ZYKLON APEX

Forschungsprojekt P 14739Zyklon ApexGernot STAUDINGER09.10.2000 Der Zyklon als Staubabscheider ist altbekannt, die Literatur hierzu ist umfangreich, jodoch lückenhaft. Das untere Ende des Zyklons, der Staubauslass zum Bunker, auch Apex genannt, wird vielfach als für die Abscheidung besonders relevant bezeichnet, hat aber bisher nur wenig Beachtung gefunden. Es gibt Empfehlungen für "optimale" Ausführungen des Apex, jedoch in de Berechnunggregeln keine Relativierung der verschiedenen Ausführungsformen hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Abscheideleistung. Angaben zum Druckverlust als Funktion der Apexform fehlen gänzlich. Andeutungen in der Literatur und einige Versuche zeigen, dass die wiederholt empfohlene "optimale" Ausführungsform mit einem nach oben zeigenden Kegel, unter oder im Apex keineswegs in allen Fällen die günstigste ist, sondern dass andere, einfachere Geometrien signifikant besser abscheiden. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die StrÖmung im und unter dein Apex mit moderner Technik zu vermessen und mit CFD zu simulieren. Dadurch wird die Strömung und der Abscheidevorgang im Staubbunker besser verstanden und es kann eine Empfehlung für günstige Ausführungsformen bei verschiedenen technischen Voraussetzungen gegeben werden. Für die Abscheidung feiner Partikel im Staubbunker wird die Agglomeration als mitentscheidender Effekt genannt, jedoch nie quantifiziert. Mit Hilfe eines "Long Distance" Mikroskops, einer intensiven Laser-Beleuchtung und einer CCD-Kamera wird dieser Frage nachgegangen, indem von den suspendierten Staubpartikeln unterhalb des Apex - bevor sie sich ablagern -Bilder aufgenommen werden. Durch Verwendung verschiedener Staubmaterialien wird der Einfluss der Stoffart auf die Agglomeration untersucht. Drei der ausführlich vermessenen Zyklone werden für die experimentellen Bedingungender an der TU Braunschweig vorhandenen Zyklonprüfanlage für hohe Temperatur und hohen Druck gebaut und ihre Abscheideverbalten bei diesen Bedingungen geprüft.

Mit einem Zyklon trennt man Partikel (feste oder flüssige) von einer fluiden Phase. Das - mit Partikeln beladene - fluide Medium tritt tangential in den zylindrischen Zyklon ein und verlässt ihn durch eine zentrale Öffnung, die in der Regel oben angeordnet ist. Der Zylinder wird nach unten zu durch einen Kegel abgeschlossen, an dessen untersten Ende ("Apex") der Austritt für die Partikel ist. Die geometrische Gestalt dieses Apex wurde in der Vergangenheit wiederholt als für den Abscheidegrad relevant erkannt, jedoch noch nie systematisch untersucht. An einen konventionellen Zyklon wurden fünf Staubauslässe verschiedener geometrischer Gestalt angeschlossen und die zugehörigen Abscheidegrade gemessen. Es zeigte sich, dass eine, bisher in der Literatur nicht behandelte Konfiguration (ein gerades "Fallrohr") optimal im Vergleich mit den konventionellen Geometrien war. Der Vorteil besteht darin, dass ein, mit dem "Fallrohr" ausgerüsteter Zyklon mehr feine Teilchen abscheidet als ein konventioneller Zyklon. Um die für das unterschiedliche Abscheideverhalten verantwortlichen Effekte zu beleuchten, wurden umfangreiche mathematische Simulationen des Gasstromes sowie Messungen mit Laser-Doppler-Anemometrie und Phasen- Doppler-Anemometrie durchgeführt. Es wurde gefunden, dass schon ein sehr geringer Staubgehalt das Strömungsbild wesentlich verändert. Die CFD- Simulation der reinen, fluiden Phase gibt somit kaum Aufschluss über die tatsächlichen Strömungsverhältnisse im Zyklon, wenn Partikel anwesend sind. Außerdem konnte die Existenz von Agglomeraten nachgewiesen werden, wenngleich deren Größe und die Anzahl der Einzelkörner noch unbekannt sind.