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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Tropfenabscheidersystem für Rauchgaswäscher oder
andere Gaswäscher
bestehend aus zwei oder drei Tropfenabscheiderebenen, die vom Gasstrom
vertikal durchströmt
werden, wobei die Tropfenabscheider in einer dachförmigen Aufstellung
eingebaut sind. Eine Spüleinrichtung
zum periodischen Spülen
des Tropfenabscheiders ist jeweils anströmseitig und abströmseitig
vom Tropfenabscheider eingebaut. Besonders bevorzugt wird die Erfindung
im Bereich der Rauchgasentschwefelung eingesetzt.
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Bei
der Verbrennung von Kohle entsteht unter anderem Schwefeldioxidgas,
welches eine wesentliche Ursache für das Waldsterben darstellt.
Es gibt verschiedene Verfahren dem Rauchgas das schädliche Schwefeldioxid
zu entziehen. Am häufigsten
wird das so genannte Nassverfahren verwendet. Dabei wird das ungereinigte
Rauchgas in einem Waschturm, auch Absorberturm oder Gaswäscher genannt,
mit einem Gemisch aus Wasser und Kalkstein, einer so genannten Waschsuspension,
besprüht,
wodurch das Schwefeldioxid durch chemische Reaktionen weitgehend
absorbiert wird. So gelingt es, Entschwefelungsgrad von über 90 %
zu erreichen. Dabei geht das gasförmige Schwefeldioxid zunächst in
der Waschflüssigkeit
in Lösung.
Anschließend
entsteht durch die Reaktion von Schwefeldioxid und Kalkstein Kalziumsulfit
und Kohlendioxid. Im unteren Teil des Waschturms, im Absorbersumpf,
sammelt sich die mit Kalziumsulfit beladene Waschsuspension. Durch
Einblasen von Luft (Aufoxidation) wird die Flüssigkeit mit Sauerstoff angereichert
und es entsteht eine Gipssuspension. Nach Entzug des Wassers fällt Gips
mit bis zu 10 % Restfeuchte in rieselfähiger Form an und steht als
wertvolles Produkt zur Abgabe an die Baustoffindustrie zur Verfügung.
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Die
Tropfenabscheider sind in der Regel in Gasströmrichtung hinter der Gaswäsche eingebaut und
bedecken den gesamten Querschnitt des runden oder eckigen Gaswäscherturms.
Der Tropfenabscheider wird dabei von parallel und in einem definierten
Abstand zueinander liegenden gekrümmten Lamellen gebildet, an
denen die in der Gasströmung befindlichen
Tropfen abgeschieden werden. Die abgeschiedenen Tropfen bilden einen
Flüssigkeitsfilm, der
der Schwerkraft gehorchend nach unten abfließt bzw. in großen Tropfen
gegen den Gasstrom nach unten fällt.
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Da
Rauchgas stark mit Flugasche beladen ist und während des weiteren Entschwefelungsprozess
Gips gebildet wird, besteht immer die Gefahr, dass sich diese festen
Partikel auf dem Tropfenabscheider ablagern und diesen ggf. sogar
verstopfen. Deshalb sind unterhalb der jeweiligen Abscheiderlage
und häufig
auch oberhalb (in Gasströmrichtung hinter
dem Tropfenabscheider) Spüleinrichtungen eingebaut,
die periodisch die Tropfenabscheiderlamellen waschen und mögliche Ablagerungen
beseitigen. Diese Spüleinrichtung
besteht aus unter anderem aus Rohren mit darin eingesetzten Düsen.
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Dachförmig aufgestellte
Tropfenabscheider – also
Konfigurationen mit einer V-förmigen Anordnung geneigter
Lamellen – haben
sich als vorteilhaft sowohl im Hinblick auf die Abreinigung und
Sauberhaltung als auch auf eine zuverlässige Abscheideleistung erwiesen.
Die strömungsgünstig geformten Tropfenabscheiderlamellen
lenken den mit Flüssigkeit
beladenen Gasstrom um. Diese Umlenkung können die Tropfen aufgrund ihrer
Trägheit
nicht vollziehen, sondern prallen auf die Tropfenabscheiderlamellen
(Prallflächenabscheider).
Dabei entsteht ein Flüssigkeitsfilm,
der dann nach unten abläuft.
Um die Leistung an die Aufgabenstellung anzupassen, werden die Tropfenabscheider
mit speziellen Formen und Eigenschaften angeboten. Damit wird die
sichere Entfernung der Flüssigkeit
gewährleistet,
bei gleichzeitig hoher Abscheideleistung. Übliche Bauformen dieser Tropfenabscheider
mit geneigten Tropfenabscheiderlamellen sind beispielsweise aus
der
DE 195 01 282 oder
der
DE 195 21 178 bekannt.
Der dachförmige
Tropfenabscheider wird wegen dieser Vorteile inzwischen von vielen
Kraftwerken eingesetzt.
