DE2416583B2

DE2416583B2 - Querstrom-Naßabscheider zum Abscheiden von Feststoffteilchen und/oder von anderen Verunreinigungen aus einem Gasstrom

Info

Publication number: DE2416583B2
Application number: DE19742416583
Authority: DE
Inventors: Kurt Prof. Dr.Ing. 3392 Clausthal-Zellerfeld Leschonski; Hans Prof. 7500 Karlsruhe Rumpf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-05
Filing date: 1974-04-05
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2416583A1; JPS50141767A; GB1499209A; FR2266536A1; FR2266536B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Querstrom-Naßabscheider zum Abscheiden von Feststoffteilchen und/oder von anderen Verunreinigungen aus einem Gasstrom, mit einem rotationssymmetrischen Abscheideraum, in dessen Längsachsenbereich mindestens eine radial spritzende Sprühdüse für die Abscheideflüssigkeit vorgesehen ist und in den einenends koaxial ein drallerzeugender Gaseintrittskanal mündet und an den anderenends ein koaxialer Gasabzugskanal angeschlossen ist.

Bei einem solchen bekannten Naßabscheider (GB-PS 71 129) wird dem von unten ankommenden Gasstrom zunächst eine Drallbewegung gegeben. In den kreisenden Gasstrom werden dann mittels zentral angeordneten Düsen Wassertröpfchen eingespritzt. Die Wasserdüsen sprühen die Unterfläche eines Konusbleches von unten an und halten dieses naß, so daß der darübers'.reichende Gasstrom seine Verunreinigungen an den nassen Flüssigkeitsfilm abgeben kann. Dem Abscheideraum sind weitere Räume mit Umlenkblechen nachgeschaltet, an denen der Gasstrom die mit den Verunreinigungen beladene Tröpfchen abscheiden soll. Diese Umlenk- bzw. Prallbleche stören den Gasstrom und verursachen einen erheblichen Druckverlust des Gasstromes. Trotzdem ist beim bekannten Naßabscheider nicht mit Sicherheit die Gefahr vermieden, daß der den Abscheider verlassende gereinigte Gasstrom noch Wassertröpfchen enthält. Beim bekannten Abscheider ist weiterhin nachteilig, daß die innerhalb der Gasströmung an den Umlenk- bzw. Prallblechen liegenden Flüssigkeitsfilme in unkontrollierbarer Weise von der Gasströmung gelöst und in diese rUckvermischt werden können.

Bei diesem bekannten Querstrom-Naßabscheider ist es also so, daß sich an den Abscheideraum, in welchem sich die Feststoffteilchen oder anderen Verunreinigungen an die eingespritzten Wassertröpfchen anlagern, ein oder mehrere Reinigungsräume anschließen, in denen durch Prallabscheidung die mit den Verunreinigungen beladenen Wassertröpfchen aus dem Gasstrom wieder abgeschieden werden.

Ein Naßabscheider, der mit vergleichsweise kleinen Flüssigkeitströpfchen arbeitet, ist der bekannte Venturi-Gaswäscher, der nach Art der Venturidüse konvergentdivergent ausgebildete Querschnitte aufweist, die von den staubhaltigen Gasen durchströmt werden und in die an der engsten Stelle eine Abscheideflüssigkeit eingebracht wird. Entsprechend der in der Düse herrschenden Gasgeschwindigkeit wird die eingeführte Abscheideflüssigkeit mehr oder weniger fein zerstäubt. Um sehr kleine, für die Staubabscheidung besonders gut geeignete Tröpfchen zu erzeugen, ist bei diesen Vorrichtungen eine hohe Gasgeschwindigkeit zur Erzielung einer hohen Rdativ-Geschwindigkeit zwischen dem Gas und der eingebrachten Reinigungsflüssigkeit erforderlich. Aus diesem Grunde arbeiten bekannte Venturi-Gaswäscher mit hohen Betriebsdrücken, um die erforderlichen Gasgeschwindigkeiten zu erreichen. Die hohe Gasge-

JO schwindigkeit, die an der engsten Stelle der Venturidüse herrschen soll, muß im anschließenden Diffusorteil weitgehend herabgesetzt werden. Dadurch entstehen Diffusorverluste, außerdem Verluste durch turbulenten Impulsaustausch mit der tropfenförmigen Abscheideflüssigkeit. Eine Herabsetzung der Gasgeschwindigkeit ist nicht möglic!i, da die Zerstäubungsenergie zum Zerstäuben de.-r Abscheideflüssigkeit in feinste Tröpfchen aus dem Gasstrom gedeckt werden muß. Weiterhin ist nachteilig, daß bei abnehmendem Gasstrom die Zerstäubung der Tröpfchen erheblich verringert wird, da die Strömungsenergie der Gase, welche die Zerstäubung der Flüssigkeit vornehmen, vom Gasstrom abhängt. Für die Erzeugung der hohen Betriebsdrücke entstehen laufend erhebliche Aufwendüngen, welche die Venturi-Gaswäscher unwirtschaftlich machen.

