DE2244398C2

DE2244398C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausdampfen von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2244398C2
Application number: DE2244398A
Authority: DE
Inventors: Joergen Birkeroed Damgaard-Iversen; Klaus Erik Vedbaek Gude; Ove Emil Ll. Vaerloese Hansen; Bjoern Frederiksberg Lund; Mogens Lyngby Petersen
Original assignee: Niro Atomizer AS
Current assignee: GEA Process Engineering AS
Priority date: 1971-09-10
Filing date: 1972-09-09
Publication date: 1985-08-14
Also published as: FI59160C; DK129602B; DE2244398A1; ZA726112B; GB1406667A; CH548785A; JPS4935273A; CA963377A; SE394598B; NO133122C; SE7211598L; JPS5545241B2; IT968217B; BE788651A; FI59160B; NO133122B; AU4649772A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Ausdampfen von Flüssigkeiten und umfaßt sowohl das Ausdampfen von Flüssigkeit aus einer Lösung oder Suspension (nach der der Rückstand in flüssiger Form bleiben kann oder aus im wesentlichen trockner Substanz bestehen kann) als auch das Kühlen von warmem Gas durch ein Vernebeln oder Sprühen von Flüssigkeit (normalerweise V/asser) in dieses Gas. Die Erfindung betrifft also das sogenannte »Sprühkonzentrieren«, das »Sprühtrocknen« und das »Konditionieren«, d. h., das Kühlen und/ oder Befeuchten von Abgas oder Verbrennungsgas.

Es ist bekannt, Flüssigkeit aus einvii Suspension oder Lösung auszudampfen, indem man die Flüssigkeit in ei· ne Ausdampfkammer einsprüht und gleichzeitig einen Strom warmen Trocknungsgases in diese Ausdampfkammer einführt Die Dampfmenge, welche beim Durchgang des Trocknungsgases durch die Ausdampfkammer aufgenommen und entfernt werden kann, hängt — bei einem bestimmten Feuchtigkeitsgehalt des Trocknungsgases — von der Einlaßtemperatur des Gases ab. Deshalb ist es zum Erzielen einer hohen Ausdampfkupazität wünschenswert eine relativ hohe Temperatur des in die Ausdampf· ammer eingeführten Trocknungsgases zu erzielen. Dementsprechend wurde bereits vorgeschlagen, heißes Verbrennungsgas oder Rauchgas aus einem Ölbrenner als Trocknungsgas zu verwenden. Dieses Trocknungsgas wird direkt vom Brenner in die Ausdampfkammer geleitet Die Temperatur des Trocknungsgases kann jedoch so hoch sein, daß spezielle Maßnahmen erforderlich sind, um die inneren Wände der Ausdampfkammer zu schützen. Beispielsweise können diese Wände mit einer Schicht aus feuerfesten Ziegeln oder anderem feuerbeständigen Material ausgekleidet sein. Dies ist jedoch eine relativ teure Lösung.

Weiterhin ist es bekannt (US-PS 28 18 917) die Temperatur des Verbrennungsgases aus dem Brenner durch Mischen dieses Gases mit kalter Atmosphärenluft zu reduzieren, bevor das Gas in die Ausdampfkammer eingeleitet wird. Bei dieser bekannten Lösung wird jedoch die gewünschte hohe Verdampfungsleistung nicht erreicht.

Bei der Verwendung hoher Einlaßtemperaturen des Trocknungsgases treten F'robleme häufig aufgrund der Tatsache auf, daß getrocknete feste Bestandteile der Suspension oder Lösungen auf den inneren Wänden der Ausdampfkammer abgelager» werden, so daß day Ausdampfverfahren von Zeit zu Zeit unterbrochen werden muß, damit man die Wände der Ausdampfkammer säubern kann. Dier :st sogar dann der Fail, wenn das Ausdampfverfahren ein Sprühkonzentrierungsverfahren ist, bei dem die Suspension oder Lösung nach der Verarbeitung iiv flüssiger Form sn der Ausdampfkammer verbleibt

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (DE-Gbm A 524) wird das Trocknungsgas in eine große Anzahl von Einzelströmungen unter teilt. Ein dort vorgesehener Verteiler führt au einer Begrenzung des Trocknungsgases, weil eine zu hohe Temperatur den Verteiler beschädigt Darüber hinaus führt das Vorsehen eines Verteilers zur Ansammlung von Rußteilchen und anderen festen erreichen, daß ein Teil der Flüssigkeitströpfchen kontinuierlich an die Seitenwände der Ausdampfkammer anstößt und die Seiteriwände feucht zu halten. Hierdurch sind die Wände der Ausdampfkammer gegen warmes Rauchgas oder Verbrennungsgas und — für den Fall, daß die Flüssigkeit eine Lösung oder Suspension ist feste Bestandteile geschützt Solche festen Bestandteile, die sich an den Seitenwänden der Ausdampfkammer abgesetzt haben, werden durch die auftreffenden Flüssigkeitströpfchen aufgelöst oder abgewaschen. Wenn eine Lösung oder Suspension sprühgetrocknet wird, wird man die Zufuhrstelle für die Flüssigkeit vorzugsweise in einer solchen Entfernung unterhalb der oberen Fläche (Unterseite des Deckelteils) anordnen, daß die sich in Richtung auf diese Oberfläche bewegenden Teilchen verdampft sind, bevor sie dir Oberfläche erreichen.

In Verbindung mit dem Sprühtrocknen und Sprühkonzentrieren ist es bekannt Troekni,^r:gsgas in den un-

J Teiichen. Es ist deshalb von Zeit zu Zeit eine Reinigung 20 tercn Teil einer Ausdarnpfkarnrncr

I)JItICIl UItU UlV.

nötig. Die Verwendung eines Gasverteüers, w"^ er nach diesem Stand der Technik zwingend vorgeschrieben ist bringt also erhebliche Nachteile mit sich.

