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Vorrichtung zur Abscheidung fester oder flüssiger Teilchen aus einem
Gas Es sind bereits Einrichtungen zur Abscheidung von Schwebeteilchen bekanntgeworden,
bei denen in eine zylindrisch gestaltete Wirbelkammer das mit den Schwebeteilchen
beladene Gas im mittleren Bereich einer Stirnfläche des Zylinders eintritt und an
der entgegengesetzten Stirnfläche als Reingasstrom austritt. Dabei sind am Zylindermantel
zusätzliche Gaseinführungen vorgesehen, die schräg nach unten und tangential zur
Wirbelkammerwand angeordnet sind und die primär entgegen der Strömungsrichtung des
staubführenden Mediums nur im mantelnahen Bereich eine Potentialströmung anregen.
Über einen sogenannten »rauhen Grund« wird anschließend diese Potentialströmung
in eine koaxiale und gleichsinnig umlaufende Rotationsströmung übergeführt, die
im Raum innerhalb der Potentialströmung aufsteigt. Die auszuscheidenden Schwebe
oder Staubteilchen, die koaxial und gleichgerichtet zur Rotationsströmung mit dem
Trägermedium eingeblasen werden, werden durch die in der Potentialströmung und in
der Rotationsströmung wirkenden Kräfte in einer Mischzone im Grenzbereich zwischen
diesen beiden Strömungen als Staubring abgeschieden und durch geeignete Mittel in
einen unter der Wirbelkammer liegenden Bunker abgeführt. Es ist aber auch möglich,
auf eine axiale Einblasung des staubtragenden Mediums zu verzichten und statt dessen
das zu reinigende Medium in die im Zylindermantel schräg tangential nach unten gerichteten
Gaseinführungen einzublasen, so daß es mit der Potentialströmung umläuft. Die auszuscheidenden
Partikeln trennen sich dann von dem tragenden Medium entweder in der Umkehrzone
von der Potential- zur Rotationsströmung durch die dort auftretenden Schubkräfte,
oder aber sie gelangen von der aufsteigenden Rotationsströmung in die Mischzone.
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Zum Unterschied zu den bekannten und vielfach gebräuchlichen Zyklonen
und anderen Fliehkraftentstaubern, die allein auf der Ausnutzung von Zentrifugalkräften
beruhen, werden im oben beschriebenen sogenannten Drehströmungsentstauber nur zum
Teil Fliehkräfte zur Anreicherung der abzutrennenden Schwebeteilchen in die Mischzone
hingezogen. Während bei allen Zyklonen und Fliehkraftentstaubern die Teilchen an
die Außenwandung des Entstaubers geschleudert werden, sammeln sich die Schwebeteilchen
bei einem Drehströmungsentstauber in einem gewissen Abstand von der Außenwandung,
ohne diese zu berühren.
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Unter Ausnutzung des geschilderten Drehströmungsprinzips sieht die
Erfindung Maßnahmen vor, um eine derartige Abscheidung mit dem Prinzip der
Naßabscheidung
zu vereinigen. Zur Verbesserung des Abscheidegrades wird in einem gemeinsamen Abscheideraum
sowohl die geschilderte Drehströmung erzeugt und ausgenutzt als auch eine Naßabscheidung
bewirkt.
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Die Naßabscheidung ist als solche für Entstaubungszwecke bereits
vielfach gebräuchlich. Dabei wird das von einem Gebläse geförderte Gas, z. B.
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Staubluft oder Industriegas, durch einen Flüssigkeitssprühschleier
hindurchgeleitet. Bei diesem Vorgang werden die feinen Schwebeteilchen und Gaspartikeln
befeuchtet und gebunden. Das mit dem Staub angereicherte Abwasser kann dann in ein
Absatzbecken geleitet werden, aus dem nach Entfernen des Schlammes die Sprühflüssigkeit
teilweise dem Kreislauf wieder zugeführt werden kann. Um eine gute Wirksamkeit des
Naßabscheiders zu erzielen, kommt es darauf an, den Sprühregen und den Vermischungsprozeß
so zu beeinflussen, daß der mit auszuscheidenden Partikeln beladene Gasstrom die
Befeuchtung möglichst nicht umgeht.
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Außerdem sind Fliehkraftentstauber im Sinne von Zyklonanordnungen
bekanntgeworden, bei denen eine Naßabscheidung ohne Vorhandensein eines Flüssigkeitssprühschleiers
vorgenommen wird. Derartige Einrichtungen arbeiten mit einem im unteren Teil des
Abscheidebehälters befindlichen Wasserbad, in das die abgetrennten Teilchen entweder
unmittelbar geschleudert werden oder nach Auftreffen auf Wandungsteile gelangen.
In dem Wasserbad findet dann die Einschlämmung der dort gebundenen Staubteilchen
statt.
