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Die Erfindung betrifft das Entfernen staubförmiger, gasförmiger, nebelartiger oder flüssiger Substanzen aus einem zu reinigenden Gasstrom in einer Vorrichtung.
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Aus
DE 26 56 151 A1 ist eine Vorrichtung zum Abtrennen von Festkörperverunreinigungen aus einem Gasstrom bekannt.
DE 103 35 194 A1 zeigt einen Vorabscheider zur Entfernung von Verunreinigungen aus der Luft in einem Luftansaugsystem eines Automobilmotors.
US 4 629 481 A zeigt eine modulare Trenneinheit zum Trennen einer Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch.
EP 1 458 490 B1 zeigt einen Zyklonabscheider, mit einem Rohr und einer Einströmöffnung und einer Ausströmöffnung, wobei in dem Rohr ein stationärer Wirbelkörper angeordnet ist, der die Gas/Flüssigkeitsströmung in eine Spiralbewegung versetzt, damit die in der Gasströmung enthaltener Flüssigkeit unter dem Einfluss der in der Spiralströmung herrschenden Zentrifugalkraft radial nach außen geschleudert wird und dort abgetrennt wird.
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Derartige Apparate können insbesondere bei der Herstellung von Werkstoffplatten aus Holz oder Holzpellets benötigt werden. Sie dienen dabei zum Abtrennen von Holzstäuben und flüchtigen organischen Verbindungen in pneumatischen Förder- und Trocknungssystemen.
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Bei solchen Anwendungen ist es bekannt, Gaswäscher oder Fliehkraftabscheider unterschiedlicher Bauarten anzuwenden, die der Reinigung von Gasen mit und ohne Hilfe einer Waschflüssigkeit dienen. Dabei gibt es Gleichstromabscheider (wie oben angeführt) und Gegenstromabscheider. Die Letztgenannten sind nachteilig wegen der damit verbundenen Druckverluste im Leitungssystem.
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Auch ist die Trennschärfe im bekannten Stand der Technik nicht ausreichend um, insbesondere bei Nachrüstungen auf engem Raum, zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Aufwendige Abscheider mit der nötigen Trennschärfe wiederum benötigen einen großen Bauraum und können unter Umständen anlagentechnisch nur schwer eingeplant oder bei bestehenden Anlagen fast gar nicht nachgerüstet werden. Auch die Mengenleistung ist unbefriedigend.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abscheiden von Fremdpartikeln aus einem Gasstrom anzugeben, die im Aufbau einfacher und in der Herstellung kostengünstiger ist, die eine höhere Trennschärfe und eine generell verbesserte Effizienz aufweist. Weiter soll ein Verfahren geschaffen werden.
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Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung zum Abscheiden von Fremdpartikeln aus einem Gasstrom, umfasst dabei die folgenden Merkmale:
- – eine Rohrleitung mit einer Einlassöffnung zum Einleiten des zu behandelnden Gasstromes;
- – eine Venturi-Einschnürung in der Rohrleitung;
- – wenigstens eine vor oder in der Venturi-Einschnürung angeordnete Einspritzdüse zum Einspritzen von Flüssigkeit in die Rohrleitung;
- – einen in der Rohrleitung angeordneten Verdrängungskörper, der mit der inneren Mantelfläche der Rohrleitung einen Ringspalt bildet und der sich in axialer Richtung wenigstens über den Ausgangsbereich der Venturi-Einschnürung erstreckt;
- – es sind Leitschaufeln vorgesehen, die am Verdrängungskörper oder im Bereich des Verdrängungskörpers an der Leibung der Rohrleitung angeordnet sind;
- – die Rohrleitung weist stromabwärts des Verdrängungskörpers eine Einrichtung zum Abführen von Fremdpartikeln aus dem Umfangsbereich ihres Querschnittes, sowie von gereinigtem Gas aus dem zentralen Bereich ihres Querschnittes auf.