Ein erheblicher Nachteil der Venturi-Gaswäscher besteht noch darin, daß die in den Gasstrom eingedüsten Flüssigkeitströpfchen immer im Gasstrom enthalten bleiben und durch einen eigenen, nachgeschalteten großen Abscheider vom Gasstrom wieder abgetrennt werden müssen. Dieser nachgeschaltete Abscheider, zum Beispiel Prallabscheider, verursacht einen erheblichen zusätzlichen Druckverlust sowie zusätzliche Investitionskosten, und er beansprucht viel Raum.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten Naßabscheider zu schaffen, der einen hohen Entstaubungsgrad aufweist, kompakt ist und bei dem trotzdem die Gefahr beseitigt ist, daß

to der gereinigte Gasstrom durch unvollständige Tröpfchenabscheidung oder unerwünschte Rückvermischung mit bereits abgeschiedenen Tröpfchen noch Flüssigkeitströpfchen enthält, so daß ein nachgeschalteter Tröpfchenabscheider, der einen erheblichen zusätzlichen Druckverlust verursachen würde, entfällt.

Diese Aufgabe wird bei einem Querstrom-Naßabscheider der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im peripheren Bereich des

Abscheideraums wenigstens eine ringförmige öffnung vorgesehen ist, die den Abscheideraum mit einem ihn umgebenden ringförmigen Flüssigkeitssammelraum verbindet.

Beim erfindungsgemäßen Naßabscheidcr isl der Abscheideraum für die Feststoffteilchen oder anderen Verunreinigungen und der Reinigungsraum zum Abtrennen der Tröpfchen vom gereinigten Gasstrom ein und derselbe Raum, das heißt, die Abscheidung von Feststoffteilchen durch deren Anlagerung an die Tröpfchen und die Reinigung des Gasstroms von den beladenen Tröpfchen findet in einem und demselben Raum im wesentlichen gleichzeitig statt. Sämtliche, in den Gasstrom eingespritzten Flüssigkeitströpfchen, auch die kleinsten, werden noch innerhalb dieses Abscheideraums vom gereinigten Gasstrom wieder abgetrennt in der Weise, daß die Abscheideflüssigkeit den Abscheideraum durch wenigstens eine ringförmige öffnung in einen außenliegenden, den Abscheideraum umgebenden ringförmigen Flüssigkeitssamm<Hraum mit Flüssigkeitsablauf verläßt. Dadurch, daß die Abscheideflüssigkeit aus dem Abscheideraum durch die wenigstens eine ringförmige öffnung selbsttätig abgezogen wird, ist die Gefahr vermieden, daß der sich an der Innenwandung des Abscheideraums bildende Flüssigkeitsfilm bzw. Schlammfilm zu lang und zu dick wird und sich in unerwünschter Weise in den bereits gereinigten Gasstrom wieder rückvermischt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Wandung des Abscheideraums in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngt sein, wodurch die axiale Gasgeschwindigkeit nach dem Eintritt der Abscheideflüssigkeit durch Verringerung des Strömungsquerschnittes während der Durchströmung des Abscheideraums erhöht wird.

Infolge der Verengung des Strömungsquerschnittes können an der Wandung des Abscheideraums noch kleinere Tropfengrößen abgeschieden werden, als dies in vergleichbaren zylindrischen Abscheideräumen möglich ist. Die Verwendung einer Drallströmung in einem konischen Abscheideraum bringt die besten Abscheideergebnisse. Hier werden vorteilhaft die ständig zunehmenden Gasgeschwindigkeiten für die Abscheidung genutzt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann sich in Gasströmungsrichtung gesehen vor der mindestens einen Einspritzdüse eine düsenartige Verengung befinden, an die sich die Wandung des Abscheirieraumes anschließt. Hierdurch wird mit Vorteil erreicht, daß erst kurz vor dem Abscheideraum eine relativ hohe Gasgeschwindigkeit erzeugt wird, ohne daß bereits in den Zuleitungen, die größere Querschnitte haben können, hohe Strömungsgeschwindigkeiten herrschen müssen. Außerdem wird durch die Düsenströmung sichergestellt, daß das zu reinigende Gas in den Abscheideraum mit einer über den gesamten Abscheidequerschnitt weitgehend konstanten Gasgeschwindigkeit eintritt, wodurch eindeutige Strömungsverhältnisse geschaffen werden.

