DE19815976A1

DE19815976A1 - Abscheideeinrichtung

Info

Publication number: DE19815976A1
Application number: DE19815976A
Authority: DE
Inventors: Dieter Wurz; Stefan Hartig
Original assignee: Carl Munters Euroform GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Munters Euroform GmbH and Co KG
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-14
Also published as: EP1059107A1

Abstract

Es wird eine Einrichtung zum Abscheiden von in einer Mehrphasenströmung mitgeführten Flüssigkeits- und/oder Feststoffteilchen beschrieben, die einen Abscheider, insbesondere Tropfenabscheider, aufweist. Dem Abscheider ist eine Agglomerationsvorrichtung vorgeschaltet, die mindestens 2 Reihen von winklig, insbesondere senkrecht, zu ihren Längsachsen angeströmten Stäben aufweist. Die Stäbe der einen Reihe sind gegenüber denen der benachbarten Reihe auf Lücke gestellt. Die Stäbe weisen eine größte Breite von 2-10 mm auf, und die Agglomerationsvorrichtung ist mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2-15 m/sec. angeströmt. Durch die Vorschaltung der Agglomerationsvorrichtung kann der nachfolgende Abscheider wesentlich einfacher ausgestaltet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ab scheiden von in einer Mehrphasenströmung mitgeführten Flüs sigkeits- und/oder Feststoffteilchen mit einem Abscheider.

Derartige Einrichtungen sind bekannt. Zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen finden sogenannte Tropfenabscheider Verwendung, die es in einer Vielzahl von Bauarten gibt. Um einen besonders hohen Wirkungsgrad zu erreichen, können diese Tropfenabscheider relativ komplizierte Formen aufwei sen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die kleinen Flüssigkeitströpfchen auf der Mehrphasenströmung abgeschie den werden sollen. So sind beispielsweise sogenannte Lamel lenabscheider bekannt, die extrem filigran ausgebildet sind und somit eine sehr aufwendige Herstellung erforderlich ma chen. Hinzu kommt, daß bei derartigen Tropfenabscheidern das Verkrustungsrisiko relativ hoch ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der angegebenen Art zu schaffen, die bei einer besonders hohen Effizienz mit besonders geringem Energie aufwand eine besonders einfache Ausgestaltung des Abschei ders ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der angegebenen Art dadurch gelöst, daß dem Abscheider eine Agglomerationsvorrichtung vorgeschaltet ist, die mindestens zwei Reihen von winklig, insbesondere senkrecht, zu ihren Längsachsen angeströmten Stäben aufweisen, die eine größte Breite von 2-10 mm besitzen, wobei die Stäbe der einen Reihe gegenüber denen der benachbarten Reihe auf Lücke ge stellt sind, und das die Agglomerationsvorrichtung mit ei ner Strömungsgeschwindigkeit von 2-15 m/sec. angeströmt ist.

Die Erfindung beruht auf der Grundidee, durch die vorgese hene Agglomerationsvorrichtung, die in der Mehrphasenströ mung enthaltenen Flüssigkeits- und/oder Feststoffteilchen zu vergrößern, so daß sich diese in einem nachfolgenden Ab scheider auf vereinfachte Weise (und mit geringerem Ener gieaufwand) aus der Mehrphasenströmung abscheiden lassen. Der nachfolgende Abscheider kann daher relativ einfach aus gebildet sein. Der auf den ersten Blick erhöhte Mehraufwand durch Vorschaltung einer Agglomerationsvorrichtung wird durch die in bezug auf die Ausgestaltung des nachfolgenden Abscheiders erreichte Vereinfachung bei weitem kompensiert. Dadurch, daß der nachfolgende Abscheider nur noch von ver größerten Flüssigkeits- und/oder Feststoffteilchen passiert wird, kann der Abscheider wesentlich gröber ausgebildet sein. Hinzu kommt, daß hierdurch die Verkrustungsanfällig keit reduziert wird.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Agglomerationsvorrichtung bewirkt, daß feine Tropfen und/oder Partikel der Mehrpha senströmung an die starren Strukturen der Agglumerations vorrichtung angelagert oder im Fluge aneinander gelagert werden. Wesentlich ist, daß die Agglomerationsvorrichtung dabei nicht als Abscheider wirkt. Mit anderen Worten, die kleinen Tröpfchen oder Partikel, die primär an den Elemen ten der Agglomerationsvorrichtung abgeschieden werden, werden gleich anschließend wieder in Gestalt größerer Tropfen oder Partikel von der Gasströmung mitgerissen, so daß sie nachfolgend beispielsweise in einem herkömmlichen Lammellentropfenabscheider abgeschieden werden können.