Es ist beim Stand der Technik in nachteiliger Weise eine niedrige Temperaturgrenze für das Brenngas oder Rauchgas, welches als Trocknungsgas verwendet wird, vorgeschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dip bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen bestehenden Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Ausdampfen von im wesentlichen zentral in den oberen Teil einer Ausdampfkammer in vernebeltem oder versprühtem Zustand eingeführter Flüssigkeit, bei dem ein Strom von warmem Gas in die Ausdampfkammer eingeführt und Gasphase auf einem Niveau aus der Ausdampfkammer abgeführt wird, das wesentlich unterhalb der Eintrittsstelle der Flüssigkeit liegt, wobei oer Strom von warmen Gas, das Rauchgas oder Verbrennungsgas ist im wesentlichen axial und aufwärts gegen die Eintrittsstelle der Flüssigkeit gerichtet ist und Gasphase so aus der Ausdampfkammer entnommen wird, daß der axial gerichtete Gasstrom dazu tendiert, in springbrunnenartiger Weise gegen die Abfuhrstelle für Gasphase zurückzufhfißen, wobei der Gasstrom die vernebelte oder versprühte Flüssigkeit so verteilt, daß eine Schicht cder ein Bett von verteilten Flüssigkeitströpfchen kontinuierlich über der springbrunnenartig ausgebildet wird.

Das warme Rauchgas oder Verbrennungsgas, welches in axialer Richtung und nach oben durch die Ausdampfkammer fließt trifft auf die vernebelten Flüssigkeitströpfchen, weiche von der Zufuhrstelle der Flüssigkeit in die Ausdampfkammer kommen. Infolge der Tatsache, daß die Gasphase auf einem wesentlich unter der Zuführstelle der Flüssigkeit liegenden Niveau aus der Ausdampfkammer abgezogen wird, tendiert der axial gerichtete Gasstrom zu einem Zurückfließen in springbrunnenartiger Weise, denn das Gas versucht zu der Stelle oder den Stellen zu fließen, an denen Gasphase aus der Ausdampfkammer abgezogen wird. Der axial aufwärts gegen die Zufuhrstelle der Flüssigkeit gerichtete Gasstrom wird versuchen, die vernebelte Flüssigkeit in der Weise zu -verteilen, daß eine Schicht oder Bett aus abgelagerten schwebenden Flüssigkeitströpfchen kontinuierlich einen »Schutzschirm« über dem springbrunnenartigen Gasstrom bildet. Dementsprechend ist es in einem Sprühkonzentirierungsverfahren möglich zu Gasphase auf einem Niveau aus der Ausdampfkammer abzuziehen, welches unterhalb der Stelle liegt, an der die Flüssigkeit eingeführt wird. Bei den bekannten Verfahren richten sich die Bemühungen jedoch auf das Ziel, einen diffusen, feinverteilten Gasstrom in die Ausdampfkammer zu erzielen. Dabei wird der Gasstrom mit Hilfe besonderer Verteilungsgüeder in der Weise verteilt, daß das Trocknungsgas in alien Richtungen in die Ausdampfkammer fließt Darüber hinaus wird bei dem bekannten Verfahren eine Trocknungsgas mit einer relativ niedrigen Temperatur verwendet welcher die Verteilungsglieder und die inneren Wände der Ausdampfkammer wiederstehen können, obwohl diese Teile oder Wände von dem Trocknungsgas berührt werden, bevor dies wesentlich durch die in die Ausdampfkammer eingesprühte Flüssigkeit abgekühlt ist. Es wurde gefunden, daß das erfindungsgemäße Verfahrer sehr zum Konditionieren von Verbrennungsgas geeignet ist, beispielsweise für ein Verändern ihrer Temperatur und/ oder ihres Feuchtigkeitsgehaltes in der Weise, daß sie in einen Zustand gebracht werden, in dem sie sich für ein Durchlaufen und Reinigen durch übliche Gasfiltersysteme eignen. Verbrennungsgase, die in Filtersystemen gereinigt werden sollen, sollen zunächst eine Terr.peratür aufweisen, welche ausreichend niedrig liegt damit ein Beschädigen des Filtarmaterials vermieden wird. Wenn solche Filtersysteme nach dem elektrostatischen Prinzip arbeiten, ist es darüber hinaus erforderlich, daß das Verbrennungsgas eine ausreichende Feuchtigkeit aufweist, damit man eine wirksame Abscheidung des Staubs oder anderer fester Teilchen erzielt.

Es h« bekannt. Brenn- und Rauchgase in Türmchen oder Rohren zu kühlen und anzufeuchten, die eine Anordnung von Vernet^lungsstutzen enthalten, mit deren Hilfe Wasser in das durch den Gaskor.ditionierturm oder das Gaskond'tionierrohr strömende Gas gesprüht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sehr wirksame Küh.jng und Befeuchtung von Brenngasen oder Rauchgasen unter Verwendung einer einzigen Sprüh- oder Vernebelungseinrichtung. Es wurde gefunden, daß durch die mit Hilfe des erfinduiigsgemäßen Verfahrens erzielten speziellen Strömungsbedingungen Probleme bezüglich der Ablagerung von Aschepartikeln, Ruß und anderer, durch die zu konditionierende

b'j Gasströmung mitgeführte Substanz vermieden werden.

