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Vorrichtung zum nassen Abscheiden von festen und flüssigen Teilchen
aus Gasen oder Dämpfen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum nassen Abscheiden
von festen und flüssigen Teilchen aus Gasen oder Dämpfen mit Hilfe einer Benetzungsflüssigkeit.
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Um einen hohen Abscheidegrad bei Feinststäuben zu erzielen, ist es
erforderlich, die Benetzungsflüssigkeit in so feine Tröpfchen zu zerstäuben, daß
deren Korngrößenverteilung nahe bei derjenigen des niederzuschlagenden Staubes liegt.
Hierdurch wird eine sehr hohe Abscheidung auch bei Feinststäuben unter 1 Mikron
Korndurchmesser erzielt.
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Zur Erzielung der gestellten Aufgabe hat man Vorrichtungen benutzt,
die nach Art der Venturidüsen konvergent-divergent-geformte Kanäle besitzen, die
von den staubhaltigen Gasen durchströmt werden und in die an der engsten Stelle
die Benetzungsflüssigkeit eingebracht wird. Je nach der in den Kanälen herrschenden
Gasgeschwindigkeit wird die eingeführte Benetzungsflüssigkeit mehr oder weniger
fein zerstäubt. Um feinste, für die Staubabscheidung besonders wirksame Tröpfchen
zu erzeugen, sind bei diesen Vorrichtungen hohe Gasgeschwindigkeiten, d. h. also
auch hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Gas und der eingebrachten Benetzungsflüssigkeit
erforderlich.
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Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen ist es, daß für die
zur Erzeugung feiner Tröpfchen nötigen hohen Gasgeschwindigkeiten hohe Betriebsdrücke
erforderlich sind; denn einerseits muß die hohe Geschwindigkeit an der engsten Stelle
des konvergentdivergenten Kanals im anschließenden Diffusorteil weitgehendst herabgesetzt
werden, wodurch hohe Diffusorverluste entstehen, und andererseits muß die Zerstäubungsenergie
zum Zerstäuben der Benetzungsflüssigkeit in feinste Tröpfchen aus dem Gasstrom gedeckt
werden. Für die Erzeugung der hohen Betriebsdrücke entstehen daher laufend hohe
Betriebskosten. Die Anlagen sind daher nicht wirtschaftlich.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Vorrichtungen liegt
darin, daß sie dem in der Praxis meist auftretenden, stark schwankenden Gasdurchsatz
nicht Rechnung tragen. Bei abnehmender Gasmenge wird nämlich die Zerstäubung der
Tröpfchen erheblich verringert, da die Strömungsenergie der Gase, die ja zur Zerstäubung
der Benetzungsflüssigkeit dient, sich quadratisch mit der Strömungsgeschwindigkeit
ändert.
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Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß sich bei den geschilderten
bekannten Vorrichtungen die Hintereinanderschaltung mehrerer derartiger Vorrichtungen,
die unter Umständen praktisch zur Bewältigung großer Staubkonzentrationen im Gasstrom
und
auch einer sehr weitgehenden Reinigung der Gase zweckmäßig sein kann, wegen des
schon für eine einzelne Vorrichtung recht hohen Energieaufwandes bzw. Druckverlustes
verbietet.
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Es sind weiterhin Vorrichtungen bekannt, die aus einem motorisch
angetriebenen, quer zum Gasstrom umlaufenden Zerstäuberrad für eine Benetzungsflüssigkeit
bestehen, das innerhalb des die Gase oder Dämpfe führenden Rohres angeordnet ist.
Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art sind die umlaufenden Zerstäuberräder
zwecks Erzielung feiner Tröpfchen mit Zerstäuberdüsen versehen. Bei diesen bekannten
Vorrichtungen besteht nun der Nachteil, daß die Eindringtiefe der durch die Düsen
feinstzerstäubten Tröpfchen in den Gasstrom außerordentlich gering ist. Dies gilt
auch für solche Anlagen, bei denen innerhalb des Gasrohres feststehende Zerstäubungsdüsen
für eine Benetzungsflüssigkeit angeordnet sind.
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Die Zerstäubungsdüsen haben ferner den Nachteil, daß diese gegen
Verstopfung sehr anfällig sind, so daß nur reine Benetzungsflüssigkeit Verwendung
finden kann.
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Wenn die Benetzungsflüssigkeit in der Anlage nach Durchlaufen eines
Abscheiders und gegebenenfalls eines Klärbeckens dem Zerstäuber erneut zugeführt
wird, besteht die Gefahr der Verstopfung der Düsen, die bei Rückführung der Benetzungsflüssigkeit
in das Zerstäuberrad nur durch den Einbau kostspieliger Filter behoben werden kann.
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Schließlich ist bei zu zerstäubenden größeren Mengen an Benetzungsflüssigkeit
eine Vielzahl von Düsen erforderlich, was die Wartung der Anlagen erschwert.
