DE3877430T2 - Vorrichtung zum verteilen eines gasstromes. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die gesteuerte Streuung, oder Verteilung eines Gasstroms am Einlaßabschnitt einer Einrichtung zur Behandlung derartigen Gases oder zur Einwirkung auf dessen Bestandteilelemente und insbesondere eine Einrichtung zur Schaffung der gesteuerten Verteilung des Einlaßgasstroms und darin mitgerissener Partikelbestandteile in einer industriellen Filtervorrichtung oder anderen Gasbehandlungseinrichtungen, die einen Einlaßgasstrom aufnehmen, wie beispielsweise Wärmetauscher und industrielle Trockner.
• Es ist seit langem bekannt, daß in einer Vorrichtung, die einen strömenden Gasstrom und/oder darin mitgerissene oder beigemengte Bestandteile behandelt, eine gleichmäßige Verteilung des zuströmenden Gasstroms in ein wirksames Verhältnis mit stromabwärts gelegenen Behandlungselementen in einem erhöhten Betriebswirkungsgrad und erhöhter Standzeit der enthaltenen Betriebsbauteile resultieren wird. Ein Bereich bevorzugter Betätigung lag auf dem Gebiet industrieller Filtereinrichtung, sogenannter "baghouses" oder Staubkollektoren, die typischerweise eine große Anzahl an Filterbauteilen verwenden, normalerweise Röhren oder Platten, die in der Bahn des fließenden Gasstroms angeordnet sind, um in einem derartigen fließenden Gasstrom getragenes und in der Schwebe gehaltenes Partikelmaterial abzutrennen.
• In derartigen Staubkollektoren tritt der partikelbeladene Gasstrom durch einen Spalt in der unteren, einen pyramidenförmigen oder konischen Staubsammeltrichter begrenzenden Gehäusewand in das Filtergehäuse ein. Im Idealfall, aber nicht in der Praxis, verteilt sich dann ein derartiger partikelbeladener Staubstrom, um das Gehäuse gleichmäßig auszufüllen und das Filtermittel gleichmäßig zu durchsetzen, wobei die mitgerissenen Partikel abgetrennt werden und an der Oberfläche des Filtermittels verbleiben. Das Anhäufen oder Aufbauen getrennter Partikel an der stromaufwärts gelegenen Oberfläche des Filtermittels verursacht einen sich erhöhenden Druckabfall über das Filtermittel, der, wenn er nicht durch Entfernen der Partikel beseitigt wird, eine Verringerung der Gasdurchflußrate durch die Einheit bewirken wird. Um eine derartige Partikelanhäufung an der stromaufwärts gelegenen Oberfläche des Filtermittels zu vermeiden, wird das Filtermittel periodisch gereinigt mittels Anwendung verschiedener Techniken, wie beispielsweise dem Impulsstoß, dem Umkehrstrom und Schütteln. Das Ergebnis eines derartigen Reinigens ist, daß ein großer Abschnitt der angehäuften Partikel von den Filtermitteln abfällt und nach unten gerichtet in den Sammeltrichter fällt.
• In vielen industriellen Filtergehäusen tritt der partikeltragende Gasstrom in das Filtergehäuse ein durch einen Spalt in einem abhängenden Stoffsammeltrichter mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit gewöhnlich in der Größe von 3500 Fuß pro Minute (17.78 m/s), um die Beladung der direkt beförderten Partikel aufrechtzuerhalten. Wie leicht ersichtlich, würde sich ein derartiger zuströmender Gasstrom normalerweise nicht verlangsamen und zerstreuen, um das Gehäuse zu füllen, sondern eher konzentriert in einem Hochgeschwindigkeitsgasstrom verbleiben, der eine nicht gleichmäßige Ablagerung der Partikel am Filtermittel und hohe Grade von örtlicher Abtragung an den Filterkomponenten bewirken würde aufgrund der Wirkungen von Aufprallen mit hoher Geschwindigkeit darin enthaltener und oft abschleifender Partikel. Zudem resultiert das den Reinigungsvorgang begleitende natürliche Queren des Eintrittsgasstrom durch entfernte Partikel in einen ungünstigen Grad an Partikelwiederbeladung und nachfolgend in ein Abfallen des Betriebswirkungsgrads.
