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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung des in kleineren
Verbrennungsanlagen entstehenden Rauchgases.
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Bei
Großanlagen
sind Verfahren zur Rauchgasreinigung gebräuchlich, die gute Ergebnisse
erbringen. Diese bekannten Verfahren können jedoch aus Rentabilitätsgründen nicht
einfach auf kleinere Anlagen, das heißt auf Verbrennungsanlagen
mit einem Rauchgasvolumen bis zu etwa 20000 m3/h übertragen
werden.
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Aus
der
DE 197 11 840
A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Entfernen von in
niedriger Konzentration vorliegenden Schadstoffen, wie chlorierten,
Kohlenwasserstoffen und Schwermetallen, aus Abgasen bekannt, bei
dem das Abgas durch ein von oben nach unten wanderndes Wanderbett
aus grobkörnigem
Trägermaterial
hindurchgeleitet wird und das im Wanderbett befindliche Trägermaterial
mit einem kohlenstoffhaltigen Sorptionsmittelstaub beschichtet wird,
indem laufend pulverförmiges
Sorptionsmittel entweder dem Abgas vor dem Eintritt in das Wanderbett
oder direkt dem Wanderbett beigemischt wird. Die Beschichtungsqualität wird jedoch
weder kontrolliert noch geregelt. Das Wanderbett bildende Material
enthält
vielmehr neben beschichtetem Trägermaterial
auch nur teilweise oder nicht beschichtetes Trägermaterial sowie nicht verbrauchtes
pulverförmiges
Beschichtungsmaterial. Diese Materialmischung wird am unteren Ende
des Wanderbetts kontinuierlich oder diskontinuierlich abgezogen
und einer Siebvorrichtung zugeführt.
Der Übergang
wird in das Wanderbett zurückgeführt. Der
Siebdurchgang wird als Abfall abgezogen. Die abgezogene Menge wird durch
neues Trägermaterial
ergänzt.
Die Siebung dient dabei der Entfernung von Staub und Kornbruch.
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Bei
diesem Verfahren besteht die Gefahr, dass ein Teil des eingebrachten
Staubs nicht am Trägermaterial
angelagert wird, sondern als Staub im Wanderbett verbleibt und vom
zu reinigenden Gas ausgetragen wird, was eine nachgeordnete Staubabscheidung
erforderlich macht. Sowohl dies als auch eine fehlende Neutralisation
wirken sich nachteilig auf das Entfernen von Schadstoffen aus Abgasen aus.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einstufiges
Verfahren zur Rauchgasreinigung zu schaffen, das eine zuverlässige Adsorption,
Neutralisation und Entstaubung ermöglicht und auch bei kleineren
Verbrennungsanlagen mit einer Rauchgaserzeugung bis zu 20000 m3/h wirtschaftlich arbeitet.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.
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Dabei
kommt ein einstufiges Reinigungsverfahren in Vorschlag, bei dem
das Rauchgas durch ein Filterbett durchgesaugt wird, das durch eine
Schüttung
eines aus gleichzeitig Adsorptions- und Neutralisationsmittel enthaltenden
Mischkörnern
bestehenden Granulats gebildet wird und das quer zur Durchströmrichtung
bewegt und auf einem endlosen Weg zirkuliert wird, wobei ein korngrößenunabhängiger Teil
des vom Filterbett kommenden Granulats als Abfall ausgeschleust
und durch unverbrauchtes Granulat ersetzt wird.
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Diese
Maßnahmen
ergeben eine einstufige und damit sehr einfache Rauchgasreinigung.
Dennoch werden drei wichtige Gruppen von Verunreinigungen zuverlässig beseitigt.
Die das Filterbett bildende Granulatschüttung bewirkt eine Filterung
und damit Entstaubung des durchgesaugten Rauchgases. Durch das Neutralisationsmittel,
bei dem es sich zweckmäßig um kalkhaltiges
Material, wie Kalkhydrat handeln kann, werden die sauren Bestandteile des
Rauchgases neutralisiert. Die dabei entstehenden Salze sind fest
und wasserunlöslich
und können daher
leicht entsorgt werden. Durch das Adsorptionsmittel, bei dem es
sich zweckmäßig um ein
kohlenstoffhaltiges Material, wie Aktivkohle oder Aktivkoks oder
Herdofenkoks handeln kann, werden im Rauchgas enthaltene Schwermetalle
und organische Bestandteile adsorbiert. Durch die Zirkulation des
Granulats mit teilweiser Granulaterneuerung ergibt sich in vorteilhafter
Weise eine kontinuierliche Betriebsweise, so dass Betriebsunterbrechungen
der zugeordneten Verbrennungsanlage vermieden werden, was sich vorteilhaft
auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt sowie die Anzahl der An- und
Abfahrvorgänge
verringert.