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die mittlere Größe der in den Abscheideraum eingesprühten Flüssigkeitströpfchen unter 100 μηι beträgt und die Tropfengröße, Tropfengeschwindigkeit und Gasgeschwindigkeit so aufeinander abgestimmt sind, daß sich bis zur Abscheidung radiale Tropfenflugstrecken unter 25 cm und axiale Tropfenflugstrecken unter 50 cm ergeben. Der Radius des rotationssymmetrischen Abscheideraums beträgt nach einem weiteren Merkmal

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der Erfindung also weniger als 25 cm.

Weiterhin ist vorgesehen, daü zur Aufnahme groüer Gasmengen mehrere Abscheider in Parallelschaltung angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, daß, obwohl der Einzelabscheider aufgrund der maximalen Tropfen-Nugstrecke, die eingehalten werden muß. nicht beliebig vergrößert werden kann, doch eine beliebig große Gasmenge mit erfindungsgemäßen Naßabscheidern gereinigt werden kann. Weiterhin ist es möglich, durch Zu- oder Abschalten von erfindungsgemäßen Abscheidern den relativen Wasserverbrauch, der bei großen Einheiten im Teillastbereich erheblich ansteigt, auch bei Schwankungen der Gasmenge konstant zu halten.

Bei einem Naßabscheider ist ein sehr hoher Entstaubungsgrad nur mit sehr kleinen Flüssigkeitströpfchen zu erzielen. Eine vorgegebene Menge einer Abscheideflüssigkeit hat nach der Aufteilung in sehr kleine Tröpfchen eine größere spezifische Oberfläche zum Binden von Feststoffteilchen, als das bei größeren Tröpfchen der Fall ist Dementsprechend ist beim erfindungsgemäßen Naßabscheider der Flüssigkeitsverbrauch pro m³ Gas sehr gering. Die Abscheiderdimensionen sowie Tropfengeschwindigkeit und Gasgeschwindigkeit sind so eingestellt, daß auch die kleinsten Flüssigkeitströpfchen die Gasströmung radial und axial vollständig durchdringen, so daß sie noch innerhalb des Abscheideraumes von der Gasströmung an die Abscheiderinnenwandung abgeschieden werden können, wodurch sich ein eigener, nachgeschalteter Prallabscheider zum Abscheiden der mit Feststoffteilchen beladenen Tröpfchen vom gereinigten Gasstrom erübrigt. Beim erfindungsgemäßen Naßabscheider ist also mit Sicherheit gewährleistet, daß bei einem lichten Durchmesser des Gaskanals von nicht mehr als 50 cm die axiale Tropfenflugstrecke unter 50 cm bleibt, was für die kleinen Flüssigkeitströpfchen erforderlich ist, um innerhalb des Abscheideraums den Gasstrom vollständig radial zu durchdringen und noch mit ausreichender Sicherheit innerhalb des Abscheideraumes an die Abscheiderinnenwandung zu gelangen. Ein besonderer Vorteil ist das außerordentlich geringe Bauvolumen des erfindungsgemäßen Naßabscheiders im Vergleich zu herkömmlichen Geräten bei vergleichbaren Gasdurchsätzen und Entstaubungswirkungsgraden. Darüberhinaus benötigt der erfindungsgemäße Naßabscheider weder die sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten der bekannten Venturi-Gaswäscher noch die mechanisch aufwendigen Kanalräder der bekannten Gaswäscher nach dem Rasensprengerprinzip. Liegt beim erfindungsgemäßen Naßabscheider die verwendete mittlere Tropfengröße unter 100 μιτι, so haben Schwankungen in der Tropfengrößenverteilung keinen entscheidenden Einfluß mehr auf den Abscheidewirkungsgrad. Die radiale Tropfenflugstrecke von 25 cm, die maximal erforderlich ist, um die Wandung des Abscheideraums zu erreichen, wird mit Sicherheit auch noch von 10 μπι großen Tröpfchen zurückgelegt.

