drucks, wodurch der Druckabfall zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 48 und somit der Wirkungsgrad der Vorrichtung 10 vom Energieverbrauch her gesehen erhöht wird.
Bei einem Prototyp der allgemeinen Ausführungsform der Figur 1 mit einem eingeschlossenen Divergenzwinkel von 9º, einem Außenrohrinnendurchmesser von 18 mm, einer Gesamtlänge von 60 mm, einer Wirbelstromerzeugungsbereichslänge von 20 mm, einem Wirbelstromwinkel von 180º und einem Innendurchmesser der zentralen Öffnung von 10 mm, der mit einem Gesamtdruckabfall von 4" Standardwassersäule (etwa 1 kPa) und einem Luftmassenstrom von 4,6 g pro sec arbeitete, wurde ein Gesamtmassenwirkungsgrad an Staubentfernung von etwa 97 % bei AC Grobstaub erzielt, und es wurde mit einem Trennungskoeffizienten von 100 % gearbeitet, d.h. keinem Spülstrom.
Als bei dem gleichen Prototyp mit einem Trennkoeffizienten von 90 % gearbeitet wurde, ergab sich ein Gesamtdruckabfall von 4" Standardwassersäule (etwa 1 kPa), betrug der Luftmassenstrom 4,6 g pro sec im Hauptluftstrom und der Abscheidungswirkungsgrad mehr als 98 %.
Beide Tests wurden mit AC Grobstaub durchgeführt.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform einer Wirbelrohr-Gasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Bezugszeichen 110 versehen. Die Vorrichtung entspricht allgemein der Vorrichtung 10 der Figur 1 und wird nicht vollständig beschrieben. Wichtige Unterschiede zwischen den Vorrichtungen werden nachfolgend wiedergegeben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile.
Die Vorrichtung 110 unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 nur durch einen wichtigen Aspekt. Das runde Außenrohr 112 divergiert von seinem Einlaß 114 bis zu einer Stelle, die sich zwischen der ringförmigen Öffnung 154 und der Auslaßöffnung 136 befindet. Der eingeschlossene Divergenzwinkel ist bei dieser Ausführungsform konstant und beträgt etwa 30º. Der Außenumfang des Wirbelstromerzeugers 116 divergiert entsprechend.
Der Kern 126 des Wirbelstromerzeugers 116 divergiert ebenfalls, und zwar normalerweise etwa unter dem gleichen Winkel wie das Außenrohr 112.
Mit einem Prototyp der allgemeinen Ausführungsform der Figur 2 mit einem eingeschlossenen Divergenzwinkel von 140, einem Außenrohrinnendurchmesser von 18 mm, einer Gesamtlänge von 60 mm, einer Wirbelstromerzeugungsbereichslänge von 20 mm, einem Wirbelstromwinkel von 180º, einer Gesamtlänge der Divergenz von 40 mm und einem Innendurchmesser der zentralen Öffnung von 12,5 mm, d.h. einem um 56 % größeren Strömungsquerschnitt als 10 mm Durchmesser, der mit einem Gesamtdruckabfall von 3,4" Standardwassersäule (etwa 0,85 kPa) und einem Luftmassenstrom von 5 g pro sec arbeitet, wurde ein Gesamtmassenwirkungsgrad an Staubentfernung von etwa 97 % für AC Grobstaub erzielt, und es wurde mit einem Trennungskoeffizienten von 100 % gearbeitet, d.h. ohne Spülstrom.
Wenn bei dem gleichen Prototyp mit einem Trennungskoeffizienten von 90 % gearbeitet wurde, betrug der Gesamtdruckabfall 3,4" Standardwassersäule (etwa 0,85 kPa), der Luftmassenstrom 4,7 g pro sec im Hauptluftstrom und der Abscheidungswirkungsgrad mehr als 98 %.
Beide Tests wurden mit AC Grobstaub durchgeführt.
Bei einem anderen Prototyp der allgemeinen Ausführungsform der Figur 2 mit einem Einlaßdurchmesser von 50 mm, einem eingeschlossenen Divergenzwinkel von 30º, einer Gesamtlänge von 160 mm und einem Innendurchmesser der zentralen Öffnung von 40 mm, mit dem mit einem Gesamtdruckabfall von 2,8" Standardwassersäule (etwa 0,7 kPa) und einem Luftmassenstrom von 30 g pro sec gearbeitet wurde, wurde ein Gesamtmassenwirkungsgrad an Staubentfernung von etwa 91 % für AC Grobstaub erhalten, und es wurde mit einem Trennungskoeffizient von 100 %, d.h. ohne Spülstrom, gearbeitet.
Wenn bei dem gleichen Prototyp mit einem Trennungskoeffizient von 100 % und mit Aluminiumoxid einer mittleren Partikelgröße von 86 um gearbeitet wurde, betrug der Gesamtdruckabfall 2,8" Standardwassersäule (etwa 0,7 kPa), der Luftmassenstrom 30 g pro sec im Hauptluftstrom und der Abscheidungswirkungsgrad 99,7 %.
Die Erfinder haben in bezug auf eine Reihe von Aspekten von Trennvorrichtungen der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, erfinderische Entwicklungen durchgeführt. Die vorliegende Erfindung hebt einen dieser Aspekte, nämlich einen divergierenden Strom, hervor. Das Merkmal der vorliegenden Erfindung zusammen mit Merkmalen, die in entsprechenden schwebenden Patentanmeldungen der gleichen Erfinder herausgestellt werden, führt zu einer Reihe von Vorteilen. Nachfolgend werden diese Vorteile, zu denen die vorliegende Erfindung wesentlich beiträgt, erläutert. Es versteht sich, daß hierbei das Merkmal der vorliegenden Erfindung isoliert gesehen nicht unbedingt den einzigen Faktor bei den erwähnten Vorteilen darstellt.
