DE60205274T2

DE60205274T2 - Methode und apparat zur gaswäsche unter verwendung von leitblechen

Info

Publication number: DE60205274T2
Application number: DE60205274T
Authority: DE
Inventors: Andrew Trivett
Original assignee: Marine Exhaust Solutions Inc
Current assignee: Marine Exhaust Solutions Inc
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: WO2003045524A3; EP1448291A2; EP1448291B1; CA2364100A1; KR100913451B1; NO20042197L; US7056367B2; JP4294484B2; AU2002347148A8; WO2003045524A2; JP2005510649A; KR20040066149A; NO327344B1; AU2002347148A1; US20040255779A1; ATE300347T1; DK1448291T3; DE60205274D1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Gaswaschvorrichtung nach Anspruch 1 zum Entfernen von teilchenförmigen und gasförmigen Kontaminanten aus Abgasen, die von einer Verbrennungsvorrichtung, wie einem Dieselmotor oder einem anderen kohlenwasserstoffbetriebenen Motor, erzeugt werden. Die Abgase werden durch ein Bad, das Waschflüssigkeit enthält, und eine schräge Anordnung von stationären Leitblechen, die Durchwirbelung und die Bildung fein dispergierter Bläschen verursachen, geleitet, wobei das Flüssigkeit-Gas-Gemisch die Auflösung von Fremdstoffgasen in der Waschflüssigkeit steigert.
Hintergrund der Erfindung
Abgase werden bei vielen Industrie- und Transportvorrichtungen erzeugt. Umweltprobleme und industrielle Folgen der Freisetzung von Schmutzstoffen oder Kontaminanten machen deren Beseitigung oder Reduzierung erforderlich. In jüngster Zeit wurde ein größeres Gewicht auf die Reduzierung von Schadstoffen gelegt, die in Rauchschwaden ausgestoßen werden, ob nun von Betrieben, Stromerzeugungsanlagen, Fahrzeugen oder Schiffen. In ähnlicher Weise wurde außerdem Gewicht auf das Entfernen, oder Umwandeln, von toxischen Chemikalien gelegt, die bei industriellen Prozessen, ob nun bei der Papier- und Zellstoff-, der Kunststoffindustrie oder bei anderen Industrien, ausgestoßen werden. Es bestand außerdem ein Wunsch, die von Motorabgassystemen abgegebene Wärme zu reduzieren, ob nun zum Zweck des Erreichens größerer Einsparungen durch Auffangen und Wiederverwenden von Abwärme für Sekundär- und Tertiäraktivitäten oder zum Reduzieren der Infrarot-Wärmesignatur eines für militärische Verwendung vorgesehenen Motors. Des Weiteren kann ein Gaswäscher als eines seiner Merkmale nicht nur unerwünschte Elemente entfernen, sondern außerdem das Geräusch eines Abgasstroms reduzieren.
Es gibt viele Beispiele für spezifische Fälle, in denen Gaswäsche wünschenswert ist. Zum Beispiel kann gewünscht werden, gasförmige und feine teilchenförmige Kontaminanten, geruchsbildende Verbindungen und sonstige unerwünschte Elemente aus Abgasen, die bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen, ob nun von Gas, Heizöl, Dieselöl und anderen Erdölprodukten, ausströmen, zu entfernen. Die Brennstoffe werden üblicherweise bei Schiffsdieselmotoren und -kesseln sowie für Dieselmotoren, die bei Transport- und Bauausrüstung verwendet werden, verwendet. Schwefeldioxid ist ein besonderer Bestandteil von vielen Prozessen, an denen Verbrennung beteiligt ist, wobei diese von thermoelektrischer Erzeugung und Müllverbrennung zu industriellen Prozessen reichen; und von Abgasen von Primärantrieben einschließlich Dieselmotoren. In manchen Fällen, wie bei Forst- oder Bergbauausrüstung, wird außerdem die Verwendung eines Wasser-Gaswaschmediums gewünscht, um Funkenbildung zu verhindern oder zu beseitigen.
Auf einem anderen Gebiet ist es wünschenswert, Abgase zu waschen, die bei industriellen Prozessen wie chemischen Prozessen, Wärmeübertragungsprozessen, Lebensmittelzubereitung, landwirtschaftlichen Vorgängen, Reinigung von mechanischen Teilen, Farbspritzvorgängen und ähnlichen Prozessen abgegeben werden. In ähnlicher Weise kann gewünscht werden, Produkte der Verbrennung von festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen, wie Biomasse, Kohle, Kohle-Wasser-Suspension, Kohle- und Kalkstein-Wasser-Suspension, Kohle-Methanol-Suspension, zu behandeln. Des Weiteren kann Gaswäsche außerdem für Verbrennungsprodukte von Verbrennungssystemen für die thermische Vernichtung von festen, flüssigen oder gasförmigen Abfallprodukten erforderlich sein. Zu diesen können industrielle und kommunale Abfälle, biomedizinische Abfälle, gefährliche und pathologische Fest- und Flüssigabfälle und Feststoffe und Flüssigkeiten, die mit toxischen, gefährlichen und pathologischen Abfällen kontaminiert sind, ungewollte Verschüttungen problematischer und gefährlicher Abfälle und ähnliche Abfallprodukte gehören. Des Weiteren kann außerdem Gas-Wasser-Wechselwirkung dazu verwendet werden, Abgas zur Wiedereinleitung von Feuchtgas in den Lufteinlass einer Verbrennungsvorrichtung für Temperatursteuerung zu reinigen und zu befeuchten, wie dies bei einem Stickstoffoxid-Reduktionsschema zu sehen ist.
