DE2652365A1 - Verfahren und vorrichtung zur entfernung von verunreinigungen aus einem gasstrom - Google Patents

Description

Anmelderin: Stuttgart, 15» November 1976

Lone Star Steel Company P 3280 S/kg 2200 W. Mockingbird Lane Dallas, Texas 75 235 V.St.Ao

Vertreter:

Kohler - Schwindling - Späth Patentanwälte
Hohentwielstraße 4-1 7000 Stuttgart 1

Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen aus einem Gasstrom

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen aus einem Gasstrom_e

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Bei den Verunreinigungen, die mit unserem Verfahren und unserer Vorrichtung entfernt werden können, handelt es sich um fein verteilte Materie oder um schädliche oder aus sonstigen Gründen störende oder auch Werte enthaltende Gase. Diese Verunreinigungen können in Gasströmen gefunden werden, die von Prozessen verschiedenster Art herstammen, einschließlich industrieller und chemischer Prozesse, Verbrennungsprozesse, wärme- und leistungserzeugende Prozesse usw«. Die Erfindung ist demgemäß bei jedem Prozeß anwendbar, bei dem ein Verunreinigungen enthaltender Gasstrom gebildet wird_e Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, kann unsere Methode und unsere Vorrichtung auch dazu benutzt werden, eine abgeschlossene verunreinigte Atmosphäre zu behandeln, indem sie von Verunreinigungen befreit wird, um die Ökologie der darin enthaltenen Umgebungsluft zu verbessern»

Feinverteilte Materie, die aus Festteilchen, Flüssigkeit oder verschiedenen Gasen bestehen kann, bildet die Hauptform von Verunreinigungen· Diese Verunreinigungen werden in den bei vielen Prozessen entstehenden Abgasen gefunden oder werden bei solchen Prozessen als verunreinigende Nebenprodukte erzeugt. Außer industriellen Prozessen, die eine offensichtliche Quelle für viele in der Luft gefundenen Verunreinigungen sind, gibt es weitere Quellen, die Iransportfahrzeuge, wie Personen- und Lastkraftwagen, Eisenbahnen, Schiffe und Flugzeuge umfassen, sowie nichtindustrielle Anlagen, wie beispielsweise Wohnhäuser, die Kohle oder öl zum Heizen oder zum Vernichten von Abfällen benutzen»

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Die in der Luft gefundenen Verunreinigungen sind hinsichtlich ihrer Form, Größe und chemischen Natur stark verschieden. Beispielsweise können die verunreinigenden Stoffe flüssig oder fest und dann wiederum chemisch aktiv oder neutral sein. Die Größe der Teilchen kann wesentlich kleinex* als 0,01 ._; m, aber auch mehrere mm betragen und wertvolle metallische oder mineralische Bestandteile enthalten, die von wirtschaftlicher Bedeutung sind. Bei gasförmigen Verunreinigungen kann es sich um relativ harmlose Gase handeln, wie beispielsweise Kohlendioxid, oder auch um sehr giftige Gase, wie "beispielsweise Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid und verschiedene Stickstoffoxide» Manche der gasförmigen Verunreinigungen können ferner in der Atmosphäre zu Säuren oder anderen Substanzen umgesetzt werden, die eine schädliche Wirkung auf die Umgebung haben.

Bis zur Gegenwart "bestand die Hauptanstrengung bei der Kontrolle der Luftverschmutzung in einer solchen Kontrolle der Quelle feinverteilter Materie, daß das Gewicht der von einer "bestimmten Quelle, beispielsweise der Esse eines Industriewerkes, ausgestoßenen Teilchen auf einen kleinen Bruchteil des Gesamtgewichtes der Teilchen begrenzt wurde, die bei dem überwachten Proaeß emittiert werden. Obwohl es möglich war, in vielen Fällen den gewünschten limissionspegel auf Gewichtsoder Gewichts-Konzentrations-Basis zu erreichen, haben Umweltschützer festgestellt, daß die Qualität der Umgebungsluft nicht verbessert wurde und häufig sogar eine

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Verschlechterung der Umgebungsbedingungen eingetreten ist. Dieaes Ergebnis kann teilweise dadurch erklärt werden, daß viele Quellen der Luftverschmutzung, wie beispielsweise Fahrzeuge und Wohnhäuser, wenn überhaupt, dann nur unzureichend überwacht werden, so daß eine unannehmbare Menge von verschmutzenden Stoffen an die Atmosphäre abgegeben werden«.

Es steht jedoch nunmehr noch eine weitere Erklärung für den fortgesetzt hohen Pegel an Verunreinigungen in der Atmosphäre zur Verfügung. Es ist bekannt, daß Teilchen unter Einwirkung der Schwerkraft schnell ausfallen und kein größeres Problem der Luftverschmutzung außer in der unmittelbaren Umgebung der Emissionsstelle bilden, wenn die Teilchen groß genug sind. Wenn jedoch die Teilchen kleiner werden, nimmt die Verweilzeit in der Atmosphäre stark zu, so daß sehr kleine Teilchen, nämlich Teilchen mit weniger als 1 um Große, jahrelang in der Atmosphäre bleiben«, Solche Teilchen mit weniger als 1 i<m Größe können, obwohl sie nur einen sehr kleinen Teil des Gesamtgewichtes der Emission bilden, den größten Teil der Anzahl von Teilchen bilden, die emittiert werden, so daß sie auch den weit überwiegenden Teil des gesamten emittierten toxischen Materials bilden. Daher steht der Anteil dieser winzigen Teilchen an der Luftverschmutzung in einem erheblichen Mißverhältnis zu ihrem relativ geringen Gewichte Je mehr die Erkenntnis dieses Effektes wächst, um so größere Bedeutung wird der Entfernung von feinen Teilchen beigemessen.

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Eine Wirkung der kürzlichen BrennstoffVerknappung bestand in einer Erhöhung der Brennstoffpreise und insbesondere der Preise für Brennstoffe mit geringem Schwefelgehalt· Das Ergebnis war ein plötzlicher Anstieg der Kosten für Energie in Form von elektrischem Strom, Dampf und Preßluft. Da die Menge an Energie, die zum Betreiben von Einrichtungen zur ■Verschmutzungskontrolle benötigt wird, von der Art der Einrichtungen abhängt, haben die erhöhten Energiekosten die Wettbewerbsfähigkeit verschiedener Arten von Einrichtungen, die sich auf dem Markt befinden, verändert. Es wird jedoch in zunehmendem. Maße deutlich, daß ein großer Bedarf an Vorrichtungen und Verfahren besteht, die in der Lage sind, Verunreinigungen, die aehr feine Teilchen und schwefelhaltige Gase enthalten, aus Gasströmen mit einem minimalen Energieaufwand zu entfernen. Dieses ist das Problem, mit dem sich die vorliegende Erfindung befaßt, und es wird ihre Bedeutung am besten durch eine Betrachtung des Standes der Technik deutlich·

Es sind Venturi-Wäscher bekannt, in denen das die Verunreinigungen enthaltende Gas in einem Venturi-Bohr auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wird. Im Bereich der engsten Stelle des Venturi-Rohres wird in den Gasstrom mittels Sprühdüsen Wasser injiziert· Neuere Beispiele für solche Venturi-Wäscher sind in den US-PSen 3 490 204, 3 56? 194, 3 582 050 und 3 812 656 beschrieben. Normalerweise wird das die Verunreinigungen enthaltende Gas durch das Venturi-Rohr mittels Ventilatoren,

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Gebläsen oder Turbinen hindurchgetrieberi, die in Strömungsrichtung entweder onerhalb oder unterhalb des Venturi-Wäschers angeordnet sein können. Es gibt viele Formen von Venturi-Wäsehern, die sich in der Art, in der die Flüssigkeit in den Gasstrom eingeleitet wird, unterscheiden, Wenn ein Venturi-Wäseher auch noch für Teilchen mit einer Größe von weniger als 2 am eine hohe Reinigungswirkung aufweisen soll, ist sein Energiebedarf sehr groß. Dieser Energiebedarf ist ein Hindernis für die Verwendung von Venturi-Wäsehern für solche Anwendungen.

Bei Venturi-Strahlwäschern, die sich von den vorstehend beschriebenen Venturi-Wäsehern dadurch unterscheiden, daß Hilfsventilatoren oder -gebläse zum Antrieb des die Teilchen enthaltenden Gases nicht benötigt werden, wird die Antriebskraft von einem Kaltwasser-Ejektor geliefert, der allgemein auf der Achse des sich verjüngenden Teils des Venturi-Rohres montiert ist. Wie bereits angegeben, werden keine zusätzlichen Ventilatoren oder Gebläse benötigt. Durch die Ejektordüse wird Wasser gepumpt, das sich an der Düse zerteilt oder zu Tröpfchen atomisiert wird, die dann mit dem Gas vermischt werden. Der Antrieb erfolgt durch einen Momentau3tausch zwischen dem antreibenden V/asser und dem getriebenen Gas» Gleichzeitig werden die Teilchen aus dem Gas durch den Zusammenprall mit den Wassertröpfchen entfernt. Beispiele für Venturi-ütrahlwäscher sind in den GB-PSen 1 227 4-99 und 881 4-37, der DT-PS 280 088 und dem US-PS 3 385 030 beschrieben. Die Wirksamkeit von Venturi-Strahlwäschern

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nimmt ab, wenn die Teilchengröße 2 ·.· m unterschreitet, und insbesondere, wenn die Teilchengröße geringer ist als 1 ί'ΐ. Der Venturi-Strahlwäscher ist daher, wenn es auf einen hohen Reinigungs-Wirkungsgrad bezüglich feiner Teilchen ankommt, nicht nur ungeeignet, sondern auch unwirtschaftlich, weil er dann eine relativ hohe Energiezufuhr benötigt, um den Wasserstrom zu erhöhen, die Tröpfchengröße zu vermindern, die Anzahl der verfügbaren Tröpfchen zu erhöhen und auch die Helativgeschwindigkeit zwischen den Tröpfchen und dem Gas zu erhöhen. Es kann auch eine Kombination dieser Paktoren erforderlich sein, von denen jeder allein oder in Kombination mit anderen benötigt wird, um den Reinigungswirkungsgrad solcher Wäscher zu erhöhen«

Unsere US-PS 3 8J?2 408 offenbart ein Verfahren zum Entfernen von feinverteiltem und gasförmigem Schwefeldioxid in Vorrichtungen, die einen Heißwasaer-Antrieb in Verbindung mit einer chemischen Injektionseinheit aufweisen, um das Gas anzutreiben und die Teilchen sowie die Reaktionsprodukte des Schwefeldioxids in Wassertröpfchen einzufangen. Ein Cyclonentstauber dient zum Trennen der Wassertröpfchen und der Schwefeldioxid-Reaktionsprodukte von dem gereinigten Gas_o

Obwohl das in der US-PS 3 852 408 beschriebene Verfahren geeignet ist, sowohl feine Teilchen als auch Schwefeldioxid in einem einzigen System bis auf Werte zu entfernen, die bisher nicht erreichbar waren, sind die Kosten für das Erhitzen und Behandeln des erforderlichen

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Wassers, nämlich 0,3 bis 0,5 kg Wasser pro kg verunreinigtes Gas, sehr beträchtlich, obwohl diese Kosten geringer sein mögen als solche von anderen Systemen·

Um den Energiebedarf zu vermindern, haben wir eine Vorrichtung und ein Verfahren entwickelt, bei welchem die Antriebsfunktion von einem Dampf- oder Luft -.Ejektor übernommen wurde, während die Reinigung durch zerstäubtes Wasser erfolgte, das unerwärmt und unbehandelt sein konnte. Dieses verbesserte Verfahren und die entsprechende Vorrichtung sind in unserer US-PS 3 852 409 behandelt. Das Verfahren nach unserer US-PS 3 852 409 vereinfacht das Verfahren zur -Entfernung von Teilchen oder Schwefeldioxid oder beiden Stoffen aus einem verunreinigten Gasstrom durch Vermeiden der Verwendung von heißem Wasser, das schwierig zu handhaben war. Das neue Verfahren war auch wirtschaftlicher als das Verfahren ng.ch der US-PS 3 852 408, weil u.a. die Anforderungen bezüglich der Wassererwärmung und -behandlung bedeutend reduziert waren.

Die beiden in den US-PSen 3 852 408 und 3 852 409 beschriebenen Vorrichtungen weisen ein langgestrecktes Mischrohr auf, um ein sehr beträchtliches Wachsen der Tröpfchengröße zu gewährleisten Hinter dem Mischrohr befand sich jeweils ein Cyclonentstauber, dessen Wirksamkeit, wie bekannt, von einer relativ hohen Eintrissgeschwindigkeit und einem Druckabfall von mehr als 12 ei Wassersäule abhängt. Dies bedeutet, daß die Eintrittsenergie für &einigungszwecke relativ hoch sein muß, um

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die erforderliche hohe Eintrittsgeschwindigkeit in den Cyclonentstauber zu gewährleisten. Wie oben angegeben, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus einem Gasstrom oder aus der Umgebungsluft anzugeben, welche mit einem minimalen Energieverbrauch auskommen. Allgemein wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Mischrohr zum Pumpen und Mischen des Gasstromes und die Verunreinigungen enthaltender Flüssigkeitströpfchen vorgesehen wird und dann die die Verunreinigungen enthaltenden Tröpfchen von dem Gasstrom getrennt werden, indem die Geschwindigkeit der Mischung jenseits des Mischrohres geändert wird.

Mehr im einzelnen besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus einem Gasstrom, der mit Flüssigkeitströpfchen vermischt ist, welche die in dem Gasstrom enthaltenen Verunreinigungen umschließen, während der Gasstrom als ein oder durch einen Strahl eines kompresaiblen Fluids durch eine umschlossene Mischzone getrieben wird, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der Strom der Mischung beim Eintritt in eine divergierende Diffusionszone abgelenkt wird, um den Strom der Mischung von einem Bereich der Diffusionszone teilweise zu trennen und dem Strom der Flüssigkeitströpfchen in der Mischung eine bestimmte Richtung in der Diffusionszone zu geben und dadurch die Verunreinigungen enthaltenden Tröpfchen vom Gasstrom zu trennen»

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Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus einem Gasstrom zum Gegenstand, die ein Mischrohr aufweist, aus dessen -Austrittsende der Gasstrom als ein oder durch ein otrahl eines kompressiblen Fluis zusammen mit die Verunreinigungen umschliessenden Flüssigkeitströpfchen aasgetrieben wird, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß an das Austrittsende des Hischrohres ein mit dem Mischrohr in Verbindung stehender Diffusor angeschlossen ist, der zum Trennen der die Verunreinigungen enthaltenden Flüssigkeitströpfchen von dem Gasstrom eingerichtet ist und zu diesem Zweck nahe dem Austrittsende des Mischrohres einen Deflektor aufweist.