Die Vorteile der Ausführungsform der Figur 2 entsprechen in wesentlichen denen der Ausführungsform der Figur 1, sind jedoch aufgrund der verstärkten Divergenz wegen einer längeren Divergenzstrecke und eines größeren Divergenzwinkels noch ausgeprägter.
Die Erfinder haben festgestellt, daß durch den Beginn der Divergenz im Wirbelstromerzeugungsbereich (zu Beginn des Wirbelstromerzeugungsbereiches) ein größerer Divergenzwinkel als bei der Ausführungsform der Figur 1 toleriert werden kann.
Die Erfinder haben ferner festgestellt, daß das Verhältnis zwischen der Dreh- oder Rotationskomponente der Geschwindigkeit und der Axialkomponente der Geschwindigkeit (auch als "Drehfaktor" bezeichnet) direkt proportional zum Radius des divergierenden Abschnittes ist. Obwohl somit die Absolutwerte beider Komponenten der Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Divergenz abfallen, steigt der Drehfaktor an.
Wenn man eine Gasreinigungsvorrichtung vom divergierenden Typ mit einer Gasreinigungsvorrichtung vom Paralleltyp, deren Durchmesser dem größeren Durchmesser der Divergenzvorrichtung entspricht, vergleicht, ist es von wesentlicher Bedeutung, daß die Verwirbelung (in der Divergenzvorrichtung) anfangs viel intensiver ist, was zu einer schnelleren Konzentration der Partikel in Richtung auf den Außen-umfang und somit zu einer Verbesserung der Abscheidung führt. Durch die verbesserte Konzentration in Richtung auf den Außenumfang kann man einen Einlaß mit größerem Durchmesser verwenden, ohne den Abscheidungswirkungsgrad zu erniedrigen. Dieser Einlaß mit größerem Durchmesser besitzt eine besonders vorteilhafte Wirkung auf den Druckabfall und somit den Energieverbrauch.
Die Erfinder haben somit festgestellt, daß unter Umständen, die einen hohen Abscheidungswirkungsgrad bei einem niedrigen Druckabfall erfordern, eine Trennvorrichtung vom divergierenden Typ eine vorteilhaftere Ausführungsform ergibt als eine Vorrichtung vom parallelen Typ.
Wenn eine Vorrichtung vom divergierenden Typ mit einer Vorrichtung vom parallelen Typ, die einen kleineren Durchmesser besitzt, verglichen wird, bleibt der Abscheidungswirkungsgrad trotz der niedrigeren absoluten Verwirbelungskomponente der Geschwindigkeit gut, da wegen der niedrigeren Axialgeschwindigkeitskomponente eine längere Verweilzeit vorherrscht.
Ein Hauptvorteil der Vorrichtung vom divergierenden Typ besteht darin, daß sie in bezug auf die Erosion oder Abrasion zu wesentlich verbesserten Ergebnissen führt. Es wurde festgestellt, daß die Erosion exponentiell proportional zur Geschwindigkeit ist, wobei der Exponent höher als 3 ist.
Die Erfinder sind der Meinung, daß eine Trennvorrichtung vom divergierenden Typ, insbesondere dem in Figur 2 gezeigten Typ, in vorteilhafter Weise als Primärseparator oder als erste Stufe eines Reihenseparators eingesetzt werden kann. Sie haben festgestllt, daß eine Trennvorrichtung vom divergierenden Typ weniger anfällig ist gegenüber Blockaden als Parallelvorrichtungen mit vergleichbarem Betriebsverhalten. Einfach ausgedrückt, wenn ein Gegenstand mit einer Neigung zum Blockieren, wie beispielsweise ein Element aus textilem Material oder Papier, im Strom vorhanden ist und in den Einlaß eindringen kann, kann er die Vorrichtung, genauer gesagt den Umfangsauslaßbereich, passieren.
Die Erfinder haben festgestellt, daß eine erfindungsgemäß ausgebildete Trennvorrichtung normalerweise mit einem Trennungskoeffizienten von 100 % zufriedenstellend arbeiten kann, d.h. mit im wesentlichen keinem Gasstrom im Umfangsauslaßbereich. Ein Trennungskoeffizient von 100 % wird in der Praxis erreicht, indem die Auslaßeinrichtungen für den peripheren Auslaßbereich mit einer geschlossenen Kammer verbunden werden. Die Kammern besitzen Einrichtungen, die ein Entleeren derselben von Zeit zu Zeit ermöglichen, um die Partikel zu entfernen. Obwohl hierdurch normalerweise der Abscheidungswirkungsgrad marginal reduziert wird, werden große Vorteile erreicht, da die Behandlung des Spülstromes stark vereinfacht wird. Es müssen lediglich die gespülten Partikel bearbeitet werden. Eine Bearbeitung eines Spülgasstromes, wie bei der Filtrierung, ist nicht erforderlich. Hierdurch werden wesentliche Kostenvorteile erreicht.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen eines Partikel enthaltenden Gasstromes von den Partikeln in einer Gasreinigungsvorrichtung oder zum Wiedergewinnen von Partikeln aus einem Partikel enthaltenden Gasstrom in einer Partikelwiedergewinnungsvorrichtung (110) mit

