Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung nach dem Verdunstungsprinzip für
heiße, staubhaltige Gase, mit einem Heißgaseintritt, einer mit Düsen zur Abgabe
einer Verdunstungsflüssigkeit in die heiße Gasströmung versehenen Kühlstrecke,
sowie mit einem der Kühlstrecke nachgeschalteten Abscheider für die in der
Gasströmung verteilten Staubpartikel, wobei Umlenkmittel vorhanden sind, welche
die Gasströmung vor Erreichen des Abscheiders in eine Richtung entgegengesetzt
zur Strömungsrichtung in der Kühlstrecke umlenken.
Derartige Kühlvorrichtungen werden verwendet, um industrielle Gase bei Ofen-
oder Schmelzprozessen von Temperaturen von beispielsweise 600°C auf
Temperaturen von etwa 180 bis 200°C herabzukühlen. Diese Endtemperatur nach
dem Kühlprozeß ist erforderlich, um im Rahmen einer anschließenden
Abscheidestufe Filterelemente aus textilem Filtermaterial verwenden zu können.
Infolge der Abkühlung werden ferner gasförmig in dem Heißgas vorhandene
Teilchen in einen festen Zustand überführt, so daß sich diese anschließend an den
Filterflächen der Filterelemente absetzen.
Für das Abkühlen des Heißgases einerseits sowie das Abscheiden an den Fil
terelementen andererseits werden getrennte verfahrenstechnische Apparate
verwendet, was seine Ursache darin hat, daß für jeden dieser Apparate spezielles
Fachwissen hinsichtlich Konzeption, Auslegung, Bau und Montage des Apparates
bestehen. Es ist hierbei oftmals mit einem erheblichen Aufwand verbunden, die
Kühlapparatur sowie den nachgeschalteten Filtrationsapparat in geeigneter Weise
aufeinander abzustimmen. Als nachteilig hat sich ferner herausgestellt, daß die
zwei getrennten Vorrichtungen zu einem erheblichen Platzbedarf führen, was
insbesondere die Nachrüstung bei stark staubhaltige Heißgase erzeugenden Öfen
und Schmelzanlagen erschwert.
Bekannt ist aus der DE 23 03 039 B2 eine Kühlvorrichtung nach dem
Verdunstungsprinzip für heiße, staubhaltige Gase, mit einem Heißgaseintritt, einer
mit Düsen zur Abgabe einer Verdunstungsflüssigkeit in die heiße Gasströmung
versehenen Kühlstrecke, sowie mit einem der Kühlstrecke nachgeschalteten
Abscheider für die in der Gasströmung verteilten Staubpartikel. In Bezug auf den
Verwendungszweck dieser Vorrichtung steht eine Druckreduzierung der zu
reinigenden, unter hohem Druck stehenden Gase im Vordergrund.
Dementsprechend weist die Vorrichtung eine Hoch- und eine Niederdruckkammer
auf, die über eine Drosseleinrichtung in Form mehrerer mit einer Drosselklappe im
engsten Querschnitt versehenen Venturirohre miteinander verbunden sind. Die
Kühlung und Waschung des Gases erfolgt ausschließlich in der
Niederdruckkammer, in der zu diesem Zweck eine vorzugsweise aus Holz
bestehende Packung sowie eine Kühlwassersprüheinrichtung, welche im
Gegenstrom das Gas kühlt, angeordnet sind. Das aus der Packung abgegebene
Kühlwasser und die aus dem Gas abgeschiedene Feuchtigkeit werden in einem
Sammelbehälter aufgefangen, vor dessen Oberfläche die Venturirohre unmittelbar
enden. Auf diese Weise wird das durch ein Venturirohr strömende Gas direkt
gegen die Wasseroberfläche gelenkt und von dieser umgeleitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zur Behandlung
staubbeladener Gasströme geeignete Kühlvorrichtung zu schaffen, die einen
geringen Platzbedarf hat.
Zur Lösung wird bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art
vorgeschlagen, daß der Abscheider mit einer Vielzahl im wesentlichen textiler
Filterelemente versehen ist, die um die Kühlstrecke herum angeordnet sind, und
daß die Umlenkmittel durch die Wandungen eines zusätzlichen Grobabscheiders
zum Abscheiden fester Staub- und Schadpartikel gebildet werden.
Um gefährliche Partikel in dem Heißgas, wie z. B. Funken, bereits vor Erreichen
der Filterelemente separieren zu können, befindet sich bei einer Ausgestaltung der
Kühlvorrichtung der Grobabscheider in Verlängerung und unterhalb der vertikal
ausgerichteten Kühlstrecke. Vorzugsweise sind getrennte Staubaustritte für
Abscheider und Grobabscheider vorhanden.