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Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung
zum Abscheiden von festen oder flüssigen Teilchen, im wesentlichen in der Größenordnung
von etwa 1 Mikron, aus Gasen oder Dämpfen zu schaffen, ohne die Nachteile der vorstehend
beschriebenen Vorrichtungen zu besitzen.
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Die Erfindung geht aus von einem innerhalb des die Gase oder Dämpfe
führenden Rohres angeordneten, motorisch angetriebenen, quer zum Gasstrom umlaufenden
Zerstäuberrad für eine Benetzungsflüssigkeit mit einem nachgeschalteten Abscheider
für die benetzten Teilchen und gegebenenfalls einem nachgeschalteten Klärbecken.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Zerstäuberrad mit radialen.
düsenlosen Kanälen zu versehen und mit hoher Umfangsgeschwindigkeit anzutreiben.
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Unter hoher Umfangsgeschwindigkeit wird eine solche Umfangsgeschwindigkeit
verstanden, daß die aus den düsenlosen Kanälen ausgeschleuderten Tropfen der Benetzungsflüssigkeit
infolge der sich aus der Umfangsgeschwindigkeit des Zerstäuberrades und der Geschwindigkeit
des Gasstromes ergebenden Relativgeschwindigkeit unter fortschreitender Zerstäubung
bis etwa auf die Größe der Schwebeteilchen unter wirksamer Benetzung der Schwebeteilchen
tief in den Gasstrom eindringen.
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Die Relativgeschwindigkeit zwischen der Benetzungsflüssigkeit und
dem Gasstrom, die wie bei den bekannten Venturidüsen für die Feinheit des Zerstäubungsvorganges
maßgebend ist, wird bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht wie bei den Venturidüsen
durch Erhöhung der Gasgeschwindigkeit erzielt, sondern durch Erhöhung der Relativgeschwindigkeit
der Benetzungsflüssigkeit gegenüber dem mit normaler Leitungsgeschwindigkeit fließenden
Gasstrom. Bei Anwendung der neuen Vorrichtung entstehen demzufolge nicht wie bei
den Venturidüsen Druckverluste im Gasstrom, die bei den Venturidüsen beim Beschleunigen
des Gasstromes auf hohe Geschwindigkeit und die anschließende Verzögerung im Diffusorteil
der Düse unvermeidlich eintreten. Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die
Antriebsleistung des Zerstäuberrades vollständig für die Zerstäubung der Benetzungsflüssigkeit
in sehr feine Tröpfchen und für deren tiefes Eindringen in den Gasstrom verbraucht.
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Ein weiterer Vorteil der neuen Vorrichtung liegt darin, daß sich
die Zerstäubungsfeinheit der Tröpfchen nicht ändert, gleichgültig, ob bei dem in
der Praxis stark wechselnden Staubgehalt im Gasstrom eine größere oder kleinere
Menge der Benetzungsflüssigkeit zerstäubt wird, weil sich die Umfangsgeschwindigkeit
des Zerstäuberrades nicht ändert. Bei kleinerem Staubgehalt im Gasstrom ist es daher
auch ausreichend, die flüssigkeitsführenden Kanäle im Zerstäuberrade nur teilweise
mit Benetzungsflüssigkeit zu füllen.
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Da sich der Feinheitsgrad der Zerstäubung der Benetzungsflüssigkeit
auch bei nur teilweiser Füllung der radialen Kanäle des Zerstäuberrades nicht ändert,
kann man den Querschnitt der Kanäle auch so bemessen, daß er bei größtem Staubgehalt
der Gase nur teilweise mit Benetzungsflüssigkeit ausgefüllt ist.
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Auf diese Weise wird die Leistung der Vorrichtung auch dann nicht
beeinträchtigt, wenn sich an den
Wandungen der radialen Kanäle mit der Zeit eine
gewisse Schmutz ablagerung bei ständiger Rückführung der Benetzungsflüssigkeit ergeben
sollte.
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Vorteilhaft werden auf dem Umfang des Zerstäuberrades in Richtung
des Gasstromes vor oder hinter den radialen, düsenlosen Kanälen Schaufeln angeordnet.
Diese Schaufeln haben den Zweck Druckverluste des nachgeschalteten Abscheiders zu
decken und werden aus diesem Grunde auch ähnlich wie bei einem Axialventilator ausgebildet.
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Die radialen, düsenlosen Kanäle werden zweckmäßig im Innern des Zerstäuberrades
angeordnet. können aber auch auf der Außenseite des Zerstäuberrades vorgesehen werden.
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Schließlich kann in der Gasleitung ein feststehender Drallkörper
der Zerstäubereinrichtung vor- oder nachgeschaltet sein, um auf diese Weise noch
eine bessere Vermischung der Staubteilchen mit den feinstzerstäubten Flüssigkeitströpfchen
zu erzielen.
