DE4241891C2 - Kondensatfalle zur Rauchgasaufbereitung - Google Patents

Kondensatfalle zur Rauchgasaufbereitung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gasaufbereitung, insbesondere Rauchgasaufbereitung mit einem Kondensatab­ scheider, durch den kondensathaltiges Gas geleitet wird, ei­ nem Trockner zum Trocknen von kondensatbefreitem Gas und ei­ ner zwischen den Kondensatabscheider und den Trockner einge­ schalteten Filtervorrichtung.
Übliche Rauchgasaufbereitungsanlagen, die im Zusammenhang mit Rauchgasanalysegeräten verwendet werden, weisen eine ei­ ne Filtervorrichtung enthaltende Kondensatfalle und daran angeflanscht separat einen Trockner auf, welcher mit einem Trocknungsgel gefüllt ist. Konzentrisch in einem Kondensat­ gefäß befindet sich ein rohrförmiges Filterelement, dessen die kondensatbehafteten Rauchgase filternde Oberfläche für einen guten Wirkungsgrad relativ groß sein muß, weshalb sich ein kompakter Aufbau damit nur schwer erzielen läßt. Bei ei­ ner Überfüllung des Kondensatsammelgefäßes mit abgeschiede­ nem Kondensat kann es vorkommen, daß die Kondensatflüssig­ keit durch das Filterelement hindurchgeht, wodurch letzteres seine Filterwirkung verliert und sogar bis in den Trockner ansteigen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakt aufgebaute, preisgünstige Vorrichtung mit besserer und sicherer Filter­ wirkung insbesondere zur Aufbereitung von Rauchgas vorzu­ stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Filtervorrichtung eine gasdurchlässige, flüssigkeitszurück­ weisende Filtermembran aufweist, welche in eine Filterkammer in einer Kühlvorrichtung eingesetzt ist, und daß eine in dem Kondensatabscheider mündende Gaszufuhrleitung vor ihrer Mün­ dung durch einen Gaskanal, der durch die Kühlvorrichtung geht, zur Vorkühlung des Gases geführt ist.
Die wesentlichen Verfahrensschritte zum Betrieb der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung bestehen in einem Vorkühlen des kondensathaltigen Gases mittels einer Kühlvorrichtung, einem Auffangen des Kondensats in einem Kondensatsammelbehälter und darin, daß das Gas durch eine Filtermembran der Filter­ vorrichtung durchgeleitet wird, die Flüssigkeitsteilchen zu­ rückhält, wobei das Gas unmittelbar vor und bei dem Durch­ gang durch die Filtermembran weiter gekühlt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren außerdem einen Flüssigkeitssicherungsschritt auf, der mit­ tels einer vor der Filtermembran vorgesehenen Rückstaukammer die Weiterleitung von Gas und Flüssigkeit durch die Filter­ membran verhindert. Demgemäß kann es vorteilhafterweise nicht mehr vorkommen, daß evtl. unbemerkt bei zu stark ge­ fülltem Kondensatgefäß und bei Ausfall der Filterwirkung der Filtervorrichtung Kondensat bis in den Trockner aufsteigen kann.
Ferner ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Vorrichtung eine in der Filterkammer münden­ de Gasableitung von dem Kondensatabscheider ebenfalls durch die Kühlvorrichtung zur weiteren Kühlung des Gases geführt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die ge­ samte Vorrichtung etwa zylinderförmig; die Kühlvorrichtung weist einen zylindrischen Kühlkörper mit äußeren Kühlrippen und eine axiale Verschlußschraube auf, die in ein Innenge­ winde des Kühlkörpers einschraubbar ist. Dabei ist die Fil­ terkammer durch einen Hohlraum zwischen der Verschlußschrau­ be und einer axialen Innenbohrung des Kühlkörpers gebildet, und die Filtermembran ist mittels einer Dichtung dichtend zwischen Verschlußschraube und Kühlkörper gehaltert.
Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Filtermembran aus einer Teflonmembran, die die gewünschte Eigenschaft hat, daß sie von Kondensat befreites Gas hin­ durchläßt, jedoch für Kondensatflüssigkeit undurchlässig ist. Um die mechanische Stabilität dieser sehr dünnen Fil­ termembran aus Teflon sicherzustellen, weist die Filtervor­ richtung weiterhin ein an die Filtermembran angepaßtes und an ihr anliegendes Metallgitter auf, das auf der zur Ver­ schlußschraube weisenden Seite vorgesehen und entlang seines Randes zusammen mit der Filtermembran zwischen dem Kühlkör­ per und der Verschlußschraube eingeklemmt ist.
Um eine gute Kühlwirkung der Kühlvorrichtung zu erzielen, besteht der Kühlkörper und die Verschlußschraube bevorzugt aus Aluminium und das Metallgitter besteht aus rostfreiem Stahl. Dabei hat das Metallgitter mit dem Kühlkörper einen guten Wärmeleitkontakt.
Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Patent­ ansprüchen 10 bis 17 gekennzeichnet und sind weiterhin den nachstehenden, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschreibenden Ausführungen zu entnehmen. Die Zeichnungsfiguren zeigen:
Fig. 1 Schematisch und teilweise geschnitten eine bevor­ zugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ga­ saufbereitungsvorrichtung;
Fig. 2 die Kühlvorrichtung zusammen mit der Filtervor­ richtung, welche eine zentrale Einrichtung der er­ findungsgemäßen Vorrichtung darstellt in vormon­ tiertem Zustand; und
Fig. 3 die erfindungsgemäß verwendete Filtervorrichtung vergrößert und in perspektivischer Darstellung.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentli­ chen aus einer eine Filtermembran 3 mit einem Metallgitter 4 in einer Filterkammer 2 enthaltenden Kühlvorrichtung 1, an die unten eine Kondensatabscheider-Sammeltasse 5 und damit fluchtend oben eine Trocknertasse 6 angeflanscht, d. h. an­ geschraubt sind. Eine Gaszufuhrleitung 20, die an ihrem ei­ nen Ende einen Stecknippel 24 aufweist, ist mittels eines Schlauchnippels 22 in eine periphere, radiale Gewindebohrung in die Kühlvorrichtung 1 eingeschraubt. Von dort führt ein Gaszufuhrkanal 12 durch die Kühlvorrichtung 1 hindurch, wel­ cher eine Fortsetzung in einem im unteren Abschnitt im Inne­ ren der Kondensatabscheider-Sammeltasse 5 endenden, vorzugs­ weise metallischen Rohrstück 14 findet. Ferner ist ein Ge­ windenippel 8, an dem eine Gasableitung 21 angebracht ist, welche in einem Buchsennippel 23 endet, axial in eine Gewin­ debohrung in der oberen Stirnfläche der Trocknertasse 6 ein­ geschraubt. Oberhalb der Mündung des Rohrstücks 14 mündet ein vorzugsweise metallischer Rohrstutzen 16, der durch eine axiale Bohrung 9 in der Kühlvorrichtung 1 zur Filterkammer 2 führt. Wie weiter unten anhand der Fig. 2 näher erläutert wird, besteht die Kühlvorrichtung 1 aus einem gehäuseförmi­ gen Kühlkörper 18 mit äußeren, in Umfangsrichtung verlaufen­ den Kühlrippen 11. Die Filtermembran 3 ist zusammen mit dem sie mechanisch stabilisierenden Stahlgitter 4 im Inneren der Filterkammer zwischen dem Kühlkörper 11 der Verschlußschrau­ be 27 gehalten. Das Stahlgitter 4 steht in gutem Wärmeleit­ kontakt mit dem Kühlkörper 18 über die Verschlußschraube 27.
