Vergleich und Beurteilung von Abscheidemodellen zur Zyklonauslegung
Auszug aus: Michael Hillers, Berechnungsmodelle für Zyklonabscheider – Vorstellung, Vergleich und Beurteilung von Abscheidemodellen zur Zyklonauslegung, VDM Verlag Dr. Müller, Saarbrücken 2009, S. 145- S. 150, ISBN 978-3-639-13195-6
im Folgenden werden Schwachpunkte einzelner Modelle dargestellt. Die Untersuchung dieser Punkte ist die Grundlage diesbezüglicher Verbesserungsvorschläge an einzelnen Modellen, insbesondere am Modell von Lorenz.
Zur Untersuchung des Einflusses der Beladung auf die vorhergesagten Abscheidegrade und Druckverluste wird im Folgenden für ansonsten konstante Bedingungen die Rohgasbeladung über den Wertebereich von 1 e-5 kg/kg bis 5 kg/kg variiert. Die Zyklondaten sind einem Berechnungsbeispiel zum Muschelknautz-Modell ([Mus97.1]) mit einer Beladung von 5 kg/kg entnommen. Aufgrund der Literaturaussagen bzgl. der Genauigkeit des Muschelknautz-Modells und der Herkunft des Beispiels werden dessen Ergebnisse als realistisch angenommen und mit den Ergebnissen der anderen Modelle verglichen.
Abb. 128: Einfluss der Gasbeladung auf den Abscheidegrad; Beispiel nach Muschelknautz ([Mus97.1])
Abb. 129: Einfluss der Gasbeladung auf den Druckverlust; Beispiel nach Muschelknautz ([Mus97.1])
Tab. 25: Abscheidegrade und Druckverluste nach den einzelnen Berechnungsverfahren, Abweichungen gegenüber der Berechnung nach Muschelknautz; nach [Mus97.1]
Ein weiterer Vergleich wird nachfolgend vorgestellt. Für die Geometrie B des Versuchszyklons nach Staudinger bei einem Volumenstrom von 800 m³/h wurde hier die Beladung zwischen 1e-4 kg/kg und 10 kg/kg variiert.
Abb. 130: Einfluss der Beladung auf den Druckverlust; Geometrie B nach Staudinger
Abb. 131: Einfluss der Beladung auf den Abscheidegrad; Geometrie B nach Staudinger
Tab. 26: Abscheidegrade und Druckverluste nach den einzelnen Berechnungsverfahren, Abweichungen gegenüber der Berechnung nach Muschelknautz; Zyklongeometrie B nach Staudinger ([Sta99]), 800 m³/h
Das Modell von Meißner im Mothes-Modell basiert auf einer gutfreien Gasströmung. Das Strömungsfeld ist somit unabhängig von der Gutsbeladung. Der Druckverlust ist daher beladungsunabhängig. Da die für die Wandabscheidung maßgebliche Umfangs-geschwindigkeit aus dem genannten Grund ebenfalls beladungsunabhängig ist, sind die Fraktionsabscheidegrade ebenfalls nicht von der Beladung abhängig.
Das Lorenz-Modell berücksichtigt die beladungsabhängige Reibung der Gasströmung im Zyklon. Infolge der durch Gut erhöhten Wandreibung wird die Umfangsgeschwindigkeit der Gasströmung vermindert. Hierdurch werden Tauchrohr- und Gesamtdruckverlust reduziert. Infolge der reduzierten Umfangsgeschwindigkeit sinkt der Abscheidegrad mit zunehmender Beladung.
Für das Abscheidemodell von Muschelknautz und Trefz gelten bezüglich des Druckverlusts die gleichen Aussagen wie für die Berechnung nach Lorenz. Darüber hinaus sagt es aufgrund des Mechanismus der Strähnenabscheidung infolge Überschreitens der Grenzbeladung ein Ansteigen des Gesamtabscheidegrads bei zunehmender Gasbeladung voraus.
Die Modelle von Lorenz und Muschelknautz sind somit die einzigen, die den Einfluss der Gasbeladung auf den Druckverlust qualitativ richtig wiedergeben. Das Muschelknautz-Modell ist das einzige, das darüber hinaus auch den Einfluss der Rohgasbeladung auf den Gesamtabscheidegrad qualitativ richtig wiedergibt. Unterhalb einer Beladung von 0,1 kg/kg weichen die nach den anderen Modellen berechneten Abscheidegrade um weniger als 5 % vom Abscheidegrad nach Muschelknautz ab.