DD232435A5

DD232435A5 - Tropfenabschneider zum abschneiden von tropfen aus einer gasstroemung

Info

Publication number: DD232435A5
Application number: DD84266530A
Authority: DD
Inventors: Dieter Wurz
Original assignee: Dieter Wurz
Priority date: 1983-08-24
Filing date: 1984-08-22
Publication date: 1986-01-29
Also published as: DE3330533C1; IN160226B; JPS6068023A; ZA846557B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tropfenabscheider zum Abscheiden von Tropfen aus einer Gasstroemung. Der Tropfenabscheider kann in Naturzug- und Ventilatorkuehltuermen mit Vorteil dadurch eingesetzt werden, dass sowohl eine betraechtliche Einsparung an Kaminhoehe als auch an Ventilator-Antriebsleistung erzielt wird. Waehrend es das Ziel der Erfindung ist, einen Abscheider zur Verfuegung zu stellen, welcher bei Minderung des Druckverlustes eine gute Abscheideleistung erzielt, besteht die Aufgabe darin, moeglichst alle, d. h. auch kleine und schwebende Tropfen, mit hohem Abscheidegrad bei moeglichst geringem Druckverlust abzuscheiden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der Tropfenabscheider parallele Profile aufweist, zwischen denen Stroemungskanaele mit Verengungen und Umlenkungen zum Abscheiden von Tropfen gebildet sind. Um die Druckverluste bei unveraenderter oder sogar verbesserter Abscheidewirkung zu vermindern, ist vor der ersten Umlenkung eine Tropfenbeschleunigungsstrecke vorgesehen. Fig. 8

Description

Berlin, den 29.11.1984

AP B Ol D/266 530/4 64 292/26

Tropfenabscheider zum Abscheiden von Tropfen aus einer Gasströmung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Der erfindungsgemaSe Tropfenabscheider kann in Naturzugkühltürraen eingesetzt werden und ermöglicht eine beträchtliche Einsparung an Kaminhöhe. Beim Einsatz in Ventilatorkühltürmen wird eine beträchtliche Einsparung an Ventilator-Antriebsleistung erzielt, da die Tropfenabscheider nach der Erfindung bei gleicher Abscheideleistung der Profile mit einer kleineren Geschwindigkeit angeströmt werden können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ein solcher Tropfenabscheider ist beispielsweise aus der DE-OS 15 44 115 bekannt.

Dabei sind zur Abscheidung der Flüssigkeitstropfen aus Gasströmungen, wie in Fig. 1 gezeigt, bekannterweise parallel und symmetrisch zu einer Ebene E gebogene Profile aus Blech oder Kunststoff vorgesehen, die eine zweifache Umlenkung der Strömung zwischen Eintrittsebene E,- und Austrittsebene E. mit jeweils einer Strömungskanalverengung bewirken. Die Profile haben über die Strömungskanallänge gleichbleibende Stärke. Die mit Tropfen beladene Strömung wird in den Verengungen jeweils beschleunigt. Oe größer ein Tropfen ist, umso weniger kann er der Umlenkung folgen. Die Tropfen werden aus der Kurve getragen und treffen auf die Abscheidefläche eines Profiles. Dabei können drei Arten der Wechsel-

-5.0EZ.1984*2i622i

Wirkung zwischen Tropfen und Abscheidefläche auftreten:

a) die Tropfen werden von der Fläche eingefangen;

b) die Tropfen werden reflektiert;

c) die Tropfen zerplatzen und werden zum Teil eingefangen, zum Teil reflektiert.

Mit der den Tropfenabscheidungsprozeß störenden Reflexion ist insbesondere dann zu rechnen, wenn die Tropfen annähernd tangential zur Abscheidefläche äuftreffen.

Da bei dem bekannten Tropfenabscheider die Tropfen aufgrund ihrer Trägheit der durch die Verengung auf kurzer Strecke bedingten Geschwindigkeitszunahme nicht folgen können» erreichen die Tropfen im Umlenkbereich bereitem nicht die hohe Geschwindigkeit der Gasphase» wie sie für die Tropfenabscheidung vorteilhaft wäre. Um einen befriedigenden Abscheidegrad zu erzielen, müssen die Anströmgeschwindigkeit und/oder die Umlenkung vergrößert werden, was beides zu hohen Druckverlusten führt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Abscheider von Tropfen aus einer Gasströmung zur Verfügung zu stellen, welcher bei Minderung des Druckverlustes eine gute Abscheideleistung erzielt,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tropfenab-

scheider zum Abscheiden von Tropfen aus einer Gasströmung, wobei mittels Profilen mit Verengungen und Umlenkungen versehene Strömungskanäle gebildet sind, an deren Wände die Tropfen abgeschieden werden, und die so ausgerichtet sind, daß die abgeschiedene Flüssigkeit auf diesen Wänden zum Eintritt der Strömungskanäle hin unter Wirkung der Schwerkraft abströmen kann, zu schaffen, welcher möglichst alle, d. h. auch kleine und schwebende Tropfen, mit hohem Abscheidegrad bei möglichst geringem Druckverlust abscheidet·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen benachbarten Profilen vor der ersten Umlenkung je eine Tropfenbeschleunigungsstrecke vorgesehen und derart bemessen ist, daß mindestens kleine Tropfen am Eintritt in die Umlenkung auf eine Geschwindigkeit beschleunigt werden, die nur noch wenig verschieden von der Gasgeschwindigkeit an dieser Stelle ist.

