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Venturirohr zum Waschen von Gasen mit einer viskosen Flüssigkeit Die
Erfindung bezieht sich auf Venturirohre zum Waschen von Gasen mit einer viskosen
Flüssigkeit.
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Es sind bereits Einrichtungen mit einem Venturirohr bekannt, in dem
das zu waschende Gas beschleunigt wird und wobei Mittel zum Einleiten einer Waschflüssigkeit
in den beschleunigten Gasstrom in diesem Venturirohr vorgesehen sind. Hierbei wird
jedoch keine viskose Flüssigkeit als Waschflüssigkeit verwendet, und es ist auch
nicht bekannt, in welcher Weise diese Flüssigkeit quer über den Hals des Venturikanals
geleitet wird. Bekannte Sprühplatten, die man an Düsen anbringen kann, um die Flüssigkeiten
auf eine Fläche aufzusprühen, könnten andererseits nicht ordnungsgemäß mit einer
Gaswaschvorrichtung kombiniert werden, bei der heiße Gase durch einen Venturiabschuitt
strömen.
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Es ist bereits eine Einrichtung vorgeschlagen worden, bei der eine
Waschflüssigkeit in eine Gasströmung hoher Geschwindigkeit derart hineingeleitet
wird, daß ein ausgedehnter Gas-Flüssigkeits-Kontakt gefördert wird, wodurch ein
wirksames Entfernen der feinverteilten, in den Gasen schwebenden Partikeln erfolgt.
Hiernach wird die Strömung der zu waschenden oder zu reinigenden Gase durch einen
Kanal geführt, der eine Einrichtung, wie einen konvergierenden Abschnitt, zum Beschleunigen
der Gase auf eine hohe Geschwindigkeit besitzt, während die Waschflüssigkeit in
die Gasströmung an der oder angrenzend an die Region der Gas-Höchstgeschwindigkeit
eingeleitet wird mit dem Ergebnis, daß die Gase und die Feststoffteilchen auf den
Flüssigkeitsfilm aufprallen. Die Wirkung dieses Aufpralls besteht darin, daß ein
inniger Kontakt herbeigeführt wird, der bewirkt, daß die Partikeln von der Flüssigkeit
aufgenommen werden, während diese in feinverteilte Tröpfchen zerstäubt wird. Wenn
die eintretenden Gase eine Temperatur besitzen, die wesentlich über der der Flüssigkeit
liegt, findet eine wirksame Kühlung der Gase unter Verampfung von Flüssigkeit statt.
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Bei Verwendung von Wasser oder Flüssigkeiten geringer Viskosität
als Kontaktmedium wurden eine relativ gleichförmige Verteilung und in der Folge
ausgezeichnete Reinigungseffekte erhalten. Wenn Versuche unternommen wurden, relativ
viskose Flüssigkeiten als Kontaktmedium zu verwenden, wurde jedoch eine Aufnahmewirksamkeit
nur durch die Verwendung größerer Flüssigkeits-Gas-Verhältnisse erzielt, wobei größere
Druckabfälle in dem Gasstrom wegen der weniger wirksamen Zerstäubung der viskosen
Flüssigkeit durch die Gasströmung und der damit verbundenen Verringerung der Gas-Flüssigkeits-Kontaktfläche
erhalten wurden.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß hochviskose
Flüssigkeiten, wie z. B. Schwarzbrühe aus dem Sulfitprozeß, bisher nicht wirksam
in einen Gasstrom hineingeleitet werden konnten.
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Das Problem des Aufrechterhaltens eines hohen Aufnahmewirkungsgrades
tritt nämlich bei Einrichtungen auf, bei denen es erwünscht ist, eine viskose Waschflüssigkeit
an Stelle von Wasser in einem einzelnen oder mehrfachen Durchgang zu verwenden.
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Ein Beispiel für die Verwendung eines viskosen Waschmediums (anstatt
Wasser) stellt die vorher erwähnte vorgeschlagene Einrichtung dar, wenn diese für
das Ausscheiden von chemischem Rauch oder Staub aus den Kesselabzuggasen aus dem
sogenannten Kraft-Rückgewinnungskessel in Papierfabriken durch Wieder-in-Umlaufbringen
vonPulpe-Restflüssigkeit als Waschmedium verwendet wird, wobei gleichzeitig eine
Verdampfung von Wasser aus der umgewälzten Flüssigkeit als Ergebnis des Kontakts
der Flüssigkeit mit den heißen Gasen bewirkt wird.
