DE69301567T2

DE69301567T2 - METHODE UND VORRICHTUNG ZUR REINIGUNG ODER KüHLUNG VON GAS

Info

Publication number: DE69301567T2
Application number: DE69301567T
Authority: DE
Inventors: Claes Halldin
Original assignee: Flaekt AB
Current assignee: ABB Technology FLB AB
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2013-03-05
Also published as: ES2086224T3; FI107518B; ATE134152T1; FI944256A; AU3771093A; US5474597A; WO1993018842A1; FI944256A0; RU94043787A; DE69301567D1; UA41310C2; CZ284838B6; RU2102118C1; CA2130086C; BR9306122A; JPH07504614A; EP0631519A1; GR3019595T3; CA2130086A1; JP3523865B2

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von verschmutztem Gas und/oder zum Kühlen von heißem Gas, wobei das Gas mit einer feinverteilten Flüssigkeit zur Ausscheidung von Teilchen oder Absorption von gasförmigen Verunreinigungen oder zur Kühlung des Gases in Berührung gebracht wird. Die feinverteilte Flüssigkeit wird in der Form von im wesentlichen schirmförmigen Schalen oder im wesentlichen geradlinigen Schleiern in einer gleichmäßigen Anordnung zur Verfügung gestellt, die in zwei oder mehreren Ebenen im wesentlichen rechtwinklig zu der Hauptströmungsrichtung des Gases verteilt sind. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Die Vorrichtung weist einen Einlaß für verschmutztes und/oder heißes Gas, einen Auslaß für gereinigtes und/oder gekühltes Gas und dazwischen einen Kontaktabschnitt auf. Der Kontaktabschnitt nimmt mehrere Zuführmittel zum Einspritzen von feinverteilter Flüssigkeit auf und ist in zwei oder mehr Ebenen im wesentlichen rechtwinklig zu der Hauptströmungsrichtung des Gases angeordnet.
Die Lösung des technischen Problems, das in der vorliegenden Anmeldung betrachtet wird, kann auf Gasreinigungsvorrichtungen, sogenannte Naßreiniger, und Gaskühlvorrichtungen, wie z.B. Wärmerückgewinnungsvorrichtungen, von höchstüberzeugenden Größen angewendet werden. Die höchsten Anforderungen und daher auch die wichtigsten Anwendungen, existieren jedoch in großen Industrien, großen Kraftwerken oder großen Veraschungsanlagen. Bei der folgenden Beschreibung wird daher angenommen, daß die Vorrichtungen im Industriemaßstab sind, wobei die Gaswaschtürme einen Durchmesser von ca. 1 bis 20 m und eine Höhe von ca. 1 bis 40 m haben können. Der Einfachheit halber wird der Begriff "Waschen" im folgenden als Bedeutung entweder für Reinigen oder Kühlen oder Reinigen und Kühlen verwendet.
Das Verfahren ist nur bei offenen Gaswaschtürmen anwendbar. Sogenannte gepackte Naßreiniger oder gepackte Säulen können nicht als Kontaktabschnitt in dem Verfahren der Erfindung verwendet werden. Jedoch ist es in einer kaskadenverbundenen Anordnung natürlich möglich, eine Kombination des vorgeschlagenen Waschverfahrens und z.B. gepackte Säulen zu verwenden.
Das Verfahren ist insbesondere gut in Zusammenhängen geeignet, bei denen Gasreinigung in Verbindung mit Wärmerückgewinnung von einem verschmutzten heißen Gas durchgeführt werden soll, da der gute Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Gas auch den Wärmeübergang fördert.
Reinigung verunreinigter Gase im Hinblick auf die Entfernung partikelhaltiger oder gasförmiger Substanzen ist ein wichtiger und bekannter Vorgang in der heutigen Industriegesellschaft. Eine große Anzahl von Techniken sind entwickelt worden und auch heute existieren häufig verschiedene Verfahren, aus denen ausgewählt werden kann, wenn eine Gasreinigungsanlage geplant werden soll, selbst wenn sehr spezifische Verunreinigungen entfernt werden sollen.
Partikelhaltige Verunreinigungen werden häufig durch dynamische Separatoren entfernt, wie z.B. Zyklonen, elektrostatische Abscheider oder Sperrfilter, Sackfilter oder Kassettenfilter.
Gasförmige Verunreinigungen werden im allgemeinen durch die Umlauftechnik zum Verwenden einiger Additive zum Umwandeln der Gase in partikelhaltige Substanzen entfernt, entweder durch Binden dieser mit der Oberfläche von zugeführten Partikeln, trocken oder feucht, oder durch Reaktion dieser mit zugeführten Substanzen, auch in gasförmiger oder flüssiger Form, um ein partikelhaltiges Produkt zu erhalten. Das Reaktionsprodukt wird darauf in einem Partikelseparator getrennt.
Das Kühlen von Gas mit Hinblick darauf, seine Temperatur anzunehmen oder Wärme davon rückzugewinnen, ist auch heutzutage ein wichtiges und gängiges Verfahren. Wärmeübertragung findet entweder mittels Wärmetauschern vom rekuperativen oder regenerativen Typ oder durch direkten Kontakt zwischen dem heißen und kalten Medium statt. Da diese Erfindung Wärmeübertragung durch direkten Kontakt zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit betrifft, werden andere Techniken nicht besprochen.