Gemäß der Erfindung wird der Ströraungsquerschnitt im Bereich vor der ersten Umlenkung verringert. Dadurch erhöht sich die Geschwindigkeit der Gasphase. Die Tropfen werden von dieser auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt, bevor sie in den Bereich der ersten ^Umlenkung gelangen'. Einer Beschleunigung der Tropfen vor der ersten Umlenkung, d. h. im Eintrittsbereich des Strömungskanals, stand bisher entgegen, daß eine solche Beschleunigung im Hinblick auf die zum Eintritt zurückströmende und von dort in großen Tropfen sich ablösende abgeschiedene Flüssigkeit ungunstig ist» Ober dieses seit Dahren vorhandene Vorurteil der Fachwelt setzt sich die Erfindung mit überraschendem Erfolg hinweg.

Mit einem Tropfenabscheider nach der Erfindung sind im Vergleich zu den bisher üblichen Tropfenabscheidern Minderungen des Druckverlustes zwischen 20 bis 40 % ohne Verschlechterung der Abscheidele'istung erzielbar. Dies ermöglicht beispielsweise beim Einsatz des neuen Tropfenabscheiders in Naturzugkühltürmen eine beträchtliche Einsparung an Kaminhöhe und beim Einsatz in Ventilatorkühltürmen eine beträchtliche Einsparung an Ventilator-Antriebsleistung, weil die Tropfenabscheider nach der Erfindung bei gleicher Abscheideleistung der Profile mit einer kleineren Geschwindigkeit angeströmt werden können*

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Tropfenbeschleunigungsstrecke mit etwa gleichbleibendem oder im wesentlichen stetig sich verengendem Strömungsquerschnitt eine Gasbeschleunigungsstrecke vorgeschaltet· Vorteilhafterweise ist eine Gasbeschleunigungsstrecke mit schneller Querschnittsverringerung des Strömungskanals und daran in Strömungsrichtung anschließend die Tropfenbeschleunigungsstrecke mit im wesentlichen gleichbleibendem oder im wesentlichen stetig sich verengendem Strömungsquerschnitt zwischen zwei benachbarten Profilen ausgebildet,

Zweckmäßigerweise beträgt die Länge der Gasbeschleunigungsstrecke etwa das 0,2- bis einfache der Länge der Tropfenbeschleunigungsstrecke, In der kurzerr Gasbeschleunigungsstrecke wird das Gas schnell auf eine hohe Geschwindigkeit gebracht» während die Tropfen aufgrund ihrer wesentlich größeren Trägheit ihre Geschwindigkeit nicht oder nur geringfügig erhöhen.

In der Tropfenbeschleunigungsstrecke, die selbstverständlich auch zur weiteren Erhöhung der Gasgeschwindigkeit ausgestaltet sein kann"« z, "B. durch eine stetige Querschnittsverengung, werden die Tropfen infolge ihres Strömungswiderstandes von der schnelleren Gasphase beschleunigt, bevor die Tropfen in die erste Umlenkung gelangen« Dies ist für die Tropfenabscheidung vorteilhaft, weil schnellere Tropfen eher ihre Richtung beibehalten wollen, also eher auf die Druckseiten der Umlenkbereiche abgeschleudert werden und weil sie demzufolge auch mit größeren Winkeln auf die Profile auftreffen, so daß eine Tropfenreflexion weniger zu befürchten ist. Außerdem kann mit geringen Geschwindigkeiten die gleiche Abscheideleistung wie bisher erzielt werden, was geringere Druckverluste zur Folge hat. Eine Umlenkung genügt, wenngleich mehrere hintereinandergeschaltete Umlenkungen die Abscheideleistung steigern können.

Um den Druckverlust weiter zu verringern, ist nach einer weiteren wichtigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Stärke der Profile in Richtung zur Austrittsebene der Strömungskanäle, beginnend mit der ersten Umlenkung zur Bildung von Diffuseren mit einem Diffusorwinkel zwischen 4° und 12° vermindert ist.

Eine Schwierigkeit stellt die sichere Ableitung der Wasserfilme dar, die sich auf dem Tropfenabscheider as den abgeschiedenen Tropfen bilden, wobei vermieden werden muß, daß kleine Tropfen von der Gasströmung wieder mitgenommen werden.

Zu diesem Zweck ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung

vorgesehen, daß die Profile mit zur Eintrittsebene hin ausmündenden Stämmen und Ästen für die abgeschiedene Flüssigkeit versehen sind; welche die als dünnen Film abgeschiedene Flüssigkeit in dickere Einzelsträhnen überführen und ohne die Gefahr erneuter Mitnahme durch die Gasströmung von den Eintrittskanten der Profile abfließen bzw» abtropfen lassen.

Um die Abscheideleistung weiter zu verbessern, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß jede Tropfenbeschleunigungstrecke zur Anströmrichtung die erste Umlenkung verstärkend unter einem Neigungswinkel nicht größer als 30°, vorzugsweise zwischen 5° und bei vorteilhaft schwach gekrümmt ist.

als 30°, vorzugsweise zwischen 5° und 20°, geneigt, und da-

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß in der Tropfenbeschleunigungsstrecke die eine Profilseite konvex in die Strömung hineingewölbt und die andere Profilseite im wesentlichen eben ist. Die Tropfenbeschleunigungsstrecke sollte zwischen dem in Ausströrarichtung ausgerichteten Eintritt und dem an der ersten Umlenkung vorgesehenen Austritt schwach gekrümmt sein,

Bei einem so ausgestalteten Tropfenabscheider nach der Erfindung wird ein ausreichender Abstand der Strömungsgeschwindigkeit zur sogenannten "Durehbruchsgeschwindigkeit", oberhalb welcher der-abgeschiedene Flüssigkeitsfilra entgegen der Erdbeschleunigung zur Hinterkante der Abscheidefläche mitgenommen wird, sichergestellt und gleichwohl ein sehr niedriger Druckverlust realisiert♦ Dies rührt daher, daß die Tropfenbeschleunigungsstrecke so ausgeführt ist, daß die

Tropfen unter einem günstigeren Winkel auf die erste Abscheidefläche ausgeschleudert werden.