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Ein
entscheidender Vorteil ist die zuverlässige Abscheideleistung bei
hohen vertikalen Gasgeschwindigkeiten von mehr als 5m/s – je nach
Konfiguration bis hin zu Anströmgasgeschwindigkeiten
von 6,5 bis 7,5 m/s. Konventionelle flache Tropfenabscheider haben
ihre Leistungsgrenze bei 5,2 bis 5,5 m/s (vertikaler Anströmgasstrom).
Die höhere
Leistungsgrenze der dachförmigen
Tropfenabscheider ist besonders von Vorteil im Betrieb von großen Anlagen für Großkraftwerke.
Durch operationale Bedingungen und die konstruktive Konfiguration
entstehen bei diesen Anlagen, die z.B. einen Durchmesser von 12
m bis 17 m haben und bei Volllast mit 3,5 m/s bis 3,8 m/s Grundgeschwindigkeit
betrieben werden, lokale Geschwindigkeitsspitzen von 5 m/s bis 6
m/s und in Einzelfällen
sogar noch mehr. Derartige Geschwindigkeitsspitzen führen bei
konventionellen flachen Tropfenabscheider zum lokalen Versagen und
damit erheblichen Tropfenüberriss.
Die Leistung des gesamten Tropfenabscheiders wird dadurch erheblich reduziert
und es kommt zu Verunreinigung der nachgeschalteten Anlagen im Rauchgaskanal.
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Durch
diese Entwicklungen haben sich die Leistungsanforderungen noch einmal
deutlich erhöht.
Diese modernen Anlagen werden mit deutlich höheren Grundgeschwindigkeiten
betrieben – z.B. zwischen
4,0 m/s und 4,5 m/s. Darüber
hinaus kann es lokal zu deutlich größeren Schwankungen der Grundgeschwindigkeit
kommen. Es wurden in einzelnen Fällen
bereits lokale Geschwindigkeitsspitzen bis zu 10 m/s beobachtet.
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Bei
der Bewertung dieser Geschwindigkeiten muss berücksichtigt werden, dass die
Anströmgeschwindigkeit
des Tropfenabscheiders noch einmal 15% bis 25% höher ist als die Grundgeschwindigkeit in
der Anlage. Im Bereich des Tropfenabscheiders verengt sich die offene,
gasdurchströmte
Querschnittsfläche
durch Tragbalken (auf denen der Tropfenabscheider liegt), durch
konstruktive Konfiguration der Tropfenabscheider und durch Blindsetzung einzelner
Bereiche. Das führt
zu einem weiteren Anstieg der Grundgeschwindigkeit und zu einer
noch höheren
Anströmgeschwindigkeit
für den
Tropfenabscheider. Grundgeschwindigkeiten von 4,0 m/s bis 4,5 m/s
werden zu 5,0 bis 5,5 m/s Anströmgeschwindigkeit.
Entsprechend werden Geschwindigkeitsspitzen von 6 – 8 m/s
zu Anströmgeschwindigkeitsspitzen
von 7,5 bis 10 m/s – in
Einzelfällen
bis zu 12 m/s. Diese Geschwindigkeiten überfordern auch die derzeit üblichen
dachförmigen
Tropfenabscheider.
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Gleichzeitig
haben die häufigen
Probleme mit Verunreinigungen in dem Tropfenabscheider nachgeschalteten
Wärmetauscher
die Kraftwerke hinsichtlich der Leistungsprobleme des Tropfenabscheiders
sensibilisiert. Die Anforderungen an den Druckverlust, an die Dauer
eines Betriebszyklus und an den Kennwert „Restgehalt von Tropfen im
Rauchgas" nach dem
Tropfenabscheider wurden deutlich verschärft. Wo vor 10 Jahren noch
Restgehalte von 100 bis 150 mg/m3 gefordert
wurden, werden heute mehrheitlich 30 bis 50 mg/m3 als
Garantiewert für
den Restgehalt gefordert. Der konventionelle dachförmige Tropfenabscheider
stößt unter
diesen Bedingungen inzwischen an seine Leistungsgrenzen.
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Beide
Trends, nämlich
die höhere
Grundgeschwindigkeit mit den höheren
Geschwindigkeitsspitzen einerseits und die verschärften Anforderungen an
die Abscheideleistung andererseits, weisen auf den Bedarf, die bisher
bekannten dachförmigen Tropfenabscheider
weiter zu entwickeln.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, die mit Bezug auf den Stand
der Technik geschilderten technischen Probleme zumindest teilweise
zu lösen.