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Wenn diese zähflüssige Flüssigkeit, in der Papiertechnik gewöhnlich
Schwarzbnihe genannt, in die Einlaufregion des Behandlungskanals der vorgeschlagenen
Einrichtung eingeführt wird, hat sich gezeigt, daß die Bedeckung keineswegs so gleichförmig
ist, als wenn Flüssigkeiten niedriger Viskosität,
wie Wasser, als
Waschmedium verwendet werden. Obwohl die Strähle einer viskosen Flüssigkeit durch
den mit hoher Geschwindigkeit aufprallenden Gasstrom abgerissen und zerstäubt werden,
tritt diese Wirkung in bemerkenswert geringerem Umfang ein bei einer Flüssigkeit
geringerer Viskosität, wie Wasser, mit dem Ergebnis, daß die Aufnahmewirksamkeit
für einen gegebenen Druckabfall an dem Kanal bei Verwendung gerader Ströme oder
Strähle unterhalb derjenigen liegt, die mit Wasser erhalten werden. Andererseits
bleibt es wichtig, für die Flüssigkeitsentladung einfache Durchlässe oder Öffnungen
zu verwenden, so daß Verstopfungsprobleme vermieden werden, die einen ernstzunehmenden
Übelstand darstellen würden, wenn versucht würde, Zerstäuberdüsen oder Sprühsträhle
für die viskose Schwarzbrühe mit hohem Festmaterialgehalt zu verwenden.
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Zur Lösung der vorliegenden Aufgabe sind bei einem Venturirohr zum
Waschen von Gasen mit einer viskosen Flüssigkeit, z. B. mit Schwarzlauge, das vor
oder an der engsten Stelle Öffnungen zum Zuführen der Flüssigkeit aufweist, erfindungsgemäß
vor den Öffnungen schräg gegen die Gasströmung gerichtete Prallplatten angeordnet.
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Vorzugsweise sind die Prallplatten im engsten Teil des Rohres angeordnet
und bilden mit der Querschnitts ebene des Venturirohres einen Winkel von 300.
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Durch die Erfindung hat sich beispielsweise in der Kraftpapierindustrie
gezeigt, daß durch das Verbrennen der sogenannten Schwarzbrühe, die ein Abfallprodukt
darstellt, beträchtliche Wärmemengen gewonnen werden können. Diese Schwarzbrühe
enthält etwa 400/0 Feststoffe, die eine hochviskose Flüssigkeit bilden. Um im Boiler
wirksam verbrannt werden zu können, muß die Schwarzbrühe aber bis auf einen Feststoffgehalt
von ungefähr 62 O/o eingeengt werden, wodurch die Flüssigkeit noch viskoser wird.
Es bestand daher ein Bedarf nach einem Gaswaschverfahren, nach dem sich gleichzeitig
die Schwarzbrühe von einer Konzentration von 400/0 auf eine Konzentration von 62°/o
einengen läßt, während mit ihrer Hilfe die den Boiler verlassenden heißen Gase gewaschen
werden. Die bekannten Venturi-Gaswaschvorrichtungen besitzen nun zwar, wenn sie
zum Auswaschen von Feststoffen aus Gasen mit Hilfe von Wasser benutzt werden, einen
Wirkungsgrad von 90 bis 99a/o und mehr. Bei Versuchen mit Schwarzbrühe als Waschflüssigkeit
in einer bekannten Venturivorrichtung sank der Wirkungsgrad jedoch auf 79,5 o ab.
Dieses Abfallen des Wirkungsgrades war eine Folge des Umstandes, daß es unmöglich
ist, den Hals des Venturirohres mit einer Quersprühung, z. B. durch Einspritzen
aus einer Düse, zu überdecken. Es wurde gefunden, daß durch Anordnen einer Prallplatte
vor der Düse, um einen fächerförmigen Sprühstrahl nach oben in das einströmende
heiße Gas zu leiten, der Wirkungsgrad auf über 89,50/o erhöht werden konnte.
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Es ist also ersichtlich, daß das Gaswaschverfahren nach der Erfindung,
die Flüssigkeit in der engsten Stelle eines Venturirohres in Form eines fächerförmigen
Strahls schräg gegen das hindurchströmende Gas zu richten, bei viskosen Flüssigkeiten
und insbesondere bei der in der Papierindustrie anfallenden Schwarzbrühe einen bedeutenden
technischen Fortschritt darstellt.
