DE2723841A1

DE2723841A1 - Verfahren zum reinigen von staubhaltigem gas

Info

Publication number: DE2723841A1
Application number: DE19772723841
Authority: DE
Inventors: Hedvig Eivor Birgitta Haessler; Per Gudmar Prof Kihlstedt
Original assignee: Advanced Mineral Research AB
Current assignee: Advanced Mineral Research AB
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1977-05-26
Publication date: 1977-12-15
Also published as: NL7705967A; NO140879C; JPS52147379A; FR2353334A1; CA1089376A; FI59030C; DK241477A; NO140879B; NO771895L; FI59030B; US4141698A; SE396192B; GB1545022A; FI771673A

Description

Peter - C. Sroka ₄ Düsseldorf u

PATENTANWALT , dominikanerstr.37, postfac η TM

telefon (0211)574022

TELECR. PATENTBRYDCES DÖSSELDORF

den 25.5.1977 U.Z.: 1-4746 -14/6

Advanced Mineral Research AB
Stockholm / Schweden

Verfahren zum Reinigen von staubhaltigem Gas

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Verfahren zum Reinigen von staubhaltigem Gas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von staubhaltigem Gas, das man mit durch Reibungselektrizität aufgeladenen Wassertropfen zusammenbringt.

Staub und Schmutz dürften insbesondere in der industriellen Mineraltechnologie Hauptursache für Krankheiten bzw. Gesundheitsstörungen sein. Dieses gilt grundsätzlich auch vom Standpunkt der Hygiene, wobei jedoch insbesondere krankheitserregende Mineralstäube zu beachten sind, wie beispielsweise reaktionsfähiger Quarz und Asbest. Der für die Silikoseerkrankung am meisten gefährliche Quarzstaub dürfte der Staub mit einer Partikelgrösse von etwa o,5 - 5 »um sein, der bei der Prallzerkleinerung erzeugt und weitergeleitet wird. Diese Staubfraktion wird beim Atmen nicht vollständig von den einen Staubschutz darstellenden Schleimhäuten des Körpers aufgefangen sondern begleitet die Luft bis in die Lungengewebe, wo der Staub sich abscheiden kann. Feinere Fraktionen begleiten beim Ausatmen die Luft in einem wieder ansteigendem Ausmaß aus der Lunge heraus.

Die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, daß die hier in Frage stehende Fraktion in den meisten Fällen eine Majorität negativer Teilchenladungen hat. Ein vollständiges Abschalten des am meisten gefährlichen Staubes würde daher im allgemeinen dadurch verbessert werden, daß man während des Staubabscheideprozesses positiv geladene Empfängerkörper verwendet, und zwar insbesondere dann, wenn man den mehr neutral oder positiv geladenen Staubpartikeln vor dem Abscheideprozess eine negative Ladung geben könnte; dieser zuletzt auf-

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geführte Gedankengang wird auch bei der Konstruktion üblicher Elektrofilter berücksichtigt.

Für sämtliche Staubüberwachungssysteme muß jedoch das Prinzip der Lösung des Problemes so nah wie möglich an der Staubentwicklungsquelle als fundamental angesehen werden. Dieses führt zu Abkapselungsmethoden, um das Ausbreiten des Staubes zu verhindern. Diese Abkapselungsmethoden müssen jedoch mit Maßnahmen innerhalb des Abkapselungssystemes kombiniert werden, um den Staub einzufangen und zu sammeln. Zu diesem Zweck sind in dem Abkapselungssystem in immer größer werdendem Umfang Wassersprüheinrichtungen eingesetzt worden. Bei der Benutzung von Wassersprüheinrichtungen der bisher bekannten Art bestand der Grundgedanke normalerweise darin, den Staub aus einer die Luft verschmutzenden Form in eine wasserverschmutzende Form zu überführen, in der der Staub dann abgeleitet wurde.

Die bisher bekannten Wassersprühsysteme weisen jedoch wesentliche Nachteile auf. Die von üblichen Düsen normalerweise erzeugten Wassertropfen haben eine Größe von etwa 5o /um oder mehr. Wenn man derartige Tröpfchen durch staubhaltige Luft leitet, werden die Partikel in dem gefährlichen Fraktionsbereich von etwa o,5 - 5 ,um die Luft um die Wassertröpfchen herum begleiten, da die Masse der Einzelpartikel nicht ausreicht, um ihnen ihr eigenes Bewegungsmuster zu geben. Die Tropfengröße sollte daher in wesentlichem Umfang herabgesetzt werden, um dadurch die Oberfläche je Wassermengeneinheit zu vervielfachen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt läßt sich dieses insbesondere mit Ultraschalldüsen erreichen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme besteht darin, daß die verwendeten Wassermengen dem ausgewaschenen Staub eine unangenehme Konsistenz erteilt, der die Rückgewinnung schwierig gestaltet, da die bevorzugten Rückgewinnungssysteme mit trok-