Damit eine reine Agglomerationsfunktion gewährleistet ist, wird die Agglomerationsvorrichtung mit einer Strömungsge schwindigkeit von 2-15 m/sec. angeströmt. Bei der Agglome rationsvorrichtung kann somit mit einer relativ hohen Strö mungsgeschwindigkeit gearbeitet werden, weil letztendlich keine direkte Abscheidung, sondern nur eine Tropfenvergrö ßerung bzw. Partikelvergrößerung erreicht werden soll, die eine effiziente Abscheidung vorbereiten soll. Demgegenüber dürfen normale Tropfenabscheider nur bis zu einer geringe ren Maximalgeschwindigkeit betrieben werden, bei deren Überschreitung es zum Tropfenmitriß käme, was unerwünscht ist.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die winkelig, insbesondere senkrecht, zu ihren Längs achsen angeströmten Stäbe eine größte Breite von 2-10 mm besitzen. Es hat sich gezeigt, daß in diesem Bereich die gewünschte Agglomerationswirkung am besten ist. Bei kleine ren Stabbreiten als 2 mm steigt das Verkrustungsrisiko stark an. Größere Stabbreiten als 10 mm führen zu einer Wirkung der Agglomerationsvorrichtung als Tropfenabschei der, die unerwünscht ist und ausschließlich vom nachfolgen den Abscheider bzw. Tropfenabscheider übernommen werden soll.

Vorrichtungen zum Agglomerieren von Flüssigkeits- und/oder Feststoffteilchen sind an sich bekannt. Eine solche Vor richtung ist beispielsweise in der DE 35 35 901 C2 be schrieben. Diese Vorrichtung enthält im wesentlichen paral lele Abscheideplatten nach Art von Tropfenabscheidern mit mindestens einer Umlenkung der Mehrphasenströmung. Die Herstellung von derartigen Agglomerationsvorrichtungen ist jedoch relativ aufwendig.

Eine Agglomerationsvorrichtung, die mindestens zwei Reihen von winklig, insbesondere senkrecht, zu ihren Längsachsen angeströmten Stäben aufweist, wobei die Stäbe der einen Reihe gegenüber denen der benachbarten Reihe auf Lücke ge stellt sind, ist aus der DE 195 03 842 A1 bekannt. In die ser Veröffentlichung sind jedoch keine Angaben über die größte Breite der Stäbe der Agglomerationsvorrichtung ent halten. Ferner sind keine Angaben darüber enthalten, mit welcher Strömungsgeschwindigkeit die Agglomerationsvorrich tung anzuströmen ist. Schließlich geht aus dieser Veröf fentlichung nicht die Kombination einer derartigen Agglume rationsvorrichtung mit einem Abscheider, insbesondere Trop fenabscheider, hervor.

Die DE 85 36 592 U1 beschreibt einen Luftwäscher, bei dem als Tropfenabscheider Profile und Profile oder Rohre vorge sehen sind, wobei die in Strömungsrichtung nachgeschalteten Rohre vor dem Durchströmspalten der vorderen Rorhrreihe an geordnet sind. Als Durchmesser für die Rohre werden Werte von 110 mm und 125 mm angegeben. Damit übernehmen diese Rohre aber ausschließlich die Funktion eines Tropfenab scheiders, wie dies in den entsprechenden Veröffentlichun gen auch herausgestellt ist.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich ein Agglomera tor-Konzept verwirklichen, bei dem die agglomerativ wirken den Elemente aus einfachen Teilen, beispielsweise gängigem Halbzeug, bestehen, was fertigungstechnich besonders vor teilhaft ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich bei einem derartigen Agglomeratorkonzept die Tropfen oder Partikel nicht gradlinig (d. h. schräg) durch den Ag glomerator bewegen. Vielmehr richtet sich die Gasströmung selbst bei Schräganströmung senkrecht zur Eintrittsebene aus und verfolgt einen besonders engkurvigen Weg durch den Agglomerator, wodurch eine optimale Agglomerationswirkung für Partikel und/oder Tropfen erzielt wird. Dies gilt sowohl für die Agglomeration an den Stäben als auch für die Agglomeration im freien Fluge.

