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Verfahren und Vorrichtung zum Entstauben von Gas durch
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in Schichten angeordnete Granulatschüttungen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Entstauben von Gas durch mindestens eine Filterschicht aus einer
Granulatschüttung, wobei das staubhaltige Granulat in einer Abreinigungszone vom
Staub weitgehend befreit und in die Filterschicht zurückgeleitet wird, sowie eine
Vorrichtung hierzu.
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Granulatfilter, die nach diesem Verfahrensprinzip arbeiten, sind aus
der US-Patentschrift 4 142 873 bekannt. Ganz allgemein sind Granulatfilter z.B.
in den deutschen Offenlegungsschriften 30 12 911 und 32 46 183, der deutschen Auslegeschrift
25 52 298 und der US-Patentschrift 4 353 722 beschrieben. Bei bekannten Filtern
wird die Filterschicht aus Granulat, z.B. Kies, mit einer Korngröße im Bereich von
1 bis 5 mm gebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das dem Granulatfilter zugrunde
liegende Verfahrensprinzip auch für große Gasmengen mit hohem Staubgehalt anwendbar
zu machen, wobei die zu behandelnden Gase auch heiß sein können. Gleichzeitig
soll
das Reinigungsverfahren auch ohne Schwierigkeiten hinter mechanischen Entstaubungsvorrichtungen,
wie z.B. Zyklonen, anwendbar sein. Beim eingangs genannten Verfahren geschieht dies
dadurch, daß man das staubhaltige Gas in Teilströme aufteilt und jeden Teilstrom
durch eine von mehreren, parallelgeschalteten Filterschichten leitet, die in einem
gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Diese parallelgeschalteten Filterschichten
vergrößern die Entstaubungsleistung eines Granulatfilters in beliebiger Weise, wobei
es sich aus herstellungstechnischen Gründen empfiehlt, die einzelnen Filterschichten
geometrisch einfach auszubilden.
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Es ist zweckmäßig, jeweils zwei Filterschichten eine Abreinigungszone
zuzuordnen. Die Abreinigungszone befindet sich außerhalb und bevorzugt oberhalb
der Filterschicht, und es verbilligt die Herstellung des ganzen Filters, wenn zwei
oder auch mehrere Filterschichten einer Abreinigungszone zugeordnet sind. Zu jeder
Abreinigungszone gehört nämlich eine Fördervorrichtung, die das staubhaltige Granulat
in die Abreinigungszone transportiert, sowie eine Einrichtung zum Trennen des leichteren
Staubs vom schwereren Granulat. Auch muß der abgetrennnte Staub aufgefangen und
abgeleitet werden.
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Bevorzugt wird das staubhaltige Granulat in der Abreinigungszone durch
entstaubtes Gas, das als Sichtungsgas benutzt wird, vom Staub weitgehend befreit.
Das Sichtungsgas stellt also einen Teilstrom des bereits in den Filterschichten
behandelten Gases, das hier auch als Reingas gezeichnet wird, dar.
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Das erfindungsgemäße Granulatfilter weist in einem Gehäuse mehrere
Filterschichten mit jeweils einer Zuleitung für Rohgas und einer Ableitung für Reingas
auf. Die Zuleitung für Rohgas bzw. die Ableitung für Reingas kann man absperrbar
ausbilden, so daß jede Filterschicht getrennt von den anderen
stillgelegt
werden kann, wenn es für das Entfernen von Staub aus dem Granulat oder an den Filterwänden
notwendig wird. Im allgemeinen arbeiten die Filterschichten aber gemeinsam und kontinuierlich,
was auch für die Abreinigungszone gilt, so daß das Abschalten einzelner Filterschichten
entfällt.
