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Universalzentrifugalfilter ZUR FEllen von Staub, Tropfen und Nebel
und zur
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eventuellen Reinigung von giftigen Gasen Die vorliegende Erfindung
betrifft einen Zentrifugalfilter zum Fällen von Staub, Tropfen oder Nebel.
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Die bisher bekannten Geräte, die zu diesem Zweck verwendet wurden,
sind verschiedener Art. Eine erste Gruppe solcher Geräte besteht aus Zyklonen; sie
haben den Vorteil geringen Raumbedarfs und sind nicht kostspielig sowohl in Bezug
auf ihre Installation als auch in Bezug auf ihre Betriebskosten; allerdings weisen
sie den grossen Nachteil auf, dass sie den feinen Staub, d.h. unter 3-4 µ nicht
fällen können.
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andere ma von von Staub, Tropfen und dgl. verwendete Systeme sind
die elektrostatischen Filter, die jedoch nur für feine Teilchen und niedrige Konzentrationen
gesignet sind. Sie weisen infolge ihrer Art auch den Nachteil ausserordentlich/grossen
Platzbedarfes auf, sodass sie hohe Installations- und Warteden erfordern.
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Dagegen sind die sog. Waschfilter auf feine Teilchen mit höchstens
ein /u begrenzt und verlangen einen hohen Kraftverbrauch infolge des von ihnen erzeugten
Strome
verlustes.
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Die Venturi-Filter haben grossen Stromverlust ust und somit ungeheuren
Stromverbruch und funktionieren im übrigen infolge ihrer Art nur im feuchten Zustand.
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Schliesslich gibt es noch die Tuchfilter, die nur fur feinen Staub
zu verwenden sind, Temperaturbeschränkungen aufweisen und grossen Raumbedarf beanspruchen.
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Aus wirtschaftlichen Gründen werden alle diese Filterirten mit Ausnahme
des Zyklons nur für feinen Staub und mit geringen Staub-, Tropfen- oder Nebelkonzentrationen
verwendet.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, ein Gerät zu verwirklichen,
mit dem es gelingt, sowchl grossen als feinen Staub (Tropfen, Nebel) mit jeder Konzentration
zu fällen und das baulich einfach ist, einen Mindestraumbedarf undenexievertrauch
benötigt und grosse Funktions-elastizität aufweist, sodass die Leistungen für ein
und dasselbe Gerät wesentlich varieren können, ohne seine Funktionsweise infrage
zu stellen.
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Sofern eine Behandlung mit Wasser vorgesehen ist, insbesondere wenn
wt are Gase zu behandeln sind, kann ausser den oben genannten Zwecken auch eine
Gasreinigung, z.B. von Schwefelsäureanhydrid und anderen giftigen Verbrennungsgasen,
die mit Elektrofiltern und Tuchfiltern nicht gefällt werden können, erzielt werden,
da die mit diesen Filtern arbeitenden Anlagen den Bau ausserordentlich hoher Kamine
erfordern, um die gefährlichen Gase in der Atemosphäre zu verflüchtigen.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
das Gerät leicht mit bereits bekannten Zusatzgeräten zum Fallen räii von Staub versehen
werden kann, sodass seine Leistung ausserordentlich hoch ist.
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Die vorgesehene Aufgabe ist dadurch erreicht worden, dass ein Gerät
vorgesehen ist, in dem das Gas durch zwei konzentrische Leitungen schraubenförmig
durchgeführt wird, wobei die äusseee Leitung eine oder mehrere Unterbrechungen und
Fortsetzungen mit vermindertem Durchmesser aufweisen und Abschnitte bilden, wobei
jede Unterbrechnung von der äusseren Umgebung durch dicht abgeschlossene
Kammern
getrennt ist, deren Kopf mit einer Hilfsquells zum Ausaugen verbunden ist, die die
gleiche Menge, wie die eingetretene ansaugt, wobei der Boden diesen Kammer mit wenigstens
einem Auslass für den abgesatzten Staub versehen ist.
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Eine erste Perfektionierung der Erfindung sicht vor, dass jeder Abschnitt
der äusseren Leitung auf seiner Aussenwand mit einem ringförmigen Kanal, der Flüssigkeit
enthält, versehen werden kann und nach auss abgedichtet, jedoch durch auf der mit
der gemeinsamen Wand verteilten Oeffnungen mit der inneren Oberfläche der Leitung
v verbunden ist, um einen Film zu bilden, der als Agglomerationsfeuchtigkeit dient.
