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Vorrichtung zum Ansaugen und Naßabscheiden von Schwebeteilchen aus
Ofenabgasen Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, die es ermöglichen, Gase
mit staubförmiger Verschmutzung anzusaugen und durch das Naßabscheiden der Schwebeteilchen
zu reinigen. Anwendungsmöglichkeiten für diese Vorrichtungen ergeben sich in vielen
Zweigen der Industrie. So ist bisher die Aufgabe der Erfassung und Reinigung von
bei Elektrolichtbogenöfen anfallenden Gasen in der Praxis ungelöst. Das gleiche
gilt für viele andere Industrieeinrichtungen, wie auch beispielsweise Konverterbirnen,
bei denen die mit Schwebeteilchen stark beladenen Gase hoher Temperatur ungereinigt
in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
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Das Naßabscheiden von Schwebeteilchen aus Gasen, insbesondere auch
aus Abgasen, ist an sich bekannt. So ist ein Verfahren zum Reinigen, Kühlen und
Entstauben solcher Gase, welche beispielsweise in Verhüttungsprozessen anfallen,
bekanntgeworden, bei welchem die Gase in einem aufrechtstehenden geschlossenen Zylinder
geführt werden, an dessen Umfang und in mehreren Etagen übereinander radial gerichtete
Düsen angeordnet sind; aus den Düsen wird ein mittels Preßluft beschleunigter Wassernebel
in das Gas eingesprüht. Es ist auch eine Vorrichtung bekannt, welche aus einem vom
zu reinigenden Gas durchströmten zylindrischen Behälter besteht, in dessen Wänden
tangential gerichtete Sprühdüsen eingelassen sind. Durch den tangential gerichteten
Sprühstrahl soll einmal eine Rotation und damit eine längere Verweilzeit des Gases
im Behälter, zum anderen ein Niederschlagen der Verunreinigungen an den Seitenwänden
bewirkt werden.
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Es ist weiter eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, welche in einem
an zwei Seiten offenen Raum, beispielsweise in einem Kamin, angeordnet ist, durch
welchen das verschmutzte Gas geführt wird. Die Vorrichtung besteht aus einem Ventilator
und einem mit diesem verbundenen, ebenfalls rotierenden Flüssigkeitsverteiler, in
den tangential gerichtete Sprühdüsen eingesetzt sind. Diese Vorrichtung kann auch
in einen spiralförmigen Raum eingesetzt sein. Eine andere bekannte Vorrichtung soll
zum Absaugen und Reinigen von in Lichtbogenschmelzöfen entstehenden Gasen dienen.
Bei ihr werden die Gase über eine längere Rohrleitung durch Öffnungen im Ofen mittels
Exhaustors abgesaugt, nach Kühlung mittels einer in der Rohrleitung wirksamen Wasserbrause
in einem Zyklon von grobem Staub vorgereinigt und abschließend in Filterkammern
einer endgültigen Reinigung unterworfen. Eine wieder andere Vorrichtung bewirkt
die Reinigung von kohlestaubhaltiger Luft durch dessen Einleiten in mehrere hintereinandergeschaltete
Zyklone und Auswaschen mit eingesprühtem Wasser.
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Für das Ansaugen und Naßabscheiden von Schwebeteilchen aus Ofenabgasen,
insbesondere aus solchen Gasen, die beim Betrieb von Elektrolichtbogenöfen anfallen,
sind die bekannten Vorrichtungen nicht oder nur bei Inkaufnahme von wesentlichen
technischen und wirtschaftlichen Nachteilen brauchbar. Ein Nachteil der bekannten
Vorrichtungen ist darin zu sehen, daß diese außerordentlich raumgreifend und daher
teuer sind, da die Anlagen infolge der großen Menge mit angesaugter Falschluft wesentlich
größer ausgelegt sein müssen als dies im Hinblick auf die Abgase erforderlich wäre.