Vor dem Abscheideraum des Naßabscheiders und vor dem Eintritt der Abscheideflüssigkeit in den Gasstrom ist eine feststehende Drallerzeugungsvorrichtung angeordnet, die dem zu reinigenden Gasstrom einen Drall aufprägt. Durch diesen Drall wird bei gleichem Gasdurchsatz nicht nur die resultierende Gasgeschwindigkeit erhöht, sondern die die Abscheidung der Feststoffe begünstigenden Fliehkräfte werden sowohl dem Feststoff als auch den Fllüssigkeitstropfen aufgeprägt. Dadurch werden die mit dem Gas in den Abscheider eintretenden Feststoffteilchen nach außen

abgedrängt und teilweise abgeschieden. Kleinste Flüssigkeitstropfen, die bei einer Gasströmung ohne Drall mit der Strömung den Abscheider verlassen würden, werden bei einer Drallströmung auf größere Radien abgedrängt, so daß die Abscheidung noch möglich ist. ο Außerdem werden die Tröpfchen infolge der Drallströmung auf spiraligen Bahnen durch den Abscheideraum bewegt und der zur Abscheidung verfügbare Flugweg wird gegenüber einer Gasströmung ohne Drall erheblich verlängert, ίο

Der Abscheideraum kann eine durchbrochene Außenwand aufweisen, durch welche die Abscheideflüssigkeit den Abscheideraum nach außen verläßt. Die durchbrochene Außenwand des Abscheideraums kann in Tropfenflugrichtung sich erstreckende Ringlamellen r> aufweisen. Bei dieser Ausführung werden die Flüssigkeitströpfchen an der Stelle, an der sie zur Wandung des Abscheideraums gelangen, in Richtung ihrer Flugbahn ohne Umlenkung aus dem Abscheideraum ausgetragen und können so keine ungünstigen Einflüsse mehr auf den vorbeiströmenden, gereinigten Gasstrom ausüben. Bei dieser Lösung bildet sich an der Wandung des Abscheideraums kein Flüssigkeitsfilm, der sich in die vorbeiströmende Gasströmung rückvermischen könnte.

Anstelle vieler über den gesamten Mantel der Wandung des Abscheideraums verteilter, zum Beispiel siebartiger Durchbrechungen können auch einer oder mehrere ringförmige oder tangentiale Schlitze vorgesehen werdenderen Anzahl sich nach dem Fließverhalten der abfließenden Feststoff-Flüssigkeits-Suspension rich- jo tet.

Die Abscheideflüssigkeit verläßt also den Abscheideraum durch wenigstens eine ringförmige Öffnung in einen außenliegenden, den Abscheideraum umgebenden ringförmigen Flüssigkeitssammelraum, der eine oder J5 mehrere Kammern und einen oder mehrere Flüssigkeitsabläufe aufweist. Hier wird die Abscheideflüssigkeit, die in Tropfenform den Abscheideraum verläßt, gesammelt und über eine Pumpe nach Passieren eines Filtersystems zur Sprühdüse im Abscheideraum zurückgeführt, so daß ein Kreislauf mit geringsten Flüssigkeitsverlusten entsteht. Eine Unterteilung des Flüssigkeitsammeiraums in mehrere Kammern kann dann vorteilhaft sein, wenn sich infolge unterschiedlicher Fliehkraftdrucks im Abscheideraum zwischen Ein- und Auslauf im Flüssigkeitssammelraum eine " Zirkulationsströmung aufbauen würde.

Die radial spritzende Sprühdüse kann eine Hohlstrahldüse sein, die einen kegelmantelähnlichen Schleier aus Tröpfchen erzeugt, die unter zeitlich weitgehend so konstanten Bedingungen in die Gasströmung eintreten, wodurch auch über längere Zeiten vergleichbare Abscheidebedingungen aufrechterhalten werden können. Die Hohlstrahldüse ist eine Zweistoffdüse, mittels der die angestrebte Tröpfchenverteilung mit einem mittleren Tropfendurchmesser kleiner 100 μιη erzielbar ist. Ist die Wandung des Abscheideraums lamellenartig durchbrochen, kann die in der Mitte des Abscheideraums befindliche Zuführvorrichtung für die Abscheideflüssigkeit etwa die gleichgroße Längserstreckung wie ·> <' der Abscheideraum aufweisen. Hierdurch wird vorteilhaft eine gute Ausnutzung des Absche'ideraumvolumcns erreicht und mit einer Vielzahl von Sprühebenen für die Tröpfchen eine Berührung jedes Gasteilchens mit den Tröpfchen sichergestellt, die bei der Durchströmung nur einer Sprühebene, in der Ungleichmäßigkeiten in der Verteilung der Tröpfchen vorhanden sein können, nicht immer gewährleistet wäre. Eine Verschmutzung der Düsen kann durch Filtrieren der im Kreislauf umlaufenden Abscheideflüssigkeit vermieden werden, wobei die Feststoffteilchen aus der Abscheideflüssigkeit kontinuierlich und selbsttätig abgeschieden werden können, so daß der erfindungsgemäße Naßabscheider mit automa tischem Austrag der ausgefilterten Feststoffteilchen selbsttätig und wartungsfrei arbeiten kann.