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kenen oder halbtrockenen Staub arbeiten. Das Trocknen des Staubes ist sowohl in wirtschaftlicher Hinsicht als auch vom Energieverbrauch her betrachtet aufwendig. Die Sprühtechnik, insbesondere mit Ultraschalldüsen, hat jedoch den Bedarf an Wasser bei einer wirkungsvollen Staubabscheidung weitgehend herabgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Staubabscheidung insbesondere im Bereich der gefährlichen Staubfraktion durch Sprühen verbessert wird, wobei gleichzeitig die den Staub begleitende Wassermenge herabgesetzt werden soll; dabei soll die Reinigung des staubhaltigen Gases verbilligt werden, indem man den Wassertröpfchen in einfacher Weise eine geeignete elektrische Ladung erteilt, so daß sie leicht Staub der gefährlichen Staubfraktion anziehen können, wobei die Wassertröpfchen selbst leicht von dem übrigen Gas abzutrennen sein sollen.

Es ist bereits bekannt, Wassertropfen mit gesondert erzeugter und zugeführter Elektrizität bis zu einer bestimmten Ladungsstärke aufzuladen und dadurch in einer Gassuspension vorhandene Staubpartikel zum Zwecke der Abscheidung derselben zu beeinflussen. Es wird in diesem Zusammenhang auf die schwedischen Patentschriften Nr. 214 365 und 354 199 und die US-PS'en Nr. 2 357 354 und 3 729 898 hingewiesen. Man hat weiterhin vorgeschlagen, Flussigkeitstropfen durch Reibungselektrizität bei der Bildung dieser Tropfen mittels Sprühdüsen aufzuladen. Für diesen Zweck wird jedoch entweder Leitungswasser allein oder in Kombination mit Dampf verwendet, d.h. Medien mit einer relativ hohen Leitfähigkeit, so daß die je Wassermengeneinheit erzeugten Ladungen verhältnismäßig gering sind. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die GB-PS Nr. 23 6o5/1913 und die US-PS Nr. 1 94o 198 hingewiesen.

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Im Gegensatz dazu wird zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe erfindungsgemäß eine beträchtliche Erhöhung der Ladungsgröße je Wassergewichtseinheit dadurch erreicht, daß man in flüssigem Zustand befindliches Wasser, das eine elektrische Leitfähigkeit von höchstens etwa 1 χ 1o Ohm can" hat, durch Reibungselektrizität auflädt und in eine Nebelform mittels einer elektrisch leitenden und einen Flüssigkeitsnebel erzeugende Düse bringt, von der die Ladung entgegengesetzte Polarität zu derjenigen des Nebels kontinuierlich abgeleitet wird, und daß man den Nebel anschließend zur Bindung des Staubes mit dem Gas zusammenführt.

Wenn keine Zusätze zu dem Wasser gegeben werden, wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein positiv geladener Wassernebel erhalten, der bei einer nur geringen Wasserströmungsgeschwindigkeit eine ausreichend große Ladungsmenge aufweist, um wirkungsvoll schädliche Partikel, wie beispielsweise Silikose erzeugenden Staub, aus staubhaltigen Gasen abzuscheiden.

In verschiedener Weise durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß die Leitfähigkeit des Wassers auf eine Größe von höchstens etwa 1 χ Io Ohm" cm" herabgesetzt werden soll, um ein gutes Ergebnis zu erzielen, vorzugsweise auf eine Größe bis zu 1 χ 1o Ohm cm oder darunter, was bei dem gegenwärtigen Stand der Wasserreinigungstechnologie in technischer Hinsicht keine Schwieirigkeiten bereitet; eine derartige Leitfähigkeit läßt sich beispielsweise mittels üblicher und einfacher Ionenaustauscher erreichen.