Außerdem werden bei den bekannten Anlagen die sehr heißen Gase über mehr oder minder
lange Rohrleitungen geführt, bevor sie einer Reinigung unterzogen werden. Es ist
bekannt, welche hohen technischen Anforderungen deshalb an die Auskleidung der Rohrleitungen
gestellt werden muß. Zwar ist in den bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen eine Kühlung
der Gase mittels Einsprühen von Wasser vorgesehen. Damit wird jedoch in keinem Fall
gleichzeitig ein Abscheiden der Staubpartikeln erreicht, vielmehr wird das eingesprühte
Wasser restlos verdampft. Es ist bisher nicht möglich gewesen, die insbesondere
bei Schmelzöfen stoßweise anfallenden mit großen Staubmengen belasteten Abgase vollkommen
nach den bekannten Vorschlägen zu reinigen, da es sich in der Praxis als unmöglich
erwiesen hat, die von dem vorher abgekühlten Gas herangeführten großen Staubmengen
mit Hilfe von Elektro- oder mechanischen Filtern zu bewältigen. Bei den bekannten
Vorrichtungen macht sich das Einsprühen von Wasser noch insofern nachteilig bemerkbar,
als die gesamte kinetische Energie der Flüssigkeit beim Zerstäuben verbraucht wird;
daher weist der entstandene mit Staubteilchen beladene Nebel nur noch eine geringe
Strömungsgeschwindigkeit auf.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Ansaugen und Naßreinigen von Ofenabgasen, insbesondere solchen von Elektrolichtbogenöfen,
zu schaffen, bei welcher die Nachteile
der bekannten Vorrichtungen
vermieden sind. Die neue Einrichtung soll ohne raumgreifende Konstruktionsmittel
in unmittelbarer Nachbarschaft der Entstehungsstelle aufgebaut sein, so daß die
Gase und die darin enthaltenen Verschmutzungen unmittelbar nach Verlassen des Entstehungsortes
erfaßt werden können.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus einem unmittelbar auf dem
Ofen angebrachten, die Gasabsaugöffnung ringförmig umfassenden Spiralgehäuse, in
dem konzentrisch zur Gasabsaugöffnung Sprühdüsen angeordnet sind, deren Sprührichtung
etwa tangential zum äußeren Wandblech des Spiralgehäuses in Richtung des Abgasstromes
weist.
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Bei der neuen Vorrichtung ist die spiralförmige Kammer mit ihrem zentralen
Gaseintritt unmittelbar auf eine Öffnung des Ofens aufgesetzt. Konzentrisch zum
Gaseintritt sind Ringrohre vorgesehen, die Längsschlitze aufweisen, aus denen die
Flüssigkeit in Form von umlaufenden Schleiern austritt. Es ist aber auch möglich,
zwei übereinander und konzentrisch zum Gaseintritt angeordnete Ringe vorzusehen,
die tangential gerichtete Düsen tragen. Zwischen den Ringrohren bzw. Düsenringen
liegt ein aerodynamisch gestalteter Ringschlitz für den Gaseintritt. Der Ringschlitz
steht in Verbindung mit dem zentral der Kammer zugeführten Gasrohr, das seinerseits
mit einem Ende auf der Ofenöffnung aufsitzt, und zwar derart, daß zwischen Ofenwandung,
Deckel od. dgl. ein nennenswerter Weg bis zur Kammer nicht zurückzulegen ist. Die
Umlaufbewegung der Schleier und die tangential gerichtete Bewegung der Düsenstrahlen
kann verstärkt werden, indem die Ringe umlaufen.
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Die vorgeschlagene Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß auf mechanische
und elektromechanische Hilfsmittel, wie Exhaustoren, Filter u. dgl., vollkommen
verzichtet wurde. Dadurch ergibt sich ein äußerst einfacher Aufbau und eine damit
verbundene hohe Betriebssicherheit, da keine aufwendige Wartung notwendig ist.
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Die erfindungsgemäße Anordnung mit den darin enthaltenen Düsen ermöglicht
es, die gesamte Menge der Ofengase einschließlich der Falschluft allein durch die
kinetische Energie der verdüsten Flüssigkeit anzusaugen, die Gase gleichzeitig schnellstens
und auf kürzestem Wege abzukühlen, wodurch deren Volumen außerordentlich verringert
wird. Die Schwebeteilchen werden von Flüssigkeitstropfen umhüllt und, da der Sprühnebel
noch eine genügend hohe kinetische Energie aufweist um eine Schubwirkung auf das
Gas auszuüben, in dieser Form mit fortgetragen, zu einer Stelle, wo durch einfache
Mittel die Trennung zwischen der die Schwebeteilchen enthaltenden Flüssigkeit und
dem Gas erfolgt. Hierfür sind besondere Vorkehrungen nicht erforderlich; es genügt
dafür ein Behälter, aus dem das Gas entweichen und die Flüssigkeit abfließen kann.
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In Fällen, da eine Reinigung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
noch nicht alle Schwebeteilchen erfaßt hat, kann es sich als zweckmäßig erweisen,
das vorgereinigte Gas in eine Vorrichtung gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung
zu leiten, nämlich in mindestens eine in die Ableitung von der Spiralkammer eingebaute
Kammer, die senkrecht und gegeneinander gerichtete Flüssigkeitsverdüser aufweist,
deren Strahlen quer zur Gasströmung gerichtet sind. Im nachfolgenden wird der Erfindungsgedanke
an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert, und zwar ist in den Zeichnungen
der Fall des Absaugens und Niederschlagens von Gasen eines Elektrolichtbogenofens
dargestellt.