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Demgegenüber wird eine neue Vorrichtung zur Abscheidung fester oder
flüssiger Teilchen aus einem Gas vorgeschlagen, bei der die Vorrichtung aus einem
zylindrischen, in eine Flüssigkeit eintauchenden
Gefäß mit einem
schräg von oben und tangential wirkenden Einlaßrohr für das Gas und einem konzentrischen
oberen Gasauslaß besteht. Dabei ist im Übergangsteil des Gefäßes zum Auslaß in bekannter
Weise konzentrisch ein Strömungskörper vorgesehen, der am unteren Ende eine Sprühdüse
zur Erzeugung eines Sprühschleiers aufweist.
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Derartige konzentrisch zur Wirbelkammer angeordnete Strömungskörper
sind bei herkömmlichen Zyklonabscheidern bekannt, jedoch wirken sie dort als Drosselkörper
im Bereich des Teilchenauslasses zum Bunker.
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Je nach Art der zu reinigenden Abgase kann als Spruhflüssigkeit Wasser
oder eine wässerige Lösung mit entsprechenden Chemikalienzusätzen verwendet werden.
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An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen
Teilen, wobei Fig. 1 zunächst den Aufbau in stark vereinfachter, schematischer Form
veranschaulicht und F i g. 2 den Verlauf der Strömungen versinnbildlicht. In beiden
Figuren sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Naßabscheider äußerlich
bis auf die unteren Aufbauteile im wesentlichen zylindrisch gestaltet. Mit 1 ist
dabei die eigentliche Abscheidekammer bezeichnet, die von dem zylindrischen Gehäuse
18 umgeben ist. Der untere Teil der Abscheidekammer 1 wird durch den Sprühregenbereich
2 gebildet. Zwischen diesen beiden Bereichen können ringförmige Mantelflächen 3
vorgesehen sein. Im unteren Teil des Entstaubers bildet sich ein Wasserstand aus,
woran sich ein Schlammabsatzbecken mit selbsttätigem Schlammreiniger anschließt,
wobei weitgehend das Wasser im Kreislauf immer wieder verwendet wird. Bei dieser
Einrichtung, bei der es um die Abscheidung von Industrieabgasen geht, ist gegebenenfalls
ein Chemikalienzusatz im Sprühwasser erforderlich.
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Mit 4 ist ein Strömungskörper bezeichnet, der in seinem Innern mit
der Wasserzuführung versehen ist.
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Mit 5 ist dabei eine Sprühdosenanordnung bezeichnet, die einen Sprühregen
hervorruft und die abzuscheidenden Partikeln an das Wasser bindet. Der Rohgaseintritt
6 befindet sich oberhalb seitlich an der Abscheidekammer und mündet schräg tangential
ohne besonderen Übergang. Die Saugleitungen für den Rohgaseintritt sind bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel rund und sind mit glatten Innenflächen versehen.
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Im oberen Teil der Abscheidekammer verjüngt sich die Wandung an der
Stelle 19 in steilerer oder flacherer Weise konisch zu einem Saugrohr7, welches
gleichzeitig Ausblaserohr für das Reingas ist.
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In diesem Rohr ist ein Saugzug, z. B. ein Axiallüfter 8, eingebaut.
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Der untere konische Teil 20 der Abscheidekammehr 18 dient als Schlammsammelbehälter9.
Gleichzeitig stellt er den Verbindungsraum zwischen Abscheidekammer und Absatzbecken
10 dar. Die Säuberung des Beckens wird mittels eines selbsttätig arbeitenden Schlammräumers
11 durchgeführt. Durch Umwälzen des Wassers in ein Klärbecken 12 kann das Wasser
aus einem Vorratsbehälter 13 wieder verwendet werden. Ein geringer Fris chwass erzus
atz durch die Leitung 14 kann hier erforderlich sein.
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Da ein Wasserverlust durch die ausgeschiedenen
Schlammbestandteile
eintritt, muß der Wasserspiegel im Vorratsbehälter durch geregelte Frischwasserzufuhr
mittels eines Schwimmers 15 auf einem konstanten Wasserstand gehalten werden. Mit
16 ist eine Förderpumpe für den Sprühregen bezeichnet. Diese Pumpe ist für die benötigte
Wassermenge ausgelegt.
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Die mit 17 bezeichnete Impfstelle dient der Zufuhr von Chemikalien,
die durch eine Dosierpumpe 48 zugeführt werden.
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In F i g. 2 ist der Verlauf der Strömung näher versinnbildlicht.
Der Naßabscheider arbeitet im Unterdruck, was sich für die Naßabscheidung als besonders
vorteilhaft auswirkt. Auf diese Weise geht der Strömungsablauf zügiger vonstatten.
Auf Grund des Unterdruckes im Abscheideraum wird sich, wie F i g. 2 zeigt, der Wasserspiegel
in der Abscheidekammer etwas anheben. Dieser Vorgang gleicht sich aber wieder aus,
weil eine Wasservorlage im Absatzbecken vorhanden ist.
