-
Die
Erfindung bezieht sich auf einen Wäscher vom Kaskadentyp, mit
welchem die Nasswäsche
von Abgasen und die Entfernung von Tröpfchen aus dem Gas in ein und
demselben Wäscher
durchgeführt
werden können,
wodurch ein reines, tropfenfreies Gas entsteht. Es ist daher unerlässlich,
dass die Kaskaden-Rohre, welche für einen Kaskadenwäscher typisch
sind, und die Ausrüstung
für die
Tröpfchenentfernung
in einer einzigen kompakten Einheit zusammengefügt sind, welche aus verschiedenen, ineinander
gesetzten Kammern besteht.
-
Das
Waschen von Gasen kann grundsätzlich in
zwei verschiedene Abschnitte unterteilt werden, die tatsächliche
Reinigung und die anschließende Abscheidung
von Tröpfchen.
Ein Wäschertyp,
welcher extrem häufig
verwendet wird, ist der Venturi-Wäscher (vgl.
US-A-5 178 653 ), ein weiterer
ist der Kaskadenwäscher.
-
In
einem Kaskadenwäscher
(z. B. Bauart BACHO) wird das zu reinigende Gas mit reduziertem Druck
in eine Reihe von Kaskadenrohren gesaugt. Das Gas wird über das
zentrale Kaskadenrohr in die Reinigungsflüssigkeit injiziert und von
dort durch ein ringförmiges
Rohr um das zentrale Rohr aufwärts
gesaugt. Dem Gas, welches die Flüssigkeit
mit sich führt,
wird es ermöglicht,
mit einer Platte zu kollidieren, welche das zentrale Rohr umgibt,
wodurch das Gas wieder abwärts
geleitet wird. Dadurch wird eine „selbständige Tröpfchenbildung" der Flüssigkeit
erreicht, und als Ergebnis tritt die endgültige Wäsche des Gases auf Die Tröpfchenentfernung
erfolgt dann in einem eigenen Tröpfchenentferner.
-
Verschiedene
Typen von Tröpfchenentfernern
sind in der Literatur beschrieben, z. B. H. Bauer, Y.B.G. Vama: „Luftverschmutzungskontrollausrüstung", Springer-Verlag
1981, Seiten 219–239.
Die Haupttypen von Tröpfchenseparatoren
sind das Zickzack-Kanal-, das Zentrifugal- oder das klassische Filterprinzip.
-
Ein
erfindungsgemäßer, kompakter
Kaskadenwäscher
wird gebaut wie mit Anspruch 1 beansprucht. Es handelt sich um ein
zylindrisches Gerät, bei
welchem die Gasreinigungsausrüstung
in einem äußeren Bereich
angeordnet ist und die Tröpfchenseperationsausrüstung in
einem inneren Bereich. Die Gasreinigungsausrüstung besteht aus mehreren ringförmigen Kammern
ebenso wie die Tröpfchenseparationsausrüstung. Das
zu reinigende Gas tritt in den äußeren Kreislauf
des oberen Abschnitts des Wäschers
durch einen Kanal ein und das saubere, trockene Gas wird durch einen
Kanal aus dem zentralen Abschnitt des Wäschers heraus geblasen. Die Kammer,
welche im unteren Abschnitt des äußeren Ringes
des Wäschers
zu finden ist, enthält
mehrere Wascheinheiten, welche nach dem Kaskadenprinzip arbeiten
und weist sowohl außerhalb
als auch innerhalb weitere ringförmige
Kammern, welche zu dem Wäscher
gehören,
auf. Die we sentlichen Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
beigefügten
Ansprüchen.
-
Der
Vorteil von mehreren Kaskadenwascheinheiten ist es, dass auf Änderungen
im Gasvolumen schnell reagiert werden kann. In dem Fall, dass Gas
von einem integrierten Gasraum zu mehreren Kaskadenrohren geführt wird,
ist es extrem einfach, einige der Rohre abzuschalten, um die Bedingungen
in den Kaskadenrohren zu optimieren, wenn das Volumen des Gases
abnimmt. Die dazugehörige Anpassung
der Kapazität
in dem Tröpfchenseparator kann
in den tangentialen Einlasskanälen
entweder durch Anpassung der Oberflächen der Kanäle oder durch
komplettes Abschalten von einigen der Kanäle vorgenommen werden. Es ist
bekannt, dass die Fähigkeit
zur Separation (Zentrifugalkraft) nur verbessert wird, wenn die
Einlassgeschwindigkeit erhöht wird.
