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Vorrichtung zum Eliminieren von in einem Gas
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suspendierten Teilchen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Eliminieren von in einem Gas suspendierten Teilchen, mit einer Verschmelzungsleitung,
in welcher sich der zu reinigende Gasstrom, der insbesondere mit feinen und schwer
zu eliminierenden Teilchen durchsetzt ist, mit einem weiteren Fluß schwerer und
leicht zu eliminierender Teilchen bzw. Kügelchen vermischt, wobei die zu eliminierenden
Teilchen und die Kügelchen elektrisch mit umgekehrten
Vorzeichen
so geladen sind, daß die zu eliminierenden Teilchen sich auf den Kügelchen festsetzen
und später mit diesen zusammen eliminierbar sind.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Eliminierung von Teilchen
in Suspension in Industrieabgasen, beispielsweise den Dämpfen aus Stahlwerken, aus
mit Heizöl betriebenen Heizkraftwerken oder aus der Verbrennung von Haushaltsmüll.
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Es gibt sehr viele Vorrichtungen zur Gasentstaubung; die Vorrichtungen,
denen die Erfindung am nächsten kommt, sind einerseits die Wäscher und andererseits
die Elektrostatikfilter.
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In den Wäschern wird das Gas, das mittels Wassertröpfchen zu entstauben
ist, durchgeleitet. Jedes Teilchen, das von einem Wassertröpfchen berührt wird,
ballt sich mit diesem zusammen und wird mit ihm aus dem Gasstrom entfernt. Die Wahrscheinlichkeit
des Zusammentreffens von Wassertröpfchen auf die Partikel stellt eine Funktion der
Anzahl der Tröpfchen und damit der eingelassenen Wassermenge dar; andererseits hängt
sie auch von der relativen Geschwindigkeit der Tröpfchen und der Teilchen ab.
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Diese Wahrscheinlichkeit eines Zusammenpralls unterliegt jedoch in
hohem Maße der Einflußnahme durch ein Phänomen der Umgehung, d.h. die im Gas in
Suspension befindlichen Staubteilchen haben mehr oder weniger die Tendenz, den Bewegungen
dieses Gases zu folgen und sich damit voneinander zu entfernen, so daß die Tröpfchen
hindurchtreten können. Dieser Ungehungseffekt tritt besonders mit abnehmender Teilchengröße
stark hervor, während er andererseits mit zunehmender relativer Geschwindigkeit
der Tröpfchen und der Teilchen zurücktritt. Damit besteht wohl eine beträchtliche
relative Geschwindigkeit zwischen Tröpfchen und Teilchen, die die Arbeitsweise gut
funktionierender Wäscher kennzeichnet.
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Trotz aller vorgenommenen Verbesserungen sind jedoch die Wäscher platzraubend,
haben eine nur mittelmäßige Wirksamkeit und sind teuer im Betrieb.
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Ein weiteres derzeit eingesetztes Verfahren besteht darin, die zurückzuhaltenden
Teilchen elektrisch aufzuladen und sie sich auf einer elektrisch mit umgekehrtem
Vorzeichen geladenen Platte absetzen zu lassen, wo die Teilchen dann mittels mechanischer
Einrichtungen oder durch eine Wäsche rückgewonnen werden.
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Die Geschwindigkeit, mit welchersich die Teilchen der Auffangelektrode
nähern, nimmt mit ihrem Durchmesser sehr rasch ab.
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Wenn man nun erreichen will, daß die feinsten Teilchen aufgefangen
werden, so muß man sie lange im elektrischen Feld verweilen lassen; dies erfordert
eine geringe Gaszirkulationsgeschwindigkeit. Dies ist einer der typischen Aspekte
der Arbeitsweise eines Elektrofilters.
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Die praktische Anwendung dieses Verfahrens erfordert derart belastende
Faktoren (geringe Gaszirkulationsgeschwindigkeit und Laminarströmungen, gleichmäßige
Verteilung der Geschwindigkeiten, Aufrechterhaltung der Sauberkeit bzw. Reinheit
der Elektroden und Isolatoren, Temperatur der Dämpfe, perfekte Geometrie der Elektroden
usw.) daß die Elektrofilter, die mit diesem Verfahren arbeiten, zwar wirksame aber
kostspielige, empfindliche und sehr platzraubende Vorrichtungen geworden sind; überdies
liegt ihre Lebensdauer, während welcher eine einwandfreie Arbeitsweise sichergestellt
ist, bei drei Jahren.
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Eine bekannte Verbesserung besteht in der Trennung der Zone, in welcher
die Teilchen elektrisch aufgeladen werden, von dem Bereich, in welchem sie aufgefangen
werden. Nun ist es möglich,
den Abstand zwischen den Auffangplatten
beträchtlich zu verringern und einen noch stärker laminaren Strömungsbereich für
die zufriedenstellenden Geschwindigkeiten, mit denen das Gas durchtritt, zu erzielen.
