DK164208B - Cyklon - Google Patents

Description

i

DK 164208 B

Opfindelsen angår en cyklon til adskillelse af fint pulver fra en gas indeholdende dette.

Fra US patentskrift nr. 1 344 146 kendes en støvsamler 5 omfattende de træk, som er angivet i indledningen til krav 1.

Disse cykloner har fundet stor anvendelse på grund af deres enkle konstruktion og lave pris, men de har den ulem-10 pe, at deres tryktab er stort. For at mindske tryktabet i cyklonen er der f.eks. gjort forsøg på at ændre cyklonens form, at anbringe et antal styr inde i cyklonen, at erstatte den indre cylinder med et styr, og at anvende et excentrisk udløbsrør. Herved kan tryktabet reduceres ge-15 nerelt, men samtidig forringes effektiviteten ved støvopsamling. Af denne grund anses det nu for at være vanskeligt at opnå en reduktion i tryktabet, uden at effektiviteten ved støvopsamlingen forringes og uden at cyklonens diameter, højde og lignende øges.

20

Cyklonerne anvendes i stor udstrækning i anlæg til behandling af pulver, og det er især kendt, at et suspensionsforopvarmningsorgan omfattende cyklonerne, der er stablet lodret oven på hinanden i række og på flertrins-25 måde, anvendes til at foropvarme et cementmateriale.

Denne type suspensionsforopvarmningsorgan består i hovedsagen af en firetrinscyklon, men med henblik på at forbedre den termiske virkningsgrad og dermed reducere var-30 meforbruget i denne zone anvendes der nu en femtrinscyk-lon, hvor det ene trin er yderligere forøget. Som det fremgår af det foregående, øges den termiske virkningsgrad med antallet af anvendte cykloner, men samtidig bliver tryktabet større, dvs. et tilsvarende forbrug af 35 elektricitet til blæsning. Hvis tryktabet i suspensionsforopvarmningsorganet ikke skal stige eller skal reduceres, er det nødvendigt at sænke tryktabet i de indgående 2

DK 164208 B

cykloner. Med dette for øje kan hver cyklon gøres større og vindhastighederne ved cyklonens indløb og udløb kan bringes til at falde. I dette tilfælde vil anlægget, inklusive cyklonerne, blive tilsvarende stort. Ved forsøg 5 på at ændre cyklonens form eller tilføjelse af nogle elementer for at reducere tryktabet under bevarelse af cyklonens størrelse forringes effektiviteten ved støvopsamlingen som nævnt ovenfor. Skønt antallet af trin i cyklonerne forøges i dette tilfælde, vil der være en stor 10 mængde cirkulerende materiale mellem de respektive cykloner, med det resultat at man ikke samtidig kan opnå en tilstrækkelig forbedring af den termiske virkningsgrad.

15 Formålet med opfindelsen er at angive en cyklon, som kan afhjælpe de ovennævnte mangler og som samtidig er anvendelig i forbindelse med de sædvanlige støvopsamlere.

I overensstemmelse hermed er der ved opfindelsen angivet 20 en cyklon omfattende et cylindrisk parti og et omvendt konisk parti, hvor det cylindriske parti har et gasindløb forbundet i tangential retning med dette, og som tillader indføring af en gas indeholdende pulver, og et gasudløb, der er ført gennem det cylindriske partis topvæg; hvor 25 det omvendte koniske parti er forbundet med det cylindriske parti under dettes nedre kant og ved sin nedre ende har et udløb for opsamlet pulver; hvor gasudløbet er ført gennem det cylindriske partis topvæg således, at gasudløbets midterakse kan falde koaksialt sammen med det cylin-30 driske partis midterakse, og hvor der under topvæggen findes et cylindrisk gasudløbsstyr, der omgiver gasudløbets periferi, kendetegnet ved, at når et tværsnit af det cylindriske parti ved hjælp af en imaginær linie, der går gennem et skæringspunkt for en indre væg af gasindløbet 35 og en indre væg af det cylindriske parti og går gennem det cylindriske partis midte, og af en anden imarginær linie, der går gennem det cylindriske partis midte og 3

DK 164208 B

skærer den førstnævnte imarginaere linie vinkelret, inddeles i fire sektorer (I-IV), kaldet første, anden, tredje og fjerde kvadrant fra det ovennævnte skæringspunkt i gassens rotationsretning, er det cylindriske gasudløbs-5 styr udformet ovalt, så at minimumværdien for et rum mellem det cylindriske gasudløbsstyr og en indre væg af det cylindriske parti ligger i den fjerde kvadrant.

Ved en foretrukket udførelsesform er det cylindriske gas-10 udløbsstyr således placeret, at dets maksimale højde kan ligge i den første kvadrant og dets minimumhøjde i den tredje eller den fjerde kvadrant.