-
In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird das gesamte Gas zunächst zu einer gemeinsamen Kammer
geführt,
von wo aus es auf mehrere Wascheinheiten aufgeteilt wird. Selbstverständlich hängt eine
erfolgreiche Verteilung von der Konstruktion der Verteilungskammer
ab. Eine Verteilungsmethode, welche aus der Klimaanlagentechnik
bekannt ist, ist es, den Querschnitt des Flusses in Flussrichtung
zu verändern.
Eine typische Methode ist es, einen schrägen Boden in der ringförmigen Verteilungskammer
zu verwenden. Es ist darüber
hinaus von Vorteil für
den Tröpfchenseparator,
wenn der Wäscher
nur einen Auslasskanal aufweist, in anderen Worten, die einzelnen
Gasströme
aus den Kaskadenrohren wenigstens zweimal nach der Wäsche zusammengeführt werden.
Das erste Mal direkt nach der Wäsche
in den Kaskadenrohren in der ringförmigen Kammer, welche unterhalb
der Gasverteilungskammer angeordnet ist. Nach dem Zusammenführen der
Gasströme
wird das Gas in der nächsten
ringförmigen
Kammer wieder in einzelne Ströme
geteilt, welche danach wieder zusammengeführt werden, um dann in den
Tröpfchenseparator
zu strömen.
-
Symmetrie
und die Verwendung von absolut zylindrischen Wänden sind typisch für den erfindungsgemäßen Wäscher. Dies
ist besonders wichtig aus Gründen
der Stabilität,
da in den meisten Wäschern
ein Unterdruck verwendet wird und die oben erwähnten Eigenschaften den Zusammenfall
des Wäschers,
wenn Unterdruck verwendet wird, verhindern. Die Reinigungswirkung
ist am größten, wenn Unterdruck
verwendet wird, d. h. das Gas kann eine brauchbare Geschwindigkeit
mit Hilfe eines Gebläses,
welches nach dem Wäscher
angebracht ist, erreichen. Es ist dabei offensichtlich, dass die
Wäsche auch
unter größerem Druck
funktioniert, es ist dem Gebläse
aber nicht zuträglich,
wenn heiße
und dreckige Gase hindurchgeleitet werden.
-
In
einem erfindungsgemäßen Gerät sind die Kaskadenwascheinheiten
bevorzugt gleich und symmetrisch angeordnet, um eine optimale Gasverteilung
zu erreichen. Wenn einige der Wascheinheiten geschlossen sind, ist
es also von Vorteil, diese symmetrisch zu schließen. Das gewaschene Gas in
den Kaskadenrohren wird tangential entlang mehrerer Kanäle zu dem
nachfolgen den inneren ringförmigen Raum
geleitet, wo die einzelnen Gasströme kombiniert werden.
-
Die
Erfindung wird weiterhin in den beigefügten Zeichnungen beschrieben,
wobei
-
1 einen
Kaskadenwäscher
aus dem Stand der Technik zeigt;
-
2 die
Funktionsweise einer Ausführungsform
der Erfindung in einer teilweisen Schnittansicht zeigt;
-
3A einen
vertikalen Abschnitt und
-
3B einen
Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wäschers zeigt;
-
4 einen
vertikalen Abschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt,
wobei der Boden der Tröpfchenseparationskammer
angehoben wurde;
-
5A und 5B weitere
vertikale und Querschnittsansichten eines Wäschers zeigen, welcher dahingehend
modifiziert wurde, dass der Durchmesser reduziert wurde;
-
6 einen
Wäscher
zeigt, bei welchem die obere Abdeckung des Tröpfchenseparators abgesenkt
wurde;
-
7A und 7B vertikale
und Querschnittsansichten des erfindungsgemäßen Wäschers zeigen, bei welchem
der Boden der ringförmigen Kammer
ausgeformt wurde;
-
8 einen
Querschnitt eines Wäschers zeigt,
bei welchem die Kaskadenrohre in mehreren Kreisen angeordnet sind
und
-
9 einen
Querschnitt zeigt, wobei die Kaskadenrohre anders geformt wurden.
