DE4308103A1 - Wirbelbett - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelbett mit einem liegenden Zyklon, der sich etwa über die Länge des Wirbelbettes er­ streckt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Wirbelschicht entsteht, wenn eine Schüttung von Fest­ stoffteilchen von einem aufwärts gerichteten Gasstrom durch­ strömt wird, wobei die Feststoffteilchen angehoben werden, so daß diese im Gasstrom schweben. Derartige Wirbelschichten werden aufgrund der wärmetechnischen Eigenschaften in vor­ teilhafter Weise für verschiedenste Anwendungen eingesetzt. Nur dann, wenn die Schüttschicht aus etwa gleichmäßigen Kör­ nern besteht, d. h. aus Körnern mit nahezu gleicher Sinkge­ schwindigkeit, besitzt die Wirbelschicht nach Überschreiten einer dem Wirbelpunkt zuzuordnenden Anströmgeschwindigkeit des Gases eine definierte Oberfläche, entsprechend einer Flüssigkeitsoberfläche. Bei unterschiedlichen Korngrößen findet aber eine Entmischung statt, wobei sich kleinere und kleinste Körner in der Nähe der Wirbelschichtoberfläche ansammeln und bei Anströmgeschwindigkeiten, die deren Sink­ geschwindigkeit übersteigen, ausgetragen werden.

Die in Wirbelbetten behandelten Feststoffe weisen im allge­ meinen aufgrund der Vielfalt der Entstehungsmöglichkeiten im Verlauf von unterschiedlichen Prozessen, wie Mahlen, Vorkri­ stallisieren oder Kondensieren - um beispielhaft nur einige zu nennen - Teilchenkollektive unterschiedlicher Verteilungs­ spektren auf. So können beispielsweise Kunststoffgranulate, die in einem Wirbelbett der Trocknung unterworfen werden, in sehr unterschiedlichen Größen vorliegen, außerdem noch von kleinsten Teilchen, wie Staub oder Abrieb durchsetzt sein.

Nach dem oben dargestellten zeigt nun zwar eine Wirbelschicht an sich ein klassierendes Verhalten, was sich für die Behand­ lung von Teilchenkollektiven mit enger Korndurchmeßvertei­ lung, die nur mit Abrieb bzw. Staub durchsetzt sind, als vorteilhaft erweist, da - bei entsprechend gewählter Anströmgeschwindigkeit des Fluidisierungsgases - nur letz­ terer aus der Wirbelschicht ausgetragen und in bekannter Weise abgezogen wird. Bei der Behandlung von Schüttgut mit breitem Korngrößenspektrum werden allerdings in unerwünsch­ ter Weise Feststoffteilchen ausgetragen, die, wenn ausge­ tragen und nachklassiert, einerseits aufgrund unkontrol­ lierbarer Verweilzeiten gegebenenfalls minderer Qualität sind, bzw. andererseits, wenn ausgetragen und abgezogen, die Produktivität mindern.

Bekannte Anlagen, wie beispielsweise die in der WO 86/03986 beschriebene, sehen daher zu dem Wirbelbett parallel angeord­ nete Zyklonabscheider vor, in die das die mitgerissenen Feststoffteilchen tragende Fluidisierungsgas geleitet wird. Mitgerissene Teilchen werden in üblicher Weise am unteren Ende des sich konisch verjüngenden Zyklons ausgetragen und über eine Rücklaufleitung wieder in die Wirbelschicht einge­ bracht. Eine dazu parallele Saugleitung erlaubt auch das Rückführen kleinerer Feststoffteilchen, die sonst durch das aus dem Zyklon aus einem Tauchrohr austretenden Gas mitgenom­ men werden. Als nachteilig an einer solchen Anordnung muß der relativ große Platzaufwand für die beiden nebeneinander angeordneten Bauteile Wirbelbett und Zyklon angesehen werden, auch ist eine Kontrolle der tatsächlichen Verweilzeiten er­ schwert; ungenügende Behandlungsdauer bzw. -intensität auf­ grund der relativ langen Wege durch Wirbelbett, Zyklon und Rückführleitung sind gegebenenfalls in Kauf zu nehmen.