Vorzugsweise sind die Stäbe der Agglomerationsvorrichtungen als Rundstäbe ausgebildet. Bei solchen Rundstäben handelt es sich um besonders einfache Bauteile, d. h. im wesentli chen einfachste Halbzeug, so daß hiermit besonders wirt schaftlich gearbeitet werden kann. Der Außendurchmesser der Rundstäbe beträgt hierbei 2-10 mm.

Für die Effizienz des Systems ist es von entscheidender Be deutung, die Verhältnisse der charakteristischen Abmessun gen derart aufeinander abzustimmen, daß die Strömung tatsächlich einem möglichst kurvenreichen Weg durch die Stäbe folgt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, in der dieses Merkmal optimiert ist, zeichnet sich dadurch aus, daß die Durchmesser aller Stäbe der Rei hen 1 bis n sowie die Abstände s₁ bis s_n und e₁ bis e_n - 1 jeweils gleich groß sind, wobei folgende Beziehungen gel ten:

e/s = 0,3-0,7
D/S = 2-10

Hierin bedeuten:

s = Abstand der Stäbe einer Reihe
e = Abstand der Stäbe benachbarter Reihen

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn e/s = 0,5 ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Durchmesser D₁ bis D_n der Stabreihen 1 bis n unterschied lich groß. Hierbei wurden besonders gute Ergebnisse mit ei ner Ausführungsform erzielt, bei der der Durchmesser D_n der letzten Stabreihe 0,7 bis 0,95 Mal so groß ist wie der Durchmesser der vorhergehenden Stabreihe D_n-1. Besonders bevorzugt wird hierbei eine Ausführungsform, die drei Stab reihen aufweist, wobei die ersten beiden Stabreihen Stäbe mit gleichem Durchmesser besitzen, während die dritte Reihe Stäbe aufweist, deren Durchmesser die vorstehend angegebene Bedingung erfüllt.

Auch bei den Ausführungsformen mit unterschiedlichem Stab durchmesser wurden die Abstände der Verbindungslinien der Mittelpunkte der Stabreihen 1 ₁ bis 1 _n - hier konstant gehal ten. Dies ist jedoch nicht zwingend.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung beseht die letzte Stabreihe aus länglichen tropfenförmigen Profilen, die Kanäle einschließen, welche eine strömungsgünstige Dif fusorkonfiguration darstellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Seitenansicht einer Einrichtung zum Abscheiden von in einer Mehrphasenströmung mit geführten Flüssigkeits- und/oder Feststoffteilchen mit einer Agglomerationsvorrichtung und einem nach geschalteten Tropfenabscheider; und

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Seitenansicht der Agglomerationsvorrichtung der Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung zum Abscheiden von in einer Mehrphasenströmung mitgeführten Teilchen ist eine Einrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen. Die Vorrichtung wird in der Figur von links angeströmt, wie bei 10 gezeigt. Die Mehrphasenströmung 10 erreicht zuerst die Agglomerationsvorrichtung 20, die aus drei Reihen von Rund stäben 4 besteht. Während die Stäbe der ersten und dritten Reihe die gleiche Höhenlage einnehmen, sind die Stäbe der zweiten Reihe in bezug auf die Stäbe der ersten und dritten Reihe auf Lücke gestellt. Der genaue Aufbau der Agglomera tionsvorrichtung wird in Verbindung mit Fig. 2 erläutert.

