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Hallenabluftreinigungsanlage
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dass der Reinigungseffekt der Anlage nicht nur in bezug auf schädliche Gase, sondern auch in bezug auf feinste Staubpartikel und Teer gegenüber bekannten Hallenabluftreinigungsanlagen sehr stark erhöht wird.
Trotz der vielen bekannten Sprüh- und Filteranlagen war es bisher in Aluminium-Hütten nicht möglich, die fluorhaltigen Abgase so zu reinigen, dass keine Schäden an den umliegenden Kulturen und der
Viehhaltung auftraten. Erst nach langwierigen und kostspieligen Untersuchungen konnten mit dem Einbau von erfindungsgemässen Reinigungsanlagen die Fluorschäden erfolgreich gesenkt werden.
Eine bevorzugte Anlage gemäss der Erfindung umfasst zwei oder mehr im höchsten Teil des Hallen- daches, z. B. im First, eingebaute, teilweise über das Hallendach hinausragende Schächte oder einen durch das ganze Hallendach durchgehenden Schacht sowie unter den Schächten bzw. dem Schacht ange- ordnete Sammelbecken für das ablaufende Sprühwasser bzw. die ablaufende Adsorptionslösung. Im unte- ren Teil der Schächte befindet sich die Sprühkammer, in ihrem oberen Teil ein oder mehrere mechani- sche Filter (unter den Begriff "mechanische Filter" fallen hier die mechanisch wirkenden Filter, also nicht
Elektrofilter). Auf die Schächte sind Kamine runden Querschnittes, vorzugsweise zylindrische Kamine, aufgesetzt, deren Höhe nicht gross zu sein braucht.
Es genügt in vielen Fällen, wenn das Verhältnis der
Höhe des Kamines zu seinem Durchmesser bzw. mittlerem Durchmesser etwa 1 : 2 beträgt. Der Kamin kann beispielsweise die Gestalt eines Ventilatorlaufringes haben. In diese Kamine ist je ein Axiallüfter mit vertikaler Achse eingebaut, dessen Flügel praktisch den gesamten lichten Querschnitt des Kamins be- streichen, die Axiallüfter bewirken, dass die mit Abgasen und Rauch verunreinigte, durch thermischen
Auftrieb nach oben geführte Hallenluft mit hoher Geschwindigkeit aus den Kaminen ausströmt. Die Öff- nungen für den Eintritt der verunreinigten Hallenluft in die Schächte befinden s ich in deren unterem Teil, vorzugsweise an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Sprühkammer.
Durch Aufsetzen eines ko- nischen, nach oben sich erweiternden Trichters lässt sich der Energiebedarf für den Betrieb des Lüftermo- tors bei gegebener Strömungsgescliwindigkeit im Schacht etwas herabsetzen.
In den seitlichen Eintrittsöffnungen der Sprühkammer können die ganze Öffnung ausfüllende mecha- nische Filter oder Elektrofilter zur Vorreinigung der Luft von Staub und/oder nebelförmigen Bestandteilen angeordnet sein. Unter dem Begriff Elektrofilter sind alle Arten von elektrostatischen Filtern zu verstehen, darunter auch die aus Vorionisatoren und von diesen getrennten, nachgeschalteten Plattenelementen be- stehenden Filter.
Im Filterraum oben im Schacht sind eine oder mehrere Lagen von mechanischen Filtern horizontal angebracht, die z. B. aus säurebeständigem Kunststoffgewebe bestehen, das auf Rahmen gespannt ist.
Handelt es sich um zwei oder mehr Filter, so können seitlich an den Schachtwänden zwischen zwei über- einander angeordneten Filtern Sprühdüsen vorgesehen werden, aus denen die Filter mit Wasser besprüht werden. Sind mehr als zwei Filterlagen angeordnet, so können selbstverständlich in mehr als einem der durch sie gebildeten Teilräume Sprühdüsen vorgesehen sein ; bei fünf Filterlagen z. B. können ein, zwei, drei oder vier Teilräume mit Sprühdüsen versehen sein.
In der Sprühkammer sind eine oder mehrere Reihen von nach oben gerichteten Sprühdüsen angeordnet, aus denen Wasser oder eine Adsorptionslösung unter Druck versprüht wird. Die Richtung des Sprühwassers in der Sprühkammer soll grundsätzlich die gleiche sein wie die Richtung des Luftstromes, also von unten nach oben, wodurch der thermische Auftrieb der Gase durch eine Art Injektorwirkung unterstützt wird.