Im Betrieb befindet sich die Kondensatabscheider-Sammeltasse 5 unten und die Trocknertasse 6, die mit einem Trocknergel 7 gefüllt ist, oben. Die Kondensatabscheider-Sammeltasse 5 be­ steht aus einem transparenten Material, so daß sich von außen der Pegel des abgeschiedenen Kondensats K erkennen läßt. Hat dieser Pegel ein Niveau N erreicht, bei dem die Mündung des Rohrstücks 14 in den Kondensat-Flüssigkeitsspiegel ein­ taucht, so beginnen im Inneren der Kondensatabscheidertasse Gasblasen aufzusteigen, was ein deutlicher Hinweis dafür ist, daß die Kondensatabscheider-Sammeltasse 5 geleert wer­ den muß. Das durch die Gaszuleitung 20 ankommende, konden­ satbehaftete Rauchgas wird, bevor es in das Innere der Sam­ meltasse 5 durch das Rohrstück 14 gelangt, im Kühlkörper 11 der Kühlvorrichtung 1 vorgekühlt, wodurch die Kondensatab­ scheidung bereits innerhalb des Kühlkörpers 11 und im Rohr­ stück 14 beginnt. Eine weitere Kühlung erfolgt dann beim Aufsteigen des Gases in den Rohrstutzen 16 beim nochmaligen Durchströmen des Kühlkörpers 11, unmittelbar bevor das Gas an die Filtermembran 3 gelangt. Da die Filtermembran 3 die Eigenschaft hat, Gasmoleküle durchzulassen, jedoch gegenüber Flüssigkeiten, wie Kondensat undurchlässig ist, kann in die Trocknertasse 6 nur kondensatbefreites Gas aufsteigen, wo es dann durch das Trocknergel weitergetrocknet wird.
Eine Flüssigkeitssicherung ist durch die mit dem Stahlgitter 4 verstärkte Teflonmembran 3 und die als Rückstaukammer fungierende Filterkammer 2 dadurch gegeben, daß wenn das Kondensatniveau bis in den Rohrstutzen 16 und schließlich bis zur Filtermembran 3 ansteigt, sich die Rückstaukammer 2 vollständig mit Kondensatflüssigkeit füllt und die Membran einen flüssigkeitsdichten Verschluß bildet. Damit ist das Ansaugen von Kondensatflüssigkeit und dessen Aufsteigen in die Trocknertasse nicht mehr möglich.
Das Herzstück der erfindungsgemäßen in Fig. 1 gezeigten Vor­ richtung, nämlich die Kühlvorrichtung 1 mit der in ihrem In­ neren eingebauten Filtervorrichtung 3, 4 wird nun anhand der Fig. 2 im Detail erläutert. Wie gesagt, besteht die Kühlvor­ richtung 1 aus einem im wesentlichen zylindrischen Kühlkör­ per 18 mit den genannten peripheren, in Umfangsrichtung lau­ fenden Kühlrippen 11 und einer Verschlußschraube 27, die die Filtervorrichtung in der Kammer 2 haltert. Die Filtermembran 3 ist mittels einer ersten O-Ring-Dichtung 33 nach unten, d. h. zur Kondensatabscheider-Sammeltasse 5 hin, abgedichtet. Durch den Kühlkörper 18 und die Verschlußschraube 27 gehen axiale Bohrungen 9 und 9′. Die untere Bohrung 9 mündet in den bereits erwähnten Rohrstutzen 16, während die obere Durchgangsbohrung 9′ durch die Verschlußschraube 27 geht und unmittelbar im Inneren der Trocknertasse 6 mündet. Die Ver­ schlußschraube 27 ist gegenüber dem Kühlkörper 18 durch ei­ nen weiteren, peripheren O-Ring 32 abgedichtet. Schließlich weist der Kühlkörper 18 einen unteren und oberen Anschluß­ flansch 25 und 26 jeweils mit einem Innengewinde zum Ein­ schrauben der Kondensatabscheider-Sammeltasse 5 und der Trocknertasse 6 auf. Diese werden in eingeschraubten Zustand durch zwei weitere O-Ring-Dichtungen 31 und 30 gegenüber dem Kühlkörper 18 abgedichtet. Eingeleitetes, von der Zufuhrlei­ tung 20 kommendes Gas strömt durch eine Eingangsöffnung 10 im Schlauchnippel 22, den Kanal 12 im Kühlkörper 18 und schließlich durch das Rohrstück 14 bis zu dessen Mündung 15 und strömt dann in das Innere der Kondensatabscheider-Sam­ meltasse 5, wie durch den Pfeil 13 angedeutet ist. Da die Mündung 15 des Rohrstücks 14 etwas oberhalb des Bodens der Kondensatabscheider-Sammeltasse 5 und unterhalb der Mündung 17 des Rohrstücks 16 liegt, kann das abgeschiedene Kondensat im Normalfall bis zu dem in Fig. 1 angegebenen Niveau N und darüberhinaus weiter bis zur Mündung 17 des Rohrstutzens 16 steigen, wobei in letzterem Fall auf Grund der flüssigkeits­ sperrenden Membran 3 die Funktion des Kondensatabscheiders entfällt. Weil die in die Filtervorrichtung eingesetzte Tef­ lon-Filtermembran 3 nur Gase und keine Flüssigkeiten durch­ läßt, kann es nicht vorkommen, daß Kondensat, das bis in die Filterkammer 2 gestiegen ist, durch die Filtermembran 3 hin­ durchdringt bis ins Innere der Trocknertasse 6.