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A b b. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Ofendeckel eines
Elektroofens, und zwar rechtsseitig mit einer Öffnung für die Elektrode und linksseitig
für eine Öffnung ohne Elektrode; A b b. 2 zeigt einen waagerechten Schnitt der Ab
b. l; A b b. 3 zeigt einen Schnitt durch die Ableitung an einer mit einer besonderen
Siebkammer ausgerüsteten Stelle; A b b. 4 a und 4 b sind waagerechte Schnitte nach
Ab b.3; A b b. 5 zeigt im senkrechten Schnitt eine weitere Vorrichtung innerhalb
der Ableitung.
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A b b. 1 zeigt rechtsseitig einen Teil des Deckels eines Elektrolichtbogenofens
mit der üblichen öffnung 2 für die Elektrode, die bei 3 angedeutet ist. Die Öffnung
2 und damit die Elektrode ist von der Spiralkammer 4 umgeben. In der Spiralkammer
befinden sich zwei Ringrohre 5 a und 5 b, die, wie aus der Zeichnung ersichtlich,
mit Längsschlitzen versehen sind. Es können hierbei die Kühlringrohre verwendet
werden, die bei Elektrolichtbogenöfen ohnehin an dieser Stelle zur Kühlung der Elektroden
vorgesehen sind.
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Die Kammer 4 steht mit der Öffnung 2 über einen Ringschlitz 6 in Verbindung,
der zweckmäßigerweise aerodynamisch gestaltet wird und sich zur Kammer 4 hin zwischen
den beiden Ringen 5 a und 5 b öffnet. Wird den Ringrohren
5 a und 5 b Flüssigkeit, insbesondere Wasser, tangential zugeführt,
so tritt es aus den Längsschlitzen in Form zweier umlaufender Schleier aus, deren
Form und Richtung durch die Pfeile 7 angedeutet sind. Infolge dieser Anordnung werden
die mit Schwebeteilchen beladenen Gase aus dem Ofen in Richtung der Pfeile 8 in
die Kammer 4 eingesaugt, die Schwebeteilchen werden von der Flüssigkeit umhüllt,
und die Tröpfchen schlagen gegen die Wand der Kammer 4 oder werden vom Gasstrom
mit in die Ableitung 9 fortgeführt. Die an die Wand geschleuderten Tröpfchen
fließen als rieselnder Strom entlang der Wandung der Leitung 9 ab.
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Es kann genügen, nur im Bereich einer Elektrode eine solche Vorrichtung
vorzusehen, um die gesamte Gasmenge aus dem Ofen abzuziehen, so daß weder an den
Ofentüren noch an der Stelle, wo der Deckel an der Wanne aufsitzt, oder auch an
den übrigen Elektrodenöffnungen mit Schwebeteilchen beladenes Gas austritt. Es wird
vielmehr an diesen Stellen Frischluft in den Ofen eingesaugt, wobei die jedoch auf
diese Weise angesaugten »Falschluftmengen« die Wirkungsweise der Vorrichtung nicht
beeinträchtigen.
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Es ist aber auch möglich, eine solche Vorrichtung an einer besonderen
Öffnung, die im Ofendeckel l eigens hierfür geschaffen wird, vorzusehen. Dieser
Fall ist in A b b. 1 linksseitig dargestellt, wobei jedoch für die Vorrichtung eine
andere Ausführungsform gewählt ist. In der konzentrisch auf die öffnung
10 im Deckel 1 aufgesetzte Spiralkammer 4 sind übereinander
zwei konzentrische Ringe 11 a und 11 b
vorgesehen. Diese
Ringe tragen tangential gerichtete Düsen 12, wie insbesondere deutlich aus A b b.
2 ersichtlich. Die Strahlen, deren Richtung bei 13 durch Pfeile angedeutet ist,
bestehen aus Flüssigkeitsnebel.
Die Nebelbildung kann dadurch gefördert
werden, daß aus den Düsen 12 nicht nur Wasser unter hohem Druck ausgespritzt wird,
sondern die Flüssigkeit auch noch durch eingeführte Preßluft beschleunigt wird.
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Zwischen dem Ring 11 a und 11 b bildet sich der zweckmäßigerweise
aerodynamisch zu gestaltende Ringschlitz 14, der die Verbindung zwischen der öffnung
10 und dem Innern der Spiralkammer 4 bildet.
