FÖRDER- UND LAG ERTECHNIK
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Christian Fürll, Potsdam-Born i m , und Udo Kra nz, Rostock
Staubbelastungen vermeiden
Optimieren von Zyklonen für das Befüllen von Kraftfuttersilos
Das pneumatische Befü l len von Kraftlut
tersilos über Zyklone vermi ndert die Entm ischung des Gutes im Silo. Der zulässige Grenzwert des Staubgehaltes in der Abluft ist jedoch ohne Zell radschleu
se nur schwer einzuhalten. Die Untersu
chungen haben gezeigt, daß d ies gelingt, wenn der Zyklon für den jeweiligen Ei nsatzfall optimiert wird und der Ab
schlußkegel am Zyklonausgang i n der richtigen Lage angeordnet ist. Auf eine zusätzl iche Nachentstaubung mit Filtern kann dann verzichtet werden.
F
rühere U ntersuchungen haben gezeigt, daß bei m pneu matischen Füllen von Kraftfuttersilos das Tren nen von Förderluft u nd Gut vor dem Ei ntritt in das Si
lo die Entmischung i nfolge von Luftströ
mungen vermindert [ 1 ] . U m jedoch die ü ber das Ta uchrohr des Zyklons entwei
chende Abluft n icht noch zusätzlich durch nachgeschaltete Filter entstauben zu müssen, ist eine optimale Dimensio
n ierung erforderlich . Der Grenzwert für den Staubgehalt in der Abluft beträgt nach der TA - Luft 50 mg/Nm3. Aber schon jetzt werden in einigen Kom m u nen geringere Staubgehalte vorgeschrieben .
Nachfolgend werden zunächst d ie Ein
flußgrößen analysiert und Möglichkeiten für eine Optim ierung aufgezeigt. Danach wird für Kraftfuttersilos, d ie i n den ost
deutschen Bundeslä ndern in großer Stückzah l vorhanden sind, ein Zyklon d i
mensioniert und ü ber Einsatzuntersu
chungen berichtet.
Ana lyse der Einflußgrößen
Zur Berechnung von Zyklonen wurden von M uschelkna utz [2] für die kom pli
zierten Strömu ngsverhältnisse verein
fachte Modellvorstellungen entwickelt.
Weitere Optimierungen durch U ntersu
chu ngen über den Einfluß versch iedener
Priv. Doz. Dr. -lng. habil. Christian Für// leitet die Abt. Technik der Aufbereitung, Lagerung und Konservierung im ATB Potsdam-Bornim (Wiss. Direktor: Prof. Dr. -/ng. J. Zaske), Max
Eyth-A/Iee 100, 14469 Potsdam-Bornim, e
mail: cfuerll@atb. uni-potsdam. de Dip/. lng. Udo Kranz ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Umwelttechnik, FB Maschinenbau/Schiffstechnik der Universität Rostock (Leiter: Prof Dr.-lng. habil. Dieter Steinbrecht).
Referierter Beitrag der Landtechnik 132
Zyklon parameter auf die Abscheid ung wurden u nter Leitung von Löffler [3]
durchgeführt.
Wäh rend der Bewegung im Wirbel mit dem Radius r; wirken a uf ein Staubteil
chen bei der U mfangsgeschwindigkeit u;
und der Radialgeschwind igkeit w; d ie Zentrifugalkraft Fz, d ie Widerstandskraft Fw und d ie Druckkraft Fp, die a ber bei Ga
sen vernachlässigt werden kan n . Für Par
tikel mit der G röße Xp, dem Volumen Vp, der Dichte pp, der Anströmfläche AP, dem Widersta ndsbeiwert cw sowie für d ie Gas
dichte PG und die dynamische Zähigkeit des Gases 11 sind: u?
• Zentrifuga lkraft: Fz = PP · Vp · - ( 1 ) r;
• Widerstandskraft:
- allgemein: Fw = Cw • AP · PG • w? (2)
2 - bei laminarer Umströmung:
Fw = 3 · 1r · YJ • W; · Xp (3) Aus dem Kräftegleichgewicht Fz = Fw er
hält man nach weiteren Schritten und u n
ter Einfügen des Gasvolumenstromes VG, des Radius r, des Ta uchrohres, der Höhe h; des Abscheideraumes, der Tauchrühr
geschwindigkeit V; und der Querschn itts
fläche des Tauchrohres A; für den G renz
korndurchmesser
x�
d ie G leichung (4):X� = 3A; · � U; ·
j
1T • h; . (pp -pG) . VG.
(4) Durch verschiedene Einflußfaktoren erfolgt praktisch d ie Abscheidung der Sta ubpa rtikel n icht exakt beim Grenz
korn . ln Versuchen wurden für be
stim mte Zyklontypen Fra ktionsa b
scheidegradverläufe ermittelt, d ie a us
sagen, welcher Anteil
T(xp)
i nAbhängigkeit vom bezogenen Partikel
d u rchmesser Xp/Xp a bgeschieden wird [2]. Die Verläufe für den Fraktionsab
scheidegrad sind una bhängig von der Baugröße.