Da die Kondensatabscheider-Sammeltasse 5 aus transparentem Material besteht, kann das Niveau des abgeschiedenen Konden­ sats jederzeit beobachtet werden. Ferner hört auch eine be­ obachtende Person deutlich das Blubbern der Gasblasen, wenn das Niveau des abgeschiedenen Kondensats das Niveau N in Fig. 1 überschritten hat, was ein Indiz dafür ist, daß die Kondensatabscheider-Sammeltasse 5 entleert werden sollte.
Die Kühlvorrichtung 1, d. h. der Kühlkörper 18 und die Ver­ schlußschraube 27 bestehen bevorzugt aus gut wärmeleitendem Metall, nämlich Aluminium.
Fig. 3 zeigt vergrößert die Filtermembran 3, die mit dem Me­ tallgewebe 4, vorzugsweise ein Gitter aus rostfreiem Stahl, zur Verstärkung ihrer mechanischen Stabilität hinterlegt ist. Die Membran 3 liegt unmittelbar an dem Stahlgitter 4 an. Somit kann der durch das einströmende Gas evtl. im Inne­ ren der Gasabscheider-Sammeltasse insbesondere bei einem Kondensatniveau, das die Mündung 17 des Rohrstutzens 16 übersteigt, entstehende Druck die empfindliche Teflonmembran 3 nicht zerstören, da das Stahlgitter 4 die mechanische Sta­ bilität sicherstellt. In Fig. 3 ist der noch mit Kondensat behaftete Gasstrom, der durch die Teflon-Filtermembran 3 zu filtern ist, durch ausgezogene Pfeile und der vom Kondensat befreite Gasstrom durch gestrichelte Pfeile veranschaulicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung werden bevorzugt in Verbindung mit der Meßgas­ aufbereitung bei der Rauchgasanalyse verwendet. Dabei sind in Gasen, wie CO, CO₂, O₂, NO₂, NOX, SO₂ und deren Gemische enthaltene Kondensate in der erfindungsgemäßen Vorrichtung abscheidbar. Das der Trocknertasse 6 durch die Gasablei­ tungsleitung 21 entströmende getrocknete Gas enthält kein Kondensat mehr und ist durch das in der Trocknertasse 6 ent­ haltene Trocknungsgel 7 getrocknet.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gasaufbereitung weist insbesondere folgende Merkmale auf:
  • 1. Formgebung:
    Kompakter Aufbau mit zylinderförmig übereinander ange­ ordneter Kondensatabscheider-Sammeltasse, Kühlvorrich­ tung und Trocknungs-Sammeltasse;
  • 2. Kühlung:
    Die Kühlvorrichtung besteht aus stark wärmeleitendem Alu­ minium und weist periphere, in Umfangsrichtung laufende Kühlrippen auf, die die Wärmeabgabe der Kühlvorrichtung verbessert. Der Kühlkörper wird vom zu kühlenden Gas zweimal durchlaufen;
  • 3. Lage unabhängiger Betrieb:
    Die Anordnung des Gaseinleiterohrstücks und des Absaug­ rohrstutzens im Inneren der Kondensatabscheide-Sammeltas­ se bewirkt, daß auch bei schiefer Lage bis zu einem be­ stimmten markierten Volumen des Kondensatpegels letzterer nicht die Mündung des Rohrstutzens erreicht. Jedoch ist gefordert, daß sich die Kondensatabscheide-Sammeltasse grundsätzlich unterhalb der Trocknertasse befindet;
  • 4. Flüssigkeitssicherung durch die Filtervorrichtung aus Teflonmembran und Stahlgitter in Verbindung mit der als Rückstaukammer wirkenden Fil­ terkammer;
  • 5. Trocknung:
    Die obere mit Trocknungsgranulat gefüllte Trocknertasse trocknet das durch die Teflonmembran und das Stahlgitter eindringende feuchte Abgas vollständig.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Gasaufbereitung, insbesondere Rauchgasaufbereitung mit
  • - einem Kondensatabscheider, durch den kondensat­ haltiges Gas geleitet wird,
  • - einem Trockner zum Trocknen von kondensatbefreitem Gas und