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Sofern
gleichzeitig auch eine Entstickung des Abgases gewünscht wird,
kann diese einfach dadurch erreicht werden, dass dem Rauchgas bereits bei
der Nachverbrennung in der Verbrennungsanlage Ammoniak und/oder
ammoniakhaltige Verbindungen beigegeben werden. Auf diese Weise
wird eine katalytische Entstickung entbehrlich, was sich vorteilhaft auf
den erforderlichen gerätetechnischen
Aufwand auswirkt.
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Zweckmäßig kann
das vom Filterbett kommende Granulat gesiebt werden. Hierdurch werden Staub
und Kornbruch ausgeschieden. Es ist daher sichergestellt, dass der
Strömungswiderstand
des Filterbetts in vorgegebenen Grenzen bleibt und das Rauchgas
zuverlässig
entstaubt wird und keinen Staub mitreißen kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen
sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der
nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
Diese enthält
eine schematische Darstellung einer kleineren Verbrennungsanlage
mit erfindungsgemäßer Abgasreinigungsvorrichtung.
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Anwendungsgebiet
der Erfindung sind kleinere Verbrennungsanlagen mit einem Rauchgasanfall
bis zu 20000 m3/h, wie sie beispielsweise
für dezentrale
Kleinkraftwerke Verwendung finden können. Der grundsätzliche
Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Anlagen sind an sich bekannt
und bedürfen
daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr.
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Die
in der Zeichnung dargestellte, als ganzes mit 1 bezeichnete
Verbrennungsanlage besitzt einen mit einem Eingabetrichter 2 und
einer Belüftungseinrichtung 3 versehenen
Brennraum 4. Oberhalb des Brennraums 4 befindet
sich eine Nachverbrennungszone 5, in welcher die bei der
Verbrennung freigesetzten Gase verbrannt werden. In diesem Bereich wird
erfahrungsgemäß eine Temperatur
von ca. 800°C–900°C erreicht.
An die Nachverbrennungszone 5 schließen sich zwei Wärmetauschzonen 6 an,
in denen dem sie durchströmenden
Rauchgas Wärme entzogen
wird. Der Ausgang der in Strömungsrichtung
vorderen Wärmetauschzone 6 ist über eine Rauchgasleitung 7 mit
einem Kamin 8 verbunden.
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Zur
Erzielung einer Entstickung der Rauchgase wird die Nachbrennungszone 5 mit
Ammoniak (NH3) oder ammoniakhaltigen Verbindungen,
z. B. Harnstoff, beaufschlagt. Hierzu sind in der Nachbrennzone 5 mit
Sprühdüsen versehene
Lanzen 9 angeordnet, die über eine Versorgungsleitung 10 mit dem
geeigneten Mittel beaufschlagbar sind. Zur weiteren Reinigung der
Rauchgase ist im Bereich der Rauchgasleitung 7 eine Reinigungsvorrichtung
angeordnet, die eine Entstaubung des Rauchgases sowie eine Neutralisation
der sauren Bestandteile des Rauchgases und eine Adsorption von Schwermetallen
und organischen Stoffen ermöglicht.
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Die
genannte Reinigungsvorrichtung enthält einen einem in der Rauchgasleitung 7 angeordneten Ventilator 11 vorgeordneten,
mit stehender Achse angeordneten Ringstromreaktor 12. Dieser
besitzt ein Zentralrohr 13, das an seinem unteren Ende
in eine Spitze 14 ausläuft
und am oberen Ende über
einen Krümmer 15 an
den zur Saugseite des Ventilators 11 führenden Abschnitt der Rauchgasleitung 7 angeschlossen
ist. Unterhalb des Krümmers 15 ist
das Zentralrohr 13 so perforiert, dass es für die Rauchgase
durchlässig
ist. Das Zentralrohr 13 wird von einem hiervon distanzierten
Mantelrohr 16 umfasst, das zusammen mit dem Zentralrohr 13 einen
Ringraum 17 begrenzt. Um das Mantelrohr 16 ist
eine von diesem durchgriffene Verteilerkammer 18 herumgelegt,
in die der von der Verbrennungsanlage 1 kommende Abschnitt
der Rauchgasleitung 7 einmündet. Innerhalb der Verteilerkammer 18 ist
das Mantelrohr 16 so perforiert, dass es für die Rauchgase
durchlässig
ist. Aufgrund der Perforationen des Zentralrohrs 13 und des
Mantelrohrs 16 kann das in die Verteilerkammer 18 eingespeiste
Rauchgas unter Durchquerung des Ringraums 17 von der Verteilerkammer 18 zum
Zentralrohr 13 abströmen,
wobei der Ventilator 11 für das erforderliche Druckgefälle sorgt.
