Einrichtung zur Verminderung der Klebfähigkeit feuchter staubförmiger Teilchen in strömendem Gas
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung der Klebefähigkeit von feuchten staubförmigen Teilchen in einem strömenden Gas, welche nach der Nassreinigung verbleiben. Die Einrichtung ist als Schutzvorrichtung zur Verzögerung der Bildung von Ablagerungen in verschiedenen, von diesem Gas durchströmten Anlagen geeignet.
Es sind schon Gas-, und zvar insbesondere Expansionsturbinen vorgeschlagen worden, die den Druck eines Gases ausnützen, das als Nebenprodukt bei verschiedenen Herstellungsverfahren entsteht.
Das bekannteste Beispiel ist die Ausnützung des Überdruckes von Hochofengas, welches beim Druckbetrieb von Hochöfen entsteht; es kommen jedoch auch Gase in Betracht, die beim Rösten von Erzen oder bei anderen Verfahren entstehen. Das gemeinsame Merkmal dieser Gase ist ihr Staubgehalt, der ihre unmittelbare Einführung in eine Turbine unmöglich macht. Das Gas muss daher zunächst gereinigt werden, was üblicherweise in Nassreinigern erfolgt. Das austretende feuchte Gas enthält dann zwar nur unbedeutende Restmengen an Staub, die jedoch während des Betriebes zu Ablagerungen an den Schaufeln der Turbine, an den Wänden der Wärmeaustauscher und dergleichen führen, was ungünstig für den Betrieb ist. Die Anlage muss daher häufig abgestellt und gereinigt werden.
Eine naheliegende Abhilfe ist die Verwendung mehrerer oder wirksamerer Reinigungsvorrichtungen, was jedoch erhöhte Kosten verursacht, ohne die Notwendigkeit von Betriebsunterbrechungen wegen Staubablagerungen mit Sicherheit auszuschalten.
Die Ursache für die ausgeprägte Haftneigung des Staubes liegt nämlich vor allem in der Feuchtigkeit des Reststaubes. Es handelt sich hier um sehr kleine Teilchen, die von einem Elektrofilter nicht einmal nach Anfeuchtung aufgefangen werden können und die erst nach dem Durchgang durch das Schaufelgitter oder durch den Austauscher bei grossen Geschwindigkeiten und Richtungsänderung mit der Schaufelwand oder Heizfläche des Austauschers in Berührung gelangen. Auf diesen bleiben sie infolge ihrer Feuchtigkeit haften und werden getrocknet, wobei entsprechend der Zusammensetzung des Staubes auch gewisse chemische Reaktionen vor sich gehen können. Dadurch entsteht eine unerwünschte, schwer zu beseitigende Anlagerung.
Wenn der Staub trocken ist, kann es zwar gleichfalls infolge der elektrischen gegebenenfalls anderen Kräfte zu einem Anhaften der Teilchen an den Wänden kommen, jedoch - wie die praktische Erfahrung zeigt in einem weit geringeren Ausmasse, wobei die Anlagerung leichter beseitigt werden kann; es ist daher vorteilhaft, wenn die feuchten Staubteilchen getrocknet werden. Die Temperaturerhöhung der Staubteilchen durch Konvektion, zu welcher es übrigens z. B. bei der Erwärmung des Gases vor der Expansion kommt, ist wenig wirksam. Mit Rücksicht auf ihr geringes Gewicht folgen nämlich die Teilchen genau den Stromlinien des Gases und ihre relative Geschwindigkeit zum Gas ist praktisch gleich null. Aus diesen Gründen ist der Wärme übergangsfaktor sehr niedrig.
Die Dauer der Erwärmung und Trocknung des Staubes ist mit Rücksicht auf die Geschwindigkeit des Gases in der Rohrleitung und auf die zur Verfügung stehenden Längen sehr kurz und genügt nicht zum Übergang einer zum Verdampfen des Wassers aus den Staubteilchen genügenden Wärmemenge.
