DE1596326B2 - Vorrichtung zum kuehlen und reinigen von gasen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen und/oder Reinigen von Gasen mit einem oberen Gaseintrittsgehäuse, welches mit einem unteren Austrittsabschnitt über eine mit Flüssigkeit gefüllte Ringkammer zur Benetzung den Gasweg verengender, in Stromrichtung des Gases geneigter Wandflächen in Verbindung steht, wobei der Austrittsabschnitt einen Flüssigkeitsspeicher sowie ein etwa rechtwinklig zur Gas-Eintrittsrichtung abgehendes Auslaßrohr aufweist.

Vorrichtungen zum Kühlen und Reinigen von Gasen durch Einsprühen oder Einspritzen einer Flüssigkeit, wie Wasser, in den Gasstrom sind bekannt. So ist beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 3 085 793 eine Vorrichtung zum Waschen von Gasen bekannt, bei welcher ein oberes Gaseintrittsgehäuse mit einem unteren Austrittsabschnitt verbunden ist, die Wandungen der Flüssigkeits-Ringkammern in Strömungsrichtung des Gases trichterförmig eingezogen sind und der untere Austrittsabschnitt einen Flüssigkeitsspeicher sowie ein etwa rechtwinklig zur Gas-Eintrittsrichtung abgehendes Auslaßrohr aufweist. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist jedoch der durch die Ausgestaltung der Vorrichtung bedingte Druckabfall des Gasstromes und der verhältnismäßig schlechte Abkühlungsgrad infolge der ungenügenden Kontaktzeit zwischen Kühlmedium und Gasstrom. Es ist ferner bekannt, z. B. aus der deutsehen Patentschrift 135 832, Bauteile in gleichzeitig als Überlaufwehre ausgebildete Flüssigkeitsschranken eintauchen zu lassen. Weiterhin ist es auch noch bekannt, z.B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 173 433, im zentralen Einlaufteil einer Reinigungsvorrichtung eine Sprühdüse anzuordnen.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, die aus der USA.-Patentschrift 3 085 793 bekannte Vorrichtung derart zu verbessern, daß neben einer Reinigung eines Gasstroms ohne wesentlichen Druckabfall eine wirksame Kühlung des Gasstroms möglich ist.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zum Kühlen und/oder Reinigen von Gasen mit einem oberen Gaseintrittsgehäuse, welches mit einem unteren Austrittsabschnitt über eine mit Flüssigkeit gefüllte Ringkammer zur Benetzung den Gasweg verengender, in Stromrichtung des Gases geneigter Wandflächen in Verbindung steht, wobei der Austrittsabschnitt einen Flüssigkeitsspeicher sowie ein etwa rechtwinklig zur Gas-Eintrittsrichtung abgehendes Auslaßrohr aufweist, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ringkammer von der inneren Mantelfläche des Gaseintrittsgehäuses zur Gaseintrittsseite hin offen ist und in den Innenraum des Gaseintrittsgehäuses vorkragt und daß zentral im Gaseintrittsgehäuse in an sich bekannter Weise eine Sprühdüse angeordnet ist.

In einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird erreicht, daß ein beispielsweise aus einem Ofen, z. B. einem Kupol- oder Lichtbogenofen, einer Erzröstanlage oder einem Müllverbrennungsofen stammender heißer Gasstrom wirksam und gleichmäßig auf niedrigere Temperaturen abgeschreckt wird, was von einem nur sehr geringen Gasdruckabfall oder Staudruckverlust des Gasstroms begleitet ist. Gleichzeitig erfolgt hierbei auch eine Reinigung des Gasstroms von Feststoffen und gegebenenfalls löslichen oder reaktionsfähigen chemischen Verunreinigungen. Von besonderem Vorteil ist bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, daß sämtliche dem Gasstrom ausgesetzten Flächen benetzt und mit Flüssigkeit bespült sind, wodurch die Ablagerung von Feststoffen aus dem Gasstrom wirksam vermieden wird. Ein weiterer Vorteil einer Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß das Gemisch aus dem abgekühlten Gas und den darin eingeschlossenen Flüssigkeitströpfchen in einem gefluteten Kniestück bzw. einem Flüssigkeitsspeicher aufgefangen wird, wodurch der abgeschreckte Gasstrom unter Vermeidung einer Prallwirkung in eine waagerechte Strömung umgelenkt werden kann. Weiterhin ist es bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung von Vorteil, daß eine eine Ausdehnung ermöglichende Verbindung zwischen einem oberen Gaseintrittsgehäuse und einem unteren Austrittsabschnitt in Form einer gleichzeitig gasdichten Wasserschranke vorgesehen ist.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Aufsicht im Schnitt längs der Linie 2-2 von F i g. 1 und

