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Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Gasen.
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Die aus chemischen Prozessen, wie z. B. aus Feuerungen, entstammenden
Gasmengen führen stets eine Menge von Verunreinigungen, Staub, Ruß, Asche, mit sich,
die erst zu einem großen Teile entfernt werden müssen, wenn die Gase für andere
technische Zwecke verwendet werden sollen (z. B. Motorenbetrieb, Kühlung, Luftkühlung,
Messung).
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Die Reinigung dieser Gasmengen geschieht bisher meistens mit trockenen
oder nassen Filtern, die ein Filtergut besitzen, durch dessen Zwischenräume das
Gas strömen muß, um hierbei die Verunreinigu-gen in den Zvi qchenräumen abzustoßen
und abzulagern.
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Dieses Filtergut verschmutzt nach einer gewissen Zeit, muß dann erneuert
oder regeneriert werden und kostet also Wartung und Unterhaltung; eine vollkommene
Reinigung tritt hierbei nicht einmal ein, sondern nur eine starke Verminderung der
Verunrein -gung bis auf einen Teil, der für den gerade in Betracht kommenden Zweck
als hinreichend erachtet zu werden pflegt.
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Die ständige Reinigung und Erneuerung des Filtergutes ist aber in
vielen Fällen, abgesehen von den Kosten, sehr lästig und unbequem, so daß deren
Vermeidung einen großen Vorteil bedeuten würde. Dies wird nun erfindungsgemäß durch
ein Verfahren erzielt, das die Filterung auf aerodynamischem Wege bewirkt. Dieses
Verfahren besteht darin, daß an irgendeiner geeigneten Stelle den einzelnen Gasteilchen
die ihnen etwa innewohnende Geschwindigkeit in irgendwelcher seitlichen Richtung
zum Gas strom zwangsweise entzogen und daß die auf diese Weise von Wirbeln befreite
Strömung mit so - gering er, senkrecht nach oben gerichteter Geschwindigkeitskomponente
geführt wird, daß die im Gas enthaltenen Staubteilchen niederfallen
und
ausgefiltert werden. Geht inan nämlich von der Tatsache aus, daß jedes Staubteilchen,
auch wenn es noch so klein ist, entsprechend dem Gesetz des Luftwiderstandes, in
ruhiger, unbewegter Luft in einer Geschwindigkeit niedersinken muß, die ungefähr
der Wurzel aus dem Durchmesser des Staubteilchens proportional ist, so ergibt die
Überlegung, daß es möglich sein muß, die Staubteilchen und sonstige Verunreinigungen
ohne weitere Hilfsmittel zum AusfaIIen zu bringen, u-enn man das zu reinigende Gas
auf einer genügend langen Streclre mit außerordentlich geringer Steiggeschwindigkeit
strömen läßt. Um diese selbsttätige lnecllanische Ausfilterung zu erzielen, miißte
man also beispielsweise das Gas durch ein steigendes und sich über eine gewisse
Länge stark erweiterndes Rohr führen. Versuche haben aber nun gelehrt, daß die erwartete
Wirkung nicht oder nur in unvollkommenem Maße eintritt. Dies hängt nach der Erkenntnis
des Erfinders damit zusammen, daß die Verhältnisse der ruhigen, unbewegten Luft
gewöhnlid nicht vorliegen, weil auch bei sehr geringer Fortbewegungsgeschwindigkeit
im Gas strom beständig unregelmäßige Wirbel vorhanden sind; diese Wirbel verhindern,
daß sich die Staubteilchen trotz der genügend geringen senkrechten Fortbewegung
des Gasstromes durch ihr Eigengewicht ausscheiden können. Werden nun aber diest
Wirbel durch besondere Maßnahmen verhindert oder allmählich in eine glatte Strömung
übergeführt, so ergibt sich die selbsttätige Ausfilterung in überraschend wirksamer
Weise.
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Eine geeignete Vorrichtung zur Ausführung des angegebenen Reinigungsverfahrens
kennzeichnet sich durch einen Gasführungskörper mit den Gasstrom zerlegenden Zwischensvänden,
welche die Ausbildung von Wirbeln verhindern. Diese Vorrichtung, die im folgenden
Wabenfilter genannt sein mag, kann an irgendeiner geeigneten Stelle, zweckmäßig
in einem steigenden Rohrteil der Gasleitung, angeordnet werden. Je größer die Anzahl
der Zwischenwände ist, je engere Kanäle also durch diese Wände begrenzt werden,
desto schneller wird die wirbellose Strömung erzielt, desto gSringer kann also die
Bauhöhe der Filtervorrichtung sein. Auf der anderen Seite wird man,. um keine zu
starke Verbreiterung des Gasfüllrungsquersclmittes ZU erhalten, mit der Zerlegung
in Einzelströme nicht zu weit gehen dürfen. - Für geähnliche Verhältnisse wird eine
Unterteilung in vielleicht hundert Kanäle in Betracht kommen.