Erfindungsgemäss werden die angeführten Nachteile dadurch beseitigt, dass in der Rohrleitung vor der durch die Anlagerung gefährdeten Einrichtung wie: Kompressor, gegebenenfall sein Zwischenkühler, Expansionsturbine, Gaserhitzer und dergleichen ein Trockenkanal vorgesehen ist, der mittels eines sich erweiternden und eines sich verengenden Teils in die Rohrleitung eingeschaltet ist, in welchen ein oder mehrere Elemente einer Wärmestrahlungsquelle, z. B. eines Infrastrahlers, angeordnet sind, welche gegen eine Konvektionsabkühlung durch eine Abdeckung aus einem diathermischen Material isoliert sind, das im Wellenlängenspektrum der abgegebenen Strahlung seine grösste Durchlässigkeit aufweist. Gegebenenfalls wird der innere Umfang des Trockenkanals in der bestrahlten Länge mit einer reflektierend wirkenden Oberfläche versehen, z. B. mit einer Einlage aus glänzendem Blech.
Durch die Wirkung der Strahlung, welche dem Unterschied der vierten Potenzen der absoluten Temperaturen proportional ist, werden die feuchten Teilchen getrocknet, wodurch ihre Klebefähigkeit wesentlich vermindert wird. Durch die Strahlungswärme wird vorerst die Oberfläche der Teilchen intensiv getrocknet. Der Kern kann bei porösem Material dann noch Feuchtigkeit enthalten; deshalb ist es vorteilhaft, den erwähnten Trockenkanal möglichst nahe vor der zu schützenden Einrichtung anzuordnen, so dass die Feuchtigkeit nicht genug Zeit besitzt, um durch Diffusion zur Oberfläche vorzudringen und sich die Teilchen beim Durchgang durch das Gitter praktisch ebenso verhalten wie trockene Teilchen.
Aus all diesen Gründen wird der erfindungsgemässe Trockenkanal zweckmässigerweise so angeordnet, dass er einen möglichst grossen Teil der Wärme durch Strahlung an die Teilchen und möglichst wenig durch Konvektion an das strömende Gas abgibt. Dies kann einerseits durch Verminderung der Gasgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Verminderung der Turbulenz im Kanal und andererseits dadurch erreicht werden, dass die eigentliche Strahlungsfläche vom strömenden Gas durch ein Abdeckrohr aus einem diathermischen Material getrennt ist und die Kanalwände von einer die Strahlung reflektierenden Reflexionseinlage bedeckt sind. Ein geeignetes Material für das Deckrohr ist Glas, insbesondere Quarzglas, doch kommen auch andere Materialien in Frage.
Als Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung die Anordnung eines Trockenkanales, mit einem einzigen Strahler, dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt, und
Fig. 2 einen Querschnitt eines Trockenkanals.
Der Trockenkanal 1 mit kreisförmigem Querschnitt ist durch konische Übergänge 7 an die Rohrleitung angeschlossen. Der Eintrittsübergang wirkt als Diffusor; der innere Umfang des Trockenkanals 1 ist mit einer Reflexionsoberfläche 2 z. B. aus glänzendem Blech versehen. Innerhalb des Trockenkanals 1 ist als Strahlungsquelle ein Strahler 4 vorgesehen, welcher z. B. durch die Wärme der durch die Rohranschlüsse 5, 6 geführten Verbrennungsprodukte erwärmt wird. Der Strahler 4 ist durch ein Deckrohr 3 aus einem diathermischen Material, z. B. aus Quarzglas gegen Konvektionsabkühlung durch das Gas isoliert. Grundsätzlich soll hierfür ein solches Material gewählt werden, das im Wellenlängenbereich der abgegebenen Strahlung eine grosse und vorzugsweise seine grösste Durchlässigkeit besitzt.
Der Strahler kann zweckmässig elektrisch geheizt werden; dies bedeutet jedoch die Verwendung einer relativ kostspieligen Energieart. Im Trockenkanal 1 können mehrere Strahler 4, z. B. nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sein.
Die durch Konvektion abgeführte Wärme geht nicht verloren, da sie zur Erhöhung der Gastemperatur vor der folgenden Anlage, z. B. einer Turbine, beiträgt. Mit Ausnahme von Kohlendioxyd und Wasserdampf sind die in Frage kommenden Gase praktisch vollkommen diathermisch; die Strahlung wird daher vor allem von den Staubteilchen absorbiert, gegebenenfalls auch von mitgerissenen mikroskopischen Wassertropfen.
Die Vorschaltung des beschriebenen Trockenkanals mit Strahler ermöglicht die Verwendung eines in bekannter Weise nach dem Nassverfahren gereinigten Gases, wobei die Ausbildung von unerwünschten Ablagerungen, welche durch die Feuchtigkeit des restlichen Staubes bedingt ist, wesentlich vermindert wird.