Ausgehend von diesem Wert wächst die Ladungsmenge je Gramm an versprühtem Wasser beträchtlich in Übereinstimmung mit der ab-

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nehmenden Leitfähigkeit des Wassers an. Ladungsmengen In der Größenodrnug von 25 χ 1o~ Culomb je Gramm Wasser werden ohne Schwierigkeiten erreicht, und diese Ladungsmengen müssen als sehr hoch angesehen werden. Die Tröpfchenladungen sind tatsächlich mehrere Zehnerpotenzen größer als die Eigenladung der Staubpartikel im aerosolen Zustand, in dem sie bei direkt hervorgerufener Staubbeladung der Luft erscheinen, d. h. beim Zerkleinern von Mineralien in einer normalen Zerkleinerungsanlage. Diese Teilchenladungen, insbesondere innerhalb der gefährlichen Staubfraktion, reduzieren das Ablagerungsvermögen des Staubes und bilden den Anlaß für die häufig unsichtbaren Staubsuspensionen, die, wenn sie eingeatmet werden, außerordentlich gefährlich bzw. schädlich sind. Die Wassertröpfchenladungen, die mit mittels einer Düse erzeugtem Nebel dieser Art zugeführt werden, sind demzufolge außerordentlich wirkungsvoll, um auf die Staubsuspension einen starken elektrostatischen Effekt auszuüben.

Ein besonders vorteilhaftes Ergebnis wird erzielt, wenn als Nebel erzeugende Düse eine Ultraschalldüse benutzt wird, bei der die Wassernebelerzeugung in der Weise erfolgt, daß ein Luft- oder anderer Gasstrahl gegen einen Resonator gerichtet wird, um ein Ultraschallfeld zu erzeugen, in dem ebenfalls durch die Düse zugeführtes entionisiertes Wasser in nebelform mit sehr kleinen Tröpfchengrößen zerteilt wird. Derartige Ultraschalldüsen sind im Handel erhältlich und werden unter anderem von Sonic Development Corp., New Jersey, USA, hergestellt und unter dem Namen S(XtIOORE vertrieben. Es können jedoch auch andere Nebel erzeugende Düsen verwendet werden, die mit Luft oder anderen Gasen als Medium bei der Bildung von Nebel aus Wasser arbeiten, und mit denen sich eine ausreichend kleine Tröpfchengröße erzeugen läßt. Die durchschnittliche Tröpfchengröße in dem gebildeten Nebel soll vorzugsweise geringer als etwa 1o ,um sein.

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Die Ladungen entstehen auf reibungselektrische Welse während des Durchganges des Im wesentlichen nicht leitenden Wassers durch die geerdete Düse. Untersuchungen des übertragungswiderstandes von Wasser auf Metalle haben gezeigt, daß die Oxidations/und Absorbtionsphänomene der Metallflächen einen wesentlichen Einfluß auf die Stromübergabe bzw. Stromübernahme zwischen dem Wasser und dem Metall haben. Versuche mit mehr inerten und leichter leitendem Düsenmaterial haben zu dem Ergebnis geführt, daß beispielsweise goldplattierte Düsen zu beträchtlich höheren Tröpfchenladungen bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen führen als Düsen mit geringerwertigen Oberflächen, wie beispielsweise Düsen aus rostfreiem Stahl. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden demzufolge Nebel erzeugende Düsen verwendet, deren mit dem Wasser in Kontakt kommende Wände mit einem besonderen Material, beispielsweise Gold oder Platin, beschichtet sind, welches den Ubertragungswiderstand zwischen dem Wasser und dem Düsenmaterial herabsetzt.

Zur weiteren Verbesserung des angestrebten Effektes ist gemäß weiterer Erfindung vorgesehen, daß man den Staub in dem s taub hai tigern Gas zusammen mit dem mit dem Gas vermischten Nebel, der aus aufgeladenen Wassertröpfchen besteht abscheidet, indem man das Gas durch mindestens eine Gitterkonstruktion od.dgl. strömen läßt, die geerdet ist oder an die eise Spannung entgegengesetzter Polarität zu derjenigen des Nebels angelegt ist. Gemäß weiterer Erfindung ist vorgesehen, daß man eine Gitterkonstruktion verwendet, die mit einer Abkratzeinrichtung oder Schütteleinrichtung zum Abtrennen von abgelagertem staubhaltigen Material versehen ist. Die Spannung wird an die Gitterkonstruktion vorzugsweise dadurch angelegt, daß man diese Gitterkonstruktion leitend mit der Nebel erzeugenden Düse verbindet. Es ist jedoch auch

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völlig ausreichend, sowohl die Gitterkonstruktion als auch die Nebel erzeugende Düse an Erde bzw. Masse anzuschließen.

Um eine Vorabscheidung größerer Partikel zu erreichen und um den Kontakt zwischen den Tröpfchen und den Staubpartikeln zu verbessern, ist gemäß weiterer Erfindung vorgesehen, das staubhaltige Gas und den damit vermischten Nebel aus aufgeladenen Wassertröpfchen durch mindestens einen Zyklon oder einen anderen Staubabscheider strömen zu lassen, der ohne elektrisches Feld arbeitet.

