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Vorrichtung zum Abscheiden von Staub aus Gasen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Abscheiden von Staub aus Gasen durch Massenträgheit im Gegensatz
zu jenen, die lediglich auf Streichfilterwirkung beruhen.
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Es sind durch Massenträgheit wirkende Vorrichtungen mit Prallflächen
bekannt, bei denen die Prallflächen in einem Strömungskanal schräg und in der Richtung
,des Gasstromes hineinragen.
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Der Erfindung gemäß sind die wechselweise, in der Gassträmungsrichtung
gesehen, aufeinanderfolgenden Prallflächen derart angeordnet, daß die Querschnitte,
gemessen zwischen der äußeren Kante der Prallfläche und der Kanalwand und gemessen
zwischen der äußeren Kante der Prallfläche und der nächstfolgenden Prallfläche,
bis zu deren, äußerer Kante ständig zunehmen, jedenfalls wicht abnehmen. Dies hat
zur Folge, daß von der Stelle ab, an der die Ablenkung beginnt, der Gasstrom und
dadurch natürlich auch die in ihm enthaltenen abzuscheidenden Teilchen nicht mehr
beschleunigt, also von dem Gasstro2n. nicht mitgerissen, sondern infolge ihrer Massenwirkung
etwa tangential zu dem abgelenkten Gasstrom auf die Prallflächen geschleudert und
bei Berieselung in die an dem Prallflächen herunterrieselnde Flüssigkeitsschicht
hineingeworfen werden. je nach der Feinheit des auszuscheidenden Staubes wird die
Geschwindigkeit des Trägergases in dem engsten Querschnitt zwischen äußerer Kante
der Prallfläche und .der Kanalwand gewählt, da diese Geschwindigkeit maßgebend für
die den Staubteilchen. mitzugebende Ausscheideenergie ist.
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Die Wirkungsweise der Entstautyung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist also so, daß die Staubkörner den Gasstrom verlassen und .sich auf die Prallfläche
zu bewegen, wobei die Stromlinien des Gasstromes im allgemeinen in ihrer ursprünglichen
Lage bleiben. Bekannt äst beispielsweise eine AbscheidevorrI.chtung mit in den Gasstrom
abwechselnd vorspringenäen und in Strömungsrichtung geneigten. Leitflächen, bei
der üben an den freien Enden der Leitflächen Fangtaschen angeordnet sind, in welche
die auszuscheidenden Flüssigkeitsteilchen durch die Massenwirkung hineingeschleudert
werden sollen. Bei dieser Vorrichtung sind die nicht berieselten Leitflächen außerdem
derart angeordnet, daß die Strömung nach Passieren des zwischen. Fangtasche und
Kanalwandung liegenden Qiuerschnitttes während ihrer Ablenkung durch die folgende
;Leitfläche beschleunigt wird, und zwar so lange, bis die Ablenkung im wesentlichen
beendet ist. Die Umlenkung beträgt 9o°. Der etwa in der Längsmittelebene des Kanals
liegende Strömungsquerschnitt ist der engste. Die Ausscheidung infolge der Massenwirkung
ist bei dieser Vorrichtung mangelhaft, insbesondere für die feinsten. Teile, weil
die Teilchen durch den bis zum letzten Augenblick der Ablenkung beschleunigten Gasstrom
immer wieder mitgerissen werden.
Bei anderen Vorrichtungen. werden
Fangtaschen zur Aufnahme der abzuscheidenden Teilchen in der Weise gebildet, daß
in Strö4, mungsrichtung z. B. jede zweite Leitflä@iE.". entgegengesetzt dem Sinne
der Strömungsrichtung geneigt ist. Bei allen mit Fan,:-taschen arbeitenden Vorrichtungen
spielt die-Beachtung besonderer Querschnitts- rund Strömungsverhältnisse durch entsprechende
Anordnung und Ausbildung der Leitflächen keine Rolle, -weil bei ihnen ohnedies urbeherrschbare
Wirbelungen und damit Strömungsbeeinflussungen nicht vermeidbar sind.