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Die Abreinigungszone oder Abreinigungskammer weist üblicherweise eine
Steigleitung für das staubbeladene Granulat auf, um es nach oben zu fördern. Die
Abreinigung erfolgt dann zweckmäßigerweise durch ein Sichtungsgas, wobei man bevorzugt
Reingas aus dem Filter verwendet. Beim Normalbetrieb der Entstaubungsvorrichtung
ist es nicht immer zu vermeiden, daß sich Staub aus dem Rohgas oder Reingas an Wänden
und Böden außerhalt der Filterschicht niederschlägt. Dieses Ausfallen von Staub
erfolgt bevorzugt unmittelbar vor und hinter den gasdurchlässigen Wänden einer Filterschicht.
Um auch diesen Staub aus dem Filter zu entfernen, empfiehlt es sich, am Fuß jeder
Filterschicht mindestens einen Spalt zum Durchtritt von Staub in die Granulatschüttung
anzuordnen. In diesem Falle bleibt der Staub nicht auf einem Boden liegen, sondern
fällt durch den Spalt und wird von der Granulatschüttung mitgenommen. Durch schräge
Böden kann dafür gesorgt werden, daß Staub von einem größeren Einzugsbereich außerhalb
der Filterschicht in den Spalt geleitet wird. Die Filteranordnung kann eine beliebige
Anzahl von Filterschichten enthalten; ihre Einsatzmöglichkeiten umfassen ein breites
Spektrum, nur beispielsweise sei die Verwendung in der Zementindustrie beim Entstauben
zementoder klinkerhaltiger Gase genannt.
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Varianten des Verfahrens und der Vorrichtung werden mit Hilfe der
Zeichnung näher erläutert. Für die Zeichnung wurde der besseren Ubersichtlichkeit
wegen eine schematische Darstellung gewählt. Es zeigt:
Fig. 1 einen
Horizontalschnitt durch eine Filteranordnung, geschnitten entlang der Linie I -
I in Fig. 2, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Filteranordnung der Fig. 1,
geschnitten entlang der Linie II -II in Fig. 1, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt
durch zwei Filterschichten, geschnitten entlang der Linie III -III in Fig. 1 und
2, Fig. 4 einen senkrechten Schnitt nach der Linie IV -IV in Fig. 1 und 2, Fig.
5 die Teilansicht eines Horizontalschnitts durch eine abgewandelte Filteranordnung,
geschnitten entlang der Linie V - V in Fig. 6 Fig. 6 einen senkrechten Schnitt entlang
der Linie VI - VI in Fig. 5 und Fig 7 bis 12 verschiedene Varianten der Ausbildung
gasdurchlässiger Wände.
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Zunächst wird die in Fig. 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung erläutert.
Das staubhaltige Rohgas tritt durch den Einlaß 1 in die Filteranordnung, die sich
in einem Gehäuse 2 befindet, ein und verläßt dieses als entstaubtes Reingas durch
den Auslaß 3. Vom mittleren Strömungsweg 4 des Rohgases zweigen Teilströme zur Seite
ab, vgl. z.B. die Pfeile 5 und 6 in Fig. 1, und durchdringen jeweils eine Filterschicht
8.
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Der Strömungsweg 4 reicht bis zur Sperrwand 7.Jede Filterschicht 8
befindet sich zwischen senkrechten gasdurchlässigen Wänden 8a und 8b. Das Rohgas
tritt durch die vordere Wand 8a in eine jede Filterschicht ein, strömt durch die
Granulatschüttung, aus der die Filterschicht 8 besteht, und verläßt die Schicht
8 durch die rückwärtige gasdurchlässige Wand 8b. Das aus der Wand 8b kommende Reingas
wird zunächst vom Reingas-Sammelkanal 10 aufgenommen, der in den Auslaß 3 mündet.
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Zum Trennen von Reingas und Rohgas bestehen Trennwände 11 zwischen
benachbarten Filterschichten, die so geformt sind, daß sowohl der Zutritt eines
Rohgas-Teilstromes zur Filterschicht 8 als auch das Abströmen des Reingases aus
der Filterschicht möglichst wenig behindert wird.
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Es ist möglich, an den Trennwänden 11 Klappen 12 (vgl.