Die WO 88/06924 beschreibt einen Zyklonabscheider, der ober­ halb eines Wirbelbettes liegend angeordnet ist. Feststoff­ teilchen, die mit dem Fluidisierungsgas mitgerissen werden, sollen dabei aufgrund der speziellen Anordnung und Ausgestal­ tung des Gasauslasses aus dem Zyklon von dem Gas getrennt werden und - fliehkraftbedingt - über einen über die gesamte Zyklonlänge vorgesehenen, tangential vom Zyklon wegführenden Feststoffauslaß wieder in die Wirbelschicht zurück der Be­ handlung zugeführt werden. Nachteilig bei dieser Anordnung zeigt sich allerdings, daß es - auch aufgrund der speziellen Ausgestaltung des Gasauslasses mit seinen, eine Umkehr der Strömungsrichtung des Gases in das axiale Gasauslaßrohr bewirkenden Leitrohren bzw. Leitschlitzen - zu keiner idealen Ausbildung der Rotationsströmung kommt.

Die vorliegende Erfindung hat demgegenüber die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der die oben aufgeführten Nachteile behoben werden, und die eine einwandfreie Behand­ lung von in ein Wirbelbett eingebrachten Feststoffteilchen ermöglicht, wobei ein dem Wirbelbett zugeordneter, liegender Zyklon die rasche und vollständige Rückführung von zu behan­ delnden Feststoffteilchen in die Wirbelschicht bewirkt, und wobei gleichzeitig unerwünschte Kleinstteilchen, wie Abrieb oder Staub über den Gasauslaß des Zyklons ausgetragen werden.

Dies gelingt durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Das die Wirbelschicht durchströmende Fluidisierungsgas trägt Feststoffteilchen mit sich, deren Sinkgeschwindigkeit kleiner ist als die Strömungsgeschwindigkeit des Gases und strömt tangential in den Zyklon ein. Da - im Gegensatz zur Zentri­ fuge, bei der die Teilchen mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotieren - im Zyklon die Winkelgeschwindigkeit nach innen stark zunimmt, kommt es zu Turbulenzen aufgrund der Wand­ reibung und einer brandungs-wellenförmigen Verteilung der Feststoffteilchen an den Innenwänden des Zyklons. Wird jedoch Sekundärgas tangential in den Zyklon einströmen gelassen, so kommt es zu einem "Ausziehen" dieser Wellenform, die an der Innenwand des Zyklons gebildete Feststoffteilchen-Strähne wird hochgeworfen, die Feststoffteilchen werden über einen Feststoffauslaß wieder in die Wirbelschicht zurückgeführt.

Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die kennzeichnenden Merkmale der abhängigen Ansprüche beschrieben.

Die hochgeworfenen Feststoffteilchen werden vorzugsweise durch einen dem Sekundär-Einlaß in Bezug auf die axiale Erstreckung des Zyklons bzw. des Wirbelbettes nahe, vorzugs­ weise gegenüberliegend, angeordneten Feststoffauslaß wieder der Wirbelschicht zugeführt, wobei durch diese Anordnung die Wirkung der Sekundärgas-Zufuhr verstärkt wird.

Wird, anschließend an den ersten Zyklon, ein zweiter Zyklon vorgesehen, so wird es möglich, die in der radialen Durch­ flußströmung mitgerissenen, feinen Teilchen über einen an diesem zweiten Zyklon vorgesehenen, zweiten Feststoffauslaß abzuziehen. Das austretende Gas ist damit sowohl von größeren Feststoffteilchen als auch Feinstteilchen gereinigt.

Der Sekundärgas-Einlaß kann dabei entweder im Bereich des Übergangs zwischen erstem und zweitem Zyklon oder auch an einer diesem Übergang - in axialer Richtung gesehen - gegen­ überliegenden Seite des ersten Zyklons vorgesehen sein, wobei dies insbesondere von der Formgebung des ersten Zyklons abhän­ gen wird. Ist der erste Zyklon so ausgebildet, daß ein Durchmesser in Richtung zum zweiten, anschließenden Zyklon zunimmt, so wird der Sekundärgas-Einlaß vorzugsweise der dem Übergang zwischen den beiden Zyklonen gegenüberliegenden Seite des ersten Zyklons zuzuordnen sein. In einem solchen Fall wird vorzugsweise auch der Durchmesser des zweiten Zyklons so bemessen sein, daß er in Richtung zum ersten Zyklon zunimmt, so daß die Bereiche der größten Durchmesser für beide Zyklone einander benachbart liegen. Sind die beiden Zyklone oder wenigstens der erste Zyklon zylinderförmig aus­ gebildet, so wird der Sekundär-Einlaß vorzugsweise nächst dem Übergang zwischen den beiden Zyklonen angeordnet sein.