Da in dem Diffusor eine .Reduktion der Geschwindigkeit der Mischung eintritt, findet ein entsprechender Druckanstieg und demnach in Übereinstimmung mit dem Bernoullischen Gesetz eine Wiederherstellung des Druckes statt«, Dies bedeutet, daß im Vergleich zu der Energie, die bei Verfahren und Vorrichtungen benötigt wird, welche von Cyclonentstaubern zum Trennen der die Verunreinigungen enthaltenden Flüssigkeitströpfchen vom Gasstrom Gebrauch machen, weniger Eingangsenergie aufzuwenden ist.

Der Strom des verunreinigten Gases kann durch das Mischrohr entweder mittesl eines Ejektors für ein. kompressibles Fluid, bei dem es sich entweder um einen Dampf- oder einen Luft-Ejektor oder auch den Ejektor für ein anderes kompressibles Fluid, einschließlich für das verunreinigte Gas selbst, handeln kann, hindurchgetrieben werden oder, wenn der ganze

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Strom des veruiireinigten Gases in einen Ütrahl geformt wird, kann der Strahl ohne sekundären Gusstrom in das Mischrohr gerichtet werden. Wie unten mehr im einzelnen erläutert wird, können die Einleit- und Antriebsfunktionen stattdessen auch durch separat angetriebene Ventilatoren oder Gebläse ausgeführt werden. Wenn nur Festteilchen vorkommen, kann die Reinigungsfunktion durch speziell zerstäubte Wassertröpfchen ausgeführt werden,, Das Heinigungswasser braucht nicht behandelt oder erwärmt zu werden und es kann sich um gewöhnliches Leitungswasser oder aus dem System zurückgeführtes Wasser handeln«, Um Tröpfchen mit der Größe zu erzeugen, die zum Einfangen von Teilchen mit einer Größe von 1 am erforderlich ist, kann das Wasser zunächst mechanisch in Zerstäuberdüsen auf eine Zwischengröße und dann weiter durch Injektion in den aus Dampf, Luft, verunreinigtem Gas oder einem anderen kompressiblen Fluid gebildeten Strahl zerstäubt werden, der mit hoher Geschwindigkeit aus einer Düse austritt. Außer Wassertröpfchen hoher Geschwindigkeit zum Zusammenprall mit festen Teilchen wird eine Serie von Schockwellen erzeugt, die eine Vermischung und Kontakte erzwingen, wenn das kompressible Fluid durch den Strahl mit einem solchen Druck hindurchgetrieben wird, daß es mit Überschallgeschwindigkeit austritt»

Wenn der Gasstrom außer ^estteilchen auch Gase enthält, die entfernt werden sollen, wie beispielsweise Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff oder ähnliche Verunreinigungen, können dem Keinigungswasser chemische Reagenzien wie Kalk, Ammoniak, Natriumhydroxid und andere oder Kombinationen

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solcher Stoffe hinzugefügt werden, wie es in unserer US-PS 3 852 408 beschrieben ist.

In manchen Fällen kann es erwünscht sein, den verunreinigten Grasstrom vor der strahlbildenden Düse und der zum Indizieren des Wassers dienenden Einrichtung zu konditionieren. Ein solcher Konditionieren kann in einer Konditionierungskammer stattfinden, in der das verunreinigte Gas mit eingesprühter Flüssigkeit, vorzugsweise im Gegenstrom, unter Bedingungen in Kontakt gebracht wird, bei denen der Gasstrom eine geringe Geschwindigkeit hat. In der Konditionierungskammer wird gewöhnlich ein Teil der größeren Teilchen entfernt, während zugleich wenigstens einige der kleineren Teilchen angefeuchtet werden, so daß gewährleistet ist, daß praktisch alle restlichen Teilchen in den folgenden Abschnitten der Vorrichtung benetzt und eingefangen werden. Die Konditionierungskammer oder die zu ihr führenden Leitungen bilden auch einen geeigneten Platz zum Einführen von Chemikalien, wie beispielsweise gasförmiges oder flüssiges Ammoniak, die für die Eiiminierung gewisser Verunreinigungen benötigt werden.

Der Diffusor der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im wesentlichen eine Kammer mit zunehmendem Querschnitt, wie es allgemein üblich ist, obwohl die Rate der Querschnitts zunähme vorzugsweise etwas größer ist als gewöhnlich, wenn eine maximale Wiederherstellung des Druckes erwünscht ist. Innerhalb des Diffusors entßteht ein Flüssigkeitsstrom, weil sich eine große Anzahl der

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kleinen, die Verunreinigungen enthaltenden Tropfnhen zu größeren Tröpfchen vereinigen, die dann zur Bildung des Stromes ausfallen. Der Diffusor der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterscheidet sich von üblichen Diffusoren, die so ausgebildet ist, daß sie bei der Umwandlung des Geschwindigkeitsgefälles des Gases in ein Druckgefälle eine Trennung des Stromes vermeiden. Der Deflektor nahe dem Ausgangsende des Mischrohres bewirkt ein Ablenken der aus dem Mischrohr ausströmenden Mischung von einem Wandabschnitt des Diffusors, um so eine lokalisierte Trennung des Flusses zwischen den gasförmigen und flüssigen Komponenten der Mischung einzuleiten. Der Defelktor kann aus einem gasförmigen oder flüssigen Trennglied, einem mechanischen Trennglied oder beiden Trenngliedern bestehen. Die Punktion des Deflektors besteht darin, die Wassertröpfchen in einem Bereich, in welchem die lokalisierte Flußtrennung eingeleitet werden soll, von einem Oberflächenabschnitt des Diffusora hinweg und in Richtung auf einen gegenüberliegenden Flächenabschnitt abzulenken, während zugleich ein Hindernis geschaffen wird, an das sich stromab vom Deflektor ein Niederdruck-Bereich anschließt, um dadurch die Flußtrennung zu bewirken und die damit verbundene Loslösung der die Verunreinigungen enthaltenen Tröpfchen vom Gasstrom. Durch Umlenken des Stromes der Tröpfchen in Richtung auf den gegenüberliegenden Wandabschnitt des Diffusors und damit fort vom Ausgang des Diffusors, wird der Umkehrradius für die Tröpfchen in Richtung auf den Ausgang effektiv vermindert. Nachdem die Tröpfchen einmal in eine bestimmte Richtung gelenkt worden sind, haben

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sie die Tendenz, in dieser Richtung zu bleiben. Die Kombination von verminderter Geschwindigkeit und verschärftem Wenderadius begünstigt eine Verminderung der Mitnahme oder eine Trennung der Flüssigkeitströpfchen durch bzw. vom Gas. Innerhalb des Diffusors ist der Bereich des getrennten Flusses durch einen niedrigen Druck und durch Turbulenzen charakterisiert, die ihrerseits einen Rückstrom des Gases und aller noch mitgeführter Wassertröpfchen auf die Zone des niedrigsten Druckes dieses -Bereiches bewirken. Die Tröpfchen, die zu klein sind, um sich leicht vom Gasstrom zu trennen, bleiben in dem zurückfließenden turbulenten Gas und werden so zum Eingangsende des Diffusors zurückgebracht. Die zusätzliche Verweilzeit dieser kleinen Tröpfchen in dem turbulenten Niederdruckbereich des Diffusors erlaubt ein weiteres Anwachsen durch Zusammenprall, Kondensation oder Koaleszenz, bis eine Tröpfchengröße erreicht ist, bei der eine Trennung durch Schwerkraftwirkung gewährleistet ist. Es ist ersichtlich, daß bei dem erfindungsgemäßen Diffusor nicht der volle Druck wieder hergestellt wird, jedoch wird eine ausreichende Druckherstellung erzielt, um die zum Betrieb des Systems erforderliche Energie auf ein Minimum zu reduzieren. Der mechanische oder von einem Fluidstrom gebildete Deflektor wird vorzugsweise einstellbar gemacht, um seine flußtrennende Wirkung variieren und dadurch Variationen im Gasfluß, der Teilchenbelastung sowie im Ausmaß der erforderlichen Reinigung verändern und die Wirkungsweise der Ejektorpumpe regeln zu können.

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Die kombinierte Wirkung des einstellbaren Deflektors und der üblichen Einstellungen von Druck oder Druckdifferenz mit welchem bzw. welcher der Strahl des kompressiblen Fluids gebildet wird, die Einstellung der Menge des Wassers oder einer anderen Reinigungsflüssigkeit, die in den ütrom injiziert wird, sowie die konstruktive Wahl von Länge, Durchmesser und anderer Dimensionen aller Teile zur Behandlung eines geeigneten Bereiches solcher Variablen ermöglicht eine Einstellung der Masse und der Geschwindigkeit des Flusses dar Mischung durch das Mis ehr ohr <,

Die Trennung der die Verunreinigungen enthaltenen Tröpfchen vom Gasstrom kann weiterhin durch geeignete Schirme verbessert werden, die in einem Endrohr-Abschnitt stromabwärts vom Diffusor angeordnet sind. Der gereinigte Gasstrom kann unmittelbar aus dem Endrohr freigelassen oder durch eine Esse abgeführt werden.

V/eitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen

Pig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine

Ausführungsform einer Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann,

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch

den Bereich A der Vorrichtung nach Fig. i in vergrößertem Maßstab, der die Ejektordüse mit dem zugeordneten Fluidinjektor veranschaulicht,

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Fig. 3-Δ· und 3B einen Längs- bzw„ Querschnitt einer

vor dem Diffusor angeordneten Einrichtung zur Trennung der Fluidströme,

Fig. 4A und 4B einen Längs- "bzw. Querschnitt durch

eine Einrichtung zum Trennen der Fluidströme ähnlich den Fig. J>k und ^B, jedoch hinter dem Mischrohr angeordnet,

Fig. 5A- und 5B einen Längs- bzw. Querschnitt durch eine

vor dem Diffusor angeordnete Einrichtung zum Trennen der Fluidströme mit mehreren Düsen,

Fig. 6A und 6B einen Längs- bzw„ Querschnitt durch eine

andere Ausführungsform einer Einrichtung zur Trennung der Fluidströme,

Fig. 7-A- und 7^B einen Längs- bzw. Querschnitt durch eine

mechanische Trenneinrichtung, die am Eingang des Diffusors angeordnet ist,

Fig. 8Δ. und 8B einen Längs» bzw„ Querschnitt einer anderen

Ausführungsform einer mechanischen Trenneinrichtung, die einstellbar ist,

Fig. % und 9B einen Längs- bzw. Querschnitt durch eine

zweite Ausführungaform einer einstellbaren Trenneinrichtung,

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Fig. 1OA und 10B einen Längs- bzw. Querschnitt einer

Einrichtung zur Flußtrennung, die sowohl von . einer Fluideinrichtung als auch einer einstellbaren mechanischen Trenneinrichtung Gebrauch macht,

Fig«, 1OC eine Seitenansicht der Anordnung nach

den Fig. 1OA und 1OB,

Fig. 11A und 11B einen Längs- bzw. Querschnitt durch eine

einstellbare, mechanische Einrichtung zur Stromtrennung, die auch eine Dämpfung bewirkt,

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines mit

Dampf betriebenen Luftgebläses für einen Luft-Ejektorantrieb,

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines

elektrisch angetriebenen Luftgebläses für einen Luft-Ejektorantrieb,

Fig. 14 einen vertikalen Längsschnitt durch den

Diffusor einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer schematischen Darstellung des Gas- und Flüssigkeitsstromes im Diffusor,

Fig. 15 teilweise in Draufsicht und teilweise im

Schnitt die schematische Darstellung eines Systems von Gasreinigungseinheiten nach der Erfindung, die an eine vorhandene Esse angeschlossen sind,

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Fig. 16 teilweise in Draufsicht; und teilweise im

Schnitt eine Anordnung von mehreren Gasreinigiingseinheiten, welche an eine Esse über eine Sammelleitung angeschlossen sind,

Fig. 17 einen Vertikalschriitt durch eine senk

recht angeordnete Vorrichtung zur Gasreinigung nach der Erfindung,

Fig. 18 ein Vertikalschnitt durch eine Anordnung

von vertikal orientierten Gasreinigungseinheiten nach der Erfindung, die über eine Sammelleitung an eine einzige Esse angeschlossen sind,

Fig. 19 teilweise im Schnitt und teilweise in

schematischer Darstellung eine Vorrichtung nach der Erfindung, die an den Einlaß eines handelsüblichen Gebläses oder Kompressors angeschlossen ist,

Fig. 20 ein Diagx'amm, das die Wirkung der Benetz

barkeit der Teilchen auf das Verhältnis zwischen dem Teilchengehalt des behandelten Gases und dem Energiebedarf verans chaulicht,

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Fig. 21 ein Diagramm, das die Wirkung der Teil-

chendichte auf das Verhältnis zwischen Teilchengehalt des behandelten Gases und dem Energiebedarf veranschaulicht,

•Fig. 22 ein Diagramm, das die Wirkung der !Peil

chengröße auf das Verhältnis zwischen Teilchengehalt des behandelten Gases und dem Energiebedarf veranschaulicht,

Fig. 23 ein Diagramm, das die Wirkung der Menge

der mitgeführten Teilchen auf das Verhältnis zwischen Teilchengehalt des behandelten Gases und dem Energiebedarf veranschaulicht,

Fig. 24 ein Diagramm, das die Wirkung der Tempera

tur des ausgestoßenen Gases auf das Verhältnis zwischen dem Teilchengehalt des behandelten Gases und dem Energiebedarf veranschaulicht,

Fig. 25 ein Diagramm, das die Wirkung des Druckes

des Antriebsfluids auf das Verhältnis zwischen dem Teilchengehalt des behandelten Gases und dem Energiebedarf veranschaulicht,

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Fig. 26 einen Vertikalschnitt ähnlich Fig. 1

durch eine abgewandelte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig, 27 einen Vertikalschnitt ähnlich Fig. 26

durch eine nochmals abgewandelte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 28 einen Vertikalschnitt ähnlich Fig. 27

durch eine nochmals modifizierte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 29 eine in der Vorrichtung nach Fig. 27

nach links gerichtete Innenansicht eines Kopfstückes mit einer Vielzahl von Düsen, das in den Ausführungsformen nach den Fig. 27 und 28 verwendbar ist, und

Fig.. 30 ein Diagramm, das die Wirkung der

Antriebsvorrichtung für das verunreinigte Gas in der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht.

