DE701318C - Vorrichtung zum Reinigen von Gasen - Google Patents

Vorrichtung zum Reinigen von Gasen

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DE701318C
DE701318C DE1936H0150069 DEH0150069D DE701318C DE 701318 C DE701318 C DE 701318C DE 1936H0150069 DE1936H0150069 DE 1936H0150069 DE H0150069 D DEH0150069 D DE H0150069D DE 701318 C DE701318 C DE 701318C
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04CAPPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C9/00Combinations with other devices, e.g. fans, expansion chambers, diffusors, water locks

Description

  • Vorricçhtung zum Reinigen von Gasen Vorrichtungen zur Reinigung von Gasen, insbesondere zur Abscheidung des in diesen enthaltenen Staubes, der ohne diese Abscheidung die gas durchströmten Leitungsteile und Maschinen verschmutzen und zusetzen würde, sind in der verschiedensten Form bekanntgeworden. Zu unterscheiden sind vornehmlich das elektrostatische Verfahren, das trokkene Filterverfahren und die Auswaschung des Staubes aus den Gasen.
  • Das elektrostatische Verfahren führt unter diesen Verfahren zu der vollkommensten Reinigung, erfordert jedoch außerordentlich hohe Anlagekosten. Das Trockenfilterverfahren besitzt den Nachteil, daß die Gase sehr trokken sein müssen, um eine Verschlammung der Filter zu vermeiden, womit es erforderlich wird, die Gase vor der Filterung aufzuheizen und nach Durchführung des Reinigungsverfahrens wieder abzukühlen. Die Filter selbst müssen dauernd gewechselt und gereinigt werden; sie sind außerdem sehr sperrig, so daß unter diesen drei Verfahren das Auswaschverfahren trotz seiner Unvollkommenheiten die größte Verbreitung gefunden hat, weil es einfach, wirtschaftlich und betriebssicher ist und nur verhältnismäßig kleine, räumlich gut unterbringbare Anlagen erfordert.
  • Bei Lösung der sich damit ergebenden Aufgabe, die dem Auswaschverfahren eigenen Unzulänglichkeiten zu beseitigen, war von der Vorstellung auszugehen, daß die Unvollkommenheiten des Auswaschverfahrens zweifellos auf die Umstände zurückzuführen sind, daß einerseits die Waschflüssigkeit, als welche insbesondere Wasser in Betracht kommt, auch unter Anwendung höchster Drücke nur verhältnismäßig grob eingespritzt werden kann, während andererseits die Ausscheidung der an die Wassertröpfchen gebundenen Fremdkörper in dem Maße erhöhte Schwierigkeiten bereiten mußte, in welchem es gelingen konnte, Feinheit und Menge der Wassertröpfchen zu steigern. Gelingt es daher, die Flüssigkeitsverteilung über die durch Steigerung der Drücke zu erzielende Zerteilung der eingespritzten Flüssigkeit hinaus zu verfeinern, und besteht die weitere Möglichkeit, trotz der Erhöhung des Zerstäubungsgrades und damit der Feinheit und Anzahl der Waschflüssigkeitsteilchen diese wieder auszuscheiden, so würden alle Voraussetzungen einer weitestgehenden Erfassung aller Staubteilchen und der Ausscheidung derselben erfüllt sein, womit die gewünschte Vervollkommnung des Auswaschrerfahrens erreichbar wäre.
  • An Versuchen zur Erreichung dieses Zieles hat es nicht gefehlt. Zunächst hat man versucht, das zu reinigende Gas durch dieMischdüse eines Dampf- oder Wasserstrahlgebläses hindurchzuführen. Abgesehen aber davon, daR derartige Strahlgebläse einen äußerst niedrigen, insbesondere bei großen Mengen zur Unwirtscllaftlichkeit des Verfahrens führen den Wirkungsgrad haben, muß sich der schlechte Wirkungsgrad dahin auswirken, daß verhältnismäßig große Mengen an Anfeuchtmitteln erforderlich werden, um die Gasgeschwindigkeiten zu erzielen, die erforderlich sind, um die Anfeuchtmittel später wieder mittels der ihnen erteilten Energie mehr oder weniger vollkommen ausscheiden zu können.
  • Diese Nachteile vergrößern sich dabei gegenseitig, weil. je höher die Geschwindigkeit des Gases ist, um die erforderlichen, zur Ausscheidung benutzten Fliehkraftwirkungell zu erzielen, desto mehr Dampf oder Wasser aufgewandt werden muß, um die benötigten Gasgeschwindigkeiten zu erreichen. Damit ergibt sich wieder die Aufgabe, diesen höheren Anteil an Dampf bzw. Wasser erneut auszuscheiden, was wiederum nur durch weitere Steigerung der Fliehkraftwirkungen und damit Gasgeschwindigkeiten erzielbar ist. Damit sind die Nachteile dieser Einrichtungen aber in keiner Weise erschöpfend dargestellt.