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In den Gasstrom abwechselnd vorspringende und in Strömungsrichtung
geneigte Leitflächen, und zwar berieselte Leitflächen, sind für Streichfilter, also
für Staubabscheider, die mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten arbeiten, bekannt.
Bei diesen. Vorrichtungen wird nach Abscheiden der groben Teilchen durch Absetzenlassen
der noch die feinen Teilchen, enthaltende Strom mit geringer Geschwindigkeit durch
den. Kanal geleitet, und zwar mit so. geringer Geschwindigkeit, daß Stoß- und Spaltverluste
vor allem an deal Umlenkstellen vermieden werden. Die Wirkung der Vorrichtungen
dieser Art beruht darauf, idaß der Gasstrom an einer möglichst großen, -benetzten
Oberfläche -langsam entlang streicht. Dies wird erreicht durch Aufteilung ,des Stromes
in, viele kleinere Str.ömchen.. Demselben Zweck dient die Anordnung einer großen
Anzahl in den Gasstrom, hineinragender Leitflächen. Die Ausscheidung beruht hier
darauf, daß durch die als Folge der Prandtlschen Reibungsschicht entstehenden kleinen.
Wirbelungen der Staub aus dem Gas an die Wasseroberfläche herangebracht -wird und
dort haftet. Die wechselseitige Anordnung der als Streichfiiterflächen wirkenden
Leitflächen im Strömungskanal dient bei diesem Streichfilter im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand
dazu, den berieselten Oberflächen immer wieder andere stauhhaltige Grenzschichten
zuzuführen. Der Staub bewegt sich also bei- diesem Verfahren nicht infolge einer
Massenwirkung durch das Gas hindurch, sondern das Gas wird als Trägergas des Staubes
an -die berieselten Flächen. herangeführt. Eine Abscheidung des Staubes wird also
durch fortgesetzte Wiederholung dieser Gasumwälzung Herreicht.
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Die Vorrichtungen dieser Art arbeiten also nicht nach dem Massenträgheitsgesetz.
Sie können auch- nach diesem Gesetz deshalb nicht arbeiten, weil die in Strömungsrichtung
aufeinanderfolgenden, .durch die in den Gasstrom abwechselnd hineinragenden Leitflächen
gebildeten .Querschnitte nicht nach einem für die Ausscheidung nach dem Trägheitsgesetz
maßgebenden Gesichtspunkt -ausgebildet sind. Gelegentlich wird die'innige Berührung
des Gasstromes mit benetzten Flächen dadurch erreicht, daß jalousieartige Taschenkonstruk-.-trnnen
in den Weg des Gases gestellt werden. '$--@.derartigen Anordnungen handelt es sich,
.äb'gesehen von der Taschenwirkung, um eine 'flglichst häufige Aufteilung des Gasstromes
-der Weise, daß. statt einzelner Abscheidekanäle in einem Kanal großen Querschnittes
nebeneinander einzelne Jalousieplatten angeordnet werden, so daß der von der vorhergehenden.
Jalousie kommende Gasstrom aufgeteilt wird. Bei derartigen Streichfiltern, die vornehmlich
für Dampfentölung vorgeschlagen -sind, erfolgt die Ausscheidung aus dem Gas durch
Berührung des Gases mit den Oberflächen.
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Die .Streichfilterwirkung ist aus folgenden Gründen für die Abscheidung
von schwer benetzbarem Staub und von feinsten Staubteilchen #n den meisten Fällen
nicht anwendbar. Wie Versuche gezeigt haben, beruht die Schwerbenetzbarkeit vieler
Staube darauf, daß an die Staubteilchen. durch Ads:orption Gashüllen des Trägergases
oder anderer Gase angelagert sind. Diese feinen Gashüllen wirken benetzungshindernd.