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Nach einer weiteren Perfektionierung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die innere Leitung mit Oeffnungen zum Eintritt von Luft (gegebenenfalls nach
Vorheriger Jonisierung), Dampf, oder zerstäubter Flüssigkeiten versehen ist.
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Eine weitere Verwirklichung sieht vor, dass innen und aussen elektrostatische
oder gleichwertige Vorrichtungen angebracht werden können, wobei insbesondere das
innere Rohr unter Sparmung gesetzt, während das äussere Rohr geerdet wird.
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Das erfindungsgemässe Geräte kann des weiteren so vorgesehen werden,
dass der von den im oberen Teil der Kammern engeordneten Rchre angesaugte flüssige
Rest zurückgeführt, zum Auslass gebrecht oder über herkömmliche Filter geleitet
werden, die für feinsten Staub mit natürlichen Ausmassen jedoch für wesentlich geringere
Leistungen als die Leistung des Garätes selbst geeignet sind.
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Die beigefügte Zeichnung stellt ein nicht begrenztes und schematisches
Ausführungsbeispiel zweier Verwirklichungen des erfindungsgemässen Zentrifugalfiltergerätes
dar. Es zeigen: Fig. 1 einen Längschnitt eines trocken arbeitenden Gerätes; Fig.
2 einen Längsschnitt eines feucht arteitenden Gerätes.
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Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei koaxialen Leitungen
3, 4 verschiedener Ausmasse in der Weise, dass zwischen ihnen ein ringförmiger Zwischenraum
5 gebildet wird. Die äussere Leitung 4 ist in aufeinanderfolgenden Ab-4, 4', 4"
mit von oben abnehmendem Durchmesser unterteilt und bilden
zwischen
dem einen und anderen Abschnitt ringförmige Oeffnungen 6, 6', über die das Material
7, 7' entladen werden kann, das auf der inneren Oberfläche jeden Ab schnittes 4,
4', 4" der äusseren Leitung anhaftet. In Uebereinstimmung mit jeder ringförmigen
Oeffnung 6, 6' befindet sich eine ringförmige Sammelkammer 8, 8', die in der Kontektzone
16 auf der äusseren Wand der äusseren Leitungsabschnitte 4, 4' bzw. 4', 4" und so
fort, wenn vier oder mehr Abschnitte vorhanden sind, dicht geschlossen ist.
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Die Kammer 8 weist auf ihrer Boden wenigstens einen Ablass 9 für das
sich abgesetzte Material auf, wnbend im oberen Teil eine Rohrleitung 10 zur zwangsweisen
Förderung des Stabs dient, der nicht gefällt wurden konnte.
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Aehnlicherweise weist die Ringkammer 8' den Auslass 9' und die obere
Rohrleitung 10' zur zwangsweisen Forderung auf, die jedoch auch mit der Rchrleitung
10 zusammenfliessen kann.
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Die Funktionsweise dieses Gerätes erfolgt folgender massen: Die Luft
oder die mit dem Zu beseitigenden Staub gemischten Gase (Fig. 1) werden mit einer
schraubenförmigen Bewegung in den Zwischenraum 5 geleitet, der von den beiden konzentrischen
Leitungen 3 und 4 gebildet wird. Die innere Leitung 3 dient dazu, während der schraubenförmigen
Bewegung der strömenden Masse den mittleren Teil des Wirkbels zu beseitigen, der
ungünstig darauf einwirken und die Wirksamkeit stark herabsetzen würde.
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Es ist anzunehmen, dass die physyschen Erscheimmge, die sich im Innern
des Gerätes vollziehen, in vorwiegender Weise Vereingungserscheinungen umfassen.
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Auf der inneren Oberfläche der äusseren Leitung 4 und in den Abschnitten
4', 4" bilden sich stazionäre Wirbel kleiner Ausmasse, die in ihrer Mitte die eing»-tretenen
Teilchen einbeziehen und sie verdichten Die Teilcher, die grösser als l Mikron sind,
bleiben wenn sie einmal die Peripherie erreicht haben, durch die Zentrifugalwirkung
dort.