• Das Problem der von dem Hochgeschwindigkeitseinführen des zuströmenden Gasstroms in das Filtergehäuse begleiteten zerstörerischen und die Funktionsweise verschlechternden Effekte ist seit langem bekannt. Zur Verringerung derartiger zerstörerischer und die Funktionsweise verschlechternder Effekte ist ein Dazwischenanordnen von Ablenkblechen und/oder Diffusionseinrichtungen in der Bahn des zuströmenden Gasstroms bekannt. Anfangs waren derartige Ablenkbleche nicht mehr als ein Dazwischenanordnen einer starren Platte in und rechtwinklig zur Bahn des zuströmenden Luftstroms. Spätere Ausgestaltungen enthielten das Dazwischenanordnen von Ablenkplatten in unterschiedlichen Winkeln zum zuströmenden Gasstrom und den Gebrauch von ausgewählt geformte gelochte Diffusionselemente in der Bahn des zuströmenden Gasstroms. US-A-3831354 ist beispielhaft für den letztgenannten Versuch. Während derartige gelochte Plattendiffuserausbildungen irgendwie zum Verringern oder Abschwächen des Abriebs und der ungleichmäßigen Verteilung des Gasstroms wirkten, lösten sie nicht das darin innewohnende grundlegende Problem.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Verteilen eines Gasstroms für eine Gasbehandlungseinrichtung zu schaffen, wie beispielsweise Staubkollektoren und anderer industrieller Filter, industrieller Trockner, Wärmetauscher und ähnlicher Vorrichtungen zu schaffen.
• Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, eine Vorrichtung zum Verteilen eines Gasstroms, ausgebildet zur Anordnung innerhalb eines Umfangsgehäuses für eine Gasbehandlungseinrichtung, das eine darin angeordnete Öffnung aufweist, durch die ein Hochgeschwindigkeitsgasstrom in das Gehäuse eingeführt ist, mit einer Vielzahl in Längsrichtung getrennt angeordneter paralleler Staubscheiben zur Anordnung in der Bahn des eintretenden Gasstroms in weitgehend konzentrischem Verhältnis zu dessen Längsachse, wobei jede der Staubscheiben eine Öffnung begrenzt, die weitgehend mittig an der Längsachse des Gasstroms, umgeben von einem Umfangsbegrenzungsabschnitt angeordnet ist und wobei jede der Öffnungen in der Stauscheiben von in Richtung des Gasstromflußes zunehmend kleinerer offener Fläche ist.
• Auch weist die Erfindung eine Verteilungsvorrichtung gemäß dem letzten vorhergehenden Absatz auf, innerhalb eines Gehäuses für einen Staubkollektor mit einer Vielzahl darin vorgesehener partikeltrennender Filtermitteleinheiten, und zwar zwischen den Filtermitteleinheiten und dem Ort deren Gasstromeintritts.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend zwei beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in
• Fig. 1 schematisch und im Schnitt einen Staubkollektor des Beuteltyps mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verteilen eines Gasstroms, angeordnet in dessen Stoffsammeltrichter;
• Fig. 2 schematisch in Explosionsdarstellung Einrichtungsbauteile mit Stauscheiben, um 90 Grad aus deren normaler Position gedreht; und
• Fig. 3 schematisch und im Schnitt eine geänderte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verteilen eines Gasstroms.