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Der Naßentstaubungsvorgang setzt sich aus der Bindung der abzuscheidenden
Partikeln an Wasserteilchen oder andere Flüssigkeitsteilchen einerseits und aus
den Einwirkungen kombinierter Strömungen andererseits zusammen. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel kann man mit einer an sich hohen Strömungsgeschwindigkeit arbeiten,
wodurch ein guter Gesamtentstaubungsgrad erreicht wird. Wichtig ist dabei, daß das
zuzuführende Rohgas durch glatte Rohrleitungen zum Naßabscheider strömt und der
Winkel der schräg tangentialen Einführung so gewählt wird, daß sich die Drehströmung
in dem dargestellten Sinn vollzieht.
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Durch die dem Rohgasstrom aufgezwungene Bahn, die aus der schräg
tangential nach unten gerichteten Anordnung des Rohgaseintritts 6 resultiert, und
durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Rohgasstromes kommt es zur Ausbildung
der Rotationsströmung 29, die in einer schraubenlinienförmigen Bahn nach unten verläuft.
Innerhalb dieser Zone findet eine erste Abscheidung statt, vor allem beim Übergang
der abwärts gerichteten Wendel der Potentialströmung 29 in die aufwärts gerichtete
Wendel 21 in Form einer Potentialströmung am Ort 30 des »rauhen Grundes« dicht auf
dem Flüssigkeitsspiegel. Die abzuscheidenden Partikeln sind hier schon weitgehend
an Wasserteilchen gebunden, wobei die spezifisch schwereren Tröpfchen bei diesem
Übergang der Strömung nicht mehr hinreichend folgen können und somit mehr und mehr
zurückbleiben, so daß sie in das Wasser geschleudert und dort festgehalten werden.
Ebenso werden auch Abscheideteilchen, die nicht vom Sprühregen direkt erfaßt werden,
abgetrennt und nachträglich durch den Sprühregen befeuchtet und fortgeschwemmt,
ehe sie sich zu einem Staubring vereinigen können.
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Die aufwärts gerichtete Bahn der Wendel 21 gelangt nun in die Nähe
der Unterseite des Strömungskörpers 4, wo die Sprühdüsenanordnung 5 einerseits als
»hohler Grund« wirksam ist, andererseits das hier austretende Wasser sich dem aufsteigenden
Strom als breit gefächerter Strahl entgegenbewegt, so daß hier möglicherweise eine
Reflexion der Wendel 21 stattfindet. Dann erfolgt durch diese Spiegelung ein Übergang
in eine zweite Potentialströmung 22, und bei diesem Strömungswechsel tritt abermals
ein starker Abscheidungseffekt auf. Größtenteils werden die abgeschiedenen Partikeln
auch hier durch den Flüssigkeitsstrom sogleich abgeführt.
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Der nicht gespiegelte Teil der aufsteigenden Wendel oder - bei hier
noch nicht zustande kommender Reflexion - die gesamte Wendel 21 gelangt nun in den
durch die Mantelfläche 3 verengten Raum, der infolge der zunächst zunehmenden Dicke
des Strömungskörpers 4 sich stetig weiter verengt. Auch dort, wo nach oben hin die
Dicke des Strömungskörpers 4 wieder abnimmt, bewirkt die konische Verjüngung 19
der Außenwandung ein laufendes Verengen des wirksamen Querschnittes. Die aufsteigende
Wendel wird daher in eine sich radial stetig verengende kegelförmige Strömungsbahn
23 übergeführt. Die dabei auftretenden Relativkräfte rufen wiederum einen außerordentlich
wirksamen Abscheideeffekt hervor, wobei der Flüssigkeits-Sprühschleier auch hier
für einen sofortigen Abtransport der abgeschiedenen Partikeln sorgt.
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Hierzu kommt es darauf an, den Sprühschleier weit genug aufzufächern,
um den Bereich der kegelförmig verlaufenden Strömungsbahn 23 noch ausreichend lerfassen
zu können. Gegebenenfalls kann der Strömungskörper 4 auch weiter oben angeordnet
sein, wobei dann die ihm zugewandten Mantelflächen3, ähnlich den Wandungsteilen
19 ausgebildet, sich bereits unterhalb des Strömungskörpers 4 verjüngen, so daß
dadurch eine zunehmende Verengung des Raumes gewahrt bleibt. Der durch die Sprühdüsenanordnung
5 gebildete »hohle Grund« an der Unterseite des Strömungskörpers 4 kann dann in
der oben geschilderten Weise gegebenenfalls wieder einen Übergang in eine abwärts
gerichtete Potentialströmung 22 mit starker Abscheidewirkung zur Folge haben.
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Schließlich verläßt das gereinigte Gas längs der Strömungsbahn 24
den Abscheideraum und wird
durch den Axiallüfter 8 abgezogen. Das Reingas 32 verläßt
dann das Ausblaserohr.