DE3010316C2 - Kamin für industrielle Abgase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kamin für industrielle Abgase mit einem aus übereinander angeordneten Einzelelementen bestehenden kreiszylindrischen Rohr. Derartige aus Einzelelementen aufgebaute Kamine zur Ableitung industrieller Abgase in die Atmosphäre sind bekannt. Zeigt nun das Gasgemisch eine Temperatur, die in der Nähe des Taupunktes einer oder mehrerer Komponenten dieses Gasgemisches liegt, so kann durch die Abkühlung auf dem Weg durch den Kamin Kondencatausscheidung auftreten. Bei hoher Strömungsgeschwindigkeit der Abgase können infolge der turbulenten Strömungsverhältnisse größere sich an der Kaminwandung bildende Kondensattropfen abgelöst, durch die Strömung mitgerissen und in die Atmosphäre ausgeworfen werden, so daß es in der Umgebung des Kamins unter Umständen zu erheblichen Niederschlägen kommt. Hierbei können unter Umständen durch

^ säurebildende Komponenten Umweltschäden entstehen.

Man hat nun schon am Kaminende Kondensatabscheide-Einrichtungen verschiedener Bauart eingebaut, doch haben diese den Nachteil, daß die Kondensattropfen stets bis zum Kaminende transportiert werden müssen, bevor sie von der Abscheidecinrichtung erfaßt werden können. Zudem gelingt es nicht, auf diese Weise die gesamten Kondensailropfen aufzufangen, so daß eine gewisse Restkonzentration ausgeworfen wird. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die Belastung des Kaminendes infolge der hierdurch entstehenden statischen Probleme einen konstruktiven Mehraufwand erfordern.

Aufgabe der Erfindung ist es. einen Kamin der genannten Art so zu gestalten, daß beim Austritt der Gase aus dem Kamin der Auswurf von Kondensattröpfchen vermieden wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Wandung des Rohres von einer im Abstand von ihr vorgesehenen, zu ihr konzentrischen Außenwand derart umschlossen ist. daß ein nach oben offener Zwischenraum gebildet ist und daß in der Wandung des kreiszylindrischen Rohres Durchbrüche vorgesehen sind, die das Rohr mit dem Zwischenraum zwischen seiner Wandung und der

^b(J Außenwand verbinden.

Es ist zwar schon eine Kaminkonstruktion bekanntgeworden (Deutsches Gebrauchsmuster TT 27 4V)). "ei der das den Kamin bildende Rohr um einer konzentrischen Außenwand umgeben ,·. Die'-es

^b5 Außenrohr stellt jedoch nur eine Ί ι <iuk< m^' r 11 r
das innere Rohr dar. bei der die Rohrwand
inneren Rohres keinerlei Durchbriiche au'we
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Zwischenraum zwischen der Außenwandung des Außenrohres und der Rohrwandung des Innenrohres nicht besteht.

Bei dem Kamin gemäß der Erfindung dienen die Durchbrüche dazu, einen Teil des in dem Rohr > aufsteigenden Gasstroms in den Zwischenraum zwischen der Außenwand und der Rohrwandung zu bringen, wo die Gase dann langsamer strömen als in dem Rohr. Zu diesem Zweck werden die Durchbrüche vorteilhi.iterweise so ausgebildet, daß jeweils ihr auf der ι" der ankommenden Strömung abgewandten Seite liegender Rand eine Art von in die Strömung unter einem Winkel hineinragender Leitschaufel aufweist, indem der Rand entsprechend aufgebogen oder mit einem besonderen laschenartigen Ansatz versehen ist. ι j Auf diese Weise werden die längs der Rohrwandung strömenden Schichten des Gasgemisches erfaßt und in den Raum zwischen der Rohrwandung und der Außenwand umgeleitet.