• Wie leicht aus der Zeichnung und insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, sind schematisch Elemente eines bekannten Staubkollektors des Beuteltyps dargestellt mit einem Umfangsgehäuse 10, das abhängend in einem konischen oder pyramidenförmigen Stoffaufnahmetrichter 12 mit einem bekannten Luftschleusenventil 14 an dessen Scheitel endet. Innerhalb des Gehäuses 10 sind eine Vielzahl von Filterbeuteln 16 abgehängt vorgesehen. Beim Betrieb eines derartigen Staubkollektortyps wird ein davon zu trennendes Partikelmaterial aufweisender Gasstrom in den Trichter 12 durch einen Einlaßzufuhrkanal 18 eingeführt. Ein derartiger Eintrittsgasstrom wird mit relativ hoher Geschwindigkeit, gewöhnlich in der Größe von 3500 Fuß pro Minute (17.78 m/s) eingeführt, um den Zustand des darin Mitreißens von Festkörperpartikeln aufrechtzuerhalten. Der Eintrittsgasstrom wird, wenn er nicht anderweitig behindert wird, in einem Hochgeschwindigkeitsgasstrom verbleiben, den Trichter durchqueren und an der gegenüberliegenden Trichterfläche aufschlagen, bevor er sich zur nach oben gerichteten Bewegung, zu den Filterbeuteln 16 hin, auflöst. Wenn das Gas die Beutel 16 durchquert, werden die mitgerissenen Partikel an der Beutelaußenfläche angehäuft. Das derartige zunehmende Anhäufen an den Beutelflächen resultiert in einer Zunahme des Druckabfalls über das Filtermittel und schließlich in einer verringerten Gasströmung.
• Um den die mitgerissenen Partikel tragenden Gasstrom innerhalb des Gehäuses 10 gleichmäßig zu verteilen, sind eine Reihe von Stauscheiben 30, 32, 34, 36 und 38 getrennt parallel in koaxialer Ausrichtung mit einer Längsachse 40 des eintretenden Gasstroms angeordnet. Jede der Stauscheiben 30, 32, 34, 36 und 38 besitzt eine mittig angeordnete Öffnung 30a, 32a, 34a, 36a und 38a, die jeweils von einer starren Grenzfläche 30b, 32b, 34b, 36b und 38b umgeben ist. Die Stauscheiben sind bevorzugt mit gleichem Abstand getrennt angeordnet, wobei der Mittelpunkt jeder Öffnung an einer gemeinsamen Achse mit der Mittellinie des Einlaßzufuhrkanals 18 und der Längsachse 40 des Eintrittsgasstrom vorgesehen ist. Die Aufrechterhaltung einer derartigen Stellung zueinander ist mittels Befestigungsstreben 42 bewerkstelltigt.
• Wie aus Fig. 1 ersichtlich, verläuft die Mittellinie des Feldes der Stauscheiben horizontal und jede der Scheiben ist innerhalb des Sammeltrichters 12 senkrecht abgehängt und rechtwinklig zur Richtung des Gasstroms durch den Einlaß 18 angeordnet. Wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, wo jede Stauscheibe um 90 Grad gedreht dargestellt ist, weist jede Stauscheibe in Richtung des Gasstromflußes eine kleinere Öffnung (a) und eine kleinere Grenzfläche (b) auf. Allgemein hängt die Anzahl der eingesetzten Scheiben und der Grad progressiver Verringerung sowohl der Öffnungsgröße als auch der starren Grenzfläche in Richtung des Gasstromflußes ab von der Größe und Form des Staubsammelgehäuses 10 und des Trichters 12. Wie deutlicher (in schematischer Form) in Fig. 2 dargestellt, besitzt die erste Stauscheibe 30 eine Öffnungsfläche 30a gleich etwa 80 bis 93 % und vorzugsweise gleich 84 bis 89 % der offenen Fläche des Einlaßkanals 18. Die letzte oder stromabwärts gelegene Stauscheibe 38 weist eine offene Öffnungsfläche 38a gleich etwa 35 bis 40 % und bevorzugt gleich etwa 37 % der offenen Fläche des Einlaßkanals 18 auf. Die Größe der offenen Flächen 32a, 34a und 36a wird bestimmt von den geradlinigen Projektionen, die sich von den Grenzrändern der offenen Fläche 30a zu den Grenzrändern der offenen Fläche 38a erstrecken. Wo sich solche Projektionen oder Linien mit den zwischengeordneten Scheiben 32, 34 und 36 schneiden, bestimmt sich die zugehörige Größe der zwischengeordneten Öffnung 32a, 34a und 36a.