Es sind Gaswäscher verschiedener Typen bekannt. Das Entfernen feiner Partikel von Staub, Schwefel- und Stickstoffoxiden, geruchsbildenden Verbindungen und ähnlicher Kontaminanten aus Gasströmen ist eine Priorität für Umweltkontroll-/Emissionsminderungsprogramme, die von Aufsichtsbehörden entwickelt wurden, um die Auswirkung industrieller Prozesse auf die natürliche Umwelt durch Reduzierung von Versauerung, Ozonbildung, Nährstofferzeugung und damit verbundenen negativen Wirkungen zu minimieren. Zu den derzeit in Verwendung befindlichen Vorrichtungen zum Entfernen von Schadstoffen gehören Zyklone, Beutelfilter, Elektroabscheider und Hochenergie-Gaswäscher. Typischerweise bewegt sich die Eingang-zu-Ausgang-Effizienz dieser Vorrichtungen in einem Bereich von 85% bis ≥ 99,99%, wobei die Hochenergie-Gaswäscher die effizientesten und die Zyklon- und Trägheitskraftabscheider die ineffizientesten sind. Die Eingang-zu-Ausgang-Effizienz wird als die Gesamtkonzentration von Partikeln aller Größenordnungen in dem Auslassgasstrom von dem System als ein Prozentsatz der Konzentration in dem Gesamteingang zu der Gasreinigungseinheit definiert. Bei vielen Verbrennungsvorrichtungen, wie beispielsweise einem Dieselmotor, ist die Verwendung von Abgaswäschern auf Grund des niedrigen verfügbaren Gegendrucks beschränkt, was ein großes, kostspieliges und unzuverlässiges Abgasgebläse erforderlich macht.
Die Art der Einheit für eine spezifische Anwendung wird durch eine Anzahl von Faktoren bestimmt, zu denen die Art des industriellen Prozesses, die Art und die Größe von freigesetzten Partikeln, die Temperatur des Gasstroms, die ökonomischen Aspekte des Prozesses, die Nutzung des an den Standort angrenzenden Landes und eine Reihe von anderen Faktoren gehören. Gaswäsche-Lösungen mit Hochenergie-Gaswäschern unter Verwendung von Kalkstein und Wasser-Suspension wurden erfolgreich verwendet, um Schwefel aus den Verbrennungsgasen, die beim Verbrennen von schwefelhaltigen Brennstoffen, wie Kohle, schweres Heizöl und so weiter, produziert werden, zu waschen.
Ein übliches Verfahren zum Gaswaschen von beispielsweise Abgasen besteht darin, ein Waschmedium, wie Wasser, über den Abgaskanal zu sprühen oder die Abgase durch einen kontinuierlich zugeführten Wasservorhang oder entlang einem Kanal mit befeuchteten Seiten zu zwingen. Diese Technologien zum Waschen feiner Partikel aus gasförmigen Strömen haben auf mechanische Schersysteme vertraut, um große Mengen feiner Tröpfchen von Waschlösung zu erzeugen. In jedem Fall ist die Tropfenoberfläche der steuernde Parameter, der die Effizienz des Gaswäschers bestimmt. Zum Erhöhen der Gaswäscher-Tropfenobertläche für eine vorgegebene Wassermasse muss der durchschnittliche Tropfendurchmesser sinken. Die Energie, die für das Senken der durchschnittlichen Tropfengröße und somit zum Erhöhen der durchschnittlichen Tropfenoberfläche erforderlich ist, steigt deutlich. Daher ist die Effizienz herkömmlicher Gaswäscher zum Entfernen feiner Partikel eine Funktion des Energieeingangs gemessen am Druckverlust über den gesamten Gaswäscher. Typische hoch effiziente Gaswäscher (> 99% Effizienz) arbeiten mit Druckdifferenzen im Bereich von 114 bis 152 cm H₂O (45 bis 60 Zoll Wassersäule). Solche Einheiten weisen hohe Kapitalkosten und hohe Energie- und Wartungskosten auf.
Stand der Technik
Einen Gegensatz zu dem vorgenannten herkömmlichen Ansatz bei der Gaswäsche bildet das Konzept, Strahlen oder Ströme von Gas in Flüssigkeitsbäder zu zwingen. US-Patent 4.300.924 für Coyle, das am 17. Nov. 1981 erteilt wurde, beschreibt eine Vorrichtung zur Gaswäsche von Dieselmotorabgasen, indem die Abgase durch ein gerades Rohr in einen Wasserbehälter hineingetrieben werden und den Abgasen ermöglicht wird, durch das Wasser hindurchzusprudeln. Die Coyle-Vorrichtung arbeitet, wenn die Druckhöhe der Abgase ausreicht, um diese aus dem gerade geschnittenen Ende des Rohrs herauszuzwingen.
US-Patent 6.402.816 für Trivett u.a., das am 11. Juni 2002 erteilt wurde, offenbart eine Gaswaschvorrichtung mit einem Vorkanal, einer Vielzahl von Gaswäschekammern und einem Ablasskanal, wobei die Gaswäschekammern Gase direkt nach unten in ein Flüssigkeitsbad ablassen, wobei die Abgase durch eine Reihe von Schlitzen in dem Fallrohr hindurchströmen, die Winkel- oder Wirbelbewegung in den Blasen ausüben, während sie aufsteigen. Die Gase werden dann durch die Entfeuchtungs- und Wärmeaustauschrohre geleitet, um Dampf auszuwaschen, bevor sie weiter zu der Abgassammelleitung strömen.
Andere Gaswäscher wie der, der in US-Patent 4.091.075 für Pessel, das am 23. Mai 1978 erteilt wurde, offenbart wird, nutzen Bäder wässriger Chemikalien zur Reaktion mit Schadstoffgasen wie Schwefeldioxid, das in Abgasen oder Rauchgasen enthalten ist.