Insbesondere soll eine Tropfenabscheideranordnung angegeben werden,
die ein besonders gutes Abscheideverhalten bei hohen Geschwindigkeiten
des Rauchgases aufweist.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
mit einer Tropfenabscheideranordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängig formulierten
Patentansprüchen
angegeben, wobei die dort einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger,
technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und
weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
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Demnach
wird eine Tropfenabscheideranordnung für einen Gaswäscher vorgeschlagen,
der mit mindestens eine Tropfenabscheiderlage, einer Mehrzahl von
Profilpaketen mit V-förmig
angeordneten Tropfenabscheiderlamellen und wenigstens einer Spüleinrichtung
zum regelmäßigen Waschen
der Tropfenabscheiderlamellen ausgerüstet ist. Dabei sind die Profilpakete
auf Tragbalken des Gaswäschers
anordenbar, wobei die Tropfenabscheiderlamellen eine Halterung aufweisen,
die im Strömungsschatten
des Tragbalkens angeordnet sind. Mit "Halterung" sind insbesondere so genannten Endplatten
gemeint, die zur endseitigen Aufnahme bzw. Befestigung der Tropfenabscheiderlamellen
dienen, oder ähnlich
wirkende Bauteile. "Strömungsschatten" meint in diesem
Zusammenhang insbesondere, dass die Halterung im wesentlichen außerhalb des
freien Strömungsquerschnitts
unterhalb der Pakete aus Tropfenabscheiderlamellen angeordnet ist. Mit
anderen Worten könnte
das insbesondere auch meinen, dass sich die Tropfenabscheiderlamellen-Konstruktion über eine
Distanz parallel zur Ebene der Tragbal ken erstreckt, die größer als
die Entfernung der zur Auflage dienenden Tragbalken ist.
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Hierbei
ist insbesondere eine Tropfenabscheideranordnung für Gaswäscher und
dergleichen gemeint, die eine, zwei oder mehrere Tropfenabscheiderlagen
aufweist, welche jeweils aus mindestens einer Reihe von dachförmig oder
V-förmig
angeordneten Tropfenabscheiderlamellen bestehen. Dabei sind diese
mit einer Spüleinrichtung
zum regelmäßigen Waschen
ausgerüstet.
Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Profilpakete
auf den Tragbalken stehend angeordnet sind, um die Versperrung des
Wäscherquerschnitts
durch die Abscheiderkonstruktion zu minimieren. Auf diese Weise wird
die Tropfenabscheiderkonstruktion so geändert, dass die Anströmgeschwindigkeit
reduziert, die den Überriss
verursachenden Konstruktionsmerkmale beseitigt und die allgemeine
Konfiguration des Tropfenabscheiders verändert wird.
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Vorteilhaft
ist, dass die Profilpakete durch eine geeignete Ausformung der Auflagen
and den Trägerlagen
vom Abrutschen von dieser gesichert sind und mittels zwischen den
Profilpaketen positionierten Abstandshalter in Position gehalten
und vor dem Verbiegen unter Wärme
geschützt
sind. Die Konstruktion ist so ausgeformt, dass einerseits eine Begehung
zwischen den Paketen möglich
ist und andererseits ein Maximum des Wäscherquerschnitts für die Abscheidung
genutzt werden kann.
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Die
Tropfenabscheideranordnung hat bevorzugt Profile, die mit geneigter
Anordnung (bevorzugte Bauform mit 35°) in eine konturgefräste Endplatte eingeführt werden,
so dass Leckagen zwischen Endplatte und Profilen vermieden werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Tropfenabscheideranordnung wird durch
einen ausreichenden Abstand zwischen zwei Tropfenabscheiderlagen
vermieden, dass sich ablösende
Wirbel aus der in Strömungsrichtung
gesehen ersten Tropfenabscheiderlage sofort in die Tropfenabscheiderlamellen der
zweiten Lage eingetragen werden. Hierbei ist vorteilhaft, dass die
Führung
des Gasstroms und des Stroms der abgeschiedenen Flüssigkeit
getrennt werden, um einen erneuten Mitriss der bereits abgeschiedenen
Flüssigkeit
aus der nach unten regnenden Masse zu vermeiden.
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Weitergebildet
wird die Tropfenabscheideranordnung dadurch, dass der abfließende Strom
der abgeschiedenen Flüssigkeit
von Lamelle ohne Lücke auf
die Endplatte und von dort nach unten abfließen kann.
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Schließlich ist
auch vorteilhaft, dass der abfließende Strom in einer drucklosen
Zone (also im Lee des Gasstroms liegender Zone) von der Endplatte
an der Endplatte ab und auf den Träger fließt und von dort entlang des
Trägers
nach unten fließen kann.
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Die
Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Figuren näher
erläutert.