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Das
Mantelrohr 16 ist unterhalb der Verteilerkammer 18 mit
einem Auslauftrichter 19 versehen, in den die untere Spitze 14 des
Zentralrohrs 13 hineinragt, so dass sich der Ringraum 17 auch
in den Trichterbereich fortsetzt. An das untere Ende des Auslauftrichters 19 ist
ein Auslassstutzen 20 angesetzt, der einen unteren Ausgang
des Ringraums 17 bildet. Diesem ist eine Dossiereinrichtung
zugeordnet, die hier durch ein mittels eines Motors 21 antreibbares Zellrad 22 gebildet
wird. Der Ringraum 17 ist oben zur Bildung eines Eingangs
offen.
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Im
Ringraum 17 befindet sich eine Granulat-Schüttung deren
Körner
Adsorptions- und Neutralisationsmittel enthalten. Als Adsorptionsmittel
findet kohlenstoffhaltiges Material, wie Aktivkohle oder Aktivkoks
Verwendung. Es liegt also ein sogenanntes C-Adsorbens vor. Als Neutralisationsmittel
findet zweckmäßig kalkhaltiges
Material, beispielsweise Kalkhydrat, Verwendung. Es wäre aber
auch denkbar, ein natriumhaltiges Neutralisationsmittel, beispielsweise
Natriumhydroxid zu verwenden. Das Granulat kann dem Adsorptionsmittel
und dem Neutralisationsmittel jeweils zugeordnete Körner aufweisen.
Zweckmäßig sind
die Adsorptions- und Neutralisationsmittel jedoch in jeweils demselben
Korn fixiert. Der Anteil des Adsorptionsmittels beträgt dabei
abhängig
vom verwendeten Brennmaterial 10–40%. Der Rest besteht aus
Neutralisationsmittel. Die Korngröße der Granlulatkörner entspricht
einem Korndurchmesser von 2–6
mm, vorzugsweise 3,2 mm.
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Die
im Ringraum 17 enthaltene Granulatschüttung bildet ein vom Rauchgas
durchströmtes Filterbett,
das eine Entstaubung des Rauchgases, Neutralisation der sauren Bestandteile
des Rauchgases und Adsorption von adsorbierbaren Stoffen, wie Schwermetallen
und organischen Substanzen bewirkt, so dass das über das Zentralrohr 13 abströmende Rauchgas
einen vergleichsweise großen Reinheitsgrad
aufweist.
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Die
im Ringraum 17 enthaltene Granulatschüttung wird kontinuierlich zirkuliert
und teilweise erneuert. Hierzu ist der durch den Auslassstutzen 20 gebildete,
untere Ausgang des Ringraums 17 mit seinem oberen Eingang 23 verbunden.
Zur Bildung des Eingangs 23 ist das Mantelrohr 16 am
oberen Ende offen, so dass die Schüttung über einen vergleichsweise großen Querschnitt
eingeworfen werden kann, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Zur
Rückführung des über den
Auslassstutzen 20 ausgeworfenen Granulats zum oberen Ringraum-Eingang 23 ist
eine als Ganzes mit 24 bezeichnete Granulatrückführeinrichtung
vorgesehen. Diese enthält
mehrere, aneinander anschließende
Organe, im dargestellten Beispiel in Form einer den Auslassstutzen 20 untergreifenden
Siebeinrichtung 25, einer hieran anschließenden Ausschleusseinrichtung 26 und
eines hieran anschließenden,
zum Eingang 23 zurückführenden
Elevators 27.
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Das
von dem dem Auslassstutzen 20 zugeordneten Zellrad 22 aus
dem Ringraum 17 entnommene Granulat wird auf die Siebeinrichtung 25 abgeworfen,
wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Die Siebeinrichtung 25 ist
zweckmäßig als
Schwingsieb ausgebildet, das siebt und transportiert. Die Maschenweite
des Sieborgans ist dabei so bemessen, dass Staub und Kornbruch abgesiebt
werden. Dieser Abfall wird über
einen ersten Abfallausgang 27 der Granulatrückführeinrichtung 24 abgeführt und
zweckmäßig in einem
Auffangbehälter 28 gesammelt.
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Der
aus gutem Granulat bestehende Übergang
der Siebeinrichtung 25 gelangt zur Ausschleusseinrichtung 26.
