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Entwurf von Zyklonabscheidern

 

In seiner einfachsten Ausführung besteht ein Zyklonabscheider aus einem zylindrischen Gehäuse mit konischem Unterteil und tangentialem Einlauf (Abb. 1). Der abgeschiedene Staub wird unterhalb des Zyklons in einem Staubbunker aufgefangen. Das staubbeladene Rohgas tritt durch den Einlauf tangential in den Abscheideraum ein, in dem sich eine dreidimensionale Wirbelströmung ausbildet. Die Zentrifugalbeschleunigungen sind von der Zyklongröße und den Betriebsbedingungen abhängig und betragen üblicherweise zwischen dem 10- und 1000-fachen der Erdbeschleunigung. Unter dem Einfluss der resultierenden Fliehkräfte, die mit der Widerstandskraft des Gases im Gleichgewicht stehen, bewegen sich die größeren Partikeln nach außen zur Zyklonwand. Von dort werden sie durch die Grenzschichtströmung und der Schwerkraft nach unten zum Staubaustrag transportiert.

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Abb. 1: Aufbau eines Zyklonabscheiders

Wegen der gestiegenen Anforderungen wird heute bei Zyklonabscheidern eine sichere und zuverlässige Dimensionierung hinsichtlich Reingasstaubgehalt und Druckverlust gefordert, vor allem bei größeren Staubbeladungen mit feinen Stäuben (< 50 Mikron).

 

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Abb. 2: Geschwindigkeitsverteilung in einem Zyklonabscheider des Typs HE-80 mit 15 m/s Eintrittsgeschwindigkeit

Abscheideverhalten und Druckverlust sind dabei entscheidende Kriterien bei der Bewertung von Zyklonen. Der Druckverlust schlägt sich vor allem bei den Betriebskosten nieder. Beide Kriterien hängen vom Strömungsverlauf und der Partikelbewegung im Zyklon ab. Will man sich bei der Berechnung und Optimierung von Zyklonen nicht nur auf Erfahrungswerte verlassen, sollte man die Vorgänge, die im Zyklon ablaufen, genau kennen.

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Abb. 3: Abhängigkeit der Partikelbahn vom Partikeldurchmesser

Der Entwurf der CZBA s.r.o. Zyklonabscheidern basiert auf der Kombination aus kommerziell erhältilicher Entwurfssoftware mit einem hauseigenen Code, dessen Grundlage der Bart/Muschelknautz-Modell bildet. Aufbauend auf die Kenntnis der Fluidströmung und unterstützt durch numerische Computer-Simulationen (Abb. 2 und 3) sind wir in der Lage detaillierte Aussagen über das Abscheideverhalten zu machen. Das Ergebnis ist eine genaue Abscheide- und Druckverlustcharakteristik des Zyklons (Abb. 4).

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Abb. 4: Druckverlust- und Abscheidediagramm des Zylonabscheiders HE-95

 

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