Das Dokument FR-A-848793 beschreibt eine Gaswaschvorrichtung mit Heiß- und Auslasskanälen für Gegenstromdurchtritt des Abgases, einem Behälter mit Waschflüssigkeit und einer Gruppe von Blechen am Eingang, gefolgt von einem Filter zum Entfernen von Restpartikeln.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Gaswäscher für Abgase besitzt einen Einlass von der Gasquelle, wie einem Motorsystem, der über eine Reihe von ineinander geschachtelten im Allgemeinen röhrenförmigen Gegenstromkanälen mit einem Auslass verbunden ist. Gase, die aus dem Einlassrohr strömen, strömen in einem Gegenstrom oder in umgekehrter Richtung weiter durch eine Heißluftkammer. Die Heißluftkammer kann eine gewundene oder gelappte Oberfläche aufweisen oder kann zur Vereinfachung der Konstruktion zylindrisch sein. Ein Bad von Waschflüssigkeit umschließt das Auslassende der Heißluftkammer, wobei die Abgase durch das Flüssigkeitsbad drängen und erneut in umgekehrter Richtung in einer Gegenstromrichtung durch eine kreisförmige Auslass-Luftkammer, die die gewundene Heißluftkammer umgibt, strömen, wonach die Abgase den Gaswäscher verlassen. Wahlweise können außerdem Feuchtsprühvorrichtungen in die Heißluftkammer aufgenommen werden, um vor dem Eintritt in das Waschbad Waschflüssigkeit in die Abgase einzuleiten. Heiße Abgase weisen erheblichen Auftrieb in Wasser auf und dieser Auftrieb wirkt so, dass das Gas nach oben durch das Waschflüssigkeitsbad hindurchgetrieben wird. Wenn keine weiteren Leitungen oder Umleitungen eingeführt werden, wurde festgestellt, dass ein großvolumiger Anteil von Gas ein System hindurchströmen kann und dabei wenig oder keine Wechselwirkung mit der Waschflüssigkeit aufweist. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Abgase, während sie das Flüssigkeitsbad von der Heißluftkammer aus durchströmen, durch eine Gruppe von Leitblechen abgefangen, die eine schräge Anordnung von flachen, teilweise überlappenden, abgestuften Blechen aufweist, die Gase so umlenken, dass sie zwischen den Blechen strömen, was Durchwirbelungen in den Abgasen verursacht. Die Bleche sind so bemessen und positioniert, dass lediglich ein kleiner Anteil des gesamten Abgasstroms durch jeden Schlitz strömt, wodurch das Gas zum Verteilen und gleichmäßigen Strömen zwischen einer Anordnung von Leitblechen gezwungen wird.
Da die Leitbleche in das Flüssigkeitsbad eingetaucht sind, verursachen die Bleche Durchwirbelung in dem Gemisch von Abgasen und Waschflüssigkeit, was die Bildung von hoch dispergierten feinen Bläschen verursacht, die die Lösung von Abgasschadstoffen in der Waschflüssigkeit verbessern. Die Leitbleche verhindern die Tendenz des Gasauftriebs, um die beiden gasförmigen und flüssigen Medien getrennt zu halten sowie einen durchwirbelten Strom zu erzeugen, der beim Leiten und somit beim Stoffübergang von Gas zu Wasser und umgekehrt hilft.
Außerdem wird teilchenförmige Materie aus den Abgasen in der Waschflüssigkeit entfernt und an der Basis des Bads zum Entfernen gesammelt. Gaswasch-Sprühvorrichtungen können in der Auslass-Luftkammer positioniert sein, um die Bläschen aufzulösen. Gaswasch-Sprühvorrichtungen können außerdem in der Einlass-Heißluftkammer platziert sein, um das Gas vorzulöschen. Das Bad und die Sprühvorrichtungen reduzieren die Temperatur der Abgase. Ein weiteres System von Tropfenabscheiderblechen ist über die gesamte Auslass-Luftkammer positioniert, um mitgeführte Waschflüssigkeit aus den Abgasen zu entfernen, die dann durch den Rest der Auslass-Luftkammer strömen, der an die innere Wand angrenzt, die gemeinsam mit der Heißluftkammer besteht. Die Wärme der inneren Wand verdampft verbleibende Flüssigkeiten und erhöht die Temperatur und den Taupunkt der Gase. Dieses System ist hoch wirksam beim Reduzieren von teilchenförmiger Materie, Entfernen von Schwefel- und Stickstoffkomponenten aus Abgasen und Reduzieren der Wärmesignatur davon.
Bei einem Aspekt des Gaswäschers der vorliegenden Erfindung werden Abgase mit Hilfe einer Blasenerzeugungsvorrichtung aus Leitblechen, die eine große Menge von kleinen Bläschen von Abgas in dem Flüssigkeitsbad erzeugt, von teilchenförmigen und gasförmigen Kontaminanten befreit, wodurch die Oberfläche und der Kontakt zwischen dem Abgas und der Waschflüssigkeit erheblich gesteigert wird und die Auflösung von Schadstoffgasen wie SO_x und NO_x in der Waschflüssigkeit verbessert wird.
Bei einem anderen Aspekt der Erfindung wird das Gaswaschen durch Blasenerzeugung mit minimiertem Gegendruck auf das Motorsystem erreicht. Der Gegendruck kann sogar nur acht Zoll Wassersäule betragen.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung besitzen eine Heißluftkammer und eine Auslass-Luftkammer, die konzentrisch oder anderweitig ineinander verschachtelt sind, eine gemeinsame Wand mit gewundenem Querschnitt, die eine erhöhte Oberfläche zwischen den beiden Kanälen bereitstellt und erhöhten Wärmeaustausch während des gegenstromigen Durchströmens von Abgasen ermöglicht. Eine gewundene oder sternförmige Wand, die die Heißluftkammer von der Auslass-Luftkammer trennt, ermöglicht stromaufwärts befindlichen Abgasen, die Wand zu erwärmen und Wärme zu den stromabwärts befindlichen Abgasen, die die Auslass-Luftkammer verlassen, zu übertragen. Dies reduziert den Grad an relativer Feuchte der Abgase, wobei der Taupunkt erhöht und das Auftreten von nachfolgender Kondensation in dem System reduziert wird.
