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In
der Verfahrenstechnik, insbesondere bei Rauchgasreinigungsverfahren,
werden häufig
Düsen eingesetzt,
die eine sehr feine Zerstäubung
der Flüssigkeit
im Gasraum ermöglichen.
Neben Hochdruckeinstoffdüsen
kommen auch zunehmend Zweistoffdüsen
mit Innenmischung zum Einsatz. Bei diesen wird die Flüssigkeit
unter Zuhilfenahme eines Druckgases, z. B. von Druckluft oder Dampf,
bei mäßigen Drücken zerstäubt.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau einer derartigen Zweistoffdüse, 2 eine
Ausschnittsvergrößerung.
Die zu zerstäubende
Flüssigkeit 1 wird über ein
Rohr 2 und eine Engstelle 10 der Mischkammer 7 der
weitgehend zentrisch symmetrischen Zweistoffdüse 3 zugeführt, während das
Druckgas 15 über
Bohrungen 5 aus einem äußeren Ringraum 6 in die
Mischkammer 7 eingeblasen wird. Zum Austritt hin weist
die Mischkammer eine weitere Engstelle 14 auf. Über die
Düsenmündung 8 verlässt das
Zweistoffgemisch 9 aus Zerstäubungsgas und Tropfen mit relativ
hoher Geschwindigkeit die Mischkammer und dringt in den Gasraum 16 ein, 3.
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Bei
dem vorliegenden Beispiel ist das Lanzenrohr für die Zuführung der Flüssigkeit 2 im
Inneren des Lanzenrohres 4 für die Zuleitung des Druckgases
geführt.
Dies ist jedoch keinesfalls zwingend.
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In
derartigen Zweistoffdüsensystemen
nach dem Stand der Technik treten relativ häufig Betriebsstörungen durch
Ablagerungen 11,12 und 13 auf, 1 und 2.
Betroffen sind die Engstelle 10 der Flüssigkeitszuführung, aber
insbesondere auch die radialen Bohrungen 5 für die Drucklufteinleitung
sowie in einem meist weniger störenden
Ausmaß die Austrittspartie 8 der
Düse.
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Bei
den Ablagerungen 11 und 12 in den Zuluftbohrungen 5 sowie
am Düsenmund 8 handelt
es sich überwiegend
um Ausfällungen
aus der zu zerstäubenden
Flüssigkeit.
Auch die Ablagerungen 13 an der Engstelle 10 bestehen
in aller Regel aus Ablagerungen; allerdings sind diese Ablagerungen
nicht an der Engstelle selbst gebildet worden, sondern stellen zu
einem meist weit überwiegenden
Prozentsatz Abschalungen von Ablagerungen dar, die in dem ausgedehnten
Rohrleitungssystem der Flüssigkeitszufuhr
wie auch in der Düsenlanze
selbst entstanden sind, 3. Durch Erschütterungen
oder thermische Spannungen können
sich derartige Ablagerungen in Plättchenform von den Wandungen
ablösen.
Sie werden dann von der Flüssigkeitsströmung mitgerissen und
führen
bei entsprechenden Abmessungen an der Engstelle 10 zur
Verlegung des Querschnitts durch die Plättchen 13, 2.
Hiermit wird nicht nur der Flüssigkeitsdurchsatz
in unzulässiger
Weise gedrosselt, es kommt ferner zu einer Störung der Geschwindigkeitsverteilung
in der Mischkammer, weil besagte Plättchen 13 wie kleine
Leitbleche wirken, die eine seitliche Ablenkung des Flüssigkeitsstrahles
verursachen, sodass dieser nicht mehr zentrisch symmetrisch in die
Mischkammer einschießt.
Daher ist es nach Untersuchungen des Erfinders sehr vorteilhaft, das
Verhältnis
von Länge
zu Durchmesser an der Engstelle > 1,5
zu wählen;
auf diese Weise wird der Flüssigkeitsstrahl
selbst dann weitgehend zentrisch symmetrisch in die Mischkammer
eingeleitet, wenn sich Belagsplättchen
vor der Engstelle angesammelt haben.