  • Um Wasser auf eine höhere Gesehtvindigkeit zu bringen, sind bekanntlich sehr große Druckunterschiede erforderlich ohne daß die zur ausreichenden Zerteilung der Waschflüssigkeit erforderlichen Relativgeschwindigkeiten zwisden Waschflüssigkeit und zu reinigendem Gas verwirklicht werden können.
  • Bei Dampf liegen die Verhältnisse besser, aber der gesamte Warmeinhalt des Dampfes bleibt unausgenutzt, so daß auch hier die Unwirtschaftlichkeit erweisende Verluste entstehen. Die selbst bei größerem Druckunterschied mangelhafte Zerstäubung der Waschflüssigkeit führt dazu, daß nur ein Bruchteil der auszuscheidenden Staubteilchen angefeuchtet wird. Noch weniger kann eine durchgreifende Befeuchtung mittels des Dampfes erzielt werden, da der Hauptteil des Dampfes dampfförmig bleibt und nur ein verhältllismäßig geringfügiger Teil kondensiert wird.
  • Es sind daher stets zusätzliche Befeuchtungsdüsen angeordnet worden. Da auch diese Düsen zur Beschleunigung des zu reinigenden Gases dienen sollen, tritt ein weiterer Energieverlust ein. Auf diese Umstände ist es zurückzuführen, daß Einrichtungen dieser Art sich nicht praktisch einzuführen vermochten.
  • Man hat zwar schon versucht, die Zerstäubung der Waschflüssigkeit dadurch zu verbessern, daß man der Waschflüssigkeit gleichzeitig ein gespanntes inertes Gas zusetzte, um durch Dehnung desselben ein we Vernebelung der Waschflüssigkeit zu erreichen; als ein derartiges inertes Gas wurde auch bereits ein Teil des gereinigten Gases verwandt. Mit diesem Verfahren wurde nicht nur beabsichtigt, durch feinere Zerstäubung der Waschflüssigkeit mehr Staubteilcken als bisher zu erfassen, sondern es sollte durch den eingeführten Flüssigkeitsnebel gleichzeitig der Gasstrom als Ganzes beschleunigt werden, um einerseits das Hineinschleudern der durch die Flüssigkeit beschwerten Staubteilchen in eine Flüssigkeitsschicht zu begünstigen, andererseits den Strömungsvorgang zu verkürzen, damit nicht durch Wärmeaustausch zwischen dem zu reinigenden Gas und den Flüssigkeitsteilchen die Möglichkeit einer Verdampfung der letzteren entstehen konnte. Mit Maßnahmen dieser Art ist aber nur eine Verbesserung in dem Ausmaß zu erwarten, in welchem man Verdichtungsarbeit für das zur Vernebelung dienende Gas aufwendet. Eine grundsätzlich und sprunghaft gesteigerte Erfassung der auszuwaschenden Staubteilchen war nicht zu erwarten.
  • Die erstrebten Wirkungen werden dagegen hei Vorrichtungen zum Reinigen von Gasen, insbesondere zum Abscheiden von Fremdkörpern aus Gasen, durch Einspritzen einer Waschflüssigkeit und darauffolgendes Ausschleudern der flüssigen und festen Bestandteile in einem schraubengangförmig gewundenen Kanal dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Einspritzdüse an der engsten Stelle einer das zu reinigende Gas über die Einspritzgeschwindigkeit beschleunigenden, gegebenenfalls als Venturidüse ausgebildeten Dehnungsdüse angeordnet ist und der unmittelbar daran sich anschließende schraubengangförmig gewundene Kanal in bekannter Weise an seinem Umfang eine oder mehrere Offnungen für den Austritt der aus dem Gas ausgeschleuderten festen und flüssigen Bestandteile aufweist.
  • Bei dieser Ausbildung von Gasreinigungsvorrichtungen wurde von einer Beobachtung ausgegangen, die sich bei der Einführung von Brennstoff in Verpuffungskammern zeigte, die gleichzeitig während der Brennstoffbeschickung mit Luft aufgeladen wurden.
  • Trotz Einführung des Brennstoffes in der gleichen Richtung ergaben sich hierbei Relativgeschwindigkeiten zwischen der Einführungsgeschwindigkeit der Luft in die Verpuffungskammer und der Strahlgeschwindigkeit des Brennstoffes, daß die in Abhängigkeit von dieser Relativgeschwindigkeit stehende Teilchengröße des Brennstoffes bei weitem kleiner wurde als bei sämtlichen derjenigen Brennkraftmaschinen, die mit reiner Druckeinspritzung des Brennstoffes ohne Mitwirkung der Luft arbeiten müssen (Kolbenbrennkraftmaschinen). Es braucht daher dem zu reinigenden Gas in der Nähe der Einführung der Waschflüssigkeit nur eine Geschwindigkeit erteilt zu werden, bei der die bei Druckeinspritzung der Waschflüssigkeit entstehenden Relativgeschwindigkeiten zwischen zu reinigendem Gas und Waschflüssigkeit überschritten werden, um dieser Überschreitung entsprechend die Verteilung derWaschflüssigkeit für das zu reinigende Gas verbessern zu können.