Bei einem anderen Aspekt der Erfindung verschließt ein Flüssigkeitsbad aus Waschflüssigkeit den umgekehrten Durchlass zwischen der Heißluftkammer und der Auslass-Luftkammer, wobei die Umkehr der Gasstromrichtung Durchwirbelung in den Abgasen vor dem Hindurchströmen durch eine Gruppe von Leitblechen einleitet.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Spezifikation verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Prinzipien und das Betriebsverfahren der vorliegenden erfinderischen Vorrichtung werden hier nachfolgend im Zusammenhang mit beispielhaften und nicht beschränkenden Ausführungen der Erfindung erläutert und zwar mit Hilfe von Zeichnungen, bei denen:
1 eine isometrische Ansicht des Gaswäschers ist, der die vorliegende Erfindung ausführt;
2 eine vertikale Querschnittdarstellung des Gaswäschers ist, die entlang der Linie 2-2 von 3 ausgeführt wurde;
3 eine horizontale Querschnittdarstellung ist, die entlang der Linie 3-3 von 2 ausgeführt wurde;
4 eine vergrößerte Ansicht der in den 2 und 3 dargestellten Leitzone und -bleche ist;
5 eine schematische Ansicht zur Darstellung des Gasstroms durch das Flüssigkeitsbad und die Leitbleche von 4 ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Beschreibung, die folgt, und die darin beschriebenen Ausführungen werden anhand der Darstellung von Beispielen bestimmter Ausführungen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Diese Beispiele werden zum Zwecke der Erläuterung und nicht zur Beschränkung dieser Prinzipien und der Erfindung bereitgestellt.
Bei der Beschreibung, die folgt, sind gleiche Teile über die gesamte Spezifikation und die Zeichnungen mit denselben jeweiligen Referenzziffern gekennzeichnet.
Mit Bezug auf 1 kann die Gaswaschvorrichtung (1) im Allgemeinen einen Gaswäscherkörper (2) mit einem Einlass (3) zum Einleiten von Abgasen und einem Auslass (4), aus dem Abgase abgelassen werden, umfassen. Der Körper (2) kann zylindrisch sein oder eine andere geeignete Form aufweisen. Ein im Allgemeinen kegelförmiger oder V-förmiger Behälterabschnitt (5) bildet einen Vorrat für eine Waschflüssigkeit. Das Bad (5) enthält eine Waschflüssigkeit, die, je nach Art der Abgase und Anwendung des Gaswäschers, ein Solvens für gasgestützte Kontaminanten sein kann und bei vielen Anwendungen vorzugsweise Wasser sein kann. Es wurde festgestellt, dass bei Anwendungen auf See Seewasser eine wirksame Waschlösung ist. Sowohl die Waschflüssigkeit als auch Rückstände von dem Gaswaschvorgang können aus dem Gaswäscher (1) über das Abflussrohr (6) abgelassen werden. Wie in 2 ersichtlich ist, kann ein Sekundärbehälter (7) um den Behälter (5) herum positioniert sein, um überlaufende Waschflüssigkeit zu sammeln. Ein Sekundärauslass (8) kann verwendet werden, um überschüssige Flüssigkeit aus dem Behälter (7) zu entfernen. Nicht gezeigt wird die Zusatzrohrleitung zum Zuführen von Waschflüssigkeit zu der Gaswaschvorrichtung.
Wie in 2 ersichtlich ist, werden die inneren Bestandteile des Gaswäschers (1) in vertikalem Querschnitt dargestellt. Abgase, wie zum Beispiel Gase aus dem Auspuff eines Verbrennungsmotors, treten am Einlass (3) in der durch den Pfeil (G) angezeigten Richtung in den Gaswäscher (1) ein. Abgase enthalten typischerweise sowohl teilchenförmige Materie (Ruß) als auch gasförmige Verunreinigungen, die aus der Verbrennung resultieren. Die Teilchen können kohlenstoffhaltig oder Kohlenwasserstoff sein, während das Gas SO_x und NO_x enthalten kann und im Besonderen SO₂ enthalten kann. Die Gase werden durch den Einlasskanal (10) geleitet, der durch die Wand (11) gebildet wird. Der Durchlass (10) kann röhrenförmig sein und weist eine Länge L₁ und einen Durchmesser D₁ auf. An dem Ausgang des Kanals (10) treten die Abgase in eine Heißluftkammer (20) ein, die durch zylindrische, gewundene oder gelappte Seitenwände (21) gebildet wird. Wie aus 3 ersichtlich ist, besitzen die Seitenwände vorzugsweise eine gewundene oder sternförmige Form, um die Oberfläche der Luftkammer zu erhöhen. Es gibt acht Stern-Faltungen oder Arme von allgemeiner V-Form, die sich in der Darstellung von 3 strahlenförmig nach außen erstrecken, wobei jedoch abhängend von den spezifischen Anwendungserfordernissen und der Größe lediglich vier Arme oder viel mehr bestehen können. Es könnte eine röhrenförmige (kreisförmige) Heißluftkammer, wie in der Phantomdarstellung als 21' gezeigt, verwendet werden, jedoch mit der resultierenden Reduzierung der Oberfläche. Die V-förmigen Arme sind durch Endwände (21a) an jedem Arm abgeflacht. Vorzugsweise ist die Endwand (21a) direkt mit der Außenwand mit dem Gaswäscher verbunden.
Der Durchlass der Heißluftkammer (20) ist an seinem Einlassende durch eine Endwand (22) von geeigneter Form (d.h. ein sternförmiger Querschnitt für die Stern-Luftkammer (21) oder ein Konus für eine kreisförmige Luftkammer (21')) verschlossen, wodurch eine obere Kammer (23) gebildet wird. Gase, die den Einlass (10) verlassen, werden durch das Ende (22) der Kammer (23) umgeleitet und strömen in eine Gegenstromrichtung (abwärts in 2) entlang dem Durchlass der Heißluftkammer (20). Die Kammer (23) besitzt ausreichende Länge, um Gegendruck auf die Ablasszuführung, der aus der Umleitung des Gasstroms die Luftkammer (20) herunter resultiert, zu minimieren. Die Kammer dient außerdem dazu, Resonanz in dem Gaswäscher zu reduzieren. Die Wände (21) der sternförmigen Heißluftkammer enden an einer horizontalen Umfangskante (24) innerhalb der Umgebung des Waschflüssigkeitsbehälters (5).