Ferner ist es bekannt, daß feinste Staubteilchen, wie z. B. Flugkoks .oder - Braunkohle,
infolge ihrer kavernösen bzw. schwammigen Struktur durch Streichwirkung deshalb
schwer abscheiden, weil sie ebenfalls zur Anlagerung solcher Gashüll-en neigen..
Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung können auch solche Staube abgeschieden werden.
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In den Gasstrom abwechselnd vorspringend in Strömungsrichtung geneigte,
aber nicht berieselte Leitflächen. sind auch bei Abscheidern nlit senkrecht stehendem
Strömungskanal bekannt. Bei diesen Abscheideinl werden die mit dem Gasstrom etwa
an die Leitflächen leerangebrachten. Staubteilchen zwar ,mit dem Gas umgelenkt,
aber hier nicht abgeschieden. Sie sollen in den hinter der vorhergehenden Fläche
gebildeten Raum (Staubtasche) abgesetzt -werden. Die beabsichtigte Abscheidung durch
Herübergleiten des Staubes über die Wirbelkante ist erfahrungsgemäß ,nicht möglich,
da der an der Wirbelkante abreißende Wirbel in seiner Bewegungsrichtung ,gegen die
abgleitenden, zum Absinken neigenden Teilchen hin gerichtet ist. Außerdem ist auch
hier wie bei einer der obererwähnten bekannten Volrichtungen die Anordnung der Leitflächen
derart, daß die Geschwindigkeit des Gases praktisch bis zur Beendigung der Ablenkung
zunimmt, aus diesem Grunde also eine Ausscheidung der Teilchen an. den vorspringenden
Flächen nicht möglich- wäre, selbst --wenn, etwa durch Berieselung der Flächen,
diese als Abscheideorgane
wirken könnten. Im übrigen ist bei einer
derartigen Anordnung eine Berieselung nichtmöglich, da die Berieselungsflüssigkeit
an den als Prallflächen in Frage kommenden Leitflächen infolge ihrer Neigung an
der abwärts gerichteten Seite nicht haften würde.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht die Ausscheidung von
schwer benetzba.ren und außerordentlich feinen oder spezifisch mehr leichten Stauben,
da sie erlaubt, den Staubteilchen die zur Ausscheidung erforderliche Energie selbst
bei sehr kleiner Masse mitzugeben. Auf diese Weise läßt sich auch der Ausscheidungsgrad
für alle anderen Staube so weit steigern, daß die Abscheidung verwertbarer Staube
wirtschaftlich und großtechnisch ,ermöglicht wird und anderseits bei der Abscheidung
lästiger und/oder schädlicher Staube die von der Gewerbehygiene gewünschten Reinigungsgrade
bei geringen Kosten erreicht werden.
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Bei Anordnung der Abscheideflächen in einem Winkel von etwa 45° zur
Kanallängsachse «erden zweckmäßig die aufeinanderfolgenden Abscheideflächen so angeordnet,
daß ihre Ebenen die Kanalwandungen etwa an derselben Stelle schneiden. Auf diese
Weise wird der Forderung entsprochen, daß bei einer Neigung der Abscheideflächen
zur Kanalwandung von etwa 45°, d. h. einer Neigung, die nach Versuchen am vorteilhaftesten
ist, der Querschnitt des Gasstromes hinter dem besagten Querschnitt ständig zunimmt.
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Um ,auch die feineren Staubteilchen mit Sicherheit auszuscheiden,
die an den .ersten Ausscheidungsstellen von. den gröberen Teilchen infolge,der Durchdringung
der Staubbahnen.an der Ausscheidung behindert werden, ;nimmt der Erfindung gemäß
der Querschnitt zwischen der äußeren Kante der Prallfläche und der Kanalwand, in
Strömungsrichtung gesehen, von Prallfläche zu Prallfläche ab. Auf diese Weise wird
die für die Ausscheidung maßgebende Geschwindigkeit in den aufeinanderfolgenden
engsten Querschnitten immer größer, so daß für die Ausscheidung der feinsten Teilchen
an den letzten Stellen oder der letzten Stelle eine genügend große Geschwindigkeit
und damit die genügend große kinetische Energie vorhanden ist. Wesentlich ist ferner,
daß auf diese Weise die Möglichkeit .einer Klassierung des Staubes nach Korngröße,
wie. sie z. B. für Edelstaube in Frage kommt, ohne weiteres gegeben ist.