Die Profilstärke in der Tropfenbeschleunigungsstrecke liegt vorteilhaft im Bereich des 0,2- bis 0,6fachen des Mittenabstandes zweier benachbarter Profile, während die Länge der Tropfenbeschleunigungsstrecke vorzugsweise etwa das 0,5-bis 2fache des Mittenabstandes zweier benachbarter Profile beträgt.

Im Sinne der Erfindung ist es weiterhin, daß die vorbestimmte maximale Profilstärke über die Länge der TropfenbeschTeunigungsstrecke im wesentlichen konstant ist. Es besteht auch die Möglichkeit, den Querschnitt der Profile asymmetrisch auszubilden*

Die geringfügig erscheinende Umlenkung der Tropfenbahnen in der Tropf enbeschleunigungsd: recke hat zur Folge, daß der Neigungswinkel der ersten Abscheidefläche zu einer parallel zur Eintrittsebene des Tropfenabscheiders stehenden Ebene relativ groß gewählt werden darf, ohne daß der für eine effiziente Abscheidung erforderliche Auftreffwinkel auf die erste Abscheidefläche zu klein wird» Ein großer Neigungswinkel ist deshalb vorteilhaft, weil die Strömung dann zum Austritt der Tropfenabscheider hin nur noch relativ wenig umzulenken ist, was wiederum zu einer Verringerung der Druckverluste führt»

Sollen mit einem Tropfenabscheider besonders hohe Abscheidegrade erzielt werden, so besteht in weiterer Ausgestaltung

der Erfindung die Möglichkeit^ daß sich an die Abscheidefläche hinter der ersten Umlenkung mindestens eine zweite Umlenkung mit nachfolgender weiterer Abscheidefläche anschließt» Die Verwirklichung dieses Gedankens bringt auch ohne die leichte Neigung bzw, Krümmung der ersten Tropfenbeschleunigungsstrecke eine Verbesserung der Abscheideleistung.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Austritt senden der Profile verdickt sind. Dies ermöglicht es, die Abscheideflächen in einem günstigen Winkel zu den anfliegenden Tropfen auszurichten. Diese Ausführung hat außerdem den Vorteil» daß die Tropfenabscheider begehbar werden, wenn man Bretter quer über die Austrittsränder legt. Dies ist von Vorteil insbesondere bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Tropfenabscheider in Kühltürraen.

de nach der Größenverteilung der Tropfen kann es vorteilhaft sein, die zweite Abscheidestufe nicht nur für das Einfangen reflektierter Tropfen auszulegen, sondern prinzipiell für die Abscheidung kleinerer Tropfen* Dies kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch geschehen, daß der Strömungskanal im Bereich hinter der ersten und/oder hinter jeder weiteren Umlenkung eine Verengung zum Schaffen einer weiteren Tropfenbeschleunigungsstrecke aufweist. In diesem Fall ist es günstig, die Krümmungsradien an der zweiten Umlenkung kleiner zu wählen als an der ersten, mit anderen Worten die Strömung stärker umzulenken, um ausreichend große Fliehkräfte zu erzeugen, die für das Abscheiden der kleineren Tropfen erforderlich sind.

Es ist zu beachten, daß der Krümmungsradius auf der konkaven Profilseite an der oder an jeder Umlenkung kleiner oder gleich etwa dem 0,25fachen des Mittenabstandes zweier benachbarter Profile ist, und/oder daß der Krümmungsradius auf der konvexen Profilseite an der oder jeder Umlenkung größer oder gleich etwa dem Q,25fachen des Mittenabstandas zweier benachbarter Profile ist.

Daraus ergeben sich insbesondere Vorteile für die Entwässerung aufgrund einer günstigeren Schubspannungsverteilung an den Profilen.

Die bisher behandelten Tropfenabscheider sind für die Anwendung bei Gegenstrom, d. h* bei zur abströmenden Flüssigkeit entgegengesetztem Gasstrom, bestimmt. Die Profile sind deshalb so einzubauen, daß das abgeschiedene Wasser zum Eintritt der zwischen den Profilen gebildeten Strömungskanäle zurückströmt, z. B, mit der Profillängsrichtung horizontal und der Profilquerrichtung vertikal. Bei Anwendungsfällen mit Kreuzstrom, d» h_# quer zur abfließenden abgeschiedenen Flüssigkeit strömendem Gasstrom, ist eine entsprechende Umgestaltung erforderlich, z. B. mit Fangrillen (DE-OS 21 46 205, DE-AS 22 51 173, DE-OS 23 47 984) oder Vorsprüngen (DB-OS 22 33 480) auf den Abscheideflächen, um das abgeschiedene Wasser quer zur Gasströmung* d_# h. in Längsrichtung der Profilei abströmen zu lassen.