Erfindungegmäß weist das Verbrennungsgas oder Rauchgas eine Temperatur von über 300⁰C, Vorzugs-

weise von 600⁰C auf. Das durch das neue Verfahren erzielte Strömungsbild verhindert eine Beschädigung der inneren Wände der Ausdampfkammer selbst bei solch hohen Temperaturen und es hat sich herausgestellt, daß es durch die Verwendung von Verbrennungsgasen oder Rauchgasen bei solch hohen Temperaturen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist, daß Lösungen oder Suspensionen von sogar noch stärker wärmeempfindlichen Substanzen sprühkonzentriert werden können. Beispielsweise ist das Versprühen einer Nitrophosphatdüngerlösung möglich, welche sich bereits bei Temperaturen von 115-120° C zu zersetzen beginnt. Wie oben bereits erwähnt, kann das Verbrennungsgas oder Rauchgas feste Teilchen wie Ruß oder Asche enthalten, welche aus dem Verbrennungsprozeß herrühren, in dem das Verbrennungsgas erzeugt worden ist.

Erfindungsgemäß kann die Gasphase auf einem Niveau aus der Ausdampfkammer austreten, welches neben oder unterhalb dessen liegt, auf dem die Gasströmung in die Ausdampfkammer eingeleitet wird. Andernfalls könnte das warme Verbrennungsgas möglicherweise eine Tendenz zum direkten Strömen aus der Einlaßöffnung in die Ausdampfkammer und zur Auslaßöffnung bzw. zu den Auslaßöffnungen für die Gasphase haben. Dadurch, daß man dieser Tendenz entgegenwirkt, werden der Strömungsweg und die Verweilzeit des Verbrennungsgases in der Ausdampfkammer verlängert.

Das vorerwähnte Befeuchten der Seitenwände, welches manchmal wünschenswert ist, kann erfindungsgemäß dadurch beschleunigt werden, daß man der eingesetzten Flüssigkeit eine radial auswärts gerichtete vektorielle Geschwindigkeitskomponente mitteilt, wenn man die Flüssigkeit vernebelt. Dies kann vorteilhaft dadurch erzielt werden, daß rnsn die F!üssi^CTkeit niit Hilfe einer Vernebelungseinrichtung, welche ein rotierendes Vernebelungsglied enthält, in die Ausdampfkammer einsetzt. Eine solche Vernebelungseinrichtung hat, verglichen mit Vernebelungsstutzen, den Vorteil, daß die Größe der erzeugten Tröpfchen in großem Umfang im wesentlichen unabhängig von der Zuflußrate der Flüssigkeit zur Vernebelungseinrichtung ist. Hierdurch kann die Menge der durch das umlaufende Vernebelungsgerät hindurchlaufenden Flüssigkeit durchgehend in Abhängigkeit von der Temperatur und Zufuhrmenge des Rauchgases oder Verbrennungsgases gesteuert werden, ohne daß wesentliche Änderungen im Vernebelungswirkungsgrad erfolgen. Dies ist beispielsweise wichtig, wenn das Verbrennungsgas oder Rauchgas einer Ausdampfkammer aus einem chargenweise beladenen Schmelzofen zugeführt wird.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, welche eine Ausdampfkammer, eine aufwärtsgerichtete Einlaßleitung für warmes Gas, welche sich aufwärts und im wesentlichen vom Boden der Ausdampfkammer in deren Mitte erstreckt — dies dient zur Erzeugung einer im wesentlichen axialen Gasströmung in die Kammer —, ferner eine im wesentlich zentral im oberen Teil der Ausdampfkammer angeordnete Sprüh- oder Vernebelungsvorrichtung für die Zufuhr von Flüssigkeit in vernebeltem oder versprühtem Zustand in die Ausdampfkammer, ferner eine oder mehrere, mit der Ausdampfkammer in einer Ebene oder auf einem Niveau, das wesentlich unter demjenigen der Sprüh- und Vernebelungseinrichtung liegt, verbundene "Auslaßleitung bzw. Auslaßleitungen zum Abführen der abgehenden Gasphase aus der Ausdampfkammer aufweist, wobei die Gaseinlaßleitung zur Erzeugung eines im wesentlichen axial und aufwärts gegen die Sprüh- und Vernebeiungsvorrichtung gerichteten Strom von warmen Rauch- oder Verbrennungsgas ausgebildet ist.

In einer solchen Vorrichtung, erlangt die Strömung der in die Ausdampfkammer aus der Gaseinlaßleitung fließenden Verbrennungsgasströmung eine springbrunnenartige Form, wie dies früher erklärt worden ist. Das

to zufließende Verbrennungsgas wird dabei in einem gewissen Maß durch die vernebelte Flüssigkeit, welche aus der Sprüheinrichtung austritt, von den Seitenwänden der Ausdampfkammer abgeschirmt, bis das Verbrennungsgas ausreichend gekühlt ist.

Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, welche bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, er· iäuicii. Es Zeigt

F i g. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer Sprühkonzentrationseinrichtung,

Fig. 2—4 eine weitere Ausführungsform einer Ausdampfkammer zur Verwendung in Sprühtrocknungssystemen,

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform der Ausdampf kammer zur Verwendung in Sprühkonzentrationssystcmen.