Der zwischen der Rohrwandung und der Außenwand -'" aufsteigende Teil des Gasgemisches kühlt sich an der Außenwand ab, so daß ein Teil des Gasgemisches kondensiert, sich in Tropfenform an der Außenwand niederschlägt und dank der geringeren Strömungsgeschwindigkeit der in diesem Raum aufsteigenden Gase -"> nach unten rinnt, während die hierbei freiwerdende latente Wärme eine Abkühlung der Rohrwandung verhindert, so daß der im Innern des Rohres aufsteigende Gasstrom keinen Temperaturverlust erleidet und dementsprechend dort keine Kondensation auftritt. Beim Austritt aus dem Kamin, an dessen oberen Ende sich der im kreiszylindrischen Rohr aufsteigende restliche Teil des Gasgemisches und dessen den Zwischenraum zwischen Rohrwandung und Außenwand durchströmende Teil vereinigen, ergibt sich so ein wesentlich geringerer Sättigungsgrad als bei einem Kamin bekannter Ausführungsform und es findet beim Übergang in die freie Atmosphäre kein Kondensatauswurf in Tropfenform statt.

Wenn vorauszusehen ist, daß das eingeleitete Gas bereits Kondensattropfen mit sich führt, kann unmittelbar über dem der Zuführung der Gase dienenden Kaminfuß eine aus Leitblechen gebildete Vorrichtung zur Erzeugung eines Dralls und damit eines spiralig aufsteigenden Gasstroms angeordnet seil!, wodurch die Kondensattröpfchen bereits im unteren Teil des Kamins ausgeschleudert werden. In diesem Fall werden die Durchbrüche in der Rohrwandung vorteilhafterweise als parallel zur Längsachse des Rohres verlaufende längliche Schlitze ausgebildet. 1st jedoch mit Sicherheit zu erwarten, daß die eingebrachten Abgase keine Kondensattropfen enthalten, ist eine solche Drallvorrichtung nicht erforderlich und die in der Rohrwandung befindlichen Durchbrüche können von horizontal liegenden Schlitzen in Form von Kreisringabschnitten mit entsprechend geformten Staukanten gebildet sein.

Abgesehen davon, daß die Bildung eines Niederschlags beim Austritt der Gase in die Atmosphäre vermieden wird, ergeben sich durch die Gestaltung des Kamins entsprechend der Erfindung noch weitere ^b0 Vorteile. Die in dem Zwischenraum zwischen der inneren und äußeren Wandung durch Kondensation ausgeschiedene Flüssigkeit, z. B. die wäßrige Lösung einer Säure, rinnt an den Wandungsflächen nach unten und kann dort aufgefangen und über einen Saminelbe- ^b5 hälter der Wiederverwendung zugeführt werden. Außerdem lassen sich Reinigung und Wartung des Kamins unter günstigeren Voraussetzungen durchführen. Auch wird gegebenenfalls durch die Verlegung der zur Erzeugung des spiraligen Strömungsverlaufs dienenden Vorrichtung — des »Drallstücks« — vom oberen Ende des Kamins an den Kaminfuß die insbesondere bei starkem Winddruck ungünstige Kopflastigkeit des Kamins beseitigt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden im Zusammenhang mit dem anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellt werden. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Gesamtansicht des Kamins gemäß der Erfindung in stark schematisierter Darstellung;

F i g. 2 das der Erzeugung der spiraligen Strömung dienende Drallstück im Vertikalschnitt entsprechend der strichpunktierten Linie 11-11 in Fig. 3;

Fig.3 das Drallstück gemäß Fig.2 im Horizontalschnitt entsprechend der strichpunktierten Linie 1I1-II1 in F i g. 1;

Fig.3a den Horizontalschnitt entsprechend der strichpunktierten Linie HI-JIl in Fig. 2 durch einen Teil des Kamins in wesentlich größerem Maßstab;

F i g. 4 ein normales Kaminelement im Vertikalschnitt entsprechend der strichpunktierten Linie IV-IV in Fig. 5;

Fig.5 das gleiche Kaminelement im Horizontalschnitt entsprechend der strichpunktierten Linie V-V in Fig. 4;

F i g. 6 das Endstück des Kamins im Vertikalschnitt;

F i g. 7 eine andere Ausführungsform des Kaminendstückes, gleichfalls im Vertikalschnitt.