Ein Verfahren, das vorteilhaft in vielerlei Hinsicht ist, besteht darin, ein Gas durch einen Regen von feinverteilter Flüssigkeit zu führen oder über von einer Flüssigkeit überströmte Flächen. Diese Verfahren machen es möglich, ein heißes Gas sowohl zu kühlen als auch Partikel in der Flüssigkeit einzufangen und gasförmige Komponenten eines verunreinigten Gases in der Flüssigkeit zu lösen. Die Flüssigkeit kann dann auch Substanzen beinhalten, die die gelösten gasförmigen Komponenten in feste Form umwandeln, um es leichter zu machen, diese von der Flüssigkeit zu trennen.
Die Flüssigkeit wird normalerweise in der Waschvorrichtung wiedergewonnen, aber ein Teil davon wird im allgemeinen kontinuierlich entfernt, um seine Wärme bei anderen Anwendungen zu nutzen oder zum Trennen von Verunreinigungen weiterbehandelt zu werden, entweder in gasförmiger Form oder in fester Form, und die derart gekühlte oder auf andere Weise behandelte Flüssigkeit kann wiedergewonnen werden, um in der Gaswaschanlage wiederverwendet zu werden.
Diese Gaswaschanlagen können grob in offene Türme, in denen das Gas nur eine feinverteilte Flüssigkeit beinhaltet, und verpackte Naßreiniger oder verpackte Säulen, in denen Gas durch einen Turm strömt, der mit z.B. sattelförmigen oder spulenförmigen kleinen Teilen gefüllt ist, auf die Flüssigkeit gesprüht wird, um einen Flüssigkeitsfilm zu erzeugen, der abwärts über im wesentlichen die gesamte Totalfläche strömt, aufgeteilt werden.
Da verpackte Naßreiniger nicht in das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung fallen, werden sie hierin nicht besprochen.
Beispiele für offene Türme, wie z.B. zum Trennen von Schwefeldioxid und Kühlen eines Gases, um Wärme zurückzugewinnen, werden z.B. in der US-3 532 595 gegeben, worin beide vertikalen Türme und Naßreiniger mit horizontaler Gasströmung offenbart werden und Flüssigkeit auf verschiedenen Ebenen oder Positionen zugeführt wird. Die US- 4 164 399 beschreibt einen Turm von weniger komplexer Auslegung, worin Flüssigkeit nur auf einer Ebene zugeführt wird, aber nachdem sie auf verschiedenen Ebenen aufgefangen worden ist, verteilt wird.
Die US-2 523 441 zeigt eine Kombination eines offenen Turms mit einem verpackten Abschnitt.
Die oben erwähnten Techniken erfordern im wesentlichen, daß die Flüssigkeit, die in dem Gaswäscher verwendet wird, zum größten Teil ihrer Bewegung in dem Turm durch die Schwerkraft nach unten fällt oder strömt. Es ist jedoch auch bekannt, Naßreiniger zu konstruieren, die mehr oder weniger horizontale Flüssigkeitsschleier erzeugen, durch die das Gas geströmt wird. Ein Beispiel hierfür findet man in der hochkomplexen Konstruktion, die in der SE-103 474 offenbart wird, worin die fallende Bewegung des Gases im großen so angenommen wird, entlang der vertikalen Wände stattzufinden. Zwei andere Beispiele werden in der US-2 589 956 und US- 3 691 731 gegeben.
Eine Zwischenkonstruktion ist in der US-4 583 999 offenbart, worin die Waschflüssigkeit horizontal zugeführt wird, aber wahrscheinlich nach einiger Geschwindigkeitsverringerung als ein Regen von feinverteilten Tröpfchen fällt.
In einem Gaswaschturm von der der Erfindung im bekannten Stand der Technik am nächsten kommenden Art, z.B. DE-A1 33 41 318, wird Flüssigkeit im allgemeinen auf vier bis sechs Ebenen zugeführt. Jede Ebene weist verschiedene Düsen auf, die kleine Tröpfchen in einem Gebiet verteilen, im allgemeinen in Form einer konischen Schale, einem hohlen Konustyp oder in einem vollständigen Konus, Vollkonustyp. Der spitze Winkel dieses Konus beträgt 90 bis 120º. Jede Ebene ist mit Düsen, die in einem Abstand von 0,5 bis 1 m angeordnet sind, in einem gleichmäßigen Gitter vorgesehen. Der Abstand zwischen den Ebenen beträgt 1 bis 2 m. Mindestens einige Ebenen sind weit von dem Boden des Turmes entfernt. Der Zweck dafür ist, daß diese Ebenen Tröpfchen erzeugen sollen, die in der Form von einem gutverteilten Regen durch den Turm aus einem beträchtlichen Teil seiner Höhe fallen.
Der Wirkungsgrad des Gaswäschers ist in großem Maße von der Relativbewegung zwischen den Tröpfchen und dem Gas abhängig. Es wird daher im allgemeinen bevorzugt, daß das Gas aufwärts in Richtung entgegen den fallenden Tröpfchen strömt, d.h. entgegen der Strömung, aber aus verschiedenen Gründen existieren auch Gaswäscher, bei denen das Gas in der gleichen Richtung wie die fallenden Tröpfchen fällt, d.h. mit der Strömung.