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Diese Art sehr wirksamer Elektrofilter hat bisher in der industriellen
Technik noch keine Anwendung gefunden, einmal weil sie nur mit hohen Kosten zu bauen
sind und zum anderen weil die Reinigung der Platten eine vorgegebene regelmäßige
Arbeitsunterbrechung erfordert.
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Es wurden verschiedene Versuche unternonmen, um das Verfahren zur
Gasreinigung mittels Wäscher mit dem elektrostatischen Gasreinigungsverfahren zu
kombinieren.
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a) Bei einem ersten bekannten Verfahren werden in die Achse eines
Sprühwäschers ionisierte Tröpfchen mit einer Ladung von 50 kV unter geringem Druck
eingespritzt, die eine insgesamt konische Schicht bilden, welche die Wandung'n,dieauf
Erdpotential gehalten werden, miteinander verbindet:. Das Gas tritt mit erhöhter
Geschwindigkeit durch diese Schicht hindurch und gibt seine Staubteilchen an diese
ab. Die Verbesserung der Leistung des Wischers ist beträchtlich, aber das Verfahren
ist dennoch zur Entfernung ultrafeiner Staubpartikel noch nicht wirksam genug.
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b) Bei einer Variante dieser Vorrichtung läßt man das zu entstaubende
Gas mit hoher Geschwindigkeit in eine besondere Venturieinrichtung einströmen, in
welcher sich die Partikel mit einer der Ladung der Tröpfchen in der Wasserschicht,
durch die der Gasstrom sehr rasch gefilhrt wird, entgegengesetzten Ladung aufladen.
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Bei dieser Variante ist die wesentliche Wirkung kinetischer Natur
und wird noch durch die elektrostatische Anziehungskraft ergänzt, so daß die Wahrscheinlichkeit
einer Kollision zwischen den Tröpfchen und den Partikeln noch erhöht wird; im übrigen
treffen alle anderen Merkmale wie bei Verfahren a) zu, wenn auch in geringerem Maße.
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c) Bei einem anderen bekannten Verfahren wird eine Flüssigkeit zerstäubt
und der Strom der erhaltenen Tröpfchen wird mit dem Staubteilchenstrom vermischt;
dieser Mischfluß wird anschließend in herkömmlicher Weise auf elektrostatischem
Wege gereinigt. Diese Verbesserung hat den Zweck, die von der Elektrode aufgefangenen
Tröpfchen permanent zu waschen und die Gefahr der Erregung beträchtlich zu vermindern,
was unter Verminderung des Abstandes zwischen den Ionisierelektroden und den Auffangelektroden
eine Verminderung der Elektrodenfläche und des Volumens bzw. Umfang des Elektrofilters
ermöglicht.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Eliminieren von Staubteilchen aus einem Gasstrom zu schaffen, bei welcher die vorgenannten
Nachteile nicht auftreten, wobei sie sich die Tatsache zunutze macht, daß zwei sich
anziehende Teilchen, dercn Wege sich nicht schneiden, sich nur dann treffen, wenn
ihre relative Geschwindigkeit unter einem Grenzwert liegt, der sogenannten Auffanggeschwindigkeit.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung der eingange
geschilderten Art dadurch gelöst, daß der zusätzliche Flu.9 elektrisch geladener
Kügelchen fieber eine von der Verschmelzungsleitung getrennte Einrichtung eingespeist
ist und daß die Kügelchen praktisch in dem zu reinigenden Gas in Suspension sind.
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Nachstehend wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert, welche schematisch
die erfindungsgemäße Vorrichtung darstellt.
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Im wesentlichen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Zuführleitung
1 für das zu reinigende Gas und eine Kammer 2 auf, die in die Leitung I zwischengeschaltet
ist. In dieser Kammer werden die im Gas suspendierten Teilchen elektrisch mit vorgegebenem
Vorzeichen geladen, beispielsweise mit Hilfe einer gestachelten Elektrode 2a, die
mit der gesteuerten Stromquelle (7) auf ein Potential von -50 kV gegenüber Masse
gebracht wird. Die Elektrode 2a befindet sich in der Achse der Leitung 1, deren
Wandungen auf ein zur Ladung der Axialelektrode 2a symmetrisches elektrisches Potential
gebracht werden können; das Gas zirkuliert in der Kammer 2 sehr rasch, damit die
darin enthaltenen Staubteilchen sich nicht an die Wandungen anhängen können.
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Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Leitung 3 auf,
die vorzugsweise vertikal verläuft und in welcher man das zu reinigende Gas vorzugsweise
von unten her einleitet. Der Querschnitt der Leitung 3 ist so bemessen, daß das
Gas eine nur geringe Aufstiegsgeschwindigkeit hat.