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In
der Vergangenheit wurden Zweistoffdüsen häufig zur Eindampfung der Suspension
eingesetzt, die in nassen Rauchgasreinigungsanlagen anfällt. Somit
war es möglich,
ein abwasserfreies Verfahren anzubieten. Neuerdings wird jedoch
auch verstärkt die
Rauchgasreinigung selbst in derartigen, mit Zweistoffdüsen ausgestatteten
Apparaten durchgeführt. Hierzu
muss die zu versprühende
Flüssigkeit 1 mit
einem Sorbens, z. B. mit Kalkmilch angereichert sein, um die Einbindung
der Säurebildner
wie Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff zu bewirken. Bei einer für das Rauchgasreinigungsverfahren
vorteilhaften Kalkmilchkonzentration von z. B. 10 % ist das Verschmutzungsrisiko
für die
Rohrleitungen sowie für die
Düsenlanzen
und Düsen
erheblich erhöht.
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Diese
Ablagerungen bewirken eine meist unzulässige Beeinträchtigung
der Zerstäubung,
sodass wesentlich größere Tropfen
auftreten, als dies bei Düsen
ohne Inkrustierungen der Fall wäre.
Große Tropfen
sind nicht nur für
das Rauchgasreinigungsverfahren nachteilig, da sie eine geringere
Fläche
für die
Schadstoffaufnahme anbieten, sie benötigen auch eine erhebliche
Verdunstungszeit, sodass sie in aller Regel nicht mehr im Fluge
verdunstet werden können.
Somit besteht das Risiko einer Verschlammung oder Inkrustierung
nachgeschalteter Komponenten, wie z. B. eines Gewebefilters oder
eines Gebläse.
Daher erzwingen derartige Ablagerungen in den Düsenlanzen und Düsen einen
häufigen
Ausbau zur Reinigung derselben. Da die Anlagen, in welche die Düsen eingebaut
sind, zu Reinigung der Düsen
in aller Regel nicht abgefahren werden können, schränken diese Reinigungszwänge den
Einsatz von Zweistoffdüsen
erheblich ein; so muss beispielsweise am Düseneinbauflansch in aller Regel
Unterdruck in der Anlage herrschen, damit keine Schadgase über den zum
Ausbau der Düsenlanzen
kurzzeitig geöffneten Flansch
austreten können,
oder es müssten
aufwändige
Schleusen eingebaut werden. Ferner bedingen die Wartungsarbeiten
einen großen
Zeitaufwand. Und die Funktion der Anlage kann durch den wartungsbedingten
Ausbau einer Düsenlanze
beeinträchtigt
sein.
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Vom
selben Erfinder wurde kürzlich
eine weitere Patentanmeldung (AZ 10 2005 021 650.1) eingereicht,
die allerdings lediglich einen Teil der hier angesprochenen Problematik
betrifft. Die ältere
Anmeldung beschränkte
sich auf eine reinigungsfreundliche Gestaltung der Düsen sowie
auf die Reinigung der Düsen
selbst, während
die vorliegende Anmeldung Verfahren und Vorrichtungen zur Reinigung
der Düsenlanze
sowie eines Abschnitts der Flüssigkeitszuleitung
mit einschließt.
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Grundidee der vorliegenden
Erfindung
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Wie
bereits ausgeführt,
treten neben den Belägen,
die durch Ausfällungen
in den Zweistoffdüsen selbst
entstanden sind, auch Querschnittsverlegungen durch plättchenförmige Abschalungen
aus den Zuleitungen zur Düsenlanze
sowie aus der Düsenlanze
selbst auf. Die Abschalungen aus den Zuleitungen zu den Düsenlanzen
können
in bekannter Weise mit Hilfe eines Grobfilters eliminiert werden.
Die Maschenweite dieses Filters muss allerdings kleiner sein als
der engste Querschnitt an der Flüssigkeitseinleitung
in die Mischkammer.