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Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung ist in der Zeichnung
beispielsweise dargestellt.
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Es zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform der neuen Vorrichtung mit außerhalb
der Rohgasleitung angeordnetem Antriebsmotor für das Zerstäuberrad, Fig. 2 eine
Ausführungsform, bei der der Antriebsmotor für das Zerstäuberrad innerhalb der Rohgasleitung
angeordnet ist und das Zerstäuberrad zusätzlich auf dem Umfang mit Schaufeln versehen
ist, Fig. 3 in Vorderansicht und Seitenansicht ein Zerstäuberrad mit Schaufeln und
innerhalb des Zerstäuberrades angeordneten, radialen, düsenlosen Kanälen Fig. 4
in Vorderansicht und Seitenansicht ein schaufelloses Zerstäuberrad mit innerhalb
des Rades angeordneten, radialen, düsenlosen Kanälen, Fig. 5 wiederum in Vorderansicht
und Seitenansicht ein schaufelloses Zerstäuberrad mit an der Außenseite angeordneten,
radialen, düsenlosen Kanälen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist 1 das Rohgasrohr, durch welches
der Rohgasstrom in Pfeilrichtung 2 hindurchgeführt wird. Unmittelbar vor der Krümmung
des Rohres 1 ist in der Achse des Rohres 1 ein Zerstäuberrad 3 angeordnet, das entsprechend
Fig. 4 mit radialen, düsenlosen Kanälen 4 versehen ist. Das Zerstäuberrad 3 wird
über die Antriebswelle 5, die an der Krümmung des Rohresl aus dem Rohr herausgeführt
ist, von dem Elektromotor 6 mit der erforderlichen Drehzahl angetrieben.
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Die Benetzungsflüssigkeit wird durch das Rohr 7 den radialen Kanälen
4 des Zerstäuberrades 3 in der Achse zugeführt. Das Zerstäuberrad 3 ist auf der
Vorder- und auf der Rückseite mit strömungsgünstigen, feststehenden Verkleidungen
8, 9 versehen, die durch nicht dargestellte Haltestangen mit dem Gasrohr 1 verbunden
sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist 10 das Rohgasrohr, das in
Richtung der Pfeile 11 vom Gasstrom durchströmt wird. Bei dieser Ausführungsform
ist das in der Achse des Gasrohres 10 angeordnete Zerstäuberrad 12, wie bei der
Ausführungsform nach Fig. 1, mit radialen, düsenlosen Kanälen 13 versehen.
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Außerdem sind am Außenumfang des Zerstäuberrades 12 um den Umfang
desselben gleichmäßig verteilt Schaufeln 14 angeordnet, und zwar, in Strömungsrichtung
des Gases gesehen, vor den düsenlosen Kanälen 13. Es wird in diesem Zusammenhang
auch auf Fig. 3 der Zeichnung verwiesen. Die Schaufeln
14 sind
ähnlich wie bei einem Axialgebläse ausgebildet. Der Antrieb des Zerstäuberrades
12 erfolgt durch den Elektromotor 15, der bei dieser Ausführungsform innerhalb der
strömungsgünstigen Verkleidung 17 angeordnet ist, die hinter dem Zerstäuberrad 12
liegt. Die Vorderseite des Zerstäuberrades ist ebenfalls durch eine strömungsgünstige
Verkleidung 16 abgedeckt. Auch hier sind die Verkleidungen 16, 17 durch nicht dargestellte
Haltestangen mit dem Gasrohr 10 verbunden.
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Die Zuführung der Benetzungsflüssigkeit zu den düsenlosen, radialen
Kanälen 13 des Zerstäuberrades 12 erfolgt wie bei der Ausführungsform nach Fig.
1 durch das Rohr 18 in der Achse des Zerstäuberrades.
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Bei beiden Ausführungsformen ist die Zuführung der Benetzungsflüssigkeit
zum Zerstäuberrad am Eintritt des Zerstäuberrades durch eine nicht dargestellte
Dichtung allseits abgedichtet, so daß das Zerstäuberrad die Benetzungsflüssigkeit
selbständig auch aus einem Flüssigkeitsstand ansaugen kann, der niedriger liegt
als das Zerstäuberrad. Auf diese Weise kann die aus dem Klärbecken zurückgeführte
Benetzungsflüssigkeit ohne Verwendung einer besonderen Pumpe im Kreislauf wieder
verwendet werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 kann das Zerstäuberrad anstatt
gemäß Fig. 4 auch gemäß Fig. 5 ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform des
schaufellosen Zerstäuberrades 19 sind die radialen, düsenlosen Kanäle 20 an der
Außenseite des Zerstäuberradesl9 angeordnet. Die Zuführung der Benetzungsflüssigkeit
erfolgt wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4 in Achsmitte bei 21.