• Die starre Grenzfläche 30b sollte sich zwei oder mehr Inch (50 mm oder mehr) über die direkte Projektion des Einlaßkanals 18 darauf hinaus erstrecken. Die Gesamtfläche der ersten Stauscheibe 30, d.h. die Fläche 30a und 30b weist, wenigstens 150 % der Querschnittsfläche des Einlaßkanals 18 auf. Die starren Grenzflächen 32b, 34b, 36b und 38b der verbleibenden Stauscheiben sind bevorzugt dadurch bestimmt, daß die Abmessungen der starren Grenzbreite wie an der ersten Stauscheibe gehalten werden. Da die starre Grenze (b) an jeder Scheibe eine verringerte Öffnungsfläche (a) umgibt, verringert sich die tatsächliche Fläche der starren Grenze und die Gesamtfläche jeder Scheibe progressiv. Die progressive Verringerung an starrer Fläche bewirkt hauptsächlich eine Verringerung des Gewichts der Vorrichtung, da, im Betrieb alle Stauscheiben ohne eine Verringerung der Betriebsleistung identische Außenabmessungen aufweisen könnten.
• Zusätzlich zur Reihe der oben beschriebenen Stauscheiben weist das Feld bevorzugt auch eine die abwärtsgerichtete Strömung beschränkende Vielfach-Stauendscheibe 50 auf. Die Scheibe 50 ist der Größe nach größer als die letzte Scheibenöffnung 38a aber kleiner als der Außendurchmesser des Grenzabschnitts 38b ausgebildet. Wie angedeutet, besitzt die Scheibe 50 eine Vielzahl darin vorgesehener Lochungen 52 und weist eine Gesamtfläche, bestehend aus offener Fläche und starrer Fläche, von etwa 150% der Fläche 38a der letzten Stauscheibe 38 auf. Die Endscheibe 50 funktioniert primär als ein Strömungsbegrenzer, um die Gasströmungsstreuungswirkungen jeder der Stauscheiben zu maximieren.
• In Situationen, wo die Neigung der Wand des Trichters 12 eine solche ist, die eine Verlagerung der ersten Stauscheibe 30 relativ weit entfernt vom Ende des Einlaßkanals 18 erfordert, kann eine Teilscheibe mit dem Wesen einer sehnenmodifizierten Stauscheibe in Form eines Bogens als erste Scheibe in der Reihe eingesetzt werden.
• Fig. 3 zeigt eine Änderung in der Diffuserausbildung. In dieser Ausführungsform ist die Reihe der Stauscheiben 60, 62, 64, 66 und 68 mit ihren oberen Enden in koplanarer Ausbildung vorgesehen, wobei die Mittellinie 70 der Öffnungen 60a, 62a, 64a, 66a und 68a in winkelig getrenntem Verhältnis zur Längsachse 72 des zuströmenden Gasstroms angeordnet ist.
• Die empirische Arbeit zeigt, daß die Stauscheibe und die Öffnung von einer anderen Form als kreisförmig, beispielsweise rechteckig sein kann.
• Dem Fachmann ist nun ersichtlich, daß die beschriebene Verteilungsvorrichtung zur Verteilung des Einlaßgasstroms weitgehend gleichförmig innerhalb des Gehäuses 10 funktioniert. Ein weiterer Vorteil ist, daß sie der Anhäufung von Staub widersteht aufgrund der beschränkten Ausdehnung horizontaler Flächen an denen sich Staub anhäufen kann. Zudem wirken die starren Grenzflächen an den Stauscheiben als Stoßflächen, um teilweise die Energie sich bewegender Partikel zu absorbieren und dadurch deren Geschwindigkeit und die davon begleitete abtragende Wirkung zu verringern.