Opfindelsen vil blive forklaret nærmere i det følgende 15 under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en konventionel cyklon, idet fig. 1(A) er et lodret snit langs linien X-X i fig. 1(B), som igen er et tværsnit langs linien Y-Y i fig. 1(A), 20 fig. 2-4 viser udførelsesformer for cyklonen ifølge opfindelsen, idet fig. 2(A), fig. 3(A) og fig. 4(A) er lodrette snit som fig. 1(A), fig. 2(B), fig. 3(B) og 4(B) er tværsnit som fig. 1(B), og fig. 3(C) er et snit langs li-25 nien A-A i fig. 3(A), medens fig. 4(C) er et snit langs linien A-A i fig. 4(A).

I det følgende vil der først blive beskrevet en konventionel cyklon under henvisning til fig. 1(A) og fig.

30 KB).

Når en gas med fint pulver blæses gennem et gasindløb 6 i en gasledning 7 tangentielt ind i en cyklon, som omfatter et cylindrisk parti 1, et omvendt konisk parti 2, en in-35 dre cylinder 5, en topvæg 3, et gasudløb 4 og et udløb 8 for opsamlet pulver som vist i fig. 1(A) og 1(B), frembringes en gasstrøm, der roterer omkring cyklonens mid- 4

DK 164208 B

teråkse, og det fine pulver slynges mod væggene i cyklonens cylindriske parti 1 og omvendte koniske parti 2 til adskillelse af faste partikler fra gassen. Gassen, næsten helt befriet for det fine pulver, går op gennem 5 den indre cylinder 5 i en roterende bevægelse og afgives til sidst fra cyklonen gennem udløbet 4. Det udskilte fine pulver derimod strømmer ned langs de indre vægge i det cylindriske parti 1 og det omvendte koniske parti 2 og afgives derpå gennem udløbet 8 ved den nedre ende af det 10 omvendte koniske parti 2. Med 10 i fig. 1(B) er der betegnet et endeparti i gasindløbet 6.

Med hensyn til gasstrømningen introduceres gassen først i det cylindriske parti 1 gennem et gasindløb 6 i det cy-15 lindriske partis 1 tangentiale retning, strømmer ned i dette i en roterende bevægelse, vender ved bunden af det omvendte koniske parti 2 og stiger op i en roterende bevægelse langs cyklonens midterakse. I almindelighed er gassens periferihastighed langt større end dens aksiale 20 hastighed. Gasstrømmen i cyklonen består derfor af to hvirvelstrømme med en kvasifri hvirvelstrøm i det periferiske parti og en tvungen hvirvelstrøm i midterpartiet.

Det indre tryk i cyklonen påvirkes endvidere af sådanne hvirvelstrømme, og det indre tryk i det periferiske parti 25 er stort, medens det indre tryk i midterpartiet er lille.

Hvis den periferiske hvirvelstrøms hastighed er høj, vil der være en forholdsvis stor trykforskel mellem det periferiske parti og midterpartiet. 1 2 3 4 5 6

Generelt svarer tryktabet i cyklonen tilnærmelsesvis til 2 trykforskellen mellem cyklonens periferiske parti og mid 3 terparti. Nærmere bestemt svarer trykket ved et sted på 4 60% i gasudløbets radius til tryktabet i cyklonens udløb, 5 og trykforskellen mellem det nævnte tryk og trykket i det 6 periferiske parti udgør cyklonens tryktab. Cyklonens tryktab er i hovedsagen et resultat af, at hovedparten af den kinetiske energi i cyklonhvirvelstrømmene ikke omdan- 5

DK 164208 B

nes til trykenergi, når hvirvelstrømmene afgives fra cyklonen, og den kinetiske energi går i stedet tabt i form af varme. Hvirvelstrømdannelsen nedsættes f.eks. ved anvendelse af en ru indre flade eller ved montering af 5 eventuelle hindringer. Dannelsen af hvirvelstrømme kan også reduceres ved anbringelse af gasudløbet excentrisk i forhold til cyklonens midterakse. Hvis dannelsen af hvirvelstrømme reduceres, reduceres trykforskellen mellem det periferiske parti og midterpartiet tilsvarende. Det kan 10 derfor siges, at jo større hvirvelstrømdannelse, jo større tryktab i cyklonen; jo mindre hvirvelstrømdannelse jo mindre tryktab.

Som nævnt er de fleste forsøg på at reducere tryktabet i 15 cyklonen gået ud på at hæmme hvirvelstrømdannelsen. Det har vist sig muligt at reducere tryktabet ved den kendte teknik, men samtidig forringes udskillelsen af det fine pulver, så at der stadig foreligger et uløst problem som den foreliggende opfindelse har til formål at løse.