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Wenn nach und nach die Wirbelbewegung der gasförmigen Masse den festen
Teil derselben in die Näht der Wand 4, 4',4" schleppt, werden die Teilchen vorn
System der kleinen Wirkbel gefällt, sodass sie nach einem gewissen Verlauf in einer
an
der Wand haftenden Schicht einbezogen werden. Diese Schicht 11
bewegt sich in Strönungsrichtung bei verminderter Geschwindigkeit und ihre Entnahme
genügt, um den Staub aus der verbleiben den Strömungsmasse zu beseitigen. Die Gasgeschwindigkeit
ist innerhalb gewisser Grenzen belanglos, während die Rauhigkeit der Wand die beschriebene
Erscheinung nicht vermindert, sondern begiuigt. Das gleiche gilt für die Konzentration,
d.h. je höher die Staubkonzentration ist, je besser funktioniert das erfindungsgemässe
Gerät.
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Der Prozess kann mit Vorkehrungen, die die Grösse der einzelnen Teilchen
erhohen, d.h. durch die Koaleszemerscheinung beschleunigt wurden, un das Verhältnis
zwischen dem Winddrudc und der Zentrifugalkraft kleiner zu gestalten Mit einer anderen
Vorkehrung, d.h. mit gegebenenfalls jonisiertem Luftgebläse, Dampf oder anderen
zerstäubten Flüssigkeiten, können die Teilchen schneller der Mitte an den fang gedrückt
wurden. Diese Gebläse können ausserdem den Vorteil haben, die Geschwindigkeit in
Axialrichtung der zu reinigenden Gase in der Nähe der Leitung 3 zu vermindern, da
diese Geschwindigkeit im allgemeinen grösser als die periphärische ist.
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Es kann auch eine Betätigung elektrostatischer Art zusalen mit dem
erfindungsgemässen Filter vorgesehen werden und zwar dadurch, dass beispielsweise
das Rohr 3 in Spannung gesetzt und von allen übrigen Teilen, die geerdet werden,
isoliert wird.
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Der Ausstoss der den Staub enthaIte Schicht erfolgt durch die ringförmigen
Unterbrechungen 6, 6', die in der äusseren Leitung 4 zwischen dem Abschnitt 4 und
dem darauffolgenden Abschnitt 4' kleineren Durchmessers angeordnet sind.
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Der nich so gebildete ringförmige Schnitt 6 fast gleicher Grösse wie
die Dicke der Staubschicht 11, fordert diese Schicht in die äussere Kammer 8, aus
der sie durch den Hilfventilator angesogen wird, der eine der einter>en gleiche
gasförmige Masse ansaugt. Darin liegt der grundsätzliche Erfindungsgedanke.
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In den Kammern 8-8', in denen die Gasgeschwindigkeit un einige Zentimeter
pro Sekunde herabgesetzt werden kann, dekantiert in 12, 12' der Staub grösser Ab-
messung
oder eines Mikrons und ein grosser Teil der kleineren Abmessungen, der sich in den
verschiedenen Phasen des Verfahrens verdichtet hat. Der vom Ventilator über die
Rohre 10, 10' angesaugte Rest kann bis zum endgültigen Ausfällen wieder in den Kreislauf
zurückgeführt oder mit herkömmlichen Systemen behandelt werden. Im letzteren Falle
wird eine sehr bescheidene Fraktion der zu behandelnden gasförmigen Masse (1/10,
1/20) verwendet, die einen starkverminderten spezifischen Gehalt all Staub hat.
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Bei der Ausführungsform zur Feuchtbehandlung (Fig. 2) wird ein leichter
Beschlag von Wasser 13, 13' auf die innere Wand der äusseren Leitung 4, 4' aufgetragen,
wobei ririgf"oruiige Wasser enthaltende Kanäle 14, 14' angeordnet sind. Dadurch
wird in nennenswertem Masse die Wirksamkeit erhöht und die Wand selbst sauber gehalten,
besonders wenn das Gas die Möglichkeit des Kondensierens aufweist. Der leichte Wasserbelag
13, 13' wird automatisch in 12, 12' zusamnen mit dem Staub der äusseren Kammern
8, 8' gesammelt und mit dem Staub unten in 9, 9' ausgestossen.
