DE2345758A1

DE2345758A1 - Verfahren und anlage zum beseitigen von alkali aus zementsystemen unter verwendung von wasserspruehnebel

Info

Publication number: DE2345758A1
Application number: DE19732345758
Authority: DE
Inventors: Robert Fred Kohl
Original assignee: Allis Chalmers Corp
Current assignee: Allis Chalmers Corp
Priority date: 1972-09-13
Filing date: 1973-09-11
Publication date: 1974-03-21
Also published as: FR2198907B1; ZA737122B; BR7307083D0; GB1437448A; CA1006551A; ES418715A1; AR195765A1; FR2198907A1; JPS4969758A; AU6006573A

Description

DR. MÜLLER-BORE dipl-hhys dr. MANITZ dipl.-chem. dr. DEUFEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

A 2328

11. Sep. 1973

Allis-Chalmers Corporation

1126 South 70th Street

West Allis 14, Wisconsin / USA

Verfahren und Anlage zum Beseitigen von Alkali aus Zementsystemen unter Verwendung von Wassersprühnebel

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und ^ Anlagen zum Vorwärmen von Beschickungsmaterialteilchen tf> für einen Drehofen mit erhitzten Ausgangsgasen aus dem

—k Ofen und insbesondere auf die Herstellung von Zement ^ aus Rohstoffen, welche Alkalien, Chloride od. dgl. ent- ° halten.
co

Vorwärmer für Drehöfen, die nach dem Stand der Technik bekannt sind und bei welchen fein verteiltes Rohmaterial

vorgewärmt wird, welches in erhitzten Ofenausgangsgasen schwebt und sich im allgemeinen gegen die Strömung dieser Gase bewegt, können vielleicht zweckmässig als zu zwei allgemeinen Typen gehörend betrachtet werden. Der Typ I betrifft einen oder mehrere Cyclonenseparatoren bzw. Staubsammler. Der Typ II enthält oder weist einen senkrechten Turm auf. Die US-Patentschrift 3 441 25 von 196 9 bezieht sich auf einen solchen Vorwärmer des Typs II, wobei in einer Beschreibung des in diesem Patent enthaltenen Standes der Technik eine große Anzahl Patente angegeben sind, welche den Vorwärmer des Typs I offenbaren, sowie Patente, welche denVorwärmer des Typs II offenbaren. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, kann die vorliegende Erfindung bei jedem der oben erwähnten Typen von Schwebestofftexlchenvorwärmern Anwendung finden, wobei einige dieser Patente nach dem Stand der Technik nachfolgend bis zu einem Ausmaß erörtert werden, das eine zweckmässige Basis zur Klarstellung von ■Problemen bildet, aufweiche die vorliegende Erfindung gerichtet ist.

Sowohl die US-Patentschrift 1 315 254 von 1919 als auch die US-Patentschrift 2 911 061 von 1959 offenbaren Drehöfen mit einer Haube, welche das Materialeinlaß- und Gasauslaßende eines Ofens umgibt, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um Wasser zu sprühen, damit es sich mit staubbeladenen Ofenabgasen mischt und diese kühlt. Die Anordnung der US-Patentschrift 1 315 254 und eine Anordnung der US-Patentschrift 2 911 061 verschwenden Wärme von dem Ofen, da bei ihnen keine Maßnahmen zum Beschxckungsvorwärmkontakt zwischen der Beschickung zum Ofen und dem Gas aus dem Ofen getroffen sind. Die US-Patentschrift 2 911 offenbart zwei andere Anordnungen, bei Vielehen Wasser in das Ofengas gesprüht wird, welches durch einen Suspensionsbeschickung svorwärmer durchgeströmt ist, um einen End-

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stufengasfilter gegen Überhitzung zu schützen, wobei in diesem Fall der Wassersprühnebel so lange auf das Gas nicht wirkt, bis mitgerissenes Alkali genügend im Vorwärmer abgekühlt worden ist, um haftend oder klebrig zu werden und Innenoberflächen des Vorwärmers mit unerwünschten Alkaliniederschlagen zu überziehen.