Eine Auslass-Luftkammer (30) umgibt die Heißluftkammer (20) und wird im Allgemeinen durch die zylindrische Außenwand des Gaswäschers begrenzt. Die Auslass-Luftkammer (30) wird durch eine Außenwand (31) und die sternförmige Innenwand (21) der Heißluftkammer (20) gebildet und zeigt daher eine größere Oberfläche der Wand (21). Bei der bevorzugten Ausführung der Gaswäscherkonstruktion können die Endwände (21a) der Heißluftkammer (21) an der Wand (31) abgeschlossen sein, aber alternativ können sie einfach diskontinuierlich gegen die Wand (31) verstrebt sein. Bei Abschließung wird eine Vielzahl von Durchlässen (30a) für die äußere Luftkammer gebildet, bis sie sich zu einer einzigen Luftkammer, die an den Auslass (4) angrenzt, vereinen. Dagegen ist die Vielzahl von Durchlässen (30a), wenn sie lediglich diskontinuierlich verstrebt ist, untereinander verbunden, um eine einzige äußere Luftkammer mit einer gewundenen inneren Oberfläche zu erzeugen. Bei einem Gaswäscher, der eine kreisförmige Wand (21') verwendet, ist die Auslass-Luftkammer (30) ringförmig. Eine Verteilerlochplatte (nicht gezeigt) kann an der Basis der Luftkammer (30) verwendet werden, um Abgase durch eine Reihe von Öffnungen in die ringförmige Auslass-Luftkammer (30) umzuleiten. Die Luftkammer (30) leitet die Abgase in eine Richtung gegenstromig zu der der Heißluftkammer (20) und führt gewaschene Gase hinaus zum Ausgang (4).
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, werden die Abgase durch den Einlasskanal (10) hindurch geleitet, strömen dann gegenstromig durch die Heißluftkammer (20) hindurch und strömen dann erneut gegenstromig durch die Auslass-Luftkammer (30) hindurch, um den Gaswäscher am Auslass (4) zu verlassen.
Die Waschflüssigkeit ist im Bad (5) enthalten und weist im Ruhezustand einen Flüssigkeitspegel (WL) auf, der die horizontale Umfangslippe (24) und die Leitbleche, die nachfolgend besprochen werden, bedeckt.
Wie aus den 2, 3 und 4 ersichtlich ist, sind an dem etwas dreieckig geformten Einlassende (33) der Auslass-Luftkammer (30)(gebildet durch die Umfangslippe (24) der Heißluftkammerwand (21) und die Außenwand (31)) Gruppen von Leitblechen (40) in den Durchlass eingeschoben, um die Strömung von Abgasen durch die Waschflüssigkeit hindurch und in die Auslass-Luftkammer hinein teilweise zu behindern. Wie am besten aus 4 mit Bezug auf 3 ersichtlich ist, umfassen die Leitbleche (40) eine Reihe von mehreren horizontalen flachen Blechen, die teilweise einander überlappen und beabstandet sind, so dass sie eine schräge oder abgestufte Anordnung bilden, durch die Abgase strömen. Die Anordnung von Blechen verläuft schräg nach oben und nach außen, um Gase zu zwingen, die Richtung umzukehren, um nach innen durch die Beabstandung zwischen den Blechen hindurchzuströmen. Die Anordnung von Blechen ist unter den Flüssigkeitspegel in dem Behälter (5) eingetaucht.
Beim Betrieb des Gaswäschers veranlasst der Druck der Abgase auf die Oberfläche der Waschflüssigkeit (WL) den Flüssigkeitspegel, an dem Ausgang der Heißluftkammer (20) auf einen Pegel (WL') abzusinken, wodurch die Flüssigkeit in dem dreieckigen Einlass (33) der Durchlässe (30a) der Auslass-Luftkammer (30) auf den Pegel (WL'') angehoben wird. Die Gase, die in der Heißluftkammer (10) absteigen, kehren dann die Richtung um und strömen unter der Umfangslippe (24) der Heißluftkammer durch und strömen oder sprudeln durch die Waschflüssigkeit hindurch. Die Gase können sogar eine Gasleere unter der Anordnung von Leitblechen erzeugen, wie durch den gekrümmten Flüssigkeitspegel (WL') in 5 gezeigt wird. Die Abgase wenden dann erneut, um durch die Anordnung von Leitblechen (40) hindurchzuströmen. Die Anzahl von Einzelblechen (41) der Leitblechanordnung (40) hängt von der Größe des Gaswaschsystems ab, liegt aber im Allgemeinen in dem Bereich zwischen 12 und 15 Blechen. Die Bleche (41) können in der horizontalen Abmessung typischerweise 1,91 cm (3/4 Zoll) breit und 0,318 cm (ein Achtel Zoll) dick sein und eine Beabstandung von 0,318 bis 1,91 cm (ein Achtel bis drei Viertel Zoll) zwischen den Blechen aufweisen. Jedes Blech ist um ungefähr 50% seiner Breite von dem darunter befindlichen Blech zurückversetzt. Die Bleche verursachen Umleitung und Beschleunigung der Gase, was zu Durchwirbelung und Bildung feiner Bläschen von Abgas in der Waschflüssigkeit führt. Die resultierenden Bläschen strömen dann weiter innerhalb der Leitzone (42) der Auslass-Luftkammer (30).