Eine vorteilhafte Reduzierung der Menge des dem bzw. den Zyklon(en) zugeführten Feststoffs, wobei diese Reduzierung nur die größeren Feststoffteilchen betrifft, ist dann gege­ ben, wenn oberhalb des Wirbelbettes ein dem ersten Zyklon vorgeschalteter Vorabscheider vorgesehen wird. Dazu sind ins­ besondere Zickzacksichter von Vorteil, die mit ihren umge­ lenkten Feststoff-Gasführungen als Windsichter wirken, wobei die gröberen Feststoffteilchen abgebremst werden und in die Wirbelschicht zurückfallen, und kleinere Feststoffteilchen und feinste Teilchen mit dem Gas in den ersten Zyklon strömt, wo danach eine weitere Klassierung in oben beschriebenen Weise stattfindet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen bei­ spielhaft beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Wirbelbett mit einem ersten, darüber horizontal angeordneten Zyklon und einem daran anschließenden zweiten Zyklon;

Fig. 2 einen Schnitt längs A-B der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt längs C-D der Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt längs E-F-G der Fig. 1;

Fig. 5 eine zu Fig. 1 alternative Ausbildung eines Wirbelbetts mit einem ersten, darüber horizontal angeordneten Zyklon und einem daran anschließen­ den, zweiten Zyklon, wobei die beiden Zyklone je­ weils konisch ausgebildet sind, und

Fig. 6 einen Schnitt längs A-B der Fig. 5.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Wirbelbett 1, in das - gegebenenfalls über einen nicht dargestellten Schneckenförderer - Schüttgut eingebracht wurde. Dieses Schüttgut, das Feststoffteilchen unterschiedlicher Größe und auch Feinstteilchen, wie Abrieb und Staub enthält, wird von Fluidisierungsgas, das durch einen mit Öffnungen versehenen Anströmboden 10 strömt, von unten nach oben durchströmt. Ab einer bestimmten Anströmgeschwindigkeit des Fluidisierungs­ gases, dem sogenannten Wirbelpunkt, bildet sich eine Wirbel­ schicht 3, deren Oberfläche nur dann einer Flüssigkeitsober­ fläche entsprechend aussieht, wenn das eingebrachte Schüttgut aus etwa gleichfälligen Feststoffteilchen zusammengesetzt ist. Feststoffteilchen, deren Sinkgeschwindigkeit kleiner als die Anströmgeschwindigkeit des Gases sind, werden ebenso wie der unter anderem infolge der starken Durchwirbelung entste­ hende Staub mit dem aus der Wirbelschicht 3 ausströmenden Gas ausgetragen. Oberhalb der Wirbelschicht 3 ist ein liegender, erster Zyklon 2 angeordnet, der sich über die ganze Länge der Wirbelschicht 3 erstreckt. Dieser Zyklon 2 hat einen zylin­ drischen Durchmesser, der der Breite des Wirbelbettes 1 ent­ spricht.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, weist der zylindrische Mantel des Zyklons 2 einseitig einen einer Seitenwand 11 des Wirbel­ bettes 1 anliegenden Schlitz 12 auf, durch den das aus der Wirbelschicht 3 austretende Gas in den Zyklon 2 einströmt (Pfeile 13), wobei es die aus der Wirbelschicht 3 ausgetrage­ nen Feststoffteilchen 14 mit sich trägt. Der Schlitz 12 er­ streckt sich in etwa über die ganze Länge des Wirbelbettes 1 und damit auch in etwa über die ganze Länge des Zyklons 2.