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Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung tritt das verunreinigte Gas oder zu reinigende Abgas durch die Leitung 10 in das System ein. Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist die Einlaßleitung 10 vertikal angeordnet und es tritt der Strom des verunreinigten Gases in das System von unten ein. Die Einlaßleitung 10 ist mit einem Flansch 12 versehen, der mit dem Flansch 14 eines reduzierenden Krümmers 16 zusammenpaßt. Der reduzierende Krümmer 16 ist speziell ao ausgebildet, daß er den Strom des verunreinigten Gases von der Leitung 10 zu einem Mischrohr 18 mit einem Minimum an Druckverlust umlenkt, während er zugleich den Träger für die Ejektor-Injjektor-Anordnung A bildet. Der reduzierende Krümmer 16 kann mit einem Mischrohr 18 durch zusammenpassende Flansche 20 und 22 verbunden sein. Am Krümmer 16 ist ein im wesentlichen zylindrischer Ansatz 24- angebracht, der durch eine Deckplatte 26 abgeschlossen und zum Krümmer hin offen ist. Durch den Ansatz 24 hindurch kann eine Flüssigkeitsleitung 28 und eine Fluidleitung 30 für Dampf, Luft oder ein anderes kompressibles Fluids hindurchgeführt sein. In der Flüssigkeitsleitung 28 und der Fluidleitung 30 sind &egelventile 32 und 34 angeordnet» Die Hegelventile 32 und können von Hand, durch Fernbedienung oder automatisch einstellbar sein, um bei Bedarf eine Anpassung an die Art und Menge des zugeführten verunreinigten Gases vornehmen zu können»

Die Ejektor-Iß^ektor-Anordnung A der Vorrichtung nach Fig. ist in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Fluidleitung 30 endet in einer Ejektordüse 36. Die Ejektordüse

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ist so ausgebildet und an das Mischrohr 18 so angepaßt, daß sie einen mit Überschallgeschwindigkeit austretenden Strahl aus Dampf, Luft oder einem anderen kompressiblen Fluid erzeugt, der sich als freier Strahl in den. Krümmer ausbreitet und auf die Innenwand des Mischrohres auftrifft, so daß er eine wirksame Kjektorpumpe bildet» Das Austrittsende der Injektordüse 36 ist von einem Flüssigkeitskanal umgeben« Der Flüssigkeitskanal 38 kann nach außen zweckmäßig durch ein fiingteil 40 verschlossen sein, an den die Flüssigkeitsleitung 28 angeschlossen ist. In der Vorderwand 44 des Kanals 38 sind auf den Umfang des Kanals verteilte, schräg angeordnete Gewindebohrungen 42 angebracht, die Zerstäubungsdüsen 46 aufnehmen. Die Zerstäubungsdüsen 46 sind auf dem Umfang der Ejektordüse 36 angeordnet und so ausgerichtet, daß ihre Achsen die Achse der -injektordüse in einem Punkte schneiden, der jenseits dea Austrittsendes der Injektordüse liegen. Die Zerstäuberdüsen 46 sind vorzugsweise zur Selbstreinigung ausgebildete Flachstrahldüsen, die in der Lage sind, Flüssigkeiten zu behandeln, die erhebliche Mengen an suspendiertem oder gelöstem Material enthalten. Die Düsen 46 sollen in der Lage sein, Flüssigkeiten in Tröpfchen mit einer Größe im Bereich von 100 bis 200 .im unmittelbar hinter dem Austritt jeder Düse zu zerstäuben»

Bei der Vorrichtung nach Fig_o 1 tritt der Strahl 56 aus der injektordüse 36 mit Überschallgeschwindigkeit aus und ist daher in der Lage, die Flüssigkeitströpfchen, die von den ^erstäubungsdüsen 46 gebildet werden, in eine große Anzahl von Tröpfchen weiter zu verteilen, welche

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die richtige Größe haben, um sein? feine 'feilchen wirksam einzufangen. Weiterhin führt die hohe Geschwindigkeit, welche den Tröpfchen von dein Strahl ^lp6 relativ zu dem Strom des verunreinigten Gases erteilt wird, zusammen mit der extremen Turbulenz, die an der Granzflache zwischen dem austretenden Strahl und dem Strom des verunreinigten Gases existiert, eine hochwirksame Mischzone innerhalb des Krümmers 16 und des Mischrohres 18, die ein .einfangen der in dem verunreinigten Gas enthaltenen Teilchen gewährleistet. Wenn es notwendig ist, aus dem verunreinigten Gas saure Gase zu entfernen, wie beispielsweise Schwefeldioxid, können basische chemische Stoffe, wie beispielsweise Kalk, Ammoniak in wässriger Lösung oder in wasserfreier Form oder Natriumhydroxid dem eingesprühten V/asser hinzugefügt werden« Wenn es dagegen erforderlich ist, aus dem Strom des verunreinigten Gases basische Substanzen zu entfernen, wie beispielsweise Ammoniak, kann ein saurer Stoff, wie beispielsweise Salpetersäure, dem Wasser hinzugefügt werden, das durch die Injektionsdüsen oder andere Sprühdüsen eingeführt wird. Andere Substanzen, wie organische Geruchsstoffe, die weder sauer noch basisch sind, können durch Oxydationsmittel, wie beispielsweise Oaliumpermanganat, entfernt werden, die dem injizierten Wasser beigemischt werden,. Die Gründe für die Wirksamkeit der ISjektor-Injektor-Anordnung beim lüinfangen von kleinen Teilchen gelten auch für die Heaktionen mit Gasen, so daß beide Arten von Verunreinigungen gleichzeitig gefangen werden können_e Weiterhin werden infolge der Bildung eines Überschallstrahles

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am ausgang der Injektordüse 36 Schockwellen stromabwärts von der Injektordüse angetroffen. Diese Schockwellen, die.plötzliche Unstetigkeiten im Druck und in der Temperatur des Strahles darstellen, begünstigen die Mischfähigkeit des Strahles und verbessern demnach weiter die Reinigungsfähigkeit des Systems sowohl für Peatteilchen als auch gasförmige Verunreinigungen,,

Obwohl Dampf ein sehr geeignetes Treibfluid für den injektor ist, wurde festgestellt, daß auch Luft mit Vorteil verwendet werden kann, obwohl größere Luftmengen erforderlich sind, um die gleiche Pump-, Zerstäubungsund Reinigungswirkung zu erzielen. So wurde beispielsweise festgestellt, daß anstelle von 0,1 kg Dampf, das zum Treiben von 1 kg verunreinigtem Gas benötigt wird, 0,17 "bis 0,20 kg Luft eingesetzt werden müssen, je nach dem Druckverhältnis zwischen Dampf und Luft, um das gleiche Ergebnis zu erzielen« Da jedoch die Kosten für Dampf zunehmen, wird ein Punkt erreicht, bei dem die Verwendung von Luft wirtschaftlicher wird, obwohl zusätzliche Einrichtungen erforderlich sind. Dies wird anhand der Fig. 12 und 13 noch näher erläutert. An dieser Stelle genügt die. Feststellung, daß der thermische Wirkungsgrad eines Dampf-ü'jektors im Bereich von 20 bis 25% liegt und die Kosten von Dampf erheblich sind, auch wenn Dampf unmittelbar benutzt werden kann, um die Antriebsfunktion in einem Gasreiriigungssystem zu erfüllen, wie es in der US-PS 5 852 409 beschrieben ist. Andererseits liegt der thermische Wirkungsgrad einer gut konstruierten Dampfturbine im Bereich von 80% und

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ν*

es kann der mechanische Wirkungsgrad eines Luftgebläses 90% überschreiten. Wie in E¹Xg. 12 dargestellt, kann Dampf in einem Boiler 48 erzeugt und zum Antrieb einer Dampfturbine 50 benutzt werden, die ihrerseits mechanisch mit einem Gebläse 52 gekoppelt ist, das in der Lage ist, Luft mit einem Druck im Bereich von 2 Bar der Injektordüse 36 zuzuführen. Es versteht sich, daß auch mit anderen Drücken arbeitende Gebläse benutzt werden können. Infolge des höheren Wirkungsgrades des Turbinen-Gebläse-Systems können die Gesamtkosten zum Antrieb der verunreinigten Gase durch Luft bedeutend geringer als bei einem direkten Dampfantrieb, trotz der Notwendigkeit, zusätzliche Einrichtungen anzuschaffen und zu unterhaltene So wurde beispielsweise festgestellt, daß der Dampfbedarf von 0,06 kg zum Antrieb von 1 kg Gas bei direktem Dampfantrieb in einem gut ausgebildeten Ejektor auf nur etwa 0,024 kg bei gleichen Reinigungsund Pumpergebnissen reduziert werden konnte, wenn der Dampf zum Antrieb einer Dampfturbinen-Gebläse-Kombination nach Fig. 12 verwendet wurde. Bei manchen industriellen Anlagen kann elektrische Leistung leichter oder wirtschaftlicher als primäres Antriebsmittel zur Verfügung stehen als Dampf. In diesem Fall kann es wirksamer sein, ein Luftgebläse 54 durch einen Elektromotor 55 anzutreiben, wie es Fig. 13 zeigt, um dem Ejektor 36 Druckluft zuzuführen. Unter anderen Umständen kann das Verfahren "pumpgeregelt" sein, d.h., daß mehr Energie für das Pumpen als für das Reinigen erforderlich ist. Wenn diese Verhältnisse vorliegen, kann es wirtschaftlicher sein, zusätzliche Ventilatoren oder Gebläse einzusetzen

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als die zusätzliche Pumpenergie durch den Ejektor zu liefern. Die in die Gebläse 52 oder 5^ eintretende Luft kann Umgebungsluft oder auch gereinigtes Abgas sein, das von einem ündrohr 62 oder einer Esse 112 zurückgeführt wird«,

Wb wieder aus Fig. 1 ersichtlich, berührt der aus dem Ejektor 36 austretende Strahl 56 das Mischrohr 18 im Umfangsbereich 58, der auch als "Fangzone" bekannt ist. Wie oben erläutert, muß das verunreinigte Gas den Strahl durchdringen und mit dem Strahl vermischt werden, damit es über den axialen Bereich hinausgelangen kann, der der Fangzone entspricht. Daher sind jenseits der Fangzone 58 im wesentlichen alle feinen Teilchen in kleine Wassertröpfchen eingeschlossen, die auch die Reaktionsprodukte enthalten können, die bei der Entfernung schädlicher Gase entstehen. Die kleinen Tröpfchen haben jedoch nicht notwendig alle gleiche Geschwindigkeiten und werden daher auch weiterhin miteinander und der Innenfläche des Mischrohres kollidieren, so daß sie sich zu einer kleineren Anzahl größerer Tröpfchen vereinigen. Wie in der US-PS 5 852 409 ausgeführt, wird dem Mischrohr eine solche Länge gegeben, daß die an seinem Ende vorhandenen Tröpfchen eine Größe haben, die eine Abtrennung der Tröpfchen von dem gereinigten Gas mittels eines Cyclonentstaubers ermöglicht. Obwohl ein Cyclonentstauber eine wirksame Einrichtung zum Abtrennen von Wassertröpfchen ist, handelt es sich hierbei um einen relativ kostspieligen Bestandteil der Einrichtung und führt einen beträchtlichen Druckabfall in das System ein, der gewöhnlich im Bereich von 12 bis 25 cm Wassersäule liegt. Die Betriebskosten

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eines Heinigungssystems sind ein« Funkti on des Druck-Verlustes, der im System stattfindet. Obwohl das in der US-PS 3 852 409 bereits einen erheblichen Fortschritt gegenüber Hochenergie-Naßentstaubern darstellt, bei denen Druckabfälle im Bereich von 100 cm Wassersäule und mehr stattfinden, ist der in einem Gyclon auftretende Druckverlust ein begrenzender Faktor»

Die Erfindung macht es möglich, relativ kleine, Verunreinigungen enthaltende Tröpfchen von einem Gas zu trennen, ohne einen Druckverlust zu verursachen, wie er bei bekannten Cyclon-Ents taubem auftritt. Wie aus Figo 1 ersichtlich, wird zu diesem Zweck ein Diffusor verwendet, der mit dem Ausgang des Mischrohres 18 in Verbindung steht und am Mischrohr befestigt ist, beispielsweise durch zusammenpassende Flansche 21 und 25» Am entgegengesetzten Ende mündet der Diffusor 60 in ein Endrohr 62. Der Diffusor hat vorzugsweise einen Divergenswinkel im Bereich zwischen 7 und 15°, vorzugsweise von 10°, und weist ein Verhältnis von Austritt sf lache zu Eintritssflache auf, das ausreichend groß ist, um die mittlere Geschwindigkeit der Mischung von etwa 60 m/s und mehr am Eingang des Diffusors auf eine Geschwindigkeit zu reduzieren, die vorzugsweise im Bereich von 3 bis 6 m/s liegt. Die Abnahme der Geschwindigkeit hat einen Druckanstieg oder eine Wiederherstellung des Druckes gemäß dem Bernoullischen Gesetz zur Folge. Gleichzeitig wird die Verweilzeit des Gases und der Viassertröpfchen in dem Diffusor erhöht, so daß eine Trennung durch Gravitationskräfte und eine weitere

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Zunahme der Tröpfchengröße durch Kollisionen möglich istο Bei einer Einheit, die eine nominelle Kapazität von'500 kg Gas pro Minute aufweist und ein Mischrohr mit einem Durchmesser von 45,00 cm verwendet, wird bevorzugt ein konischer Diffusor mit einem Steigungswinkel von 10°, einem Eingangsdurchmesser von 45,00 cm, einem Ausgangsdurchmesser von 141,57 cm und einer auf der Achse gemessenen Länge von 273,87 cm benutzt.

Es wurde jedoch festgestellt, daß die Verwendung eines Diffusors in der üblichen Weise allein nicht so wirksam ist wie die Verwendung des langgestreckten Mischrohres und des Cyclon-Entstaubers nach der US-PS 3 852 409, weil manche Tröpfchen die Tendenz haben, von dem Gas erneut mitgenommen zu werden, bevor es den Diffusor verläßtβ Demgemäß wurde der Diffusor so modifiziert, daß eine teilweise Stromtrennung der Gas-Flüssigkeits-Mischung von einem Bereich des Diffusors stattfindet, mit dem Ergebnis, daß eine beachtenswert wirksame Trennung der Flüssigkeit vom Gas eilein im Diffusor erzielt wird.

Die partielle Flußtrennung wird durch Einschalten eines Hindernisses nahe dem Eingang des Diffusors erzielt, durch das ein turbulenter Unterdruckbereich, erzeugt und eine Trennung der Mischung von einem Teil der Diffusorwandung eingeleitet wird. Gleichzeitig dient das Hindernis zu einer Umlenkung der Flüssigkeitströpfchen auf den gegenüberliegenden Wandabschnitt des Diffusors. In Fig. 1 ist ein solches Hindernis schematisch in Form einer Fluiddrossel 64 und einer mechanischen Drossel 66 dargestellt·

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Beide Drosseln sind nahe dem Eintritt in den Diffusor angeordnet. Wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird, kann Jede der beiden Einrichtungen allein oder auch eine Kombination beider -Einrichtungen benutzt werden und es können beide Einrichtungen verschiedene bevorzugte Formen annehmen. Auch der Ort der Anbringung kann nach Bedarf verändert werden.