Unten, vorzugsweise an beiden zum Dachfirst bzw. zum höchsten Teil des Daches parallelen Seiten der
Sprühkammer, befinden sich die Eintrittsöffnungen für die mit Abgasen aus den Öfen vermischte, nach oben strömende Luft.
Die Höhe des Filterraumes soll mindestens das 0, 4-fache und höchstens das 1, 5-fache, vorzugsweise das 0, 45- bis 0, 9-fache der Höhe der Sprühkammer betragen. Als Höhe der Sprühkammer gilt hiebei der
Abstand von der oberen Kante der Eintrittsöffnungen zum untersten Filter.
Der waagrechte Querschnitt des Sprühkammer-und Filterraum enthaltenden Schachtes soll mindestens 5-mal, höchstens 25-mal, vorzugsweise 10-bis 17-mal so gross sein wie der Querschnitt des runden, auf den Schacht aufgesetzten, mit einem Axiallüfter versehenen Kamins, aus dem die gereinigte Hallenabluft entweicht. Der Reinigungsschacht wird im Querschnitt vorzugsweise rechteckig ausgeführt. Als Schacht- querschnitt ist der Querschnitt jenes Raumes anzusehen, der den Bereich der Luftströmung umschliesst, die vom Axiallüfter oberhalb des Filterraumes erfasst wird.
Wenn es sich um Reinigungsschächte handelt, die parallel zum Dachfirst eine grosse Länge haben, können auf diese Schächte zur Einhaltung des angegebenen Querschnittsverhältnisses zwei oder mehr Kamine mit Axiallüftern aufgesetzt werden, wobei für jeden Kamin das angegebene Querschnittsverhältnis zwischen dem Kamin und dem vom Dachlüfter beherrschten Filter- und Sprühkammerraum gilt.
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Der gesamte Querschnitt der Lufteintrittsöffnungen eines Schachtes soll vorzugsweise 1,'5 - 4/5 des waagrechten Schachtquerschnittes betragen, gleichgültig, ob mechanische Filter oder Elektrofilter eingebaut sind oder nicht. Er muss so gewählt werden, dass die Luftgeschwindigkeit in den Eintrittsöffnungen und im Kamin ein Austreten des Sprühflüssigkeitsnebels verhindert.
Folgendes Beispiel veranschaulicht die Erfindung :
In einer Halle sind zwei parallele Reihen von je siebzehn offenen Aluminjumelektrolyseöfen mit einer Stromstärke von je 37 000 A installiert. Das Luftvolumen der Halle beträgt 22 000 m\ ihre Länge 130 m.
Im Dachfirst sind in einer Reihe drei Luftreinigungsschachtanlagen aus je fünf zusammengefassten Einzelschächten mit Sprühkammer und darüber angeordneten drei Rahmen mit mechanischen Doppelfiltern aus Polyvinylchloridgewebe waagrecht angeordnet. Zwischen dem mittleren und dem unteren Filterrahmen sind an den Seitenwänden des Schachtes Sprühdüsen eingebaut, mit deren Hilfe das mittlere und das untere Filter besprüht werden. Jede Reinigungsschachtanlage hat eine lichte Weite von 4 m und eine lichte Länge von 25 m, jeder Einzelschacht infolgedessen eine lichte Länge von 5 m.
In den seitlichen, rechteckigen, auf beiden zum Hallenfirst parallelen Seiten eines jeden Einzelschachtes angeordneten, 1, 2 m hohen Eintrittsöffnungen zur Sprühkammer sind Elektrofilter eingebaut, welche den ganzen lichten Querschnitt der Eintrittsöffnungen einnehmen und dazu dienen, eine Vorreinigung der in die SprUhkammer eintretenden Luft von Staub und Teer zu bewirken.
