PALENBERG, Stefan (Nordstr. 49, Köln, 50733, DE)
| SCHUTZANSPRÜCHE 1. Materialstromweiche (1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) zur Aufteilung eines Materialstromes (10, 10a) in mehr als einen Teilstrom (11, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g, 11h, 12, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h), aufweisend mindestens eine Zuleitung für den Materialstrom (10, 10a) und jeweils eine Ableitung (13, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h) und eine Abzweigung (14, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g, 14h) für je einen Teilstrom (11 , 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g, 11h, 12, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h), gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (16, 16f, 16g, 16h, 17, 18, 19, 20) zur Erzeugung eines im Wesentlichen zum Materialstrom (10, 10a) senkrechten Gasstromes (15, 15b, 15c, 15d) im Bereich einer Verzweigung der Zuleitung in eine Ableitung (13, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h) und einer Abzweigung (14, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g, 14h), wobei der im Wesentlichen senkrechte Gasstrom (15, 15b, 15c, 15d) den Materialstrom (10, 10a) pneumatisch in mehr als einen Teilstrom (11 , 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g, 11h, 12, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h) aufteilt. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen zum Materialstrom (10, 10a) senkrechte Gasstrom (15, 15b, 15c, 15d) unter Druck in den Bereich der Verzweigung der Zuleitung fließt. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zum Materialstrom (10, 10a) im Wesentlichen senkrechte Gasstrom (15, 15b, 15c, 15d) durch eine Unterdruckerzeugung im Bereich der Verzweigung aus der Zuleitung abfließt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine verstellbare Vorrichtung (19, 20) im Bereich der Bereich der Verzweigung der Zuleitung das Verhältnis der Öffnungsquerschnitte der Ableitung (13, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h) und der Abzweigung (14, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g, 14h) variiert. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Absperrung (19, 20) der Ableitung (13, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h) und/oder der Abzweigung (14, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g, 14h) vorgesehen ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (18) zur Kontrolle der Strahlcharakteristik des im Wesentlichen zum Materialstrom (10, 10a) senkrechten Gasstromes (15, 15b, 15c, 15d) vorgesehen sind. |
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes in mehr als einen Teilstrom, aufweisend mindestens eine Zuleitung für den Materialstrom und jeweils eine Ableitung für je einen Teilstrom.
STAND DER TECHNIK
Zur Verteilung von staub-, pulver- oder granulatförmigem Material durch ein Leitungssystem mit Verzweigungen wird das zu transportierende Material in einem Gastrom fluidisiert und mit Hilfe des fluidisierenden Gasstroms durch das Leitungssystem transportiert. An Abzweigungen, an denen der Materialstrom mit einem gewünschten Stromverhältnis aufgeteilt werden soll, werden Klappen, Lenkbleche oder spezielle Dosiersysteme verwendet, wobei die Dosiersysteme eine sehr präzise Aufteilung der Stromverhältnisse ermöglichen. In Anlagen zur Herstellung von Zement wird Kohlestaub als Brennstoff pneumatisch fluidisiert auf verschiedene Brenner verteilt, um die Verbrennungsbedingungen in der Anlage zu kontrollieren. Zur Verteilung des Kohlestaubs an die verschiedenen Brenner ist es nötig, die Brennstoffströme verlässlich zu kontrollieren. Auch hierzu werden an den Abzweigungsstellen Klappen, Lenkbleche oder spezielle Dosiersysteme verwendet. Allerdings ist das zu fördernde Material, Kohlestaub, sehr abrasiv, das bedeutet, dass der Kohlestaub das Leitungsmaterial durch Aufprall der einzelnen Kohleteilchen an die Wandungen des Leitungssystems und im Besonderen an den Abzweigungen abträgt. Gerade die Dosier- oder Abzweigungseinheiten, deren fehlerfreie Funktion für die Kontrolle der Verbrennungsbedingungen in der Zementanlage wichtig ist, unterliegen dabei einem sehr hohen Verschleiß. In Folge müssen die Klappen, die Lenkbleche oder die Dosiersysteme häufig überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht werden. Während dieser Zeit befindet sich die Anlage in einem nicht betreibbaren Zustand, so dass hohe Ausfallskosten entstehen.