einem runden Außenrohr (112) mit einem Einlaß (114) an einem Ende, das im Betrieb das aufstromseitige Ende ist, und einem gegenüberliegenden Ende (166), das im Betrieb das abstromseitige Ende ist;

einem axial angeordneten Wirbelstrom- oder Drehstromerzeuger (116) in einem Wirbelerzeugungsbereich (118) im Rohr (112) abstromseitig des Einlasses (114);

einem Abscheidungsbereich (119) abstromseitig des Wirbelerzeugungsbereiches (118);

einem Umfangsauslaßbereich (122) in Richtung auf den Umfang des Rohres (112) abstromseitig des Abscheidebereiches (119);

einem zentralen Auslaßbereich (124) in Richtung auf die Mitte des Rohres (112) abstromseitig des Abscheidebereiches (119);

einem inneren runden Extraktionsrohr (140), das konzentrisch im runden Außenrohr (112) angeordnet ist und den Umfangsauslaßbereich (122) und den zentralen Auslaßbereich (124) voneinander trennt sowie einen Einlaß (142) am aufstromseitigen Ende desselben aufweist, das sich in einer vorgegebenen Axialposition entsprechend dem Ende des Abscheidebereiches (119) befindet, und eine Auslaßeinrichtung (148) für den zentralen Auslaßbereich (124) am abstromseitigen Ende des Rohres, wobei das aufstromseitige Ende des inneren runden Extraktionsrohres (140) mit dem runden Außenrohr (112) zusammenwirkt und einen ringfärmigen Einlaß des Umfangsauslaßbereiches (122) bildet;

Auslaßeinrichtungen (136) für den Umfangsauslaßbereich (122) in Richtung auf das abstromseitige Ende desselben;

und Halteeinrichtungen (160; 164; 162, 166), die das innere runde Extraktionsrohr (140) in Richtung auf das abstromseitige Ende desselben derart am runden Außenrohr (112) halten, daß sich das innere runde Extraktionsrohr (140) freitragend von den Halteeinrichtungen (160, 164; 162, 166) aus in aufstromseitiger Richtung erstreckt und daß der Einlaß des Umfangsauslaßbereiches in Umfangsrichtung kontinuierlich verläuft und keinen in Umfangsrichtung unterbrochenen Aufbau besitzt,

wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt

Einführen des Partikel enthaltenden Gasstromes in Axialrichtung in das runde Außenrohr (112) über dessen Einlaß (114);

Induzieren eines Drehstromes im Partikel enthaltenden Gasstrom durch Führen desselben durch den Wirbelerzeuger (116)

Konzentrierenlassen der Partikel zum Außenumfang des Stromes hin aufgrund des Drehstromes;

Führen eines mit Partikeln angereicherten Teiles des Stromes in Richtung auf den Außenumfang des Rohres (112) in den Umfangsauslaßbereich (122); und