Eine Form einer Einrichtung zur Stromtrennung, die für die Verwendung in einer erfindungagemäßen "Vorrichtung geeignet ist» ist in den Fig„ 3A und 3B dargestellt. Es handelt sich um eine Fluiddroasel 64, die benachbart zum Eingang des Diffusors 60 und vorzugsweise nahe dem Ausgangsende des Mischrohres 18 angeordnet ist_o Die Drossel wird durch das Anordnen einer Fluiddüae 68 in der Wandung des Mischrohres 18 an der obersten. Stelle des Mischrohres gebildet, wenn ein horizontal ausgerichtetes Mischrohr verwendet wird» Vorzugsweise bildet die Fluiddüse 68 die Drossel 64 als Fluidvorhang, der aus relativ großen Tropfen einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder einer anderen wässrigen Flüssigkeit besteht und sich über das Mischrohr nahe dem Eingang des Diffusors erstreckt. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung einer Flachstrahldüse 68 mit großem Winkel erfolgen· Die Anwendung einer einzigen Düse reicht aus, wenn der Durchmesser des Mischrohres nicht größer als etwa 30 cm ist. Wenn dagegen Mischrohre mit größeren Durchmessern verwendet werden, können zwei oder mehr Düsen verwendet werden, die symmetrisch in bezug auf das Zentrum dee Mischrohres 18 angeordnet sind, wie es die Fig. 5A und 5B zeigen. Die Wechselwirkung zwischen dem Flüssigkeitsvorhang 64 und der Mischung aus Gas und Wassertröpfchen,

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-er

das Mischrohr entlangfließt, hat die Tendenz, den Fluidvorhang 64 in im wesentlichen parabolischer Form auszulenken und zugleich die Tröpfchen in der Mischung in Richtung auf die untere Wand des Diffusors abzulenken. Weiterhin werden zusätzliche Tröpfchenkollisionen ausgelöst, welche das Wachsen und das Zusammenballen der Tröpfchen begünstigen· Wie die Fig. 4A und 4B zeigen, kann die Düse 68 auch im Eingangsabschnitt des Diffusors 60 angeordnet sein, wenngleich auch die Düse vorzugsweise am Ende des Mischrohres angeordnet wird, wie es Fig. 3A zeigt.

Wie die Fig. 3B und 4B zeigen, füllt der von der Düse ausgehende Fluidvorhang 64 den Querschnitt des Mischrohres 18 nicht vollständig aus. Obwohl diese Form der Trenneinrichtung die partielle Abtrennung des Stromes im Diffusor 60 wirksam einleitet, ist sie nicht bezüglich der zusätzlichen Funktion der Umlenkung des Tröpfchenstromes voll wirksam, der in der das Mischrohr durchfließenden Mischung enthalten ist. Bei der alternativen Ausführungsform der Trenneinrichtung, die in den Fig. 6A und 6B dargestellt ist, ist die Düse 68 radial vom Zentrum des Mischrohres 18 entfernt in einem angesetzten Gehäuse angeordnet, das mit dem Umfang des Mischrohres 18 in Verbindung steht. Bei dieser Anordnung bildet der von der Düse 68 ausgehende fächerförmige Strahl einen Fluidvorhang 64, der über dem Querschnitt des Mischrohres im wesentlichen gleichförmig ist.

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Es wurde eine Reihe von Testa durchgeführt, um die Wirkung von zerstäubtem Wasser als Fluidvorhang 64-der gerade beschriebenen Art auf die Flußtrennung und die Tröpfchenvergrößerung festzustellen,. Dabei wurden erhebliche Vorteile einer solchen Wasserzugabe gefunden. Bei dieses Tests wurde keine mechanische Drossel benutzt. Beispielsweise betrug bei einem Versuchslauf, der ohne Wasser-Treimeinrichtung durchgeführt wurde, die Staubbelastung des gereinigten Gases noch etwa 90 mg/Norm-m ο Nach Zugabe von 0,4· kg Wasser pro kg Gas fiel die Staubbelastung am Ausgang auf etwa 4-5 mg/Norm-nr ab· Allgemein wurde das Minimum der Staubbelastung des gereinigten Gases erzielt, wenn Wassermengen im Bereich von 0,4- bis 0,8 kg Wasser pro kg Gas eingesetzt wurden«, Andere Versuche zeigten die Bedeutung der Anordnung des Fluid Vorhanges 64- nahe der Verbindungsstelle zwischen dem Mischrohr 18 und dem Diffusor 60« Wenn etwa 0,5 kg Wasser pro kg Gas nahe dem Ausgangsende des Diffusors eingeführt wurden, betrug die Staubbelastung des abgeführten Gases 316 mg/Norm-m . Wenn im wesentlichen die gleiche Menge an V/asser nahe dem Ausgang des Mischrohres 18 eingeführt wurde, fiel die gemessene St«ubbelastung im freigesetzten Gas auf etwa 80 mg/Norm-nr ab.

Das Einfügen des Fluid-Vorhanges 64- beeinflußt jedoch die Pumpkapazität der Vorrichtung in der Weise, daß das Pumpvermögen bei einer konstanten Energiezufuhr abnimmt, wenn die durch den Fluid-Vorhang bewirkte Drosselung größer wird«, Ebenso nimmt die Pumpkapazität ab, wie der Druckabfall an «jeder durch den Fluid-Vorhang gegebenen Drosselung zunimmt. Beide Faktoren werden durch die in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Daten veranschaulicht:

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TABELLE 1

Wirkung des Fluidvorhanges auf das Pumpvermögen

Versuchslauf

O to CO

105-1

-2

-3

-5
-6

106-1
-2

-3
-4

-5
-6

107-1
-2

-3

-4

-5
-6

Ejektor-

Dampfmenge

(kg/min)

Gepumptes

Gas (kg/min)

i:ä , Dampf kg Dampf/ kg Gas

3i167 3,167 3,167 3,167 3,167 3,167

3,167 3,167 3,167 3,167 3,167 3,167

3,167 3,167 3,167 3,167 3,167 3,167

47,1

39,9 35,8 31,5 26,9

46,6

41,7 38,0 33,2 29,8

25,5

42,6 38,8 35,2 29,8 25,7 21,7

c 067 .073 .080 ο 089 • 101 .120

.068

ο 076

.083

.095 .106

.124

.074 c 082 c 090 ο 106 .124 .146

Druckabfall	Drosselwasser
(cm Wassers·)	(kg/min)
0	0
-5	0
-10	0
-15	0
-20	0
-25	0
0	6,35
-5	6,35
-10	6,35
-15	6,35
-20	6,35
-25	6,35
0	17,24
-5	17,24
-10	17,24
-15	17,24
-20	17,24
-25	17,24

cn cn K) CO

Ea wurde auch die Wirkung einer mechanischen Drosselung allein auf die Flußtrennung im Diffusor untersucht. Eine Einrichtung, welche eine feste Drosselung bewirkt, ist in den Fig. TA- und 7B dargestellt. Diese Einrichtung umfaßt eine Drosselplatte 72, die einen gekrümmten inneren Rand 73 hat, der zur Krümmung des Mischrohres 18 exzentrisch oder elliptisch verläuft. Die Drosselplatte kann in geeigneter Weise am Ende des Mischrohres 18 oder zwischen den Flanschen 21 und 23, die das Mischrohr 18 und den Diffusor 60 verbinden, angebracht sein» Die Drosselplatte 72 ist so angeordnet, daß sie ein Hindernis nur in dem oberen Bereich der horizontal angeordneten Mischrohres 18 bildet. Eine andere Form einer Trenneinrichtung zeigen die Fig₀ 8A und 8B₀ Bei diesem Beispiel umfaßt die Trenneinrichtung eine ebene Platte mit einem geradlinigen inneren Rand 75· ^Di^Q Platte 7^- ist in einer Stopfbüchse 76 verschiebbar gelagert, die an der Außenseite des Mischrohres 18 angebracht ist₉ Die Radialstellung des Randes 75 der Platte 74 kann durch einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder 78 oder eine sonstige Einrichtung verändert werden. Fig. 8B läßt erkennen, daß die Plätte 74· sich über ein Segment des kreisförmigen Querschnittes des Mischrohres 18 erstreckt und in dem Mischrohr einen Rückstau erzeugt. Gleichzeitig wird auf der stromabwärts gelegenen Seite der Platte 74-ein Bereich niederen Druckes sowie eine Turbulenzzone erzeugt, die durch Wirbel zwischen der Niederdruckzone und dem übrigen Teil des Diffusors gekennzeichnet ist« Um eine Flußtrennung einzuleiten, ohne einen größeren Rückstau als nötig zu erzeugen, kann es förderlich sein, eine Platte 79 zu verwenden, die im wesentlichen mit der

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Platte 74 der Vorrichtung nach den Fig. 8A und 8B identisch ist, jedoch einen bogenförmigen unteren Rand 80 aufweist, wie es die Fig_o 9A und 9B zeigen,, Im betrieb kann die Stellung der Platte 74 nach den Fig. 8A und 8B oder der Platte 79 nach den Fig. 9A und 9B mit Hilfe des Zylinders 78 so geregelt werden, daß die Platte in einem Maß in das Mischrohr 18 hineinragt, welches ausreicht, um den Druckanstieg oder "Rückstau" zu erzeugen, der erforderlich ist, damit der Ejektor zusammen mit dem Mischrohr 18 in die gewünschte Wechselwirkung zum Einfangen der Teilchen tritt. Danach kann die Platte 74- oder 79 auf eine Stellung zurückgezogen werden, die bei angemessener Fluß— trennung ein Minimum an Rückstau ergibt„

Die in den Fig. 7-A-» 8A und 9k dargestellten Ausführungsformen mechanischer Trennglieder bilden alle eine Flußdrossel oder ein Hindernis, das im wesentlichen senkrecht zur Flußrichtung der Gas- und Wassermischung im Mischrohr steht. Es ist jedoch erwünscht, eine Trennung der Tröpfchen von der Mischung an einer frühen Stelle einzuleiten. Aus diesem Grund ist es nützlich, Einrichtungen vorzusehen, um den Strom der Wassertröpfchen mit einem minimalen Energieverbrauch abzulenken. Wie die Fig. 10A, 1OB und 1OG zeigen, kann dieses Umlenken mit einer Trennplatte erfolgen, die an einer Welle 84 befestigt ist, die in dem Mischrohr 18 schwenkbar gelagert ist. Die Stellung der Trennplatte 82 kann mit Hilfe eines Armes 86 eingestellt werden, der in einer gewünschten Stellung durch eine Klemmschraube 88 gehalten werden kann,-die in einen

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265236&^ö>

Schlitz 90 in einer Klemmplatte 92 eingreift. Typische Testdaten für die mechanische Trennplatte allein zeigen an, daß eine Erhöhung des Plattenwinkels von 20 auf 30° den Teilchengehalt im ausgestoßenen Gas von 1J?8 auf 96 mg/ Normal-nr reduziert« Obwohl die Trennplatte in Fig. 10 als von Hand einstellbar dargestellt ist, versteht es sich, daß die Trennplatte 82 durch einen Fluidzylinder verstellt werden kann, wie er in den Fig. 8A und 9A dargestellt ist. Weiterhin kann ein solcher Fluidzylinder automatisch in Abhängigkeit von Signalen betätigt werden, die von einem beliebigen der Parameter des Systems abgeleitet werden, wie beispielsweise der Durchsatzmenge des Gases, des Druckes oder des Druckabfalles an jeder Stelle des Systems.

In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, due Fluid-Trenneinrichtungen und die mechanischen Trenneinrichtungen in Kombination anzuwenden, weil beide Einrichtungen zum Abtrennen der die Verunreinigungen enthaltenden Tröpfchen in einer etwas anderen Weise beitragen, wobei sich die Wirkungen ergänzen. So kann jede der Einrichtungen nach den Fig. 3A bis 6A mit einer der mechanischen Einrichtungen nach den Fig. ¹Jk bis 1OA kombiniert werden« Durch Anwendung beider Einrichtungen in Kombination ist eine flexible Regelung möglich und es können die Einstellungen so getroffen werden, daß im Hinblick auf das gewünschte Ausmaß der Reinigung ein minimaler Verbrauch an Energie und Ausgangsstoffen erzielt wird. Eine solche Kombination ist in den Fig. 10A, 1OB und 100 dargestellt, in denen

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-3fr-

eine Düse 68 einer der beschriebenen Arten in einer als Beispiel gewählten, möglichen Stellung veranschaulicht ist. Wie diese Figuren zeigen, können die Fluid-Trenneinrichtungen und mechanischen Trenneinrichtungen zusammen mit dem Mischrohr als gesonderte Baueinheit hergestellt werden, die von dem reduzierenden Krümmer 16 und dem Diffusor 60 getrennt ist, um den Aufbau der Einrichtung zu vereinfachen.

Die Wirkung einer Änderung des Winkels des mechanischen Trenngliedes unter Beibehaltung eines Fluidvorhanges als Trenneinrichtung wurde ebenfalls überprüfte Bei einer solchen Überprüfung erhaltene, beispielhafte Daten sind in den folgenden Tabellen 2 und 3 angegeben. Die Daten in der Tabelle 2 zeigen, daß in gewissen Grenzen durch "Vergrößern des Ausmaßes der Einschnürung eine verbesserte Reinigung erzielt werden kann. Die Daten in den Tabellen 1 und 3 zeigen jedoch, daß das Pumpvermögen abnimmt, wenn die durch den Fluidvorhang bedingte und die mechanische Drosselung bei konstanter Energiezufuhr zunehmen. Allerdings hat, wie ebenfalls Tabelle 3 zeigt, in den Grenzen des Systems eine Erhöhung der zugeführten Energie ein verstärktes Pumpen oder einen größeren Druckabfall zur Folge.