Diei/t Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine sogenannte Sprühkonzentrationseinrichtung mit einer Ausdampfkammer 10. die vorzugsweise aus Metallblech wie zum Beispiel aus rostfreiem Stahl besteht. Ein Sprühoder Vernebelungseinrichtung 1«, die vorzugsweise eine rotierende Vernebelungsscheibe 11' aufweist, ist zentral im oberen Teil der Ausdampfkammer angeordnet und mit einem ersten Vorratsbehälter 14 für die Lösung

35, oder Suspension mit Hilfe einei Leitung 12 über eine Pumpe 13 verbunden. Der erste Vorratsbehälter 14 nimmt die zu konzentrierende Lösung oder Suspension auf. Die Sprüheinrichtung Ii ist ferner mit Kühlwasserleitungen 15 verbunden, mit deren Hilfe Kühlwasser

4C durch die Sprüh- oder Vernebelungseinrichtung hindurchgeführt werden kann. Der untere Teil der Ausdampfkammer 10 hat eine doppelkegelstumpfförmige Gestalt. Eine Gaseinlaßleitung 16 für das Verbrennunggas mündet zentral in die Ausdampfkammer und ist in axialer Richtung gegen die Sprüheinrichtung 11 gerichtet. Die Gaseinlaßleitung 16. die aus hitzfestem Material bestehen kann und an ihrer äußeren Wand durch Bleche oder Tafeln aus rostfreiem Stahl bedeckt sein kann, kann beispielsweise das Verbrennungsgasauslaßrohr eines Ölbrenners 17 bilden. Die in F i g. I dargestellte Vorrichtung umfaßt ferner ein Paar Auslaßleitungen oder Auslaßröhrchen 13, durch die Gasphase aus der Ausdampfkammer 10 mit Hilfe eines Gebläses oder einer anderen nicht dargestellten Pumpeneinrichtung abgesaugt werden kann.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt weiterhin einen Flüssigkeitsbehälter 19, aus dem Suspension oder Lösung mit Hilfe einer Pumpe 20 durch Leitungen 21 in Vernebelungs- oder Sprüheinrichtungen 22 ge-

so pumpt werden kann. Solche Einrichtungen sind vorzugsweise Sprüh- oder Vernebelungsstutzen. Jede Auslaßleitung 18 mündet in einen Zyklon 23 oder in eine andere Vorrichtung, mit deren Hilfe Gasphase und Flüssigkeitsphase voneinander getrennt werden körnen.

Sämtliche Zyklone sind mit einer Leitung 24 zur Abfuhr der Gasphase verbunden, ferner mit einer Leitung 25 zur Ableitung der abgeschiendenen flüssigen Phase in den ersten Vorratsbehälter 14. Im oberen Teil der Aus-

dampfkammer 10 sind Sprühstutzen 26 angeordnet und über Leitungen 27 mit einer nicht dargestellten Pumpe und einem ebenfalls nicht dargestellten Behälter für Kühlwasser verbunden. Diese Sprühstutzen 26 sind so ausgebildet, daß sie die Innenwände der Ausdampfkammer 10 mit Kühlwasser besprühen können, falls die Lieferung ιίοη vernebelter Lösung oder Suspension aus der Sprüheinrichtung unterbrochen wird oder ausfällt.

Die Gaseinlaßleitung 16 ist an ihrem oberen Ende mit einem äußeren Kragen versehen, der einen nach oben offenen Kanal oder Trog 39 bildet. Das obere Ende des Kragens ist mit einer Anzahl von im Wechsel mit Abstand angeordneten Kerben versehen und der durch den Kragen gebildete Kanal vergrößert sich bei 40. Eine Flüssigkeitsleitung 41 mündet in die Erweiterung 40. Mit Hilfe einer Pumpe 42 kann dem Kanal oder Trog aus dem Behälter 19 Flüssigkeit durch die Leitung 41 in gesteuerter Menge zugeführt werden. Eine vom Boden aufwärts gerichtete Trennwand 43 umgibt die Gaseinlaßleitung 16 und begrenzt zusammen mit dem unteren Teil der Gaseinlaßleitung 16 und dem unteren Teil der Seitenwände der Ausdampfkammer 10 zwei Flüssigkcitssammelkanäle 44 bzw. 45. Der Flüssigkeitssammelkanai 44 ist über eine Ablaufleitung 46 mit dem ersten Vorratsbehälter 14 verbunden. Der Flussigkeitssammelkanal 45 ist mit einer Ablaufleitung 28 verbunden. In der Ablaufleitung 46 ist ein Gerät zum Messen und Regeln des Flüssigkeitsstroms angeordnet, beispielsweise ein Flüssigkeits-Niveauregler. Der Kanai oder Trog 39 kann nut turbulenzerzeugenden Mitteln versehen sein, beispielsweise in Form eines Rohrs mit öffnungen, durch die Luft oder Gas geblasen werden kann. Der Zweck dieser Mittel besteht darin, ein Verstopfen des Trogs infolge von Feststoffablagerungen zu verhindern.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet wie

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Die zu behandelnde Suspension oder Flüssigkeit befindet sich im Flüssigkeitsbehälter 19. Der erste Vorratsbehälter 14 enthält eine Suspension oder Lösung, wie dies nachstehend erläutert wird, bereits durch Abdampfen von Flüssigkeit vorkonzentriert worden ist Die Pumpe 13 fördert vorkonzentrierte Lösung oder Suspension aus dem ersten Vorratsbehälter 14 durch die Leitung 12 zur Sprüheinrichtung 11. Diese Sprüheinrichtung teilt der vernebelten oder versprühten Flüssigkeit eine Bewegungsrichtung mit im wesentlichen radialer Komponente mit, wie dies in der Zeichnung angedeutet ist. Auf diese Weise stößt ein Teil der versprühten Flüssigkeit an die zylindrische Seitenwand der Ausdampfkammer 10 und läuft als kontinuierlich erneuerter Flüssigkeitsfilm an dieser Wand entlang. Der ölbrenner 17 ist in Tätigkeit und das erzeugte warme Verbrennungsgas strömt direkt durch die Gaseinlaßleitung 16 in die Ausdampfkammer 10, und zwar als axial gegen die Vernebelungsscheibe 11' gerichtete Strömung.