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Da
es jedoch auch in den Düsenlanzen selbst
zu Ablagerungen und in der Folge zu plättchenförmigen Abschalungen kommen
kann, müsste nach
dem Stand der Technik zur Vermeidung von Störungen der Zerstäubung ein
weiteres Filter unmittelbar vor der Mischkammer in die Zweistoffdüse integriert
werden, oder es müssten
Ablagerungen am Flüssigkeitseintritt
in die Mischkammer zertrümmert werden,
wie dies in der früheren
Anmeldung beschrieben wurde. Für
die Unterbringung eines Filters nahe der Zweistoffdüse ist der
Raum nicht ausreichend. Ferner müsste
ein derartiges Filter von Zeit zu Zeit gereinigt werden; dies würde ebenfalls
einen Ausbau der Düsenlanze
erfordern, was es ja gerade zu vermeiden gilt.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, die belagsgefährdeten Bereiche der Düsenlanze
und der Düse
intermittierend zu reinigen, ohne dass die Düsenlanze hierfür ausgebaut
werden müsste.
Dies soll gemäß der Erfindung
durch eine Umkehrung der Strömungsrichtung
in der Flüssigkeitszufuhr
zur Düse
erfolgen, verbunden mit der Rückspülung von lockeren
Ablagerungen zu einem in die Zuleitung zur Düsenlanze angeordneten Partikelabscheider.
Dieser Reinigungsprozess soll durch chemisch wirksame Reinigungsflüssigkeiten
verbessert werden.
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Ausführungen gemäß der Erfindung
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3 zeigt
eine Basisvariante gemäß der Erfindung.
Eine Zweistoffdüsenlanze 17 ist
nach dem Stand der Technik mit den Anschlussflanschen 18 für die zu
verdüsende
Flüssigkeit
und 19 für
das Druckgas ausgestattet, welches die Zerstäubung bewirkt.
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In
die Flüssigkeitszuleitung 25 ist
ein beidseitig wirkendes, grobmaschiges Filter 20 eingebaut.
Mit Hilfe des Flüssigkeitshauptventils 21 kann
die Flüssigkeitszufuhr
zur Lanze geregelt bzw. unterbrochen werden. Zur Abschlämmung von
Partikeln, die im Filter 21 abgeschieden wurden, können die
Ventile 22, 23 und 24 zum Abschlämmbehälter 26 hin
geöffnet werden.
Mittels einer Pumpe 28 und eines Ventils 27 kann
der Abschlämmbehälter auf
Unterdruck gebracht werden. Im Abschlämmbehälter werden Feststoffe bzw.
der Dickschlamm 34 und die Abschlämmflüssigkeit 32 gesammelt.
Während
der Dickschlamm über
das Ventil 35 ausgetragen werden kann, besteht die Möglichkeit,
die Abschlämmflüssigkeit
mit den enthaltenen Reinigungsadditiven über die Leitung 33 zu
rezirkulieren, mit Hilfe der Pumpe 54 in einen Vorlagebehälter zu
fördern
und somit nochmals für
Reinigungszwecke einzusetzen. Bei Parallelschaltung mehrerer Zweistoffdüsenlanzen
kann der Abschlämmbehälter 26 als
zentrale Einheit für
die Aufnahme der Schlämme
und der Reinigungsflüssigkeit eingesetzt
werden. Dies ist durch die Zuleitungen mit den Kennziffern 29, 30 und 31 angedeutet.
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Das
Druckgas 15 für
die Zerstäubung
der Flüssigkeit
wird vom Kompressor 36 geliefert und über das Druckgashauptventil 37 in
die Druckgaszuleitung 38 eingespeist. Hier kann auch die
Einspeisung 39 der Reinigungsflüssigkeiten 40 und 41 erfolgen,
die in den Behältern 42 und 43 gespeichert
sind. Zur Einspeisung der Reinigungsflüssigkeiten in das Druckgas
muss der Druck in den Speichern 42 und 43 etwas
höher sein
als jener des Druckgases; daher ist eine Druckgasbeaufschlagung 48 der
Behälter über die
Ventile 44 und 45 vorgesehen. Reinigungsflüssigkeiten
kann wahlweise über
die Ventile 46 und 47 in die Druckgasleitung 38 eingespeist
werden; sie werden von der Druckgasströmung mitgerissen und über die
Zuluftbohrungen 5 zunächst
in die Mischkammer 7 eingetragen.