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Fig. 1) um eine senkrechte Achse 13 schwenkbar anzuordnen, um den
Gasddurchgang durch eine einzelne Filterschicht getrennt von den anderen Schichten
abzusperren. Dieses Absperren erfolgt durch Schwenken der Klappe 12 in Richtung
des gestrichelten Pfeiles 14. Dadurch' wird es möglich, die Filterschicht 8, an
welcher die Klappe 12 anliegt, aus einer nicht dargestellten Gasleitung mit Spülgas
durchzublasen.
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Eine andere Art der Abreinigung, wie sie üblicherweise angewandt wird,
ist nachfolgend erläutert. Selbstverständlich können Klappen dieser Art auch so
angeordnet werden, daß sie den Zustrom von Rohgas zu einzelnen Filterschichten absperren.
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Zum Entfernen des Staubs aus dem staubbeladenen Granulat befindet
sich oberhalb zweier Filterschichten 8 jeweils eine Abreinigungskammer 15, die in
Fig. 2 bis 4 dargestellt ist.
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Staubhaltiges Granulat aus einem Sammelraum 16, der für jeweils zwei
nebeneinander liegende Filterschichten 8 gemeinsam ist, vgl. Fig. 3, wird durch
eine Steigleitung 17 pneumatisch oder mechanisch nach oben in die Abreinigungskammer
15 gefördert. Am oberen Ende der Steigleitung 17 befindet sich ein konischer Verteilerring
18, über den das staubhaltige Granulat nach unten fällt. Dabei wird der Staub durch
Sichtungsgas aus einer Ringleitung 19, von der aus einzelne Stichleitungen in die
Kammer 15 münden, erfaßt. Der Staub wird aufgrund seines niedrigeren Gewichtes vom
Sichtungsgas nach oben mitgenommen, während das schwerere Granulat nach unten fällt.
Das staubhaltige Sichtungsgas verläßt die Abreinigungskammer
15
durch die Leitung 20 und gelangt zu einem außerhalb des Filters liegenden Entstauber
21, z.B.
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einen Entstaubungszyklon, in welchem der Staub abgetrennt wird und
den Entstauber durch die Leitung 22 verläßt. Das weitgehend entstaubte Sichtungsgas
strömt unter der Wirkung eines Gebläses 23, vgl. Fig. 2, durch die Leitung 24 zurück
zum Rohgas-Einlaß 1.
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In Fig. 2 ist zur Vereinfachung nur die linke Abreinigungskammer 15
mit allen Einzelheiten dargestellt, die übrigen Kammern 15a, 15b, 15c sind genauso
ausgestaltet zu denken, wobei die Ableitungen für das staubbeladene Sichtungsgas
alle in den Entstauber 21 münden.
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Wie bereits erwähnt, kann das staubbeladene Granulat, das zuvor in
einer Filterschicht 8 beim Entstauben des Rohgases Staub gebunden hat, mechanisch
oder auch z.B. pneumatisch durch die Steigleitung 17 nach oben gefördert werden.
Zum pneumatischen Fördern ist eine in das untere Ende der Steigleitung 17 gerichtete
Druckgasleitung erforderlich, die aber zur Vereinfachung in der Zeichnung weggelassen
wurde. An Stelle der pneumatischen Förderung kann auch eine mechanische Förderung
z.B. in Form einer vertikalen Schnecke 26 Verwendung finden, die in Fig. 2 schematisch
dargestellt ist. Zu dieser Schnecke gehört ein Antriebsmotor 27.