• Die beschriebene Verteilungsvorrichtung bietet eine Zunahme des Betriebswirkungsgrads einer Gasbehandlungseinrichtung und eine Zunahme der effektiven Standzeit deren Bauteilelemente. Insbesondere sorgt sie für einen verbesserten Betrieb eines Staubsammlers des Beutel- und Plattentyps durch, wie beschrieben, ein Verringern der Unterschiede der Gasgeschwindigkeit nahe der Filtermittel und den begleitenden Verringerungen an Abriebsschäden und schädlicher Wiederbeladung getrenntem Staubs während Filtermittelreinigungsvorgängen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Verteilen eines Gasstroms, ausgebildet zur Anordnung innerhalb eines Umfangsgehäuses (10) für eine Gasbehandlungseinrichtung, das eine darin angeordnete Öffnung (18) aufweist, durch die ein Hochgeschwindigkeitsgasstrom in das Gehäuse eingeführt ist, gekennzeichnet durch

   eine Vielzahl in Längsrichtung getrennt angeordneter paralleler Stauscheiben (30, 32, 34, 36, 38; 60, 62, 64, 66, 68) zur Anordnung in der Bahn des eintretenden Gasstroms in weitgehend konzentrischem Verhältnis zu dessen Längsachse;

   wobei jede der Stauscheiben eine Öffnung ( 30a, 32a, 34a, 36a, 38a; 60a, 62a, 64a, 66a, 68a) begrenzt, die weitgehend mittig an der Längsachse des Gasstroms, umgeben von einem Umfangsgrenzabschnitt (30b, 32b, 34b, 36b, 38b) angeordnet ist, und wobei;

   jede der Öffnungen in den Stauscheiben von in Richtung des Gasstromflusses zunehmend kleinerer offener Fläche ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche (30b, 32b, 34b, 36b, 38b) jeder Stauscheibe von in Richtung des Gasflusses zunehmend kleinerer Fläche ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauscheiben (30, 32, 34, 36, 38; 60, 62, 64, 66, 68) in Richtung des Gasstromflusses in weitgehend gleichem Abstand getrennt angeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 für die Gasbehandlungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom durch einen Einlaßzufuhrkanal (18) von vorbestimmter offener Querschnittsfläche in das Umfangsgehäuse (10) eingeführt ist, wobei die zur Anordnung nahe dem Einlaßzufuhrkanal (18) ausgebildete Stauscheibe (30) eine offene Fläche entsprechend 80 bis 93 % der offenen Querschnittsfläche des Einlaßzufuhrkanals (18) aufweist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anordnung nahe des Einlaßzufuhrkanals (18) ausgebildete Stauscheibe (30) eine offene Fläche entsprechend 84 bis 89 % der offenen Querschnittsfläche des Einlaßzufuhrkanals (18) aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte aus der Vielzahl zur Anordnung entfernt von der Einlaßzufuhröffnung ausgebildete Stauscheibe eine offene Fläche entsprechend 35 bis 40 % der offenen Querschnittsfläche des Einlaßzufuhrkanals aufweist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgrenze (30b) der zur Anordnung nahe dem Einlaßzufuhrkanal (18) ausgebildeten Stauscheibe (30) zur Erstreckung von wenigstens zwei Inch (50 mm) über die Längsprojektion des Umfangs des Einlaßkanals auf diese Scheibe ausgebildet ist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der zur Anordnung nahe dem Einlaßzufuhrkanal (18) ausgebildeten Stauscheibe (30) wenigstens 150 % der Querschnittsfläche des Einlaßzufuhrkanals ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauscheiben (30, 32, 34, 36, 38) zur Anordnung weitgehend rechtwinklig zur Längsachse des Gasstroms angeordnet sind.
10. 10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein stromabwärts der letzten Stauscheibe in der Vielzahl davon angeordnetes gelochtes Scheibenglied (50) , das eine Vielzahl dieses durchsetzende Öffnungen (52) besitzt.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das gelochte Scheibenglied (50) eine innerhalb seiner Umfangsgrenze angeordnete Querschnittsfläche von wenigstens 150 % der Querschnittsfläche der Öffnung der unmittelbar stromaufwärts davon angeordneten Stauscheibe aufweist.
12. 12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, angeordnet innerhalb eines Gehäuses (10) für einen Staubkollektor mit einer Vielzahl von partikeltrennenden Filtermitteleinheiten (16) darin und zwar zwischen den Filtermitteleinheiten und dem Ort deren Gasstromzutritts.