Mit einer weiteren Ausgestaltung der Kühlvorrichtung wird vorgeschlagen, daß die
Umlenkmittel durch die Wandungen des Grobabscheiders gebildet werden. In
diesem Fall können die Wandungen des Grobabscheiders nach oben verlängert
sein, und dort die äußere Wandung eines ringförmigen Strömungskanals bilden,
dessen innere Wandung die Kühlstrecke auf einem Teil von deren Länge
umschließt.
Um eine besonders gleichmäßige Verteilung des abgekühlten Gases auf die
Filterelemente zu erreichen, gelangt gemäß einer weiteren Ausgestaltung die
umgelenkte Gasströmung in einen Strömungskanal, der in etwa auf halber Höhe
der langgestreckten Filterelemente in den Abscheider mündet.
Zur Bereitstellung einer besonders kompakt bauenden Kühlvorrichtung trägt ferner
bei, wenn der Abscheider durch die Filterelemente in einen Staubraum und einen
Reinluftraum unterteilt ist, und die Kühlstrecke den Reinluftraum sowie zumindest
einen Teil des Staubraums durchragt. Um Wartungsarbeiten an den Düsen
durchführen zu können, ist es von zusätzlichem Vorteil, wenn der mit den Düsen
versehene Abschnitt der Kühlstrecke aus dem Abscheider herausragt.
Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die Kühlstrecke parallel zu
den langgestreckten Filterelementen angeordnet ist, und die Filterelemente
gleichmäßig um die Kühlstrecke herum verteilt sind. Infolge dieser Maßnahmen
kann die Kühlvorrichtung in rotationssymmetrischer Bauart einfach und preis
günstig gefertigt werden.
Weitere Einzelheiten der Kühlvorrichtung werden nachfolgend anhand der
Zeichnung erläutert. Diese zeigt eine gemäß der Erfindung gestaltete Kühlvor
richtung in einer Schnittdarstellung.
Heißgas, welches beispielsweise einem Ofen oder einem industriellen
Schmelzprozeß entstammt, gelangt einschließlich der darin enthaltenen Staub
partikel 1 über einen Heißgaseintritt 2 in eine Kühlstrecke 3. Bei der Kühlstrecke 3
handelt es sich um ein langgestrecktes, vorzugsweise zylindrisches Rohr, an
dessen oberem Ende sich der Heißgaseintritt 2 befindet. Nahe dem Heißgaseintritt
2 sind am Umfang des Rohres 4 mehrere Düsen 5 angeordnet, über die sich ein
als Verdunstungsflüssigkeit dienendes Medium in der Kühlstrecke verteilen läßt.
Jede der Düsen 5 ist als Zerstäuberdüse ausgebildet, in der die Flüssigkeit mittels
eines Zerstäubergases fein versprüht wird. Hierzu ist eine Zuleitung 6 sowie eine
Leitung 7 für das Zerstäubergas vorgesehen. Sofern mit einem genügend hohen
Flüssigkeitsdruck gearbeitet wird, kann auf die zusätzliche Zerstäubung mit
Zerstäubergas auch verzichtet werden.
Das die Kühlstrecke 3 umschließende Rohr 4 ist an seinem unteren Ende 8 offen
und mündet hier in einen Umlenktopf 9, dessen Wandungen 10, 11 sich teilweise
von dem unteren Ende 8 des Rohrs 4 abwärts, und teilweise von diesem unteren
Ende 8 an aufwärts erstrecken. Die sich vom unteren Ende aus abwärts
erstreckende Wandung 10 ist nach unten hin nach Art eines Konus oder eines
Kegels eingezogen, und mündet an der tiefsten Stelle in einem Grobstaubaustritt
12.
Die obere Wandung 11 des Umlenktopfes 9 umschließt einen ringförmigen
Strömungskanal 13, dessen innere Wandung 14 der untere Teil des Rohrs 4 ist,
und daher die Kühlstrecke 3 auf einem Teil von deren Länge umschließt. Im
Gegensatz zu der unteren Wandung 10 des Umlenktopfs 9 ist die obere Wandung
11 zylindrisch gestaltet und koaxial um die Kühlstrecke 3 herum angeordnet.