70 9823/066 2

TABELLE 2

Wirkung der mechanischen Drosselung auf die Emission

	Versuchslauf	Eingabe in den
		Fluidseparator
		(kg Wasser/kg Gas)
-4
CO
00	100	o244
ro
co ■>*	99	.246
O
CD	98	.239
O)
fs>	96	ο 247
	97	ο 245

Winkelstellung des mechanischen Separators (° gegenüber der Horizontalen)

ο'- , Dampf
(kg Dampf/kg Gas)

Emission -, (mg/Norm-nr)

15^C

30^c

45^C 60^c

.145
ο 145
.139

.144

.143

85 87 71 50 ,

50 f

CP

cn ro co

CP

cn

TABELLE 3 Wirkung der Fluiddrosseiung und des Energieeinsatzes auf das Pumpvermögen

Versuchslauf

Bjektor-

Dampfmenge

(kg/min)

Gepumptes Gas (kg/min)

.■ , Dampf

(kg Dampf/kg Gas)

Druck- Winkelabfall stellung (an des mecha-Wassers.) ni s chen

Separators

Drosselwasser (kg/min)

109-1	O	-5	3,167	86c5
	00	-4	3,167	79.4
	NJ	-3	3,167	71 c4
	<*»	-2	3,167	62o2
	O	-1	3,167	57o1
	φ		3,167	48o5
-2		3,167	81.4
-3	3,167	74o1
-4	3,167	65°7
-5	3,167	61o8
-6	3,167	54« 2
108-1	3,167	48o3
	4,279	113c4
	4,279	107*1
	4,279	96o2
	4,279	90.8
	4,279	76.8
-2	4,279	70o4
-3
-5
-6
110-6

.081 c 088 .098 .112 .122 ο 144

_O086 0094 ο 106 .113 0I29 .144

.083 „088 .098 .104 .123 .134

0	30	6,35	fm	to
-2	30	6,35	«fr	O
-4	30	6,35		cn
-6	30	6,35		CO
-8	30	6,35		CD
-10	30	6,35		cn
0	30	17,24
-2	30	17,24
_4	30	17,24
-6	30	17,24
-8	30	17,24
-10	30	17,24
0	30	6,35
-2	30	6,35
-4	30	6,35
-6	30	6,35
-8	30	6,35
-10	30	6,35

Obwohl die durchgeführten Untersuchungen gezeigt haben, daß in einem gewissen Bereich sowohl die Drosselung durch ein Fluid als auch die mechanische Drosselung eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Reinigungsvorganges bewirken, beispielsweise dazu führen, daß die gewünschten Reinigungsergebnisse mit einem Minimum an Energieverbrauch erzielt werden, versteht es sich, daß der genaue Abgleich der beiden Drosselungen von den Kosten und der Verfügbarkeit von Wasser am Betriebsort sowie von der Natur der zu behandelnden Abgase abhängte

Wie oben angegeben, macht die erfindungsgemäße Vorrichtung von einem Ejektor 36 für ein kompressibles Fluid Gebrauch, bei dem es sich um einen Dampf-Ejektor, einen Luft-Ejektor oder den Ejektor eines anderen kompresaiblen Fluids handeln kann· Die Wahl zwischen der Anwendung von Dampf oder Luft wird gewöhnlich von wirtschaftlichen Betrachtungen für die Gesamtanlage bestimmte Allgemein wird die Anwendung von Luft angezeigt sein, wenn die Kosten für Dampf 0,75 $ pro 5OO kg Dampf pro Minute überschreiten,, Die Wahl des Druckes, mit dem Luft dem Ejektor 36 zugeführt wird, wird ebenfalls durch wirtschaftliche Betrachtungen bestimmt. Allgemein ist ein Gebläse, das dazu ausgebildet ist, eine gewisse, durch ihr Gewicht bestimmte Menge an Luft bei etwa 2 Bar zu liefern, für sehr viel geringere Kosten zu bekommen und zu unterhalten als ein Gebläse, das Luft mit einem erheblich höheren Druck liefert. Die Notwendigkeit, zum Transport von Luft mit niedrigerem Druck Leitungen mit größerem Querschnitt zu verwenden, kann jedoch bezüglich der Kosten und des Raumbedarfes diesen offensichtlichen Vorteil vermindern. Wenn Luft benutzt wird,

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wird die injizierte Luft zu dem zu behandelnden .Gas addierte Da Luft nicht kondensierbar ist, muß die Einrichtung entsprechend bemessen werden. Wie die folgende Tabelle 4 zeigt, wird auf Gewichtsbasis 1,7 his 2,0 mal so viel Luft als Antriebsfluid wie Dampf benötigt, wenn die gleichen Ergebnisse wie mit Dampf erreicht werden sollen,»

TABELLE 4

184	Dampf	• 110
183	Luft	.250
167	Dampf	0106
169	Luft	0 206

Versuchs- Antriebs- </ , Antriebs- Druck- Emission

lauf fluid fluid abfall (mg/Norm-

(kg Fluid/kg Gas) (cm H₂O) m?)

-15 69 -19,5 62 -10 78 -8,25 85

Um starke Schwankungen im Strom des verunreinigten Gases aufnehmen und einen kontinuierlichen Betrieb des Systems gewährleisten zu können, selbst während Zeiten der Wartung oder Reparatur, kann es erwünscht sein, ein modulares System anzuwenden, bei dem der Strom des verunreinigten Gases zur Behandlung in eine Anzahl von Teilströmen aufgespalten wird. In diesem Fall wird die Große und die Zahl der Module so gewählt, daß die Gestehungskosten des Gesamtsystems auf ein Minimum reduziert werden und zugleich die Anforderungen für einen kontinuierlichen

ο/ α

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Betrieb erfüllt werden« V/enn mehrere Module vorhanden sind und nicht alle Module zu einer gegebenen Zeit benötigt werden, ist es erwünscht, den Durchfluß des verunreinigten Gases durch nichtarbeitende Module abzusperren. Dies kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch eine geeignete Modifikation der mechanischen Trenneinrichtung erfolgen, wie sie als Beispiel in den Fig. 11A und 11B veranschaulicht ist. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 11A und 11B ist ein Mischrohr 218, das im übrigen dem Mischrohr 18 gleich ist, durch Einfügen eines Übergangs ab schnitt es 94- modifiziert, der sich vorzugsweise an den Fangabschnitt 58 anschließt und in dessen Bereich der runde Querschnitt des Fangbereiches 58 in eine Rechteckform 100 geändert wird. Die Trennplatte 96 kann dann ebenfalls rechteckig ausgebildet und um eine Welle 98 schwenkbar sein, die in den Wandungen des rechteckigen Abschnittes des Mischrohres gelagert ist, welcher dem Übergangs abschnitt 94-folgt. Die Trennplatte 96 hat von der Welle 98 bis zu ihrer unteren Kante 99 eine solche Länge, daß in der Vertikalstellung die untere Kante 99 eine Abdichtung gegenüber der unteren Wand des rechteckigen Abschnittes bewirkt. Die Platte 96 wirkt so als Dämpfer, der einen Durchfluß des Gases durch das System verhindert. Um eine vollständige Flexibilität im Betrieb in Verbindung mit einer einfachen Konstruktion zu erzielen, kann auch eine Fluid-Trenneinrichtung verwendet werden., Hierbei können der Übergangsabschnitt 94-, die Fluid-Trenneinrichtung und die mechanische Trenneinrichtung in einer Einheit kombiniert werden, die der Einheit nach den Fig„ 1OA bis 100 ähnlich ist.

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265236b

V/enn das Mischrohr 18 in einem rechteckigen Querschnitt endet, wie es Fig_o 11 zeigt, wird vorzugsweise ein Diffusor 260 verwendet, der im Hinblick auf eine einfache Fertigung und eine einfache Konstruktion ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt hat» Diese Vorteile eines rechteckigen Diffusors nehmen mit der Größe des Diffusors zu.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ateht der Diffusor 60 mit einem Endrohr 62 in Verbindung, das allgemein einen größeren Querschnitt aufweist als das Austrittsende des Diffusors 60. Allgemein hat das Endrohr 62 die gleiche Form wie das Austrittsende des Diffusors 60, d„he es kann rund, elliptisch oder rechteckig sein, und ist durch eine flache Endplatte 102 abgeschlossen. Um die Reinigung und Inspektion zu vereinfachen, kann in der -Endplatte 102 eine Tür 104 vorgesehen sein» In dem unteren Abschnitt des -Endrohres 62 kann eine unter einem Winkel angeordnete Leitplatte 106 angebracht sein, die sowohl von dem Boden 108 als auch der Endplatte 102 des Endrohres 62 getrennt ist. Die Leitplatte 106 ist so angeordnet und ausgebildet, daß sie mit den Wandungen des Endrohres 62 einen Kanal für den Durchtritt der Aufschlämmung bildet, die aus dem verunreinigten Wasser besteht, das aus der in den Diffusor eingeleiteten Gas-Wasser-Mischung abgetrennt wurde» Die Aufschlämmung verläßt das System durch einen Ablauf 110„ Es versteht sich, daß weiteres Wasser, das von dem Gasstrom im Endrohr 62 getrennt wird, an der Leitplatte 106 entlang zur Endwand 102 des Endrohres und von dort in den Ablauf 110 fließt.

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Das gereinigte Gas verläßt das iJndrohr 62 durch eine Esse 112, die mit dem oberen Abschnitt des Endrohres 62 in Verbindung steht. Vorzugsweise ist die Esse 112 mit einem nach unten gerichteten Schirm 114 an seiner stromauf gerichteten Seite versehen, um ein Mitführen von Tröpfchen zu verhindern, die noch nicht in Richtung auf den Bodenbereich des Diffusors 60 und des Endrohres 62 abgelenkt worden sind_o Die Esse 112 kann jede beliebige Höhe haben, weil sie nicht zur Zugerzeugung oder eine Dispersion von Abgasen benötigt wird· Wenn jedoch eine Essezur Verfügung steht, kann sie in vorteilhafter Weise zur Erzeugung eines Zuges dienen und dadurch die vom Ejektor geforderte Pumpleistung vermindern· Es versteht sich, daß allgemein wenigstens das Vorhandensein einer kurzen Esse erwünscht ist, um zu verhindern, daß zufällig Fremdkörper in das Endrohr oder den Diffusor gelangen.

Fig. 14 veranschaulicht in etwas vergrößertem Maßstab und in schematischer V/eise die Art der Strömung, die sich vermutlich im Diffusor 60 der erfindungsgemäßen Vorrichtung einstellt. Zur Veranschaulichung ist sowohl eine Fluid-Trenneinrichtung 64 mit ihrer Düse 68 undeine mechanische Trenneinrichtung 66 dargestellt, obwohl es sich versteht, daß jede Einrichtung allein verwendet werden könnte_o

Die aus Gas und die Verunreinigungen enthaltenden Wassertröpfchen bestehende Mischung 116, die das Mischrohr 18 durchströmt, trifft zuerst auf die Fluid-Trenneinrichtung 64., die vorzugsweise aus einem Vorhang aus Wassertröpfchen besteht, der von einer oder mehreren Düsen 68

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erzeugt wird, die sich in dei· Wand des uiüchrohres befinden. ^s wird angenommen, daß die Wirkung der aus Gas und Wassertröpfchen bestehenden !»ischung auf den Fluidvorhang 64 zu einem seitlichen Auslenkeri des Fluidvo2?hanges führt, wie es Fig. 14 zeigt, und gleichzeitig ein Auslenken der Wassez'tröpfchen aus der Mischung 116 nach unten eingeleitet wird» Ein gleicher Effekt wird von der mechanischen Trenneinrichtung 66 erzeugt. Als Ergebnis haben die Tröpfchen 118 die Tendenz, infolge von Kollisionen miteinander und mit der Wand des Difi'usors 60 größer zu werden und in der Anzahl abzunehmen. Daher bildet sich ein Strom 120 aus Verunreinigungen enthaltendem Wasser an der unteren Wand des Diffusors 60.

Stromabwärts von den Trenneinrichtungen 64 und 66 wird ein Unterdruckbereich 122 gebildet, weil die Mischung 116 von den Trenneinrichtungen gezwungen wird, sich von dem oberen Abschnitt des Diffusors 60 zu trennen, wie es in Fig. 14 dargestellt ist. Ks wird angenommen, daß allgemein in dem oberen Abschnitt des Diffusors 60 ein Bereich verminderten Druckes existiert, der durch einen Rückstrom des Gases vom Ausgangsende des Diffusors in Hichtung auf den Niederdruckbereich 122 im oberen Abschnitt des Eintrittsendes charakterisiert ist. Da der Hauptstrom des Gases auf den Ausgang des Diffusors gerichtet ist, wird angenommen, daß sich im oberen Bereich des Diffusors eine Reihe von Wirbeln 124 bildet, die in Richtung auf das Eintrittsende des Diffusors wandern. Es wird angenommen, daß kleine Tröpfchen, die sich noch nicht von der Mischung 116 getrennt haben oder nicht von den Trennmitteln abgelenkt

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worden sind, auf diese Weise zum Eintrittsende des Diffusors zurückgeführt werden. Die verlängerte Verweilzeit solcher Tröpfchen im Diffusor gibt Gelegenheit zum weiteren Wachsen durch Zusammenstoß, Kondensation oder Koaleszenz, bis die Tröpfchen groß genug werden, um sich vom Gas zu trennen_o Damit der Diffusor bei der Trennung der die Verunreinigungen enthaltenden Tröpfchen vom Gas wirksam arbeitet, sollte der halbe öffnungswinkel allgemein zwischen 7 und 15° betragene Außerdem soll er so ausgebildet sein, daß er ohne Anwendung der speziellen Trenneinrichtungen 64 oder ohne Stromtrennung arbeitet. Es wurde festgestellt, daß ein Diffusor mit einem halben öffnungswinkel von 10° für diesen Zweck besonders geeignet ist. Die Länge des Diffusors soll ausreichend sein, um die Geschwindigkeit des Gasstromes so weit zu vermindern, daß ein Übertragen von Tröpfchen auf ein Minimum reduziert ist. Es wurde festgestellt, daß eine mittlere Gasgeschwindigkeit im Bereich von 3 bis 6 m/a am Ausgang des Diffusors für diesen Zweck geeignet ist.

Durch Verwendung eines offenen Diffusors 60, wie er in i'ige 14- dargestellt ist, ist es möglich, innerhalb des üiffusors einen erheblichen Druckaufbau zu erhalten, so daß der Auslaßdruck im Bereich zwischen 0 und -2,5 cm Wassersäule beträgt« Durch Anbringen eines Schirmes 114-(siehe Fig· 1) im Endrohr 162 am Ausgang oder an der Esse 112, wird der Auslaßdruck leicht erhöht, beispielsweise auf einen Wert von 0 bis 1,5 cm Wassersäule, jedoch

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SO

- Hie -

kann die zulässige Austrittsgesciiwinciigkeit des Gases erhöht werden, ohne daß eine wesentliche Erhöhung des Anteils mitgenommener tröpfchen eintritt. Demgemäß erlaubt das Anbringen eines üchirmes 114-, daß ein bestimmtes System mit einem größeren Bereich von Gasflußmengen betrieben wird, oder sie bewirkt eine verbesserte Reinigung bei dem Nenndurchsatz.