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Fig. 3 gibt den Vertikalschnitt durch zwei benachbarte Filterschichten
8 wieder, vgl. die Schnittlinie III - III in Fig. 1 und 2. Man erkennt dort die
Abreinigungskammer 15 mit der Ableitung 20 für staubbeladenes Sichtungsgas, die
Ringleitung 19 für die Zufuhr des Sichtungsgases in die Kammer 15 und die Zuleitung
28 für das Sichtungsgas, das dem Reingas-Sammelkanal 10 entnommen wird. Entstaubtes
Granulat gelangt von der Kammer 15 zunächst in eine von zwei divergierenden Granulatleitungen
29 oder 30, wo sich bereits eine
Granulatschüttung ausbildet. Die
schüttung setzt sich nach unten in den Filterschichten 8 fort, die zum Strömungsweg
4 des Rohgases hin sowie zum Reingas-Sammelkanal 10 hin gasundurchlässig abgeschlossen
sind. Wie bereits mit Hilfe der Fig. 1 erläutert, sind die vordere Wand 8a und die
rückwärtige Wand 8b jeder Filterschicht 8 gasdurchlässig; in Fig. 4 ist die jeweilige
rückwärtige Wand 8b zu sehen.
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Das in der Filterschicht 8 gebrauchte Granulat bewegt sich nach unten
in den Sammelraum 16, von dem aus es, wie erläutert, wieder in die Abreinigungskammer
15 gefördert wird.
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Dieses Fördern kann kontinuierlich oder periodisch geschehen, wobei
die kontinuierliche Arbeitsweise üblicherweise bevorzugt wird.
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Fig. 4 zeigt in Ansicht die gasundurchlässigen Wände der Abreinigungskammer
15, der Granulatleitungen 29 und 30 sowie des Sammelraumes 16. Über der Wand des
Sammelraumes 16 sind die gasdurchlässigen Wände 8b erkennbar, dazwischen der Strömungsweg
4 des Rohgases, die den Weg 4 vertikal durchsetzende Steigleitung 17 und die beiden
seitlichen Reingas-Sammelkanäle 10.
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Fig. 5 und 6 zeigen eine Abwandlung der Filteranordnung, wie sie im
Prinzip in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist. Durch die Variante der Fig. 5 und 6
wird dafür gesorgt, daß auch Staub, der außerhalb der Filterschichten 8 absinkt,
in das Granulat des Sammelraumes 16, vgl. Fig. 6, gelangen kann.
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Hierzu ist am unteren Ende zwischen jeder Filterwand 8c, 8d ein Spalt
33, 34 frei.gelassen, so daß der vom schrägen Boden 35 nach unten rutschende Staub
durch den Spalt hindurch zur Granulatschüttung im Raum 16 und schließlich zur Åbreinigungskammer
gelangen kann. In Fig. 5 sind zwischen den Filterschichten 8 die Knicklinien 36,
37 und 38 des Bodens 35 zu sehen. Mit 11 ist die Trennwand zwischen der Rohgas
und
der Reingasseite bezeichnet, 10 ist der Reingas-Sammelkanal, auch sind, analog wie
in Fig. 1, die Querschnitte der Steigleitungen 17 zu sehen. In Fig. 6 ist dargestellt,
daß der untere Bereich der Filterwände 8c, 8d, der sich in der Nähe der Spalte 33
und 34 befindet, gasundurchlässig ausgebildet ist. Dadurch wird verhindert, daß
Staub aus dem Sammelraum 16 zur Reingasgasseite mitgenommen wird.
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Verschiedene Varianten der Ausgestaltung der gasdurchlässigen Wände
sind in den Fig. 7 bis 12 wiedergegeben. Fig. 7 zeigt im Vertikalschnitt, senkrecht
und parallel zur Gasströmungsrichtung geschnitten, jalousieartig ausgebildete gasdurchlässige
Wände 41. Durch den Pfeil 40 ist angedeutet, wie das Rohgas diese Wand 41 anströmt.
Die Wand 41 besteht aus zahlreichen Lamellen 42 mit einem unteren, abgewinkelten,
nach innen zur Filterschicht 8 vorspringenden Lamellenteil 43. Dieser Teil 43 sorgt
dafür, daß trotz der großen Gasdurchtrittsöffnung zwischen benachbarten Lamellen
kein Granulat aus der Filterschicht herausfließen kann. Die Bewegung des Granulats
von oben nach unten, vgl.