Ein zweiter, ebenfalls horizontal liegender Zyklon 7 mit ge­ ringerem Durchmesser als der erste Zyklon 2 schließt mit fluchtender Längsachse 18 an letzteren an. Ein zentrisch in den zweiten Zyklon 7 hineinragendes Tauchrohr 15, über das das Gas abgeführt wird, bewirkt eine axiale Senkströmung.

Das mit Feststoffteilchen 14 beladene Gas tritt durch den Schlitz 12 in den ersten Zyklon 2 ein, es entsteht aufgrund der tangentialen Einströmung eine Drallströmung, wobei die größeren Feststoffteilchen fliehkraftbedingt an die Wand des Zyklon 2 geschleudert werden und sich strähnenförmig gegen den zweiten Zyklon 7 zu bewegen. Da die Geschwindigkeiten der Feststoffteilchen gegen die Zyklonachse hin zunehmen und die der Zyklonwandung angrenzenden Feststoffteilchen aufgrund von Reibungseinflüssen abgebremst werden, kommt es zur Ausbildung eines wellenkammförmigen Profils der Strähne der Feststoff­ teilchen.

Wird nun über einen Einlaß 6, der zwischen erstem Zyklon 2 und zweitem Zyklon 7 vorgesehen ist, feststofffreies Sekun­ därgas tangential in den ersten Zyklon eingeblasen, so er­ faßt dieses die dort ankommende Feststoffteilchen-Strähne 16 und wirft sie hoch, so daß die größeren Feststoffteilchen über einen ersten Feststoffauslaß 4 wieder der Wirbelschicht 3 zugeführt werden. Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind Sekundär-Einlaß 6 und erster Feststoffauslaß 4 an einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Zyklons 2 ange­ ordnet, wobei über den Sekundärgas-Einlaß 6 das Sekundärgas tangential zugeführt wird, während die größeren, an der Zykloninnenwand abgeschiedenen Feststoffteilchen über den ersten Feststoffauslaß 4 tangential abgeführt werden. Dieser - gegebenenfalls einen quadratischen Querschnitt aufweisende - Feststoffauslaß 4 erstreckt sich über etwa die Hälfte des Umfangs der Innenwand des Zyklons 2, jedoch wird dies von der Einströmgeschwindigkeit des Sekundärgases und der maximalen Sinkgeschwindigkeit der im Zyklon 2 abgeschiedenen Feststoff­ teilchen abhängen.

Im allgemeinen wird der rohrformige, entlang der Seitenwand 11 des Wirbelbetts 1 angeordnete Sekundärgas-Einlaß 6 mit dem Druckraum für das durch den Anströmboden 10 strömende Fluidisierungsgas in Verbindung stehen, oder aber direkt auf dem Anströmboden 10 stehend ausgebildet sein. Der erste Fest­ stoffauslaß 4 ragt bis in die Wirbelschicht 3 hinein und endet etwas oberhalb des Anströmbodens 10, der in diesem Bereich 17 geschlossen ausgebildet ist, um die wieder in die Wirbelschicht 3 einzubringenden Feststoffteilchen nicht wie­ der hochzuwirbeln.

Durch eine geeignete Dimensionierung des Zyklons 2, insbeson­ dere durch die geeignete Wahl der Größe des Eintrittsschlit­ zes 12 wird in bekannter Weise bewirkt, daß im ersten Zyklon 2 Staub und Abrieb noch nicht mit abgeschieden werden und somit nicht wieder zurück in die Wirbelschicht gelangen. Die­ ser Feinanteil wird mit dem Gas in den zweiten Zyklon 7 mit­ gerissen, und dort durch einen schlitzförmigen, zweiten Feststoffauslaß 8 in einen Staubsammelraum 19 eingebracht. Das gereinigte Gas verläßt die Zyklon-Anordnung durch das Tauchrohr 15, von größeren und feineren Feststoffteilchen gereinigt, und kann gegebenenfalls wieder dem Druckraum für das durch den Anströmboden 10 strömende Fluidisierungsgas zugeführt werden. Die im Staubsammelraum 19 angefallenen Feinstteilchen können über eine Austragsschleuse 20 entleert werden.