Wie oben angegeben, ist es erwünscht, eine erfindimgsgemäße Vorrichtung als modulares System auszubilden, damit sie sowohl verunreinigtes Gas in einem großen Bereich der Durchsatzmengen behandeln kann als auch ohne Unterbrechung des Verfahrens gewartet werden kann. Fig» 15 veranschaulicht eine Anordnung von sechs Einheiten der in E¹Xg. 1 dargestellten Art, die an eine existierende Esse 130 angeschlossen sind. In diesem Fall hat die Esse 130 eine ausreichende Größe, um Endrohre entbehrlich zu machen. Die Aufschlämmung, die aus den verschiedenen Diffusoren 60 abläuft, wird am Boden der Esse 13O durch einen Abfluß 132 abgeführt„

Wenn eine relativ große Anzahl von Einheiten für eine bestimmte Installation erforderlich ist, kann es unpraktisch sein, die einzelnen Einheiten radial zu einer existierenden Esse anzuordnen,. In einem solchen Fall kann eine Anordnung besser geeignet sein, wie sie in Fig. 16 dargestellt ist. Hier sind Einheiten der in Figo 1 dargestellten Art in zwei parallelen Reihen angeordnet, die auf entgegengesetzten Seiten in einer Sammelleitung 134- münden, die ihrex*seits an die Esse 130 angeschlossen ist„ Bei dieser Anordnung übernimmt

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die Sammelleitung 134 die Rolle des Endrohres 162. Es sei erwähnt, daß die Parallelanordnung die Möglichkeit bietet, Sammelleitungen 210, 230, 228 und 268 zum Zuführen des verunreinigten Gases, von Luft oder Dampf sowie von Wasser zum System zu verwenden. Die Sammelleitungen 228 führen den Ejektor-Injektor-Düsen A (Fig„ 1) Wasser zu, während die Sammelleitungen 268 den Düsen der Fluid-Trenneinrichtungen (!'ig. 1) Wasser zuführen,, Er ist ersichtlich, daß praktisch jede Anzahl modularer Einheiten zu einem System nach Fig„ 16 vereinigt werden kann.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung prinzipiell in bezug auf eine horizontal angeordnete Vorrichtung beschrieben worden ist, können das Mischrohr und der Diffusor auch senkrecht angeordnet sein, wie es Fig. zeigt. Bei dieser Ausrichtung bewegt sich die aus Gas und Wassertröpfchen bestehende Mischung vertikal, durch das Mischrohr 18' nach unten und an einer horizontal angeordneten Fluid-Trenneinrichtung 64' vorbei, die von einer Viasserdüse 68' gespeist wird. Die Wassertröpfchen der Mischung werden von dem rechts liegenden Wandabschnitt 38 eines Diffusors 60' von der Fluid-Trenneinrichtung 64 abgelenkt. Eine weitere Ablenkung der Tröpfchen wird durch die mechanische Trenneinrichtung 66* bewirkt. Ein Niederdruckbereich 222, der dem Bereich 122 in Fig. 14 entspricht, erscheint neben der schrägen Wand 138 dicht unterhalb der mechanischen Trenneinrichtung 66'. Das nach unten fließende Gas ist gezwungen, an Schirmen 140 und 142 vorbei in einem Gehäuse 143* zwei Richtungswechsel von 90° auszuführen, bevor es

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die Esse 144 erreicht. Durch den sich vergrößernden Querschnitt des Diffusors 60' wird die Mischung auf eine Geschwindigkeit von j> bis 6 m/s verzögert,, Bei die'sen Geschwindigkeiten fällt ea Wassertröpfchen
schwer, im Gasstrom zu bleiben oder vom Gasstrom
wieder mitgerissen zu werden. Aus diesem Grund fallen die Wassertröpfchen auf den geneigten Boden 146 des Gehäuses 145 und verlassen das Gehäuse mit dem liest der Aufschlämmung durch den Ablauf 148„

Fig_o 18 veranschaulicht schematisch eine Anordnung mit vier vertikal ausgerichteten Wascheinheiten, die ebenso ausgebildet sein können wie die in Fig. 17 dargestellte Einheit. Die vier Wascheinheiten sind über eine Sammelleit-.-jig 147, die einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben kann, mit einer von der Sammelleitung aufsteigenden Esse 145 verbundene Die in Fig. 18 dargestellte Vorrichtung ist im wesentlichen unter einer Bodenfläche a ngeordnet. Da die hauptsächliche Geräuschquelle dieser Einheiten von dem Übers challs tr aiii innerhalb des Krümmers 16' und dem Mischrohr 18' gebildet wird, führt die Tataache, daß das Mischrohr 18' unterirdisch angeordnet ist, zu einer wesentlichen Dämpfung des Geräusches. Es versteht sich, daß für die Funktion der Vorrichtung eine unterirdische Anordnung nicht erforderlich ist. Die Linien b, c und d deuten andere Höhen der Erdoberfläche an, die der Lage der Erdoberfläche a bevorzugt werden können·

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In den verschiedenen, in den Fig. 15» 16 und 18 dargestellten Systemen mit Sammelleitungen haben die Mischrohre 18 oder 18^f und die Diffusoren 60 oder 60' einen kreisförmigeren Querschnitt, damit ihr Aufbau mit der in Fig. 1 dargestellten Einheit übereinstimmte Wie jedoch oben bei der Beschreibung der Fig. 11A und 11B angegeben wurde, ist es häufig höchst erwünscht, daß ein oder mehr der an die Sammelleitung angeschlossenen Module aus verschiedenen Gründen abgeschaltet werden kann_o Obwohl hierfür manche geeignete Vorrichtung getroffen werden kann, bietet die in den Fig. 11A und 11B dargestellte Modifikation den Vorteil, daß die Funktion der mechanischen Trenneinrichtung mit derjenigen eines Dämpfers kombiniert werden kann· Daher kann die in den Fig. 11A und 11B dargestellte Modifikation bei den Anordnungen nach den Fig. 15, 16 und 18 Anwendung finden, so daß also bei diesen Anordnungen die Mischrohre Übergangszonen aufweisen, die von einem kreisförmigen in einen quadratischen Querschnitt übergehen, wie die Mischrohre 218 in den Fig. 11A und 11B, und es können die Diffusoren einen quadratischen Querschnitt haben, wie es dort gezeigt ist. Weiterhin kann die Sammelleitung 134- in Fig. 16 einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben, wenn es erwünscht ist, während die quadratisch oder rechteckige Sammelleitung 147 in Fig. 18 auch einen kreisförmigen Querschnitt haben kann, wenn ein solcher bevorzugt wird.

Die US-PSen 3 852 408 und 3 852 409 lehren, wie schädliche Gase, wie beispielsweise Schwefeldioxid, durch Zuführen eines geeigneten basischen Stoffes zu dem

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-geentfernt werden kann, das durch die Injektordüsen 46 in den Strahl 56 eingebracht wird, der von der Injektordüse 36 (Fig. 1) ausgeht. In manchen Fällen ist der bevorzugte Stoff zum Entfernen von Schwefeldioxid Ammoniak, der sowohl als Gas wie als konzentrierte Lösung des Hydroxids eingeführt werden kann« Wenn gasförmiges Ammoniak benutzt wird, kann es in die das verunreinigte Gas zuführende Leitung 10 vor der Ejektor-Irijektor-Anordnung eingeführt werden. Andererseits kann die flüssige Ammoniumhydroxid-Lösung in die Wasserleitung 28 vor dem Injektionskanal 38 eingeführt werden.

Die vorstehend beschriebene Erfindung dient vornehmlich zur Behandlung von verunreinigten Abgasströmen, die bei verschiedenen Verfahren entstehen. Wie oben angegeben, können jedoch auch ökologische Bedingungen vorliegen, bei denen die Umgebungsluft eine Menge von teilchenförmigen oder gasförmigen Verunreinigungen enthält, die für manche Verfahren oder Verfahrensvorrichtungen unzulässig ist«. Wenn beispielsweise Umgebungsluft in Gebläse oder Kompressoren eingeführt werden soll, können selbst relativ kleine Mengen an Festteilchen oder Schwefeldioxid schwierige Erosions oder Korrosions-Probleme nach sich ziehen., Innerhalb eines Kompressors kann die komprimierte Luft den Taupunkt erreichen und die Bildung von Schwefelsäure ermöglichen» Wenn diese Bedingung eintritt, kann es notwendig sein, kostsjiielige korrosionsfeste Werkstoffe

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für den Kompressor und die folgenden '.Deile der Verfahrensvorrichtungen zu verwenden. Obwohl verschiedene Arten von Filtern benutzt werden können, um die meisten Festteilchen abzufangen, beträgt der Druckabfall an solchen Filtern bis zu 10 und mehr cm Viassersäule und führt demnach zu einem erheblichen Energiebedarf. Weiterhin gab es bisher keine praktische Möglichkeit zur Entfernung von Verunreinigungen, wie z.B. kleine Mengen von Schwefeldioxid, aus der Umgebungsluft.

Die vorliegende Erfindung ist hervorragend dazu geeignet, die Umgebungsluft zur Verwendung in einem Kompressor oder in anderen Vorrichtungen zu konditionieren. Fig. 19 veranschaulicht eine solche Anwendung» Die in Fig. 19 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Eingangsleitung 10, einen Reduzierkrümmer 16, ein Mischrohr 18, einen Diffusor 60 und ein Endrohr 62, welche Bauteile den Elementen der Vorrichtung nach Fig. 1 entsprechen«. Das Endrohr 62 steht mit dem Einlaßrohr 50 eines üblichen Gebläses oder Kompressors 52 in Verbindung, das bzw. der einen Auslaß 154- aufweist. Unter hohem Druck stehende Preßluft kann vom Auslaß des Kompressors durch eine Luftleitung 156 abgezweigt und einem geeigneten Druckregelventil 158 zugeführt werden, das mit der zur Luft-Ejektordüse 136 führenden Luftleitung 30 in Verbindung steht. Wenn die Umgebungsluft eine saure gasförmige Verunreinigung enthält, wie beispielsweise Schwefeldioxid, kann ein Umwälztank 160 vorgesehen sein, der eine Natriumhydroxid, Ammoniak oder einen anderen, geeigneten alkalischen Stoff

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enthaltende wässrige Lösung 162 enthält. Aus dem Tank 162 wird Flüssigkeit über eine Leitung 164, ein Ventil 166 und ein Filter 168 mittels einer Pumpe 170 abgezogene Bei Bedarf kann eine geregelte Umgehungsleitung 1?2 und ein Durchflußregler 174 vorgesehen sein, um die Arbeitsweise der Pumpe 17O zu regeln. Die wässrige alkalische Lösung 162 wird dann über die Wasserleitung 28 in die Injektordüsen 46 geleitet (siehe Fig_o 1)_O Wenn eine Fluid-Trenneinrichtung 64 verwendet werden soll, können die ein oder mehrere Zerstäuberdüsen 68 an den Auslaß der Pumpe 170 vor dem Durchflußregler 174 mittels einer Flüssigkeitsleitung 176 und einem geeigneten Hegelventil 178 angeschlossen sein. Eine geeignete mechanische Trenneinrichtung 66 kann ebenfalls angewendet werden. Die im Endrohr 162 anfallende Aufschlämmung wird in den Umwälztank 160 über den Ablauf 110 und eine Leitung 180 zurückgeführt. Ergänzungsflüssigkeit und chemische Reagenzien können dem Umwälztank 160 durch eine Leitung 182 zugeführt werden.

Da die Umgebungsluft normalerweise relativ geringe Mengen an festen und gasförmigen Verunreinigungen enthält, ist ein Umweltsystem, wie das beschriebene, in der Lage, während erheblicher Zeitspannen zu arbeiten, bevor es erforderlich ist, den Schlamm aus dem Umwälztank 160 zu entfernen oder die chemischen Reagenzien zu erneuern. Obwohl bei der Vorrichtung nach Fig. 19 ein Luft-Ejektor verwendet wird, der an den Auslaß des Gebläses oder Kompressors angeschlossen ist, versteht es sich, daß Luft aus jeder geeigneten Quelle oder Dampf oder ein anderes kompressibles Fluid als Antriebsfluid verwendet werden kanne

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Während der Entwicklung der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen wurde die Wirkung der Hauptvariablen beobachtet, welche das Entfernen von Teilchen aus dem verunreinigten Gas und das Pumpen des Gases durch das Reinigungssystem bestimmen. Bezüglich der Reinigungsfunktion acheinen die Hauptvariablen die Staubbeschaffenheit, nämlich die Benetzbarkeit und die Dichte, die Teilchengröße, die Teilchenmenge in dem verunreinigten Gas, der Feuchtigkeitsgehalt und die Temperatur des ausgestoßenen Gases und der Druck des Treibfluids zu sein. Die Analyse ergab die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte für den gewicht et en Effekt dieser Reinigungsvariablen:

TABELLE 5	% pcewichteter Effekt
Gewichteter Effekt der relevanten Reinigungsvariablen	38
Parameter	12
1 - Staubbeschaffenheit	29
Ca) Benetzbarkeit	8
(b) Dichte	8
2 - Teilchengröße	5
3 - Teilchenmenge
4- - Feuchtigkeit und Temperatur
5 - Druck des Treibfluida

Die Hauptvariablen, welche das Pumpvermögen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beeinflussen, scheinen zu sein die erforderliche Druckdifferenz (Zug), der Feuchtigkeitsgehalt und die Temperatur des verunreinigten Gases und

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der Druck des Treibfluids. Es ist ersichtlich, daß gewisse dieser Variablen sowohl die Reinigungs- als auch die Pumpfunktionen beeinflussen, während andere nur eine Funktion betreffen. Der gewichtete Effekt der Pumpvariablen ist in der folgenden Tabelle 6 angegeben:

TABEI₁I₁E 6

Gewichteter Effekt der relevanten Pumpvariablen

Parameter % p;ewichteter Effekt

1 - Druckdifferenz 50

2 - Feuchtigkeit und Temperatur 40

3 - Druck des Treibfluids 10.

Die Analyse der vorstehend genannten Variablen wurde mit Hilfe eines mathematischen Modelies vorgenommen und durch eine Anzahl von Versuchen an tatsächlich durchgeführten Verfahren unter verschiedenen Arbeitsbedingungen bestätigt. Auf der Basis dieser Analyse und der Versuchsergebnisse wurde eine Gruppe von Kurven, abgeleitet, welche die zugeführte Energie, ausgedrückt in kg Dampf oder kg Luft, die pro kg des zu behandelnden Gases benötigt werden, zu der Emission in mg pro Mbrm-nr gereinigten Gases am Auslaß des Systems in Beziehung setzt. Diese typischen Kurven sind in den Fig. 20 bis 25 dargestellt.