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Die Zeichnung zeigt schematisch Ausführungsbeispiele für die Vorrichtung
,gemäß der Erfindung.
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Die Vorrichtung besteht im. wesentlichen aus einem Kanal a mit Prallflächen
b, die abwechselnd von gegenüberliegenden Kanalwandungen schräg in den Kanal vorspringen,
so daß der Gasstrom im Zickzackweg geleitet wird. Die Strömungsrichtung ist durch
Pfeile angedeutet. ;Der- Strom tritt bei E in den Kanal sein und wird infolge der
durch die erste Prallfläche b bedingten Querschnittsverkleinerung bis zu dem ersten
engsten Querschnitt i eschleunigt. Von hier ah wird der Strom durch die zweite Prallfläche
umgelenkt. Gleichzeitig wird infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung, d. h. infolge
der Vergrößerung des Strömungsquerschnittes, die Strömungsgeschwindigkeit an der
zweiten Prallfläche entlang vermindert. Die durch die Umlenkung auf die auszuscheidenden
Teilchen d ausgeübte Schleuderwirkung kommt also voll- zur Wirkung rund schleudert
die Teilchen d etwa in der in Abb. i angedeuteten Bahn auf die zweite Prallfläche
b. Von dieser können die Teilchen.d in geeigneter Weise nach ;außen mit Hilfe einer
Berieselungsflüssigkeit abgeführt werden, die in dünner Schicht c an den Leitflächen
entlang strömt.
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Von der ersten Abscheidefläche wird der Gasstrom wieder bis zum Erreichen
des zweiten engsten Querschnittes z beschleunigt, worauf sich dann der geschilderte
Vorgang an der folgenden Prallfläche, d. h. an der nächsten Abscheidestelle, wiederholt.
Der Abscheidevorgang kann so (oft wiederholt werden, wie es zur Erreichung des gewünschten
Abscheidungsgrades erforderlich ist.
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Um der Berieselungsflüssigkeit auch bei den verhältnismäßig hohen
Strömungsgeschwindigkeiten den. nötigen Halt an den Prallflächen zu geben, werden
diese zweckmäßig fein gerauht. Gegebenenfalls können außer den Prallflächen b auch
diejenigen an sie anschließenden Teile der Kanalwandungen berieselt werden, auf
welche die Staubteilchen aufprallen. Ein Beispiel hierfür zeigt dieerste Abscheidestelle
,in Abb. i.
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Die Prallflächen b können an einem oder gegebenenfalls auch an beiden
Enden .dem Strömungsverlauf angepaßt, d. h. z. B. an den Enden nach entgegengesetzten
Richtungen gebogen werden. Ein Beispiel hierfür zeigen die beiden unteren Prallflächen
b in Abb. i.
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Sollen sehr hohe Abscheidungsgrade erreicht werden, so empfiehlt es
sich, von den engsten Querschnitten zwischen der äußeren Kante der Prallfläche und
der Kanalwand den in Strömungsrichtung folgenden Querschnitt enger ,als den vorhergehenden
zu bemessen, so daß die Geschwindigkeit, mit welcher die Abscheidung bei Beginn
der Umlenkung, d. h. am jeweils engsten Querschnitt, eingeleitet wird, an den aufeinanderfolgenden
Abscheideflächen ;immer größer und demgemäß auch die die Abscheidung verursachende
Massenwirkung imnner größer wird. Ein Beispiel hierfür veranschaulicht schematisch
Abb.2.
Hier ist der in Strdmungsrxchtung dritte engste Querschnitt
etwa nur halb so groß wie der erste engste Querschnitt.