In der DE 922 339 wird eine Vorrichtung zum selbsttätigen Einhalten des Füllstandes von staub- oder pulverförmigem Gut in Bunkern, Silos oder ähnlichen Behältern offenbart. Diese Vorrichtung ist eine Abzweigung in einem Leitungssystem für fluidisierte Güter mit einer speziellen räumlichen Ausgestaltung. Die Strömungsverhältnisse und ein in der Abzweigung vorhandenes Leitungsblech bewirken, eine Ablenkung des fluidisierten Guts in die eine oder in die andere Richtung der Leitungsabzweigung. Füllt sich ein an eine Abzweigung angeschlossenes Silo, so steigt der Gegendruck des Fluidisierungsgases, wodurch weniger Material in diese Abzweigung fließt. Leert sich das an die Abzweigung angeschlossene Silo, so verringert sich der Gegendruck und mehr fluidisiertes Material wird in die Abzweigung befördert. Diese Vorrichtung ist selbststeuernd, erlaubt keine Einstellung der Verteilung des Materialstromes auf die unterschiedlichen Abzweigungen und unterliegt dem oben genannten Verschleiß, da das in den Materialstrom hereinragende Blech die im Gasstrom fluidisierten Partikel ablenkt und dabei abgetragen wird.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes in mehr als einen Teilstrom zur Verfügung zu stellen, die einem geringeren Verschleiß ausgesetzt ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines im Wesentlichen zum Materialstrom senkrechten Gasstromes im Bereich einer Verzweigung der Zuleitung in mehr als eine Ableitung, wobei der im Wesentlichen senkrechte Gasstrom den Materialstrom pneumatisch in mehr als einen Teilstrom aufteilt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung macht sich einen Lenkstrom aus Fluidisierungsgas zu nutze, um den Materialstrom pneumatisch aufzuteilen. Hierdurch ist die Verwendung einer verschleißempfindlichen Klappe, eines Ablenkbleches oder eines Dosiersystems entbehrlich, wodurch die Standzeit der Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes erheblich erhöht wird und in Folge dessen weniger Ausfälle der dazugehörigen Anlage in Kauf genommen werden müssen. FIGURENBESCHREIBUNG
Das Funktionspnnzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes mit einem Lenkstrom in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes in einer zweiten Ausführungsform mit Mitteln zur Beeinflussung eines Lenkstromes,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes in einer dritten Ausführungsform mit unterschiedlichen Ableitungsquerschnitten,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes in einer vierten Ausführungsform mit unterschiedlichen Ableitungsquerschnitten,
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes in einer fünften Ausführungsform mit Absaugvorrichtung zur Erzeugung eines Lenkstromes,
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes in einer sechsten Ausführungsform mit Mitteln zur Veränderung der Ableitungsquerschnitte,
Fig. 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes in einer siebten Ausführungsform mit Mitteln zur Veränderung der Ableitungsquerschnitte,
Fig. 8 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes in einer achten Ausführungsform mit einer Kombination eines Lenkstroms und einer Absaugvorrichtung. In den Figuren 1 bis 8 sind unterschiedliche Ausgestaltungen der erfindungsgemä- ßen Matenalstromweiche 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 zur Aufteilung eines Materialstromes skizzenhaft dargestellt, wobei in jeweils einer der oben genannten Figuren jeweils ein erfindungsgemäßes Merkmal dargestellt ist, welches mit anderen erfindungsgemäßen Merkmalen, dargestellt in jeweils anderen Figuren, kombiniert werden kann, um die Funktion der erfindungsgemäßen Materialstromweiche 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 anzupassen. Um eine bloße Permutation der einzelnen, erfindungsgemäßen Merkmale zu vermeiden, wird daher auf die Darstellung aller Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Materialstromweiche, die lediglich Kombinationen der in den Figuren 1 bis 8 dargestellten, erfindungsgemäßen Merkmale aufweist, verzichtet.