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Die tangential gerichteten Strahlen 13 haben die Wirkung, daß das
mit Schwebeteilchen beladene Gas aus dem Ofen in Richtung der Pfeile 15 angesaugt
wird. Durch die Berührung mit der feinzerstäubten Flüssigkeit wird das Gas in seinem
Volumen vermindert, und die Schwebeteilchen werden von der Flüssigkeit eingehüllt,
vom Gasstrom weitertransportiert und teils bereits an der Wand der Kammer 4 niedergeschlagen,
so daß sie in die Leitung 9 abfließen können.
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In vielen Fällen wird die Spiralkammer mit ihren beschriebenen Einrichtungen
bereits dazu ausreichen, die in dem Gas enthaltenen Schwebeteilchen völlig niederzuschlagen.
Es ist .lediglich dafür zu sorgen, daß die Leitung 9 in einem Raum oder Behälter
geführt wird, wo die Strömungsgeschwindigkeit so verringert wird, daß noch in der
Schwebe befindliche Flüssigkeitstropfen, die die abgeschiedenen Teilchen enthalten,
sich endgültig niederschlagen können. Im allgemeinen wird man das Wasser aus diesem
Raum unmittelbar in das Abwassernetz entlassen können. Es ist aber auch möglich,
wenn dies lohnend oder zweckmäßig erscheint, das Wasser von den Schwebeteilchen
zu trennen und die Schwebestoffe auf diese Weise zurückzugewinnen.
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In Fällen, in denen es nicht gelingt, in den Spiralkammern alle Schwebeteilchen
zu erfassen, so daß der abziehende Gasstrom in der Leitung 9 noch ungebundene Schwebeteilchen
enthält, wird gemäß der Erfindung in diese Leitung 9 eine Vorrichtung eingebaut,
wie sie in den A b b. 3, 4 a und 4 b dargestellt ist. Das Rohr 9 erweitert sich
zu einer rechteckigen Kammer 16, wie insbesondere auch aus A b b. 4 a ersichtlich.
An den Längsseiten dieser Kammer sind Rohre 17a und 17b vorgesehen, die ihren Abschluß
bei 18 haben. Diese Rohre sind besetzt mit Düsen 19, die einander versetzt gegenüberstehen.
Aus diesen Düsen tritt die Flüssigkeit verdüst senkrecht zum Gasstrom in der Leitung
9 aus, wie durch die Pfeile 20 angedeutet. Eine ebensolche Kammer ist bei 21 vorgesehen,
die jedoch um 90° versetzt zur ersten Kammer angeordnet ist. Es ergibt sich infolgedessen
gewissermaßen ein Sieb aus Flüssigkeitsstrahlen 20, durch die das Gas hindurchströmen
muß. Mit dieser Anordnung wird es im allgemeinen gelingen, die letzten Reste an
Schwebeteilchen zu erfassen, die alsdann als Flüssigkeitstropfen vom Gasstrom weitergeführt
werden.
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Infolgedessen wird es im allgemeinen nicht notwendig sein, noch eine
Vorrichtung in der Leitung vorzusehen, wie sie in A b b. 5 angedeutet ist. Oberhalb
einer flaschenartigen Erweiterung 22 der Leitung 9 ist ein Flüssigkeitsverdüser
23 vorgesehen, der in eine Fangdüse 24 hineinwirkt, an deren unterem Rand
ein Kranz von Düsen 25 vorgesehen ist. Dieser Ejektor mit dem zusätzlichen Düsenring
25 übt einen kräftigen Saugzug auf das Gas in der Leitung 9 aus und beschleunigt
den Abtransport der Gase, wobei gleichzeitig infolge des Flüssigkeitszusatzes ein
Niederschlagen von Schwebeteilchen erfolgt, wenn solche noch im Gas vorhanden sind.
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Es ist natürlich möglich, je nach den gegebenen Verhältnissen nur
mit dem Ejektor zu arbeiten oder nur mit einer oder mehreren Kammern 16 und 21.
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Wenn gewünscht, kann der in der Spiralkammer 4 wirkenden Flüssigkeit
ein Schaummittel zugesetzt werden, wobei dann der Schaum durch Zusatzmittel zerstört
wird, die der Flüssigkeit einverleibt werden, die in den Kammern 16 oder 21 eintritt
oder erst im Ejektor. Es ist auch möglich, so zu arbeiten, daß der Schaum erst in
den Kammern 16 oder 21 zugesetzt und im Ejektor zerstört wird.