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Handelt es sich um Gase, die beispielsweise zu Meßzwecken einer Hauptleitung
entnommen werden, so empfiehlt es sich, die erwähnte Filtervorrichtung an der Anzapfstelle
der Hauptleitung anzubringen. In diesen oder ähnlichen Fällen ist es aber zweckmäßig,
dem eigentlichen Filterraum einen Beruhigungsraum vorzuschalten, welcher den Z-eck
hat, die dem Zweigstrom vom Hauptstrom aus übertragene kinetische Energie vor Eintreten
in den eigentlichen Filterraum vollkommen zu vernichten. Würde dies nicht geschehen,
so würde der abgezweigte Gasstrom die einzelnen Kanäle des Filterraumes ungleichmäßig
beaufschlagen, was eine ungleichmäßige Durchflußgeschwindigkeit in den einzelnen
Kanälen ergeben würde. Da nun aber an keiner Stelle die Geschwindigkeit über ein
bestimmtes Maß hinausgehen darf, wenn die selbsttätige Ausscheidung der Verunreinigungen
sichergestellt sein soll, so erfordert bei ungleicher Verteilung der durchtretenden
Gasmengen der Filterraum einen größeren Querschnitt als im anderen Falle.
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Die gleichmäßige Verteilung wird ferner zweckmäßig noch durch besondere
Einbauten der vor und hinter dem Filterraum befimllichen Kammer oder durch abweichende
Bemessung der Filterkanäle u. dgl. begfinstigt.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Beispiel der zur Ausführung des
Verfahrens dienenden Vorrichtung, und zwar zeigt Abb. I einen senkrechten, Abb.
2 einen wagerechten Schnitt einer Bauart, die zur Reinigung eines zu Prüfzwecken
beständig entnommenen Rauchgasstromes geeignet ist.
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Das Rauchgas, welches in der Richtung des Pfeiles a den Hauptkanal
durchströmt, wird in Richtung des Pfeiles b durch eine Leitung T abgesaugt. Diese
Leitung weist zweckmäßig ein erweitertes Gehäuse 2 auf. in welches das erwähnte
Wabenfilter 3 eingesetzt ist. Das durch die Leitung b abgesaugte Gas tritt zweckmäßig
nicht unmittelbar in das Filter, sondern gelangt erst in einen diesem vorgeschalteten
Beruhigungsraum 4 in den es durch den Eintrittsstutzen 1' einströmt. Sowohl die
Beruhigungskammer 4 als auch die hinter dem Wabenfilterraum liegende Kammer enthalten
zweckmäßig Einbauten 5 bzw. 6, welche bewirken, daß die durch die verschiedenen
Kanäle des Filters gehenden Einzelströme vor und hinter dem Filterraum annähernd
gleich lange Wege 7 zurücklegen müssen, also annähernd gleiche Widerstände zu iiberwinden
haben, so daß eine einigermaßen gleichmäßige Verteilung erfolgt. Sowohl der Querschnitt
als auch die Höhe des Filterraumes 3 erhalten unter diesen Umständen die geringsten
erreichbaren Abmessungen.
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Beim Durchtreten durch das Wabenfilter 3 werden die der Strömung
innewohnenden Wirbel vernichtet. Ist die Durchtrittsgeclwiiidigkeit
genügend
gering bemessen, s> erfolgt in diesem Raume eine vollkommene . \usscheidung aller
schweren Staubteilchen oder sonstigen Verunreinigungen. Alle flächen, auf welche
diese Staubteilchen beim Niederfallen auftreten können, beispielsweise lie Oberseiten
der Einbauten 5, erhalten vorteilbaft einen Neigungswinkel, der größer als der Reibungswinkel
der ausgefilterten Bestandteile ist. Das Niedersinken der im 15 ilterraum sich ausscheidenden
Flugaschenbestandteile durch die Zonen höherer Geschwindigkeit geschieht in folgender
Weise: Zu einem Staubkorn mit einem bestimmten Durchmesser d1 gehört eine bestimmte,
vertikal nach oben gerichtete Geschwindigkeitskomponente v1, die unterschritten
werden muß, damit das Staubteilchen niedersinken kann. Das Staubteilchen, welches
bei der sehr geringen Geschwindigkeit im Filterraum ausgeschieden wurde, kann also
nur bis zu der Zone heruntersinken, in welcher die Geschwindigkeit z1l herrscht,
und bleibt dann dort in der Schwebe. Da aber alle Staubtelchen mit dem Durchmesser
d1 in diese Zone niedersinken, wird bald der Augenblick eintreten, wo sich zwei
benachbarte Staubkörner zu einem Korn größeren Durchmessers d2 verbinden, dem eine
Schwebegeschwindigkeit v entspricht, so daß die beiden Staubkörner zusammen bis
in die Zone mit der Geschwindigkeit v2 vordringen können usf. Da in diesen Zonen
keine vollkommen wirbelfreie Strömung besteht, spielt sich der Vorgang nicht unmittelbar
in dieser Weise ab, sondern es kann nur beobachtet werden, daß die sich ausscheidenden
Staubteilchen das Bestreben haben, sich nach und nach während des Niederfallens
zusammenzuballen. Die sich bildenden Körner fallen jeweils in eine tiefere Zone
herab, Wo sie sich wieder mit anderen Kugeln zu größeren Körpern vereinigen usf.,
bis diejenige Kugelgröße entsteht, die notwendig ist, daß die Verunreinigungen durch
den Eintrittsstutzen ausfallen können.
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Der Querschnitt des Filterraumes braucht nicht die in Abb. 2 veranschaulichte
Gestalt zu besitzen. Es können beispielsweise gemäß Abb. 3 auch abwechselnd gerade
und zickzackförmige Wandungen oder gemäß kbb. 4 und 5 wellenförmige Wandungen angeordnet
sein, welche den Gasteilchen bei seitlichen Bewegungen in genügend kleinen Abständen
Anprallflächen bieten.
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Zur Erzielung der Vorberuhigung. der Zer-