Hit der Erfindung soll auch ein solcher Tropfenabscheider hinsichtlich der Druckverluste und der Abscheideleistung optimiert werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung

ist dazu bei einem Tropfenabscheider zum Abscheiden von Tropfen aus einer Gasströmung, wobei mittels Profilen mit Verengungen und Umlenkungen versehene Strömungskanäle gebildet sind, an deren Wänden die Tropfen abgeschieden werden und die so ausgerichtet sind, daß die abgeschiedene Flüssigkeit im wesentlichen quer zur HauptStrömungsrichtung auf diesen Wänden unter Wirkung der Schwerkraft abströmen kann, wobei zwischen benachbarten Profilen eine Tropfenbeschleunigungsstrecke im Bereich vorder ersten Umlenkung gebildet ist und Fangrillen auf der oder jeder auf eine Umlenkung folgenden Abscheidefläche angeordnet sind, erfindungsgemäß vorgesehen, daß die maximale Profilstärke jedes Profils etwa das 0,2- bis 0,6fache des Mittenabstandes zweier benachbarter Profile beträgt, daß die Länge der Tropfenbeschleunigungsstrecke etwa das 0,5- bis 2fache des Mittenabstandes beträgt und daß die Fangrillen so auf den Abscheideflächen angeordnet sind, daß ihre Lippenspitze in Strömungsrichtung gesehen einen Abstand von der vorausgehenden Umlenkung zwischen 1/4 und 2/3 der Länge der auf die Umlenkung folgenden Abscheidefläche haben.

Diese Ausgestaltung des Tropfenabscheiders nach der Erfindung führt zu einer erheblichen Verbesserung der Abscheidewirkung auch ohne die oben beschriebene leichte Neigung bzw* Krümmung der Tropfenbeschleunigungsstrecke vor der ersten Umlenkung*

Ein Vorteil dieser Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß auch reflektierte Tropfen von den Fangrillen eingefangen werden. Die Fang rillen liegen in einem Bereich, der von

einem Wasserstrahl für Reinigungszwecke noch gut erreicht wird» Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Tropfen mit krustenbildenden Stoffen beladen sind, wie dies beispielsweise bei Rauchgaswäschern der Fall ist»

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert werden« Es zeigen:

Fig, 1: einen Schnitt durch zwei benachbarte Profile eines bekannten Tropfenabscheiders;

Fig« 2: einen Schnitt durch zwei benachbarte Profile eines Tropfenabscheiders gemäß der Erfindung;

Fig. 3: einen Schnitt durch ein abgewandeltes Profil gemäß der Erfindung;

Fig» 4: eine Teilansicht des Profils nach Fig· 3;

Fig. 5: eine Stufe der Herstellung des Profils nach Fig. 4,·

Fig. 6: einen Schnitt durch zwei benachbarte Profile eines abgewandelten Tropfenabscheiders nach der Erfindung;

Fig. 7a und Fig. 7b: Randteile von Abscheideflächen des

Tropfenabscheiders nach Fig» 6, wobei Strömungserscheinungen dargestellt sind, die im Betriebszustand auftreten;

Fig. 8 : einen Schnitt durch benachbarte Profile eines zweistufigen Tropfenabscheiders nach der Erfindung, wobei zwei alternative Profilkonstruktionen gezeigt sind;

Fig* 9 : einen Schnitt durch benachbarte Profile eines gegenüber Fig, 8 abgewandelten Tropfenabscheiders; und

Fig. 10: einen Schnitt durch benachbarte Profile einer weiteren Ausführungsform eines Tropfenabscheiders nach der Erfindung»

Die in den Figuren gezeigten Profile setzen sich in Richtung senkrecht zur Zeichenebene mit beliebiger Länge und stets gleichbleibendem Querschnitt fort.

Gemäß Fig. 2 hat jedes Profil 1 eine in der Eintrittsebene El ansetzende abgerundete Nase N mit sich stetig bis zu einer maximalen Profilstärke s erweiterndem Querschnitt, Die Länge a an der Nase N in Strömungsrichtung beträgt etwa zwischen dem 0»2fachen bis Ifachen der Länge b der nachfolgenden, in Anströmriehtung verlaufenden Tropfenbeschleunigungsstrecke II, deren Länge b wiederum im Bereich zwi<schen etwa dem 0,5- bis 2fachen des Mittenabstandes t liegt.

Die maximale Profilstärke s in der Tropfenbeschleunigungsstrecke II bleibt über die Länge b etwa konstant und liegt vorteilhaft im Bereich des 0,2- bis 0,Sfachen des Mittenabstandes t.

Der Mittenabstand t beträgt bei einer für den Einbau in

Kühltürmen geeigneten Konstruktion beispielsweise etwa 40 ram, während die Gesamtprofilhöhe» bestehend aus der Summe der Längen θ; b; c; d, etwa 150 mm beträgt* Diese Zahlenwerte sollen lediglich beispielhaft die tatsächlichen Profilabmessungen illustrieren.

Der mittlere Winkel sL der ersten Umlenkung soll zwischen 20° und 70° liegen. Die vVerte für die Längen c; d ergeben sich im wesentlichen aus den oben angegebenen Längen a; b, der maximalen Profilstärke s, dem Mittenabstand t sowie dem maximalen UmlenkwinkeloCund dem Diffusorwinkel ß«

In der Ebene E3 setzt ein Strömungskanalabschnitt in Gestalt der ersten Umlenkung III des Strömungskanals an» Ab dieser Ebene E 3 wird die Wandstärke aer Hohlprofile kontinuierlich verringert, so daß die Verengung des Strömungs— querschnittes von der Ebene E3 zur Ebene E4 nicht allzu groß ausfällt. In der senkrecht zum Strömungsverlauf stehenden Ebene E4 endet die erste Umlenkung III, Der maximale Umlenkwinkel ei zwischen den Strömungsquerschnitten in den Ebenen E3; E4 beträgt bei dem gezeigten Beispiel 45 · Dieser kann, wie gesagt» im Bereich zwischen etwa 20° und 70 ° liegen,