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Bei
abgeschaltetem Hauptflüssigkeitsventil 21 und
geöffneten
Abschlämmventilen 22–24 wird zumindest
ein Teil des Druckgases mit der Reinigungsflüssigkeit durch das Lanzenrohr 2 und
die Zuleitung 25 zum Filter 20 gefördert und
von hier in den Abschlämmbehälter ausgetragen.
Ein Teil des Reinigungsfluides durchströmt die Filterscheibe 49 rückwärts, die
somit ebenfalls abgereinigt wird. Nötigenfalls kann hierfür das Ventil 22 zeitweise
angedrosselt werden, um das Reinigungsfluid verstärkt durch
die Filterscheibe zu leiten.
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Das
in die Mischkammer einströmende Druckgas
kann prinzipiell über
zwei Öffnungen
aus der Mischkammer 7 austreten, einmal über die
etwas größere Engstelle 14 der
Mischkammer zum Gasraum 16 hin oder über die Engstelle 10 zum
Filter bzw. zum Abschlämmbehälter hin.
Untersuchungen des Erfinders haben gezeigt, dass der dynamische Druck
der zum Filter hin strömenden
Zerstäubungsluft
für einen
Abtransport von plättchenförmigen Abschalungen 13 gemeinsam
mit der noch in der Flüssigkeitszufuhr 2 vorhanden
Flüssigkeit 1 zurück zum Filter 20 in
aller Regel durchaus genügt.
Verstärken kann
man diesen Reinigungsluftstrom durch Anlegen eines Unterdruckes
an den Abschlämmbehälter 26.
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Wenn
es jedoch darum geht, nicht nur lockere Partikel zur Abschlämmung zurückzutransportieren,
sondern auch fest haftende Beläge
von der Düse sowie
von den Wänden
der Flüssigkeitszufuhr
in der Lanze abzulösen,
ist es notwendig, die Zerstäubungsluft
mit einer Reinigungsflüssigkeit
zu beaufschlagen, wie oben beschrieben wurde. Hierfür kommen
z. B. Säuren
oder Laugen in Frage, die in den ansteuerbaren Behältern 42 und 43 gespeichert
sind. Bei einer Parallelschaltung mehrerer Düsenlanzen besteht auch die
Möglichkeit
einer Zentralversorgung mit Reinigungsflüssigkeit, wie dies prinzipiell
auch für die
Abschlämmung 26 der
Fall ist.
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Während der
Reinigungsprozedur mit einer Aufgabe von Reinigungsflüssigkeit
in die Druckgaszuleitung kann auch Reinigunsflüssigkeit aus dem Düsenmund 8 austreten.
Dies ist in aller Regel erwünscht,
um auch Beläge 12 im
Mündungsbereich 8 der
Düse abzulösen. Diese
Reinigungsflüssigkeit,
die über
den Düsenmund
in den Gasraum eintritt, wird derart fein versprüht, dass sie für nachgeschaltete Komponenten
keine Gefahr darstellt, da die Tropfen rechtzeitig verdunstet sind.
Abgesehen davon kann gemäß der Erfindung
der über
den Düsenmund
austretende Teilstrom des Reinigunsfluides durch Anlegen eines ausreichend
tiefen Unterdrucks an die Abschlämmung
beliebig weit gesenkt werden. Nötigenfalls
müsste
man den Druck in der Zerstäubungsluft entsprechend
reduzieren. Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann durch eine ausreichend
starke Absenkung des Unterdrucks im Abschlämmbehälter 26 Gas über den
Düsenmund 8 durch
die Flüssigkeitszuleitungen 2 und 25 zur
Düsenlanze
angesaugt werden, sofern dies bei entsprechender Rauchgaszusammensetzung
vorteilhaft erscheint. Häufig
werden Zweistoffdüsenlanzen
nicht nur mit der zu zerstäubenden
Flüssigkeit
und mit Druckgas beschickt, sondern auch noch mit Hüllluft, welche
in einem Rohr geführt
ist, das die Zweistoffdüsenlanze
konzentrisch umschließt.
Diese Hüllluft
umschließt
den Düsenmund 8.