F i g. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung strömt der heiße, mit Feststoffen angereicherte Gasstrom 1 von einer Gasquelle, z. B. einem nicht dargestellten metallurgischen Ofen, in Abwärtsrichtung durch ein lotrecht angeordnetes Gaseintrittsgehäuse.

Das Gaseintrittsgehäusc 2 ist in der Regel von

einem äußeren, mit einem zirkulierenden flüssigen Kühlmedium, wie Wasser, gefüllten Kühlmantel 3 umgeben. Auf diese Weise läßt sich das Gaseintrittsgehäuse 2 gegen die sehr hohen Temperaturen des Gasstroms 1, insbesondere eine hierdurch bedingte Zunderbildung, schützen. Im Gaseintrittsgehäuse 2 ist ein kürzerer Schacht 4 koaxial angeordnet; dieser erstreckt sich in Abwärtsrichtung in einen Teil des Gaseintrittsgehäuses 2 hinein und besitzt an seinem unteren Ende in Stromrichtung des Gases geneigte Wandflächen 5, die in eine untere zentrale öffnung auslaufen. Der das Gaseintrittsgehäuse 2 abwärts durchströmende Gasstrom wird mittig in den Schacht 4 hinein abgelenkt und erfährt durch die geneigten Wandflächen 5 eine beträchtliche Erhöhung seiner Strömungsgeschwindigkeit.

Über eine Speiseleitung 7, die in waagerechter Richtung in das Gaseintrittsgehäuse 2 und den Schacht 4 eintritt und an einer zentral angeordneten Sprühdüse 8 endet, wird ein Wasserstrom 6 zugeführt. Durch die Sprühdüse 8 wird der Wasserstrom 6 oberhalb der geneigten Wandflächen 5 zentral und abwärts in den abwärts strömenden Gasstrom im Schacht 4 eingespritzt, um hierdurch eine Teilkühlung und/oder -reinigung herbeizuführen. Weiteres Wasser 9 wird über eine Speiseleitung 10 in einen ringförmigen Flüssigkeits-Speicherraum zwischen dem Gaseintrittsgehäuse 2 und dem Schacht 4 und einem Leitblech 11, das sich vom Unterteil des Schachts 4 auswärts zur Innenwand des Gaseintrittsgehäuses 2 erstreckt, zugeführt. Das Wasser 9 füllt hierbei den Speicherraum zwischen dem Gaseintrittsgehäuse 2 und dem Schacht 4 und fließt einwärts über die Oberkante des Schachts 4 und von dort als Wasserfilm auf den Innenwänden des Schachts 4 und den geneigten Wandflächen 5 abwärts, wobei das Wasser diese Wände berieselt und eine Feststoffablagerung verhindert. Der abwärts strömende Wasserfilm fällt dann vom unteren Ende der geneigten Wandflächen 5 an der zentralen öffnung in den stark beschleunigten, nach abwärts gerichteten Gasstrom. Auf diese Weise wird der Wasserfilm an der zentralen öffnung der geneigten Wandflächen 5 zu Flüssigkeitströpfchen zerstäubt und gleichmäßig im Gasstrom verteilt. Hierbei erreicht man eine gleichmäßige und vollkommene Kühlung des Gasstroms nebst einer zumindest teilweisen Reinigung des Gasstroms (Entfernung von gegebenenfalls im Gasstrom eingeschlossenen Feststoffteilchen).