  • Diese Geschwindigkeitserhöhung des zu reinigenden Gases, an deren Stelle man bisher stets die Waschflüssigkeit zu beschleunigen suchte und dadurch nur erreichte, daß die Ausscheidung der dadurch in viel zu großen Mengen zugeführten Waschflüssigkeit sehr erschwert wurde, ohne daß das Ziel, ausreichende Relativgeschwindigkeiten zwischen Waschflüssigkeit und Gas, erreicht werden konnte, gibt nunmehr in vorteilhaftester Weise Gelegenheit, diejenigen Kräfte zu erzeugen, die ohne weiteres zur Abführung derjenigen Waschflüssigkeitsmenge ausreichen, die zur Bindung der niederzuschlagenden und abzuführenden Fremdkörper erforderlich ist.
  • Dadurch nämlich, daß sich an die Dehnungsdüse, an deren engster Stelle die Einspritzdüse angeordnet ist bzw. derartige Einspritzdüsen angeordnet sind, unmittelbar ein schraubengangförmig gewundener Kanal anschließt, der an seinem Umfang eine oder mehrere Öffnungen für den Austritt der aus dem Gas ausgeschleuderten festen und flüssigen Bestandteile aufweist, treten Fliehkräfte in einem Ausmaße auf, das zu dieser Ausscheidung führt. Zwar ist es an sich bekanntgeworden, derart gewundene Kanäle anzuordnen und Kanäle dieser Art auch bereits an ihrem Umfange mit einer oder mehreren Offnungen für den Austritt der aus dem Gas ausgeschleuderten festen und flüssigen Bestandteile zu versehen. Bei diesen Vorschlägen blieb es jedoch völlig offen, auf welche Weise die Gasgeschwindigkeiten zu erzeugen waren, die die Voraussetzung des Auftretens der zum Ausscheiden der Waschflüssigkeit und Fremdkörper erforderlichen Fliehkräfte bilden. Würden die erforderlichen Gasgeschwindigkeiten in der bereits erwähnten Art und Weise durch Strahlgebläse erzeugt worden sein, so würde auch in diesem Falle der bereits erörterte Umstand eintreten, daß die zur Erzeugung der erforderlichen Gasgeschwindigkeiten benötigten Mengen an Anfeuchtmitteln so groß werden, daß eine Wiederausscheidung mittels der auf diese Weise erreichbaren Gasgeschwindigkeiten ausgeschlossen wäre; der mangelhafte Wirkungsgrad derartiger Strahlgebläse läßt es eben nicht zu, das erfindungsgemäß erreichte Ziel auf diese Weise verwirklichen zu können. in vorteilhaftester Weise wirkt sich auch der Wärmezustand des Gases auf die Vervollkommnung des Auswaschvorganges aus.
  • Denn das zu reinigende Gas enthält durchweg Flüssigkeiten in Form von Dampf. Während das bei den Industriegasen, wie Leucht-, Gicht-, Hochofen-, Koks-, Generatorgasen usw., stets der Fall ist, würde in den wenigen Ausnahmefällen, in denen in dem zu reinigenden Gas dampfförmige Bestandteile fehlen sollten, eine vorherige Einführung derartiger Dämpfe in das Gas keinerlei Schwierigkeiten machen. Wird nun der Wärmezustand des zu reinigenden Gases durch Abkühlung plötzlich geändert, so müssen diese im Gas enthaltenen Dämpfe kondensieren. Nun ist es eine bekannte physikalische Erscheinung, daß die Kondensation stets von sogenannten Kondensationskernen ausgeht, als welche im vorliegenden Falle gerade die Verunreinigungen des Gases, die Staubteilchen, auftreten müssen. Man würde also durch Abkühlung des zu reinigenden Gases unter den Taupunkt der in ihm enthaltenen dampfförmigen Bestandteile ein sicheres Zusammentreffen von Staubteilchen und kondensierter Flüssigkeit erreichen, so daß es nur noch einer Ausscheidung der um die einzelnen Staubteilchen gebildeten Flüssigkeitsansammlungen bedarf, um eine wirksame, vollkommene Reinigung des Gases von den Verunreinigungen zu erzielen, wobei der besondere Vorteil entsteht, daß sich die Kondensationsbildung in einer durch andere Maßnahmen nicht erreichbar feinen Verteilung über das gesamte zu reinigende Gas in dem Ausmaß erstreckt, in dem in diesem Gas Staubteilchen enthahen sind.