Bei Rücksaugung
von Gas während
der Reinigungsprozedur muss demnach- nicht etwa Rauchgas über die
Düsenlanze
zurückgesaugt
werden; vielmehr kann das rückgesaugte
Gas aus chemisch neutraler Hüllluft
bestehen. Mit diesem Verfahren besteht somit die Möglichkeit,
Düsen und
Düsenlanzen
zu reinigen, ohne dass die Reinigungsflüssigkeit in das Rauchgas gelangen
müsste.
Und es muss ja auch nicht immer Rauchgas vorliegen; in der Lebensmittelverfahrenstechnik
kann ein starkes Interesse daran bestehen, keine Reinigungsflüssigkeit
in die mit Lebensmitteln in Berührung
kommenden Anlagenteile gelangen zu lassen. Ferner kann die Reinigungsflüssigkeit über die
Rohrleitung 33 rezirkuliert werden, bis ihre Aufnahmefähigkeit
unter Berücksichtigung
von Wirtschaftlichkeitsaspekten erschöpft ist. Daher sollte Reinigungsflüssigkeit
nur insoweit über
den Düsenmund
in den Gasraum eingeblasen werden, wie dies für das Verfahren zuträglich bzw.
für die
Reinigung des Düsenmundes 8 notwendig
ist.
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Diese
zu Reinigungszwecken praktizierte Betriebsweise der Zweistoffdüse entspricht
in gewissem Sinne jener von Einstoff-Rücklaufdüsen, bei denen im Extremfalle
die Rücklaufmenge
gleich der Zulaufmenge ist, sodass keine Fluid in den Gasraum eingedüst wird.
Demnach lässt
sich das Reinigungsverfahren gemäß der Erfindung
prinzipiell auch auf Einstoff-Rücklaufdüsen anwenden.
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Es
kann auch vorteilhaft sein, die Reinigungsflüssigkeit nicht in das Druckgas
einzuspeisen, sondern das Druckgas vollständig abzuschalten, sodass die
Druckgasseite ausschließlich
mit Reinigungsflüssigkeit
beaufschlagt wird. Bei Aufprägung eines
Unterdruckbetriebes von der Abschlämmung her würde dann die Reinigungsflüssigkeit
ebenfalls über
die Zuluftbohrungen 5 und die Mischkammer rückwärts durch
das Lanzenrohr für
die Flüssigkeitszufuhr 2 zum
Filter 20 gefördert
werden. Dabei könnte
in gewissem Umfange auch Gas aus dem Gasraum 16 über den
Düsenmund 8 zurückgesaugt
werden.
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Um
ein abwasserfreies Verfahren anbieten zu können, müsste auch die Reinigungsflüssigkeit letztlich
eingedampft werden, was durch Zumischung zum Hauptflüssigkeitsstrom 1 geschehen
kann.
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Da
sich Wandbeläge
auch durch Vibrationen ablösen
lassen, kann gemäß der Erfindung
der Rückströmung von
der Mischkammer zum Filter eine Pulsation überlagert werden. Dies könnte z.
B. dadurch geschehen, dass man ein Flatterventil 24 in
die Überleitung
zum Abschlämmbehälter einbaut,
so dass ein oszillierender Unterdruck anliegt.
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Auf
eine reinigungsfreundliche Gestaltung der Zweistoffdüse selbst
wird hier nicht eingegangen, denn dies war bereits Gegenstand der
oben zitierten älteren
Patentanmeldung.
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In 3 ist
noch eine weitere Schaltungsvariante angedeutet. Über die
Ventile 51, 52 und 53 sowie über die
Rohrleitung 50 kann Reinigungsflüssigkeit bei geschlossenem
oder angedrosseltem Flüssigkeitshauptventil 21 in
die Flüssigkeitszuleitung zum
Filter 20 eingespeist werden. Die Strömungsgeschwindigkeit in der
Flüssigkeitszuleitung
kann dabei so gering gehalten werden, dass die Verweilzeit der Reinigungsflüssigkeit
in Filter und Rohrleitung für
die Ablösung
von Belägen
ausreichend lang ist. Hiermit ist ein effizienter und kostensparender
Einsatz der Reinigungsflüssigkeit
zu erreichen. Insbesondere ist es bei diesem Verfahren nicht erforderlich,
die gesamte zu verdüsende
Flüssigkeit
mit Reinigungsfluiden zu impfen, sodass auch nicht an unerwünschter Stelle
mit Korrosionen gerechnet werden muss. Mit dieser Reinigungsschaltung
wird es allerdings nicht gelingen, Beläge in den Zuluftbohrungen zur
Mischkammer zu entfernen.