Diese dient zur Ausschleussung einer vorgegebenen Teilmenge des
ankommenden Granulats. Diese ausgeschleusste Teilmenge wird über einen
zweiten Abfallausgang 29 der Granulatrückführeinrichtung 24 abgeführt und
zweckmäßig ebenfalls
in den Auffangbehälter 28 eingebracht. Dem
der Ausschleusseinrichtung 26 zugeordneten Abfallausgang 29 ist
zur Bewerkstelligung der gewünschten
Mengenteilung eine Dosiereinrichtung, hier in Form eines mittels
eines Motors 30 antreibbaren Zellrads 31 zugeordnet.
Die nicht ausgeschleusste Teilmenge des Granulats wird über den
Granulatausgang 32 der Ausschleusseinrichtung 26 dem
Elevator 27 zugeführt.
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Die
als Abfall hier über
die Abfallausgänge 27 und 29 abgehende
Teilmenge des zirkulierenden Granulats wird durch frisches Granulat
ersetzt. Hierzu ist ein frisches Granulat enthaltender, beispielsweise
als Bunker ausgebildeter Granulatspeicher 33 vorgesehen,
dessen Ausgang durch eine hier als mittels eines Motors 34 antreibbares
Zellrad 35 ausgebildete Dossiereinrichtung beherrscht wird,
durch die eine zum Elevator 27 führende Einspeisleitung 36 mit frischem
Granulat beaufschlagbar ist. Die Einspeisleitung 36 bildet
praktisch einen Frischmaterialeingang der Granulatrückführeinrichtung 24.
Sofern keine Siebeinrichtung vorhanden ist, was in einfachen Fällen denkbar
ist, entspricht die über
die Einspeisleitung 36 eingespeiste Menge der mittels der
Ausschleusseinrichtung 26 ausgeschleussten und über den
Abfallausgang 29 abgeführten
Menge. Im dargestellten Beispiel mit der Ausschleusseinrichtung 26 vorgeordneter
Siebeinrichtung 25 entspricht die über die Einspeisleitung 36 zugeführte Menge
dem über die
beiden Abfallausgänge 27 und 29 abgeführten Abgang.
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Der
durch den Granulatausgang 32 der Ausschleusseinrichtung 26 und
die Einspeisleitung 36 beaufschlagbare Elevator 27 ist
zweckmäßig als
Becherwerk ausgebildet, das eine untere Aufgabestrecke, einen daran
anschließenden,
ansteigenden Ast und einen oberen, eine oberhalb der Öffnung 23 des Ringraums 17 positionierte
Abwurfkante aufweisenden Ast aufweist. Der Elevator 27 kann
mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben werden. Die Zirkulationsgeschwindigkeit
der im Ringraum 17 enthaltenen Schüttung ergibt sich aus der Geschwindigkeit des
dem Auslassstutzen 20 zugeordneten Zellrads 22.
Diese Geschwindigkeit wird so geregelt, dass ein vorgegebener Reinheitsgrad
des Rauchgases eingehalten wird.
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Hierzu
ist eine Regelungseinrichtung 37 vorgesehen, der im dargestellten
Beispiel ein über
eine Signalleitung 40 mit einem zugeordneten Eingang der
Regelungseinrichtung verbundener Sensor 38 zugeordnet ist.
Der Sensor 38 steht stellvertretend für eine Sensoranordnung mit
mehreren Sensoren, die die gewünschten
Messwerte erfassen, z. B. den Gas-Volumendurchsatz, und die Messwerte
der Parameter nach 17 Bundesemissionsschutzverordnung.
Durch die Regelungseinrichtung 37 ist, wie durch die Signalleitung 42 angedeutet
ist. der dem Zellrad 22 zugeordnete Antriebsmotor 21 entsprechend
ansteuerbar. Hier liegt dementsprechend ein geschlossener Regelkreis
vor. Zur Vermeidung langer Totzeiten kann eine Grundeinstellung
der Geschwindigkeit des Zellrads 22 in Abhängigkeit
vom Gasvolumendurchsatz voreingestellt werden. Hiervon ausgehend
erfolgt eine Nachregelung in Abhängigkeit
von der festgestellten Schadstoffbelastung, d. h. hier der im Reingas
noch vorhandenen Schadstoffbelastung. Diese soll vorgegebene Grenzwerte
nicht überschreiten.