  • Die durch Anwendung von Dehnungsdüsen erreichbare Geschwindigkeitsvergrößerung des zu reinigenden Gases hat den weiteren Vorteil, daß das Verschmutzen wegfällt, das bei ungereinigten Gasen ausgesetzten Prallflächen verhältnismäßig schnell dadurch entsteht, daß sich die im Gas enthaltenen Flüssigkeiten zusammen mit den Fremdkörpern an den Kühlflächen absetzen. Nach Abfluß der Flüssigkeit bleibt die Ablagerung der in ihr enthaltenen Fremdkörper auf den Kühlflächen erhalten, so daß diese außerordentlich schnell unwirksam werden und die für das Gas vorgesehenen Durchtrittsquerschnitte verengen.
  • Es wird also eine häufige Reinigung derKühlflächen erforderlich, womit der gewünschte, ununterbrochene Betrieb unmöglich gemacht und gestört wird. Wird die Kühlung des Gases dagegen durch Dehnung von einem höheren auf einen niedrigeren Druck vorgenommen, so sind keine Kühlflächen, welche verschmutzen könnten, vorhanden. Außerdem kann die Dehnung nur unter Erzeugung einer höheren Dehnungsgeschwindigkeit stattfinden, welche an sich schon ein Absetzen von Schmutz an den betreffenden Flächen verhindert oder abgesetzten Schmutz selbsttätig fortbläst.
  • Weiterhin erhöht die Herbeiführung der Kondensation durch Dehnung der Gase den Vorteil, daß die durch Kondensation gebildeten Flüssigkeitsniederschläge gleichmäßig über die gesamte Gasmenge verteilt ausgeschieden und somit alle Staub- und Schmutzteilchen in gleicher ÄÄ'eise von Flüssigkeitströpfchen eingehüllt werden. Die durch Druckabsenkung bewirkte Beschleunigung der Gase hat den bereits erörterten Hauptvorteil, daß mühelos die Strömungsgeschwindigkeiten verwirklicht werden können, die zur Erzielung genügend hoher Relativgeschwindigkeiten zwischen zu rcilligendem Gas und in ihm zu verteilender Niederschlagsflüssigkeit erforderlich sind.
  • Diese Geschwindigkeiten liegen in der Größenordnung zwischen 50 und 200 mlsek. Sie sind insbesondere dann zu verwirklichen, wenn man den Betrieb von Verpuffungskammern mit derartigen Gasen als Brennstoff in Betracht zieht. Derartige ventilgesteuerte Verpuffungskammern dienen bekanntlich vòrzugsweise zum Betrieb von Verpuffungsbrennkraftturbinen, wobei die möglichst vollkommene, dabei einfache und betriebssichere Reinigung der Gase von größter Bedeutung ist.
  • Die schnelle und wirksame Ausscheidung der die Staubteilchen einhüllenden Flüssigkeitsniederschläge kann noch durch zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise Ionisierung des Gases, unterstützt werden.
  • Werden die Abflußleitungen für die flüssigen und festen Stoffe als vorzugsweise über die gesamte Höhe der Außenfläche des gewundenen Kanals sich erstreckende und mit Flüssigkeitsabflußleitungen in Verbindung stehende Schlitze ausgebildet, so erreicht man die Möglichkeit, sämtliche auf der gesamten Kanalhöhe vorbeiströmenden festen und flüssigen Bestandteile erfassen und abführen zu können. Dem gleichen Zweck dient es, daß die in Strömungsridtung des Gases von letzterem berührten Kanten der Abflußschlitze für die flüssigen und festen Stoffe abgerundet, die folgenden Kanten dagegen scharfkantig und, in der Richtung von innen nach außen gesehen. hinterschnitten ausgebildet sind.
  • Von besonderer Bedeutung ist eine Abnahme des Querschnittes des schraubengangförmig gewundenen Kanales, in der Gasströmungsrichtung gesehen. Es hat sich nämlich die eigenartige Tatsache gezeigt, daß bei Abscheidung der mit Fremdkörpern beladenenWaschflüssigkeitsteilchen in sich verengenden Kanälen stabile Strömungsverhältnisse auftreten, während diese Verhältnisse in Kanälen gleichbleibenden bzw. sich erweiternden Querschnittes mehr labil sind. Unter den so bewirkten stabilen Strömungsverhältnissen läßt sich die Abschleuderung der festen und flüssigen Teile in dem erforderlichen unveränderlichen Ausmaß bewirken.
  • Es war bereits oben erwähnt worden, daß eine gewisse Zeitspanne zur Bildung von Kondensaten der dampfförmigen Gasbestandteile und zur Bindung der Fremdkörper an die Waschflüssigkeitsteilchen unerläßlich erscheint. Andererseits kann auf die Beschleunigung des Gasstromes zur Erzielung einer genügend feinen Verteilung der in diesen einzuführenden Flüssigkeit nicht verzichtet werden. Es besteht jedoch die Möglichkeit, den Gasstrom zu verzögern, sobald die Verteilung der in den Gasstrom einzuführenden Flüssigkeit mittels der hohen Strömungsgeschwindigkeiten bewirkt worden ist, so daß es auf diese Weise gelingt, diejenige Zeitspanne zu verwirklichen, die zur Kondensatbildung und -bindung erforderlich erscheint. Nimmt demgemäß der Querschnitt des schraubengangförmig gewundenen Kanals, in der Gasströmungsrichtung gesehen, zunächst ab und dann wieder zu, so erreicht man, daß sich der Gasstrom nach der zur Zerteilung und Verteilung der Flüssigkeit dienenden Beschleunigung zunächst zur vollkommenen Ausbildung der Flüssigkeitsniederschläge verzögert und hierauf wieder beschleunigt. Die Flüssigkeitsausscheidung wird dabei zweckmäßig nicht nur während der Wiederbeschleunigung des Gasstromes, sondern auch schon vorher durchgeführt, damit Flüssigkeitsniederschläge, die sich bereits gebildet hatten, sofort nach der Entstehung abgeschieden werden und nicht die Gefahr der Wiederverdampfung entsteht.
  • Eine letzte Flüssigkeitsabscheidung muß aber in jedem Falle während der Wiederbeschleunigung des Gasstromes durchgeführt werden, um diejenigen Flüssigkeitsniederschläge erfassen zu können, die erst infolge des Ablaufes der zur Kondensatbildung und -bindung erforderlichen Zeitspanne entstehen konnten, so daß in weiterer Durchbildung des Erfindung gedankens eine oder mehrere, gegebenenfalls sämtliche Abflußöffnungen im verengten Querschnittsbereich des Kanals angeordnet sind.
  • Entsprechend dem Umstand, daß der Querschnitt des schraubengangförmig gewundenen Kanals in der Gasströmungsrichtung abnimmt, entsteht ein fortlaufender Druckabfall, der es ausschließt, die Flüssigkeitsabflußleitungen der Abflußschlitze, wie das für kanäle gleichförmigen Querschnittes bereits vorgeschlagen worden ist, zu vereinigen und in dieser Vereinigung einem Sammelbehälter zuzuführen. Erfindungsgemäß münden daher die Flüssigkeitsleitungen der Abfluß schlitze für die Flüssigkeit und Fremdkörper, jede für sich voneinander getrennt, in einen Vorratsbehälter für die abgeschiedene Flüssigkeit unterhalb eines einen Druckausgleich beseitigenden Flüssigkeitsspiegels ein.
  • Es liegt im Wesen des Erfindungsgedankens, daß die verhältnismäßig hohen Strömungsgeschwindigkeiten des zu reinigenden Gases nur zur Verteilung der zur Niederschlagung des Staubes bestimmten Flüssigkeit sowie zur Wiederausscheidung staubenthaltender Flüssigkeit benötigt werden, wenn die Ausscheidung in der oben vorgeschlagenen Art und Weise durchgeführt werden soll. Dieser Erkenntnis entsprechend kann also die Strömungsenergie des Gas stromes, um den Leistungsverbrauch bei der Reinigung möglichst gering zu halten, nach der Flüssigkeitsausscheidung unter Vergrößerung des Druckes des gereinigten Gases bis auf die Umsetzungsverluste zurückgewonnen werden, so daß sich bei erfihdungsgemäß ausgebildeten Vorrichtungen an den schraubengangförmig gewundenen Kanal vorteilhaft eine in die Reingasleitung mündende Erweiterungsdüse anschließt.
  • Auf diese Weise wird der Gasstrom nach der Ausscheidung der an die Fremdkörper gebundenen Flüssigkeitsniederschläge und der teilweisen Umsetzung von Strömungsenergie in Druck verzögert. Es ist jedoch dabei von wesentlichster Bedeutung, daß die Flüssigkeitsniederschläge von dem Gas strom getrennt werden, bevor die Strömungsgeschwindigkeiten wieder abnehmen. Denn jedes Abnehmen an Strömungsgeschwindigkeit ist mit einer Zunahme der Gastemperatur verbunden, so daß die Gefahr einer Wiederverdampfung der gebildeten Flüssigkeitsniederschläge vor der Ausscheidung der Staubkerne besteht. Es ist daher beispielsweise unzulässig, den beschleunigten Gas strom in einen Raum zu leiten, der gegenüber der den Gasstrom führenden Leitung erweitert ist, um in diesem die Flüssigkeitsniederschläge abscheiden zu wollen. In einem derartigen Raum würde die Strömungsenergie des Gas stromes zum wesentlichsten Teil durch Wirbelung unter entsprechender Temperatursteigerung und Wiederverdampfung der Niederschläge vernichtet werden. Es ist daher erforderlich, die Gasgeschwindigkeiten während der Flüssigkeitsausscheidung bis zur vollständigen Durchführung derselben möglichst unvermindert aufrechtzuerhalten.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vor-,richtungen eignen sich besonders für solche Fälle, in denen das zu reinigende Gas verdichtet werden muß, wie beispielsweise bei Betrieben von B rennkraftturbinenanlagen; einerseits sind gerade Verdichter, insbesondere Kreiselverdichter, gegen Verschmutzung sehr empfindlich, andererseits bedarf es keiner zusätzlichen Verdichtungseinrichtungen, um die gemäß vorliegender Erfindung besonders zweckmäßige Dehnung unter den Taupunkt im Gas entháltener dampfförmiger Bestandteile durchzuführen. Die Verdichter können vielmehr dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren entsprechend von vornherein richtig bemessen werden. Der Mehraufwand an Verdichtungsleistung hält sich hierbei infolge der fast völligen Rückgewinnung des durch die Dehnung verbrauchten Arbeitsinhaltes des Gases in mäßigen Grenzen. Die erforderliche Temperaturerniedngung ist dann besonders gering, wenn das Gas beispielsweise durch Vorbehandlung in Waschern zur Niederschlagung bestimmter Beimengen in einem mit Feuchtigkeit gesättigten Zustand angeliefert wird. Bei einer Anlieferungstemperatur des Gases in etwa der Größenordnung der üblichen Außentemperatur ist im Falle der Sättigung des Gases mit Wasserdampf nur eine Temperatursenkung in der Größenordnung von 10 bis 150 erforderlich, um die Hälfte der im Gas enthaltenen Feuchtigkeit auszuscheiden. Der Feuchtigkeitsgehalt des gesättigten Gases beträgt beispielsweise zwischen 10 und 300 C ebensoviel Gramm Wasserdampf je Kubikmeter Gas, von der durch die genannte Temperaturabsenkung etwa die Hälfte abgeschieden wird. Es handelt sich also um sehr erhebliche Flüssigkeitsmengen.
  • Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens, und zwar gibt Abb. 1 eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäß ausgebildete Reinigungseinrichtung wieder.
  • Abb. 2 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch den Staubabscheiderteil der Einrichtung in einem gegenüber Abb. I vergrößerten Maßstab gemäß Linie II-II der Abb. 4.
  • Abb. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Dehnungsdüse nach Linie 111-111 -der Abb. 2.
  • Abb. 4 gibt eine Draufsicht auf den Staubabscheiderteil der Einrichtung nach Entfernung der Dehnungsdüse und des diese umgebenden Rohres gemäß Linie IV-IV der Abb. 2 wieder.
  • Abb. 5 entspricht einem waagerechten Querschnitt durch den Staubabscheiderteil nach Linie V-V der Abb. 2, während Abb. 6 schließlich einen senkrechten Längsschnitt durch die Verdichtungsdüse gemäß Linie VI-VI der Abb. 2 darstellt.
  • Abb. 7 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Erfindungsgedankens am Längsschnitt durch den Staubabscheiderteil der Einrichtung, während Abb. 8 schließlich einem waagerechten Schnitt durch die Einrichtung nach Abb. 7 gemäß Linie VIII-VIII derselben entspricht.
  • In den Abb. I bis 6 bezeichnet I den Einführungsstutzen für das zu reinigende Gas.
  • In dem Aufsatz 2 der Einrichtung befindet sich die Dehnungsdüse 3, deren Einlaßquerschnitt 4 durch einen verstellbaren Dorn 5 auf einen bestimmten Wert eingestellt werden kann. Bei 6 ist eine Düse mit dem Düsenkopf 7 angeordnet, der Druckwasser über LeitungS zugeführt wird. An den erweiterten Endquerschnitt der Düse 3, der in rechteckiger Form ausgebildet ist, schießt sich ein im Querschnitt gleichbleibender rechteckiger Kanah 9 an, der schraubengangförmig gewunden ist. Am äußeren Umfang des schraubengangförmigen Kanals 9 sind praktisch über die gesamte Höhe der quer zur Strömungsrichtung des Gases ebenen Außenfläche des Kanals sich erstreckende Schlitze 10 vorgesehen.
  • Die in Strönnungsrichtung des Gases zuerst getroffene Kante I0' dieser Schlitze ist dabei gut abgerundet, während die zweite Kante I0" scharf und hinterschnitten ausgebildet ist.
  • An die Schlitze setzen sich über entsprechend Anschlüsse ii Rohrleitungen 12 an, die mit einem Vorratsbehälter I3 für die abgeschiedene Flüssigkeit in Verbindung stehen.
  • Durch Anordnung eines Ablaufrobres 14 oberhalb der Ausmündungen der Rohre 12 wird dafür gesorgt, daß die Mündungen der Rohre unterhalb des Spiegels der abgeschiedenen Flüssigkeit liegen. Der Kanal 9 ist zweckmäßig innerhalb einer Trommel 15 untergebracht, die über entsprechende Stirnabschlüsse I6 und I7 den Aufsatz 2 trägt und zur Befestigung der Erweiterungsdüse Ig dient, die sich an das untere Ende des Kanals g ansetzt und in die Rohrleitung 19 übergeht, die zur Fortleitung des gereinigten Gases bestimmt ist. Außer den Schlitzen 10 können innerhalb der Trommel 15 Öffnungen 20 zum Abfluß des Kondenswassers vorgesehen sein. Das in der Trommel angesammelte Kondenswasser wird in diesem Falle durch ein Rohr 2I abgezogen.
  • Versuche haben jedoch gezeigt, daß eine wirksame Abscheidung des Wassers nur am äuReren Umfang des Kanals g möglich ist, so daß die Schlitze 10 in jedem Falle angeordnet sein müssen, während die Öffnungen 20 nur hilfsweise Anwendung finden sollen.
  • Die Wirkungsweise der so beschriebenen Einrichtung ist folgende: Das zu reinigende Gas tritt durch den Rohrstutzen I in den Aufatz 2 ein und wird unter Druckabfall in der Dehnungsdüse auf eine höhere Strömungsgeschwindigkeit gebracht.
  • Gleichzeitig tritt eine Abkühlung des Gases ein. Da das Gas infolge der üblichen Vorbehandlung wahrscheinlich durchweg mit Feuchtigkeit gesättigt ist, bilden sich infolge der in der Düse 3 eintretenden Temperatursenkung eine überaus große Anzahl über die gesamteGasmenge gleichmäßig verteilter kondensierter bzw. kondensierender Wassertröpf chen. Bekanntlich lagern sich solche WassertröpfChen um Staubteilchen als Kerne an. Vor allem aber werden die zur Bindung der Fremdkörper benötigten Flüssigkeitsteilchen dadurch erzeugt, daß an der engsten Stelle der das zu reinigende Gas über die Einspritzgeschwindigkeit beschleunigenden Dehnungsdüse 3 Einspritzdüsen 6, 7 angeordnet sind, denen Druckwasser bei 8 zugeführt wird. Dadurch kommt es zu einer völligen Zerreißung, Aufteilung und Verteilung des eingeführten Wassers, so daß es gelingt, nahezu sämtliche Staubteilchen an die so gebildeten Flüssigkeitsteilchen zu binden. In dem sehraubengangförmig gewundenen Kanal werden die festen und flüssigen Bestandteile des Gasstromes aus der geraden Strömungsrichtung abgelenkt. Unter Wirkung der Beharrungs- und Fliehkräfte gelangen daher die an die Wassertröpfchen gebundenen Fremdkörper an die Außenwandungen des Kanales g. Dort vermindern sie infolge der auftretenden Haftreibung ihre Geschwindigkeit, werden aber unter Wirkung der Schwerkraft und insbesondere des schnell vorbeiströmenden Gases langsam weiterbewegt, bis sie auf einen der Schlitze 10 treffen. Die von den Wasser- und Fremdkörperteilchen zuerst getroffene Kante I0' der Schlitze erleichtert dem Wasser den Eintritt in die Teile 11 und 12 der Einrichtung, während die Kante I0" diejenigen Teilchen, die infolge ihrer Trägheit den durch die Schlitze 10 gebildeten Abstand überbrückt haben, nunmehr zu den Einrichtungen 11, I2 ablenkt; der Rest wird an der nächstfolgenden Einrichtung I0, II, I2 erfaßt.
  • Dadurch, daß die Rohe 12 unterhalb des Spiegels der im Vorratsbehälter I3 abgeschiedenen Flüssigkeit ausmünden, ist ein Ubertreten von Gas in die Rohre 12 ausgeschlossen, da der.Vorratsbehälter 13 so tief angeordnet ist, daß das Wasser nicht durch den im Kanal 9 gebildeten Unterdruck bis zu den Schlitzen 10 hochgesaugt werden kann. Da die Wassertropfen die in dem Gas enthaltenen Staubteilchen einhüllen, führen sie in äußerst wirksamer Weise praktisch die gesamten in dem Gas enthaltenen Verunreinigungen über die Rohre 12 in den Behälter I3 ab. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei derartige Schlitze mit den zugehörigen Abflußrohren 12 vorgesehen. Wesentlich ist dabei, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gases vor vollständiger Durchführung der Wasserausscheidung nicht merklich vermindert wird, da eine solche Verminderung eine teilweise Wiedererwärmung des Gases und damit teilweise Wiederverdampfung des ausgeschiedenen Wassers zur Folge haben würde.
  • Die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Gases wird in der sich an den Kanal 9 anschließenden Verdichtungsdüse I8 auf die übliche Fortleitungsgeschwindigkeit des Gases herabgesetzt, wobei der zur Dehnung verbrauchte Arbeitsinhalt der Gase unter Druckerhöhung derselben weitestgehend zurückgewonnen wird.
  • Unter diesem Druck tritt das gereinigte Gas in die Leitung 19 ein.