In dem gewählten Beispiel ist willkürlich unterstellt, daß dem Kamin das Gasgemisch durch zwei Leitungen zugeführt wird. Dementsprechend führen in dem betrachteten Fall in den Kaminfuß 11 zwei Zuführungsleitungen 12, über die das Gasgemisch beispielsweise mittels der Radialventilatoren 13 eingeblasen wird. An den Kaminfuß 11 schließen nach oben die weiteren Bauelemente an. Die Höhe des Kamins, der beispielsweise von einer Stützkonstruktion 14 getragen ist, richtet sich jeweils nach den örtlichen Gegebenheiten und den technischen Forderungen.

In dem gewählten Beispiel ist weiterhin angenommen, daß in den Abgasen beim Eintritt in den Kamin bereits Kondensattropfen enthalten sind. In diesem Fall ist unmittelbar über dem Kaminfuß 11 ein der Erzeugung eines spiraligen Verlaufs des Gasstromes dienendens Drallstück 15 angeschlossen. Dieses Drallstück 15 (vgl. F i g. 2 und 3) besteht aus dem Anschlußteil 16, das direkt mit dem Kaminfuß 11 verbunden ist und das aus den Zuführungsleitungen 12 kommende Gasgemisch aufnimmt und in das Rohr 17 überführt. Zwischen dem Anschlußteil 16 und dem Rohr 17 befindet sich die aus den Leitblechen 18 bestehende Vorrichtung 19. Die Leitbleche 18 sind ähnlich wie die Leitschaufeln einer Turbine so angeordnet, daß sie jeweils einen Ausschnitt aus einer Schraubenfläche bilden und den von unten kommenden axialen Gasstrom mit einer radialen Komponente überlagern, so daß das Gasgemisch mit einem starken Drall — beispielsweise im Gegensinn des Uhrzeigers — in das Rohr 17 eintritt, wie dies durch den Pfeil a angedeutet ist. Bereits vorhandene Kondensattropfen werden auf diese Weise abgeschieden. Der Durchmesser d des Rohres 17 ist geringer als der Durchmesser D des Anschlußteils 16 des Drallstückes 15.

Die Rohrwandung 20 ist umgeben von einer Außenwand 21, die im Abstand f konzentrisch zu dem Rohr 17 angeordnet ist, so daß zwischen der

Rohrwandung 20 und der Außenwand 21 ein Zwischenraum 22 von kreisringförmigem Querschnitt entsteht, der nach unten durch einen kreisringförmigen oder konischen Blechring 23 abgeschlossen ist. Vorteilhafterweise wird der Abstand f so gewählt, daß der Durchmesser der Außenwand 21 gleich ist dem Durchmesser D des Anschlußsteils 16 des Drallstückes 15, so daß die Außenwand 21 einfach als Fortsetzung der Wandung des Anschlußteils 16 ausgeführt werden kann.

In der Rohrwandung 20 sind Durchbrüche 24 in Form von länglichen Schlitzen vorgesehen, die parallel zur Mittelachse des Kanals von unten nach oben verlaufen. Sie sind in mehreren parallel zueinander geradlinig von unten nach oben verlaufenden Reihen 25 angeordnet, wobei ihr gegenseitiger Abstand g in Längsrichtung etwa '/β bis Ve ihrer Länge k beträgt. Diese von den in Form von Schlitzen ausgeführten Durchbrüchen 24 gebildeten Reihen 25 sind gleichmäßig über den Umfang der Rohrwandung 20 verteilt; ihr gegenseitiger Abstand « in Winkelmaß ergibt sich also stets als ganzzahliger Bruchteil von 360°; für beispielsweise zwölf solcher Reihen 25 ist also