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Die Erfindung ist nachfolgend im einzelnen beispielsweise an Hand
der Zeichnung beschrieben, in dieser ist Fig. 1 ein senkrechter Schnitt durch einen
Teil eines senkrecht angeordneten Venturirohres mit einer Flüssigkeitszuführung
nach der Erfindung, wobei die Flüssigkeit etwas oberhalb der Venturirohrkehle eingeführt
wird, F i g. 2 ein senkrechter Teilschnitt, der dem rechten Teil von F i g. 1 entspricht,
jedoch mit Einleitung der Flüssigkeit in den Hals des Venturirohres, F i g. 3 eine
schematische Vorderansicht eines Verteilers.
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In der F i g. 1 ist bei 8 der Halsteil eines Venturirohres dargestellt.
Die zu behandelnden Gase werden durch den Halsabschnitt mit hoher Geschwindigkeit
nach unten aus dem konvergierenden Abschnitt 10 stromaufwärts des Halses geführt.
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Unter dem Halsteil 8 befindet sich der Diffusor 12, dem im allgemeinen
ein Separator, etwa ein Zyklon, nachgeschaltet ist.
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Das Venturirohr kann sowohl runden als auch rechteckigen Querschnitt
haben.
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Die Verwendung von viskosen Flüssigkeiten als Waschmedium vergrößert
die Schwierigkeit, eine wirkungsvolle Verteilung der Flüssigkeit über den Querschnitt
des Halses hinweg ohne Verwendung übermäßiger Flüssigkeitsmengen zu erhalten. Wenn
die Flüssigkeit in Form einzelner Strähle eingeführt wird, beispielsweise durch
Öffnungen mit einem Durchmesser von 6,35 mm, die in Abständen von etwa 50 mm angeordnet
sind und die beispielsweise bei Wasser und ähnlichen Flüssigkeiten mit Erfolg verwendet
werden, hat sich herausgestellt, daß bei Schwarzbrühe und anderen zähfiüssigen Flüssigkeiten
die Halsbedeckung relativ gering ist, wobei sich in der Folge eine Senkung der Wirksamkeit
der Waschung ergibt. Wenn andererseits die Strähle enger beieinanderliegend angeordnet
werden und der Durchmesser reduziert wird, um annähernd das gleiche Maß von Flüssigkeitseinführung
zu erhalten, dann werden die Strähle so klein, daß sie vom Standpunkt des Freihaltens
der Öffnungen von Verstopfungen unpraktisch werden. Enge Schlitze, die bei einem
Versuch verwendet wurden, um eine ausgedehntere Flüssigkeitsverteilung zu erhalten,
erwiesen sich besonders dem Verstopfen zugänglich und erfordern besondere Reinigungseinrichtungen,
wenn sie ordentlich arbeiten sollen.
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Wie in der Fig. 1 dargestellt, liegt der Bereich der Flüssigkeitseinführung
vorzugsweise oberhalb -in Stromrichtung des Gases gesehen - des Halses des Venturirohres.
Die Flüssigkeit wird somit in den konvergierenden Abschnitt oberhalb des Halses
eingeführt, was bei relativ heißen Gasen erwünscht ist.
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Zum Einführen der Waschflüssigkeit von den Wänden des Durchlaufs aus
werden Kopfstücke oder Verteiler 14 verwendet, z. B. in Form von Röhren, die die
unter Druck stehende Waschflüssigkeit zuführen.
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Diese Verteiler oder Kopfstücke sind mit einer Reihe von Öffnungen
16 versehen, die aus einfachen radial durch die Wand des Rohres gebohrten Löchern
bestehen können. Beispielsweise können diese einen Durchmesser von etwa 6,3 mm haben
und in einem Abstand von etwa 50 bis 75 mm voneinander über die Länge des Kopfstückes
hinweg angeordnet sein.
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Die Wände des Venturirohres sind mit Schlitzen genügender Breite
versehen, die die Strähle bei
deren Ausstoß aus den Öffnungen 16
der Kopfstücke frei durchlassen. Die Kopfstücke können abnehmbar an der Außenseite
des Rohres mittels Schrauben 20 befestigt sein, die, wenn sie angezogen sind, bewirken,
daß das Kopfstück dicht auf einer Dichtung 22 aufsitzt, die zwischen dem Kopfstück
und der Außenseite des Kanals in der Nähe des Schlitzes angeordnet ist.