Dabei zeigen die Figuren auch besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung, auf die diese jedoch nicht begrenzt ist. Es zeigen
schematisch:
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1:
eine Tropfenabscheideranordnung der bekannten Bauart;
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2:
ein Detail der Tropfenabscheideranordnung aus 1;
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3:
ein erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Tropfenabscheideranordnung;
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4:
eine Tropfenabscheideranordnung einer weiteren, bekannten Bauart;
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5:
ein erstes Detail aus 4;
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6:
ein weiteres Detail aus 4;
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7:
eine Veranschaulichung von Gas- und Flüssigkeitsströmungen an
einer bekannten Tropfenabscheideranordnung;
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8:
ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Tropfenabscheideranordnung;
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9:
ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Tropfenabscheideranordnung;
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10:
eine Veranschaulichung der Turbulenzbildung bei einer bekannten
Bauart einer Tropfenabscheideranordnung;
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11:
eine Veranschaulichung der Turbulenzen auf den Flüssigkeitsstrom
bei einer bekannten Bauart einer Tropfenabscheideranordnung;
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12:
ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Tropfenabscheideranordnung;
und
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13:
eine Veranschaulichung von Gas- und Flüssigkeitsströmungen an
einer Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Tropfenabscheideranordnung.
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Wie
erläutert
ist die Anströmgeschwindigkeit des
Tropfenabscheiders deutlich höher
als die Grundgeschwindigkeit des Gases in der Anlage. Die Ursache
liegt darin, dass ein Teil der Querschnittsfläche im Wäscher durch Tragbalken und
andere Einrichtungen versperrt wird. Diese Tragbalken sind notwendig,
um die Tropfenabscheider im Wäscher
zu installieren und bei Stillstand die Tropfenabscheider begehen
und reinigen zu können.
Sie sind also unverzichtbar.
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Darüber hinaus
wird die bekannte Bauweise dadurch gekennzeichnet, dass sie einen
weiteren Teil des Querschnitts versperrt. So zeigt
1 eine bekannte
Bauweise einer Tropfenabscheideranordnung
1 aus der
DE 195 21 178 . Sie setzt
sich zusammen aus folgenden Teilen: zwei Grobabscheiderpakete
18,
zwei Feinabscheiderpakte
19, sowie drei Tragbügeln
20 oben,
in der Mitte und unten. Die Rohrleitungen
21 und die Seitenabdeckung
23 sind ebenfalls
erkennbar. Weiterhin kann entnommen werden, dass der Tropfenabscheider
an einer Konstruktion
24 hängt, die wiederum vom Tragbalken
7 abgehängt ist.
Diese Konstruktion
24 versperrt einen weiteren Teil des
offenen, gasdurchströmten
Querschnitts
26 und führt
daher zu einem weiteren Anstieg der Anströmgeschwindigkeit. Es gehen
durch diese zusätzliche
Abdeckung
25 zirka 5 % der noch offenen Querschnittsfläche verloren
(siehe auch
2). Dies führt zu einem weiteren Anstieg
der Anströmgeschwindigkeit.
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In
2 wird
das anhand des mit II gekennzeichneten Ausschnitts aus
1 noch
einmal verdeutlicht, wobei
2 den kritischen
Bereich am Tragbalken
7 zeigt. Zwischen dem Tragbalken
7 und einem
Abhängungsblech
27 entsteht
ein Zwischenraum
28. Auf dem Abhängungsblech
27 wiederum liegt
das Abscheiderabschlussblech
29, das die Tropfenabscheiderlamellen
5 hält und diese
auch abschließt.
Der Zwischenraum
28 zwischen Tragbalken
7 und
Abhängungsblech
27 beträgt wahrscheinlich zwischen
5 mm und 10 mm. Das Abscheiderabschlussblech
29 hat eine
Dicke von mindestens 6 mm, wahrscheinlich sogar etwa 10 mm. Das
Abhängungsblech
27 hat
mindestens eine Dicke von 10 mm, wahrscheinlich sogar ca. 12 mm.
Zwischen den beiden Blechen ist ein weiterer Zwischenraum von einigen
Millimetern. Zusammen ergibt dies eine Raumausnutzung von 30 mm
bis 40 mm. Bei einer offenen Spannweite von 2000 mm entfallen bei
der in der
DE 195 21 178 vorgeschlagenen
Form zirka 80 mm von 2000 mm – also
4 % des offenen Querschnitts auf diese Konstruktion.
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Während hierbei
eine abgehängte
oder zwischen die Tragbalken 7 eingesetzte Anordnung der Tropfenabscheider
vorgesehen ist, wird nunmehr als erfindungsgemäße Ausführungsvariante eine auf den
Tragbalken stehende Anordnung vorgeschlagen. In 3 wird
die erfindungsgemäß ausgebildete
Lösung
vorgestellt. Durch die vorgeschlagene Aufstellung der Tropfenabscheider
wird nicht nur eine Verengung der offenen gasdurchströmten Querschnittsfläche vermieden,
sondern diese sogar noch geringfügig
erweitert.
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Auf
dem Tragbalken 7 steht ein Profilpaket 4 mit V-förmig angeordneten
Tropfenabscheiderlamellen 5, das mit seiner Endplatte 22,
die nach unten verlängert
ist, auf der Auflage 11 lastet. Die Endplatte 22 lagert
nicht mitten auf dem Tragbalken 7, sondern wird durch eine
Abstandhalterplatte 30 auf der rechten Seite des Tragbalkens 7 gehalten.