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Pig. 20 zeigt die Wirkung der Teilchenbenetzbarkeit auf einer willkürlichen, von O bis 5 reichenden Skala auf den Teilchengehalt des behandelten Gases. Dieses „ Diagramm zeigt, daß die Benetzbarkeit ein H_auptfaktor für die Wirksamkeit des Eeinigungssystems darstellt, und macht deutlich, wie wichtig genaue Informationen über die Art der Teilchen sind, welche aus dem verunreinigten Gas entfernt werden sollen. Fig. 20 erläutert weiterhin, weshalb ein System sich bei verschiedenen Verfahren verschieden verhalten kann. Da Jedoch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine sehr wirksam Kontaktierungs- und Mischeinrichtung aufweist (siehe Pig. Λ und 2), ist es möglich, nach der Erfindung auch sehr schlecht benetzbare Substanzen, wie beispielsweise Ruß und Kieselerde, durch eine geeignete Erhöhung der zugeführten Energie zu entfernen.

Pig. 21 zeigt die Wirkung der Teilchendichte in g/cr auf den Emissionspegel im behandelten Gas» Dieses Diagramm zeigt, daß dichte Teilchen leichter entfernbar sind als leichte Teilchen, auch wenn der Einfluß der Dichte nicht so ausgeprägt ist wie der Einfluß der Benetzbarkeit.

Pig. 22 veranschaulicht den Effekt der Teilchengröße in /im auf den Emissionspegel im behandelten Gas. Die Wirkung der Teilchengröße liegt zwischen derjenigen der Benetzbarkeit und derjenigen der Dichte und ist noch von erheblicher Bedeutung. Wie oben ausgeführt, werden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Teilchen in Wassertröpfchen eingeschlossen, die dann veranlaßt werden,

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-^Cr

Größe zuzunehmen, so daß sie nach dem erfindungsgemäßen Prinzip der Stromtrennung leicht entfernt werden können. Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung stattfindende, sehr wirksame Kontaktierung und Mischung macht es möglich, extrem feine Teilchen zu benetzen und in IPluidtröpfchen einzufangen, sofern eine ausreichende Energie zugeführt wird. Es ist eine Charakteristik des erfindungsgemäßen Systems, daß der Energiebedarf im wesentlichen gleichförmig in dem Maße zunimmt, wie die Teilchengröße abnimmt. Diese Charakteristik unterscheidet das erfindungsgemäße System von den anderen, oben behandelten Systemen zur Naßentstaubung, bei denen der Energiebedarf nichtlinear ansteigt und Teilchen, deren Größe 1^m unterschreitet, nicht mehr wirksam eingefangen werden können.

Fig. 25 zeigt die Wirkung des Teilchengehaltes auf den Emissionspegel im behandelten Gas. Diese Wirkung ist bei dem erfindungsgemäßen System überraschend gering. Auch hierin unterscheidet sich das erfindungsgemäße System von den oben erwähnten, bekannten Ngflentstaubern» Außerdem ist es auch hier wieder möglich, Variationen in der vom verunreinigten Gas migeführten Teilchenmenge durch eine entsprechende Einstellung der Energiezufuhr zu kompensieren.

Fig. 24 bezieht auf die Wirkung der Temperatur des ausgestoßenen Gases auf den Emissionspegel im behandelten Gas. Dieses Diagramm veranschaulicht den Vorteil, der

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bezüglich des -Energieverbrauchs durch Vermindern der Auslaßtemperatur erreicht werden kann, Es ist ersichtlich, daß bei der Verwendung von Luft als Treibfluid anstelle von Dampf die Arbeitstemperaturen bedeutend niedriger liegen, obwohl das Gesamtvolumen an Gas, welches das System durchläuft, größer sein wird. Ein weiterer Vorteil, der auf die durch die Verwendung von Luft als Treibfluid erreichbare geringere Temperatur zurückzuführen ist, acheint in der verminderteb Tendenz zur Bildung einer sichtbaren Hauchfahne zu liegen. Endlich versteht es sich, daß bei der Verwendung von Luft oder eines anderen gasförmigen Fluids als Treibmittel ein Verdünnungseffekt bezüglich des Emissionspegels im Auslaß stattfindet, der auf .der Basis von Volumeneinheiten gemessen wird.

Fig. 25 zeigt die Wirkung des Druckes des Treibfluids auf den Emissionspegel im behandelten Gas. Dieses Diagramm zeigt, daß der Druck des Treibfluids in relativ weiten Grenzen variiert werden kann und daß weniger Treibfluid benötigt wird, wenn ein höherer Druck angewendet wird. Die Wahl des Treibfluids und des Betriebsdruckes kann daher von den relativen Kosten und der relativen Verfügbarkeit der verschiedenen Arten von Treibfluid abhängen. So kann beispielsweise in einem Kraftwerk sonst nicht verwendbarer niederdruckdampf anfallen oder es kann eine überschüssige Gebläsekapazität vorhanden sein, die eine wirtschaftliche Quelle für Luft mit geringem Überdruck bildet. An anderen Orten kann elektrische Energie oder eine Hochdruck-Dampfturbine

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zum Betreiben von Gebläsen zur Verfügung stehen, die Luftdruck liefern. In jedem Fall kann die Entscheidung, welche Art von Treibfluid und welcher Druck des Treibfluids am besten einzusetzen ist, von den Umständen der beabsichtigten Installation abhängen.

Fig. 26 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Teil des verunreinigten Abgases seibat als kompressibles Fluid zur Bildung des Ejektorstrahles zum Antrieb des restlichen Teils des zugeführten verunreinigten Gases durch das Mischrohr benutzt wird. Abgesehen davon ist die hier dargestellte Vorrichtung identisch mit der oben anhand der Fig. 1,2 und 16 beschriebenen Vorrichtung und es können auch hier die verschiedenen Formen der mit einem Fluid arbeitenden und mechanischen Drosseleinrichtungen zur Flußtrennung im Diffusor allein oder in Kombination verwendet werden. Zur Vereinfachung und um unnötige Wiederholungen der Beschreibung zu vermeiden sind in Fig. 26 die Bezugsziffern, welche Teile bezeichnen, die mit den in Fig. dargestellten Teilen identisch sind, die gleichen wie diejenigen in Fig. 1, haben jedoch eine vorangestellte Ziffer 3. Nur einige dieser Bezugsziffern werden bei der Beschreibung von Fig. 26 benutzt.

Bei der Vorrichtung nach Fig_o 26 tritt das verunreinigte Abgas in das Rohr 310 ein und strömt durch den Krümmer 316 in das Mischrohr 318 und vom Mischrohr 318 in den Diffusor 360. Entweder die Fluid-Drosseleinrichtung 364- oder die mechanische Drosseleinrichtung 366 allein oder

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-St

anch, "beide Einrichtungen zusammen können dazu benutzt werden, die aus Gas und den Tröpfchen des Heinigungsfluid "bestehende Mischung von der in Fig. 26 oberen divergierenden Wandfläche des Diffusors 360 in Richtung auf die gegenüberliegende divergierende Wandfläche abzulenken, um die Wassertröpfchen von dem gereinigten Gas zu trennen, wie es oben anhand der Fig, 1, 2 und 16 beschrieben wurde.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 26 ist die Injektordüse durch eine Leitung 370 mit einem Gebläse 372 verbunden, dessen Einlaß über eine Leitung 374- mit dem Inneren des Gasrohres 310 verbunden ist. Das Gebläse 372 kann durch eine Turbine oder einen Elektromotor angetrieben sein, wie es in den Fig. 12 und 13 veranschaulicht ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein Teil des verunreinigten Abgases vom Gebläse 372 angesaugt und durch die Düse 336 in Form eines Strahles 356 ausgestoßen, der in der gleichen Weise als Ejektor dient wie der oben beschriebene Luft-Ejektor. Ein Injektor 338 für V/asser oder eine andere Heinigungsflüssigkeit kann die in Fig. 2 dargestellte Form haben und demnach das Ausgangsende der Ejektordüse 336 umgeben. Das Wasser oder ein ßeinigungsfluid wird durch eine Leitung 328, in der sich ein Drosselventil 332 befindet, dem Injektor 338 zugeführt, von welchem es in zerstäubter Form in den äußeren Bereich des Strahles 356 eingesprüht wird. Die Operationen des Pumpens, des Teilcheneinschlusses, des Tröpfchenwachsens und der Trennung im Diffusor 360 sind alle die gleichen, wie sie oben in Verbindung mit den verschiedenen ejektor-betriebenen Vorrichtungen nach der

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Erfindung beschrieben worden sind» Die Eigenschaften dieser Ausführungsform der Erfindung sind im wesentlichen identisch mit denjenigen, die mit den Luft-Ejektoren aufweisenden Ausführungsformen nach den Figo 12 und 13 erzielt werden.

Fig_e 27 veranschaulicht eine weitere Modifikation einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei welcher der gesamte Strom des verunreinigten Abgases zu einem Strahl geformt und als freier Strahl ohne sekundären Gasstrom in das Mischrohr gerichtet wird_o V/asser oder ein anderes Reinigungsfluid wird zerstäubt und in den äußeren Bereich dieses Strahles geformt, der aus der ihn erzeugenden Düse austritt. Die Bildung des Strahles und das Hindurchtreiben der Gas und Wasser enthaltenden Mischung durch das Mischrohr erfolgt durch einen Ventilator oder ein Gebläse. Abgesehen von diesen Unterschieden ist die Vorrichtung nach Fig. 27 zur Vereinfachung der Erläuterung mit der anhand der Fig. 1,2 und 16 beschriebenen Auaführungsform identisch. Die Teile der Vorrichtung nach Fig. 27, die mit feilen in den Fig. 1, 2 und übereinstimmen, haben die gleichen Bezugsziffern, jedoch mit einer vorangestellten Ziffer 4«, Nur einige der in Fig. 27 angegebenen Bezugsziffern sind in der folgenden Beschreibung speziell erwähnt·

Bei der Vorrichtung nach Fig. 27 wird der gesamte Strom des verunreinigten Abgases von einem Ventilator oder Gebläse 472 durch ein Rohr 470 gefördert und durch eine Zone mit abnehmendem Querschnitt einer Düse 474 zugeführt, welche durch eine Endplatte 476 in eine Kammer

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hineinragt. Die Kammer 478 hat vorzugsweise an ihrem abgeschlossenen Knde einen sehr viel größeren Durchmesser als die Düse 474 und nimmt im Durchmesser langsam bis auf den Durchmesser des Mischrohres an der Stelle ab, an der die Kammer 478 mit dem Mischrohr verbunden ist.

Der Strahl 456 des kompressiblen Fluids, der hier von der Gesamtheit des zugeführten verunreinigten Gases gebildet wird, wird demnach als freier Strahl von der Düse 474 durch die Kammer 478 in das Mischrohr 418 projiziert. Wie bei allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wird Wasser oder ein anderes Reinigungsfluid zerstäubt und in den äußeren Bereich des Strahles 456 durch den Injektor 438 injiziert, der ebenso ausgebildet ist wie der Injektor nach Fig. 2„ Wasser oder ein anderes Reinigungsfluid wird dem Injektor über eine Leitung 428 in einer durch ein Drosselventil 432 geregelten Weise zugeführt»

Bei der Ausführungsform nach Fig. 27 braucht die Düse keine konvergierend-divergierende Düse vom De Laval-'Jyp zu sein, weil es nicht erforderlich ist, einen sich mit Überschallgeschwindigkeit fortpflanzenden Strahl zu bilden. In der Praxis kann die Düse 474 aus einem sich mäßig verjüngenden oder gedrosselten Durchgang bestehen, der so ausgebildet ist, daß er einen kpnischen Strahl des zugeführten Gases abgibt, der sich innerhalb der Kammer 478 auf einen Querschnitt solcher Größe ausbreitet, daß er ohne übermäßigen Widerstand oder ohne

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Störung des gewünschten Stromes in das Mischrohr 4-18 eintritt. Die Bewegung im Mischrohr 4-18 und im Diffusor 460 ist die gleiche wie bei jeder der bereits beschriebenen Ausführungsformen.

Die in Fig. 28 dargestellte Ausführungsform stimmt mit der Vorrichtung nach Fig. 27 überein, abgesehen davon, daß der Ventilator oder das Gebläse als Saugeinrichtung in der Esse und nicht als Druckeinrichtung dient wie in der Vorrichtung nach Fig. 2?· Demgemäß sind in Fig. 28 die Bezugszahlen die gleichen wie in Fig„ 27, Jedoch mit einer vorangestellten Ziffer 5» Nur wenige der Bezugszahlen sind in der folgenden Beschreibung der Fig. 28 benutzt.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 28 kann der gesamte, verunreinigte Abgasstrom unter dem gleichen Druck, mit dem er durch Leitungen der dargestellten Vorrichtung zufließt, einer Zone verminderten Druckes zuströmen, die in einer Base oder einem anderen Auslaß des Diffusors durch das oben erwähnte Sauggebläse
erzeugt wird.

Demgemäß ist bei der Vorrichtung nach Fig. 28 ein Saugventilator oder Sauggebläse 580 in der Esse 5112 angeordnet, um das verunreinigte Gas in eine Leitung 582 am Eingang der Vorrichtung anzusaugen. Unter der Wirkung der so erzeugten Druckdifferenz fließt das verunreinigte Gas durch die Leitung 582 und durch die Düse 574·, um einen Strahl 556 zu bilden, der in das Mischrohr 518 eintritt.

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Wasser oder ein anderes Reinigungsfluid wird durch eine von einem Drosselventil 532 kontrollierte Leitung 528 dem Injektor 538 zugeführt, wo es zerstäubt und in den äußeren Bereich des freien Strahles 556 injiziert wird, der aus der Düse 574- in die Kammer austritt. Die Mischung aus Gas und Wassertröpfchen strömt dann unter dem Einfluß dieser Druckdifferenz durch das Mischrohr 518 in den Diffusor 560 und es finden dabei Mischung und Trennung ebenso statt wie bei den vorstehend behandelten Ausführungsbeispielen.

Fig. 29 veranschaulicht eine alternative Mehrdüsen-Anordnung, die an Stelle der in den Fig. 27 und 28 dargestellten Anordnungen verwendet werden kann. Es handelt sich bei Fig. 29 um eine nach links gerichtete Innenansicht, als ob ein Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 27 oder 28 in einer Ebene gelegt worden wäre, welche die Kammer 4-78 bzw. 578 senkrecht schneidet. Die Endplatte 676 der Anordnung nach Fig. ist mit mehreren Düsen 674· versehen, von denen jede mit einem Injektor 638 für Wasser oder ein anderes Reinigungsfluid versehen ist. Die Endplatte 676 ist im übrigen von Durchbrechungen frei, so daß die Gesamtheit des verunreinigten Abgases, das von einer Quelle über geeignete Leitungen zugeführt wird, die der Leitung 10 und dem Krümmer 16 in Fig. 1 entsprechen, auf die verschiedenen Düsen 674· aufgeteilt wird, so daß eine entsprechende Anzahl freier Strahlen gebildet wird, von denen jeder in der Kammer 678 auf das Mischrohr gerichtet ist, wie es auch bei den Vorrichtungen nach den Figo 27 und 28 der Fall ist.