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Weiterhin ist um die Leitung 3 herum eine Reihe von Einspritzdüsen
4 zum Einleiten des nach oben strömenden Flusses von Gas, festen oder flüssigen
Kügelchen angeordnet. Der Durchmesser dieser Kügelchen ist so bemessen, daß sie
praktisch im Gas suspendiert sind, und zwar mit einer im Durchschnitt sehr geringen
Aufstiegsgeschwindigkeit. Diese Kügelchen, die damit im wesentlichen das gleiche
Gewicht haben, werden elektrisch mit umgekehrtem Vorzeichen im Vergleich zur Ladung
der Teilchen im zu reinigenden Gas
aufgeladen. Sie vermischen sich
mit den Teilchen und ziehen diese an. Ein Mittel unter vielen zum Erhalten dieser
Kügelchen besteht darin, auf einer Trägerplatte 8, die selbst wiederum auf elektrischen
Isolatoren 9 angebracht ist, einen Wassertank 10 und eine Pumpe 11 anzuordnen. Die
Pumpe kann über den Transformator mit separaten Wicklungen (12) gespeist werden.
Die Trägerplatte wird auf ein Potential mit einem zur Ladung der Teilchen umgekehrten
Vorzeichen mittels einer geregelten Zuleitung 13 aufgeladen. Die Pumpe versorgt
die Einspritzdüsen 4, die um die Leitung 3 und oberhalb des Punktes angeordnet sind,
an welchem das Gas in diese Leitung eintritt. Um zu verhindern, daR einerseits das
Potential der Trägerplatte 8 nicht durch Kontakt der Einspritzdüsen 4 mit der Wandung
der Leitung 3 an Masse geht, und daß andererseits der äußere Umfang der Einspritzdüsen
4 nicht mit den im zu reinigenden Gas enthaltenen Staubteilchen bedeckt wird, wurde
jede Einspritzdüse 4 in einem kurzen Rohrstück 14 angeordnet, mit welchem keine
Berührung mit den Wandungen stattfindet, so daß im Wassertröpfchenstrom, der von
der Einspritzdüse 4 abgegeben wird, eine gewisse Menge Außenluft in das Innere der
Leitung 3 mitgeführt wird. Jedes der Rohrstücke 14 geht durch die Wandung der Leitung
3 hindurch.
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Im Bereich der Leitung 3 oberhalb der Strahlen, mit welchen die Kügelchen
eingespritzt werden, verweilen diese Kügelchen inmitten der Teilchen, die sie anziehen
sollen und haben im Vergleich zu den letzteren eine sehr geringe Geschwindigkeit.
Folglich sin sehr gute Bedingungen zum Auffangen der feinsten Teilchen gegeben.
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Wenn das zu reinigende Gas oben an der Leitung 3 angekommen ist, wird
es über eine sehr dünne Leitung 5 zu einem Abscheider 6 geführt,
in
welchem die Kügelchen wiedergewonnen werden. Dieser Abscheider kann eine einfache
Abklär- bzw. Dekantationska ier für die festen Kügelchen mit vorbestinmtem Durchmesser
oder auch ein Multizyklon für die flüssigen Kügelchen sein.
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Anschließend können die Kügelchen in einem Waschvorgang rückgewonnen
werden, wenn es sich um Feststoffe handelt, oder durch Dekantierung, wenn es Wassertröpfchen
sind.
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Zu bemerken ist noch, daß man durch Verwendung von Kügelchen in einer
geeigneten Flüssigkeit eine selektive Entmischung gewisser schädlicher Dämpfe als
Sekundäwirkung erzielen kann.
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Unterhalb des Punktes, an welchem das zu reinigende Gas in die Leitung
3 eintritt, ist eine in Richtung einer Abführleitung 16, die in die Leitung 3 einmündet,
geneigte schiefe Ebene 15 vorgesehen. Über diese Abführleitung 16 werden die eventuell
mit den Teilchen des zu reinigenden Gases verbundenen Kügelchen abgeleitet.
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Falls die verwendeten Kügelchen aus festem Granulat (beispielsweise
Plittchenasterial) bestehen und feucht sind, so wird darauf hingewiesen, daß die
Menge des eingesetzten Wassers sehr gering ist.
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Vorteilbafterweise wird dieses Wasser in folgender Weise wieder rezykliert:
es wird von den aus der Verschmelzungsleitung 3 extrahierten Kügelchen getrennt,
anschließend gereinigt und dient nunmehr zum befeuchten der sauberen Kügelchen,
die wieder in die Leitung 3 fieber die Iinspritzdüsen 4 eingespritzt werden sollen.
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Andererseits ist es offensichtlich, daß die Einspritzdüsen 4 auch
am oberen Ende der Leitung 3 angeordnet werden könnten.
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