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In vorteilhafter Weise wird die Leistungserhöhung und der geringe Bauraum durch die Kombination obiger Merkmale erreicht. Dabei wird die Beschleunigung eines Gasstromes durch eine Querschnittsverengung bei gleichzeitigem Einsprühen der Waschflüssigkeit die Reinigungsleistung erhöht. Die dabei auftretenden hohen Scherkräfte zwischen dem Gasstrom und der Flüssigkeit führen zur Bildung sehr feiner Flüssigkeitstropfen, an denen disperse feste Partikel anhaften oder die mit fremden Flüssigkeitstropfen koagulieren. Zusätzlich können wasserlösliche gasförmige Bestandteile an der Oberfläche der Tropfen absorbiert werden. Die Waschleistung korreliert dabei mit der spezifischen Oberfläche der Tropfen und ist damit dem Durchmesser der Tropfen umgekehrt proportional. Die nach der Wäsche beladenen Tropfen der Waschflüssigkeit werden aufgrund ihrer Massenträgheit durch die integrierte axiale Gleichstrom-Drallabscheidung in dem nachgeschalteten Tropfenabscheider sofort aus dem Gasstrom abgeschieden.
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Der Grundgedanke besteht im Wesentlichen darin, alle notwendigen Funktionen zum effizienten Abscheiden von Fremdpartikeln aus einem Gasstrom in einem einzigen Apparat durchführen zu können. Dieser Apparat zeichnet sich durch geringen baulichen Aufwand und Einsetzbarkeit in bestehende Rohrsysteme aus.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich also wie folgt zusammenfassen:
- – Kompakte Bauweise bei Integration in eine bestehende Rohrleitung.
- – Es lassen sich somit erfindungsgemäße Vorrichtungen in eine existierende Rohrleitung einbauen.
- – Je nach Platzverhältnissen lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung vertikal oder horizontal oder geneigt anordnen.
- – Durch gleichzeitige Beschleunigung und Drallerzeugung in einem Ringspalt lässt sich die Waschleistung verbessern.
- – Der einstellbare freie Strömungsquerschnitt in der Düse ermöglicht eine Anpassung während des Betriebes.
- – Im Hinblick auf das Gleichstromprinzip des Zyklonteiles der Vorrichtung ist der Druckverlust in der Rohrleitung gering.
- – Es bedarf keines Tropfenabscheider-Zyklons als separatem Bauteil.
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Die Vorrichtung eignet sich zur Abscheidung von
- – Schadgasen, zum Beispiel VOC, HCl, SO2, Cl2, NH3, HBR.
- – Säurenebeln, zum Beispiel HCl, H2SO4, H3PO4 oder Ölnebeln.
- – Feinstauben, zum Beispiel Metalle, Metalloxide, Farbpigmente, Flugasche, Ruß, Holz, Salze.
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Eine solche Vorrichtung vereinigt somit die Funktion der Gaswäsche durch Eindüsung von Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, und deren Vernebelung sowie der anschließenden Drallerzeugung. Das Abscheiden der Fremdpartikel verläuft nach dem kombinierten Prinzip eines Venturi-Wäschers mit einem Gleichstromzyklon.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Leitschaufeln zwischen dem Anströmende und dem Abströmende des Verdrängungskörpers angeordnet sind.
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In Kombination oder als einzelnes Merkmal kann
- – die Wandung der Rohrleitung stromabwärts des Verdrängungskörpers eine oder mehrere Abzweigleitungen für Fremdpartikel aufweisen;
- – die Rohrleitung an oder stromabwärts der Öffnungen für Fremdpartikel eine Engstelle aufweisen;
- – der Engstelle eine Auslassöffnung zum Austritt des gereinigten Gases nachgeschaltet sein;
- – zum Abführen des gereinigten Gasstromes stromabwärts des Verdrängungskörpers ein Tauchrohr vorgesehen sein, dessen Einlassöffnung von der Rohrleitung konzentrisch umschlossen ist und den Gasstrom aufnimmt;
- – zum Abführen der Fremdpartikel stromabwärts der Einlassöffnung des Tauchrohres eine oder mehrere Abzweigleitungen vorgesehen sein;
- – der Verdrängungskörper axial verschiebbar sein;
- – der Verdrängungskörper in der eingestellten Axialposition ortsfest sein;
- – der Verdrängungskörper rotationsfest aber axial verschiebbar sein.
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In einer je nach Einbausituation notwendigen Variante kann die Rohrleitung im Bereich des Verdrängungskörpers vertikal verlaufen und der Verdrängungskörper im Gasstrom ohne mechanische Haltevorrichtungen frei schweben.