Auf die Luftreinigungsschächte sind je fünf 0, 7 m hohe zylindrische Kamine von 1, 4 m lichtem Durchmesser aufgesetzt, in denen Axiallüfter mit einer Leistung von je 60000 m3/h angeordnet sind. Die Axiallüfter erzeugen einen Sog von nur etwa 5 mm Wassersäule ; dieser reicht aus, um in Verbindung mit dem thermischen Auftrieb einen stabilen, von den Witterungsverhältnissen unabhängigen Luftwechsel in der Halle zu sichern. Die drei Reinigungsschachtanlagen werden somit in der Stunde von 3. 5. 60000 mus, also von 900000 m3 Hallenabluft durchströmt, die nach Reinigung in Elektrofilter, Sprühkammer und Filterraum durch die Axiallüfter mit einer Austrittsgeschwindigkeit von zirka 14 m/sec ins Freie befördert wird.
Die Luft in der Halle wird demnach stündlich etwa 40-mal erneuert.
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des Schachtes ist also 13-mal so gross wie der Kaminquerschnitt.
Die Höhe des Filterraumes beträgt 1, 80 m und die Höhe der Sprühkammer, vom oberen Rand der seitlichen Lufteintrittsöffnungen bis zum unteren Filter gemessen, 3, 30 m. In dem betrachteten Fall macht also die Höhe des Filterraumes ungefähr das 0, 55-fache der Höhe der Sprühkammer aus.
Der gesamte freie Querschnitt der Elektrofilter ist bei der Berechnung des Querschnittes der Lufteintrittsöffnungen in Rechnung zu stellen. Rahmen, Drähte und Platten der Elektrofilter müssen berücksichtigt, d. h. in Abzug gebracht werden.
Die Luftgeschwindigkeit im freien Querschnitt der Elektrofilter, welche gleichzeitig die Eintrittsöffnungen zur Sprühkammer bilden, beträgt etwa 2, 0 m/sec, die Geschwindigkeit der in der Sprühkammer aufströmenden Luft etwa 0, 85 m/sec.
In jeder der drei Luftreinigungsschachtanlagen werden etwa 25 ms Wasser/h versprüht. Die Austrittsgeschwindigkeit der Wassertropfen aus den Düsen beträgt etwa 4, 75 m/sec.
Die Flügel des Axiallüfters sind in einem Abstand von 4 bis 5 cm von der Unterkante des Kamins eingebaut.
In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Hallenab- luftreinigungsanlage schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Luftreinigungsschacht 1 mit Sprühkammer 2, Filterraum 3 und Kamin 4, Fig. 2 den gleichen Schacht, jedoch mit Elektrofilter 5 in den Eintrittsöffnungen 6 zur Sprühkammer 2.
Bei beiden Ausführungen hat die Sprühkammer 2 eine Höhe von 2, 4 m und einen Querschnitt von 4, 5 m, wobei der gegenseitige Abstand der mit den Eintrittsöffnungen 6 versehenen Wände 4 m beträgt.
DieEintrittsöffnungen 6 befinden sich in der Höhe der geneigten Hallendecke 7 ; sie haben eine Höhe von 1, 2 m und eine Länge von 5 m. Mit 8 ist das Hallendach bezeichnet. In der Sprühkammer 2 sind DUsen 9 in zwei Reihen angeordnet. Die mit 10 angedeuteten Wasserstrahlen haben ungefähr die gleiche Bewegungsrichtung wie die Hallenluft in der Sprühkammer 2. Die heruntertropfende Flüssigkeit sammelt sich im Sammelbecken 11, das mit nicht dargestellten Ablaufröhren versehen ist. Der Filterraum 3 ist 2, 7 m hoch, hat im wesentlichen gleichen Querschnitt wie die Sprühkammer 2 und ist mit mechanischen Filtern 12,13, 14, 15 und 16 versehen, die je aus einem Rahmen bestehen, der beidseitig mit Polyvinylchloridgewebe bespannt ist.
Auf beiden Längsseiten des Filterraumes ist zwischen den Filtern 14 und 15 eine
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Reihe von Flachstrahldüsen 17 angeordnet, durch welche Wasser ungefähr horizontal versprüht wird. Im
Kamin 4, der einen kreisrunden Querschnitt, einen Innendurchmesser von 1, 4 m und eine Höhe von 0, 7 m hat, ist ein Axiallüfter 18 eingebaut, der von einem Elektromotor 19 angetrieben wird. In den schema- tischen Zeichnungen sind die Befestigungseinrichtungen für die Düsen 9 und 17 sowie für den Motor 19 nicht dargestellt.