Aus Fig. 5 ist eine alternative Ausbildung zu entnehmen, bei der die beiden Zyklone 2a und 7a jeweils konisch ausgebildet sind, wobei die Bereiche mit größtem Durchmesser aneinander angrenzend liegen. Wie in jedem Zyklon läuft eine schrauben­ förmige Drallströmung längs der Innenwand der beiden Zyklone 2a und 7a zu den Bereichen mit kleinstem Durchmesser, wobei die Feststoffteilchen nach außen geschleudert werden. Es bildet sich im ersten Zyklon an der Innenwand eine Feststoff­ teilchen-Strähne 16a, die die größeren Feststoffteilchen enthält, während die Feinstteilchen über den achsennahen Sekundärwirbel in den zweiten Zyklon 7a mitgerissen und dort über den zweiten Feststoffauslaß 8a in den Staubsammelraum 19a ausgetragen werden. Das den Austrag der größeren Fest­ stoffteilchen in die Wirbelschicht 3a unterstützende Sekun­ därgas wird in diesem Fall vorteilhafterweise im Bereich des kleinsten Durchmessers des ersten Zyklons 2a tangential ein­ strömen gelassen. Sekundärgas-Einlaß 6a und erster Fest­ stoffauslaß 4a sind daher an der dem Übergangsbereich der beiden Zyklone 2a und 7a gegenüberliegenden Seite des ersten Zyklons 7a angeordnet.

In Fig. 1 ist - strichliert - die Möglichkeit angedeutet, zwischen Wirbelschicht 3 und Zyklon 2 einen Vorabscheider 9 vorzusehen, der hier als Zick-Zack-Windsichter ausgebildet ist. Das mit größeren, kleineren und feinsten Feststoff­ teilchen beladene, aus der Wirbelschicht 3 aufsteigende Gas muß diesen Vorabscheider 9 passieren, dabei werden die trägeren, größeren Feststoffteilchen gegen die zick-zack- förmigen Umlenkbleche stoßen, abgebremst werden und wieder in die Wirbelschicht 3 zurückfallen. Damit wird eine Vor­ klassierung der Feststoffteilchen erreicht, die Effektivität der Abscheidung in den nachfolgenden beiden Zyklonen 2 und 7 somit erhöht, insbesondere da dadurch das Risiko einer Ausbildung einer "Brandungswelle" vermindert wird. Ein solcher Vorabscheider ist vorteilhaft in der dargestellten Weise im wesentlichen über die gesamte, vorzugsweise unverminderte, Breite des Wirbelbettes angeordnet und weist insbesondere eine Mehrzahl von gesonderten Sichterkanälen auf.

Claims (7)

1. Wirbelbett (1) mit einem liegenden, sich etwa über die Länge desselben erstreckenden ersten Zyklon (2), dem das die Wirbelschicht (3) durchströmende Gas im wesentlichen über die Länge des Wirbelbettes (1) tangential zuführbar ist, wobei wenigstens ein Teil der im ersten Zyklon (2) abgeschie­ denen Feststoffe im wesentlichen tangential über einen ersten Feststoffauslaß (4) in die Wirbelschicht (3) rückführbar sind, und wobei der erste Zyklon (2) einen axialen Gasauslaß (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Zyklon (2) ein tangentialer Einlaß (6) für Sekundärgas vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sekundärgas-Einlaß (6) dem ersten Fest­ stoffauslaß (4) - in axialer Richtung gesehen - nahe, insbe­ sondere gegenüberliegend, angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am ersten, sich über die Länge des Wirbel­ betts (1) erstreckenden Zyklon (2) ein zweiter, ebenfalls liegend angeordneter Zyklon (7) angeschlossen ist, der einen geringeren Durchmesser aufweist als der erste Zyklon (2) und der einen zweiten Feststoffauslaß (8) besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sekundärgas-Einlaß (6) am Übergang zwi­ schen erstem (2) und zweitem Zyklon (7) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sekundärgas-Einlaß (6) an der - in axi­ aler Richtung gesehen - dem Übergang zwischen erstem (2) und zweitem Zyklon (7) gegenüberliegenden Seite des ersten Zyklons (2) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Zyklon (2), oder der Wirbelschicht (3), ein Feststoff-Vorabscheider (9) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Vorabscheider (9) ein Umlenksichter, ins­ besondere ein Zickzack-Sichter, vorgesehen ist.