25

Da die Aufgabe der schlitzförmigen Durchbrüche 24 darin besteht, die äußere Schicht der spiralig nach oben strömenden Gase in den Zwischenraum 22 zwischen der Rohrwandung 20 und der Außenwand 21 zu leiten, ist jeweils derjenige ihrer Ränder, der dem von dem im Sinne des Pfeiles a strömenden Gasgemisch zuerst erreichten Rand gegenüberliegt, derart aufgebogen, daß er eine in den Gasstrom unter einem spitzen Winkel hineinragende Leitschaufel 26 bildet. Selbstverständlich kann auch ein besonderes Ansatzstück zu diesem Zweck verwendet werden. Dank dieser Leitschaufeln 26 wird stets die äußerste Schicht der in einer dem Drall a entsprechenden in Richtung des Pfeiles b nach oben in Form einer Spirale aufsteigenden Gasströmung in den Zwischenraum 22 gelenkt, wo die Gase bei dank der durch die gleichzeitig stattfindende Kondensation freiwerdenden latenten Wärme gleichbleibenden Temperatur weiter nach oben steigen. Die sich durch die Kondensation bildenden Flüssigkeitstropfen fließen in der durch den Pfeil cangedeuteten Weise nach unten. In dem unteren, durch den Blechring (23) abgeschlossenen Teil 27 des Zwischenraumes 22 wird dann die kondensierte Flüssigkeit aufgefangen und kann über eine besondere Leitung 28 einem Sammelbehälter zugeführt werden. Die Rohrwandung 20 besitzt Gastemperatur und erfährt keine Abkühlung, so daß an ihr weder innen, noch außen ein Kondensat entstehen kann.

Die Außenwand 21 und die Rohrwandutig 20 können durch Distanzbolzen oder auch durch Distanzbleche 29 miteinander verbunden sein. Im letztgenannten Fall entsteht eine Unterteilung des Zwischenraumes 22 in mehrere sektoraitige Abschnitte, wobei diese schottartigen Distanzbleche jeweils neben dem nicht als Leitschaufel 26 aufgebogenen glatten Rand der Schlitze 24 angebracht sind.

In F i g. 3a ist der Schnitt durch einen der schlitzförmigen Durchbrüche 24 in größerem Maßstab dargestellt Die Hinweiszeichen entsprechen denen der vorhergehenden Figuren.

Über dem Drallstück 15 werden je nach der erforderlichen Kaminhöhe eine Anzahl von Aufbauelementen, im folgenden kurz als »Teilstücke« bezeichnet, angeschlossen, die grundsätzlich alle gleichartig aufgebaut sind, wie der obere Teil des Drallstückes 15, das heißt ein zentrales Rohr 17 enthalten, das von einjr konzentrischen Außenwand 21 umgeben ist, so daß zwischen dieser und der Rohrwandung 20 der Zwischenraum 22 entsteht, der mit dem Rohr 17 über die in Reihen 25 angeordneten Durchbrüche 24 in Verbindung steht. Die Zahl dieser Reihen 25 kann nach oben hin abnehmen, so daß der Abstand λ zwischen den Reihen 25 in Winkelmaß gemessen größer wird und beispielsweise α = 60° betragen kann. Bei hohen Kaminen kann ab einer bestimmten, den jeweiligen Verhältnissen entsprechenden Höhe, auf die Durchbrüche 24 ganz verzichtet werden; der Kamin besteht dann in seinem oberen Teil nur noch aus der Rohrwandung 20 und der sie umgebenden Außenwand 21, ohne daß das Rohr 17 und der Zwischenraum 22 in Verbindung stehen.

Die Durchmesser D der Außenwand 21 und d des Rohres 17 sind bei allen Teilstücken des Kamins gleich den entsprechenden Durchmessern im oberen Teil des Drallstückes 15. In den Fig.4 und 5 ist ein solches Teilstück des Kamins im Längs- und Querschnitt dargestellt. Die Hinweiszeichen entsprechen denen der F i g. 2 und 3.

Selbstverständlich können einzelne dieser Teilstücke ohne Änderung ihres grundsätzlichen Aufbaus noch in bekannter Weise für Sonderaufgaben herangezogen werden, etwa zur Aufnahme von der Überwachung der Abgase dienenden Meßgeräten oder um mit Einstiegsöffnungen zur Inspektion oder für den Fall notwendig werdender Reparaturen versehen zu werden. Eine solche Sonderausführung berührt jedoch den Erfindungsgedanken, bzw. dessen konsequente Durchrührung nicht. Auch besteht die Möglichkeit, verschiedene Etagen des Kamins mit einer Arbeitsbühne zu versehen, beispielsweise zur Bedienung der Meßapparaturen oder zur Durchführung von Reparaturarbeiten. In Fj g. 1 sind diese verschiedenen Möglichkeiten angedeutet. Es ist angenommen, daß über dem Drallstück 15 sowohl einige einfache Teilstücke 30 (entsprechend den F i g. 4 und 5) vorgesehen sind, zwischen denen jedoch je nach den technischen Erfordernissen beispielsweise zur Montage einer Arbeitsbühne 31 geeignete Sonderteilstücke 32 oder mit einer Inspektions- oder Einstiegsöffnung versehene Teilstücke 33 oder auch ein Teilstück 34 mit Meßstutzen eingesetzt sind. Bei all diesen Spezialausführungen entspricht jedoch der innere Aufbau der einzelnen Teilstücke der Darstellung gemäß den F i g. 4 und 5, so daß sich eine Beschreibung dieser Sonderformen, die in keinerlei Zusammenhang mit dem Erfindungsgedanken stehen, an dieser Stelle erübrigt

Im übrigen ist der Vollständigkeit halber in den F i g. 2 und 3 die Anordnung von im Oberteil des Drallstücks 15 vorgesehenen Einstiegs- bzw. Inspektionsöffnungen 35 dargestellt

Der Abschluß des Kamins nach oben ist durch ein Endstück 36 gebildet, wie es z. B. in F i g. 6 dargestellt ist Bei diesem Endstück 36, das in Form und Ausführung etwa einem Teilstück 30 entspricht ist der Zwischenraum 22 zwischen Rohrwandung 20 und Außenwand 21 oben durch einen flanschartigen horizontalen Blechring 41 von der Breite m teilweise abgedeckt Die Breite m dieses Ringes ist so bemessen, daß sein Innendurchmesser d' = D — 2 m größer ist als der Außendurchmesser der Rohrwandung 20. Längs des Innenrandes des

Blechringes 41 ist ein kurzes Rohrstück 43 von der Länge 2 η angeordnet, das beidseitig jeweils um den Betrag η an dem Blechring 41 übersteht. Zwischen der oberen Kante der Rohrwandung 20 und dem Innenrand des Blechringes 41 bzw. der Innenwandung des Rohrstückes 43 besteht der kreisringförmige Spalt 42, durch den die im Zwischenraum 22 aufsteigenden Gase austreten und sich mit dem im Rohr 17 aufsteigenden Gasstrom mischen. Durch die Bemessung des Querschnitts des Ringspaltes 42 läßt sich die zulässige Gasgeschwindigkeit im Zwischenraum 22 einstellen.

In Fällen, in denen mit häufigem starken Windeinfall zu rechnen ist, besteht die Gefahr, daß die austretenden Rauchgase durch Verwirbelung auf den Blechring 41 gedruckt werden, auf dem sich dann Kondensat niederschlagen und vom Wind verweht werden kann.

Um dieser Gefahr zu begegnen, wird in der aus F i g. 7 ersichtlichen Weise das Endstück 36' des Kamins anstelle eines ebenen Blechringes 41 mit einem konusförmigen, sich nach oben verjüngenden Blechring 44 versehen, an dem der in Richtung des Pfeiles h einfallende Wind sanfter abgleitet, so daß Verwirbelungen vermieden werden. Für den Innendurchmesser d' des konischen Ringes gilt das bereits oben für den Blechring 41 Gesagte. Auch hier ist längs des Innenrandes ein Rohrstück 46 angeordnet, dessen oberer Rand den konischen Blechring 44 um den Betrag η überragt und dessen unterer Rand vorzugsweise um den gleichen Betrag η in den Zwischenraum 22 eintaucht, wobei zwischen der Rohrwandnung 20 und dem Rohrstück 46 der Ringspalt 42' entsteht.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Kamin für industrielle Abgase mit einem aus übereinander angeordneten Einzelelementen bestehenden kreiszylindrischen Rohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (20) des Rohres (17) von einer im Abstand (f) von ihr vorgesehenen zu ihr konzentrischen Außenwand

(21) derart umschlossen ist, daß ein nach oben offener Zwischenraum (22) gebildet ist, und daß in der Wandung (20) des kreiszylindrischen Rohres (17) Durchbrüche (24) vorgesehen sind, die das Rohr (17) mit dem Zwischenraum (22) zwischen seiner Wandung (20) und der Außenwand (21) verbinden.

2. Kamin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (?4) an ihrem dem vom Gasstrom zuerst erreichten Rand gegenüberliegenden Rand einen als Leitschaufel (26) oder Staublech wirkenden Ansatz aufweisen, der unter einem spitzen Winkel in den Gasstrom ragt.

3. Kamin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (24) als längliche horizontal verlaufende, kreisringabschnittförmige, in in Abständen parallel zueinander liegenden Ebenen angeordnete Schlitze ausgebildet sind.

4. Kamin nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar über dem der Zuführung der Abgase dienenden Kaminfuß (U) eine aus Leitblechen (18) gebildete Vorrichtung zur Erzeugung eines in dem Rohr (17) spiralig aufsteigenden Gasstroms angeordnet ist.

5. Kamin nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung des spiralig aufsteigenden Gasstroms dienende Vorrichtung aus einer Anzahl von Leitblechen (18) besteht, deren Form und Anordnung einem Ausschnitt aus einer Schraubenfläche entspricht.

6. Kamin nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (24) in der Rohrwandung (20) die Form von länglichen, von unten nach oben verlaufenden Schlitzen haben.

7. Kamin nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die die Durchbrüche (24) bildenden Schlitze mit einem gegenseitigen Abstand (g) in parallel zueinander verlaufenden vertikalen Reihen (25) angeordnet sind, die ihrerseits sich tangential in gleichen Absländen (nc) über die Rohrwandung (20) verteilen.

8. Kamin nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (22) zwischen der Rohrwandung (20) und der Außenwand (21) in dem unmittelbar über dem Kaminfuß (11) angeordneten Einzelelement (z. B. das Drallstück 15) nach unten durch einen kreisringförmigen oder konischen Blechring (23) abgeschlossen ist.

9. Kamin nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Teil (27) des Zwischenraumes

(22) zwischen der Rohrwandung (20) und der Außenwand (21) mindestens eine zu einem Sammelbehälter führende Leitung (28) angeschlossen ist.

10. Kamin nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (36) des Kamins mit einem horizontalen flanschartigen Blechring (41) versehen ist. dessen Innendurchmesser (d') größer ist als der Außendurchmesser der Rohrwandung (20), und daß längs des Innenrandes dieses Blechrings (41) ein Rohrstück (43) angeordnet ist, das an dem Blechring (41) beidseitig jeweils um den gleichen Betrag (11)

übersteht.

11. Kamin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (36'\ des Kamins mit einem konusförmigen, sich nach oben verjüngenden Blechring (44) versehen ist, dessen Innendurchmesser (d') größer ist als der Außendurchmesser der kohrwandung (20), und daß längs des Innenrandes dieses Blechrings (44) ein Rohrstück (46) angeordnet ist, dessen oberer Rand den Blechring (44) um einen Betrag (n) überragt, und dessen unterer Rand vorzugsweise um den gleichen Betrag (n) in den Zwischenraum (2?) zwischen Außenwand (21) und Rohrwandung (20) eintaucht.