Die Rohrleitung 6 für
die Bedüsung
liegt auf dem Trag stab 31 und vom Tragstab 31 hängt die
Rohrhalterung 33 mit dem Bedüsungsrohr 33 ab, das
die darunter liegende Abscheiderlage von oben bedüst. Der
Tragstab 31 hat nur eine Breite von 35 mm × 35 mm
und versperrt daher den Gasstrom nicht. Die Halterung 8 ist
demnach, wie unten in 3 dargestellt, im idealisierten Strömungsschatten 9 des
Tragbalkens 7 angeordnet. Die Auflage 11 versperrt
zwar auch den offenen Querschnitt, allerdings ist diese Versperrung
für den Tropfenabscheider
unkritisch, da sie im Gasstrom vor dem Tropfenabscheider liegt.
Nach der Auflage 11 kann sich der Gasstrom wieder ausbreiten,
sogar noch bis hinter den Tragbalken 7, bevor er in den Tropfenabscheider
eintritt. Damit steht für
die Abscheidung nicht nur der offene Querschnitt zur Verfügung sondern
auch ein Teil des Querschnitts des Tragbalkens. Das Ergebnis ist
eine größere zur
Verfügung
stehende Abscheidefläche
im Vergleich zu den in den 1 und 2 gezeigten
Stand der Technik.
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Eine
weitere Schwäche
der bekannten Bauform des dachförmigen
Tropfenabscheiders liegt in der Konstruktion des Abscheiderpakets.
In 4 wird schematisch die bekannte Bauform einer
Tropfenabscheideranordnung 1 dargestellt, wobei die mit V
gekennzeichnete Stelle in der 5 vergrößert gezeigt
ist. Der mit VI gekennzeichnete Bereich ist in 6 zu
sehen. Die 5 und 6 zeigen
die Ursache für
die bislang auftretenden Leckageströme 35 bei bekannten
Bauformen. Diese lässt
Leckagen zu, durch die der Gasstrom am Tropfenabscheider vorbei
ungereinigt und ungetrocknet durchströmen kann. Die Wirkung dieser
Leckagen steigt mit zunehmender Anströmgeschwindigkeit und verursacht
verstärkt
einen Überriss
von Tropfen. Darüber
hinaus liegen diese Leckagen teilweise an genau der Stelle, an denen
die im Tropfenabscheider abgeschiedene Flüssigkeit zurückströmt, sich
von der Abscheideroberfläche
löst und
nach unten in den Gaswäscher
zurückfällt. Der
von unten kommende Leckagegasstrom 35 wird dadurch von
einer Flüssigkeitskaskade überschüttet und
kann zusätzliche
Flüssigkeit
aufnehmen.
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So
wird der negativen Effekt des Leckagestroms im Sinne des Tropfenmitriss
ggf. sogar noch zusätzlich
verstärkt. 5 veranschaulicht
einen Leckagestrom 35, der vorbei an einem Profilpaket 4 und ebenfalls
vorbei an der Abstandshalteplatte 30 ungereinigt an der
Tropfenabscheideranlage strömt.
Auch die Verbindung zwischen Tropfenabscheiderlamellen 5 und
Halterung 8 ist mit Befestigungsmitteln 36 (wie zum
Beispiel Rohrsysteme mit Nuten zur Aufnahme mehrerer Tropfenabscheiderlamellen
mit Sicherungsbolzen) vorgenommen worden, die einen Spalt 34 zwischen
beiden Elementen lässt,
so dass auch hier Leckageströme 35 möglich sind
(siehe 6).
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In 7 werden
zusätzlich
die Gasströme 15 und
Flüssigkeitsströme 16 gezeigt.
Grundsätzlich strömt das zu
reinigende Gas dabei in Strömungsrichtung 14 durch
die Tropfenabscheideranlage 3. Bei der bekannten Bauform
kommt es jedoch zu einer beachtlichen Vermengung von Gasstrom 15 bzw. Leckagestrom
und dem nach unten regnenden Flüssigkeitsstrom 16.
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Bei
einer Ausführungsvariante
der erfindungsgemäß ausgebildeten
Lösung
werden die Tropfenabscheiderlamellen 5 und die Halterung 8 so angeordnet,
dass kein offener Zwischenraum bzw. Spalt 34 zwischen den
Tropfenabscheiderlamellen 5 und der Halterung 8 entsteht,
durch die ein Leckagegasstrom 35 fließen kann. Des weiteren wird
bei der erfindungsgemäß ausgebildeten
Lösung
z.B. durch die feste Verbindung zwischen Tropfenabscheideranlage 3 und
Endplatte 22 vermieden, dass der an der Tropfenabscheiderlamelle 5 abfließende, vorher
aus dem Gasstrom 15 abgeschiedene Flüssigkeitsstrom 16 am
Ende der Tropfenabscheiderlamelle 5 als Tropfenregen gegen
den Gasstrom 16 nach unten fällt und dabei von diesem neue
Tropfen aufgenommen werden können.