Teilchenförmige Materie wie Ruß aus Kohlenstoff- oder Kohlenwasserstoffverbindung wird den Heißluftkammer-Durchlass (20) heruntertransportiert und wird in der Waschflüssigkeit absorbiert, um langsam zum Boden des Behälters (5) zu sinken. Strahlenförmige Ablenkplatten (43) in dem Behälter helfen dabei, einen Grad an Bewegungslosigkeit beizubehalten, um das Absetzen von Partikeln zu ermöglichen. Lösliche Gase in dem Abgasstrom, wie SO_x und NO_x, werden in der Waschflüssigkeit aufgelöst und zwar nicht nur durch reines Durchsinken durch das Flüssigkeitsbad, sondern hauptsächlich an der Flüssigkeit-Gas-Grenzfläche der kleinen Bläschen, die bei dem durchwirbelten, durchrührten Strom von Gasen durch die Leitbleche hindurch erzeugt wurden. Es versteht sich, dass die Dauer der Zeit, in der die Gase in Waschflüssigkeit eingetaucht sind oder in den Bläschen gehalten werden, den Grad an Auflösung von Schadstoffgasen beeinflusst.
In der Leitzone (42) steigen die Abgasbläschen über die Oberfläche der Waschflüssigkeit, wo sie sich miteinander verbinden und zerfallen. In dem Durchlass (30 oder 30a) können Strahlen oder Düsen (44) verwendet werden, um Waschflüssigkeit in die Bahn der Abgase zu sprühen, wodurch des Weiteren Verbinden und Zerfallen der Gasbläschen verursacht wird, während außerdem die Wände (21 und 31) des Durchlasses (30) für weiteren Kontaktaustausch von Gaskontaminanten mit der Waschflüssigkeit nach unten befeuchtet wird. Falls dies gewünscht wird, können ähnliche Strahlen in den unteren Abschnitten der Luftkammer (20) zum Vorbefeuchten und Kühlen der heißen Abgase verwendet werden.
Weiter entlang dem Durchlass (30a) befindet sich eine Gruppe von Tropfenabscheiderblechen (45). Diese Bleche sind so konstruiert, dass sie verbliebene Waschflüssigkeit aus dem feuchten, gesättigten Strom von Abgasen und mitgeführten Tropfen zu entfernen. Die Anordnung von Tropfenabscheiderblechen (45) ist der Anordnung von Leitblechen (42) ähnlich und könnte ein Spiegelbild davon sein. Sie umfassen eine Reihe von überlappenden, versetzt angeordneten, flachen Blechelementen (46). Jedes Blech (46) ist im Allgemeinen 1,91 cm (3/4 Zoll) breit, 0,318 cm (ein Achtel Zoll) dick und mit einem Abstand von 0,318 bis 1,91 cm (ein Achtel bis ¾ Zoll) angeordnet. Die Beabstandung zwischen den Blechen (46) ist ausreichend eng, um guten Kontakt zwischen den Feuchtgasen und den Blechen zu erreichen, aber ausreichend beabstandet, um eine erhöhte Gasgeschwindigkeit zu vermeiden, die abgelagerte Feuchtigkeit von den Blechen entfernen könnte.
Die durch Tropfenabscheider (45) aus dem Gasstrom entfernte Flüssigkeit fließt an den Seitenwänden des Durchlasses (30a) herunter ab und kehrt zu dem Bad (5) zurück. Rippen an den Durchlasswänden der Leitzone (42) können verwendet werden, die Abflussrichtung zu leiten und sogar weiteren Gasaustausch an der Oberfläche der Wände zu induzieren. Die Waschflüssigkeit (d.h. Wasser usw.), die durch die Tropfenabscheider und den Wandkontakt entfernt wurde, tropft in den unteren Teil des Behälters, wo strah lenförmige Ausgleichs- oder Wellenablenkplatten Durchrühren hemmen und Absetzen von teilchenförmiger Materie ermöglichen. Diese teilchenförmige Materie und überschüssige Behandlungsflüssigkeit können aus dem kegelförmigen unteren Teil des Behälters entfernt werden. Die Flüssigkeit kann dann gekühlt, behandelt und erneut in das System eingeführt werden.
Bei Verlassen der Tropfenabscheiderbleche sind die Abgase auf die Temperatur der Waschflüssigkeit des Bads (5) gekühlt worden. Typischerweise liegt dies in der Größenordnung von 40°C, wenn wiederaufbereitete Flüssigkeit verwendet wird. Die Abgase sind im Wesentlichen von suspendierter Waschflüssigkeit befreit, aber sind im Allgemeinen zu 100% gesättigt. Wie aus 2 und 5 ersichtlich ist, strömen die Abgase, nachdem sie durch die Tropfenabscheider (45) hindurchgeströmt sind, weiter durch die übrigen Kanäle (30a) hindurch, die zum größeren Teil durch die Wand (21) der Heißluftkammer (20) umgeben sind. Die Wand (21) ist heiß, da sie heißen Abgasen in dem Bereich von 250–450°C, die aus dem Einlasskanal (10) in die Kammer (23) hinausströmen, ausgesetzt ist. Es kann erwartet werden, dass die Wände (21) der oberen Kammer (23) durch die einströmenden Abgase in den Bereich von 250 bis 300°C erwärmt werden können.
Nachdem die Abgase in der Waschflüssigkeit und in der Leitzone gekühlt und gewaschen wurden und in den Tropfenabscheiderblechen (45) von überschüssiger Flüssigkeit befreit wurden, ist der Abgasstrom zu einem gesättigten Gas ohne signifikanten Bestandteil an mitgeführter Flüssigkeit reduziert. Die gesättigten Abgase werden dann strahlend sowie durch Konduktion und Konvektion von der Wärmeübertragungsfläche der gemeinsamen Wand (21) wieder erwärmt. Je nach Gasstromgeschwindigkeiten und der Länge des ausgesetzten Wandabschnitts (21) der Heißluftkammer werden die Gase wenigstens 30°C wiedererwärmt und können bis auf 200°C wiedererwärmt werden. Als Folge liegt die Feuchtigkeit in den Abgasen bei Verlassen der Auslass-Luftkammer normalerweise deutlich unter dem Sättigungspunkt und typischerweise bei 75% Sättigung, wodurch Kondensation von Flüssigkeiten an den Rohrleitungen stromabwärts beseitigt oder im Wesentlichen reduziert wird und sichtbare Nebelbildung in der Atmosphäre verhindert/reduziert wird. Folglich zeigt die resultierende Gasemission weder eine Wärmesignatur noch eine sichtbare Feuchtigkeitswolke und ist sowohl an teilchenförmigen als auch an gasförmigen Kontaminanten im Wesentlichen reduziert.