Bei einem Versuch, Schwebestoffteilchen-Vorwärmersysteme von unerwünschtem Alkali zu befreien und den Alkaligehalt von Zement zu reduzieren, der aus Alkali hergestellt wird, das Rohstoffe enthält, sind Ausweich- oder Nebenleitungen über dem Gasauslaßende von Drehofen angeordnet worden, um einen Teil der staub- und alkalibeladenen Gase aus dem Ofen aufzufangen und von Gasen wegzuleiten, die zum Vorwärmen von Rohstoffen verwendet werden. Die deutschen Veröffentlichungen Zement-Kalk-Gips Nr. 12/1965 und Nr. 1/197 2 zeigen, daß allgemein bekannte Zementherstellungssysteme mit solchen Ausweichleitungen versehen worden sind, um Staub und Gase aus dem Zementklinkervorgang abzuwerfen, wobei diese Systeme manchmal mit Kühlmitteln versehen worden sind, um Abscheider zu schützen. Obwohl solche Umleitanordnungen Alkali aus den Systemen beseitigen, wird das Alkali haftend oder klebrig, wenn das Alkali zu Nebel kondensiert wird, so daß es anStaubteilchen haften kann, die dann einen unerwünschten Alkali- und Staubaufbau auf den inneren Oberflächen der Leitungen verursachen·

Eine andere Anordnung ist in der US-Patentschrift 3 212 764 von 1965 zur Beseitigung von Alkalien aus Feuerungsgasen offenbart worden. Bei dieser Anordnung werden ein Teil der Feuerungsgase oder die ganzen Feuerungsgase vor ihrem Eintritt in den Vorwärmer in eine Leitung

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abgezogen, in welche feinkörniger Feststoff eingeführt und mit den Feuerungsgasen in Kontakt gebracht wird, um die mitgerissenen Alkalien auszufällen. Dieses feinkörniges Material zusammen mit dem Alkaliprecipitat wird dann aus dem System beseitigt. Infolge des hohen Prozentsatzes von Ofenstaub.und eingespritztem Material, ist jedoch die Alkalikonzentration in dem abgezogenen Material sehr niedrig, so daß eine weitere Verarbeitung dieses Materials im Hinblick auf seine weitere Verwendung beispielsweise als landwirtschaftliches Düngemittel wirtschaftlich gesehen nicht lohnend ist. Ferner ist das Problem des Al kali über züge s auf der Innen oberfläche der Ausweichleitung nicht zufriedenstellend gelöst worden. Die Britische Patentschrift 982 719 zeigt eine ähnliche Anordnung, jedoch mit einem Cyclonseparator oder Staubsammler zwischen dem Ofen und der Stelle, an welcher kaltes Material eingespritzt wird, damit das Alkali niedergeschlagen wird, um etwas Staub zu entfernen, bevor das Alkali ausgefällt worden ist. Auch dieses System ergibt keine zufriedenstellende Lösung des Problems des Alkaliüberzuges auf den inneren Oberflächen der Leitung.

Eine spätere Anordnung zum Beseitigen von Alkali aus Rauch- oder Feuerungsgasen ist im US-PS 3 313 5 34 von 1967 offenbart. Bei dieser Anordnung werden verflüchtigte Alkalien veranlaßt, in Niederschlag zu kommen, indem sie mit Kaltluft gekühlt werden. Durch diese Anordnung wurde eine wirksame Beseitigung von Alkali erreicht, wobei jedoch diese Anordnung genau wie die anderen Anordnungen keine zufriedenstellende Lösung des Problems der Alkaliniederschläge auf den inneren Oberflächen einer Ausweichleitung ergab.