Innerhalb des über dem Leitblech 11 befindlichen ringförmigen Flüssigkeit-Speicherraums sind in der Wand des Gaseintrittsgehäuses 2 unterhalb der Oberkante des Schachts 4 und über dem Leitblech Il öffnungen 12 vorgesehen, über welche ein Teil des Wassers 9 zu der Außenfläche des Gaseintrittsgehäuses 2 langfließen kann. Das aus den öffnungen 12 austretende, nach unten ausfließende Wasser füllt hierbei den Ringraum zwischen einem äußeren Schacht 13, der praktisch senkrecht und koaxial zum Gaseintrittsgehäuse 2 angeordnet ist und in eine einwärts geneigte Bodenfläche 14 ausläuft, und einem Schacht 15, der ebenfalls senkrecht und koaxial zum Gaseintrittsgehäuse 2 angeordnet ist, sich unter das Leitblech 11 erstreckt und unter dem unteren Ende des Gaseintrittsgehäuses 2 endet. Das über die öffnungen 12 austretende und an der Außenfläche des Gaseintrittsgehäuses 2 abwärts fließende Wasser strömt somit durch den Ringraum zwischen dem Schacht 13 und dem Gaseintrittsgehäuse 2, unter dem unteren Ende des Gaseintrittsgehäuses 2 hindurch einwärts, zwischen dem Gaseintrittsgehäuse 2 und dem Schacht 15 aufwärts, über das obere Ende des Schachts 15 einwärts und als Wasserfilm an der Innenwand des Schachts 15 herab.

Der aus der zentralen öffnung der geneigten Wandflächen 5 austretende Gas-Flüssigkeitsstrom strömt durch den Schacht 15, wobei infolge des Flüssigkeitsfilms auf der Innenwandfläche des Schachts 15 eine Ablagerung oder Ansammlung von Feststoffen verhindert wird. Der Schacht 15 läuft an seinem unteren Ende in einen Flüssigkeitsspeicher 16 aus. Am unteren Ende des Schachts 15 geht praktisch waagerecht ein Auslaßrohr 17 derart ab, daß der Flüssigkeitsspeicher 16 ein geflutetes Kniestück bildet. Das Auslaßrohr 17 verläuft von einer seitlichen Öffnung im Schacht 15 zwischen dem Flüssigkeitsspeicher 16 und der geneigten Bodenfläche 14 in waagerechter Richtung und leitet den abgeschreckten Gasstrom 18 sowie das überschüssige Wasser zu einer entsprechenden Aufarbeitungsvorrichtung, z. B. einem nicht dargestellten Gas-Flüssigkeit-Zyklonscheider; von diesem Abscheider wird die flüssige Phase zum Abwasser abgeleitet oder als Wasserströme 6 und 9 rückgeführt. Der abgeschreckte und gewaschene Gasstrom 18 kann dann zur Außenluft hin austreten; in manchen Fällen enthält der Gasstrom einen beträchtlichen Anteil an Kohlenmonoxid und kann als Brennstoff oder für chemische Reaktionen, z. B. für die Herstellung von Wasserstoff durch katalytische Wassergas-Umsetzung, verwendet werden.

Der Oberteil der Vorrichtung, einschließlich des Gaseintrittsgehäuses 2 und seiner Einzelbestandteile, kann sich ungehindert senkrecht und/oder in Querrichtung ausdehnen, da das Gaseintrittsgehäuse 2 in die zwischen den Schächten 13 und 15 gebildete Wasserschranke hineinreicht. Diese Wasserschranke stellt eine eine thermische Ausdehnung gestattende, gasdichte Verbindung von oberem Gaseintrittsgehäuse und unterem Austrittsabschnitt dar.

F i g. 2 veranschaulicht die konzentrische und koaxiale Anordnung der verschiedenen bei der bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung von Fig. 1 vorgesehenen zylindrischen Schächte.