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Pfeil 44, wird aber nicht in störender Weise behindert, auch hat sich
gezeigt, daß an der Lamellenwand 41 Anbackungen von Granulat oder Staub praktisch
nicht auftreten.
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Fig. 8 zeigt die der Filterschicht 8 zugewandte Innenseite einer weiteren
Ausführungsform einer gasdurchlässigen Wand 46. Diese Wand weist zahlreiche, teilweise
punktiert gezeichnete ovale Öffnungen 47 auf, die von nasenartigen Vorsprüngen 48
so abgedeckt sind, daß kein Granulat nach außen durch die Wand 46 dringen kann.
Die Öffnungen 47 und die zugehörigen Vorsprünge 48 sind übereinander versetzt angeordnet,
wobei sich gezeigt hat, daß diese Anordnung am wenigsten zu Anbackungen an der Wand
46 führt. Fig. 9 zeigt einen Vertikalschnitt entlang der Linie IX - IX in Fig. 8
durch eine Öffnung 47 mit zugehörigem Vorsprung 48. Die Anströmrichtung
des
Rohgases ist durch den Pfeil 49 markiert.
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Die Wand 50 der Fig. 10 weist regemäßig angeordnete quadratische öffnungen
51 auf, die entweder reihenweise schräge Abdeckleisten 52 oder aber einzelne dachartige
Abdeckplatten 53 besitzen, um das Ausfließen von Granulat aus der Filterschicht
zu verhindern, aber dennoch einen weitgehend ungehinderten Durchtritt des Gases
zu gewährleisten. In Fig. 10 ist nur eine Abdeckleiste 52 sowie eine Abdeckplatte
53 gezeichnet.
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Eine Weiterbildung wird mit Hilfe der Fig. 11 erläutert.
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Hier ist schematisch eine senkrecht und parallel zur Gasströmungsrichtung
durchgeschnittene Filterschicht 88 zu sehen, die zwischen schräg verlaufenden Wänden
60 und 61 angeordnet ist. Durch den Verlauf der Wände 60, 61 verbreitert sich die
Filterschicht nach unten. Dies hat den Vorteil, daß das von oben in Richtung des
Pfeils 62 zugeführte entstaubte Granulat auch dann noch für Staub aufnahmefähig
bleibt, wenn es bei der Bewegung nach unten durch die Filterschicht immer mehr Staub
bindet und damit pro Granulatvolumen die Staubmenge immer größer wird. Die Winkel
X und Y, gemessen gegen die Senkrechte S, betragen im allgemeinen etwa 5 bis 20
°, dabei ist es auch möglich, daß nur eine der beiden Wände 60 oder 61 gegen die
Senkrechte S geneigt ausgebildet ist.
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Wenn sich die Fitlterschicht nach unten erheblich verbreitert, kann
es zweckmäßig sein, die beiden Wände 60 und 61 im unteren Bereich mit größeren Öffnungen
für den Gasdurchtritt auszubilden als im oberen Bereich. In Fig. 12 ist eine solche
Wand in Richtung des Pfeils 63 (Fig. 11) gesehen, dargestellt. Bei dieser Wand ist
der Strömungswiderstand im oberen Bereich größer als im unteren Bereich, um den
größeren Strömungswiderstand der im unteren Bereich dickeren Filterschicht 88 mehr
oder weniger auszugleichen. Im Inneren der
Wand sind selbstverständlich
alle Öffnungen dachartig abgedeckt, wie das bereits anhand der Fig. 7 bis 10 erläutert
wurde. Die Durchmesser der Öffnungen der Fig. 12 variieren im allgemeinen von 0,5
bis 10 cm, in diesem Bereich liegen auch die Öffnungsweiten bzw. Spaltbreiten der
mit Hilfe der Fig. 7 bis 10 beschriebenen Gasdurchlässe in den jeweiligen Filterwänden.
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