Die zuvor erwähnte Parallelpatentanmeldung, nun

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·_ Q mm·

US-Patent No. ........., traf Maßnahmen zum Einspritzen von Luft in einen Teil des Ofenausgangsgases, das um einen Vorwärmer herum umgeleitet wird, um Alkalidämpfe rasch abzukühlen und zu sehr kleinen, nicht klebrigen Teilchen erstarren zu lassen, woran sich ein Cyclonseparator anschließt, der kleine Stoffteilchen, welche den größten Teil des Alkalis enthalten, einem zweiten Separator weiterleitet, der diese Teilchen sammelt und entfernt, während der Cyclonseparator die grösseren Staubteilchen und einen kleineren Teil des Alkalis zwecks Rückführung zum Ofen sammelt. Während sich dieses System als wirkungsvoll erwiesen hat, ist ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen für noch bessere Ergebnisse und für eine Herabsetzung des Volumens der Gase zu treffen, welche durch die Separatoren in einer solchenAnordnung strömen.

Ein besonderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen und verbesserten Verfahrens zur,Verwendung eines Wassersprühnebels, um den Alkaligehalt von Zementklinker herabzusetzen, in welchem Staub und verflüchtigte Alkalien von aufsteigenden heissen Klinkerofenausgangsgasen entfernt werden, die zum Vorwärmen von Rohstoffteilchen verwendet werden, die durch die aufsteigenden Gase fallen. Um dieses Ziel entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erreichen, werden Ausgangsofengase mit mitgerissenen Staubteilchen und verflüchtigten Alkalien aus dem Ofen durch eine Haube gesammelt, welche das Gas aus einem im allgemeinen sich horizontal bewegenden Strom aufnimmt und den Strom nach oben in Gegenströmung zum fallenden Beschickungsmaterial wendet. Ein Teil des sich aufwärtsbewegenden Stromes wird aufwärts und weg von den fallenden Beschickungsmaterialien und in einen ersten

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Separator für Gas und Feststoffe umgeleitet. Wasser wird in den ersten Separator gesprüht und mit dem umgeleiteten Teil des Stromes gemischt, wobei die Wassereingangsmenge genügend ist, um das Gemisch rasch auf unterhalb 600⁰F (Mi⁰C) abzukühlen, um die Alkalien einzufrieren. Diese plötzliche Abkühlung des umgeleiteten Gasstromes läßt die Alküen zu sehr kleinen Teilchen erstarren, wovon der größte Teil kleiner als 10 - 20 Mikron ist und wobei die meisten Teilchen durch den ersten Separator geführt werden, während der erste Separator aus de» Nebenstrom oder umgeleiteten Strom Staubteilchen sammelt, welche grosser als 10 - 20 Mikron sind, sowie einen kleinen Teil der erstarrten Alkalien. Der Gasstrom wird dann durch einen zweiten Separator geleitet, der ein elektrostatischer Abscheider oder Precipitator oder eine Vielzahl von gasdurchlässigen Beuteln sein kann, um Staubteilchen zu sammeln, welche kleiner als 10 - 20 Mikron sind, sowie einen grösseren Teil der erstarrten Alkalien.

Weitere Merkmale und Ziele der Erfindung,die erreicht worden sind, erhellen aus der nachfolgenden näheren Beschreibung unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist; darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem erfindungsgemässen Drehofenbeschickungsmaterialvorwärmerj und

Fig. 2 eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Bezugnehmend nunauf Fig. 1, zeigt diese Figur einen Drehofen 1, der mit einer Haube 2 versehen ist, welche eine Einlaßöffnung 3 in einer senkrechten Ebene um das Ende des

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Ofens 1 herum aufweist. Die Haube 2 hat eine Gasauslaßöffnung 4. Ein Vorwärmer 5 des Teilchensuspensionstyps ist mit einem Bodenteil 6 versehen, der mit der öffnung 4 der Haube -2 verbunden ist, sowie mit einem oberen Teil 7, der oberhalb des Boden- oder Unterteils 6 durch eine (nicht gezeigte) Zwischenstruktur senkrecht in Abstand angeordnet ist. Die (nicht gezeigte) Zwischenstruktur aischen den Vorwärmerteilen 6 bzw. 7 kann ein zylindrischer Turm sein, wie der in der US-Patentschrift 3 HUl 25 8 gezeigte oder eine Vielzahl von Cyclon-Separatoren darstellen, wie die in der US-Patentschrift

2 6 63 5 60 gezeigten, bzw. eine Kombination eines Turms und von Cyclon-Separatoren, wie in den US-Patentschriften

3 08 3 472 und 3 288 450 gezeigt.