F i g. 3 zeigt eine weniger komplizierte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche ebenfalls eine wirksame Kühlung des Gases ermöglicht und eine Kombination einer Wasserschranke mit einer eine thermische Ausdehnung gestattenden Verbindung sowie einen unteren Flüssigkeitsspeicher aufweist. Ein aus beispielsweise einem Ofen 31 stammender heißer Gasstrom 19 strömt abwärts durch ein senkrecht angeordnetes Gaseintrittsgehäuse 20 und wird in Einwärtsrichtung in einen Schacht 21 abgelenkt, der senkrecht angeordnet ist und sich innerhalb des Unterteils des Gaseintrittsgehäuses 20 koaxial zu diesem abwärts erstreckt. Ein Wasserstrahl 22 wird über eine praktisch waagerechte Zuleitung 23 zu einer zentral im Gaseintrittsgehäuse 20 angeordneten Sprühdüse 24 geleitet, welche ihn abwärts und auswärts oberhalb des Schachts 21 in den abwärts strömenden Gasstrom 19 einspritzt. Ein Teil der aus der Sprühdüse 24 austretenden Wasserstrahlen fließt in den Ringraum zwischen dem Schacht 21 und dem Gaseintrittsgehäuse 20, wodurch die zwischen dem Schacht 21 und einem Schacht 25

festgelegte Ringkammer mit Wasser gefüllt wird. Das untere Ende des Gaseintrittsgehäuses 20 endet zwischen den Schächten 21 und 25 und innerhalb der durch ein unteres Leitblech 26, das sich zwischen dem unteren Ende des Schachts 25 und dem Schacht 21 erstreckt, zurückgehaltenen Wassermasse. Auf diese Weise wird eine ein Hindurchlecken von Gas zwischen dem Gaseintrittsgehäuse 20 und dem Schacht 21 verhindernde Wasserschranke gebildet, die eine thermische Ausdehnung des Gaseintrittsgehäuses 20 relativ zum Schacht 21 in Querrichtung und in senkrechter Richtung ermöglicht.

Das von der Sprühdüse 24 in den Ringraum zwischen dem Schacht 21 und dem Gaseintrittsgehäuse 20 stammende überschüssige Wasser fließt, da das obere Ende des Schachts 21 in lotrechter Richtung tiefer liegt als das obere Ende des Schachts 25, über die Oberkante des Schachts 21 einwärts und dann an der Innenfläche des Schachts 21 und einer als umgekehrt kegelstumpfförmiges Leitblech 27 ausgebildeten geneigten Wandfläche herab. Das Leitblech 27 ist im Inneren des Schachts 21 montiert und weist eine zentrale Öffnung auf, die von dem Gasstrom mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit durchströmt wird. Der abwärtsströmende Wasserfilm fällt am unteren Ende des Leitblechs 27 in den Gasstrom und durchströmt mit diesem den Austrittsabschnitt unterhalb des Leitblechs 27. Am unteren Ende des Schachts 21 ist ein Flüssigkeitsspeichcr 28 vorgesehen. Das nicht im Flüssigkeitsspeicher 28 zurückgehaltene Wasser und der gekühlte Gasstrom treten über ein praktisch waagerecht angeordnetes Auslaßrohr 29 als Strom 30 in waagerechter Richtung aus dem Schacht 21 aus.