Die durch die Luftreinigungsschächte nach oben strömende Hallenluft enthält vor ihrem Eintritt in die
Reinigungsanlage nur jeweils wenige mg/Nm3 fluorhaltige Gase und Teer und einige mg/Nm3 Staub.
Trotz der ausserordentlich grossen Luftmenge, die durch die Reinigungsschächte 1 hindurchgeht, gelingt es mit der beschriebenen Anordnung, eine Reinigung der Hallenabluft von den genannten Bestandteilen mit einem Wirkungsgrad von HO % und darüber zu erzielen.
Die günstige Wirkungsweise der Hallenabluftreinigungsanlage gemäss der Erfindung lässt sich wie folgt erklären.
Dadurch, dass der Querschnitt der Luftaustrittsöffnung gegenüber dem Schachtquerschnitt stark verengt ist, ist die Luftgeschwindigkeit im Filterraum lotrecht unterhalb des Axiallüfters sehr viel grösser als in den Randzonen dieses Raumes ; in den Randzonen bilden sich daher Luftwirbel aus, durch die Sprühwasser aus der Sprühkammer fortwährend nach oben geschleudert wird ; sowohl infolge der hohen Luftgeschwin- digkeit im Inneren des Filterraumes als auch infolge der seitlichen Luftwirbel werden die Gewebefilter fortlaufend stark besprüht, so dass ein zusammenhängender Wasserfilm die Gewebe überzieht. Durch die
Anordnung seitlicher Sprühdüsen zwischen den Filtern wird diese Besprühung der Filter noch verstärkt.
Die seitliche Besprühung allein reicht jedoch nicht aus, um den erwähnten Wasserfilm auf den Gewebefiltern zu erhalten. Als Randzonen sind hier alle peripheren Räume zu verstehen, die um jenen Raum liegen, der von der durch den Axiallüfter erzeugten Luftströmung erfüllt ist.
Beim Durchtritt durch die in der beschriebenen Weise befeuchteten Filter wird die Luft durch den
Wasserfilm von Wassertröpfchen und von den restlichen Staubpartikeln sowie auch von Teertröpfchen, die sich aus dem Teerdampf der Hallenluft durch Abkühlung in der Sprühkammer gebildet haben, befreit. Bei Anordnung von Elektrofiltern in den Eintrittsöffnungen zu den Sprühkammem erfolgt bereits eine weitgehende Vorreinigung der Hallenluft von Staub und Teer vor deren Eintritt in die Sprühkammer. In diesem Fall wird die durch die Filter durchströmende Luft von den letzten Resten der genannten Bestandteile, hauptsächlich von den darin enthaltenen Wassertröpfchen, weitestgehend befreit.
Der Querschnitt des Filterraumes entspricht vorteilhaft flächen-und gestaltmässig im wesentlichen dem Querschnitt der Sprühkammer. Die durch die stündlich abgesaugte Luftmenge und durch den Querschnitt des Sprühraumes gegebene Luftgeschwindigkeit darf zwecks Erzielung günstiger Reinigungs- und Adsorptionsverhältnisse ein gewisses Mass nicht überschreiten, das wieder in einem gewissen Verhältnis zu der Geschwindigkeit der Wassertröpfchen stehen muss, die aus den in der Sprühkammer angeordneten Sprühdüsen nach oben geschleudert werden. Beim Austritt aus den Sprühdüsen weisen die Wassertröpfchen eine vielfach höhere Geschwindigkeit auf als der Luftstrom, in den sie etwa in gleichem Richtungssinn geschleudert werden.
Solange die Geschwindigkeit der Tröpfchen noch grösser ist als diejenige des Luftstromes, wird durch die Wassertröpfchen im wesentlichen ein Niederschlag der im Luftstrom enthaltenen Staubpartikel erfolgen. Je weiter sich die Wassertröpfchen aus dem Bereich der Sprühdüsen entfernt haben, desto mehr wird sich ihre Geschwindigkeit vermindern, bis sie die gleiche Geschwindigkeit wie der Luftstrom haben, um dann nach weiterer Geschwindigkeitsverminderung in das Sammelbecken herabzufallen. Die Kontaktzeit zwischen Luftstrom und Wassertröpfchen, während der beide etwa die gleiche Geschwindigkeit aufweisen, soll möglichst gross sein, weil hauptsächlich in dieser Zeit die Absorption der wasserlöslichen Gase durch die Tröpfchen und damit die Reinigung der Luft von schädlichen Abgasen erfolgt ; diese Kontaktzeit wird durch die Wirbel verlängert.