Falls es erwünscht ist, den Gaswaschwirkungsgrad zu vergrößern, wenn man dieses Verfahren verwendet, ist es notwendig, entweder die Höhe des Turmes zu vergrößern oder die Strömung der Waschflüssigkeit zu vergrößern. Welche der Möglichkeiten auch immer gewählt wird, die Konsequenz ist vergrößerte Pumpenarbeit für einen gegebenen Gasvolumenstrom.
Offene Gaswaschtürme leiden unter dem Hauptnachteil, viel Platz zu erfordern. Dies beinhaltet auch beachtliche Baukosten.
Ein weiterer Nachteil der aus dem Vorhergehenden resultiert, ist daß die Türme normalerweise sehr hoch sein müssen. Dies bedeutet, daß die Flüssigkeit, die durch den Turm in der Form von Regen feiner Tröpfchen fallen soll, zuerst auf eine beträchtliche Höhe heraufgepumpt werden muß. Derartige Pumparbeit hat einen beträchtlichen Einfluß auf die Betriebskosten.
Gasreinigung und Gaskühlung in Wäschern vom Naßtyp, sogenannten Naßreinigern, ist für viele Jahrzehnte eine gut eingeführte Technik in der Verfahrenstechnik, bei Kraftwerksanlagen und Veraschungsanlagen gewesen. Diese Technik ist gut erprobt und muß als wirkungsvoll und zuverlässig erachtet werden. Die offensichtlichsten Nachteile, die im Vorangegangenen gewürdigt worden sind, bestehen darin, daß die Ausrüstung viel Platz erfordert und daher teuer wird, und viel Energie, in erster Linie wegen der beträchtlichen Pumparbeit.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren vorzusehen, das weit weniger große Gaswaschausrüstung erfordert, während die Zuverlässigkeit und Wirksamkeit der bekannten Verfahren erhalten bleiben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu bieten, die weniger Energie zum Gasreinigen und Gaskühlen erfordert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von verschmutztem Gas und/oder Kühlung von heißem Gas, wobei das Gas mit feinverteilter Flüssigkeit zur Ausscheidung von Teilchen oder Absorption von gasförmigen Verunreinigungen oder zur Kühlung des Gases in Berührung gebracht wird. Die feinverteilte Flüssigkeit wird in der Form von im wesentlichen schirmförmigen Schalen oder im wesentlichen geradlinigen Schleiern in gleichmäßiger Anordnung zugeführt, die auf zwei oder mehreren Ebenen im wesentlichen rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung des Gases verteilt sind.
Gemäß der Erfindung wird die Lösung des zugrundeliegenden technischen Problems durch Zuführen der feinverteilten Flüssigkeit erreicht, so daß das Gas durch die Impulswirkung abwechselnd konzentriert und verteilt wird, die durch die Flüssigkeit auf das Gas ausgeübt wird, und zwar in Richtungen rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung des Gases.
Der orthogonale Abstand zwischen angrenzenden Ebenen, bei denen feinverteilte Flüssigkeit zugeführt wird, wird so eingestellt, daß keine wesentliche Vergleichmäßigung der Gasströmung zwischen den Ebenen stattfindet.
Die Zufuhr der Flüssigkeit in angrenzenden Ebenen wird so angeordnet, daß sie in einer Ebene, die stromab in der Strönungsrichtung des Gases angeordnet ist, stattfindet, wo das strömende Gas durch die Impulswirkung der Flüssigkeit, die in der Ebene zugeführt wird, die unmittelbar stromaufwärts angeordnet ist, konzentriert worden ist.
Eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens und weitere bevorzugte Ausführungsformen werden in den Ansprüchen definiert.
In der folgenden Beschreibung ist der Begriff "Turm" Synonym für "Waschturm" und der Begriff "Flüssigkeit" ein Synonym für "Waschflüssigkeit". Der Begriff "Gas" bedeutet hereinkommendes Gas, verschmutztes Gas oder heißes Gas und Gas, das in dem Berührungsabschnitt gereinigt oder gekühlt worden ist.
Bei dem Verfahren der Erfindung wird das Gas mit feinverteilter Flüssigkeit aus regelmäßig angeordneten Versorgungseinrichtungen versorgt. Diese Einrichtungen werden unten als Düsen bezeichnet und können von verschiedener Konstruktion sein. Der allgemeinste Typ ist eine Einrichtung, die um einen im wesentlichen zylindrischen Körper feinverteilte Flüssigkeit in einen hohlen Kegel, wie eine schirmförmige Schale, zuführt, oder eine langgestreckte Einrichtung, die entlang einer im wesentlichen geraden Linie feinverteilte Flüssigkeit als ein Schleier zuführt, der durch eine imaginäre Bewegung dieser Linie erzeugt wird.
Die Düsen sind derart angeordnet, daß die feinverteilte Flüssigkeit, wenn sie zugeführt wird, dem Gas eine Seitwärtsbewegung gibt, d.h. quer zu der Hauptströmungsrichtung des Gases, wodurch eine Konzentrationswirkung erzeugt wird. Die Düsen führen im allgemeinen Flüssigkeit in einer Richtung zu, mit ihrer Hauptkomponente rechtwinklig zu der Richtung der Hauptströmung des Gases durch den Naßreiniger. Die Düsen können so ausgerichtet sein, daß sie in ein und dieselbe Richtung in einer vollen Ebene und in der entgegengesetzten Richtung in der nächsten Ebene sprühen können, vorzugsweise sind jedoch alle Ebenen mit kreisförmig sprühenden, schirmförmigen Düsen oder mit geraden Düsen, die die Flüssigkeit in mindestens zwei entgegengesetzte Richtungen verteilen, vorgesehen.
Durch Düsen, die in einem Gitter angeordnet sind, die Flüssigkeit in Richtungen im wesentlichen rechtwinklig zu der Hauptströmungsrichtung des Gases zuführen, wird eine Verschiebung und eine Konzentration des Gases derart zustandegebracht, daß im wesentlichen die gesamte Strömung durch die Ebene in Gebieten durchgeht, die nicht an irgendeine Düse angrenzen. Bei gleichem Abstand zwischen den Düsen wird dieses Gebiet um den Schwerpunkt der Fläche angeordnet, die durch die Verbindungslinien zwischen angrenzenden Düsen definiert wird.
Gemäß der Erfindung sollten die Düsen in einer Ebene stromabwärts der ersten, gesehen in Richtung des strömenden Gases, gegenüber diesen Schwerpunkten angeordnet sein. Des weiteren sollten die Ebenen so dicht angeordnet sein, daß dort nicht genügend Raum oder Zeit für die Gasströmung sein wird, um zu irgendeinem größeren Ausmaß vergleichmäßigt zu werden, bevor das Gas in Berührung mit der feinverteilten Flüssigkeit von den Düsen in der nächsten Stromabebene kommt.
Stromabwärts dieser zweiten Ebene sind ähnlich eine dritte Ebene, eine vierte Ebene usw. angeordnet, wie erforderlich. Eine zick-zack-artige Bewegung durch den Kontaktabschnitt wird auf diese Weise dem Gas gegeben.
Der Abstand zwischen den Ebenen sollte an die Düsenkonstruktion angepaßt sein, so daß die Flüssigkeit, die in einer Ebene zugeführt wird, nicht zu einem wesentlichen Ausmaß mit einer entgegengesetzten Strömung einer Flüssigkeit von angrenzenden Düsen in den angrenzenden Ebenen zusammenstößt. Dieser Abstand sollte jedoch so gering sein, daß vollständig tröpfchenfreie Gebiete so weit wie möglich vermieden werden. Der Abstand soll geringer als 1 m, vorzugsweise geringer als 0,6 m sein.
Als ein Maß des Zusammenwirkens kann der Teil der Tröpfchen von einer Düse in einer bestimmten Ebene angezeigt werden, der eine höhere Konzentration oder Tröpfchenströmungsdichte als die angrenzende Düse in einer angrenzenden Ebene aufweist. Bei den Punkten des Raums, wo dies stattfindet, sollte die Tröpfchenströmungsdichte, gesehen als eine Verteilung in dem Raum quer zu der Tröpfchenströmung, mindestens auf 10% des maximalen Wertes in dem in Frage kommenden Abstand von der Düse gefallen sein.
Da der Wirkungsgrad von der Intensität der Berührung zwischen dem Gas und der Flüssigkeit abhängt, sollte der Abstand zwischen den Ebenen und der Tröpfchenverteilung der Düsen jedoch vorzugsweise derart eingestellt sein, daß ein geringes Zusammenstoßen stattfindet. Ein geringer Betrag der Tröpfchen von einer Düse sollte auf diese Weise in Berührung mit einem geringen Betrag von der angrenzenden Düse kommen. Gemäß der Erfindung sollte mindestens 0,01%, vorzugsweise mindestens 0,1% der maximalen Tröpfchenströmungsdichte dort existieren, wo eine angenommene Grenzlinie zwischen den Strömungen gezogen wird, wo die zwei Strömungen gleiche Dichte haben.
Falls nur zwei Ebenen mit Düsen verwendet werden, kann der Konuswinkel des "Schirms" willkürlich für die erste Ebene ausgewählt werden, während er für die zweite Ebene so eingestellt wird, daß die Schirme von den zwei Ebenen nominell tangierend zueinander sind. Falls verschiedenen Ebenen von Düsen gefordert werden, ist es vorteilhaft, die Flüssigkeit im wesentlichen in der Ebene, d.h. mit einem 180º-Konuswinkel, zuzuführen. Dies ergibt eine einfache Symmetrie. Auch in dem Fall von nur zwei Ebenen könnte dieser Winkel der vorteilhafteste sein.
Die Verteilung der Düsen in einer Ebene ist vorteilhafterweise in der Form eines regelmäßigen Gitters. Falls alle Ebenen gleich ausgestattet werden sollen, ist die quadratische Struktur die vorteilhafteste. Die Verwendung eines Gitters mit gleichschenkligen Dreiecken würde jedoch keine entscheidenden Nachteile mit sich bringen, selbst wenn die Ebenen paarweise unterschiedlich sein müssen. Auch rhombische Gitter und, wie erwähnt, vollständig rechteckige, parallele Düsen können einfach verwendet werden.
Um die Vorteile der Erfindung zu erzielen, sollte die Anzahl der Gitterpunkte in jeder Ebene relativ groß sein, mindestens 16, vorzugsweise mindestens 25. In dem Fall der geradlinigen Düsen sollten mindestens fünf Düsen in jeder Ebene verwendet werden.
Die Erfindung wird nun detallierter mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt eines Waschturms konventioneller Konstruktion zeigt;
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt eines Waschturms gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 eine vorgeschlagene Verteilung von Düsen in einem Waschturm von kreisförmigem Querschnitt zeigt;
Fig. 4 eine alternative Verteilung von Düsen in einem Waschturm von kreisförmigem Querschnitt zeigt;
Fig. 5 detallierter die Verteilung von Flüssigkeitströpfchen um einige Düsen zeigt;
Fig. 6 die Tröpfchenströmungsdichteverteilung als eine Funktion einer Raumkoordinate für die Düsen in Fig. 5 zeigt;
Fig. 7 eine vorgeschlagene Verteilung von Düsen in einem Waschturm von quadratischem Querschnitt zeigt; und
Fig. 8 schematisch die Gasströmung durch einen Waschturm gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 9 die Verteilung der Flüssigkeitströpfchen um einige Düsen in einer alternativen Konstruktion zeigt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen bekannten Waschturm la mit einem Einlaß 2 für verschmutztes Gas, einem Auslaß 3 für gereinigtes Gas und einem Zwischenberührungsabschnitt 4. Auf dem Bodenteil 5 des Waschturms 1a wird Waschflüssigkeit 6 gesammelt. Die Waschflüssigkeit 6 wird durch eine Pumpe 7 hoch zu Verteilungsrohren 8 gepumpt, mit Düsen 9a, die in dem oberen Teil des Berührungsabschnitts 4 angeordnet sind. Der Höhenunterschied zwischen den Ebenen 81-84 mit Düsen 9a beträgt ca. 2 m. Die Düsen 9a, die hochschematisch gezeigt werden, sind von dem hohlen Konustyp, d.h. sie sprühen feinverteilte Waschflüssigkeit in eine konische Schale mit einem 120º spitzen Winkel. Die Waschflüssigkeit fällt dann als ein Regen von feinen Tröpfchen durch den Kontaktabschnitt und wird auf dem Bodenteil 5 gesammelt. Über den Verteilungsrohren 8 und den Düsen 9a wird ein Tröpfchenseparator 10 vorgesehen. Frische Waschflüssigkeit kann durch eine Rinne 18 zugeführt werden und verbrauchte verschmutzte Waschflüssigkeit kann durch eine andere Rinne 19 entfernt werden.
Fig. 2 zeigt ebenfalls schematisch einen Turm 1, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Dieser Turm 1 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten durch seine wesentlich geringere Höhe. Des weiteren ist der Berührungsabschnitt 4 mit Düsen 9 vorgesehen, die feinverteilte Flüssigkeit im wesentlichen horizontal verbreiten, d.h. als eine hohle Konusdüse mit einem spitzen Winkel von 180º. In diesem Fall beträgt der Höhenunterschied zwischen den Ebenen mit Düsen nur 20 bis 60 cm. Für größere Klarheit ist die Zeichnung in dieser Hinsicht nicht maßstäblich, wobei der tatsächliche Höhenunterschied zwischen dem Turm 1a in Fig. 1 und dem Turm 1 in Fig. 2 größer ist als es schematisch gezeigt ist. Die Teile von Fig. 2, die mit Fig. 1 korrespondieren, tragen die gleichen Bezugszeichen.
Fig. 3 zeigt in einer praktischen Anwendung die Verteilung der Düsen 9 über den Querschnitt eines Turms mit kreisförmigem Querschnitt. Der Turm hat einen Durchmesser von ca. 12 m und nimmt im Inneren ca. 100 Düsen in jeder Ebenen in einem quadratischen Gittermuster mit einem Zwischenraum von ca. 1 m auf. Die Verteilung wird durch die Kreise 31 dargestellt, die zeigen, wie die am Ende verteilte Flüssigkeit 6 an jedem Gitterpunkt gesprüht wird. Fig. 3a zeigt auf diese Weise die Verteilung der Düsen 9 in den Ebenen 81 und 83 in Fig. 2, und Fig. 3b zeigt die korrespondierende Verteilung der Düsen in den Ebenen 82 und 84.
Um zu verhindern, daß ein kleiner Teil des Gases fast geradlinig durch den Turm entlang der Wände durchgehen kann, kann die Düsenverteilung von Fig. 4 berücksichtigt werden. Hier ist der gesamte Turmumfang mit Düsen 9 ausgerüstet, die nach innen gerichtet sind und Flüssigkeit im wesentlichen in einem Halbkreis sprühen, und die Verteilung der Düsen 9 in dem Turm ist dazu eingestellt worden. Wie es scheint, wird das Muster nicht vollständig regelmäßig und die Verteilung der Düsen in der nächsten Ebene muß in einer leicht von der theoretisch erwünschten abweichenden Art eingestellt werden.
Fig. 5 zeigt detaillierter, wie die Düsen 9 in zwei angrenzenden Ebenen im Bezug zueinander angeordnet werden und in welchem Gebiet die feinverteilte Flüssigkeit durch einen imaginären vertikalen Abschnitt diagonal durch die Muster in Fig. 3 zugeführt wird. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, ist der Maßstab durch vergrößernde Abstände in der vertikalen Richtung in bezug auf die Abstände in der horizontalen Ebene verzerrt worden.
Von einer Düse 51 in der Ebene 81 kommt feinverteilte Flüssigkeit in eine Strömung 61. Von einer Düse 52 in der Ebene 82 kommt eine entgegengesetzte Strömung 62. Die Strömungen 61 und 62 sind nicht durch die gezeigten Strömungslinien 511, 512 und 521, 522 beschränkt, die die Grenzen markieren, in denen die Hauptteile der Strömung angeordnet sind. Die Strömungen stoßen teilweise miteinander zusammen und die Grenze, wo sie im wesentlichen gleich groß sind, ist durch eine Linie 66 gezeigt. Hier ist die Tröpfchenströmungsdichte jedoch wesentlich geringer als in dem zentralen Abschnitt.
Fig. 6 gibt ein Beispiel der Dichteverteilung der Tröpfchenströmung in Fig. 5 in einem Abschnitt entlang der Linie 65. Als "Tröpfchenströmungsdichte" ist hier ein Massenstrom pro Flächeneinheit gemeint. Aus dieser Figur scheint die nachfolgende Abnahme der Strömung mit zunehmendem Abstand von der jeweiligen Ebene. Wie erwähnt, zeigt die Linie 66 die Grenze der Gebiete, wo die jeweilige Tröpfchenströmung die vorherrschende ist.
Gemäß der Erfindung sollte der Abstand zwischen den Ebenen 81 und 82 der Verteilung der feinverteilten Flüssigkeit angepaßt werden, so daß die Tröpfchenströmungsdichten 61 und 62 an der Grenzlinie 66 beide unter 10% des maximalen Werts fallen, der nahe bei den jeweiligen Ebenen 81, 82 existiert. Jedoch wird für optimale Nutzung der Vorteile der Erfindung angenommen, daß der Abstand zwischen den Ebenen 81, 82 nicht zu groß wird. Daher sollten die Tröpfchenströmungsdichten 61, 62 0,01% des maximalen Werts an der Grenzlinie 66, vorzugsweise 0,1% des maximalen Werts, überschreiten
Fig. 7 zeigt in einer praktischen Anwendung die Verteilung von Düsen 9 über den Querschnitt in einem Turm mit quadratischem Querschnitt. Das Quadrat hat eine Seite von ca. 12,4 m und nimmt im Inneren ca. 100 Düsen in jeder Ebene in einem quadratischen Gittermuster mit einem Zwischenraum von ca. 1,2 m auf. Die Verteilung wird durch die Kreise 71 gezeigt, die darstellen, wie die feinverteilte Flüssigkeit 6 an jedem Gitterpunkt eingespritzt wird. Fig. 7a zeigt auf diese Weise die Verteilung der Düsen 9 in den Ebenen 81 und 83 in Fig. 2, und Fig. 7b zeigt die korrespondierende Verteilung der Düsen in den Ebenen 82 und 84. Fig. 7 zeigt, daß ein quadratischer Querschnitt keine Abweichung von dem theoretisch erwünschten regelmäßigen Gitter erfordert.
Fig. 8 zeigt schematisch, wie das Gas durch den Kontaktabschnitt 4 strömt. Die Strömungslinien 11 mäandern um die Düsen 9.
Fig. 9 zeigt schematisch die Verteilung der Flüssigkeitströpfchen um einige Düsen 9d, 9a mit einem spitzen Sprühwinkel von 120º. In Fig. 9a sind einige geradlinige Sprühdüsen 9d gezeigt, die zwei geradlinige Schleier erzeugen, jeder mit einem Zwischenwinkel von 120º. Wie gesehen werden kann, können die Ebenen 81-84 paarweise auf der gleichen Ebene sein oder gerade so, daß das Gas zuerst die Flüssigkeit von der späteren Ebene treffen kann. In Fig. 9b ist das gleiche Muster gezeigt, wenn Düsen 9a von hohlen Konustyp verwendet werden. Bei dieser Konstruktion ist es vorteilhaft, einen paarweisen Unterschied in dem Abstand zwischen den Flüssigkeitströpfchenströmungen zu akzeptieren, um für die Abweichung von der vollen Symmetrie aufzunehmen.
Die Vorrichtung in Fig. 2 arbeitet wie folgt. Gas tritt in den Turm 1 durch den Einlaß 2 zu dem Kontaktabschnitt 4 ein. Es steigt im wesentlichen vertikal auf, bis es in die Nähe der ersten Ebene 81 mit Düsen 9 kommt.
Durch die Düsen 9 wird Flüssigkeit 6 im wesentlichen horizontal in das Gas bei einer Geschwindigkeit von 10-15 m/s eingespritzt. Das Gas wird durch die feinverteilte Flüssigkeit beeinflußt und wird dadurch in einer Richtung mitgerissen, die ungefähr horizontal ist, bis es anderes Gas trifft, das in der entgegengesetzten Richtung im wesentlichen in der Mitte zwischen den Düsen 9 in der gleichen Ebene 81 strömt.
Da die Flüssigkeitströpfchen hier eine wesentlich geringere Tröpfchenströmungsdichte aufweisen als nahe bei der Düse 9 (weil sie natürlich über ein großes Volumen mit größer werdendem Abstand verteilt sind), strömt Gas zwischen den Flüssigkeitströpfchen aufwärts in Richtung der nächsten Ebene 82 gerade entgegengesetzt einer Düse 9 in dieser zweiten Ebene. Die Gasströmung, auf diese Weise durch den Impuls der Waschflüssigkeit in der Ebene 81 konzentriert, wird dort durch den Impuls der flüssigen Tröpfchen ausgebreitet, die in das Gas durch diese Düse 9 eingespritzt werden. Das Gas strömt auch dort im wesentlichen horizontal, bis es Gas trifft, das durch die flüssigen Tröpfchen von benachbarten Düsen 9 mitgerissen wird.
Dieser Vorgang wird dann beim Durchgang durch die Ebene 83 usw. wiederholt. Durch die wiederholte Ablenkung und die wechselweise Beschleunigung und Verzögerung wird ein intensives und wirkungsvolles Zusammenwirken zwischen Gas und Flüssigkeit erzeugt.
Flüssigkeit, die in der Form von feinverteilten Tröpfchen durch das Gas mitgerissen wird, wird in dem Tröpfchenabscheider 10 abgeschieden.
Durch die Rinne 19 wird ein Abschnitt der Flüssigkeit für nachfolgende Behandlung entleert, und frische oder regenerierte Flüssigkeit wird durch die Rinne 18 wie gefordert zugeführt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird natürlich nicht durch die obenbeschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern kann in verschiedenen unterschiedlichen Weisen innerhalb des Umfangs der anhängenden Ansprüche modifiziert werden.
Wie oben erwähnt, können Düsen verschiedener Konstruktionsarten verwendet werden. Auch die Düsen können in vielen verschiedenen Weisen angeordnet sein. Gleichmäßige Gitter werden bevorzugt, aber Abweichungen davon sind leicht denkbar. Dreieckige oder rhombische Gitter können sehr gute Ergebnisse liefern. Eine vorteilhafte Alternative ist es, jede andere Ebene mit Düsen auszustatten, die in einem dreieckigen Gitter angeordnet sind, und jede andere mit Düsen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind.
Des weiteren kann das Verfahren natürlich anders als zum Reinigen verschmutzter Gase oder zum Kühlen heißer Gase verwendet werden. Es kann vorteilhafter Weise in den meisten Zusammenhängen, wo ein Gas mit einer feinverteilten Flüssigkeit in Berührung gebracht werden soll, verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung von verschmutztem Gas und/oder Kühlung von heissem Gas, bei welchem

das Gas mit einer feinverteilten Flüssigkeit in Berührung gebracht wird, und zwar zur Ausscheidung von Teilchen oder Absorption von gasförmigen Verunreinigungen oder zur Kühlung des Gases,

die feinverteilte Flüssigkeit in Form von hauptsächlich schirmförmigen Schalen oder hauptsächlich geradlinigen Schleiern zugeführt wird, und zwar in gleichmässiger Anordnung, auf zwei oder mehreren Ebenen im wesentlichen rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung des Gases verteilt, und

ein beträchtlicher Teil der feinverteilten Flüssigkeit derart zugeführt wird, dass ihre Geschwindigkeitskomponente auf einer Ebene rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung des Gases grösser ist als ihre Geschwindigkeitskomponente parallel zu oder umgekehrt im Verhältnis zur Hauptströmungsrichtung des Gases, gekennzeichnet durch

Zuführen der feinverteilten Flüssigkeit, so dass das Gas durch die Impulswirkung abwechselnd konzentriert und verteilt wird, welche durch die Flüssigkeit auf das Gas ausgeübt wird, und zwar in Richtungen rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung des verschmutzten Gases, zustandegebracht durch

Einstellen des orthogonalen Abstandes zwischen benachbarten Ebenen, auf welchen feinverteilte Flüssigkeit zugeführt wird, so dass keine wesentliche Abgleichung der Gasströmung zwischen den Ebenen stattfindet, und Anordnen der Flüssigkeitszufuhr auf benachbarten Ebenen, so dass sie auf einer Ebene stromabwärts in der Gasströmungsrichtung stattfindet, wo das strömende Gas durch die Impulswirkung von Flüssigkeit konzentriert worden ist, die auf der unmittelbar stromaufwärts liegenden Ebene zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einstellen des orthogonalen Abstandes zwischen benachbarten Ebenen, auf denen feinverteilte Flüssigkeit zugeführt wird, so dass keine wesentliche Wechselwirkung zwischen Tröpfchen, die auf verschiedenen Ebenen zugeführt werden, zwischen Tröpfchen, die in entgegengesetzten Richtungen strömen, stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einstellen des orthogonalen Abstandes zwischen benachbarten Ebenen, auf denen feinverteilte Flüssigkeit zugeführt wird, so dass die Überlappung zwischen benachbarten entgegengesetzten Strömungen von Tröpfchen, die auf verschiedenen Ebenen zugeführt werden, die gleiche Dichte in den beiden Tröpfchenströmungen erzeugt, in Punkten, wo die Dichte der Strömung von feinverteilter Flüssigkeit in der jeweiligen Strömung zwischen 0,01% und 10%, vorzugsweise zwischen 0,1% und 10% der maximalen Dichte im betreffenden Abstand von dem Zuführungspunkt liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einstellen des orthogonalen Abstandes zwischen benachbarten Ebenen, auf denen feinverteilte Flüssigkeit zugeführt wird, so dass eine Wechselwirkung zwischen benachbarten entgegengesetzten Tröpfchenströmungen, die auf verschiedenen Ebenen zugeführt werden, nicht zwischen dem Hauptteil dieser Tröpfchenströmungen im Bereich unmittelbar zwischen den betreffenden Zuführungspunkten stattfindet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch Zuführen des Hauptteils der feinverteilten Flüssigkeit in einer Richtung innerhalb eines Winkels von 200, vorzugsweise innerhalb eines Winkels von 100, symmetrisch um eine Ebene rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung des Gases.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch Zuführen des Hauptteils der feinverteilten Flüssigkeit in Form eines Hohlkegels mit

einem spitzen Winkel, der grösser ist als 90º und kleiner oder gleich 180º ist, und mit seiner Symmetrieachse hauptsächlich parallel zur Hauptströmungsrichtung des Gases, und durch Anordnen der Düsen auf benachharten Ebenen zum antiparallelen Einspritzen.

7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Einlass (2) für verschmutztes und/oder heisses Gas, einen Auslass (3) für gereinigtes und/oder gekühltes Gas und dazwischen einen Kontaktabschnitt (4), durch welchen das Gas strömt und in welchem Zuführungsmittel (9, 9a, 9d) zum Einspritzen von feinverteilter Flüssigkeit in Form von hauptsächlich schirmförmigen Schalen oder hauptsächlich geradlinigen Schleiern vorgesehen sind, um einen beträchtlichen Teil der feinverteilten Flüssigkeit zuzuführen, so dass ihre Geschwindigkeitskomponente auf einer Ebene rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung (41) des Gases grösser ist als ihre Geschwindigkeitskomponente parallel zu oder umgekehrt im Verhältnis zur Hauptströmungsrichtung (41) des Gases, und vorgesehen sind, um feinverteilte Flüssigkeit zuzuführen, so dass das Gas durch die Impulswirkung abwechselnd konzentriert und verteilt wird, welche durch die Flüssigkeit auf das Gas ausgeübt wird, und zwar in Richtungen rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung (41) des Gases, und in einem hauptsächlich regelmässigen Gittermuster, auf zwei oder mehreren Ebenen (81-84) hauptsächlich rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung (41) des Gases angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

der orthogonale Abstand zwischen benachbarten Ebenen (81, 82) mit Zuführungsmitteln (9, 9a, 9d) so gering ist, dass keine wesentliche Abgleichung der Gasströmung zwischen den Ebenen stattfindet, und

die Zuführungsmittel (9, 9a, 9d) auf benachbarten Ebenen (81, 82) derart angeordnet sind, dass sie sich auf einer Ebene (82) stromabwärts in der Strömungsrichtung des Gases befinden, wo das strömende Gas durch die Impulswirkung von Flüssigkeit konzentriert worden ist, welche auf der unmittelbar stromaufwärts liegenden Ebene (81) zugeführt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der orthogonale Abstand zwischen benachbarten Ebenen (81, 82) erheblich geringer ist als der Abstand zwischen benachbarten Gitterpunkten oder benachbarten Linien auf den jeweiligen Ebenen, und dass der orthogonale Abstand zwischen benachbarten Ebenen (81, 82) mit Zuführungsmitteln (9, 9a, 9d) kleiner ist als 1 m, vorzugsweise kleiner als 0,6 m.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsmittel (9, 9a) hauptsächlich kreisförmig sprühende Düsen sind, die in Gittermustern angeordnet sind, welche hauptsächlich dreieckig, viereckig oder sechseckig und vorzugsweise aus gleichseitigen Figuren zusammengesetzt sind, und dass die Gittermuster auf benachbarten Ebenen (81, 82) versetzt angeordnet sind, so dass die Gitterpunkte auf einer Ebene (82) stromabwärts in der Hauptströmungsrichtung des Gases gesehen hauptsächlich gerade gegenüber den Schwerpunkten der Polygone liegen, die durch Linien zwischen benachbarten Gitterpunkten auf der unmittelbar stromaufwärts liegenden Ebene (81) erzeugt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsmittel (9d) hauptsächlich geradlinige Düsen sind, dass die Linien gerade und hauptsächlich parallel sind und vorzugsweise gleichmässig über den Querschnitt des Kontakt abschnitts (4) verteilt sind, und dass die Linien auf benachbarten Ebenen (81, 82) versetzt sind, so dass sie sich auf einer Ebene (82) stromabwärts in der Hauptströmungsrichtung des Gases gesehen hauptsächlich gerade gegenüber einer gedachten Mittellinie genau zwischen benachbarten Linien auf der unmittelbar stromaufwärts liegenden Ebene (81) befinden.