Gleichzeitig wird Gasphase durch die Auslaßleitungen 18 aus der Ausdampfkammer 10 abgesaugt Die Röhren 18 münden auf einer Höhe in die Ausdampfkammer 10, welche, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist wesentlich niedriger liegt als die Höhe der Sprüheinrichtung 11. Deshalb wird der Strom des Verbrennungsgases in den unteren Teil der Ausdampfkammer 10 in einer springbrunnenartigen Weise zurückgesaugt, wie dies durch Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist Hierdurch wird ein ausgezeichneter Kontakt zwischen dem warmen Verbrennungsgas und den Flüssigkeitsteilchen erzielt ohne daß das Verbrennungsgas die Seitenwände der Ausdampfkammer 10 berührt, bevor das Gas durch das Ausdampfen der Flüssigkeitsteilen ausreichend gekühlt ist.

Mit Hilfe der Pumpe 20 wird nicht konzentrierte Suspension oder Lösung aus dem Flüssigkeitsbehälter 19 durch die Leitungen 21. zu den Sprühstutzen 22, welche innerhalb der Auslaßleitungen 18 angeordnet sind, gefördert. Wegen der innigen Berührung, welche hierdurch zwischen der vernebelten oder versprühten, nicht konzentrierten Lösung oder Supension und der noch warmen Gasphase erzielt wird, welche aus der Ausdampfkammer abfließt, wird ein Teil der Flüssigkeit in Dampfform überführt und zusammen mit der anderen Gasphase durch die Leitungen 24 abgeführt. Der verbleibende und nun stärker konzentrierte Teil der Susis pension oder Lösung wird durch die Zyklone 23 abgeschieden und durch die Leitungen 25 zum ersten Vorratsbehälter 14 geführt. Wie dies vorstehend erwähnt wurde, kann die vorkonzentrierte Suspension oder Lösung dann aus dem ersten Vorratsbehälter in die Sprüheinrichtung gepumpt werden und in vernebelter oder versprühter Form in die Ausdampfkammer 10 eingesetzt werden, wo das abschließende Konzentrieren erfolgt.
Damit wird verhindert, daß sich Feststoffe, die in der in der Ausdampfkammer verarbeiteten Lösung oder Suspension enthalten sind, auf der Außenfläche der Gaseinlaßleitung 16 ablagern und um ein ungebührliches Aufheizen der Außenwand der Gaseinlaßleitung 16 zu verhindern, wird mit Hilfe der Pumpe 42 durch die Flüssigkeitsleitung 41 Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 19 in den Kragen 39 gefördert. Die Flüssigkeit wird dem Kragen 39 in einer solchen gesteuerten Menge zugeführt, daß sie über die obere Kante des den Kragen bildenden Trogs fließt, und zwar hauptsächlich durch die darin befindlichen Spalten. Die Flüssigkeit Uiufi äis abdeckender und im wesentlichen kontinuierlicher Flüssigkeitsfilm rings an der äußeren Oberfläche der Gaseinlaßleitung 16 ab. Die Flüssigkeit muß in einer solchen Menge zugeführt werden, daß eine ausreichende Menge nicht verdampfter Flüssigkeit am unteren Ende der Gaseinlaßleitung 16 übrigbleibt und im Flüssigkeitssammelkanal 44 gesammelt wird. Von dort wird die gesammelte Flüssigkeit durch die Ablaufleitung 46 zum Steuer- und Meßgerät 47 geführt. Von dem Meß- und Regelgerät 47 fließt die Flüssigkeit durch einen Auslaß 48 in den ersten Vorratsbehälter 14. Der Flüssigkeitsspiegel im Meß- und Regelgerät 47 hängt von de.· durch die Ablaufleitung 46 fließenden Menge ab. Das Flüssigkeitsniveau kann deshalb zur Anzeige benutzt werden,

so ob die von der Pumpe 42 geförderte Flüssigkeitsmenge ausreicht oder nicht. Das Flüssigkeitsniveau kann beispielsweise durch einen Schwimmer 49 abgetastet werden, der eine Alarmeinrichtung betätigt, mit der die Aufmerksamkeit des Bedienungsmanns erregt wird, wenn das Flüssigkeitsniveau in dem Meß- und Regelgerät 47 bestimmte vorgegebene Werte überschreitet oder unterschreitet Es können selbstverständlich auch andere Meß- oder Regelgeräte zur Steuerung, Messung und Regelung der Strömungsmenge, die zum Kragen 39 gelangt und durch die Flüssigkeitsleitung 41 abläuft, verwendet werden. In dem in F i g. 1 dargestellten !system erfolgt die Sprühkonzentration oder Ausdampfung als zweistufiges Verfahren unter Verwendung des Gegenstromprinzips. Der erste Ausdampfschritt findet innerhalb der Auslaßleitungen 18 statt Der zweite und abschließende Ausdampfschritt erfolgt innerhalb der Ausdampfkammer 10. Das endgültige konzentrierte flüssige Produkt kann kontinuierlich durch die Ablaufleitung 28

aus der Auslaßkammer 10 abfließen. Die Sprüheinrichtung kann mit Hilfe eines durch die Leitungen 15 zirkulierten Kühlmediums auf geeigneter Temperatur gehalten werden. Ein Teil der Lösung oder Suspension kann ständig oder in bestimmten Zeitinervallen direkt von einem der Flüssigkeitsbehälter 14 und 19 zu dem anderen überführt Werden. Hierdurch kann bei Bedarf ein Teil der Lösung oder Suspension in der Vorrichtung rezirkuliert werden oder ein Teil der Lösung oder Suspension kann vor der Behandlung in der ersten Stufe ausgenommen werden.

Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform der der Ausdampfkammer 10 kann als Trocknungskammer in einem Sprühtrocknersystem oder zur Kühlung von Verbrennungsgas oder Rauchgas verwendet werden, beispielsweise bevor das Gas ein Elektrofilter durchläuft. Der Boden der Ausdampfkammer 10 oder Trocknungskammer 10 ist als doppelter Trichter geformt Ein Spiral- oder Schraubenförderer 29 für die Abfuhr des trokkenen Pulvermaterials aus der Ausdampfkammer 10 ist im unteren Teil eines jeden Trichters angeordnet. In den in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform sind die freien Enden der sich in die Ausdarnpfkammer 10 erstreckenden Auslaßleitungen 18 auf im wesentlichen dem gleichen Niveau angeordnet, wie das freie innere Ende der Gaseinlaßleitung 16. Die Stirnflächen der Auslaßleitungen 18 sind gegenüber ihrer Achse geneigt angeordnet, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Eine Abführeinrichtung 30 zum Abführen von möglichem Pulvermaterial kann am Boden eines jeden Zyklons angeordnet sein.

Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform der Ausdampfkammer ist ebenso zur Verwendung in einem Sprühtrocknungssystem vorgesehen. Der Boden der Ausdampfkammer 10 ist trichterförmig und diese Ausführungsform umfaGt lediglich eine einzige Aüsiäulcitung 18. Diese Auslaßleitung 18 ist auf einem Niveau angeordnet, das erheblich unterhalb der Stirnfläche 19 liegt.

Die in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform ist ebenfalls zur Verwendung in Sprühtrocknungssystemen ausgebildet In diesem Fall ist die Trocknungskammer oder Ausdampfkammer 10 als doppelter Trichter geformt und die Auslaßleitungen 18 sind nach innen gerichtet Sie erstrecken sich aufwärts entlang der Gaseinlaßleitung 16. Die Enden der Einlaßleitungen 18 sind jedoch mit Abstand unterhalb des Endes der Gaseinlaßleitung 16 angeordnet.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 5 dient zum Gebrauch in Sprühkonzentrationsanlagen. Der untere Teil der Ausdampfkammer ist trichterförmig. Diese Ausführungsform besitzt eine einzige Auslaßleitung 18 für Gasphase. Diese Auslaßleitung ist so angeordnet, daß sich ein spezieller Zyklon zur Abscheidung von Flüssigkeitsphase und Gasphase erübrigen kann.

Die in F i g. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsforrnen können in Verbindung mit einer Anordnung von Leitungen oder Rohren und Behältern verwendet werden, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist. Die verschiedenen Ausführungsformen der Ausdampfkammern können jedoch auch in Verbindung mit anderen Anlagen oder Systemen verwendet werden, beispielsweise mit Systemen, in denen das Ausdampfen lediglich in einer einzigen Stufe erfolgt. Sie können auch bei Anlagen, in denen dss Ausdampfen in zwei oder mehr Schritten erfolgt, verwendet werden, wobei das Ausdampfen in zwei oder mehr speziellen Ausdampfkammern erfolgt, von denen eine oder mehrere in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Prinzip ausgebildet sein kann bzw. sein können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert:

Beispiel 1

In einer Müllverbrennungsanlage wurde Müll mit unterschiedlichem Heizv/ert verbrannt Der Müllverbrennungsofen besaß keinen Dampfkessel zur Ausnutzung der Wärme des Brenngases. Die Temperatur des Rauchgases wechselt zwischen 1050°C und VOO⁰CJe nach der Höhe des Heizwertes des Mülls. Es wurde gewünscht, das Gas auf eine Temperatur von ca. 300⁰C abzukühlen, damit es in einem Staubfilter von Staub befreit werden konnte. Diese Kühlung des Gases wurde in einem Sjstem mit einer Ausdampfkammer 10 der in F i g. 2 dargestellten Art durchgeführt Das Verbrennungsgas wurde durch die Gaseinlalileitung 16 eingeführt und in der Ausdampfkammer 10 wurde Wasser mit Hilfe der Sprüheinrichtung 11 vernebelt.

Die Ausdampfkammer hatte einen Durchmesser von 610 cm und der zylindrische Teil der Kammer besaß eine Höhe von 495 cm. Um das Ausspülen der Gaseinlaßleitung 16 zu erleichtern, erhielt er einen quardratisehen Querschnitt von 1200 · 1200 cm.

Es wurde stündlich eine Gasmenge von 44 000 cm^J (bei O⁰C und 760 mm Hg) in die Ausdampfkammer 10 eingesetzt. In der Ausdampfkammer wurde Wasser vernebelt und die Wassermenge wurde automatisch in der Weise gesteuert, daß die Auslaßtemperatur des Brenngases im wesentlichen bei 300⁰C gehalten wurde. Es wurde eine Wassermenge von 17 000 kg/h vernebelt bei einer Einlaßtemperatur des Verbrennungsgases von 1050⁰C, während die Wassermenge bei einer Gaseinlaßtemperatur von 700°C 9000 kg/h betrug.

Beispiel 2

Es wurde eine Gaskonditioniereinrichtung mit einer

to Ausdampfkammer der in F i g. 2 dargestellten Art jedoch ohne Zyklone zum Konditionieren eines Teils des Abgases von einem elektrischen Schmelzofen verwendet. Das Gas wurde konditioniert, bevor es einen elektrostatischen Staubabscheider durchlief.

In dem Ofen wurde Ferrosilizium hergestellt und das Abgas hatte eine Temperatur zwischen 160⁰C und 260⁰C. Es enthielt einen Staubanteii von 2 g/m³.