Bei dem erfindungsgemässen Verhältnis des Filterraumes zur Höhe der Sprühkammer tritt nun nicht nur im Filterraum eine gewisse Luftwirbelbildung in den Randzonen auf, vielmehr pflanzen sich diese Luftwirbel auch in den oberen Teil der Sprühkammer fort und bewirken hier eine innige Durchwirbelung des Luftstromes mit den Wassertröpfchen des Sprühnebels. Im oberen Teil der Sprühkammer tritt demnach eine Wirkung auf, die etwa der Wirkung eines Rohrwerkes entspricht. Dadurch wird der Auswascheffekt gegenüber den im Luftstrom enthaltenen wasserlöslichen Gasen bedeutend verbessert und der Wirkungsgrad der Sprühkammer erhöht. Dagegen soll der Wasserstrahl im Bereich der Sprühdüse durch diese Luftwirbel möglichst nicht gestört werden, damit dessen Injektorwirkung erhalten bleibt.
Nur bei Einhaltung des angegebenen Höhenverhältnisses wird erreicht, dass die Injektorwirkung im unteren Teil der Sprühkammer erhalten bleibt und in diesem Teil keine Durchwirbelung des Wasserstrahles mit der Luft erfolgt.
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Die in den Austrittsöffnungen angebrachten Axiallüfter bewirken eine Stabilisierung der im Reini- gungsschacht herrschenden Luftströmungsverhältnisse und schliessen damit weitgehend die Wirkung von wechselnden Witterungsbedingungen aus. Da die Axiallüfter lediglich eine Stabilisierung des Luftwechsels in der Halle in Verbindung mit dem thermischen Auftrieb bewirken sollen, braucht der von ihnen be- wirkte Sog nicht gross zu sein und die Motorenleistung der Lüfter bleibt in tragbaren Grenzen.
Schliesslich bietet die Anordnung von Kaminen mit darin eingebauten Axiallüftem auf den Reini- gungsschächten noch folgenden Vorteil :
Bei nach oben offenen Schächten, die ohne Ventilatoren arbeiten, tritt die noch restliche Rauchgase enthaltende Abluft aus der Fabrikhalle in zusammenhängenden Qualmwolken aus. Diese Qualmwolken können unter Umständen erheblichen landwirtschaftlichen Schaden anrichten. Bei Vorhandensein von
Axiallüftem wird dagegen die noch sehr geringe Menge von Verunreinigungen aufweisende Abluft mit grosser Geschwindigkeit in die Höhe befördert und sie verteilt sich ohne Wolkenbildung in der Atmosphäre.
PATENTANSPRÜCHE : l. Im Dach eingebaute Hallenabluftreinigungsanlage mit einem Sprtihkammer- und Filterraum auf- weisenden, teilweise über das Hallendach hinausragenden Schacht, insbesondere für Hallen mit Alu- miniumelektrolyseöfen, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil des vorzugsweise im Querschnitt rechteckigen Schachtes'als Sprühkammer mit nach oben gerichteten Sprühdüsen und dessen Boden als
Sammelbecken mit Ablaufvorrichtung ausgebildet und unten mit seitlichen Lufteintrittsöffnungen ver- sehen ist, dass der obere Teil des Schachtes, der im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie die Sprüh- kammer hat, als Filterraum ausgebildet ist und mindestens ein waagrecht angeordnetes, den ganzen lichten Querschnitt einnehmendes, aus einem Gewebe bestehendes Filter aufweist,
dass auf den Schacht ein Kamin aufgesetzt ist, in dessen unterem Ende ein horizontaler Axiallüfter mit vertikaler Achse ein- gebaut ist, dass die Höhe des Filterraumes mindestens das 0, 4-fache und höchstens das 1, 5-fache der
Höhe der Sprühkammer beträgt und dass der waagrechte Querschnitt des Sprühkammer- und Filterraum enthaltenden Schachtes mindestens 5-mal und höchstens 25-mal so gross ist wie der Querschnitt des
Kamins, wobei als Schachtquerschnitt der Querschnitt des Raumes anzusehen ist, der den Bereich der
Luftströmung umschliesst und vom Axiallüfter oberhalb des Filterraumes erfasst wird.