In Figur 1 ist eine Materialstromweiche 1 zur Aufteilung eines Materialstromes 10 dargestellt, in welcher dieser Materialstrom 10, der aus einem in einem Trägergas fluidisiertem Staub, Pulver oder Granulat besteht, durch die Materialstromweiche 1 pneumatisch in zwei Teilströme 1 1 und 12 aufgeteilt wird, wobei diese Teilströme 1 1 und 12 durch die Ableitung 13 und durch die Abzweigung 14 aus der Materialstromweiche 1 abfließen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Verhältnis der Teilströme 1 1 und 12 mit Hilfe eines Lenkstromes 15 aus einem zu oben genannten Trägergas identischen oder anderem Trägergas zu kontrollieren. Ist der Lenkstrom 15 im Verhältnis zum Materialstrom 10 stark, so wird ein großer Teil des Materialstromes 10 in die Abzweigung 14 abgelenkt, so dass Teilstrom 12 in Abzweigung 14 mehr fluidisiertes Material abtransportiert als Teilstrom 1 1 in Ableitung 13. Ist der Lenkstrom 15 jedoch schwach im Verhältnis zum Materialstrom 10, so wird nur wenig fluidisiertes Material in die Abzweigung 14 abgelenkt und Teilstrom 1 1 in Ableitung 13 transportiert mehr fluidisiertes Material ab als Teilstrom 12 in Abzweigung 14. Durch die Stärke des Lenkstromes 15 wird also das Teilungsverhältnis eingestellt, durch welches die Stärken der Teilströme 1 1 und 12 bestimmt werden. Bei der Auslegung der Eindüsungsstelle 17 ist darauf zu achten, wie der Lenkstrom 15 in den Materialstrom 10 einfließt. Dieser sollte im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des Materialstromes 10 erfolgen, kann jedoch davon abweichen, um die Strömungsverhältnisse für eine optimale Auftrennung des Materialstromes 10 anzupassen und zu optimieren. Bei gut eingestelltem Lenkstrom 15 treffen nur wenig bis gar keine Partikel des Materialstromes 10 auf die Wandungen der Ableitung 13 und der Abzweigung 14, so dass die Materialstromweiche 1 nicht einem erhöhten Verschleiß durch Abrasion unterliegt.
Die Materialstromweiche 1 nach Figur 1 weist in der Regel einen Sichtereffekt auf, wenn keine Maßnahmen getroffen werden, diesen Effekt zu verhindern. Der
Sichtereffekt bewirkt eine Aufteilung unterschiedlicher Partikelgrößenfraktionen zwischen Teilstrom 1 1 und 12. Durch den Lenkstrom 15 werden nämlich bevorzugt leichtere Partikel abgelenkt und größere, trägere Partikel verbleiben in der ursprünglichen Bahn, welche diese im Materialstrom 10 eingenommen haben. Durch einen nicht berücksichtigten Sichtereffekt wird also Teilstrom 1 1 bevorzugt eine gröbere Partikelfraktion aufweisen und Teilstrom 12 wird bevorzugt eine feinere, gesichtete Partikelfraktion aufweisen.