Ein Aufgabetrichter 10 mit einer Auslaßöffnung, versehen mit einem drehbaren Aufgabewerk 11, ist mit dem Oberteil 7 des Vorwärmers durch eine Leitung 12 verbunden. Ein Cyclon-Staubsanrafer 15 ist mit dem Oberteil 7 durch eine Leitung 16 verbunden. Der Staubsammler 15 hat eine Materialauslaßöffnung, die mit einer Luftschleuse 17 versehen ist, wobei er durch eine Leitung 18 mit dem Oberteil 7 verbunden ist. Der Staubsammler 15 ist mit einer Gasauslaßleitung 19 verbunden, die wiederum mit einem Gaseinlaß eines Gebläses 20 mit induziertem Zug verbunden ist. Eine Leitung 21 verbindet das Gebläse 20-mit einem Feinstaubsammler 22, der, wie auf der Zeichnung angedeutet, ein elektrostatischer Precipitator oder Abscheider sein kann (wie in der US-Patentschrift 3 288 450 gezeigt), wobei er auch in Form von gasdurchlässigen Beuteln ausgebildet werden kann (wie in Fig. 3 der US-Patentschrift 3 110 48 3 gezeigt).

Eine Ausweichleitungsanordnung 25, die mit feuerfestem Material ausgekleidet ist, ist an einem Ende mit der Haube 2

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an einer Stelle neben der Gaseinlaßöffnung 3 und oberhalb dieser öffnung, jedoch unterhalb der Gasauslaßöffnung 4 und am anderen Ende mit der Leitung 19 stromaufwärts des Gebläses 20 mit induziertem Zug verbunden. Ein erster Separator für Gase und Feststoffe, der als Cyclon-Separator 30 gezeigt ist, ist in der Ausweich-Ieitungsanordnung 25 vorgesehen. Eine Wassersprühdüse mit einem Steuerventil 33 erstreckt sich in den Cyclon zum Sprühen von kaltem Wasser in den Cyclon 30. Der Cyclonseparator 30, der in Fig. 1 gezeigt ist, und eine Teilchenaus laßöf fnung 31 zur Rückführung von Teilchen zum Ofen 1 hat, ist in der Ausweichleitungsanordnung 25 stromabwärts von der Haube 2 und stromaufwärts zum Gebläse angeordnet.

Bezugnehmend auf Fig. 2, zeigt diese Figur, daß der erste Separator für Gase und Feststoffe als eine Teilchenausfallkammer 30A mit einem wesentlich grösseren Querschnitt, als jener der Ausweichleitung 25 stromaufwärts der Kammer 30A dargestellt ist, um eine plötzliche und wesentliche Herabsetzung der Geschwindigkeit des Gases zu erzielen, das dort strömt, um zu bewirken, daß Staubteilchen, welche grosser als etwa 10 - 20 Mikron sind, aus den Gasen herunterfallen, die durchströmen, um durch einen Auslaß 31Abeseitigt zu werden.