Gas und kleine Tropfen haben in der Ebene EO vor der Eintrittsebene El etwa gleiche Geschwindigkeit Vg₀; v_T0» In der Ebene E2 ist das Gas aufgrund der die erste Verengung darstellenden Gasbeschleunigungsstrecke I auf eine wesentlich höhere Geschwindigkeit ν_β2 beschleunigt als die Geschwindigkeit Vy₂ ^^er Tropfen beträgt, Ia der Tropfenbeschleunigungsstrecke II werden die Tropfen von den schnelleren Gasmole-

külen durch Stoßwechselwirkung beschleunigt γ so daß sie in der Ebene E3 nahezu die gleiche Geschwindigkeit v__ erreicht haben wie die Geschwindigkeit v_Q3 des Gases beträgt. Die Tropfen folgen aufgrund ihrer hohen Wucht der Umlenkung IXI nur wenige sondern beschreiben abweichend von den Gasströmung sbahnen, gestrichelt in Fig. 2 dargestellt, Tropfenbahnen, durchgezogen gezeichnet, welche die Tropfen auf die Druckseite D der Profile unter eine Reflexion weitgehend vermeidenden Auftreffwinkeln führen» Somit wird ein Großteil der Tropfen einschließlich kleiner und schwebender Tropfen aus der Gasströmung abgeschieden.

Anschließend an die Ebene.E4 beginnt ein divergenter Strömungskanalabschnitt in Form eines Diffusors IV, der eine sanfte zweite Umlenkung V in entgegengesetzter Richtung zur ersten Umlenkung III bildet· Auf diese Weise verläßt die Gasströmung in der Austrittsebene E5 den Strömungskanal nur unter einem kleinen Winkel, d» h. angenähert parallel zur Eintrittsströmungsrichtung in der Ebene Ely mit der Geschwindigkeit v_G5, die kleiner als die Geschwindigkeit v_Q. im engsten Querschnitt in der Ebene E4 ist, Die Erweiterung des Diffusors IV ist durch fortgesetzte Verringerung der Profilwandstärke sowie durch die sanfte zweite Umlenkung V erreicht» Der Diffusorwinkel ß liegt dabei im Bereich zwischen 4° und 12°»

Das als Abscheider dienende Profil 1 nach Fig, 2 kann mit unterschiedlicher Neigung bezüglich der Vertikalen eingebaut werden» Ein Einbau-Winkelbereich A ist in Fig. 2 zwischen etwa O und 120 angedeutet» In der Einbaulage

**0°" liegt die Tropfenbeschleunigungsstrecke II horizontal. Würde dieser Winkel unterschritten werden, so könnte sich die abgeschiedene Flüssigkeit in den von den Druckseiten D gebildeten Mulden sammeln^ würde also nicht mehr in Richtung der Nasen N₁ d. h» entgegen der Anströmrichtung abfließen können.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführung der Profile 1.

Die Abwandlung besteht hauptsächlich darin, daß die als erste Verengung I ausgebildete Gasbeschleunigungsstrecke und die Tropfenbeschleunigungsstrecke II durch eine gemeinsame Beschleunigungsstrecke V für Gas und Tropfen ersetzt ist« In dieser Beschleunigungsstrecke V¹ verlaufen die Profilwände zur Bildung eines Düsenabschnitts konisch bis zur Ebene ES, in welcher die erste Umlenkung III beginnt. Die Profil- bzw» Strömungskanalausbildung ist ab hier gleich wie bei Fig. 2 und nicht nochmals beschrieben. Bei den Profilen 2; 3 nach Fig. 3 wird das Gas in der Beschleunigungsstrecke V* sanfter beschleunigt als in der Gasbeschleunigungsstrecke I nach Fig. 2. Das Gas trägt daher nicht so stark zur Tropfenbeschleunigung bei wie in der Tropfenbeschleunigungsstrecke II nach Fig. 2, an deren Eintritt das Gas bereits auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt ist· - '

Dia Fig* 3 und 4 zeigen ein ergänzendes Merkmal, das zweckmäßig auch bei den Profilen nach Fig. 2 verwirklicht, dor* aber nicht gezeichnet ist· Danach sind Ablaufrinnen für das

- IS -

abgeschiedene Wasser mit Stämmen 10 und entgegengesetzt geneigt davon abzweigenden Ästen 11; 12 beidseitig in die Profile 1 eingeprägt. Die Stämme 10 münden an den Nasen N der,Profile aus» Die Breite e der Stämme und Äste liegt zwischen etwa 4 und 10 mm und die Tiefe h etwa zwischen 0,5 und 2 mnw Der Neigungswinkel "Ϋ der Äste 11; 12 liegt im Bereich zwischen etwa 10° und 30°.

Die Äste 11; 12 sind auf der Druckseite D der Profile vorteilhaft im Abscheidebereich vorgesehen, d, h* jenseits der Ebene E3 bzw» des Beginns der ersten Umlenkung III* Dagegen liegt der erste Ast 11 auf der Saugseite S_# vorzugsweise bereits vor der ersten Umlenkung III, im Bereich der Tropfenbeschleunigungsstrecke II; V¹, um die bereits in diesen Bereich durch Reflexion von der Druckseite D vereinzelt gelangenden Tropfen abzuleiten.

Fig. 5 zeigt das Einprägen der als Ablaufrinnen dienenden Stämme 10 sowie Äste 11; 12 in ein Profil 1 gemäß Fig* 2. Dabei wird das Profil 1 vorzugsweise unmittelbar nach dem Extrudieren durch zwei beheizte Walzen 20; 21 geführt, welche das "Negativ" der Ablauf rinnen jeweils der Saugseite S bzw, der Druckseite D auf ihrer Oberfläche eingeprägt haben. Die gegenläufigen Walzen 20; 21 prägen also beim Durchlauf des Profils 1 die Ablauf rinnen in einem einzigen Arbeitsgang sowohl in die Saugseite S als auch in die Druckseite D ein.