Um diesen Effekt zu verhindern, ist vorgesehen, Mittel zur Beeinflussung des Lenkstrahls 15b einzusetzen, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Mittel zur Beeinflussung des Lenkstrahls 15b sind im einfachsten Fall einfache Schieber, eine Blendenöffnung oder auch eine Vorrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Strahlcharakteristiken und -stärken, wie eine Düse 18. Durch diese Mittel kann der Lenkstrahl 15b bei hoher Strömungsgeschwindigkeit einen räumlich begrenzten Raum einnehmen und somit sämtliche Partikel im Raum des Lenkstrahls 15 in die Abzweigung 14b ablenken. Die Einstellung des Teilungsverhältnisses von Teilstrom 1 1 b zu Teilstrom 12b wird somit dadurch eingestellt, dass nur ein Teil des Materialstromes 10 vom Lenkstrom 15b beeinflusst wird. An dieser Stelle werden also alle Partikel abgelenkt, hingegen werden die in den nicht vom Lenkstrahl 15b beeinflussten Gebieten des Materialstroms 10 fließenden Partikel nicht abgelenkt und verlassen die Materialstromweiche 2 durch Ableitung 13b. Die räumliche Auftrennung des Lenkstrahls 15b verhindert den oben genannten Sichtereffekt, so dass bei unterstellter gleichmäßiger Verteilung unterschiedlich großer Partikel in Materialstrom 10 die
Partikelgrößenverteilung in Teilstrom 1 1 b und 12b gleich ist.
In Figur 3 ist eine statische Materialstromweiche 3 zur Aufteilung eines Materialstromes 10 dargestellt, wobei Materialstrom 10 in zwei unterschiedliche Teilströme 1 1 c und 12c unterschiedlicher Stärke aufgeteilt wird. Das Teilungsverhältnis der Teil- ströme 1 1 c und 12c ist zum einen Teil vorgegeben durch das Verhältnis der Leitungsquerschnitte der Ableitung 13c und Abzweigung 14c und zum anderen Teil durch das Verhältnis der Stärke des Materialstromes 10 zur Stärke des Lenkstroms 15c. In der Materialstromweiche 3 ist der Leitungsquerschnitt der Ableitung 13c deutlich größer als der Leitungsquerschnitt der Abzweigung 14c. Dadurch fließt der größere Teil des Materialstroms 10 durch die Ableitung 13c, weil diese aufgrund des größeren Leitungsquerschnittes einen geringeren Strömungswiderstand aufweist als die Abzweigung 14c und folglich fließt auch ein größerer Teil der fluidisierten Partikel des Materialstromes 10 durch die Ableitung 13c in Teilstrom 1 1 c.
In Figur 4 ist eine zur Materialstromweiche 3 alternative Materialstromweiche 4 dargestellt, in der das Verhältnis der Leitungsquerschnitte von Ableitung 13d zu Abzweigung 14d gegenüber Materialstromweiche 3 vertauscht ist. In Materialstromweiche 4 fließt der größere Teil des Lenkstromes 15d durch die Abzweigung 14d, so dass ein größerer Teil des Materialstromes 10 in Materialstromweiche 4 über Teilstrom 12d in Abzweigung 14d verlässt.
Durch Einströmen von zusätzlichem Trägergas als Lenkstrom 15, 15b, 15c, 15d wird in den Materialstromweichen 1 , 2, 3 und 4 der Materialstrom 10 in den Teilströmen
1 1 , 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d und 12, 12b, 12c und 12d verdünnt und, sofern besondere Anforderungen an die Qualität des Trägergases in den Teilströmen 1 1 , 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d und
12, 12b, 12c und 12d gestellt werden, wie Temperatur, Feuchtigkeit, ein bestimmter Anteil von Sauerstoff oder anderen Gasen, auch noch in seiner Zusammensetzung verändert. Um zu verhindern, dass durch den Lenkstrom 15, 15b, 15c und 15d, dessen Trägergas nicht immer aus der selben Quelle stammt wie das zur Fluidisierung des Materialstromes 10 verwendete Trägergas, ist - wie in Figur 5 dargestellt - vorgesehen, den Materialstrom 10a mit mehr Trägergas zu beaufschlagen, so dass der Materialstrom 10a durch das Trägergas verdünnt ist und weniger Partikel pro Trägergasmenge aufweist. Um die Partikelkonzentration in den Teilströmen 1 1 e und 12e wieder zu erhöhen, wird statt Einströmen eines Trägergases als Lenkstrom 15, 15b, 15c oder 15d in den Materialstromweichen 1 bis 4 Trägergas durch einen Abzug 16 abgezogen, wodurch ein Unterdruck erzeugt wird. Durch das Abziehen von Träger- gas durch Unterdruckerzeugung in Abzweigung 14e in Mate alstromweiche 5 entsteht ein Nettoeffekt wie bei der Einströmung von Trägergas durch einen Lenkstrom 15, 15b, 15c oder 15d, nämlich, dass ein zum Materialstrom 10a im Wesentlich senkrechter Gasstromanteil entsteht, der als Trägergasteilstrom abgezogen wird. Diesem Querstromanteil folgt ein Teil des Materialstromes 10a, so dass Materialstrom 10a in zwei Teilströme 1 1 e und 12e aufgeteilt wird. Durch diese Art der Querstromerzeugung bleibt die Zusammensetzung des Trägergases unverändert und, sofern die Menge des abgezogenen Trägergases genauso groß ist, wie die zusätzliche Menge an Trägergas dem Materialstrom 10a hinzugefügt wurde, die Partikelkonzentration in den Teilströmen 1 1 e und 12e weist die ursprüngliche Konzentration an Partikeln auf.