Nach G leich ung (4) wird der G renz
korndurchmesser kleiner, wen n :
• d ie U mfangsgeschwindigkeit u;
größer,
Bild 1 : Konstruktionsparameter des Zyklons
Fig. 1 : Design parameter of the cyclone
• die Zyklon höhe h; größer und
• die Querschnittsfläche A; kleiner wer- den.
Ü berschreitet d ie Sta u bbelad u ng eine bestimmte G renzkonzentration !l-Gr, wird ein Anteil T1 sofort bei Eintritt des staub
beladenen Rohgases m it der Gesamtbe
ladung I-lA a bgeschiede n :
(5) Für die Grenzbeladung !lGr gibt es in der Literatur mehrere Gleichungen [3, 4, 5].
Der Sta u ba nteil , der i n d ie Wirbelströ
mung gelangt, wird nach den Fraktions
a bscheidekurven
T(xp)
a bgeschieden.M it dem Massea nteil qA (Xp) einer Teil
chengrößenfraktion
�x
berechnet sich d ieser Anteil T2 nach der G leichung:n
T2
= I T(Xp)
. GA(Xp) . LlXp (6)i=l
Aus beiden Anteilen e rhält man den Ge
samta bscheidegrad Tges zu:
Tges = T1 + T2 · (1 - T1J (7) Dimensionierung und Konstruktion Die Berechnung eines Zyklons ist in der Regel n icht in einem einzigen Schritt möglich, m a n m u ß sich a lso iterativ mit mehreren Rechnungen einer optimalen Konstruktion nähern. U nterstützu ng ge
ben hierbei Auslegungsdiagramme [2]
und Richtwerte für bewährte Geometrie-
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__ Zyklonelnlaul cyciOne in#&l______ Abschlußkegel e.'ld>o�
53. Jahrgang LANDTEC H N I K 3/98
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verhältnisse. Die Berechnung des Zy
klons erfolgte für Kraftfutter mit den Para
metern: Gutdichte PG: 1450 kg/m3, mitt
lere Partikelgröße Xso,3: 2.46 mm, G ut
Massestrom mp: 20000 kg/h , G ut-Volumenstrom Vp: 40 m3/h und e i
nem Luftvolumenstrom VG = 660 m3/h . Der notwendige Gesamtabscheidegrad Tges ergibt sich aus den Forderungen der TA - Luft mit Tges = 0,999998.
M it d ieser Aufgabenstellung wurde ein Zyklon berechnet und dimensioniert [6]
( Bild 1).
Der rechnerische Gesamtabscheide
grad ergibt sich für diesen Zyklon zu Tges
= 1 ,0. Unter praktischen Einsatzuntersu
chungen muß insbesondere der Einfluß der Anord n u ng des Abschlußkegels a uf die Abscheid ung festgestellt werden. Die
ser wurde vorgesehen, um auf d ie a n sich wirkungsvollere Zellradschleuse mit ei
nem zusätzlichen Antrieb verzichten zu können.
Versuche
Für derartige Versuche steht im I nstitut für Agrartechnik Bornim eine Fullscale
Anlage zur Verfügung. Um d ie Meßergeb
nisse auf die praktische Anwendung in landwirtschaftlichen Betrieben beziehen zu können, wurden d ie Versuche mit ei
nem G utmassestrom von 20 t/h d u rchge
führt.
Die Bestimmung des Stau bgehaltes im Reingas erfolgte nach dem Prinzi p der Teilstromentnahme mit der Sta ubmeßein
richtung STE4 der Firma Ströhlein . Für die Messungen wurde ein vertika les Meß
roh r auf das Tauchrohr (Abluftrohr) a uf
gesetzt. Die Teilstromentnahme erfolgte in der Meßrohrmitte im Rohrmittelpunkt, da d ie Sta ubbeladung in einer vertikalen Rohrleitung mit ausgeprägter turbulenter Strömung ü ber dem gesamten Quer
sch nitt gleich ist. Die Versuche wurden mit d rei verschiedenen Ringspaltflächen zwischen Abschl u ßkegel und Zyklon in
nenwand sowie zwei unterschiedlichen Tauchrohrdurchmessern durchgeführt.
Neben dem Stau bgehalt in der Abluft sind auch d ie Luftvolumenströme nach dem Luftstromerzeuger und nach dem Zyklon gemessen worden [7].
Ergebnisse
in den U ntersuch u ngen wurde deutlich, daß das Abscheideverha lten von Zyklo
nen nur näherungsweise berechnet wer
den kann . Vor allem wenn a uf Zell rad
sch leusen am Zyklonaustrag verzichtet wird , sind Experimente unumgänglich.