Die Mehrphasenströmung verläßt die Agglornerationsvorrich tung 20 mit agglomerierten Flüssigkeitsteilchen. Mit ande ren Worten, die in Fig. 1 bei 11 gezeigte Mehrphasenströ mung enthält größere Flüssigkeitsteilchen als die bei 10 gezeigte Strömung. Die Mehrphasenströmung 11 dringt dann in einen bei 30 schematisch gezeigten Tropfenabscheider, bei spielsweise Lamellentropfenabscheider, ein. In diesem Ab scheider werden die Tropfen aus der Strömung abgeschieden, so daß die bei 12 gezeigte, den Tropfenabscheider 30 ver lassende Strömung im wesentlichen keine Flüssigkeitsparti kel mehr enthält. Die im Tropfenabscheider 30 abgeschie denen Flüssigkeitstropfen laufen durch Schwerkraftwirkung im Abscheider nach unten und werden über geeignete Einrich tungen (nicht gezeigt) geführt.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der Agglomerationsvorrichtung 20 im einzelnen. Man erkennt die drei Reihen 1, 2, 3 der Rund stäbe 4. Die Mittelpunkte der Stäbe der zweiten Reihe be finden sich genau in der Mitte zwischen den Mittelpunkten von je zwei Stäben der ersten und dritten Reihe.

Die Rundstäbe 4 der Vorrichtung besitzen den gleichen Durchmesser, der bei diesem Ausführungsbeispiel 10 mm betra gen. Die Geschwindigkeit der Mehrphasenströmung, mit der die Agglomerationsvorrichtung angeströmt wird, beträgt 10 m/sec.

Die Vorrichtung wird in der Figur von links angeströmt, d. h. rechtwinklig zur Achse der Rundstäbe 4, wie bei 7 ge zeigt, oder schiefwinklig dazu, wie bei 8 gezeigt.

Bei der bei 8 gezeigten schrägen Strömung ist theoretisch eine geradlinige Partikelflugbahn durch die Vorrichtung hindurch möglich, wie bei 9 gezeigt. Dies ist jedoch bei der erfindungsgemäßen Ausführung nicht der Fall. Vielmehr richtet sich hierbei die Gasströmung senkrecht zur Ein trittsebene aus und verfolgt den dargestellten engkurvigen Weg durch den Agglomerator.

Bei der im Bereich a dargestellten ersten Ausführungsform der Vorrichtung besitzen die Rundstäbe 4 der ersten, zwei ten und dritten Reihe den gleichen Durchmesser. Bei der im Bereich b dargestellten zweiten Ausführungsform weisen die Rundstäbe der ersten und zweiten Reihe den gleichen Durch messer auf, während die Rundstäbe 5 der dritten Reihe einen kleineren Durchmesser besitzen. Bei der im Bereich c dar gestellten dritten Ausführungsform weisen die Rundstäbe der ersten und zweiten Reihe ebenfalls den gleichen Durchmesser auf. Anstatt der Rundstäbe der dritten Reihe sind hierbei aerodynamisch vorteilhafte schlanke Profile 6 vorgesehen.

Die in der Figur verwendeten Bezeichnungen haben folgende Bedeutung:

D₁ = Durchmesser der Rundstäbe der ersten Reihe.
D₂ = Durchmesser der Rundstäbe der zweiten Reihe.
D₃ = Durchmesser der Rundstäbe der dritten Reihe.
s₁ = Abstand der Rundstäbe der ersten Reihe.
s₂ = Abstand der Rundstäbe der zweiten Reihe.
s₃ = Abstand der Rundstäbe bzw. Profile der dritten Reihe
e₁ = Abstand der Rundstäbe der ersten und zweiten Reihe.
e₂ = Abstand der Rundstäbe der zweiten und dritten Reihe.
l₁ = Mittenabstand der Rundstäbe der ersten und zweiten Reihe.
l₂ = Mittenabstand der Rundstäbe der zweiten und dritten Reihe.