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In Fig.. 29 sind vier Düsen 674 dargestellt, von denen Jede einen Injektor 638 aufweist. Es versteht sich, daß die mögliche Anzahl der Düsen nicht auf vier be₌ schränkt ist, sondern daß auch zwei, drei oder mehr als vier Düsen benutzt werden können, wenn es zweckmäßig erscheint,, Mehrere Düsen 674- können in solchen Fällen angewendet werden, in denen das Volumen des verunreinigten Gases, das pro Zeiteinheit die Vorrichtung durchströmen soll, so groß ist, daß eine einzige Düse, wie sie in den Fig. 27 und 28 dargestellt ist, für die gewünschte Geschwindigkeit einen unpraktisch großen Durchmesser erhalten müsste, oder eine einzige Düse mit praktisch brauchbarem Durchmesser das Gas auf größere Geschwindigkeiten beschleunigen würde, als erforderlich ist, was eine Energievergeudung zur Folge hätte.

Es versteht sich, daß in den äußeren Bereich Jedes der Strahlen verunreinigten Gases, die aus den mehreren Düsen 67^ austreten, zerstäubtes Wasser oder ein anderes Reinigungsfluid mittels des zugeordneten Injektors 638 eingesprüht wird, um die gewünschte Mischung von Flüssigkeitströpfchen und verunreinigtem Gas zu bilden, die daa Mischrohr durchströmt und in den Diffusor eintritt, wie es bei den verschiedenen, vorstehend behandelten Ausführungsformen der Fall ist. Die Wahl zwischen der Anwendung von einer oder mehreren Düsen für ein bestimmtes verunreinigtes Gas wird von mehreren Faktoren beherrscht· Wie oben angegeben mag es Fälle geben, bei denen der Durchsatz des verunreinigten Gases eine Düse mit einem praktisch nicht verwirklichbaren großen Durchmesser

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-Ab

verlangen würde. Dies bedeutet, daß eine Düse mit großem Durchmesser auch einen Strahl mit entsprechend großem Durchmesser erzeugt. Da Wasser oder ein anderes Reinigungsfluid in den äußeren Bereich des Strahles injiziert wird, ist leicht ersichtlich, daß Teilchen, die sich im innersten Bereich eines Strahles mit großem Durchmesser befinden, keine ausreichende Gelegenheit haben, mit den Wassertröpfchen in Berührung zu kommen, die beim Aufprall des eingesprühten Wassers in den äußeren Bereichen des Strahles entstehen. Insbesondere dann, wenn das teilchenförmige Material zu einem großen Anteil aus Teilchen besteht, die schwierig oder sehr schwierig zu benetzen sind (siehe J?ig· 20), hat es sich als ratsam erwiesen, mehrere Strahlen mit relativ kleinem Durchmesser zu erzeugen»

Bezüglich der in den 3?ig. 27 _$ 28 und 29 dargestellten Ausführungsformen kann zusammenfassend festgestellt werden, daß solche Vorrichtungen, bei denen die Gesamtheit des verunreinigten Gasstromes zu einem oder mehreren Strahlen geformt wird, eine angemessene Reinigung, die mit den durch die Anwendung von Ejektorpumpen der in den Fig. 1, 12 und 13 dargestellten Art vergleichbar sind, mit einem deutlich verminderten Energieaufwand erzielt werden können«, Der Ejektor hat bezüglich seiner Pumpwirkung einen relativ geringen Wirkungsgrad und erfordert die Bildung von Pumpstrahlen hoher Geschwindigkeit, die, wie oben angegeben, in manchen Fällen Überschallgeschwindigkeit haben müssen» Im Gegensatz hierzu haben

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-es -

Strahlen, die durch "Ventilatoren oder Gebläse durch Erzeugung von Druck oder Unterdruck in den Vorrichtungen nach den Figo 27, 28 und 29 erzeugt werden, bezüglich des leistungsbedarfes zwei Vorteile gegenüber Ejektorpumpen« Erstens ist ein Ventilator oder Gebläse wirksamer als eine Pumpe und zweitens braucht die Geschwindigkeit der Strahlen nicht so hoch zu sein,,

Es wurde beispielsweise festgestellt, daß bei Vorrichtungen, wie sie in den Figo 27, 28 und 29 dargestellt sind, die Strahlgeschwindigkeit an der Stelle des Austrittes aus der Düse nur im Bereich von 30 bis 90 m/s zu liegen braucht, wenn die Feststoffe vom benetzbaren oder leicht benetzbaren Typ sind (siehe Fig„ 20)„ Für Teilchen, die schlechter benetzbar sind, kann die Geschwindigkeit im Bereich von 120 bis 180 m/s liegen» Geschwindigkeiten, die 240 m/s nicht überschreiten, wurden selbst für die am schlechtesten benetzbaren Teilchen als ausreichend befunden.

Fig. JO zeigt eine Kurvenfamilie, welche die Eigenschaften des modifizierten Diffusors nach der Erfindung in Abhängigkeit von der drei hier offenbarten Hauptformen zum Hindurchtreiben der aus verunreinigtem Gas und den Tröpfchen des ßeinigungsfluids bestehenden Mischung durch das Mischrohr wiedergibt» Für den Dampf-Ejektor nach Fig. 1 oder den Luft-Ejektor nach den Fig. 12 und 13 werden die Resultate der Reinigung, ausgedrückt in dem Teilchengehalt des gerinigten Gases in mg/Norm-m , als Funktion der Menge des Ejektor-Treibmediums, ausgedrückt

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in kg Treibmedium pro kg verunreinigtes Gas, angegeben· Für die ventilator- oder gebläsegetriebenen Vorrichtungen, wie die in den Fig. 27, 28 und 29 dargestellten Vorrichtungen, werden die Reinigungsergebnisse als Funktion des Druckes an der Düse, ausgedrückt in cm HpO, angegebene Bei Kenntnis der relativen Kosten von Dampf, Luft oder leistung in einem speziellen Werk oder einem bestimmten geographischen Ort sowie bei Kenntnis des erwünschten Maßes der Reinigung erlaubt das Diagramm nach Fig. JO eine Wahl zwischen der Anwendung von Ejektor-Einrichtungen oder durch Gebläse angetriebene Einrichtungen der hier beschriebenen Art. Dies gilt natürlich für eine bestimmte Art eines Gases, das mit bekannten Substanzen verunreinigt ist. Fig. 30 gibt die Resultate für Abgase eines Rückgewinnungsofens (recovery furnace) einer Papiermühle, die Sulfatzellstoff herstellt, wieder« Es versteht sich, daß gleichartige Kurven für verunreinigte Gase Jedes anderen Typs erstellt werden können, obwohl in der Praxis die Resultate umfangreicher Versuche mit verschiedenen verunreinigten Gasen zusammen mit einer großen Menge zusätzlicher Informationen in einen Rechner eingegeben werden können, um die wesentlichen Konstruktionsparameter für eine bestimmte Installation schnell zu bestimmen

Unter Zusammenfassung der gesamten Offenbarung ist festzustellen, daß ein Diffusor, der eine Bluid-Trenneinrichtung, wie die Trenneinrichtung 64, 68 nach Fig. 1_t oder eine mechanische Trenneinrichtung, wie die Trenneinrichtung 66 nach Fig. 1, oder beide dieser Einrichtungen umfaßt, einen Strom von Wassertröpfchen ergibt,

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der von dem Strom der gasförmigen Komponenten getrennt ist und dadurch das feinverteilte Material, das in diesen Tröpfchen eingeschlossen ist, von dem zu reinigenden Gas trennt. Damit dieser Vorgang wirksam ist, muß gewährleistet sein, daß das verunreinigte Gas mit dem zur Reinigung dienenden Wasser oder anderen Fluid ausreichend vermischt wird und daß die Teilchen von den Wassertröpfchen eingefangen wurden, bevor die Mischung aus dem Mischrohr in den Diffusor gelangt. Aus diesem Grund werden nach der Erfindung aus einem kompressiblen Fluid ein oder mehr freie Strahlen gebildet, die in eine Kammer austreten, und es wird das zur Reinigung dienende Wasser oder andere Fluid in den äußeren Bereich jedes Strahles injiziert. Das Wasser wird von dem Injektor zerstäubt und bei der Berührung mit dem schnellströmenden koiapressiblen Fluid des Strahles weiter zerteilt. Eine Untersuchung der Wirkung des Wassers beim Eintritt in den Strahl hat gezeigt, daß die feinverteilten Tröpfchen, die vom Injektor ausgehen, durch den Strahl zu nichtsphärischen Formen abgeflacht werden, denen die kleinen Teilchen des verunreinigten Gases nicht ausweichen, wie solche Teilchen einen Zusammenstoß mit sphärischen Tröpfchen vermeiden könnten« Offensichtlich werden diese abgeflachten Formen in kleinere Tröpfchen zerschlagen, die ihrerseits wiederum kleinere abgeflachte Körper ergeben, die alle beim Einfangen von Teilchen wirksam sind. Für diesen Vorgang kann die Geschwindigkeit des Strahles über der Schallgeschwindigkeit liegen, wie es bei den Dampf- oder Luft-Ejektoren der Fall ist, die hier und in der genannten US-PS 3 8^2 offenbart sind. Es genügt aber auch bei den Vorrichtungen

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nach den Fig. 27» 28 und 29, "bei denen das !compressible Fluid von der Gesamtheit des verunreinigten Gases selbst gebildet wird, die Anwendung einer Unterschallgeschwindigkeit. Die Kombination solcher Injektions- und Mischeinrichtungen mit den speziellen Diffusoren, wie sie hier offenbart ist, bereichert die Technik durch eine neue, wirksame und sehr wirtschaftliche Vorrichtung und auch durch ein Verfahren zur Reinigung von verunreinigten Gasströmen.

Die hier verwendeten Bezeichnungen und Ausdrücke wurden zum Zweck der Beschreibung und nicht in einem begrenzenden Sinn gebraucht. Es besteht keine Absicht, durch die Anwendung solcher Bezeichnungen und Ausdrücke irgend welche Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen. Vielmehr wurde erkannt, daß die beanspruchte Erfindung eine Vielzahl von Modifikationen ermöglicht.

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Leerseite

Claims (1)

1. Patentansprüche

   M„JVerfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus einem Gasstrom, der mit Flüssigkeitströpfchen vermischt ist, welche die in dem Gasstrom enthaltenen Verunreinigungen umschließen, während der Gasstrom als ein oder durch einen Strahl eines kompressiblen Fluids durch eine umschlossene Mischzone getrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Mischung beim Eintritt in eine divergierende Diffusionszone abgelenkt wird, um den Strom der Mischung von einem Bereich der Diffusionsζone teilweise zu trennen und dem Strom der Flüssigkeitströpfchen in der Miachung eine bestimmte Richtung in der Diffusionszone zu geben und dadurch die Verunreinigungen enthaltenden Tröpfchen vom Gasstrom zu trennen.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß zum Ablenken der Mischung ein quer zur Diffusions-Trennzone gerichteter, im Weg des Stromes der Mischung liegender Vorhang aus Fluidmaterial erzeugt wird.

   3ο Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhang aus Fluidmaterial aus Flüssigkeitströpfchen erzeugt wird»

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Mischung beim Eintritt in die Diffusionsζone durch Einschalten einer Platte abgelenkt wird, die in einen Teil des Stromes der Mischung hineinragt.

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   Verfahren nach Anspruch -ί, dadurch ^ eke mist;! ohne·,, daß der Strom der Mischung beim eintritt; in dia Diffusions ζ one sowohl durch Bildung «ines Vorhanges aus einem Fluidmaterial, der quer in den Jtroic der Mischung gerichtet ist, als auch durch blnschalton einer dem Vorhang aus Fluidianfceria L benachbarten Platte, die in einen Teil des Sbrori.eij der Miscnung hineinragt, abgelenkt wird«

   6. Vorrichtung zum -Entfernen von Verunreinigungen aus einem Gasstrom, mit einem Mischrohr, aus dessen Austrittsende der Gas s tr οία als ein oder angetrieben durch einen Strahl eines kompressiblen Fluids zusammen mit die Verunreinigungen umschließenden Flüssigkeitströpfchen austritt, dadurch gekennzeichnet, daß an das Austrittsende des Mischrohrea (18) ein mit dem Mischrohr in Verbindung stehender Diffusor (60) angeschlossen ist, der zum Trennen der die Verunreinigungen enthaltenden Flüssigkeitströpfchen von dem Gasstrom eingerichtet ist und zu diesem Zweck nahe dem Austrittsende des Mischrohres (18) einen Deflektor (64, 68 und/oder 66) aufweisto

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die die Verunreinigungen einschließenden I¹IUssigkeitströpfchen durch Einspritzen einer Anzahl von Flüssigkeitsstrahlen, die auf den Umfang des Strahls des kompressiblen Fluids verteilt angeordnet sind, in den äußeren Bereich des Strahls des kompressiblen Fluids erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der

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   Deflektor (64, 68 und/oder 66) derart angeordnet ist, daß er die Mischung von einem Oberflächenabschnitt des Diffusors (60) weg und auf einen im wesentlichen gegenüberliegenden Oberflächenabschnitt hin ablenkt.

   8ο Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Deflektor (64) ein Fluidvorhang ist, der von einem aus wenigstens einer Düse (68) austretenden Fluid gebildet wird.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidvorhang von aus einer Zerstäuberdüse (68) ausgestoßenen Tröpfchen gebildet wird.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Deflektor aus einer Platte (66) besteht oder eine Platte umfaßt.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte beweglich ist.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (82) um eine Achse schwenkbar ist, die zu einer die Längsachse des Diffusora enthaltenden Achse senkrecht steht.

   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an das stromabwärts gelegene Ende des Diffusors ein Endrohr (62) angeschlossen ist, das eine Gaaauslaßbffnung (112) und einen Flüssigkeitsablauf (110) aufweist.

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   14.» Vorrichtung nach Anspruch 1p, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Gasauslaßöffnung (112) ein Schirm (114) angebracht ist, der vom Gas mitgerissene Flüssigkeitströpfchen an einem Austritt durch die Gasauslaßöffnung hindert.

   15· "Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (60) eine stetig zunehmende Querschnittsfläche aufweist, die durch zwei divergierende Flächenabschnitte begrenzt ist, daß der Diffusor mit seinem kleineren Ende an das Mischrohr (18) angeschlossen ist und daß der Deflektor (64, 68 und/oder 66) die Mischung während ihres Durchganges durch den Deflektor daran hindert, mit einem der beiden divergierenden Flächenabschnitte in vollem Kontakt zu bleiben.

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß das kompressible Fluid aus Dampf, Luft oder der Gesamtmenge oder einem Teil des zu reinigenden Gasstromes besteht.

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