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Damit die Waschflüssigkeit in innigen Kontakt mit dem Gas treten
kann, sind Prallplatten 24 vorgesehen, die an den Verteilern unter einem Winkel
befestigt sind. Diese Platten können aus Metallstreifen bestehen, die durch Anschweißen
an die Verteiler befestigt und vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 300 angeordnet
sind. Die Platten zeigen entgegen der Stromrichtung des Gases. Unter dem Einfluß
der strömenden Gase wird der allgemeine Weg der Flüssigkeitssprühung in der Richtung
des Gasstromes abgebogen, wenn die Flüssigkeit den Kanal durchquert.
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Die Platten bewirken, daß z. B. die relativ zähflüssige Schwarzbrühe,
die den Verteilern unter einem Druck von 700 bis 3500 g/cm2 zugeführt wird, sich
bei dem Aufprall auf die Platten verbreitert, so daß die Entladung sich im Kanal
quer zur Gasströmung ausbreitet. Dieses Ausfächern oder Ausbreiten der Entladung
der einzelnen Strähle genügt, um zu bewirken, daß sich die blattähnlichen Sprühungen
aus angrenzenden Strählen wesentlich überlappen, so daß die Bedeckung über den ganzen
Halsquerschnitt hinweg relativ gleichförmig ist. Die Gase mit den Schwebeteilchen
treffen auf diesen Film der Waschflüssigkeit auf. Unter dem Einfluß der Gasströmung
wird der Flüssigkeitsfilm in feinverteilte Tröpfchen zerstäubt. Dabei herrscht starke
Turbulenz vor, wodurch zugleich eine wirksame Wärmeüberleitung aus den heißen Gasen
zur Flüssigkeit mit nachfolgender Verdampfung verbunden ist.
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Bei der in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsform springen die
Platten24 nicht nennenswert in die Gasströmung hinein vor. Das Gegenteil zeigt F
i g. 2. In dieser Darstellung sind die Verteiler direkt an der Wandung des Kanals
angebracht, obwohl eine Dichtungseinrichtung zum Abdecken der Verbindungsstelle
zwischen Kanal und Verteiler vorgesehen werden kann. Auf Grund der durch die Flüssigkeitssträhle
bei deren Aufprallen auf die Platten erzeugten Spülwirkung wird eine Ansammlung
von festem Material auf den Platten trotz deren Vorspringen in den Gasstrom verhindert.
Nichtsdestoweniger ist es erwünscht, daß die Platten, wenn
überhaupt, nur ein kurzes
Stück vorspringen, damit nicht plötzliche Strömungsunregelmäßigkeiten auftreten,
die den Druckabfall ohne entsprechende Vergrößerung der Reinigungswirksamkeit unzulässigerweise
vergrößern. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, daß im wesentlichen der ganze Druckabfall
im Venturirohr dazu benutzt wird, um die Waschflüssigkeit zu zerstäuben und zu beschleunigen.
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Im Falle einer Behandlung von Kesselabgasen aus Kraft-Rückgewinnungskesseln,
hat sich herausgestellt, daß eine Aufnahmewirksamkeit in einem Ausmaß von 85 e/0
erhalten werden kann, wenn die Flüssigkeitsverteilungseinrichtung der Erfindung
verwendet wird. Weiterhin wird die thermale Wirksamkeit des Gesamtverfahrens nennenswert
durch die Verdampfung von überschüssigem Wasser aus der Schwarzbrühe vergrößert,
infolge des Kontakts mit den heißen Gasen. Die Wirksamkeit des Gas-Flüssigkeits-Kontakts
trotz hoher Viskosität der Flüssigkeit wird durch typische, im Betrieb erhaltene
Zahlen belegt, die annähernd ein 7prozentiges Anwachsen der aus dem Verbrennen der
Schwarzbrühe erhältlichen Wärme in Verbindung mit einer Reduktion der Gastemperatur
von etwa 485 auf 1800 C ergaben.
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Die Erfindung kann bei den verschiedensten Arten von Flüssigkeiten,
wie Säuren, Zementbrühen und anderen viskosen Medien, bei dem Aufnehmen von Partikeln,
bei thermaler Austausch-Absorption, Desorption u. dgl. verwendet werden.