-
1 zeigt
ein Abgaswäschegerät aus dem Stand
der Technik, welches einen Waschabschnitt 1 und eine separate
Tröpfchenseparationseinheit 2 umfasst.
Mehrere Kaskadenrohre 3 sind innerhalb des Wäschers angeordnet
und das Gaswaschwasser wird in einen Tank 4 im unteren
Abschnitt des Wäschers
abgeleitet. Ein einzelnes Kaskadenrohr besteht aus einem inneren
Rohr 5, einem äußeren Rohr 6 um
das innere Rohr und einer Kollisionsplatte 7, welche um
das innere Rohr herum angebracht ist. Das Gas, welches zum Wäscher geführt wird,
wird in das innere Rohr 5 des Kaskadenrohrs geleitet und von
dort zum äußeren Rohr 6 und
unter das innere Rohr, wo es in die Wasseroberfläche innerhalb des äußeren Rohrs
ungespritzt werden kann. Das Gas, teilweise gewaschen und mit Tröpfchen des
Wassers versehen, bewegt sich innerhalb des äußeren Rohres aufwärts und
kommt in Kontakt mit einer tellerförmigen Kollisionsplatte 7,
welche die Richtung des Gases wieder nach unten richtet. Nach dem
Kollidieren und umdrehen ist die Flussrichtung des Gases wiederum
nach außen
gerichtet und das Gas wird durch ein Verbindungsrohr 8 von
der Wascheinheit in die Tröpfchenseparationseinheit
geblasen, wo die Tröpfchen,
die dem Gas während
der Wäsche
zugeführt
wurden, separiert werden und das gewaschene Gas aus der Einheit
abgeleitet wird.
-
2 eines
erfindungsgemäßen Wäschers zeigt,
dass ein Wäscher 10 im
Bereich des Wäschers und
der Tröpfchenseparationsabschnitte
einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweist und am
Boden des Abschnittes konisch ausgebildet ist. Das zu waschende
Gas tritt in dem Wäscher über einen
Einlasskanal 9 ein und das gewaschene Gas wird über ein
Auslassrohr 11 der Tropfenseparationseinheit in den Wäscher geleitet.
Wie sich aus den Teilschnittzeichnungen ersehen lässt, sind
mehrere Kaskadenrohre 12 ringförmig im unteren Abschnitt des
Wäschers
angeordnet. Die Oberfläche 14 des Waschwassers
im Wassertank 13 im unteren Abschnitt des Wäschers ist
auf dem gleichen Niveau wie die Kaskadenrohre. Der untere Abschnitt
des Wäschers
ist bevorzugt konisch ausgebildet, wobei die Feststoffe, die aus
dem Gas gewaschen werden sollen, mit dem Waschwasser leichter entfernt
werden. Die Abbildung zeigt auch, dass der Wäscher zylindrisch und kompakt
ausgebildet ist und daher einfach zu warten ist.
-
Die
Struktur eines erfindungsgemäßen Kaskadenwäschers wird
detaillierter in den 3A und 3B dargestellt.
Der Gaseinlasskanal 9 ist mit einer Gasverteilerkammer 15 verbunden,
welche um eine Tröpfchenseparationskammer 16 im
oberen Teil des Wäschers 10 angeordnet
ist. In ihrem unteren Bereich ist die Gasverteilerkammer mit inneren
Rohren 17 der Kaskadenrohre 12 verbunden, in welche das
zu reinigende Gas aus der Kammer 15 eingeleitet wird. Wie
bereits unter Hinweis auf den Stand der Technik erwähnt, besteht
auch in diesem Falle das Kaskadenrohr aus einem inneren Rohr und
einem äußeren Rohr 18 sowie
einer tellerförmigen
Kollisionsplatte 19, welche an dem inneren Rohr angebracht
ist. Wenn das innere Rohr in einer Höhe angeordnet wird, dass der
untere Abschnitt unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche 14 liegt,
wird die Wascheffizienz maximiert, allerdings steigen in diesem
Falle auch die Druckverluste an. Das äußere Rohr umspannt das innere
Rohr in dem Kaskadenrohr und der obere Abschnitt liegt leicht oberhalb
der Oberfläche
der Flüssigkeit.