Die Arbeitsweise des vorliegenden Erfindungsgegenstandes zur Herstellung von Portland-Zement mit niedrigen Alkaligehalten aus Rohmaterialien enthaltenden Alkali ist wie folgt. Rohmaterialien aus dem Aufgabetrichter 10 werden durch das Aufgabewerk 11 und die Leitung 12 in den Oberteil 7 des Vorwärmers 5 geleitet. Während das Material durch den Vorwärmer 5 herunterfällt, wird das Material durch Heißgase aus dem Ofen 1 vorgewärmt und, teilweise

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kalziniert, kommt durch die Haube 2 hindurch in den Ofen 1, worin das Material zu Zementklinker gebrannt wird. Während das Material im Ofen 1 gebrannt wird, werden Alkalien verflüchtigt und zusammen mit Staub aus dem Ofen 1 durch das Gebläse 20 oder ein gesondertes Gebläse 2OA bei einer Temperatur von zumindest 1800⁰F ( ^§5/ ⁰C) abgezogen und kommen in die Haube 2 als ein im allgemeinen sich horizontal bewegender Strom· Die Haube 2 wendet den Strom nach oben in Gegenströmung zum fallenden Beschickungsmaterial. Ein Teil des sich aufwärtsbewegenden Stromes wird nach oben und weg von dem fallenden Beschickungsmaterial durch die Ausweich-Ieitungsanordnung 25 umgeleitet. Der umgeleitete Teil des Stromes ist ein Teil, der die obere Schicht des Stromes bildete, bevor der Strom durch die Haube 2 nach oben gewendet wurde. Waiter wird in den.Cyclon 30 (oder in die Ausfallkammer 30A) eingesprüht und mit dem umgeleiteten Teil des Stromes vermischt, wobei die Wassereingangsmenge genügend ist, wenn sie sich in Dampf verwandelt» um die Temperatur des Gemisches von annähernd 1000⁰F ( %%% ⁰C) auf unterhalb der Gefriertemperatur der Alkalien herabzufetzen, die für NaOH und KOH unterhalb 6O0^@F C H£ ⁰C) beträgt. Diese plötzliche Abkühlung des umgeleiteten Sasstromes erstarrt die Alkalien sehr rasch zu sehr kleinen Teilchen und Teilchen einer niedrigen Dichte, wobei der größte Teil davon kleiner als 10 - 20 Mikron sind. Der abgekühlte Gasstrom wird dann vom Cyclon-Separator 30 (oder von der Ausfallkammer 30A) mit Staubteilehen, die grosser als 10 - 20 Mikron sind, und einen kleineren Teil der erstarrten Alkalien geleitet, die von der öffnung 31 (oder der öffnung 31A)(Fig. 2) hinausgeleitet sind. Der Gasstrom wird dann durch den Staubsammler 22 geleitet, der entweder ein elektrostatischer Precipitator bzw. Abscheider oder eine Vielzahl von

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gasdurchlässigen Beuteln ist, um Staubteilchen, die kleiner als 10 - 20 Mikron sind, und einen grösseren Teil der erstarrten Alkalien zu sammeln. Die im Cyclon-Separator 30 (oder in der Ausfallkammer 30A) gesammeIten Teilchen enthalten nur eine kleine Menge des Alkalis und können daher, falls erwünscht, zum Ofen 1 zurückgeführt werden. Der durch den Sammler 22 gesammelte Staub enthält einen grösseren Prozentsatz Alkali und kann für andere Zwecke, wie z.B. für wirtschaftliche Düngemittel, verwendet werden.

Aus der obigen näheren Beschreibung des erfindungsgemässen Gegenstandes ist ersichtlich, wie die Ziele der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Weise erreicht worden sind· Abänderungen und Äquivalente des offenbarten Erfindungs ge dankens, wie dem Fachmann ohne weiteres einfallen kann, fallen in den Bereich der ,vorliegenden Erfindung innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Patentansprüche.

Patentansprüche;