Die Mündung 15 des ringförmigen Strömungskanals 13 befindet
sich etwa in halber Höhe eines Abscheiders 16, welcher die Kühlstrecke 3
umgibt. Der Abscheider 16 besteht in an sich bekannter Weise aus einer Viel
zahl hängend angeordneter, langgestreckter Filterelemente 17 in Gestalt von
Filterschläuchen. Die Filterschläuche sind mit ihrem oberen offenen Ende in
eine Trennplatte 18 eingesetzt, welche den Staubraum 19 des Abscheiders
von dessen Reinluftraum 20 trennt. Oberhalb jedes Filterschlauches ist jeweils
ein Injektor 21 angeordnet, über den sich ein kurzzeitiger Druckstoß in das
Innere des Filterelementes zur Abreinigung des anhaftenden Staubes abgeben
läßt. Zu diesem Zweck sind sämtliche Injektoren 21 über Ventile 22 an einen
Druckgasspeicher angeschlossen.
Der Staubraum 19 ist nach unten hin mit kegelförmig oder konusförmig zulau
fenden Wandungen 23 versehen, die in einem Feinstaubaustritt 24 münden.
Die Gestaltung der Wandungen 10, 11, 23 ist beim Ausführungsbeispiel derart,
daß der durch die Wandungen 10, 11 gebildete Grobabscheider sich innerhalb
des Staubsammelraums des Abscheiders 16 befindet, und diesen durchragt,
wobei Feinstaubaustritt 24 und Grobstaubaustritt 12 nebeneinander auf in et
wa derselben Höhe angeordnet sind.
Die Kühlvorrichtung ist weitgehend rotationssymmetrisch gestaltet, wobei sich
die Kühlstrecke 3 auf der Längsachse befindet. Sowohl der Umlenktopf 9 als
auch die Filterelemente 17 sind koaxial bzw. gleichmäßig verteilt um die
Kühlstrecke 3 herum angeordnet.
Im Betrieb gelangt das Heißgas mit den darin enthaltenen Staubpartikeln über
den Heißgaseintritt 2 in die Kühlstrecke 3. Über die Düsen 5 wird mittels Zer
stäubergas verteilte Kühlflüssigkeit fein in die Kühlstrecke versprüht, so daß
der Kühlprozeß durch Verdampfung der Kühlflüssigkeit entlang der Kühl
strecke 3 erfolgen kann. Die Länge der Kühlstrecke 3 ergibt sich aus der Ge
schwindigkeit des Verdampfungsprozesses. Am unteren Ende 8 der Kühl
strecke 3 gelangt der abgekühlte Gasstrom in den Umlenktopf 9. Hier erfolgt
die Abscheidung der groben Feststoff- und Staubpartikel und der sonstigen
Grobteile oder Schadpartikel wie z. B. Funken. Die Effektivität der
Grobabscheidung wird durch die Eintauchtiefe der Kühlstrecke 3 in den
Umlenktopf 9 sowie durch die geometrischen Abmessungen der einzelnen
Teile beeinflußt.
Die umgelenkte Gasströmung gelangt entlang des ringförmigen Strömungska
nals 13 nach oben, und verteilt sich nach Verlassen der Mündung 15 gleich
mäßig in den Abscheider 16. Hier erfolgt die Abscheidung der Staubpartikel
auf den Außenflächen der Filterelemente 17. Der angesammelte Staub wird in
periodischen Zeitabständen durch die von den Injektoren 21 und weiteren Ab
reinigungseinrichtungen erzeugten Druckgasimpulse von den Filterelementen
17 abgetrennt, und durch den Feinstaubaustritt 24 aus dem Abscheider 16
ausgetragen. Das gekühlte und gereinigte Gas gelangt über den Reinluftraum
20 zu einem Gasaustritt 25, und von dort in die Atmosphäre.
Die Abscheidung kann durch Zugabe geeigneter Additive beeinflußt werden.
Solche Additive können zur Schadstoffreduzierung beitragen, und ferner die
Filtrationseigenschaften verbessern. Abhängig von dem gewählten Additiv er
gibt sich ferner eine Verbesserung der Filterschlauchabreinigung, eine Reduzie
rung von Verklebungen oder Anbackungen an den Filterelementen oder an den
Gehäuseteilen.
Bezugszeichenliste
1
Staubpartikel
2
Heißgaseintritt
3
Kühlstrecke
4
Rohr
5
Düse
6
Wasserleitung bzw. Kühlflüssigkeits-Zuleitung
7
Leitung für Zerstäubergas
8
unteres Ende der Kühlstrecke
9
Umlenktopf
10
Wandung
11
Wandung
12
Grobstaubaustritt
13
ringförmiger Strömungskanal
14
innere Wandung
15
Mündung
16
Abscheider
17
Filterelement
18
Trennplatte
19
Staubraum
20
Reinluftraum
21
Injektor
22
Ventil mit Druckgasspeicher
23
Wandung
24
Feinstaubaustritt
25
Gasaustritt