-
3A und 3B zeigen
auch, dass die Kaskadenrohre 12 vorteilhafterweise in der äußeren Hülle des
Wäschers
unterhalb der Gasverteilerkammer 15 und in der äußeren Kammer 20 angeordnet sind.
Nach Passieren der Kaskadenrohrkollisionsplatte fließt das Gas
um das Kaskadenrohr aufwärts in
die äußere Kammer
und gleichzeitig vermengen sich die Gasströme der einzelnen Kaskadenrohre. Um
die Wassertröpfchen
auszuscheiden, welche sich mit dem Gas während der Reinigung vermengt haben,
ist es vorteilhaft, das Gas in eine Drehbewegung zu versetzen. Zu
diesem Zweck wird in dem Wäscher
eine Kammer ausgebildet, welche eine Trennwand 21 aufweist,
in der Form, dass am Boden in Richtung der äußeren Kammer die Trennwand
einstückig
ist, während
sie an der Oberseite der ringförmigen
Kammer 22 durch tangential angeordne te Trennwände 23 in
Segmente 24 unterteilt wird. Die Anzahl der Segmente entspricht
bevorzugt höchstens
der Hälfte
der Anzahl der Kaskadenrohre. Mit Hilfe der Trennabschnitte 23 wird
das Gas, welches einheitlich in die äußere Kammer geströmt ist,
in einzelne Ströme
aufgeteilt, welche mit Hilfe der Trennabschnitte verwirbelt werden.
-
3A und 3B zeigen
weiterhin, dass in Richtung des Zentrums des Wäschers eine weitere ringförmige Kammer 25 innerhalb
der Kammer 22 angeordnet ist, welche in einzelne Abschnitte
aufgeteilt ist. Hier, in Kammer 25, welche zu der Tröpfchenseparationseinheit
gehört,
kommen die einzelnen Gasströme,
welche aus den Segmenten 24 der vorigen Kammer einströmen, wieder
zusammen, um einen einheitlichen tangentialen Strom zu bilden. Durch den
tangentialen Strom werden Zentrifugalkräfte erreicht, welche die Tröpfchen von
Flüssigkeit,
welche in dem Gas enthalten sind, gegen die Wände der Kammer schleudern,
wo diese in die Waschflüssigkeit
im Boden des Wäschers
fließen.
Die Tröpfchenseparationsfähigkeit
des Wäschers
wird verbessert, wenn das Gerät
mehrere Kammern aufweist, in denen das Gas in eine Drehbewegung
versetzt wird und in denen jede nachfolgende Kammer einen kleineren Querschnitt
aufweist als die vorherige.
-
Zusätzlich zur
Kammer 22, welche den Gasstrom aufteilt und zur Kammer 25,
welche die Gasströme
wieder zusammenführt,
weist eine Tröpfchenseparationseinheit
die Tröpfchenseparationskammer 16 und
den Auslasskanal 11 sowie einen Wirbelkegel 26 auf.
Der Wirbelkegel 26, welcher sich in Richtung der Oberseite
verjüngt,
ist unterhalb der Tröpfchenseparationskammer
knapp oberhalb der Oberfläche der
Flüssigkeit,
angeordnet. Seine Aufgabe ist es, die Gaswirbel, welche im Zentrum
der Kammer erzeugt werden, zu stabilisieren und zu verhindern, dass
diese Wirbel Flüssigkeit
von der Flüssigkeitsoberfläche aufnehmen
und in den Gasstrom der in die Tröpfchenseparationskammer eintritt,
einbringen. Der verwirbelte Gasstrom setzt sich in die Tröpfchenseparationskammer 16 fort
und als Ergebnis erhält
man ein reines, tropfenfreies Gas, welches durch den Auslasskanal 11 ausgeblasen
wird. Die Stärke
der Zentrifugalkraft hängt
zum Beispiel von der tangentialen Geschwindigkeit des Gases ab,
welche in Abhängigkeit
der Kapazität
unter Verwendung eines Anpassungselements im Einlasskanal 9 angepasst
werden kann (in der Abbildung nicht dargestellt).
-
Der
wesentliche Unterschied zwischen dem Wäscher, wie er in 3 dargestellt ist, und demjenigen aus 4 ist,
dass die Größe des Wäschers durch
Anheben eines unteren Bereiches 27 der Tröpfchenseparationskammer 16 reduziert
werden kann, so dass das Gas weiterhin in die Gasflusszusammenführungskammer 25,
welche einen kleineren Querschnitt als der vorherige Wäscher aufweist,
fließen
kann.