Das Hauptproblem besteht darin, den R i ngspalt zwischen Abschlußkegel und Zykloninnenwand möglichst klein zu hal
ten , damit d ie Luftströmung nicht in den Silo entweicht. Andererseits muß jedoch
53. Jahrgang LAN DTECHN I K 3/98
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Q.. 400 -1---Bild 2: Staubgehalt in der Abluft des Zyklons in Abhängigkeit von der Ringspaltfläche zwischen Abschlußke
gel und Zykloninnen
wand
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Grenzwert Border V alue
Fig. 2: Dust content in the waste air of the cyclone, depending an the ring gap between the cone end and the
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o +--J----L--+--�--�--�--243 312 386
Ringspaltfläche zwischen Abschlußkegel und Zykloninnenwand in cm•
Circle Area be/Y.een End Gone and Cyclone Inside Wall
cyc/one inner wa/1 "---...J
durch den R ingspalt das gesamte a bge
sch iedene G ut a usgetragen werden kön
nen. Durch die Experimente an der groß
technischen Siloversuchsanlage des ATB konnten d iese Probleme gelöst werden . Der G utaustrag erfolgt bei den erm ittel
ten, optimalen Geometriepara metern störungsfrei ; es gi bt nur einen geringen Leckluftstrom , der in den Silo gelangt. Der zulässige Stau bemissionsgrenzwert von 50 mg/Nm3 wird nach den Erprobungser
gebn issen und unter den praxisrelevan
ten Betriebsbedingungen unterschritten . E i n e Nachentsta u bung ist im Gegensatz zu vielen ähn lichen Einsatzfällen n icht er
forderlich ( Bild 2).
Bei einem zu kleinen Ringspalt von 243 cm2 wird das Abfließen des Gutes verzö
gert, so daß bereits a bgeschiedenes Gut wieder in die Tauchrohrströmu ng gelangt und den Staubgehalt im Reingas erhöht.
Diese Gefa h r besteht bei der größeren Ringspaltfläche von 386 cm2 nicht. J e
doch ist hier das Optimum von 3 1 2 cm2 ü berschritten, wodurch sich der Leckluft
strom erhöht. und bereits a bgeschiedenes G ut wieder a ufgewirbelt wird (Bild 2). Eine Verringerung des Tauchrohrdurchmes
sers von 100 mm auf 80 mm brachte kei
ne Verbesserungen. Es wurde erkennbar, daß es für jede Kombination Tauchrohr Abschlußkegel ein Optimum gibt.
Schl ußfolgerungen
Die U ntersuchungen haben gezeigt, daß man Zyklonabscheider für das Befüllen von Kraftfuttersilos so optimieren kan n , daß d ie geltenden Stau bemissionsgrenz
werte nicht ü berschritten werden. Zusätz
liche filternde Abscheider zur Nachent
staubung sind deshal b nicht wie sonst ü blich erforderlich. Bei Verwendung von Abschlußkegeln am Zyklonausgang an
stelle von Zellradschleusen müssen je
doch experimentelle U ntersuch ungen zum Bestimmen der optimalen Anord
nung des Abschlußkegels durchgeführt werden.
Literatur
Bücher sind mit • gezeichnet
[ 1 ) Für//, Ch.: Entmischung in Schüttgutsilos. Auf
bereitungs-Technik 33 ( 1992), H . 7, S. 394- 401
[2) Musche/knautz, E. : Die Berechn u ng von Zy
klonabscheidern für Gase. Chemie-l ng.-Te
chn. 44 ( 1972), H . 1+2, S. 63-71
[3) • Löffler, F.: Staubabscheiden. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1988
[ 4) • Fritz, W und H. Kern: Reinigung von Abga
sen. 3. Aufl., Vogei-Buchverlag, Würzburg, 1992
[5) • Birr, R. : U meltschutztechnik. 5. Aufl . , Dt.
Verlag für Grundstoffindustrie, 1992 [6) Kranz, U. : Berechnung u n d Konstruktion ei
nes Zyklonabscheiders für das Befüllen von Futtermittelsilos. Studienarbeit am l nst. für Agrartechn . Bornim, Univ. Rostock, 1 996 [7) Kranz, U.: Untersuchung und Optimierung ei
ner Entstaubungsanlage für Trockenmisch
futtersilos. Projektarbeit am l nst. für Agrarte
chn. Bornim, Univ. Rostock, 1996
Sch l üsselwörter
Zyklon, Entsta u bung, Stau b
Keywords
Cyclone, d ust removal, d ust
Vorschau
ln der August-Ausga be Ihrer LAND
TEC H N I K berichten wir u nter anderem ü ber:
• Bildverarbeitung bei der Getrei
deernte
• Zur Auslegung von Reinigungsein
richtungen beim Mähdrescher
• Erfahrungen mit der Ortung bei m Mähdrusch
• Verbesserter Schwingungssch utz von Fahrersitzen
• Düngereinspeisung bei der Direkt
saat
• Erste Einsatzerfahrungen mit auto
matischen Melksystemen
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