Wie erwähnt, weisen bei der im Bereich a dargestellten Aus führungsform sämtliche Stäbe der hintereinander liegenden, auf Lücke gestellten Reihen denselben Durchmesser auf. Um zu erreichen, daß die Strömung einem möglichst kurvenrei chen Weg durch die Vorrichtung folgt, gelten für diese Aus führungsform folgende Bemessungsgrundregeln:

D₁ = D₂ = D₃ = D
s₁ = s₂ = s₃ = s
e₁ = e₂ = e
e/s = 0,3-0,7, bevorzugt 0,5
D/s = 2-10

Bei der im Bereich b der Figur dargestellten Ausführungs form ist unter Beibehaltung des einfachen Grundelementes Rundstab hier eine Abstufung der Stabdurchmesser vorgenom men. Nur die Reihen 1 und 2 sind mit gleichem Stabdurchmes ser (D₁ = D₂), die Reihe 3 jedoch mit geringerem Durchmes ser D₃ ausgeführt. Dis ist aus folgenden Gründen vorteil haft: Die erste und zweite Stabreihe lösen bei erfindungs gemäßer Dimensionierung bereits die Aufgabe, das Strömungs feld der Gasphase orthogonal auszureichten bzw. zu stabili sieren. Durch geeignete Dimensionierung der dritten Stab reihe kann der Druckverlust des Agglomerators deutlich verringert werden. Die hohe Geschwindigkeit an der Eng stelle zwischen benachbarten Stäben der zweiten Reihe würde bei freier Ablassung einen erheblichen Strömungsaustritts verlust bewirken, da der stark divergente Querschnittsver lauf zwangsläufig zur Strömungsablösung führt. Durch ge eignete Positionierung einer Reihe 3 mit etwas geringerem Stabdurchmesser wird bewirkt, daß die Strömung mit geringem Druckverlust auf eine kleinere Geschwindigkeit, entsprechen dem größeren Abstand s₃ < s₂ = s₁ verzögert wird. Vorteil haft ist z. B. die Einhaltung folgender Bemessungsregeln:

D₁ = D₂
D₃ = (0,7-0,95) D₁

Dadurch ergibt sich für l₁ = l₂ auch eine definierte Varia tion der Länge e (e₂ < e₁).

Bei der im Bereich c dargestellten dritten Ausführungsform sind die Rundstäbe der letzten Stabreihe durch aerodyna misch vorteilhafte schlanke Profile 6 ersetzt, wobei jedoch die kreisrunden Stäbe der Reihen 1 und 2 beibehalten sind.

Claims

1. Einrichtung zum Abscheiden von in einer Mehrphasen strömung mitgeführten Flüssigkeits- und/oder Fest stoffteilchen mit einem Abscheider, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Abscheider (39) eine Agglo merationsvorrichtung (20) vorgeschaltet ist, die min destens 2 Reihen (1, 2, 3) von winklig, insbesondere senkrecht, zu ihren Längsachsen angeströmten Stäben (4, 5) aufweist, die eine größte Breite von 2-10 mm besitzen, wobei die Stäbe (4) der einen Reihe (2) ge genüber denen der benachbarten Reihe (1, 3) auf Lücke gestellt sind, und daß die Agglomerationsvorrichtung (20) mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2,15 m/sec. angeströmt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (4, 5) als Rundstäbe ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Rundstäbe 2-10 mm be trägt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Durchmesser aller Stäbe (4) der Rei hen 1 bis n sowie die Abstände s₁ bis s_n und e₁ bis e_n-1 jeweils gleich groß sind, wobei folgende Bezie hungen gelten:
e/s = 0,3-0,7
D/s = 2-10
worin bedeuten:
D: Durchmesser der Rundstäbe
s: Abstand der Rundstäbe einer Reihe
e: Abstand der Rundstäbe benachbarter Reihen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß e/s = 0,5 ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser D₁ bis D_n der Stabreihen 1 bis n unterschiedlich groß sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser D_n der letzten Stabreihe 0,7 bis 0,95 mal so groß sind wie der Durchmesser der vorher gehenden Stabreihe D_n-1.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Verbindungslinien der Mittel punkte der Stabreihen 1 ₁ bis 1 _n-1 konstant sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Stabreihe aus länglichen tropfenförmigen Profilen (6) besteht, die Kanäle einschließen, welche eine strömungsgünstige Diffusionskonfiguration darstellen.