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Das Gerät benötigt keine Tropfenabscheider, im Gegenteil es ersetzt
dieselben sogar, da es selbst ein einwandfreier Abscheider ist, bei dem der Energieverbrauch
den gleichen Umfangauf weist als wie er für die herkömmlichen Absckei@er nötig ist;
dabei hat es den grossen Vorteil keine Wartung zu bendtigen, da die ständig sich
reinigenden Wände das Anstetzen von Krustnubildung verhindern.
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Das Vergrossenu der einzelnen Teilchen kann auch dadurch begünstigt
werden, dass Dampf vor dem Gerbt eingelassen wird. Der Staub fungiert dann als Kondensationskern,
auf dem sich leicht fällbare Tropfen bilden.
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Der Dampf kann auch durch das Zentralrohr 3 über die Oeffnungen 15
(Fig. 2) eingeführt werden. In diesem Falle erhält jnan eine doppelte Wirkung, d.h.
die oben beschrieben Dampfwirkung, zu der der Druck des sich in der Nähe des Zentralrohres
befindlichen Staubes kommt, wie bereits oben dargelegt wurde.
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Die Anwendung dieser Verfahren hängt von der Art des Fluids und der
Art und Grösse der Teilchen ab. Es können alle Verfahren oder ein Teil derselben
angewandet werden.
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Das Gerät kann aus einem oder mehreren Stadien bestehen. Das erste
Stadium kann beispie1swie trocken und die anderen körmen feucht arbeiten, zur auf
diese Weise den grössten Teil der trockenen Teilchen zu sammeln, wobei man sich
auf eine geringe Fraktion zum Nassfällen beschränkt. Die elektrostatische Betätigung
kann auch im Innern der Sammelkammern angewandt werden, wo die stark verminderte
Gaschwindigkeit und der Bewegungswechsel das Fällen selbst kleiner Teilchen (Nebel)
erleichtern. Das Konstruktionsprinzip des Geräts gestaltet diese Anwendungen sehr
bequem und einfach.
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Erfolgt das fällen trocken, kann an die Sammelkammern 8, 8' ein mechanisches
System angeordnet werden, dass den Staub vom Boden abkratzt und ihn zum Ausstossrohr
9 fördert. Dasselbe System dient zum fortlaufenden Reinigen des Eingangsschlitzes
6, 6' während - wie oben gesagt - eventuelle Krustenbildungen auf der inneren Wand
des äusseren Rohrs 4, 4', 4" die Leistung nicht infrage stellen.
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Immerhin kann die Krustenbildungen von Zeit zu Zeit durch Einführen
einer torischen Bürste von oben besquem durchgeführt werden.
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Bei warmen Gasen, wie beispielsweise bei Verbrennungsrauch, werden
Dampf und Kondensat durch Befeuchten und Berieselungsabkühlung vor dem Geräte erzeugt.
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Der nachfolgende Wasserbelag im Gerät erzeugt eine weitere Dampfkondensierung
mit folgender Vergrösserung der sich über den Teilchen gebildet Tmpfen.
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Das Kondensat und die Koaleszenz finden ebenfalls in der Sammelkammer
8 statt.
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Das System ist sehr wirksam und erzeugt gleichzeitig ein gutes Waschen
der Gase urrter Beseitigung der giftigen Dämpfe. Das so verwirklichte Geräte ist
besonders zur Reinigung von Verbrenungsgasen und zur Verwendung in Stahlwerken geeignet,
wo modernste Ausmasse, eine fehlerfreie Funktionsweise, d.h. ohne Verschleiss und
Notwendigkeit häufiger Wartung, höchste Betriebselastizität mit der Möglichkeit
der Leistungsänderung innerhalb weitgehendster Grenzen (auch die doppelte oder halbe
Normalleistung beeinflusst6 die Wirksamkeit nicht), geringe Auschaffungs-und geringste
Betriebskosten gegenüber den Venturi-und elektrostatischen oder Tuchfiltern verwirklicht
werden. Die vorhergehende Abkühlung der Gase, die beispielsweise mit dem Einlass
van Wasser erfolgt, ernoglicht die Anwendung plastischer Materialien, die gegen
Angriffsmittel vollständig widerstandsfähig sind, was eine fiir das Gerät lange
Lebensdauer ohne Notwendigkeit einer Wartung garantiert.
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L e e r s e i t e