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Bevorzugt kann das Anströmende des Verdrängungskörpers die Gestalt eines Kegels mit gegen die Strömung gerichteter Spitze aufweisen und/oder das Abströmende des Verdrängungskörpers die Gestalt eines Kegels mit stromabwärts gerichteter Spitze aufweisen.
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Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
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1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Gegenstand von 1, die Venturi-Einschnürung sowie den Verdrängungskörper betreffend.
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3 zeigt in schematischer Darstellung eine Alternativlösung des Endbereiches der Vorrichtung von 1.
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Die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Rohrleitung 1 mit einer Einlassöffnung 2 zum Einleiten des zu behandelnden Gasstromes. Die Strömungsrichtung des Gasstromes ist mit 11 bezeichnet.
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Die Rohrleitung 1 weist eine Venturi-Einschnürung 3 auf. In Strömungsrichtung 11 gesehen vor der Venturi-Einschnürung 3 befindet sich eine Einspritzeinrichtung, umfassend eine Mehrzahl von Einspritzdüsen 4 zum Einspritzen von Flüssigkeit in die Rohrleitung 1. Im vorliegenden Falle handelt es sich dabei bevorzugt um Wasser.
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Die Rohrleitung 1 umschließt einen Verdrängungskörper 5. Dieser ist konzentrisch in der Rohrleitung 1 angeordnet. Das Anströmende 12 des Verdrängungskörpers 5 hat die Gestalt eines Kegels mit gegen die Strömung gerichteter Spitze. Das Abströmende 13 des Verdrängungskörpers 5 hat ebenfalls die Gestalt eines Kegels mit in Abströmrichtung weisender Spitze.
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Der Verdrängungskörper 5 bildet mit der Mantelfläche der Rohrleitung 1 einen Ringspalt. Außerdem ist er mit Leitschaufeln 6 bestückt. Diese sind auf dem gesamten Umfang des Verdrängungskörpers 5 in gleichmäßiger Anordnung verteilt. Siehe auch 2.
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In einem axialen Abschnitt stromabwärts vom Verdrängungskörper 5 befindet sich eine Engstelle 7. Die Rohrleitung 1 ist an dieser Engstelle abrupt auf einen geringeren Durchmesser reduziert. Demgemäß setzt sich Rohrleitung 1 mit geringerem Durchmesser fort. Dabei kann der Einlass 14 der Rohrleitung 1 mit dem geringeren Durchmesser um eine gewisse Wegstrecke stromaufwärts in den vorausgegangenen Abschnitt mit größerem Durchmesser der Rohrleitung 1 hineinragen (Tauchprinzip). An der Engstelle 7 wird ein Teilstrom 15 abgezweigt, dabei ist die Abzweigleitung 8 an den Abschnitt größeren Durchmessers von Rohrleitung 1 tangential angeschlossen, vgl. 1, Schnittbild rechts.
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Alternativ zur Gestaltung von 1 des Endabschnittes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Endabschnitt auch so gestaltet werden, wie in 3 gezeigt. Wie man sieht, verläuft die Rohrleitung 1 vertikal. Es ragt hierbei ein Tauchrohr 9 in die Rohrleitung 1 hinein. Die Einlassöffnung 10 des Tauchrohres 9 ist von Rohrleitung 1 konzentrisch umschlossen. Der abgezweigte Teilstrom 15 besteht im Übrigen vorzugsweise aus kontaminierter Flüssigkeit.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Ein mit Fremdpartikeln beladender Luftstrom tritt durch die Einlassöffnung 2 der Rohrleitung 1 ein. Der Luftstrom gelangt sodann zu dem Kranz von Einspritzdüsen 4. Diese können sich kurz vor oder innerhalb der Venturi-Einschnürung 3 befinden. Die dabei auftretenden hohen Scherkräfte zwischen Luft und Flüssigkeit führen zu einer Bildung äußerst feiner Flüssigkeitstropfen. An diese lagern sich die Fremdstoffe an. Durch den Ringspalt zwischen Verdrängungskörper 5 und der inneren Mantelfläche der Rohrleitung 1 wird eine starke Beschleunigung erzeugt. Der Verdrängungskörper 5 mit seinen Leitschaufeln 6 wirkt als Drallerzeuger, der die Strömungsgeschwindigkeit zusätzlich erhöht und damit auch die Scherkräfte zwischen Luft und partikelbeladenen Flüssigkeitströpfchen. Die Flüssigkeitströpfchen werden im Scherfeld zwischen Verdrängungskörper 5 und Wandung der Rohrleitung 1 weiter zerrissen. Damit wird die spezifische Oberfläche vergrößert und die Absorptionsfähigkeit erhöht. Im Ringspalt ist der freie Querschnitt zwischen der Flüssigkeit einerseits sowie disperser oder gasförmiger Verunreinigung andererseits verkleinert. Hierdurch wird die Kontakthäufigkeit zwischen Fremdpartikeln und zu reinigender Luft erhöht. Zusätzlich wird aufgrund der Trägheit der dispersen Phase eine zur Vermischung von Gasgemisch und Fremdpartikeln oder Tropfen im Bereich des Verdrängungskörpers erzwungen. Alle beschriebenen Effekte wirken sich positiv auf die Waschleistung aus.