Es ist außerdem möglich, auf autogene Weise, d.h. ohne irgendeine äußere Elektrizitätsquelle, anstelle der bisher diskutierten positiven Ladungen eine negative Ladung in den mittels der Düse gebildeten Wassertröpfchen zu erzeugen. Diese negativen Ladungen sind jedoch relativ gering. In diesem Fall wird dem entionisierten und gering leitfähigem Wasser ein geeignetes Tensid, gewöhnlich in einer sehr geringen Konzentration, zugesetzt. Entsprechend den auf diese Weisen erhaltenen Ergebnissen soll das Tensid vorzugsweise kationenaktiv sein, wobei seine Konzentration in dem Wasser vorzugsweise so niedrig wie etwa o,1 - 1 9/^{m ist}· ^Der negativ geladene Wassernebel kann zum Reinigen von Gas verwendet werden, das einen tonhaltigen Staub oder einen anderen hauptsächlich positiv geladenen Staub enthält. Die Möglichkeit der Erzeugung eines negativ geladenen Wassernebels kann alternativ auch dazu verwendet werden, die Ladung der Staubpartikel zu ergänzen, bevor man das staubhaltige Gas mit dem positiv geladenen Wassernebel vermischt; dieses kann vorzugsweise in der Weise erfolgen, daß man das Gas mit einem negativ geladenen Hilfeladungsnebel vermischt, der von einer Nebelerzeugungsdüse stammt, die mit im wesentlichen entionisiertem Wasser betrieben wird, dem man eine kleinere Menge eines vorzugsweise kationisch aktiven Tenside zugesetzt hat.

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Die Erfindung wird Im folgenden an Hand der belllegenden Zeichnung näher beschrieben, die in schematischer Darstellung die ebenfalls einen Teil der Erfindung darstellenden Anlage zur Reinigung von staubhalt!gern Gas wiedergibt.

Ein staubhaltiges Gas wird durch eine Leitung 1 einer vorbereitenden Hilfskammer 2 zugeführt, in der die negative Ladung an den Staubpartikeln in der erwünschten Weise ergänzt wird, indem man negativ geladene Wassertröpfchen einsprüht, die aus entionisiertem Wasser erzeugt worden sind, dem eine kleinere Menge eines Tensids zugesetzt worden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Tröpfchen mit Ultraschalldüsen 2¹ gebildet, an die Leitungen 2" und 2"' für die Zuleitung von Druckluft und Wasser angeschlossen sind. Danach wird das staubhaltige Gas in eine Hauptkammer 3 geleitet, in der aus reinem entionisiertem Wasser ein positiv geladener Wassernebel mittels einer oder mehrerer Ultraschalldüsen 3¹ erzeugt wird; Druckluft und Wasser werden durch die Leitungen 3" und 3"' zugeführt. Danach strömt das mit dem Wassernebel vermischte Gas durch eine Homogenisierungskammer 4, die vorzugsweise die Form eines Zyklones hat und in der ein vollständiger Kontakt zwischen dem Staub und dem Wassernebel herbeigeführt wird, wobei eine bestimmte Menge des Staubes abgeschieden wird. Das die Homogenisierungskammer verlassende Gas wird anschließend durch eine Gitterkonstruktion 5 geleitet, um aufgeladenen Staub abzuscheiden. Die Gitterkonstruktion ist mit einer Schüttel- oder Kratzeinrichtung 6 versehen. Sowohl die Düsen als auch die Gitterkonstruktion sind mit Einrichtungen 7 zur Ableitung von Spannung versehen. Die Düsen und die Gitterkonstruktion sind vorzugsweise an Erde bzw. Masse angeschlossen, wodurch positive Elektrizität von den Hilfsdüsen 2¹ und der Gitterkonstruktion 5 an Erde bzw. Masse gelangt, während negative Elektrizität von den Hauptdüsen 3 an Erde bzw. Masse gelangt.

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Die Gitterkonstruktion 5 und die Hauptdüsen 3 können auch ohne Erd- bzw. Masseschluß miteinander verbunden sein, wodurch die Gitterkonstruktion durch die Hauptdüsen negativ geladen wird. Die Gitterkonstruktion kann gegebenenfalls auch von einer äußeren Spannungsquelle mit einer negativen Ladung versehen werden.