Stattdessen kann der abfließende
Flüssigkeitsstrom 15 durch
die feste Verbindung von Tropfenabscheiderlamelle 5 mit
der Endplatte 22 von der Tropfenabscheiderlamelle 5 auf die Endlatte 22 übertreten,
ohne den Kontakt zu der festen Oberfläche zu verlieren. An der Endplatte 22 entlang
kann dann die Flüssigkeit
als Film weiter abfließen
und löst
sich erst auf dem Tragbalken 7 in einer drucklosen Zone 17 im
Schutz des Tragbalkens 7 und der darauf liegenden Auflage 11 vom
Profilpaket 4, um nach unten abzufließen.
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Dies
wird nun auch anhand der 8 und 9 veranschaulicht.
Es ist zu erkennen, dass das Profilpaket 4 aus Tropfenabscheiderlamellen 5 und Endplatten 22 zusammengefügt sind.
Die Endplatten 22 umfassen eine Kunststoffplatte, in die
die Kontur 37 der Tropfenabscheiderlamellen 5 eingefräst sind. Die
Tropfenabscheiderlamellen 5 werden durch diese eingefrästen Konturen 37 durchgesteckt
und verschweißt,
so dass kein offener Spalt zwischen ihnen liegt, durch die ein Leckagegasstrom
fließen
könnte. Auf
diese Weise wird hier der zurückfließende Flüssigkeitsstrom 16,
der vorher von den Tropfenabscheiderlamellen 5 abgeschieden
wurde, nach unten abgeführt.
Es wird deutlich, dass diese Flüssigkeit
von der Tropfenabscheiderlamelle 5 kommend entlang der
Endplatte 22 in eine drucklose Zone 17 oberhalb des
Tragbalkens 7 fließt,
um dann unkritisch am Tragbalken 7 nach unten in den Gaswäscher abzuregnen.
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Weiterhin
ist bezüglich
der in der
DE 192 21 178 dargestellten
Bauform problematisch, dass diese aufgrund ihrer Anordnung der Profilpakete
und die sich daraus ergebenden Gasströme die Abscheideleistung der
Tropfenabscheiderlamellen negativ beeinflusst. Bei dieser Bauform
sind die Profile der vorderen (oberen) Tropfenabscheiderlage in
der Form eines umgekehrten V und die Profile der hinteren (unteren)
Tropfenabscheiderlage in der Form eines V angeordnet. Dabei werden
jedoch entscheidende Nachteile hinsichtlich der Effizienz der Tropfenabscheiderlamellen
in Kauf genommen.
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Es
ist bekannt, dass sich beim Vorbeiströmen eines Gasstroms an einem
Festkörper
Wirbel von diesem ablösen.
Auch die Tropfenabscheiderprofile der unteren (ersten) Lage erzeugen
derartige Wirbel, die sich von den Lamellen ablösen und mit dem Gasstrom nach
oben strömen.
Da der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Lage Tropfenabscheider
in der unmittelbaren Nähe
der Tragbalken sehr gering ist, geraten diese Wirbel sofort in die
Zwischenräume
zwischen den Tropfenabscheiderlamellen der zweiten Tropfenabscheiderlage,
ohne dass sie durch eine gewisse Reisedistanz abgeschwächt werden
können.
Diese Turbulenzen oder Wirbel entfalten dort eine abscheidefeindliche
Wirkung. Zum einen können
diese Turbulenzen bewirken, dass Tropfen, die kurz vor der Abscheidung
stehen, durch die Kraft der Turbulenz wieder von der Lamellenfläche entfernt
und dadurch an der Abscheidung gehindert werden. Zum anderen können die
Turbulenzen durch ihr Einwirken auf den Flüssigkeitsfilm – sowohl
durch ihre Kraft als auch durch ihre Wirkungsrichtung – dazu führen, dass
Sekundärtropfen
aus dem Flüssigkeitsfilm
auf der Tropfenabscheiderlamelle gerissen werden.
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Ein
weiterer Effekt führt
dazu, dass die Verteilung des Gasstroms im Tropfenabscheider ungleichmäßig ist
und dass das größte Gasvolumen
mit der höchsten
Geschwindigkeit im zweiten Tropfenabscheider genau in dem Bereich
vorliegt, in dem die ungünstigsten
Abscheidebedingungen herrschen. Es handelt sich dabei um den Bereich
des zweiten Tropfenabscheiders, der an den Tragbalken grenzt. An dieser
Stelle sammelt sich die zurückfließende abgeschiedene
Flüssigkeit
und strömt
dann nach unten ab. Dabei führt
eine größere Flüssigkeitsmenge
in einer Tropfenabscheiderlamelle zu einem Anstieg des Tropfenüberriss.