20

Opfindelsen beskrives i det følgende under henvisning til en udførelsesform som vist i fig. 2(A) og fig. 2(B). I disse figurer betegner tallet 1 en cyklons cylindriske parti, og tallet 2 er et omvendt konisk parti, der er 25 forbundet med det cylindriske parti 1 under dettes nedre kant og ved sin nedre ende har et udløb 8 for opsamlet pulver. Der findes en topvæg 3 med et gasudløb 4, placeret så at dettes midterakse kan være koaksialt sammenfaldende med det cylindriske partis 1 midterakse. Der findes 30 endvidere et gasindløb 6 til introducering af en gas med pulver, og dette gasindløb 6 er forbundet med det cylindriske parti 1 i tangential retning via en væg 7.

Med 9 er der betegnet et cylindrisk udløbsgasstyr, an-35 bragt under det cylindriske partis 1 topvæg 3 og omgivende gasudløbets 4 periferi. Når et tværsnit af det cylindriske parti 1 ved hjælp af en imaginær linie, der passe-

DK 164208 B

e rer‘gennem et skæringspunkt 10 i en indre væg i gasindløbet 6 og det cylindriske parti 1 og passerer gennem dettes midte, og af en anden imaginær linie, der passerer gennem det cylindriske partis 1 midte og skærer den 5 førstnævnte imaginære linie vinkelret, inddeles i fire sektorer, kaldt første kvadrant I, anden kvadrant II, og tredje kvadrant III og fjerde kvadrant IV fra skæringspunktet 10 i gassens rotationsretning, er det cylindriske gasudløbsstyr 9 udformet således, at minimumværdien af et 10 rum mellem det cylindriske udløbsgasstyr 9 og en indre væg i det cylindriske parti 1 ligger i den fjerde kvadrant IV.

Ifølge denne udførelsesform for opfindelsen er gasudlø-15 bets 4 midterakse koaksialt sammenfaldende med det cylindriske partis 1 midterakse, som således også er sammenfaldende med midterakserne for hvirvelstrømmene i dette; som følge heraf kan der opnås en hvirvelstrømsstyrke og -form, som næsten ikke afviger fra formen og styrken i den 20 konventionelle cyklon, der er beskrevet i forbindelse med fig. 1(A) og 1(B).

Endvidere har rummet ved udførelsesformen for opfindelsen mellem gasudløbsstyret 9 og det cylindriske partis 1 in-25 dre væg en maksimal størrelse i den første kvadrant I, der ligger nær gasindløbet 6, og en minimal størrelse i den fjerde kvadrant IV, hvor gassens ene rotationscyklus næsten er færdig. Det i gassen relativt ensartet fordelte pulver slynges hurtigt mod de indre vægge under gassens 30 ene rotationscyklus fra den første kvadrant I til den fjerde kvadrant IV gennem den anden kvadrant II og den tredje kvadrant III. I den fjerde kvadrant IV rammer det meste af pulveret således allerede væggene. På grund af indstillingen af rummet mellem gasudløbsstyret 9 og det 35 cylindriske partis 1 indre væg kan der opnås en bemærkelsesværdig reduktion i mængden af pulver, der ledsager gassen, som strømmer fra det cylindriske gasudløbsstyrs 9 7

DK 164208 B

nedre parti til gasudløbet 4, og derved hindres en for-. ringelse i opsamlingsvirkningsgraden.

Gassen i en under gasudløbet 4 frembragt tvungen hvirvel-5 strøm og en del af gassen i en omkring den tvungne hvirvelstrøm frembragt kvasifri hvirvelstrømsdel indføres sammen i det cylindriske gasudløbsstyr 9. Når gasdelen i den kvasifri hvirvelstrømsdel afgives gennem gasudløbet 4, omdannes dens hastighedsenergi til trykenergi i mod-10 sætning til den tvungne hvirvelstrøm. Tryktabet kan derfor reduceres svarende til delen af den kvasifri hvirvelstrømsgas .

Da rummet mellem udløbsgasstyret 9 og det cylindriske 15 parti 1 indsnævres i den fjerde kvadrant IV, bringes den fra den fjerde kvadrant IV til den første kvadrant I strømmende gas til at strømme nedad, så at den gennem gasindløbet 6 nyintroducerede gas ikke påvirkes af den allerede behandlede gas. Også i dette tilfælde kan tryk-20 tabet reduceres.

Ifølge sammenligninger mellem den i fig. 1(A) og 1(B) viste konventionelle cyklon og udførelsesformen for cyklonen ifølge opfindelsen udgjorde tryktabet ved den omhand-25 lede cyklon 70 - 80% af tryktabet i den konventionelle cyklon, og opsamlingsvirkningsgraden for cyklonen ifølge opfindelsen var 94%, hvilket er lidt mindre end de 95% for den konventionelle, men den omhandlede cyklon havde en tilfredsstillende virkning.