In einer Versuchsanlage, die im wesentlichen der in der Zeichnung dargestellten Anlage entspricht, wurde staubhaltige Luft mittels elektrisch geladenem Wassernebel gereinigt. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:

Bei Verwendung von Leitungswasser und bei allein eingeschalteter Hauptdüse wurde bei normalem Sprühen mit der Ultraschalldüse eine Abscheidung des mit der Luft zugeführten Staubes in der Größenordnung von etwa 85% erreicht. Der Staub mit sich führende Wassernebel passierte leicht die Gitterkonstruktion. Wenn die gleiche Hauptdüse in der gleichen Weise mit entionisiertem Wasser versorgt wurde, und zwar immer noch ohne die Hilfsdüse, wurde eine Staubabscheidung von etwa 96% erzielt. Der Wassernebel und der mitgeführte Staub lagerten sich dann hauptsächich an der Gitterkonstruktion ab, die den Nebel nicht hindurchströmen ließ. Wenn anschließend eine kleinere Hilfsdüse, der ein mit einem Tensidzusatz versehenes Wasser zugeführt wurde, zusätzlich verwendet wurde, ließ sich eine fast vollständige Staubabscheidung erreichen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Gitterkonstruktion mit einer Abkratzeinrichtung zu versehen, um den abgelagerten feuchten Staub abzulösen und zurückzugewinnen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Reinigen von staubhaltigern Gas, das man mit durch Reibungselektrizität aufgeladenen Wassertropfen zusammenbringt, dadurch gekennzeichnet, daß man in flüssigem Zustand befindliches Wasser, das eine elektrische Leitfähigkeit von höchstens etwa

-5 -1 -1 1 χ Io Ohm cm hat, durch Reibungselektrizität auflad und in eine Nebelform mittels einer elektrisch leitenden und einen Flüssigkeitsnebel erzeugenden Düse bringt, von der die Ladung entgegengesetzter Polarität zu derjenigen des Nebels kontinuierlich abgeleitet wird, und daß man den Nebel anschließend zur Bindung des Staubes mit dem Gas zusammenführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

man Wasser mit einer Leitfähigkeit in der Größenord-

—6 —1 ""1 nung von 1 χ Io Ohm cm oder darunter verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine einen Flüssigkeitsnebel erzeugende Düse verwendet, deren mit dem Wasser in Kontakt kommende Wände mit einem Material, wie beispielsweise Gold oder Platin, beschichtet sind, welches den Übertragungswiderstand zwischen dem Wasser und dem Düsenmaterial herabsetzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine nebelerzeugende Düse verwendet, in der die Wassernebelerzeugung mit Hilfe eines Ultraschallfeldes erfolgt.

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OFHGlNAL

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser in die Form eines Nebels mit einer mittleren Tröpfchengröße kleiner als etwa 1o ,um bringt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Staub in dem staubhaltigem Gas zusammen mit dem mit dem Gas vermischten Nebel, der aus aufgeladenen Wassertröpfchen besteht, abscheidet, indem man das Gas durch mindestens eine Gitterkonstruktion od.dgl. strömen läßt, die geerdet ist oder an die eine Spannung entgegengesetzter Polarität zu derjenigen des Nebels angelegt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spannung an die Gitterkonstruktion anlegt, indem man die nebelerzeugende Düse leitend daran anschließt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeitsnebel erzeugende Düse an Erde anschließt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das staubhaltige Gas und den damit vermischten Nebel aus aufgeladenen Wassertröpfchen durch mindestens einen Zyklon oder einen anderen Staubabscheider strömen läßt, der ohne elektrisches Feld arbeitet.

1o. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere zur Behandlung von Gas, das Ton enthaltenden oder anderen hauptsächlich positiv aufgeladenen Staub enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Nebel aus negativ

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aufgeladenen Wassertröpfchen erzeugt, Indem man dem Wasser vor dem Aufladen eine kleinere Menge eines vorzugsweise kationisch aktiven Tensids zusetzt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ladung der Staubpartikel, bevor man das staubhaltige Gas mit dem aufgeladenen Wassernebel vermischt, ergänzt, indem man das Gas mit einem negativ geladenen Hilfsladungsnebel vermischt, der von einer Nebel erzeugenden Düse stammt, die im wesentlichen mit entionisiertem Wasser betrieben wird, dem eine kleinere Menge eines vorzugsweise kationisch aktiven Tensids zugesetzt worden ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Gitterkonstruktion verwendet, die mit einer Abkratζeinrichtung oder Schütte !einrichtung zum Abtrennen von abgelagertem staubhaltigen Material versehen ist.

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