-
In
den Ausführungsformen,
wie sie in den 5A und 5B dargestellt
sind, ist der Quer schnitt der ringförmigen äußeren Kammer 20 im
oberen Bereich der Kammer verringert, um die äußere Größe des Wäschers zu verringern, da es
von dort aus möglich
ist, das Gas in die nächste
innere Kammer strömen
zu lassen. Somit kann der Querschnitt der äußeren Kammer reduziert werden.
Der Querschnitt der nächsten
inneren Kammer 22 in Richtung des Gasstromes ist am Boden
der Kammer reduziert worden, da die einzelnen Gasströme im Wesentlichen
im oberen Teil der Kammer strömen.
Eine Veränderung
im Querschnitt der Kammern wird durch Änderung der Konstruktion der
Trennung 21 zwischen den Kammern erzielt.
-
Der
Aufbau des Wäschers
in 6 ist vom gleichen Typ wie in 5A und 5B gezeigt,
allerdings wurde der untere Bereich 27 der Tröpfchenseparationskammer 16 weiter
abgesenkt, so dass der Abdeckabschnitt des Wäschers einstückig ist,
mit Ausnahme des Auslasskanals 11.
-
7 zeigt
einen Wäscheraufbau,
bei welchem der Boden 28 der Gasverteilungskammer 15 schräg angeordnet
wurde, so dass sich der Querschnitt der Verteilungskammer reduziert,
da der Abstand vom Einlasskanal größer wird. Auf diese Art bleibt
die Geschwindigkeit des ausströmenden
Gases die gleiche, obwohl ein Teil des Gases durch die Kaskadenrohre
geblasen wird. Die Figur zeigt weiterhin, dass der Flüssigkeitstank
im unteren Abschnitt des Wäschers
in zwei Teile geteilt werden kann, so dass das Wasser, welches zur
Gasreinigung verwendet wurde, separat zurückgewonnen werden kann und
das Wasser der Tröpfchenseparationseinheit über einen
Auslasskanal 29 zurückgewonnen
werden kann.
-
Die 8 und 9 zeigen
Querschnitte von Ausführungsformen
der Erfindung, bei denen die Kaskadenrohre in mehreren Schichten
in der äußeren Kammer
angeordnet sind. In dem Gerät,
welches in 9 abgebildet ist, sind das äußere Rohr 18 und die
Kollisionsplatte 19 der Kaskadenrohre im Querschnitt nicht
ringförmig,
um Platz zu sparen. Ihnen fehlt ein Abschnitt vom äußeren Teil
des Rohres und der Platte in der äußeren Hülle und vom inneren Teil in
der inneren Hülle.
-
Es
liegt selbstverständlich
im Sinne der Erfindung, dass die oben gezeigten Ausführungsformen nach
Bedarf verändert
werden können.
Wenn beispielsweise der Wäscher
so schmal als irgend möglich
im Querschnitt sein soll, aber in der vertikalen Ausdehnung Platz
vorhanden ist, kann die Tröpfchenseparationseinheit
vertikal angeordnet werden, ohne den kompakten Aufbau des Wäschers im
Wesentlichen zu verändern.
-
Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Wäschers gegenüber dem
Stand der Technik umfassen eine extrem einfache Konstruktion, wodurch
dieser sehr einfach zu warten ist, da die gesamte Wäsche und
die Tröpfchenseparation
im Wesentlichen innerhalb einer zylindrischen Struktur stattfinden.
Dank der zylindrischen Oberfläche
ist die Wäscherkonstruktion
stabil. Dies ist wichtig, da der Wäscher zeitweise mit Unterdruck
arbeitet, welcher normale Wäscher
nahe zu einem Zusammenbruch bringen würden. Ein erfindungsgemäßer Wäscher ist
Kapazitätsveränderungen
gegenüber
nicht sensibel, da es einfach ist, die gewünschte Anzahl an Wascheinheiten abzuschalten,
die Kaskadenrohre und der Tröpfchenseparator
können
durch Anpassen des Querschnittes des Einlasskanals an die benötigte Kapazität angepasst
werden.