Die Ursache liegt darin, dass der Flüssigkeitsfilm einen Teil des
offenen Querschnitts in Anspruch nimmt und es damit zu einer Beschleunigung
des durchfließenden
Gasstroms kommt. Dadurch wird die Zahl und Menge der Tropfen erhöht, die
durch den Gasstrom aus dem abgeschiedenen Flüssigkeitsfilm herausgerissen
und durch den Gasstrom weggetragen werden (Sekundärtropfen).
Diese Wirkung wird verstärkt,
wenn zu der besonders hohen Flüssigkeitsmenge
an dieser Stelle auch noch eine besonders hohe Gasmenge tritt. Die
Ursache für diese
Verdichtung des Gases ist die (in Strömungsrichtung des Gasstromes
gesehen) erste Tropfenabscheiderlage. Die Tropfenabscheiderlamellen
sind ein Widerstand im Gasstrom, der wegen seiner nach oben schräg verlaufenden
form den Gasstrom nach oben und zu den Tragbalken hin ablenkt. Durch
diese Ablenkung wird der Gasstrom in der Mitte zwischen den beiden
Tragbalken reduziert und an den Seiten bei den Tragbalken verdichtet.
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Diese
Wirkungen verschlechtern das Abscheideverhalten des hier in Bezug
genommenen bekannten Tropfenabscheiders. 10 veranschaulicht
die Turbulenzen in diesem Tropfenabscheider und deren Einfluss auf
die übergeordnete
Abscheiderlage. Die beiden Bauformen mit entgegengesetzter (links)
und gleichgerichteter (recht) Anordnung der Profilpakete 4 werden
von dem Gasstrom 15 in der Strömungsrichtung 14 von
unten nach oben durchströmt.
Beim Durchströmen
der ersten, unteren Lage bilden sich beim Ablösen der Gasströme 15 von den
Tropfenabscheiderlamellen der Profilpakete 4 Turbulenzen
aus, die zum Beispiel in Abhängigkeit von
der Gasgeschwindigkeit in diesem Bereich über einen Einflussbereich 38 noch
oberhalb des Profilpakets 4 vorliegen. Bei der links dargestellten,
entgegengesetzten Anordnung erstreckt sich dieser Einflussbereich 38 bis
in den Raum des nachfolgenden Profilpakets 4, wodurch in
keine hohe Abscheidung mehr erfolgt, sondern ein beachtlicher Anteil
der zurückgehaltenen
bzw. abgeschiedenen Flüssigkeitsstrom 16 vom
Gasstrom 15 wieder mitgerissen wird (siehe auch Darstellung
in 11). Die Turbulenzen 39 bewirken ein
Ablösen
der bereits abgeschiedenen Flüssigkeit
und zur Aufnahme von Tropfen 40 im Gasstrom 15.
Deshalb ist für
eine effektive Auslegung der Tropfenabscheideranlage die rechts
dargestellte, gleichgerichtet Anordnung der Profilpakete 4 zu
bevorzugen.
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12 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Tropfenabscheideranordnung 1.
Gezeigt ist im Detail ein Tragbalken 7, auf dem eine Auflage 11 aufliegt,
die zum beispielsweise mit abwechselnd nach oben und unten erstreckenden
Vorsprünge 11 im
Randbereich ausgeführt
ist. Die nach unten ausgerichteten Vorsprünge 11 (zum Beispiel
mit einer Höhe
von bis zu 30 mm und einer Dicke im Bereich bis 10 mm) gewährleisten,
dass sich die Position der Auflage 11 gegenüber dem
Tragbalken 7 nicht ändert,
wobei auf zusätzliche
Befestigungsmethoden wie fügetechnisches
Verbinden (verschweißen,
verschrauben, etc.) der beiden Bauteile verzichtet werden kann.
Auf der Auflage 11 sind die Halterungen 8 für die Tropfenabscheiderlamellen 5 positioniert.
Gegen ein Abrutschen der Halterungen 8 vom Tragbalken 7 sind
die nach oben gerichteten Vorsprünge 11 der
Ablage 11 vorgesehen. Diese sind dabei bevorzugt zurückgesetzt
angeordnet, so dass beispielsweise ein gewünschter Versatz 42 der
Halterung 8 gegenüber
der Seite eines Tragbalkens 7 unter allen Betriebsbedingungen
im Gaswäscher
gewährleistet
ist. Damit wird eine Erweiterung 43 des freien Strömungsquerschnitts
erreicht, so dass bei der dargestellten Strömungsrichtung 14 der
Gasstrom sich hinter dem Tragbalken 7 teilweise ausbreiten
kann. Dabei ist insbesondere der Bereich der Halterung 8,
der zwischen dem Tropfenabscheiderlamellen 5 und dem Tragbalken 7 bzw.
der Auflage 11 angeordnet ist, im Strömungsschatten 9 des
Tragbalkens positioniert. Um zu vermeiden, dass sich die Halterungen 8 benachbarter
Tropfenabscheider auf einem Tragbalken 7 zu weit annähern, ist
dazwischen ein Abstandshalter 12 positioniert, der beispielsweise
mit einer Mehrzahl von aus der Auflage 11 befestigten Profilblechen
gebildet ist. Für
den Fall, dass die Entfernung der beiden Halterungen 8 sehr
klein sein soll, z.B. kleiner als 150 mm, kann ein Laufblech 41 zumindest
abschnittsweise vorge sehen sein, dass zumindest teilweise mit den
Halterungen verbunden ist und die gefahrlose Begehung der Anlage
durch Bedienpersonal gestattet.