Selbstverständlich lassen sich die einzelnen Bauteile der Vorrichtung gemäß der Erfindung in verschiedenster Weise variieren. Beispielsweise kann gegebenenfalls der Kühlmantel 3 weggelassen oder die Innenfläche des Gaseintrittsgehäuses 2 mit einer feuerfesten Auskleidung versehen werden. An Stelle der Speiseleitung 7 und der Sprühdüse 8 können auch •andere Flüssigkeitszufuhr- und -Sprüheinrichtungen, beispielsweise ein zentrales, axial angeordnetes Rohr, Verwendung finden. Das untere Ende der geneigten Wandflächen 5 kann in einigen Fällen mit einer einwärts umlegten, praktisch waagerechten Lippe versehen sein, welche das Einleiten des abwärts fließenden Wasserfilms in den beschleunigten Gasstrom unterstützt. In manchen Fällen können die öffnungen 12 weggelassen und durch eine zusätzliche Wasser-Speiseleitung ersetzt werden, die zwischen dem Gaseintrittsgehäuse 2 und dem Schacht 13 endet und den Ringraum zwischen den Schächten 13 und 15 mit Wasser beschickt, so daß ein Wasserzufluß zur Berieselung der Innenwand des Schachts 15 zur Verfügung steht. Das obere Ende des Schachts 15 liegt gemäß Fi g. 1 vorzugsweise dem unteren Ende der geneigten Wandflächen 5 gegenüber und endet vorzugsweise in derselben waagerechten Ebene wie das untere Ende der geneigten Wandflächen 5. Wahlweise kann aber die Oberkante des Schachts 15 auch in einer waagerechten Ebene über oder unter dem unteren Ende der geneigten Wandflächen 5 liegen. Das obere Ende des Schachts 15 besitzt in Abwärtsrichtung einen senkrechten Abstand vom Leitblech 11; der Schacht 15 kann ferner einen veränderlichen Durchmesser besitzen und unmittelbar unterhalb des Leitblechs 11 oder wahlweise unmittelbar unterhalb der geneigten Wandflächen 5 angeordnet sein. Nicht dargestellte Einrichtungen können zum periodischen oder kontinuierlichen Abziehen eines Teils der flüssigen Phase von dem Flüssigkeitsspeicher 16 dienen, um gleichzeitig die angesammelten Feststoffe zusammen mit der flüssigen Phase aus dem Flüssigkeitsspeicher 16 zu entfernen. Die in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehenen Schächte sind vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet, so daß sie im waagerechten Schnitt gemäß Fig. 2 konzentrische Kreise bilden. Gegebenenfalls können die Schächte aber auch einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt besitzen; in den meisten Fällen werden die verschiedenen Schächte jedoch zur Gewährleistung optimaler Ergebnisse koaxial zueinander angeordnet. Wenn die Schächte einen rechteckigen Querschnitt besitzen, werden mehrere Sprühdüsen der Art wie die Sprühdüse 8 in einer geradlinigen Reihe längs der längeren Achse des durch den Schacht 4 gebildeten Rechtecks vorgesehen.

Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist ebenfalls zahlreichen Abwandlungen und Änderungen zugänglich. Beispielsweise kann das Gaseintrittsgehäuse 20 mit einer dem Kühlmantel 3 von F i g. 1 und 2 ähnlichen äußeren Kühlmantel versehen sein. Die Speiseleitung 23 kann sich waagerecht bis zu einem abwärts verlaufenden Endabschnitt erstrecken, der koaxial zum Gaseintrittsgehäuse 20 angeordnet sein und an seinem unteren Ende die Sprühdüse 24 tragen kann. Die Sprühdüse 24 kann auch oberhalb des Leitblechs 27 zentral im Oberteil des Schachts 21 angeordnet sein; in diesem Fall wäre eine der Speiseleitung 10 gemäß Fig. 1 ähnliche zusätzliche Einrichtung zur Zufuhr von Wasser in den Ringraum zwischen den Schächten 21 und 25 vorzusehen. In einigen Fällen kann sich das Leitblech 27 von einer Verbindung mit dem oberen Ende des Schachts 21 aus einwärts und abwärts erstrecken, wobei in diesem Fall das über die Oberkante des Schachts 21 fließende Wasser unmittelbar auf die Oberfläche des Leitblechs 27 fließen würde, da das obere Ende des Leitblechs 27 in diesem Fall am oberen Ende des Schachts 21 endet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kühlen und/oder Reinigen von Gasen mit einem oberen Gaseintrittsgehäuse, welches mit einem unteren Austrittsabschnitt über eine mit Flüssigkeit gefüllte Ringkammer zur Benetzung den Gasweg verengender, in Stromrichtung des Gases geneigter Wandflächen in Verbindung steht, wobei der Austrittsabschnitt einen Flüssigkeitsspeicher sowie ein etwa rechtwinklig zur Gas-Eintrittsrichtung abgehendes Auslaßrohr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (4, 11; 13, 14; 25, 26) von der inneren Mantelfläche des Gaseintrittsgehäuses (2, 20) zur Gaseintrittsseite hin offen ist und in den Innenraum des Gaseintrittsgehäuses vorkragt und daß zentral im Gaseintrittsgehäuse (2, 20) in an sich bekannter Weise eine Sprühdüse (8, 24) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als geneigte Wandfläche im Austrittsabschnitt in an sich bekannter Weise ein kegelstumpfförmiges Leitblech (27) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß öffnungen (12) zur Ermöglichung eines Flüssigkeitsflusses zum Ringraum (13,14) vorgesehen sind.