Die Erfindung und deren weiteren Merkmale und Vorteile werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Naßabscheider mit zylindrischem Abscheideraum,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Naßabscheider mit konischem Abscheideraum.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten Abscheider befindet sich in Strömungsrichtung vor dem Abscheideraum 3 eine Drallerzeugungsvorrichtung I₁ an die sich eine düsenartige Verengung 2 anschließt. In Strömungsrichtung hinter der düsenartigen Verengung 2 befindet sich der Abscheideraum 3 mit einer lamellenartigen Außenwand 4. Außen um die lamellenartige Wand 4 ist ein Flüssigkeitssammelraum 5 angeordnet, der einen Abfluß 6 aufweist. Eine Gassperre 7 sorgt dabei dafür, daß aus dem Flüssigkeitssammelraum 5 kein Gas austritt. Die Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases ist durch Pfeile 8 dargestellt. In der Mitte des Gaseintrittskanals 9 befindet sich die Zuleitung 10 für die Abscheideflüssig keit, an die sich in Strömungsrichtung eine Düsenanordnung 11 anschließt, die in axialer Richtung so vor dem Austrittsende des Abscheideraums 3 angeordnet ist, daß mit Sicherheit alle Wassertröpfchen aus der Düsenanordnung 11 an die Wandung 4 des Abscheideraums gelangen. Das gereinigte Gas verläßt den Abscheider durch einen Abzugskanal 12, der an den Abscheideraum 3 angeschlossen ist.

Im Flüssigkeitssammelraum 5, also außerhalb der Wandung 4 des Abscheideraums 3 befindet sich ein ruhender Gasmantel, in den zwar die Flüssigkeitströpfchen aufgrund ihrer Flugenergie eindringen, der jedoch nicht an der axial und in Umfangsrichtung gerichteten Bewegung des zu reinigenden Gases teilnimmt.

Fig. 2 zeigt einen Abscheider mit einem konischen Abscheideraum 13, der durch eine konische lamellenartige Wandung 14 begrenzt wird. Die Zufuhr dei Abscheideflüssigkeit geschieht hierbei durch eine Hohlkegeldüse 15, die sich unmittelbar anschließend ar die düsenartige Verengung 2 des Gaseintrittskanals an der Gaseintrittsseite des Abscheideraums 13 befindet.

Ebenso wie bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführung ergibt sich auch hier die vorteilhafte mechanische Unempfindlichkeit, da keine bewegten Teile innerhall des Abscheiders vorhanden sind, bei gleichzeitig optimalem Abscheiderwirkungsgrad und geringen Druckverlust.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Querstrom-Naßabscheider zum Abscheiden von Feststoffteilchen und/oder von anderen Verunreinigungen aus einem Gasstrom, mit einem rotationssymmetrischen Abscheideraum, in dessen Längsachsenbereich mindestens eine radial spritzende Sprühdüse für die Abscheideflüssigkeit vorgesehen ist und in den einenends koaxial ein drallerzeugender Gaseintrittskanal mündet und an den anderenends ein koaxialer Gasabzugskanal angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im peripheren Bereich des Abscheideraums (3,

13) wenigstens eine ringförmige Öffnung vorgesehen ist, die den Abscheideraum mit einem ihn umgebenden ringförmigen Flüssigkeitssammelraum (5) verbindet.

2. Querstrom-Naßabscheider nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (14) des Abscheideraums (13) in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngt ist.

3. Querstrom-Naßabscheider nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Gasströmungsrichtung gesehen vor der mindestens einen Einspritzdüse (11, 15) eine düsenartige Verengung (2) befindet, an die sich die Wandung (4,

14) des Abscheideraums (3,13) anschließt.

4. Querstrom-Naßabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des rotationssymmetrischen Abscheideraums weniger als 25 cm beträgt.

5. Querstrom-Naßabscheider nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme großer Gasmengen mehrere Abscheider in Parallelschaltung angeordnet sind.