Es versteht sich, dass ideale Strömungsgeschwindigkeiten der Abgase nicht immer beibehalten werden und gelegentliche Stöße bei der Strömungsgeschwindigkeit festzustellen sind. Die vorliegende Erfindung bietet eine Anpassung an eine plötzlich erhöhte Strömungsgeschwindigkeit durch Bereitstellen des Kanals (47), der sich zwischen dem Bad (5)(unter der Kante (24)) und dem Scheitelpunkt der Leitbleche (40) erstreckt. Des Weiteren kann, falls ein plötzlicher Anstieg der Gasströmungsgeschwindigkeit die Waschflüssigkeit durch die Leitbleche (40) und in die Leitkammer (42) hinein zwingt, die Waschflüssigkeit dann durch einen ringförmigen Abfluss (48), der sich am Außenumfang des Durchlasses (30a) befindet, überfließen, wie durch Pfeil D angezeigt. Die Nettowirkung besteht darin, den Gaswäscher bei schwankenden Strömungslagen zuverlässiger zu machen, was ein übliches Problem bei anderen Nassabscheiderkonstruktionen ist.
Die vorliegende Konstruktion arbeitet mit einem minimalen Gegendruck oder Druckhöhe von 2,54 bis 15,2 cm H₂O (ein bis sechs Zoll Wassersäule). Die Gesamtdruckdifferenz des Systems beträgt weniger als sechs Zoll Wassersäule, prinzipiell aus dem hydrostatischen Druck des Flüssigkeitsbadpegels.
Der Gaswäscher ist eine wirksame Einrichtung zum Entfernen von SO₂ und teilchenförmiger Materie, die aus der Verbrennung von Brennstoffen wie Dieselkraftstoff resultiert. Niveaus von 80%-iger Teilchenentfernung und 95%-iger SO₂-Entfernung wurden mit dieser Vorrichtung und Methode erreicht.
Für eine Person mit Erfahrung auf dem Gebiet ist außerdem ersichtlich, dass ein kontinuierlicher Strom und Austausch von Waschflüssigkeit erforderlich ist. Flüssigkeit kann durch die Sprühdüsen eingeleitet werden, wird aber außerdem vorzugsweise mit einer regulären Strömungsgeschwindigkeit durch eine nicht gezeigte Flüssigkeitsquelle in das Bad (5) eingeleitet.
Die genauen Abgasparameter bei einer vorgegebenen Situation sind entscheidend für die Größe, die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperaturen, die bei einem Gaswäscher der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein Beispiel für eine Gruppe von Parametern unter Verwendung einer sternförmigen Heißluftkammer mit den Abgasen eines 1-Megawatt-Motors (1500 PS) werden in der nachfolgenden Tabelle dargelegt:
(1 Zoll = 2,54 cm)
Beispiel Nr. 1 – 1500 PS (1-Megawatt-Motor)
Ein weiteres Beispiel für Gaswäscherparameter unter Verwendung einer kreisförmigen Heißluftkammer bei einem 7500-PS-Motor ist nachfolgend aufgeführt.
(1 Zoll = 2,54 cm)
Beispiel Nr. 2 – 7500 PS (5,6-Megawatt-Motor)
Die vorgenannten Ausführungen wurden mit einem Gegendruckhöhe von 6 Zoll Wassersäule betrieben. Die Vorteile einer solch minimierten Druckhöhe sind für Personen mit Erfahrung auf dem Gebiet vollständig ersichtlich und stellen eine dramatische Verbesserung gegenüber anderen hoch effizienten Gaswäschern dar, die Druckhöhen größerer Größenordnungen einsetzen.
Beim Betrieb werden Abgase in dem Bereich von 200°C bis 490°C, die Ruß und Reaktionsgase wie Schwefeldioxid und Stickstoffoxid enthalten, auf die Temperatur des Waschflüssigkeitsbads gekühlt, die teilchenförmige Materie wird in dem Bad entfernt und signifikante Prozentanteile an Schwefeldioxid werden durch Auflösung in der Waschflüssigkeit aus dem Abgasstrom entfernt. Der Anmelder hat festgestellt, dass durch diese Erfindung über 90% des Schwefeldioxids aus dem Abgas entfernt werden können und 20% des NO_x entfernt werden können.
Ein solch hoher Prozentsatz an NO_x Entfernung ist teilweise auf den pH-Wert der Waschflüssigkeit zurückzuführen, der durch die Auflösung von SO₂ verursacht wird. Typischerweise bewegt sich der pH-Wert bei dem oben beschriebenen Beispiel in einem Bereich von 2 bis 3, was einem ausgezeichneten Absorber für NO_x entspricht.
Der Anmelder hat außerdem festgestellt, dass bis zu 90% des Rußes und 20% der Kohlenwasserstoffteilchen in der Waschflüssigkeit entfernt werden.