Die Profilausführung nach Fig. 6 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 in folgender Hinsicht:

In der Tropfenbeschleunigungsstrecke II ist jedes Profil ausgehend von einem mittleren Neigungswinkel γ = 0° in der Eintrittsebene El bis zur Ebene E3 der Umlenkung zur Anströmrichtung schwach und so gekrümmt, daß die erste Umlenkung verstärkt wird. Der mittlere Neigungswinkel ft beträgt bei der gezeigten Ausfuhrung vorteilhaft ca* 12 , Er kann je nach den Anforderungen einen Wert bis zu 30 annehmen. Die Seite des Profils 3 ist in den Strömungskanal hineingewölbt» während die Seite des Profils 2 im wesentlichen eben ist. Wenngleich die Profile der Tropfenbeschleunigungsstrecke II auch ungekrümmt unter dem Neigungswinkel ^. geneigt sein können, ist eine Anordnung mit einem Neigungswinkel f> = 0 in der Eintrittsebene El und anschließender schwacher Krümmung vorzuziehen, um optimale Anströmverhältnisse zu erzielen*

Die bis zur Ebene E3 etwa auf Gasgeschwindigkeit beschleunigten Tropfen werden in der ersten Umlenkung II weniger als die Gasströmung umgelenkt und treffen unter einem Winkel cf auf die Abscheidefläche Al auf. Dieser Winkel d~ist aufgrund der Neigung des Neigungswinkels ^* der Tropfenbeschleunigungsstrecke II größer und damit günstiger als bei den Profilen nach Fig, 2_t so daß Tropfenreflexion wirksamer als mit den Profilen nach Fig, 2 vermieden wird.

Die Tropfenbeschleunigungsstrecke II hat zweckmäßig eine Länge von etwa dem 0,5- bis 2fachen des Mittenabstandes t zweier benachbarter Profile, Die geringfügig erscheinende Umlenkung der Tropfenbahnan in der Beschleunigungsstrecke V" ermöglicht es, den Winkel £ der Abscheidefläche Al gegen-

über einer Ebene E relativ groß zu wählen, ohne daß der für eine effiziente Abscheidung erforderliche Winkel <f zu klein wird. Ein großer Winkel £ ist vorteilhaft, weil die Strömung in Richtung zum Austritt des Tropfenabscheiders nur noch relativ wenig umgelenkt zu werden braucht, was den* Druckverlust verhindern hilft*

An die als Umlenk- und Abscheidestrecke dienende Umlenkung III schließt sich wie bei den Profilen 2; 3 nach Fig. 2 eine schwach gekrümmte Strecke des Diffusors IV an, in der die Geschwindigkeitsenergia weitgehend zurückgewonnen wird« Der gewünschte Diffusorswinkel ß läßt sich durch entsprechende Bemessung von Verdickungen Vl an den Enden der Profile einstellen. Ober die gerade abgeschnittenen Verdickungen Vl können in der Ebene E5 Bretter gelegt werden, welche den Tropfenabscheider begehbar machen.

Bei dem Tropfenabscheider nach Fig. 6 treffen die Tropfen unter einem günstigen Winkel ff auf die erste Abscheidefläche Al und mit einer so bemessenen Strömungsgeschwindigkeit auf die erste Abscheidefläche A auf, daß Tropfenreflexion weitgehend vermieden wird. Hierzu tragen auch noch folgende Gestaltungsmerkmale bei: Der Krümmungsradius τ_Λ ,, ist auf der konkaven Profilseite in der ersten Umlenkung III vergleichsweise klein, nämlich kleiner oder höchstens gleich etwa dem 0,25facheh des Mittenabstandes t gewählt. Der Krümmungsradius r₂ * ist größer als der genannte Wert gewählt, um die Umlenkverluste der Gasströmung gering zu halten und Übergesohvvindigkeiten zu vermeiden. Die mit Krümmungsradius r* _Λ abgerundete Kehle auf der konkaven

Profilseite ist um die Tiefe h gegenüber der Tropfenbeschleunigungsstrecke II eingezogen, wobei vorteilhaft h ss (0,05 bis 0,2) _# t gewählt wird. Diese Ausgestaltung unterbindet ein die Tropfenreflexion begünstigendes, annähernd tangentiales Auftreffen der Tropfen auf die Abscheideflächen weitgehend*

Bei kleinem Mittenabstand t der Profile wird die mittlere Geschwindigkeit der Gasphase in der Strecke der Umlenkung III gegenüber der Geschwindigkeit in der Tropfenbeschleunigungsstrecke II verkleinert. Diese Tendenz schwächt sich mit zunehmendem Mittenabstand t ab und kehrt sich schließlich um* Mit ein und demselben Profil lassen sich also je nach der Wahl des Mittenabstandes t unterschiedliche Ergebnisse erzielen. Es ist also wichtig, den Mittenabstand t an die jeweilige Abseheidungsaufgabe angepaßt zu wählen.