  • - einer zwischen den Kondensatabscheider und den Trockner eingeschalteten Filtervorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung (3, 4) eine gasdurchlässige, flüssigkeitszurückweisende Filtermembran (3) aufweist, welche in eine Filterkammer (2) in einer Kühlvorrichtung (1) eingesetzt ist, und daß eine in dem Kondensatabscheider mündende Gaszufuhr­ leitung (22, 14) vor ihrer Mündung (15) durch einen Gaskanal (12), der durch die Kühlvorrichtung (1) geht, zur Vorkühlung des Gases geführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Filterkammer (2) mündende Gasableitung von dem Kondensatabscheider (13) ebenfalls durch die Kühlvorrichtung (1) zur weiteren Kühlung des Gases ge­ führt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kühlvorrichtung (1) einen äußere Kühlrippen (11) aufweisenden Kühlkörper (18) und eine Verschlußschraube (27) aufweist, die in ein axiales In­ nengewinde (28) des Kühlkörpers (18) einschraubbar ist, wobei die Filterkammer (2) durch einen Hohlraum zwi­ schen der Verschlußschraube (27) und einer axialen In­ nenbohrung (9) gebildet und die Filtermembran (3) mit­ tels Dichtungsmitteln (33) dichtend zwischen Verschluß­ schraube (27) und Kühlkörper (18) gehaltert ist und daß die Gasableitung durch einen in den Kondensatabscheider ragenden Rohrstutzen (16) gebildet wird, der in der axialen Bohrung (9) aufgenommen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung weiterhin ein an der Filtermembran (3) anliegendes und ebenfalls zwi­ schen dem Kühlkörper (18) und der Verschlußschraube (27) gehaltenes Metallgitter (4) aufweist, das auf der zur Verschlußschraube (27) weisenden Seite der Filter­ membran vorgesehen ist (Fig. 3).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermembran (3) aus einer Teflonmembran besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (18) und die Ver­ schlußschraube (27) aus Aluminium und das Metallgitter (4) aus rostfreiem Stahl bestehen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgitter (4) mit dem Kühl­ körper (18) in gutem Wärmeleitkontakt steht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußschraube (27) eine axiale Durchgangsbohrung (9′) aufweist, die mit der axialen Bohrung (9) des Kühlkörpers (18) fluchtet und in dem Trockner (6) mündet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (18) einen unteren und oberen axialen Befestigungsflansch (25, 26) mit je einem Innengewinde aufweist und daß diese Innengewinde konzentrisch oder miteinander fluchtend ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sammeltasse (5) des Kondensat­ abscheiders aus transparentem Material besteht, und an ihrem oberen, offenen Ende ein Außengewinde aufweist, welches mit dem Innengewinde des unteren Befestigungs­ flanschs (25) verschraubbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an das Innengewinde des oberen Be­ festigungsflanschs (26) des Kühlkörpers (18) eine mit Trocknungsgel (7) gefüllte Trocknertasse (6) anschraub­ bar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Boden der Trocknertasse (6) eine axiale Bohrung zum Anschluß eines Gasabzugsschlauchs (21) auf­ weist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal (12) an einer periphe­ ren, radialen Gewindebohrung in dem Kühlkörper (18) mündet, in welche Gewindebohrung ein Schlauchanschluß­ nippel (22) der Gaszufuhrleitung (20) einschraubbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (1) zusammen mit der angeschraubten Kondensatabscheidersammeltasse (5) und der angeschraubten Trocknertasse (6) eine zy­ lindrische Außenkontur hat.
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