Führen eines von partikeln befreiten Teiles des Stromes in Richtung auf die Mitte des Rohres (112) in den zentralen Auslaßbereich (124),

dadurch gekennzeichnet, daß

das runde Außenrohr (112) einen kontinuierlich divergierenden Abschnitt besitzt, der einen eingeschlossenen Winkel oder Konuswinkel zwischen 15º und 60º aufweist und sich vom Einlaß (114) in abstromseitiger Richtung über eine vorgegebene axiale Distanz erstreckt, die mindestens der Gesamtlänge des Wirbelerzeugungsbereiches (118) und des Abscheidebereiches (119) entspricht, und daß man den Strom unter einem Winkel von 15 bis 60º entlang dem kontinuierlich divergierenden Abschnitt des runden Außenrohres (112) divergieren läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel oder Konuswinkel des kontinuierlich divergierenden Abschnittes des runden Außenrohres (11) etwa 30º beträgt und daß man den Strom unter einem Winkel von etwa 30º entlang dem kontinuierlich divergierenden Abschnitt des runden Außenrohres (112) divergieren läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom über eine Axiallänge divergieren läßt, die dem ein- bis dreifachen Nenndurchmesser des Außenrohres (112) an dessen Einlaß (114) entspricht, und zwar bis zu einem Strömungsquerschnitt, der um 30 % 10 bis 800 % größer ist als der Strömungsquerschnitt des Einlasses (114) des runden Rohres (112).

4. Wirbelrohr-Gasreinigungsvorrichtung oder Wirbelrohr- Partikelwiedergewinnungsvorrichtung (110) zum Einsatz zur Behandlung eines Partikel enthaltenden Gasstromes, um das Gas von partikeln zu reinigen oder Partikel aus dem Gas wiederzugewinnen, mit

einem runden Außenrohr (112) mit einem Einlaß (114) an einem Ende, das im Betrieb ein aufstromseitiges Ende darstellt, und einem gegenüberliegenden Ende (166), das im Betrieb ein abstromseitiges Ende bildet;

einem Abscheidebereich (119) abstromseitig des Wirbelerzeugungsbereiches (118);

einem Umfangsauslaßbereich (122) zum Umfang des Rohres (112) hin abstromseitig des Abscheidebereichs (119);

einem zentralen Auslaßbereich (124) zur Mitte des Rohres (112) hin abstromseitig des Abscheidebereiches (119);

einem inneren runden Extraktionsrohr (140), das konzentrisch innerhalb des runden Außenrohres (112) angeordnet ist, den Umfangsauslaßbereich (122) und den zentralen Auslaßbereich (124) voneinander trennt und einen Einlaß (142) an seinem aufstromseitigen Ende besitzt, der sich in einer vorgegebenen Axialposition befindet, die dem Ende des Abscheidebereiches (119) entspricht, sowie eine Auslaßeinrichtung (148) für den zentralen Auslaßbereich (124) am abstromseitigen Ende des Rohres, wobei das aufstromseitige Ende des inneren runden Extraktionsrohres (140) mit dem runden Außenrohr (112) zusammenwirkt und einen ringförmigen Einlaß des Umfangsauslaßbereiches (122) bildet;

Auslaßeinrichtungen (136) für den Umfangsauslaßbereich (122) in Richtung auf das abstromseitige Ende desselben; und

Halteeinrichtungen (160, 164; 162, 166), die das innere runde Extraktionsrohr (140) in Richtung auf das abstromseitige Ende desselben derart am runden Außenrohr (112) halten, daß sich das innere runde Extraktionsrohr (140) freitragend in aufstromseitiger Richtung von den Halteeinrichtungen (160, 164; 162, 66) aus erstreckt, und derart daß der Einlaß des Umfangsauslaßbereiches in Umfangsrichtung kontinuierlich verläuft und keinen in Umfangsrichtung unterbrochenen Aufbau besitzt,

dadurch gekennzeichnet, daß

das runde Außenrohr (112) einen kontinuierlich divergierenden Abschnitt mit einem eingeschlossenen Winkel oder einem Konuswinkel von 15º bis 60º besitzt, der sich vom Einlaß (114) abstromseitig über eine vorgegebene axiale Strecke erstreckt, die mindestens der Gesamtlänge des Wirbelerzeugungsbereiches (118) und des Abscheidebereiches (119) entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel oder Konuswinkel des kontinuierlich divergierenden Abschnittes des runden Außenrohres (112) etwa 30º beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des divergierenden Abschnittes (130) dem ein- bis dreifachen Nenndurchmesser des Außenrohres (112) an dessen Einlaß (114) entspricht und daß der Strömungsquerschnitt am abstromseitigen Ende des Abscheidebereiches (119) um 30 % bis 800 % größer ist als am Einlaß (114) des Außenrohres (112).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des Wirbelerzeugers (116) entsprechend divergiert.