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- 1
- zu
zerstäubende
Flüssigkeit
- 2
- Lanzenrohr
für die
Zuleitung der Flüssigkeit zur
Zweistoffdüse
- 3
- Zweistoff-Düse
- 4
- Lanzenrohr
für die
Zuleitung des Druckgases zur Zweistoffdüse
- 5
- Durchtrittsbohrungen
des Druckgases zur Mischkammer
- 6
- äußerer Ringraum
bzw. Ringkammer der Zweistoffdüse
- 7
- Mischkammer
der Zweistoffdüse
- 8
- Düsenmündung
- 9
- Zweistoffgemisch
aus Druckgas und Flüssigkeitströpfchen
- 10
- Durchtrittsbohrung
der Flüssigkeit
(Engstelle) zur Mischkammer hin
- 11
- Feststoffablagerungen
in den Bohrungen des Druckgases
- 12
- Feststoffablagerungen
am Düsenmund
- 13
- Feststoffablagerungen
an der Engstelle der Flüssigkeit
- 14
- Engstelle
am Austritt der Mischkammer
- 15
- Druckgas
- 16
- Gasraum,
in den eingesprüht
wird
- 17
- Zweistoffdüsenlanze
- 18
- Anschlussflansch
der Düsenlanze
für die
zu versprühende
Flüssigkeit
- 19
- Anschlussflansch
der Düsenlanze
für das Druckgas
- 20
- Filtergehäuse
- 21
- Hauptflüssigkeitsventil
- 22
- abströmungsseitiges
Abschlämmventil
- 23
- zuströmungsseitiges
Abschlämmventil
- 24
- Hauptabschlämmventil
- 25
- Flüssigkeitszuleitungsrohr
vom Filter zur Düsenlanze
- 26
- Abschlämmbehälter
- 27
- Unterdruckventil
am Abschlämmbehälter
- 28
- Vakuumpumpe
am Abschlämmbehälter
- 29
- Zuleitung
von parallel geschalteter Düsenlanze
mit Filter
- 30
- Zuleitung
von parallel geschalteter Düsenlanze
mit Filter
- 31
- Zuleitung
von Parallel geschalteter Düsenlanze
mit Filter
- 32
- Flüssigkeitsüberstand
im Abschlämmbehälter
- 33
- Rezirkulationsleitung
für Reinigungsflüssigkeit
- 34
- Dickschlamm
und Partikel
- 35
- Austragsorgan
für Dickschlamm
und Partikel
- 36
- Kompressor
für Druckgas
- 37
- Druckgashauptventil
- 38
- Druckgaszuleitung
zur Düsenlanze
- 39
- Einspeisung
von Reinigungsflüssigkeit
- 40
- Reinigungsflüssigkeit
(z. B. Säure)
- 41
- Reinigungsflüssigkeit
(z. B. Lauge)
- 42
- Speicherbehälter für Reinigungsflüssigkeit
- 43
- Speicherbehälter für Reinigungsflüssigkeit
- 44
- Druckluftabsperrventil
am Speicher 42
- 45
- Druckluftabsperrventil
am Speicher 43
- 46
- Ventil
für die
Zuleitung von Reinigungsflüssigkeit
- 47
- Ventil
für die
Zuleitung von Reinigungsflüssigkeit
- 48
- Druckluft
bzw. Druckgas
- 49
- Grobmaschiges
Sieb oder Lochplatte im Filter 20
- 50
- Einspeisungsleitung
für die
Reinigungsflüssigkeit
zwischen Flüssigkeitshauptventil
und Filter
- 51
- Hauptventil
für eine
direkte Einspeisung der Reinigungsflüssigkeit vor dem Filter 20
- 52
- Ventil
für die
Direkteinspeisung aus Speicher 43
- 53
- Ventil
für die
Direkteinspeisung aus Behälter 42
- 54
- Pumpe
für die
Rezirkulation von Reinigungsflüssigkeit
aus dem Abschlämmbehälter