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Eine
weitere erfindungsgemäß ausgebildete Variante
der Tropfenabscheideranordnung 1 wird in 13 dargestellt.
Die Konfiguration von Tropfenabscheiderlamelle, Endplatte 22 und
Auflage 23 auf dem Tragbalken 7 bzw. die Anordnung
dieser drei Komponenten des Tropfenabscheiders ist so ausgebildet,
dass sie zusammenwirken, um den abgeschiedenen Flüssigkeitsstrom 16 aus
der zweiten (oberen) Tropfenabscheiderlage 2 aus dem Einflussbereich
des nach oben gerichteten Gasstroms 15 zu entfernen und
ohne Einflusswirkung durch diesen nach unten in den Gaswäscher 2 abzuregnen.
Damit wird vermieden, dass der gerade durch die erste Tropfenabscheiderlage 2 weitgehend
gereinigte Gasstrom 15 erneut Tropfen aus dem herabregnenden Flüssigkeitsstrom 16 aufnimmt
und in die zweite Tropfenabscheiderlage 2 hineinreißt. Durch
einen ausreichenden Abstand 13 zwischen zwei Tropfenabscheiderlagen 2 vermieden
wird, dass sich ablösende
Wirbel bzw. Turbulenzen aus der in Strömungsrichtung 14 gesehen
ersten Tropfenabscheiderlage 2 sofort in die Tropfenabscheiderlamellen 5 der
zweiten Lage eingetragen werden.
-
Auf
diese Weise wird der Restgehalt von Flüssigkeit nach der zweiten Tropfenabscheiderlage reduziert,
weil eine Reduzierung der in den Tropfenabscheider eingetragene
Flüssigkeitsmenge
automatisch eine Reduzierung der aus dem Tropfenabscheider tretenden
Restflüssigkeitsmenge
bewirkt. Eine Reduzierung der in den Tropfenabscheider hineingetragenen
Flüssigkeitsmenge
bewirkt sofort eine Reduzierung des Überriss, weil dadurch die Menge der
Sekundärtropfen
sinkt, die durch das Auftreffen der Tropfen auf den Tropfenabscheider
entstehen oder durch das Herausreißen aus dem Flüssigkeitsfilm
auf dem Tropfenabscheider. Je geringer die Menge Flüssigkeit
im Tropfenabscheider desto geringer der Überriss.
-
Es
ist darauf hinzuweisen, dass die in der allgemeinen Beschreibung
erläuterten
Aspekte der Erfindung mit denen aus der Figurenbeschreibung bzw. den
damit im Zusammenhang stehenden Ausführungen kombiniert werden können und
zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung führen. Im Rahmen des fachmännischen
Könnens
liegende Abwandlungen davon können
ebenfalls weitere Vorteile aufweisen.
-
- 1
- Tropfenabscheideranordnung
- 2
- Gaswäscher
- 3
- Tropfenabscheiderlage
- 4
- Profilpaket
- 5
- Tropfenabscheiderlamelle
- 6
- Spüleinrichtung
- 7
- Tragbalken
- 8
- Halterung
- 9
- Strömungsschatten
- 10
- Ausformung
- 11
- Auflage
- 12
- Abstandshalter
- 13
- Abstand
- 14
- Strömungsrichtung
- 15
- Gasstrom
- 16
- Flüssigkeitsstrom
- 17
- Zone
- 18
- Grobabscheiderpaket
- 19
- Feinabscheiderpaket
- 20
- Tragbügel
- 21
- Zone
- 22
- Endplatte
- 23
- Seitenabdeckung
- 24
- Konstruktion
- 25
- Abdeckung
- 26
- Querschnitt
- 27
- Abhängungsblech
- 28
- Zwischenraum
- 29
- Abscheiderabschlussblech
- 30
- Abstandshalteplatte
- 31
- Tragstab
- 32
- Rohrhalterung
- 33
- Bedüsungsrohr
- 34
- Spalt
- 35
- Leckagestrom
- 36
- Befestigungsmittel
- 37
- Kontur
- 38
- Einflussbereich
- 39
- Turbulenz
- 40
- Tropfen
- 41
- Laufblech
- 42
- Versatz
- 43
- Erweiterung
- 44
- Höhe
- 45
- Vorsprung