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Die
Dosiereinrichtung der Ausschleusseinrichtung 26 kann mittels
der Regeleinrichtung 37 einfach so angesteuert werden,
dass immer die gewünschte
Teilmenge ausgeschleusst wird. Die entsprechende Signalleitung ist
mit 43 bezeichnet. Bei gleichem Durchmesser der Zellräder 22 und 31 kann das
Zellrad 31 einfach mit einer dem gewünschten Prozentsatz entsprechenden,
geringeren Geschwindigkeit angetrieben werden.
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Die
der Einspeisleitung 36 zugeordnete Dosiereinrichtung wird
von der Steuereinrichtung über die
Signalleitung 44 so angesteuert, dass die eingespeiste
Menge dem vorher abgesiebten bzw. ausgeschleussten Abgang entspricht.
Bei gleichem Durchmesser der Zellräder 31 und 35 kann
die Geschwindigkeit des Zellrads 35 der Geschwindigkeit
des Zellrads 33 zzgl. eines dem abgesiebten Abgang zugeordneten,
geschätzten
Zuschlags entsprechen. Im dargestellten Beispiel wird der abgesiebte
und ausgeschleusste Abgang gravimetrisch erfasst und zur Steuerung
der Geschwindigkeit des der Einspeisleitung 36 zugeordneten
Zellrads 35 verwendet. Hierzu ist im dargestellten Beispiel
eine dem Auffangbehälter 28 zugeordnete
Waage 39 vorgesehen, deren Signalausgang über eine
Signalleitung 41 mit einem zugeordneten Eingang der Regeleinrichtung 37 verbunden
ist, die abhängig
von der gemessenen Gewichtszunahme den Motor 34 des Zellrads 35 ansteuert.
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Die
im Ringraum 17 enthaltene Granulatschüttung ergibt einen dem Rauchgas
entgegenwirkenden Strömungswiderstand,
der mit Hilfe des vom Ventilator 11 erzeugten Saugzugs überwunden
wird. Zur Erzielung möglichst
konstanter Betriebsverhältnisse
wird die Förderleistung
des Ventilators 11 in Abhängigkeit vom Differenzdruck
des Rauchgases beim Eintritt in den Ringraum 17 und beim
Verlassen des Ringraums 17 geregelt. Hierzu ist eine Regelungseinrichtung 45 vorgesehen,
die Ist Wert-Eingänge
für im
unteren Bereich des Ringraums 17 und im oberen Bereich
des Zentralrohrs 13 angeordnete Drucksensoren 46, 47 aufweist,
und über
die der Ventilator 11 bzw. der diesem zugeordnete Antriebsmotor
in der gewünschten
Weise ansteuerbar ist, wie durch die Signalleitung 48 angedeutet
ist.
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Um
beim Anfahren bzw. Abschalten der Reinigungseinrichtung Kondensatbildung
und damit Verschleiß zu
vermeiden, sind der untere Trichter 19 des Mantelrohrs 16 und
der Krümmer 15 des
Zentralrohrs 13 zumindest mit einer Wärmeisolierung versehen. Im
dargestellten Beispiel sind der Trichter 19 und der Krümmer 15 mit
einer Heizeinrichtung 49, 50 versehen, die in
Abhängigkeit
von der am Trichter 19 bzw. Krümmer jeweils gemessenen Temperatur
ein- ausgeschaltet wird, wie durch die hierzu vorgesehenen Steuereinrichtungen 51, 52 angedeutet
ist. Diese sind so eingestellt, dass geheizt wird, bevor der Taupunkt
unterschritten wird.
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Das
Rauchgas erfährt,
wie oben schon erwähnt
wurde, im Bereich des durch die im Ringraum 17 vorhandene
Granulatschüttung
gebildeten Filterbetts eine dreifache Reinigung inform einer Entstaubung,
Neutralisation der sauren Bestandteile und Adsorption der adsorbierbaren
Stoffe, wie Schwermetalle und organischen Stoffe. Die Strömungsrichtung der
durch das Filterbett durchgesaugten Rauchgase ist dabei schräg nach oben
gerichtet, wie durch die Pfeile 53 angedeutet ist. Im oberen
Bereich liegt infolge der größeren Länge, welche
die Rauchgase innerhalb der Granulatschüttung zurückgelegt haben, die größte Reinheit
vor. Andererseits befindet sich gerade im oberen Bereich des von
oben befüllbaren
Ringraums 17 auch das am wenigstens verbrauchte und daher
am meisten adsorptions- und neutralisationsfreudige Material. Hierdurch
wird sichergestellt, dass auch im oberen Bereich, wo das Rauchgas
bereits vergleichsweise rein ankommt, dem Rauchgas noch Reste von
Verunreinigungen entzogen werden, so dass insgesamt ein besonders
hoher Reinheitsgrad erreicht wird.