In den Fig. 7a und 7b sind Ausschnitte der Abscheideflächen A, z· B. Al in Fig. 6, vergrößert dargestellt. Die Abscheideflächen A sind mit Flüssigkeitsfilmen bedeckt, die aus den eingefangenen Tropfen gebildet werden. Diese Flüssigkeitsfilme weisen eine wellige Oberflächenstruktur auf. üe nach dem, wo ein Tröpfchen T auf die Welle aftrifft, ergeben sich unterschiedliche effektive Auftreffwinkel, die sich erheblich von dem Winkel«Tmit der Wandfläche selbst unterscheiden können. Dies kann zu vereinzelten Reflexionen von Tropfen T führen, wie in Fig» 7a verdeutlicht. Trifft ein Tröpfchen Tg auf einen noch nicht vollständig vom Flüssigkeitsfilm aufgenommenes Tröpfchen T₁ auf, so ist gemäß Fig. 7b in seltenen Fällen ebenfalls mit einer Reflexion von Tröpfchen T₂ zu rechnen, -

Der in Fig, 8 gezeigte Tropfenabscheider ist,zur Erzielung höherer Abscheidegrade zweistufig ausgebildet. Hierzu schließt sich an eine als erste Umlenk- und Abscheidestrek-' ke dienende Umlenkung III mit einer ersten Abscheidefläche Al eine als zweite Umlenk- und Abscheidestrecke dienende Umlenkung V mit einer zweiten Abscheidefläche A2 an, die in entgegengesetztem Richtungssinne zur ersten Umlenkung III abgewinkelt ist. Die Krümmungsradien r_{o Λ} j r_o _o an der zweiten Umlenkung V sind in diesem Fall gleich gewählt wie die Krümmungsradien r, ,, ; τ_{Λ o} an der ersten Umlenkung III, ebenso auch die Tiefe h auf der konkaven Profilseite der zweiten Umlenkung V, In der Strecke der zweiten Umlenkung V werden an der ersten Abscheidefläche Al noch nicht abgeschiedene Tropfen an der zweiten Abscheideflache A2 abgeschieden.

Anschließend an die Strecke der Umlenkung V können die Profile, wie gestrichelt dargestellt, ausgebildet sein und dadurch die Erweiterungen eines Diffusors IV mit einem Diffusorwinkel ß bilden.

Bei der durchgezogen dargestellten Ausbildung in den Endabschnitten der Profile ist wieder möglich, Bretter auf die Abschlußkanten der Profile zu legen, um damit den Tropfenabscheider begehbar zu gestalten.

Die Ausführung nach Fig, 9 zeigt eine Profilkonfiguration, die grundsätzlich derjenigen nach Fig. 8 entspricht. Unterschiedlich ist, daß sich an die erste als Umlenk- und Ab- " scheidestrecke dienende Umlenkung III eine zweite Tropfenbeschleunigungsstrecke VI in Form einer Verengung anschließt.

Diese Verengung wird durch in Strömungskanalrichtung zunehmende Wandstärke des Profiles erzielt. Die Verengung geht dann in - die zweite als Uralenk- und Abscheidestrecke dienende Umlenkung V über» die wie anhand der Fig. 8 beschrieben, gestaltet ist und hier nicht nochmals dargelegt wird« Ein weiterer Unterschied ist, daß die von der Anströmung abgewandte Seite des Profils3 konvex, das heißt, in den Strömungskanal hinein, gewölbt ist* während die Seite des Profils 2 im wesentlichen eben bzw* schwach konkav gewölbt ist·

Bei der Ausführung nach Fig, 9 wird der überwiegende Anteil der größeren Tropfen in der ersten Stufen d, h* an der ersten Abscheidefläche Al, abgeschieden, während reflektierte und kleinere Tropfen in der zweiten Abscheidestufe an der Abscheidefläche A2 abgeschieden werden.

Die Ausführung nach Fig. 9 hat Vorteile hinsichtlich der Entwässerung, Dies läßt sich mit der Verteilung der Wandschubspannung 2% erklären. Die geringen Wandschubspannungen 9",» auf der Oberseite des Profiles gegenüber der Abscheidefläche Al ermöglichen ein ungestörtes Abfließen des in der zweiten Stufe an der Abscheidefläche A2 abgeschiedenen Wassers zurück in Bereiche mit geringeren Luftgeschwindigkeiten. Das Abfließen abgeschiedenen Wassers ist in der ersten Stufe ohnehin erleichtert, weil hier nur größere Tropfen eingefangen werden sollen und deshalb mit kleineren Luftgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann,

Oe nach der Tropfengrößenverteilung und dem angestrebten Abscheidegrad kann auch eine vielstufige Ausführung nach den

Fig. 8 oder 9 sinnvoll sein, vi/as jedoch nicht dargestellt ist.

Die Fig. 10 zeigt eine Ausführung mit stark geneigter bzw. vertikaler Abordnung der Profillängsrichtung. Angedeutet ist dies durch den senkrecht zur Zeichenebene weisenden Pfeil für die Erdbeschleunigung g in Fig. 10,

Die Ausführung nach Fig. 10 ähnelt der Profilgestaltung nach Fig. 2 bis auf Fangrillen F mit Lippen L₁ deren Lippenspitza LS einen Abstand von 1/4 bis 2/3 der Länge 1« der Abscheidefläche Al vom Scheitel der ersten Umlenkstelle auf der konkaven Profilseite bzw. der Druckseite der Profile hat« Von den Fang rillen F werden auch reflektierte Tropfen eingefangen. Die Fangrillen F liegen in einem Bereich» der von der Eintrittsseite her gut mittels eines Wasserstrahles zu Reinigungszwecken erreicht werden kann. Dies ist insbesondere bei Anwendung des Tropfenabscheiders in einem Rauchgaswäscher von Vorteil, wo die Tropfen mit krustenbildenden Stoffen beladen sind.