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Claims

P atentansprüche

Verfahren zur Herabsetzung des Alkaligehalts von in einem Drehofen gebrannten Zementklinker, wobei unerwünschte verflüchtigte Alkalien aus heissen. Ofenausgangsklinkergasen entfernt werden, die zum Vorwärmen rohen Materials in Teilchenform verwendet werden, bevor sie in den Ofen geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase, der Staub und die verflüchtigten Alkalien aus einem sich bewegenden Strom gesammelt werden und der Strom umgedreht oder gewendet wird, um ankommendes Rohmaterial mitzureissen, daß ein Teil des sie bewegenden Stromes umgeleitet wird, um weg von dem Rohmaterial zu strömen, daß aus dem umgeleiteten Teil des Stromes Staubteilchen, die grosser als 10 - 20 Mikron sind, abgeschieden und entfernt werden, damit sie zum Ofen zurückführt werden, während Wasser in dem Strom in einer genügenden Menge gesprüht wird, um die verflüchtigten Alkalien zu Teilchen rasch erstarren zu lassen, die kleiner als 10 - 20 Mikron sind, und daß dann der Staub und die erstarrten Alkaliteilchen, die kleiner als 10 - 20 Mikron sind, und einen grösseren Teil der erstarrten Alkalien enthalten, aus dem umgeleiteten Teil des Stromes abgeschieden und beseitigt werden.

2» Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gase, der Staub und

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die verflüchtigten Alkalien, die den Ofen bei Temperaturen von zumindest etwa 18OO°F (⁰ISl; ⁰C) verlassen, gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser weiterhin gesprüht und mit dem umgeleiteten Teil des Stromes gemischt wird, bis die Wassereingangsmenge genügend ist, um die Temperatur des Gemisches auf unterhalb 600°F (W⁰C) herabzusetzen.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Drehofen, wobei heisse Ausgangsgase aus dem Ofen Staub und unerwünschte verflüchtigte Materialbestandteile enthalten, gekennzeichnet durch eine Haube (2) mit einer Gaseinlaßöffnung (3) in einer senkrechten Ebene zur Aufnahme von Ofengasen und mit einer Gasauslaßöffnung (Ό in der' besagten Haube oberhalb der Gaseinlaßöffnung zum Leiten von Ofengasen, aufwärts durch eine Materialvorwärmekonstruktion (5), durch welche die Materialteilchen fallen und vorgewärmt werden, eine Ausweichleitung (25,), die mit der Haube an einer Stelle neben der Gaseinlaßöffnung und oberhalb dieser öffnung, jedoch unterhalb der Gasauslaßöffnung verbunden ist, einen ersten Separator (30) für Gase und Feststoffe in der Ausweichleitungsanordnung in der Nähe der Haube, eine Wassersprüheinrichtung (32, 3 3), die mit der Ausweichleitung des Separators in der besagten Ausweichleitung verbunden ist und sich darin erstreckt, um Wasser zu sprühen und mit dem Heißgas im Separator zu mischen und um unerwünschte verflüchtigte Mineralbestandteile in dem Heißgas zu Teilchen erstarren zu lassen, während Staubteilchen, die grosser

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als die erstarrten Teilchen sind, aus dem Gas abgeschieden werden, eine Einrichtung (31) zur Rückführung der Staubteilchen, die grosser als die erstarrten Teilchen sind, zum Ofen, und durch einen zweiten Separator (22), der mit der Ausweichleitung stromabwärts vom ersten Separator verbunden ist, um Staub und unerwünschte erstarrte Mineralbestandteile aus dem Gas abzuscheiden, das durch den ersten Separator geleitet worden ist.

Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator einen Cyclon-Separator zur Beseitigung von Staubteilchen aus dem Gasstrom darstellt, die bis 10 - 20 Mikron und darüber groß sind, sowie einen kleinen Anteil der erstarrten unerwünschten Mineralbestandteile, und daß der zweite Separator stromabwärts zum Zentrifugalseparator einen Feinteilchenseparator umfaßt» um aus dem Gasstrom Teilchen, die kleimr als 10 - 20 Mikron sind, sowie einen grösseren Anteil der erstarrten, unerwünschten Mineralbestandteile zu beseitigen.

5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Separator eine Kammer mit einem wesentlich grösseren Querschnittsbereich als die Ausweichleitung stromaufwärts von der Kammer umfaßt, wobei aus der Ausweicheinrichtung in diese Kammer strömende Gase die Geschwindigkeit herabsetzen und Teilchen, die grosser sind als 10 - 20 Mikron, fallen lassen.

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