Im Technikum  des SIVUS-Instituts existiert ein Zyklon-Versuchsstand über einer horizontalen Messstrecke. In einem laufenden Projekt werden Abscheidevorgänge in Fliehkraftabscheidern untersucht. Bei der Untersuchung der Prozesse in Partikelabscheidern begrenzt sich die Aufmerksamkeit anderer Autoren im allgemeinen auf den Zykloninnenraum, welcher inzwischen gut erforscht ist. Bisher nicht untersucht wurden die Austauschvorgänge zwischen dem Zykloninnenraum und dem Zyklonbunker. In diesem Bereich befindet sich der so genannte Apexkegel, siehe Abbildung. Die Unkenntnis über diesen Bereich zeigt sich auch darin, dass es für den Apexkegel keine Auslegungsvorschriften nach DIN gibt, ganz im Gegenteil zu anderen Zyklonbauteilen. Damit stellt sich die Aufgabe, die Strömungs- und Austauschvorgänge im Apexkegel zu untersuchen. Diese wurden auch numerisch simuliert mittels CFD. Dabei wurde die Large-Eddy-Simulation LES angewendet. Die rechte Abbildung unten zeigt das Berechnungsgitter der Simulation mit 1.1 Mio. Knotenpunkten.

Im SIVUS-Institut wurde ein modularer Zyklonversuchsstand konzipiert und als Erweiterung zur bestehenden vertikalen Staubmessstrecke aufgebaut. Der gesamte Versuchsstand ist so ausgelegt, dass die vorhandene Technik des horizontalen Staubkanals ( Ventilator, Staubabscheidung etc.) optimal genutzt werden kann, siehe Abbildung. Der gesamte benötigte Stahlbau wurde aus zerleg- und wiederverwendbaren Elementen aufgebaut. Die Strömungsführung wurde, bis auf wenige Anpassteile, mit dem Ziel einer größtmöglichen Flexibilität mit Standardkomponenten ausgeführt.

Die wichtigen Bereiche des Zyklons sind direkt zugänglich. Es sind ohne großen Aufwand Zyklone verschiedener Größe einbaubar. Dabei wurde in Abstimmung mit möglichen Interessenten (Krupp-Polysius, Isu) darauf geachtet, dass die interessanten industriellen  Einsatzfälle abgedeckt werden können.

Für die Untersuchungen wurde ein modular aufgebauter Zyklon entwickelt und gefertigt. Er ermöglicht die schnelle Reinigung beim Wechsel der Abscheidegüter. Des weiteren sind in alle Elemente Fenster und Messstellen einbringbar. Dies ermöglicht den Zugang mit allen an der SIVUS gGmbH vorhandenen Messtechniken. Der Apexkegel ermöglicht durch einen Aufbau mit verstellbaren Spiegeln und Fenstern den optischen Zugang zum Apexspalt. Damit werden erstmalig direkte Messungen in dieser wichtigen Region von Zyklonen möglich. 
Seine Auslegungsdaten sind:

• Durchsatz            0,208 m³/s
• Drucksprung        4,820 Pa
• Beladung             0,0003
• Grenzkorngröße    1,5 µm

Untersuchungen am Zyklonversuchsstand

Nach der Inbetriebnahme des Versuchsstandes wurden die notwendigen Messstellen wie Temperatur- und Druckmessstellen sowie die Messstellen der Partikelgrößenverteilungen, installiert. Weiterhin wurde in einer Messkampagne sichergestellt, dass die Einlaufströmung in den Zyklon einer ausgebildeten Rohrströmung mit den in technischen Anwendungen üblichen Turbulenzgraden ist. Im Moment laufen Untersuchungen zur Optimierung der Anordnung des Apexkegels. Als Kriterium wird der Abscheidegrad des Zyklons, bestimmt über die Partikelgrößenverteilungen im Roh- und Reingas, verwendet. Hierzu wird der Zyklon im Auslegungspunkt mit einer geringen Partikelbeladung betrieben.

Kontakt: Dr.-Ing. Klaus Wozniak