Das Gas wurde durch die Ausdampfkammer 10 des Konditioniersystems geführt Der Kammerdurchmesser betrug 2,25 m, die Höhe der zylindrischen Seitenwand war 1,0 m. Die Gaseinlaßleitung 16 besaß einen Durchmesser von 0,40 m. In der Aufdampfkammer 10 wurde Wasser mit Hilfe einer rotierenden Vernebeiungsscheibe 11' vernebelt Diese Vemebelungsscheibe hatte einen Durchmesser von 0,12 m und drehte sich mit einer Geschwindigkeit von 18 000 U/min. Das Gas wurde aus der Konditioniereinrichtung durch ein Rohr abgeführt, welches in den konischen Bodenteil der Ausdampfkammer mündet Zunächst gelangte das Gas zu einem konventionellen elektrostatischen Staubabscheider und dann in die Atmosphäre.

Die der Vernebelungseinrichtung zugeführte Wassermenge wurde mit Hilfe einer pneumatischen Steuergeräts in Abhängigkeit von der A.uslaßtemperatur des von der Ausdampfkammer kommenden Gases gesteuert.

Die aus dem Konditioniersystem abgehende Gasmenge betrug etwa 5000 m³/h und trotz der starken Änderungen der Auslaßtemperaturen des aus dem

Schmelzofen kommenden Gases war es möglich, die Auslaßtempwatur des Gaues aus dem Konditioniersy-Stem praktisch konstant bei 62°C ± 1°C zu halten.

Nach dem Konditionieren des Gases war die Staubabscheidung im elektrostatischen Staubabscheider so wirkungsvoll, daß das aus dem Staubabscheider austretende Gas lediglich noch eine Staubmenge von ca. 82 mg/m³ (bei 0° C und 760 mm Hg) enthielt.

Beispiel 3

In einem System gemäß Beispiel 1 wurde die Kühlung des Gases kombiniert mit der Trocknung von aufgeschlossenem Abwasserschlamm oder Fäkalienschlamm. Der Fäkalienschlamm wurde in einem Eindicker auf einen Feststoffanteil von 7 Gew.-% eingedickt und danach eier Sprüheinrichtung 11 zugeführt. Die Auslaßicmpcratur des Trccknungsgascs betrug 130⁰C und man erhielt ein Produkt mit einem Wassergehalt von IOGew.-%. U js erhaltene Produkt kann entweder als Dünger verwendet oder in der Müllverbrennungsanlage verbrannt werden. Während derjenigen Zeiträume, während deren die der Ausdampfkammer zugeführte Fäkaüenschlammenge zu !dein im Verhältnis zu der verfügbaren Menge des Verbrennungsgases aus dem Verbrennungsofen war, wurde dem Fäkalienschlamm Wasser in einer Menge zugesetzt, die dazu ausreichte, daß die Auslaßtemperatur des Gase:; aus der Ausdampfkammer bei 130⁰C gehalten werden konnte. Diese 13O⁰C waren in dem vorliegenden Fall die optimale Temperatur für einen Elektrofilter.

Beispiel 4

Es wurde ein System mit einer Ausdampfkammer gemäß F i g. 3 zum Sprühtrocknen in Verbindung mit der Vorbereitung von schwefligem Kupfer-Nickel-ErzKonzentrat zum Schmelzen verwendet Das Erzkonzentrat lag schlammförmig mit einem Feststoffanteil von 72 Gew.-% vor.

Die Trockenkammer 10 besaß einen Durchmesser von 13 m, die Höhe der zylindrischen Seitenwand der Kammer betrug 7,5 m. Der Abstand zwischen dem oberen Ende des Gaseinlaßstulzens IS und der rotierenden Vernebelungsscheibe W der Sprüheinrichtung 11 betrug 4 m. Der vertikale Abstand zwischen der Vernebeiungsscheibe und der Oberwand der Kammer betrug 2,5 m. Die Vernebelungsscheibe wurde von einem Motor mit 600 PS getrieben. Der Sprüheinrichtung wurde Schlamm in einer Menge von 220 t/h zugeführt Durch die Verbrennung von pulverförmiger Kohle wurde ein staubhaltiges Brenngas erzeugt mit einer Temperatur von 1000° C Dieses VeflCrennungsgas wurde durch die Gaseinlaßleitung 16 in einer Menge von 200 000 kg/h eingesetzt Die Abfuhr des Trocknungsgases oder Verbrennungsgases aus der Ausdampfkammer erfolgte bei einer Temperatur von 130⁰C

Es wurde ein trockenes Pulver mit einem Wasseranteil von 0,2Gew.-% erzeugt Die Gesamtproduktion von in der Trocknungskammer, in den Zyklonen und im Elektrofilter abgeschiedenem Pulver betrug 38001 in 24 Stunden.

Beispiel 5

In einem Sprühkonzentrationssystem gemäß F i g. 1 besaß der zylindrische Teil der Ausdampfkammer 10 eine Höhe von 275 cm und einem Durchmesser von 640 cm. Die Gaseinlaßleitung 16 hatte einen Durchmesser von 150 cm, die Auslaßleitungen 18 waren unmittelbar unterhalb des zylindrischen Teils der Ausdampfkammer angeordnet. Der axiale Abstand zwis"hcn dem

5 oberen Teil der öffnungen dieser Leitungen und der Vernebelungsscheibe iV der Sprüh- oder Vernebsvlungseinrichtung 11 betrug 150 cm. ·

Es wurden 40 000 kg/h einer wäßrigen Lösung eines Nitrophosphatdüngers in die Ausdampfkammer einge-

;o setzt Als Trocknungsgas wurde Rauchgas verwendet, welches durch die Verbrennung von einer ölmenge von 1400 kg/h erzeugt wurde. Die Temperatur des Trocknj.T.gsgases betrug 1600° C.