30

Fig. 3(A)-(C) og fig. 4(A) og (B) viser cykloner, hvor det cylindriske gasudløbsstyr 9 i hver af disse er afkortet i højden i den tredje kvadrant III eller den fjerde kvadrant IV, dvs. styret 9 er anbragt, så at styrets 9 35 maksimale højde kan ligge i den første kvadrant I, og så at dets minimumhøjde kan ligge i den tredje kvadrant III eller den fjerde kvadrant IV. Også i disse tilfælde er 8

DK 164208 B

udviklingen af hvirvelstrømme den samme som ved den konventionelle cyklon, dvs. som ved udførelsesformen i fig.

1(A) og 1(B). I den tredje kvadrant III eller den fjerde kvadrant IV, hvor gassens ene cyklus afsluttes, rammer 5 det meste af pulveret væggene, og gassen kan suges ind i gasudløbsstyret 9 fra dettes periferiparti samt fra dettes nedre parti. Forringelsen i opsamlingsvirkningsgraden kan derfor hindres. Da en del af gassen i den kvasifri hvirvelstrømsdel, der suges ind i styret 9, er større end 10 i den ovennævnte udførelsesform, øges trykgenvindingsprocenten, så at tryktabet reduceres yderligere. Det vil i disse tilfælde sige, at tryktabet udgjorde 30 - 50% af tryktabet i den konventionelle, og at opsamlingsvirkningsgraden tilnærmelsesvis svarede til opsamlingsvirk-15 ningsgraden i den i fig. 2(A) og (B) viste udførelsesform.

Gassens strømningstilstand og det fine pulvers opførsel i cyklonen ifølge opfindelsen er ikke helt klarlagt, men de 20 følgende punkter fremgår klart af analyseresultaterne: 1) Styrken, formen og trykfordelingen af hvirvelstrømmene i cyklonen svarer i hovedsagen til forholdene i den konventionelle cyklon.

25 2) Det meste af det fine pulver rammer de indre vægge samtidig med, at det passerer gennem den første og anden kvadrant efter indførslen i gasindløbet 6, hvorved der opnås en primær opsamling.

30 3) Da gassen suges ind i det cylindriske gasudløbsstyr 9, der har en større åbning, afgives en smule af det ikke opsamlede fine pulver sammen med gassen. Den sekundære opsamling er således dårligere end ved den konventio- 35 nelle cyklon.

9

DK 164208 B

4) Men mængden og hastigheden for den returnerende og opadstigende gas over udløbet 8 for opsamlet pulver ved det koniske partis 2 nedre ende er lille, og mængden af pulver som blæses op igen er således mindre end i 5 den konventionelle cyklon. Den totale opsamlingspro cent svarer derfor til opsamlingsprocenten i den konventionelle cyklon.

5) Trykfordelingen under det cylindriske gasudløbsstyr 9 10 er omtrent den samme som ved den konventionelle cy klon, men tryktabet er 30 - 50% mindre end i den konventionelle, fordi 30 - 60% af trykket genvindes i gasstyret 9.

15 20 25 1 35

Claims (2)

1. Cyklon omfattende et cylindrisk parti (1) og et om-5 vendt konisk parti (2), hvor det cylindriske parti har et gasindløb (6) forbundet i tangential retning med dette, og som tillader indføring af en gas indeholdende pulver, og et gasudløb (4), der er ført gennem det cylindriske partis topvæg (3); hvor det omvendte koniske parti (2) er 10 forbundet med det cylindriske parti (1) under dettes nedre kant og ved sin nedre ende har et udløb (8) for opsamlet pulver; hvor gasudløbet (4) er ført gennem det cylindriske partis (1) topvæg (3) således, at gasudløbets midterakse kan falde koaksialt sammen med det cylindriske 15 partis midterakse, og hvor der under topvæggen (3) findes et cylindrisk gasudløbsstyr (9), der omgiver gasudløbets (4) periferi, kendetegnet ved, at når et tværsnit af det cylindriske parti ved hjælp af en imaginær linie, der går gennem et skæringspunkt for en indre væg 20 af gasindløbet (6) og en indre væg af det cylindriske parti (1) og går gennem det cylindriske partis midte, og af en anden imaginær linie, der går gennem det cylindriske partis midte og skærer den førstnævnte imaginære linie vinkelret, inddeles i fire sektorer (I-IV), kaldet 25 første, anden, tredje og fjerde kvadrant fra det ovennævnte skæringspunkt i gassens rotationsretning, er det cylindriske gasudløbsstyr (9) udformet ovalt, så at minimumværdien for et rum mellem det cylindriske gasudløbsstyr (9) og en indre væg af det cylindriske parti (1) 30 ligger i den fjerde kvadrant.

2. Cyklon ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det cylindriske gasudløbsstyr er således placeret, at dets maksimumhøjde kan ligge i den første kvadrant og 35 dets minimumhøjde i den tredje eller den fjerde kvadrant.