In Figur 6 ist eine Ausgestaltung der Materialstromweiche 6 zur Aufteilung eines Materialstromes 10a dargestellt, in welcher eine einstellbare Pendelklappe 19 das effektive Verhältnis der Leitungsquerschnitte der Ableitung 13f und Abzweigung 14f bestimmt. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass sich die einstellbare Pendelklappe 19 von einer Klappe in einer ungesteuerten Vorrichtung zur Aufteilung eines Materialstromes dadurch unterscheidet, dass sie nicht im Materialstrom 10a liegt und dort einer erhöhten Abrasion ausgesetzt ist, sondern der Materialstrom 10a folgt dem Trägergas, das durch Abziehen eines Teils des Trägergases - wie in Figur 6 dargestellt - oder durch Einführen eines Lenkstromes 15, 15b, 15c oder 15d in zwei Teilströme 1 1f und 12f aufgeteilt wird, ohne dass die einstellbare Pendelklappe 19 die Partikel mechanisch umleitet. Die einstellbare Pendelklappe 19 kann mechanisch auch soweit eingestellt werden, dass der Querschnitt der Ableitung 13f oder der Abzweigung 14f geschlossen ist.
Wie in Figur 7 dargestellt, kann die Materialstromweiche 6 zur Aufteilung eines Materialstromes 10a nach Figur 6 mit einer Pendelklappe 19 in Ausgestaltung der Erfindung auch mit einem vertikal- oder -hier nicht dargestellten- horizontal verschiebbaren Schubelement 20 versehen sein, um das Querschnittsverhältnis zwischen den freien Querschnitten der Ableitung 13g und 14g einzustellen. Auch das vertikal- oder -hier nicht dargestellte- horizontal verschiebbare Schubelement 20 kann mechanisch auch soweit eingestellt werden, dass der Querschnitt der Ableitung 13g oder der Abzweigung 14g geschlossen ist. In Figur 8 ist schließlich eine Kombination einer Zuleitung für einen Lenkstrom 15h und einer Ableitung 16h für Trägergas dargestellt, wobei diese Kombination dafür sorgt, dass die Partikelkonzentration im Trägergas 10a nach der Aufteilung durch einen pneumatischen Lenkstrom 15h unverändert ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 - 8 Materialstromweiche 14b-14e Abzweigung
10 Materialstrom 15 Lenkstrom
10a Materialstrom, verdünnt 15b-15d Lenkstrom
15h Lenkstrom
1 1 Teil ström
1 1 b-1 1 h Teilstrom
16 Abzug
12 Teil Strom 16f-16h Abzug
12b - 12h Teilstrom
17 Eindüsungsstelle
13 Ableitung 18 Düse
13b-13e Ableitung 19 Pendelklappe
20 Schubelement
14 Abzweigung