Das Ausgangsmaterial, welches einen Wassergehalt von 65 Gew.-°/o und eine Temperatur von 2O⁰C besaß, wurde in den Flüssigkeitsbehälter 19 eingesetzt. Von dcrt wurde es zu den Stutzen 22 gepumpt und in die Äusläuleiiüngen JS gcSprühi, wo die Gasternperatur in Strömungsrichtung vor den Sprühstutzen 22 130⁰C betrug. Die Gasphase, weiche durch die Leitungen 24 von den Zyklonen 23 abgesaugt wurde, betrug 68 000 m³/h und hatte eine Temperatur von 85° C.

Aus der Auslaßleitung 28 wurde eine Konzentrationsmenge von 20 000 kg/h bei einer Temperatur von 85° C abgeführt.

Die Ausdampfkammer 10 bestand aus rostfreiem Stahl und wurde trotz der hohen Trockengastemperatur nicht angegriffen. Es ergab sich keine wesentliche Tendenz zur Ablagerung von Feststoff auf den inneren Wänden der Ausdampfkammer.

Während des Konzentrationsprozesses wurde das Produkt nicht in nennenswertem Umfang durch die Hitze beeinträchtigt Dies erwies sich durch die Messung des Verlustes an Stickstoffoxyden.

Es ist hervorzuheben, daß verschiedene Änderungen an den dargestellten und beschriebenen A.usführungsfcrmen vorgenommen werden können. So ist es möglich, die Einzelheiten der in 7 i g. 1 bis 5 dargestellten Vorrichtungen in verschiedener Weise zu kombinieren.

Als Beispiel hierfür sei angeführt, daß die Ausführungsformen der in F i g. 2 bis 5 dargestellten Ausdampfkammern mit einer Vorrichtung zum Schutz der Außer ?eite der Gaseinlaßleitung 16 durch einen Flüssigkeitsfilm versehen sein können, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist, wenn sie im Zusammenhang mit einem Sprühkonzentrierungsverfahren oder einem Gaskonditionierverfahren eingesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren 7-um Ausdampfen von im wesentlichen zentral in Jen oberen Teil einer Ausdampfkammer in vernebeltem oder versprühtem Zustand eingeführter Flüssigkeit, bei dem ein Strom von warmem Gas in die Ausdampfkammer eingeführt und Gasphase auf einem Niveau aus der Ausdampfkammer abgeführt wird, das wesentlich unterhalb der Eintrittsstelle der Flüssigkeit liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom von warmem Gas, das Rauchgas ober Verbrennungsgas ist, im wesentlichen axial und aufwärts gegen die Eintrittstelle der Flüssigkeit gerichtet ist und daß Gasphase so aus der Ausdampfkammer entnommen wird, daß der axial gerichtete Gasstrom dazu tendiert, in springbrunnenartiger Weise gegen die Abfuhrstelle für Gasphase ^cjruckzuflieBen, wobei der Gasstrom die vernebelte oder versprühte Flüssigkeit so verteilt, daß eine Schicht oder ein Bett von verteilten Flüssigkeitströpfchen kontinuierlich über der springbrunnenartig ausgebildeten Gasströmung gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das warme Gas cine Einlaßtemperatur von über 300⁰C aufweist

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas eine Einlaßtemperatur von 600⁰C aufweist

4. Verfahi».n nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadirch gekennzeichnet, daß die Gasphase aus der Ausdpmpfkammer auf ein Niveau abgeführt wird, das benachbart xler unterhalb desjenigen Niveaus liegt, auf dem der Gasstrom in die Ausdampfkammer eintritt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Ausdampfkammer eingeführten flüssigen Substanz bei ihrem Vernebeln eine radial auswärts gerichtete vektorielle Komponente mitgeteilt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenii zeichnet, daß die flüssige Substanz mit Hilfe einer Vernebelungseinrichtung in die Ausdampfkammer eingesetzt wird, die ein sich drehendes Vernebelungsteil aufweist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, welche eine Ausdampfkammer, eine aufwärtsgerichtete Einlaßleitung für warmes Gas. welche sich aufwärts und im wesentlichen vom Boden der Ausdampfkammer in deren Mitte erstreckt, ferner eine im wesentlich zentral im oberen Teil der Ausdampfkammer angeordnete Sprüh- oder Vernebelungsvorrichtung für die Zufuhr von Flüssigkeit in vernebeltem oder versprühtem Zustand in die Ausdampfkammer, ferner eine oder mehrere, mit der Ausdampfkammer in einer Ebene oder auf einem Niveau, das wesentlich unter demjenigen der Sprüh- und Vernebelungseinrichtung liegt, verbundene Auslaßleitung bzw. Auslaßleitungen zum Abführen der abgehenden Gasphase aus der Ausdampfkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßleitung (16) zur Erzeugung eines im wesentlichen axial und aufwärts gegen die Sprüh- und Vernebelungsvorrichtüng (11) gericheteten Strom von warmen Rauch- oder Verbrennungsgas ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (39 bis 42) zum Vorsehen eines Flüssigkeitsfilms entlang der äußeren Wand der Gaseinlaßleitung (16) vorhanden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßleitung (16) mit einem äußeren, umgebenden, oben offenen trogartigen Teil (39) versehen ist, dem mit Hilfe einer Flüssigkeitszuführleitung (41) Flüssigkeit zuführbar ist

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß Entwässerungseinrichtungen (46 bis 48) zum Abführen des nicht ausgedampften Teils der entlang der Gaseinlaßieitung (16) fließenden Flüssigkeit vorgesehen sind und daß diese Entwässerungseinrichtung Mittel zur Messung und Überwachung der Menge aufweisen, bei der die Flüssigkeit aus der Ausdampfkammer abgeführt wird.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsprüheinrichtung (11) ein rotierendes Vernebelungsteil aufweist