Claims

Erfindungsanspruch

1» Tropfenabscheider zum Abscheiden von Tropfen aus einer Gasströmung, wobei mittels Profilen mit Verengungen und Umlenkungen versehene Strömungskanäle gebildet sind, an deren Wände die Tropfen abgeschieden werden und die so ausgerichtet sind, daß die abgeschiedene Flüssigkeit auf diesen Wänden zum Eintritt der Strömungskanäle hin unter Wirkung der Schwerkraft abströmen kann, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen benachbarten Profilen (1) vor der ersten Umlenkung (III) je eine Tropfenbeschleunigungsstrecke (II) vorgesehen und derart bemessen ist, daß mindestens kleine Tropfen am Eintritt in die Umlenkung (III) auf eine Geschwindigkeit (V_) beschleunigt werden, die nur noch wenig verschieden von der Gasgeschwindigkeit (V_G) ist.

2« Tropfenabscheider nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Gasbeschleunigungsstrecke (I) mit schneller Querschnittsverringerung des Strömungskanals und daran in Strömungsrichtung anschließend die Tropfenbeschleunigungsstrecke (II) mit im wesentlichen gleichbleibendem oder im wesentlichen stetig sich verengendem Strömungsquerschnitt zwischen zwei benachbarten Profilen (1) ausgebildet ist,

3. Tropfenabscheider nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Länge (a) der Gasbeschleunigungsstrecke (I) etwa das 0,2- bis Ifache der Länge der Tropfenbeschleunigung3-strecke (II) beträgt«

-5.0EZ.1984V216221

4_# Tropfenabscheider nach Punkt 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß ,jedes Profil (1) im Bereich der Tropfenbeschleunigungsstrecke (II) von einer anströtnseitigen Profilnase (N) ausgehend auf eine Profilstärke (s) von etwa dem 0,2- bis 0,6fachen des Mittenabstandes (t) zweier benachbarter Profile ansteigt und daß die Länge (b) der Tropfenbeschleunigungsstrecke (II) etwa das 0,5-bis 2fache des Mittenabstandes (t) zveLer benachbarter Profile beträgt*

5« Tropfenabscheider nach _Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die vorbestimmte maximale Profilstärke (s) über die "Länge (b) der Tropfenbeschleunigungsstrecke (II) im wesentlichen konstant ist*

6» Tropfenabscheider nach den Pirkten 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Querschnitt der Profile asymmetrisch gestaltet ist,

7_Φ Tropfenabscheider nach den Punkten 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch» daß die Stärke der Profile in Richtung zur Austrittsebene (E5) der Ströraungskanälej beginnend mit der ersten Umlenkung (HI) zur Bildung von Diffusoren (IV) mit einem C
vermindert ist.

(IV) mit einem Diffusorwinkel (ß) zwischen 4° und 12°

8# Tropfenabscheider nach den Punkten 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Profile mit zur Eintrittsebene (El) hin ausmündenden Stämmen (10) und Ästen (11,· 12) für die abgeschiedene Flüssigkeit versehen sind«

9« Tropfenabscheider nach den Punkten 1 bis 8, gekennzeich net dadurch, daß jede Tropfenbeschleunigungsstrecke zur Anströmriehtung die erste Umlenkung (III) verstärkend unter einem Neigungswinkel (^») nicht größer als 30°,

vorzugsweise zwischen 5° und 20°, geneigt ist«

10, Tropfenabscheider nach den Punkten 1 bis 9* gekennzeichnet dadurch, daß in der Tropfenbeschleunigungsstrecke die eine Profilseite (3) konvex in die Strömung hineingewölbt und die andere Profilseite (2) im wesentlichen eben ist,
11. Tropfenabscheider nach Punkt 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Tropfenbeschleunigungsstrecke zwischen dem in Anströmrichtung ausgerichteten Eintritt und dem an der ersten Umlenkung vorgesehenen Austritt schwach gekrümmt ist,

12» Tropfenabscheider nach den Punkten 1 bis 11 _t gekennzeichnet dadurch, daß sich an die Abscheidefläche (Al) hinter der ersten Umlenkung mindestens eine zweite Umlenkung, gegebenenfalls mit nachfolgender weiterer Abscheidefläche (A2), anschließt.
13. Tropfenabscheider nach den Punkten 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Krümmungsradius (r- _Λ\ r_o « ) auf der konkaven Profilseite an der oder jeder Umlenkung kleiner oder gleich etwa dem 0,25fachen des Mittenabstandes (t) zweier benachbarter Profile ist und/ oder daß der Krümmungsradius (r, ^* ^r2 2^

vexen Profilseite an der oder jeder Umlenkung größer oder gleich etwa dem 0_r25fachen des Mittenabstandes (t) zweier benachbarter Profile ist.
14. Tropfenabscheider nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Strömungskanal im Bereich hinter der ersten und/oder hinter jeder weiteren Umlenkung eine Verengung zum Schaffen einer weiteren Tropfenbeschleunigungsstrekke aufweist.
15. Tropfenabscheider nach den Punkten 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß die Austrittsenden der Profile verdickt sind»
16. Tropfenabscheider nach den Punkten 1 bis 15, gekennzeichnet dadurch^ daß die Wände der Strömungskanäle so ausgerichtet sind, daß die abgeschiedene Flüssigkeit im wesentlichen quer zur Hauptströmungsrichtung abströmen kann und daß Fangrillen (F) auf der oder jeder auf eine Umlenkung folgenden Abscheidefläche so angeordnet sind, daß ihre Lippenspitze (LS) in Strömungsrichtung gesehen einen Abstand von der vorausgehenden Umlenkung zwischen 1/4 und 2/3 der Länge (1_A) der auf die Umlenkung folgenden Abscheidefläche (A) haben.

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen