DE3049752C2 - Staubabscheider zur Reinigung von Gasan - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Staubabscheider zur Reinigung von Gasen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 36 96 590 ist ein Staubabscheider zur Reini­ gung von Gasen bekannt, der ein als Zyklon ausgebildetes zylindrisches Gehäuse und einen tangential in das Gehäuse einmündenden, als Mischrohr für das Gas und für eine aus Düsen zugeführte Flüssigkeit ausgebildeten Gaskanal für das zu reinigende Gas aufweist. Der Gaskanal besitzt einen sich verengenden Querschnitt, wobei die Düsen für die Flüssigkeit innerhalb des sich verengen­ den Rohres angeordnet sind.

Durch die geringe Geschwindigkeit in dem Zyklon wird das Gas nur ungenügend gereinigt. Für eine Erhöhung der Ge­ schwindigkeit zur Erreichung eines besseren Wirkungsgrades ist ein beträchtlicher Energieaufwand erforderlich, so daß der Betrieb unwirtschaftlich wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, den gattungsgemäßen Staubabscheider mit konstruktiv einfa­ chen Mitteln so auszubilden, daß ein hoher Reinigungsgrad bei niedrigem Energieaufwand und geringen Baukosten erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, die in den Patentansprüchen 2 bis 14 vorteilhaft weitergebildet sind.

In dem erfindungsgemäßen Staubabscheider zur Reinigung von Gasen findet gleichzeitig eine kinematische Koagulation bei hoher Geschwindigkeit in der Gaskanalverengung und eine Zentrifugalabscheidung statt. Infolge der zeitlichen Über­ einstimmung der kinematischen Koagulation und der Zentri­ fugalabscheidung ist es möglich, die im Gas frei schweben­ den Teilchen bei geringen Gasstromgeschwindigkeiten abzu­ scheiden. Dadurch wird der Energieaufwand für die Bewegung des Gasstromes verringert. Durch die erfindungsgemäße An­ ordnung der Zuführungen für die Flüssigkeit verlagern sich die Flüssigkeitsströme unter Wirkung der Zentrifugalkraft zu der äußeren Seitenwand des Gaskanals hin und durchque­ ren seinen gesamten Querschnitt unabhängig von seiner Größe. Dies schafft die Möglichkeit, Staubabscheider mit beliebigem Gaskanalquerschnitt einzusetzen. Die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über den Querschnitt des Gasstromes trägt zum besseren Kontakt der Flüssigkeit mit dem Gas bei, wo­ durch die Intensität des Prozesses der kinematischen Koa­ gulation erhöht wird. Darüber hinaus ist hierbei kein Hoch­ druck für die Zuführung der Flüssigkeit notwendig, da die Zentrifugalkraft diese Funktion übernimmt. Hierdurch wird der Energieaufwand für den Staubabscheider zusätzlich ver­ ringert.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Gesamtansicht eines Staubabscheiders zur Reinigung von Gasen;

Fig. 2 den Schnitt II-II von Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Gesamtansicht einer zweiten Ausführungsform des Staubab­ scheiders, bei der die Wand des Zyklons als äußere Seitenwand des Gaskanals dient;

Fig. 4 den Schnitt IV-IV von Fig. 3;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Gesamtansicht einer dritten Ausführungsform des Staubab­ scheiders mit rechteckigem Querschnitt des Gaskanals und seitlicher tangentialer Zufüh­ rung der Berieselungsflüssigkeit;

Fig. 6 in vergrößertem Maßstab den Längsschnitt des Gaskanals des Staubabscheiders von Fig. 5, dessen innere Seitenwand die Form eines Zy­ linders mit runder Grundfläche aufweist;

Fig. 7 in vergrößertem Maßstab den Längsschnitt des Gaskanals des Staubabscheiders von Fig. 5, dessen innere Seitenwand die Form einer El­ lipse aufweist;

Fig. 8 in vergrößertem Maßstab den Längsschnitt des Gaskanals des Staubabscheiders von Fig. 5, dessen innere Seitenwand die Form einer geo­ metrischen Figur aufweist, welche im wesent­ lichen durch zwei sich schneidende Archime­ dische Spiralen gebildet wird;

Fig. 9 den Längsschnitt des Gaskanals eines Staubab­ scheiders mit seitlicher tangentialer Zufüh­ rung der Berieselungsflüssigkeit;

Fig. 10 den Längsschnitt des Gaskanals eines Staubab­ scheiders mit seitlicher tangentialer Zufüh­ rung der Berieselungsflüssigkeit und einer aus einzelnen Platten ausgeführten inneren Seiten­ wand des Gaskanals;

Fig. 11 den Längsschnitt des Gaskanals eines Staubab­ scheiders mit vorhergehender Abführung der aufgefangenen Teilchen;

Fig. 12 den teilweisen Längsschnitt des Staubabschei­ ders mit einem Austrittsstutzen sowie einem Rückumlaufkanal;

Fig. 13 den Schnitt XIII-XIII von Fig. 12.

Der Staubabscheider zur Reinigung von Gasen umfaßt einen für die Abscheidung der im Gas schwebenden Teilchen bestimmten Zyklon 1 (Fig. 1) sowie eine mit dem Zyklon 1 gekoppelte Misch­ einrichtung 2 für die Vermischung eines Gases mit einer Flüssigkeit, in welcher das Auffangen der Staubteilchen durch Wassertropfen sichergestellt wird.

Der Zyklon 1 weist ein durch einen Deckel 4 verschließbares Gehäuse 3 auf. Das Gehäuse 3 umfaßt einen zylindrischen Ab­ schnitt 5, welcher als ein senkrecht ausgerichteter Zylin­ der ausgebildet und für die rotierende Bewegung des zu rei­ nigenden Gases bestimmt ist. Von unten ist an dem zylindri­ schen Abschnitt 5 des Gehäuses 3 ein kegelförmiger Schlamm­ abzugstrichter 6 angebracht. Der Zyklon 1 ist mit einem Eintrittsstutzen 7, dessen Verwendungszweck und Anordnung nachstehend detailliert erläutert werden, sowie mit einem im Oberteil des Gehäuses 3 befindlichen und für die Abfüh­ rung des gereinigten Gases bestimmten Austrittsrohr 8 ver­ sehen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Staubabscheiders ist das Austrittsrohr 8 tangential am Ge­ häuse 3 angeordnet.

Die Mischeinrichtung 2 weist einen querschnittsveränderli­ chen Gaskanal 9 mit einer Verengung 10 (Fig. 2), einen mit dieser stetig gekoppelten, sich von der Eintrittsöffnung zu der Verengung 10 hin erstreckenden Verengungsabschnitt 11 und einen von der Verengung 10 zu der Austrittsöffnung hin sich erweiternden Diffusor 12 auf.

Der Gaskanal 9 ist um die Achse des Zylinders 1 gekrümmt. Dabei ist die Austrittsöffnung des Gaskanals 9 mit dem Zykloninneren über eine Öffnung 13 verbunden. Die Austritts­ öffnung des Gaskanals 9 steht mit dem bezüglich der gekrümm­ ten Seitenwände des Gaskanals 9 tangential angeordneten und mit diesem im wesentlichen als ein Ganzes ausgeführten Ein­ trittsstutzen 7 in Verbindung. Eine derartige Anordnung des Eintrittsstutzens 7 wird bevorzugt, weil dieser dem sich drehenden Gasstrom den Anfangsumlaufsinn vermittelt und bei einer stetigen Kopplung mit dem Gaskanal 9 keinen überflüs­ sigen Strömungswiderstand im Wege des zu reinigenden Gases bildet.

Gemäß der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsvariante des Staubabscheiders hat der Gaskanal 9 einen rechteckigen Querschnitt, wobei als seine innere, d. h. der Zyklonachse zugekehrte Seitenwand, die Wand des Zyklons 1 in dem Be­ reich des zylindrischen Abschnitts 5 des Gehäuses 3 dient. Der Gas­ kanal 9 kann jedoch auch eine beliebige Querschnittsform aufweisen und in ein gesondert ausgeführtes, außer- bzw. innerhalb des Zyklons 1 verlegtes gekrümmtes Rohr einge­ schlossen sein.

Die Mischeinrichtung 2 umfaßt auch einen Flüssigkeitsvertei­ ler 14, welcher mit dem Gaskanal 9 durch Zuführungen 15 für die Flüssigkeit verbunden ist. Bei der in Fig. 1 und 2 dar­ gestellten Ausführungsform des Staubabscheiders ist der Ver­ teiler 14 als eine innerhalb des Eintrittsstutzens 7 ange­ ordnete Brause ausgeführt.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist der Gaskanal 9 in einer Ebene unter­ halb des zylindrischen Abschnitts 5 des Gehäuses 3 des Zyklons 1 angeordnet. Gemäß den in Fig. 3 bis 8 gezeigten Ausführungs­ formen des Staubabscheiders ist der Gaskanal 9 entlang einer Schraubenlinie angeordnet, was wegen der hydro­ dynamischen Eigenschaften bevorzugt werden soll, weil da­ durch eine stetigere Führung des Gasstromes in das Innere des Zyklons 1 gesichert wird, in welchem der Gasstrom seine entlang der Schraubenlinie rotierende Bewegung fortsetzt, und befindet sich in dem Oberteil des Zyklons 1. Die Wand des Zyklons 1 in dem zylindrischen Teil 5 des Gehäuses 3 bildet die Seitenwand dieses Gaskanals. Durch eine derartige bauli­ che Gestaltung wird die konstruktive Einfachheit und Kompakt­ heit des Staubabscheiders sichergestellt.

Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform des Staubabscheiders weist die innere Seitenwand 16 im Quer­ schnitt des Gaskanals 9 ein gekrümmtes Profil auf. Zu den Besonderheiten dieser Ausführungsform, im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen, zählt auch die Anordnung des Austrittsrohres 8 in Achsenrichtung des Zyklons 1. Dabei befindet sich dessen Eintrittsöffnung 17 unterhalb der An­ ordnungshöhe der Austrittsöffnung 13 des Gaskanals 9, wo­ durch dem Strömen des Gases vorgebeugt wird, das nicht sämt­ liche Reinigungsstufen durchlaufen hat.

Der Deckel 4 des Zyklons 1 ist als eine Wendelplatte ausge­ bildet, durch welche das Gehäuse 3 des Zyklons 1 mit dem Austrittsrohr 8 verbunden ist.

Der Gaskanal 9 der in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungs­ form des Staubabscheiders weist zur Vereinfachung der Her­ stellung vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt (Fig. 5) auf. Die Decke des Gaskanals 9 stimmt mit dem Deckel 4 des Zyklons 1 überein, welcher, wie auch in der vorhergehend be­ schriebenen Ausführungsform, als eine Wendelplatte ausgebil­ det ist. Die innere Seitenwand 16 ist als ein Zylinder (Fig. 6) mit kreisförmiger Grundfläche ausgebildet, welcher in bezug auf die Wand des Zyklons 1 exzentrisch angeordnet ist. Eine diese Form aufweisende Seitenwand 16 ist am ein­ fachsten herzustellen.

In der längs der geometrischen Achsen der Wand des Zyklons 1 und der inneren Seitenwand 16 des Gaskanals 9 verlaufenden Ebene A-A weist der Gaskanal seinen engsten Querschnitt (Ver­ engung 10) und seinen weitesten Querschnitt auf, wobei der weiteste Querschnitt vorzugsweise gleich dem Querschnitt des Eintrittsstutzens 7 ist (in diesem Fall verläuft die Ebene A-A senkrecht zu der Mantellinie der Innenfläche dieses Ein­ trittsstutzens).

Ein wie der Deckel 4 eine Wendelplatte darstellender Boden 18 (Fig. 5) des Gaskanals 9 erstreckt sich über die innere Sei­ tenwand 16 in Richtung der Achse des Zyklons 1 hinaus und ist, wie der Deckel 4, mit dem Austrittsrohr 8 verbunden. Dabei wird zwischen den sich auswärts erstreckenden Abschnit­ ten des Deckels 4 und des Bodens 18 einerseits sowie zwischen der inneren Seitenwand 16 des Gaskanals 9 und der Wand des Austrittsrohres ein Raum ausgebildet, welcher als Flüssig­ keitsverteiler 14 dient. Der Flüssigkeitsverteiler 14 ist mit einem auf dem Deckel 4 angeordneten und für die Zu­ führung der Berieselungsflüssigkeit in das Innere des Flüs­ sigkeitsverteilers 14 dienenden Eintrittsstutzen 19 verse­ hen. Die in der inneren Seitenwand 16 im Bereich der Ver­ engung 10 des Gaskanals 9 ausgeführten Öffnungen dienen als Zuführungen 15 für die Flüssigkeit.

In Fig. 7 ist der Gaskanal 9 eines Staubabscheiders im Längs­ schnitt dargestellt, bei welchem die innere Seitenwand 16 des Gaskanals 9 die Form einer Ellipse hat. Demzufolge weist dieser Kanal zwei Verengungen 10 auf, wobei der Diffusor 12 einer Hälfte des Kanals 9 stetig in den Verengungsabschnitt 11 von des­ sen anderer Hälfte übergeht.

Der Längsschnitt des Gaskanals 9 kann in diesem Fall mit einem entsprechenden Schnitt durch zwei hintereinanderge­ schaltete Venturi-Rohre verglichen werden. Der Vorteil der vorstehend beschriebenen Konstruktion im Vergleich zu den hintereinandergeschalteten Venturi-Rohren besteht in der vereinfachten Herstellung und Kompaktheit der erstgenannten. Wie es auf dem Versuchswege festgestellt wurde, verfügt bei einem derartigen Aufbau der inneren Sei­ tenwand 16 ein Staubabscheider, bei dem der Winkel α zwi­ schen der Mantellinie der Innenfläche des tangential ange­ ordneten Eintrittsstutzens 7 und der Hauptachse B-B der Ellipse 60° beträgt, über die besten hydrodynamischen Eigen­ schaften. Dabei verhalten sich die Längen des Verengungsabschnitts und des Diffusors der jeweiligen Gaskanalstufe (wenn für die erste Stufe der Gaskanalabschnitt bei einer Bogenlänge von 180° von dem Eintrittsquerschnitt C-C des Stutzens 7 und für die zweite Stufe der nächste Gaskanalabschnitt bei der­ selben Bogenlänge angenommen wird) wie 1 : 4. Dieses Verhält­ nis stimmt mit dem optimalen Verhältnis der Längen des Verengungs­ abschnitts und des Diffusors in einem an sich bekannten Venturi- Rohr überein.

In hydrodynamischer Hinsicht noch vorteilhafter ist ein Gaskanal 9, dessen Längsschnitt in Fig. 8 dargestellt ist. Die innere Seitenwand 16 weist bei einem derartigen Kanal­ querschnitt die Form einer geometrischen Figur auf, die im wesentlichen durch zwei sich schneidende Archimedische Spi­ ralen gebildet wird, welche derart angeordnet sind, daß eine über die Schnittpunkte der beiden Spiralen verlaufende Linie E-E senkrecht bzw. im wesentlichen senkrecht zu der Mantellinie der Innenfläche des tangential im Zyklon 1 ange­ brachten Eintrittsstutzens 7 gelegen ist.

Der zwischen der inneren Seitenwand 16 und der Wand des Zyklons 1 derart gebildete Gaskanal 9 hat ebenfalls zwei Stufen mit Verengungen 10, welche bezüglich der über die Achse des Zyklons 1 und die Pole P der Spiralen gehenden Ebene F-F etwas versetzt angeordnet sind.

Dabei werden bei einer derartigen Anordnung der Spiralen die optimalen Bedingungen für die kinematische Koagulation in dem Gaskanal 9 sichergestellt, wenn ihre Radiusvektoren R zur Seite der Austrittsöffnung des Gaskanals 9 größer wer­ den und die Pole P um einen Abstand von 0,4 D voneinander entfernt sind, wobei D der Innendurchmesser des Zyklons 1 (im zylindrischen Teil 5 des Gehäuses 3) ist, und sich die Pole auf einer Geraden befinden, welche durch die Achse des Zyklons 1 geht (die in der Ebene F-F liegt) und mit der Mantellinie der Innenfläche des Eintrittsstutzens 7 einen Winkel α = 60° bildet. In diesem Fall verhalten sich die Längen des Verengungsabschnitts 11 und des Diffusors 12 der jeweiligen Stufe des Gaskanals 9 wie 1 : 4, und die Querschnittsflächen des minimalen (Verengung 10) und des maximalen Querschnitts des Gaskanals 9 verhalten sich wie 1 : 5, was mit den optima­ len Verhältnissen derartiger Elemente in geradlinigen Ventu­ ri-Rohren übereinstimmt.

Bei einer maximalen Breite des Gaskanals 9 von 0,2 D, was der optimalen Größe des Ringspaltes zwischen der Wand des Zyklons 1 in dem zylindrischen Teil 5 des Gehäuses 3 und dem Austrittsrohr 8 entspricht (dessen Durchmesser d vor­ zugsweise d = 0,6 D beträgt), beträgt also die Breite der Verengung 0,2 D : 5 = 0,04 D. Bei einer solchen bauli­ chen Gestaltung und derartigen Maßen der inneren Seitenwand 16 des Gaskanals 9 besteht der Flüssigkeitsverteiler 14 aus zwei getrennten Kammern. Deshalb sind diese mit je einem gesonderten Eintrittsstutzen für die Zuführung der Beriese­ lungsflüssigkeit (in Zeichnung nicht gezeigt) versehen.

Bei den in Fig. 9 und 10 gezeigten Ausführungsformen des Staubabscheiders sind die Zuführungen 15 für die Flüssig­ keit in den Gaskanal 9 in bezug auf die dem Gasstrom zuge­ kehrte Oberfläche der inneren Seitenwand 16 tangential ein­ geführt und zur Seite der Austrittsöffnung des Gaskanals 9 gerichtet. Ein solcher Richtungssinn der Zuführungen 15 für die Flüssigkeit wird bevorzugt, weil diese - wie es nach­ stehend ausführlicher erläutert wird - zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes im Gaskanal 9 beitragen.

Gemäß Fig. 9 bildet die jeweilige Zuführung 15 für die Flüs­ sigkeit einen Spalt zwischen der erwähnten Oberfläche der inneren Seitenwand 16 und einem eine gekrümmte Form aufwei­ senden und an dieser Wand tangential zu ihr am Austritt einer in der Wand ausgeführten Öffnung angebrachten Schild 20 aus.

In Fig. 10 ist eine andere Ausführungsform der baulichen Ge­ staltung der tangential gerichteten Zuführungen 15 für die Flüssigkeit veranschaulicht. Die innere Seitenwand 16 des Gaskanals 9 ist bei dieser Modifikation des Staubabscheiders aus einzelnen Platten 21 gebildet, welche mit der Decke und dem Boden des Gaskanals 9 derart verbunden sind, daß der Anfang der jeweiligen nächstfolgenden Platte von dem Ende der vorhergehenden Platte überlappt wird. Als Zuführungen 15 für die Flüssigkeit dienen die zwischen den sich überlappen­ den Partien der aneinanderliegenden Platten 21 vorhandenen Spalte.

Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform des Staubab­ scheiders weist die äußere Seitenstufe des Gaskanals 9, wel­ che mit der Wand des Zyklons 1 im zylindrischen Teil 5 des­ sen Gehäuse 3 zusammenfällt, ebenfalls tangential gerichtete Abführkanäle 22 auf, deren Verwendungszweck jedoch ganz an­ ders ist. Die Abführkanäle 22 dienen für die Zwischenabführung der aufgefangenen Teilchen. Die Anzahl und die Anordnung der­ artiger Abführkanäle 22 kann unterschiedlich sein. Zweckmäßiger­ weise sind diese je nach der Anzahl der Verengungen 10 im Gas­ kanal 9 zu wählen. Am zweckmäßigsten wird der jeweilige Ab­ führkanal 22 unmittelbar hinter der Verengung 10 in Laufrich­ tung des Gasstromes angeordnet, weil in dieser Zone die Ge­ schwindigkeit der Teilchen am höchsten ist und deren Energie für die Fortbewegung entlang des Abführkanals 22 aus dem Zy­ klon 1 ausreicht. Der jeweilige Abführkanal 22 ist als ein zwi­ schen der Außenfläche der Wand des Zyklons 1 und einem eine ge­ krümmte Form aufweisenden und an dieser Wand tangential zu ihr am Austritt einer in dieser Wand ausgeführten Öffnung ange­ brachten Schild 23 bestehender Spalt ausgebildet. Es sind auch andere Ausführungsformen des Abführkanals 22 möglich, bei­ spielsweise als eine in der Wand des Zyklons 1 tangential an­ geordnete Düse.

In Fig. 12 und 13 ist eine Ausführungsform des Staubabschei­ ders dargestellt, in welchem ein Rückumlaufkanal 24 für die Rückführung der nicht aufgefangenen Staubteilchen in den Strom des zu reinigenden Gases vorgesehen ist. Der Rückum­ laufkanal 24 ist als Buchse ausgebildet, die die Wand des Austrittsrohres 8 mit der inneren Seitenwand 16 des Gaska­ nals 9 verbindet. Für das Einsammeln der nicht aufgefangenen, im emporsteigenden Strom des aus dem Zyklon 1 zu entfernen­ den Gases schwebenden Staubteilchen ist in dem Staubabschei­ der ein als eine von oben abgedeckter Ringraum 25 innerhalb des Austrittsrohres 8 ausgebildete Fangeinrichtung vorgesehen. Der Ringraum 25 ist von dem Mittelabschnitt des Austrittsroh­ res 8 durch den Austrittsstutzen 26 abgetrennt, welcher teil­ weise in das Austrittsrohr 8 eingesenkt und in dieser Lage mittels des mit ihm verbundenen Deckels 4 befestigt ist. Die Eintrittsöffnung des Austrittsstutzens 26 ist unterhalb des Rückumlaufkanals 24 angeordnet. Der Rückumlaufkanal 24 steht mit der Verengung 10 des Gaskanals 9 in Verbindung, da bei dem mit einer hohen Geschwindigkeit stattfindenden Durch­ laufen des Gasstromes durch die Verengung 10 eine Unterdruck­ zone entsteht, die für das Absaugen der Teilchen aus der pe­ ripheren Zone des Austrittsrohres 8 unentbehrlich ist. Bei Vorhandensein von zwei oder mehr Verengungen 10 im Gaska­ nal 9 kann jede von diesen mit dem Austrittsrohr 8 durch den Rückumlaufkanal 24 verbunden sein.

Der Staubabscheider zur Reinigung von Gasen funktioniert folgendermaßen.

Über den Eintrittsstutzen 7 (Fig. 1 und 2) gelangt der Gas­ strom in den Gaskanal 9 des Staubabscheiders und wird unter­ wegs durch die Ströme der Berieselungsflüssigkeit angefeuchtet, welche in den Eintrittsstutzen 7 über den Flüssigkeitsver­ teiler 14 und die Zuführungen 15 für die Flüssigkeit ge­ leitet werden. In dem Gaskanal 9 geht der an sich bekannte Prozeß der kinematischen Koagulation vor sich, der dem in an sich bekannten Venturi-Rohren durchgeführten Prozeß ana­ log ist. Gleichzeitig mit diesem Prozeß vollzieht sich im Gaskanal 9, verursacht durch seine gekrümmte Form, eine Trennung der Schwebeteilchen (so­ wohl der flüssigen als auch der festen Schwebeteilchen), welcher dem in Zyklonen stattfindenden Prozeß analog ist. Infolge des gleichzeitigen Ablaufs der erwähnten Prozesse beginnen die im Gas schwebenden Teil­ chen sich unter Einwirkung der Zentrifugalkräfte schon während des Durchlaufens des Verengungsabschnitts 11 des Gaskanals 9 in die periphere Zone zu verlagern. In der Verengung 10 kommt es zur Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit der Gas- und Flüssigkeitsteilchen, was zu einer sofortigen Vergröße­ rung der auf diese Teilchen einwirkenden Zentrifugalkräfte führt, da diese von der Geschwindigkeit im Quadrat abhängig sind. Unter der Einwirkung dieser Kräfte gruppieren sich die schwebenden Teilchen, die schwerer als die Gasteilchen sind, an der äußeren Seitenwand des Kanals 9. Dem Gehäuse 3 des Zyklons 1 wird das zu reinigende Gas aus dem Diffusor 12 des Kanals 9 unmittelbar über die Eintrittsöffnung 13 zugeführt, wodurch, im Unterschied zu den Anschlußstutzen von Staubabscheidern, kein zusätzlicher Strömungswiderstand im Strömungsweg geschaffen wird. Am Eintritt in das Innere des Zyklons 1 werden die Teilchen in der an dessen Wand anliegenden Zone angesammelt. An der Wand des zylindrischen Abschnitts 5 und des Trichters 6 des Ge­ häuses 3 des Zyklons 1 fließen die Flüssigkeitstropfen mit den durch diese aufgefangenen Staubteilchen in einen Bunker bzw. in einen anderen zu diesem Zweck bestimmten Behälter ab (nicht gezeigt). Das gereinigte Gas steigt empor und wird über das Austrittsrohr 8 abgeführt. Der gleichzeitige Ablauf von zwei im Gaskanal 9 vor sich gehenden Hauptprozes­ sen der Gasreinigung ermöglicht es, die Abscheidung der Schwebeteilchen mit einem vergleichbaren Dispersitätsgrad bei wesentlich kleineren Geschwindigkeiten als in den an sich bekannten Venturi-Rohren mit geradliniger Achse durch­ zuführen. Demzufolge wird durch den Staubabscheider für die­ selbe Staubart der gleiche Reinigungsgrad wie in bekannten Staubabscheidern bei wesentlich geringeren Strö­ mungsverlusten und folglich bei geringerem Energieaufwand erreicht. Dabei üben, wie es die Versuche ergaben, die ziemlich bedeutenden Schwankungen der Durchsatzmenge des zu reinigenden Gases (in einem Bereich von ±50%) keinen Ein­ fluß auf die Reinigungswirksamkeit aus. Dies verleiht dem Staubabscheider einen zusätzlichen Vorteil, da er ohne jeg­ liche Stabilisierungsvorrichtungen eingesetzt werden kann, die einen zusätzlichen Strömungswiderstand verursachen und die bauliche Gestaltung des Staubabscheiders komplizieren.

Der Gaskanal 9 übernimmt die Funktionen von zumindest drei Baugruppen eines Staubabscheiders zur Rei­ nigung von Gasen. Er dient als Kanal für die Kontaktierung des Gases mit der Flüssigkeit als Tropfenfänger, dessen Funktion in den bekannten Staubabscheidern der Zyklon übernimmt, und als Wirbler, der dem Gas eine rotierende Be­ wegung um die Achse des Zyklons vermittelt. Durch eine sol­ che Überlagerung der Funktionen wird die bauliche Gestaltung des Staubabscheiders offenkundig vereinfacht.

Die Wirkungsweise der in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausfüh­ rungsvariante des Staubabscheiders stimmt mit der Wirkungswei­ se der vorstehend beschriebenen Ausführungsform des Staubab­ scheiders überein.

Die Besonderheit des Betriebs des in Fig. 5 und 6 dargestell­ ten Staubabscheiders besteht darin, daß die Berieselungsflüs­ sigkeit dem Gaskanal 9 über die vom Zentrum zu der Periphe­ rie hin radial gerichteten Zuführungen 15 zugeführt wird, welche als in der Seitenwand 16 des Kanals 9 im Bereich der Verengung des letzteren ausgeführte Öffnungen ausgebildet sind. Da die Flüssigkeit schwerer als das Gas ist, verla­ gert sich diese in dem in dem sich krummlinig bewegenden Gasstrom entstehenden Zentrifugalfeld in Richtung der äuße­ ren Seitenwand des Kanals 9. Dabei durchdringt sie den ge­ samten Querschnitt der Verengung 10 und kommt mit den im Gas schwebenden Teilchen gleichmäßig über den gesamten Quer­ schnitt des Kanals 9, unabhängig von dessen Fläche, in Be­ rührung. Ein solcher Staubabscheider ist bei Kanälen mit einem großen Querschnitt (von über 250 cm²) vorteilhaft. Das Vorhandensein von auf die Flüssigkeitsströme einwirken­ den Zentrifugalkräften ermöglicht es auch, den Druck an der Eintrittsöffnung des Flüssigkeitsverteilers 14 herabzuset­ zen und demzufolge den Energieaufwand für die Schaffung eines solchen Druckes zu verringern.

In einem Staubabscheider, dessen Gaskanal 9, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, ausgebildet ist, durchläuft der Gasstrom zwei der Reinigungsstufen, die er im Gaskanal 9 durchlief, dessen Längsschnitt die in Fig. 6 veranschaulichte Form auf­ wies. Das heißt, daß der Gasstrom aus dem Diffusor 12 der ersten Stufe des Kanals in den Verengungsabschnitt 11 dessen zweiter Stufe gelangt, in der Verengung 10 dieser Stufe bis auf die maximale Geschwindigkeit beschleunigt wird, von den Strö­ men der Berieselungsflüssigkeit durchdrungen wird, die die in der ersten Stufe des Gaskanals 9 nicht aufgefangenen Teilchen an die äußere Seitenwand des letzteren treiben, und über die Öffnung 13 in das Innere des Zyklons 1 entweicht. Es ist offenkundig, daß eine sol­ che zweistufige Reinigung wirksamer als eine einstufige Rei­ nigung ist. Ein ähnlicher Effekt wird in den bekann­ ten Staubabscheidern durch Verwendung von zwei hintereinan­ dergeschalteten Venturi-Rohren erreicht.

In dem Staubabscheider gemäß Fig. 8 wird die aus der Hin­ sicht der Intensität der kinematischen Koagulation optima­ le Geschwindigkeitsführung der Bewegung des Gasstromes si­ chergestellt, wobei das Verhältnis zwischen dessen Geschwin­ digkeiten in den Verengungen 10 sowie in den weitesten Ab­ schnitten des Gaskanals 9 1 : 5 beträgt.

Der Staubabscheider, dessen Querschnitt in Fig. 9 bzw. Fig. 10 veranschaulicht ist, unterscheidet sich dadurch, daß die Be­ rieselungsflüssigkeit über die Zuführungen 15 in Tangential­ richtung zugeführt wird (in Richtung der Austrittsöffnung für den Gasstrom).

Die dem Gaskanal 9 in Tangentialrichtung mit einer hohen Ge­ schwindigkeit zugeführten Flüssigkeitsströme übernehmen außer deren Hauptfunktion (Gasnaßreinigung) auch noch eine weite­ re Funktion. Sie vermitteln den an der durch die umströmte Oberfläche der inneren Seitenwand 16 gebremsten Gasteilchen zusätzliche Energie. Somit wird einer gefährlichen Grenz­ schichtablösung vorgebeugt, welche in einem Gasstrom auf­ tritt, wenn diese mit einer hohen Geschwindigkeit einen Festkörper umfließt (diese Erscheinung ist insbesondere aus der Luftfahrt im Zusammenhang mit dem Umströmen des Flug­ zeugflügels durch einen Luftstrom bekannt). Die Grenzschicht­ ablösung wird von hohen hydrodynamischen Verlusten begleitet, weshalb ein erfolgreicher Kampf gegen diese Erscheinung von großer Bedeutung ist. Da die Zuführungen 15 in den vor­ stehend beschriebenen Ausführungsformen auf der gesamten Länge des Gaskanals 9 angeordnet sind, wird die durch sie geleistete Grenzschichtarbeit entlang des gesamten Weges, den der Gasstrom zurückzulegen hat, vollzogen. Die Zuführung der Ströme der Berieselungsflüssigkeit in Tangentialrichtung steht deren Durchdringen unter der Einwirkung der Zentrifu­ galkräfte zur gegenüberliegenden Wand des Kanals 9 hin nicht im Wege. Deshalb vollzieht sich die Kontaktierung der Flüs­ sigkeitstropfen mit den Staubteilchen gleichmäßig über die gesamte Dicke des Gasstroms.

In einem Staubabscheider gemäß Fig. 11 werden die schwersten der im Gas schwebenden, durch die auf sie einwirkenden Zentri­ fugalkräfte in die periphere Zone des Kanals 9 geschleuder­ ten und in der Verengung 10 der ersten Stufe auf eine hohe Ge­ schwindigkeit beschleunigten Staubteilchen über den Abführka­ nal 22 für die Zwischenabführung der aufgefangenen Teilchen aus dem Staubabschneider abgeführt. Zusammen mit den infolge des vorstehend beschriebenen Zusammenklebens der feineren Teil­ chen in dem Hochturbulenzstrom vergrößerten Staubteilchen wird über den Abführkanal 22 auch ein bedeutender Anteil an Schlamm (Flüssigkeit mit Staub) abgeführt. Demzufolge wird bereits dem Konfusor 11 der zweiten Stufe des Gaskanals 9 das Gas mit einer wesentlich geringeren Staubkonzentration zuge­ führt. Dementsprechend kommt es zur Herabsetzung der Staub­ konzentration nach dem Durchlaufen der Verengung 10 der zwei­ ten Stufe, wenn aus dem Gasstrom über den nächstfolgenden Ab­ führkanal 22 eine neue Menge der abgeschiedenen Staubteilchen und Tropfen abgeführt wird. Durch die Zwischenabführung der Teilchen wird die Wahrscheinlichkeit gemindert, daß der Staub wiederholt in den Gasstromkern gelangt, was bei hohen Staubkonzentrationen durchaus möglich ist. Somit wird zur Steigerung der Gasreinigungswirksamkeit beigetragen. Darüber hinaus trägt das Vorhandensein von Abführkanälen 22 zur Verlän­ gerung der Lebensdauer des Staubabscheiders bei, da die sich an der äußeren Seitenwand angesammelten festen Teilchen wäh­ rend ihrer Bewegung entlang der Seitenwand auf die letztere als Schleifmittel einwirken, wodurch deren Innenfläche abge­ schliffen wird. Dies geht desto intensiver vor sich, je schwerer die Teilchen sind und je höher ihre Geschwindigkeit ist. In den bisher bekannten Staubabscheidern ist manchmal eine Zwischenabführung der aufgefangenen Teilchen vorgesehen. Diese wird mit Hilfe einer zusätzlichen Vorrichtung zur zwangs­ läufigen Absaugung durchgeführt, welche zwischen den Venturi- Rohren in den Staubabscheidern mit mehrstufiger Gasreinigung angeordnet wird. Dadurch wird die Reinigung kompliziert und ein zusätzlicher Strömungswiderstand geschaffen.

In dem vorliegenden Staubabscheider kann die Zwischenabführung der aufgefangenen Teilchen in einer beliebigen Reinigungsstu­ fe durchgeführt werden, da bei den vorstehend beschriebenen Abscheidern Anordnung und Richtungssinn der Abführkanäle 22 für die Ab­ führung der Teilchen durch die von den letzteren in dem Gas­ kanal 9 entwickelte Geschwindigkeit genutzt wird, welche zu dem Gasstrom tangential gerichtet ist.

Die Betriebsbesonderheit der in Fig. 12 und 13 dargestell­ ten Ausführungsform des Staubabscheiders kommt auf der letz­ ten Reinigungsstufe zum Vorschein, wenn das von den meisten Beimengungen befreite Gas in das Austrittsrohr 8 geleitet wird. Das Gas steigt im Austrittsrohr 8 empor und setzt da­ bei seine rotierende Bewegung um die Zyklonachse fort, so daß die im Gas nach der Reinigung zurückgebliebenen schwebenden Teilchen unter der Einwirkung der Zentrifugalkräfte in die an der Peripherie des Austrittsrohres liegende Zone ge­ schleudert werden und in den von oben geschlossenen Ring­ raum 25 zwischen den konzentrisch angeordneten Wandungen des Austrittsrohres 8 und des Austrittsstutzens 26 gelangen. Aus dem Ringraum 25 werden diese Teilchen über den Rückum­ laufkanal 24 dem Gaskanal 9 für das wiederholte Durchlaufen sämtlicher nachfolgenden Reinigungsstufen wieder zugeführt. Das Absaugen der Teilchen erfolgt aufgrund des zwischen dem Ringraum 25, in dem die Gasströmungsgeschwindigkeit niedrig ist, und der Verengung 10, in welche der Kanal 24 einmündet und in der infolge einer hohen Gasströmungsgeschwindigkeit eine Unterdruckzone entsteht, bestehenden Druckgefälles. Für den Vergleich mit den bisher bekannten Staubabscheidern muß hervorgehoben werden, daß das in diesen verwendete Rück­ umlaufsystem herkömmlicherweise eine Vorrichtung zum zwangs­ läufigen Absaugen der Teilchen und zu deren Zuführung in den Gaskanal enthält. Die Ausführungsformen mit tangential ge­ richteten Berieselungskanälen, mit Kanälen für die Zwischen­ abführung der aufgefangenen Teilchen bzw. mit dem Rückumlauf­ kanal (Fig. 9 bis 13) können auch zusammen verwendet werden.

Claims (14)

1. Staubabscheider zur Reinigung von Gasen mit einem als Zyklon (1) ausgebildeten Gehäuse (3) mit einem tangential in das Gehäuse (3) einmündenden sich ver­ engenden Gaskanal (9), mit in den Gaskanal (9) vor der Ver­ engung (10) einmündenden Zuführungen (15) für eine Flüssig­ keit zur Mischung mit dem zu reinigenden Gas, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal (9) um die Längsachse des Zyklons (1) gekrümmt ist und sich hinter der Verengung (10) als Diffusor (12) erweitert und daß die Zu­ führungen (15) für die Flüssigkeit an der dem Inneren des Gehäuses (3) zugewandten Seitenwand des Gaskanals (9) ange­ ordnet sind, und daß als innere Seitenwand des Gaskanals (9) die äußere Wand des Zyklons (1) dient.

2. Staubabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gaskanal (9) einen Deckel (4) und einen Boden (18) aufweist, die über die sie verbindende innere Seitenwand (16) in Richtung der Achse des Zyklons (1) hinausragen und mit dessen Austrittsrohr (8) verbunden sind, dessen Eintrittsöffnung in Achsenrichtung des Zyklons (1) unterhalb der Austrittsöffnung des Gaskanals (9) liegt, wo­ bei der durch die Wand des Austrittsrohres (8), durch die mit dieser verbundenen Abschnitte des Deckels (4) und des Bodens (18) sowie durch die innere Seitenwand (16) des Gas­ kanals (9) gebildete Raum mit mindestens einem Eintritts­ stutzen (19) versehen ist und als Flüssigkeitsverteiler (14) dient.

3. Staubabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die innere Seitenwand (16) des Gaskanals (9) einen Kreiszylinder bildet, wobei die Zy­ linderachse von der Achse des Zyklons (1) verschieden ist.

4. Staubabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innere Seitenwand (16) des Gas­ kanals (9) einen Zylinder mit elliptischer Grundfläche bil­ det.

5. Staubabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hauptachse der Ellipse mit der Mantellinie der Innenfläche des tangential am Zyklon (1) angebrachten Eintrittsstutzen (7) einen Winkel von 60° bildet.

6. Staubabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innere Seitenwand (16) des Gas­ kanals (9), in dessen Längsschnitt betrachtet, einer geo­ metrischen Figur gleicht, die im wesentlichen durch zwei sich schneidende Archimedische Spiralen gebildet wird, wel­ che so gelegen sind, daß eine durch die Schnittpunkte bei­ der Spiralen gehende Linie im wesentlichen senkrecht zu der Mantellinie der Innenfläche des tangential am Zyklon (1) angebrachten Eintrittsstutzens (7) gelegen ist.

7. Staubabscheider nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Archimedischen Spiralen derart gelegen sind, daß ihre Radiusvektoren zur Seite der Austritts­ öffnung des Gaskanals (9) hin wachsen.

8. Staubabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pole der Archimedischen Spira­ len um einen Abstand von 0,4 D entfernt sind, wobei D der Innendurchmesser des Zyklons (1) ist, und daß sich die Pole auf einer Geraden befinden, welche durch die Achse des Zyklons (1) verläuft und mit der Mantellinie der Innen­ fläche des Eintrittsstutzens (7) einen Winkel von 60° bil­ det.

9. Staubabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführun­ gen (15) in den Gaskanal (9) tangential in bezug auf die dem Gasstrom zugekehrte Oberfläche der inneren Seitenwand (16) eingeführt und zur Seite der Austrittsöffnung des Gas­ kanals (9) gerichtet sind.

10. Staubabscheider nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die jeweilige Zuführung (15) durch einen Spalt zwischen der dem Gasstrom zugekehrten Oberfläche der inneren Seitenwand (16) des Gaskanals (9) und einem an dieser Wand tangential zu ihr am Austritt einer in der Wand ausgeführten Öffnung angebrachten Schild (20) gebildet wird.

11. Staubabscheider nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die innere Seitenwand (16) des Gas­ kanals (9) aus einzelnen Platten (21) ausgeführt ist, wel­ che mit dem Deckel (4) und dem Boden (18) des Gaskanals verbunden sind, und daß die Zuführungen (15) Spalte zwischen benachbarten, sich teilweise überlappenden Platten (21) sind.

12. Staubabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Sei­ tenwand des Gaskanals (9) mindestens einen tangential ausge­ richteten Abführkanal (22) zur Zwischenabführung der aufge­ fangenen Teilchen besitzt.

13. Staubabscheider nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abführkanal (22) zur Zwischenabführung der aufgefangenen Teilchen durch einen Spalt zwischen der Außenfläche der äußeren Seitenwand des Gaskanals (9) und einem an dieser Wand tangential zu ihr am Austritt einer in der Wand ausgeführten Öffnung angebrachten Schild (23) gebildet wird.

14. Staubabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen konzentrisch mit dem in Achsrichtung des Zyklons (1) angeordneten Austritts­ rohr (8) angebrachten Austrittsstutzen (26) sowie durch einen den zwischen dem Austrittsstutzen (26) und dem Aus­ trittsrohr (8) bestehenden Ringraum (25) mit der Verengung (10) des Gaskanals (9) verbindenden Rückumlaufkanal (24).