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Die Leitschaufeln 6 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel am Verdrängungskörper 5 angeordnet. Stattdessen können sie aber auch an der Leibung der Rohrleitung 1 fixiert sein.
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Das anschließende Abscheiden der beladenen Waschflüssigkeitstropfen aus der rotierenden Luftströmung erfolgt nach dem Prinzip eines Gleichstromzyklons. Hierbei verlaufen Anströmung und Abströmung ohne interne Richtungsumkehr. Siehe die 3.
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Der Verdrängungskörper 5 kann, bevorzugt mit einer Einstellvorrichtung 16, axial verschiebbar sein. Ist er einmal in eine bestimmte Axialposition eingestellt, so ist er zunächst ortsfest. Damit lässt sich der Strömungsquerschnitt an der Eindüsstelle des Wassers justieren, entsprechend den Anforderungen des Betriebes.
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Es ist aber auch folgende Ausführung denkbar: Die Rohrleitung 1 verläuft im Bereich des Verdrängungskörpers 5 vertikal. Der Verdrängungskörper muss nicht zwingend fixiert sein, beispielsweise durch mechanische Anschlüsse an die feste Umgebung. Vielmehr kann er sich in der Strömung frei bewegen, vorzugsweise nur in axialer Richtung, somit auf und ab. Er ist im Übrigen genauso ausgeführt, wie der zuvor beschriebene Verdrängungskörper 5 mit den Leitschaufeln 6. Er übt seine Funktionen genauso aus, wie der ortsfeste Verdrängungskörper: Er bildet somit einen Ringspalt zusammen mit der Innenfläche der Wandung der Rohrleitung 1; außerdem erzeugt er einen Drall. Sein Gewicht kann derart bemessen werden, wie dies den Anforderungen der Praxis entspricht. Dabei ist aber eine Führungsvorrichtung vorgesehen, so dass der Verdrängungskörper zwar axial in der Rohrleitung 1 beweglich ist und gleichzeitig für die Rotationsbewegung des Gasstromes sorgen kann. Dies kann durch eine entsprechende geometrische Anordnung (nicht dargestellt), beispielsweise durch eine Nut im Verdrängungskörper, in die ein Führungsblech oder eine Feder, verbunden mit der Laibung der Rohrleitung 1, eingreift. In einer derartigen Anordnung kann der Verdrängungskörper auch eine Funktion als eine Art Rückschlagventil oder Verschlusseinheit bei Abwesenheit des Gasstromes für die Rohrleitung 1 übernehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohrleitung
- 2
- Einlassöffnung
- 3
- Venturi-Einschnürung
- 4
- Einspritzdüse
- 5
- Verdrängungskörper
- 6
- Leitschaufel
- 7
- Engstelle
- 8
- Abzweigleitung
- 9
- Tauchrohr
- 10
- Einlassöffnung
- 11
- Strömungsrichtung
- 12
- Anströmende
- 13
- Abströmende
- 14
- Einlass
- 15
- Teilstrom
- 16
- Einstellvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2656151 A1 [0002]
- DE 10335194 A1 [0002]
- US 4629481 A [0002]
- EP 1458490 B1 [0002]