Claims

Gaswaschvorrichtung zum Reduzieren teilchenförmiger und gasförmiger Kontaminanten aus Abgasen, umfassend: koaxiale, ineinander verschachtelte Heiß- und Auslasskanäle zum Gegenstromdurchfluss der Abgase, einen Behälter, der ein Bad an Waschflüssigkeit enthält, in dem die Enden der Heiß- und Auslasskanäle funktionsfähig miteinander verbunden und in der Waschflüssigkeit innerhalb des Behälters eingetaucht sind, wodurch die Abgase durch das Flüssigkeitsbad hindurchströmen, eine oder mehrere Gruppen Leitbleche, und eine oder mehrere Gruppen Tropfenabscheiderbleche, wobei sich die Leitbleche innerhalb des eingetauchten Endes des Auslasskanals befinden und dafür ausgelegt sind, Durchwirbelungen in den Abgasen zu erzeugen, um sehr kleine Bläschen zu bilden, und wobei sich die Tropfenabscheiderbleche im Auslasskanal nachfolgend der Leitbleche befinden und dafür ausgelegt sind, Tropfen und Tröpfchennebel aus den Abgasen zu entfernen.
Der Gaswäscher aus Anspruch 1, wobei die Heiß- und Auslasskanäle einen von den eingetauchten Enden entfernt liegenden gemeinsamen Wandabschnitt aufweisen.
Der Gaswäscher aus Anspruch 2, wobei der gemeinsame Wandabschnitt ein Wärmeaustauscher ist, um die durch den Auslasskanal strömenden Abgase zu erwärmen.
Der Gaswäscher aus Anspruch 1, wobei jede Gruppe Leitbleche eine schräge Anordnung dünner, flacher, länglicher Bleche aufweist, die mit Abstand voneinander quer von den angrenzenden Blechen versetzt sind.
Der Gaswäscher aus Anspruch 4, wobei jede Gruppe Leitbleche strahlenförmig schräg nach außen verläuft.
Der Gaswäscher aus Anspruch 1, wobei jede Gruppe Tropfenabscheiderbleche eine schräge Anordnung dünner, flacher, länglicher Bleche aufweist, die mit Abstand voneinander quer von den angrenzenden Blechen versetzt sind.
Der Gaswäscher aus Anspruch 6, wobei die Tropfenabscheiderbleche strahlenförmig schräg nach innen verlaufen.
Der Gaswäscher aus Anspruch 1, der einen zentralen Einlasskanal einschließt, der innerhalb des umgebenden Heißkanals verschachtelt und mit diesem funktionsfähig verbunden ist.
Der Gaswäscher aus Anspruch 4, wobei sich Sprühvorrichtungen zum Sprühen der Waschflüssigkeit in die Abgase zwischen der Gruppe Leitbleche und der Gruppe Tropfenabscheiderbleche befinden.
Der Gaswäscher aus Anspruch 3, wobei der Wärmeaustauscher die Abgase ausreichend wieder erhitzt, um die Abgastemperatur um mindestens 30°C über den Taupunkt zu erhöhen.
Der Gaswäscher aus Anspruch 4, wobei der gemeinsame Wandabschnitt einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Der Gaswäscher aus Anspruch 4, wobei der gemeinsame Wandabschnitt einen gelappten Querschnitt aufweist.
Der Gaswäscher aus Anspruch 12, wobei der gemeinsame Wandabschnitt im Allgemeinen sternförmig ist.
Der Gaswäscher der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Betriebsgegendruck weniger als 15,2 cm Wasser beträgt.
Methode zum Gaswaschen eines Abgasstroms zum Reduzieren teilchenförmiger und gasförmiger Kontaminanten und zum Reduzieren der Abgastemperatur, umfassend (a) das Strömen von Abgasen von einer Quelle durch einen länglichen Einlasskanal; (b) Strömen der Abgase in Gegenstromrichtung durch einen Heißkanal, der den Einlasskanal umgibt; (c) Strömen der Abgase durch ein Flüssigkeitsbad zum Abkühlen der Gase und Einbehalten der teilchenförmigen Materie; (d) Strömen der Abgase in einer Gegenstromrichtung in ein Auslassrohr, das den Einlasskanal umgibt und mindestens eine teilweise gemeinsame Wand mit dem Heißkanal aufweist; (e) Strömen der Abgase durch eine oder mehrere Gruppen Leitbleche, die dafür ausgelegt sind, die Gasstromrichtung umzuleiten und Durchwirbelungen im Flüssigkeitsbad zu erzeugen, wodurch feine Bläschen erzeugt und im Gasstrom mitgeführt werden; (f) Strömen der Abgase durch eine oder mehrere Gruppen Tropfenabscheiderbleche, um sämtliche mitgeführte Bläschen oder Feuchtigkeit im Wesentlichen zu beseitigen; (g) Strömen der Abgase entlang einer erhitzten Oberfläche der gemeinsamen Wand zum Steigern der Temperatur der Abgase auf oberhalb des Taupunktes; und (h) Ablassen der Abgase aus dem Gaswäscher.
Methode aus Anspruch 15, wobei in Schritt (e) winzige Bläschen an Abgasen durch Auf- und Verwirbelungen gebildet werden, die durch das Strömen der Abgase durch eine schräge Anordnung eingetauchter Leitbleche erzeugt werden.
Methode aus Anspruch 15, einschließlich, nach Schritt (e), dem Strömen der Abgase und mitgeführten Bläschen durch einen Sprühkanal zum Auflösen der Bläschen.
Methode aus Anspruch 15, wobei, in Schritt (f), die Tropfenabscheiderbleche mit Abstand voneinander angeordnet sind, um mit dem Gasstrom in Kontakt zu kommen und daraus Feuchtigkeit zu entfernen, während ein Anstieg der Geschwindigkeit des Gasstroms verhindert wird, wodurch wieder Feuchtigkeit von den Blechen mitgeführt werden würde.
Methode aus Anspruch 15, wobei, in Schritt (g), die Abgase im Auslassrohr durch Wärme erhitzt werden, die durch den gemeinsamen Wandabschnitt durch die Abgase innerhalb des Heißkanals übertragen wird.
Methode aus Anspruch 19, wobei die Temperatur der Abgase auf mindestens 30°C oberhalb des Taupunkts erhöht wird.