Optimierte Durchsatzleistung, Strömung und Differenzdruck von Zentrifugalabscheider

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Das Ziel eines zweiten Forschungsprojekts mit dem Institut für Materialfeuchte und dem MVM war ein Verfahren zum ressourcen- und energieeffizienten Recycling von Phosphor aus kommunalen und industriellen Abwässern. Zunächst wurde mit einer Hydrozyklon-Kaskade gearbeitet. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde ein neuartiger zweistufiger Multizyklon „Prototyp“ entwickelt, der einen Durchsatz von 25 m³/h ermöglicht. Der „Prototyp“ besteht im Inneren aus einem herkömmlichen WTZA-Zentrifugalabscheider und außen aus einem Multizyklon mit vier oder sechs kleinen Zyklonen und Verteilerplatte.

Aus den Testreihenergebnissen der Multizyklone resultierte zudem, dass der Trenngrad stark von dem des Einzelzyklons abhängig ist. In einem Kooperationsprojekt mit dem Fraunhofer Institut Stuttgart hat Wolftechnik deshalb die Standardgeräte der WTZA-Zentrifugalabscheider hin zu einer besseren Abscheidung optimiert. Das führte zu dem Modell „-XE“ (extra Efficiency) mit einem dünneren und schlankeren Design. Durch das schlankere Design erhöhen sich im Zentrifugalabscheider die Geschwindigkeiten und Kräfte, die für die Partikelabtrennung bestimmend sind. Die bessere Partikelabscheidung geht allerdings zulasten des Differenzdrucks und somit des Energieverbrauchs an der Pumpe.

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Der Vergleich zeigt, dass das optimierte Standardgerät WTZA-XE eine hohe Trennleistung bei realtiv geringem Druckverlust bietet.

Die Verteilerplatte stellt eine definierte Strömungsverteilung zu den einzelnen Zyklonen sicher, wodurch die Rückhalterate verbessert wird.

Optimierter Zyklon WTDZA-PP-XE im Vgl. zu herkömmlichem WTDZA-PP –
Optimierter Zyklon „XE“ (links) mit einem dünneren, schlankeren Design und höherer Abtrennleitung

Ein Vergleich der Zyklon-Varianten in einer Testanlage für Durchsatzleistung zu Differenzdruck brachte ein interessantes Ergebnis: Die maximale Partikelgröße im Überlauf des „Prototyps“ war um 20 μm kleiner als die im optimierten Standardgerät WTZA-XE und deutlich kleiner als die im Überlauf des Standradgeräts WTZA und im Multizyklon WTMZA. Somit wird mit dem „Prototyp“ die beste Effizienz erreicht, er trennt am besten.

Allerdings ist das Gerät im Vergleich zu herkömmlichen Geräten und zum optimierten Standardgerät WTZA-XE deutlich teuer und arbeitet bei einem relativ hohen Differenzdruck, was auch den Betrieb in Bezug auf die Energiekosten und den Verschleiß der Pumpe teuer macht. Das optimierte Standardgerät WTZA-XE weist im Vergleich zum „Prototyp“ einen geringeren Druckverlust auf. Trotz der deutlich besseren Trennleistung liegt der gemessene Differenzdruck nur gering über dem des Standardgeräts. Unter den vier Varianten schnitt der WTZA-XE somit am besten ab – inklusive der Betrachtung von Anschaffungs- und Betriebskosten.

Zusatz: Das PDF „Vergleich Zyklone Partikelabscheideraten“ zeigt ergänzend zum Fachbericht die Messkurven der einzelnen Zyklone aus den Testreihen und einen direkten Vergleich zwischen optimiertem Standardgerät und zweistufigem Multizyklon-Prototyp. Klicken Sie hier zum Download.

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Ergebnisse auf einen Blick

Eine Steigerung der Rückhalterate (Qualität) bei Zyklonen lässt den Differenzdruck zwischen Zulauf und Ablauf ansteigen. Da sich dadurch die Pumpenleistung an der Anlage erhöht (Wirtschaftlichkeit), muss dieser Aspekt bei der Optimierung der Rückhalterate berücksichtigt werden.

Eine neu entwickelte Verteilerplatte am WTMZA Wolftechnik Multizyklon stellt eine definierte Strömungsverteilung zu den einzelnen Zyklonen sicher, wodurch die Rückhalterate verbessert wird.

Testreihen mit Multizyklonen zeigen, dass der Trenngrad stark von dem des Einzelzyklons abhängig ist. Wolftechnik hat deshalb die Standardgeräte der WTZA Wolftechnik-Zentrifugalabscheider hin zu einer besseren Abscheidung optimiert und das neue Modell WTZA-XE (eXtra Efficiency) mit einem dünneren und schlankeren Design entwickelt. Durch das schlankere Design erhöhen sich im Zentrifugalabscheider die Geschwindigkeiten und Kräfte, die für die Partikelabtrennung bestimmend sind.

Trotz einer deutlich besseren Trennleistung des WTZA-XE Wolftechnik Zentrifugalabscheider (Steigerung des Trennkorns/Rückhalterate) im Vergleich zum Standardgeräts WTZA, liegt der Differenzdruck nur gering über dem des Standardgeräts. Unter vier getesteten Varianten, darunter ein ebenfalls neu entwickelter zweistufigen Multizyklon, schnitt der WTZA-XE Wolftechnik Zentrifugalabscheider im Gesamtvergleich, inklusive der Anschaffungs- und Betriebskosten, am besten ab.

* Der Autor ist Geschäftsführer bei Wolftechnik Filtersysteme, Weil der Stadt.

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