  • In dem in den Abb. 7 und 8 veranschaulichten Ausführungsbeispiel entsprechen die mit den gleichen Bezugsziffern bezeichneten Teile im wesentlichen den gleichen bzw. gleichwirkenden Teilen des Ausführungsbeispieles nach den Abb. I bis 6. Die durchströmende Gasmenge wird durch ein nicht dargestelltes, in der Gaszuführung I liegendes Regelventil eingestellt. Wieder werden die angesaugten Gase in der Ringdüse 23 stark beschleunigt. An der gleichen Stelle liegt eine ringförmige.Einspritzdüse 22 für das bei 8 über den Düsenkörper 6 zugeführte Druckwasser. Da die Gase mit weit höherer Geschwindigkeit an der Düse 22 vorbeiströmen, al,s dem Wasser allein durch Drucksteigerung erteilt werden könnte, ist der Unterschied zwischen der Wasser- und Gasgeschwindigkeit außerordentlich hoch und die Zerstäubung entsprechend fein. In der Erweiterung 24, die sich an die Verengung 23 anschließt, wird die Geschwindigkeit des Gases herabgesetzt. Gleichzeitig wird dem zerstäubten und in Nebel form übergeführten Wasser Gelegenheit gegeben, sich gleichmäßig auf die gesamte Gasmenge zu verteilen, ohne mit den Wandungen in Berührung zu kommen. Die eigentliche Druckabsenkung und Wasserausscheidung im Sinne vorliegender Erfindung findet erst in den- schraubengangförmigen Kanälen 25 des Drehkörpers 26 statt.
  • Die Kanäle 25 verengen sich zunächst langsam bis zu einem engsten Querschnitt, der in der Nähe des Endes der Kanäle 25 liegt, um sich dann nach Art einer Venturidüse wieder zu erweitern. Das Gas wird also in den schraubengangförmigen Kanälen entspannt, beschleunigt und abgekühlt, unterstützt durch die auf die gesamte Gasmenge äußerst fein und gleichmäßig verteilten Wassertröpfchen.
  • Unter Mitwirkung -der Wassereinspritzung bilden sich auf den verhältnismäßig langen Wegen innerhalb der Kanäle 25 weitere Wassertröpfchen durch Kondensatbildung und lagern sich dabei um Staubkerne an, soweit diese nicht bereits durch die Unzahl der vom Einspritzwasser gebildeten -Wassertröpfchen eingehüllt sind. Bei dem Durchfluß durch die Kanäle 25 werden die gebildeten Wassertröpfchen infolge der Wirkung von Flieh- und Beharrungskräften an den äußersten Umfang geschleudert und treten lurch die auf die Kanallänge verteilten Schlitze 10 in derselben Art und Weise als den Staub mit sich führen; des Schmutzwasser aus, wie dies für die Schlitze 10 nach den Abb. I bis 6 dargestellt worden ist. Das Schmutzwasser wird bei II gesammelt und über Leitungen 12 abgeführt.
  • In dem letzten erweiterten Teil der schraubengangförmigen Kanäle 25 wird das gereinigte und durch Wasserausscheidung trokken gewordene Gas wieder langsam verdichtet. Die Verdichtung setzt sich in dem als Erweiterungsdüse wirkenden Teil I8 fort.
  • Die vorgeschlagene Verengung der Kanäle 25 führt dazu, daß dort im Gegensatz zu Kanälen gleichförmigen oder erweiterten Querschnittes besonders stabile Strömungsverhältnisse auftreten, die es ermöglichen, die Flüssigkeits- und Fremdkörperteilchen mit äußerst große.r Sicherheit durch die zur Wirkung gebrachten Beharrungs- und Fliehkräfte abzuführen. Andererseits führt diese Ausbildung der Kanäle 25 zum Auftreten von Drucltunterschieden, die beseitigt würden, wenn, wie dies bereits vorgeschlagen worden ist, sämtliche Flüssigkeitsabffußleitungen zu einer gemeinsamen Leitung zusammengefaßt würden, die ihrerseits zum Sammelbehälter führt. Aus diesem Grunde münden die Flüssigkeitsabflußleitungen I2 der Abflußschlitze~Io, wie dies bereits in Abb. I gezeigt worden ist, jede für sich, voneinander getrennt, in den Vorratsbehälter 12 für die abgeschiedene Flüssigkeit unterhalb eines diesen Druckausgleich hindernden Flüssigkeitsspiegels ein.
  • Infolge der hohen Gasgeschwindigkeit ist nicht nur dieWasserzerstäubung eine ungleich feinere als bei den bisher für den gleichen Zweck verwandten, rein mechanisch wirksamen Mitteln der Zerstäubung, sondern es nimmt auch dieFliehkraft, welche die Wassertropfen nach außen schleudert, entsprechend der hohen Fortbewegungsgeschwindigkeit derselben und der starken Ablenkung auf kleinere Halbmesser ein Vielfaches der bei bekannten Gaswaschern erreichbaren Fliehkraftwerte an.
  • Beispielsweise wird das Gas im Querschnitt 23 der Einrichtung nach Abb. 7 auf etwa 70 m/Sek. beschleunigt. In dem als Diffusor aufzufassenden Teil des Leitungsweges vermindert sich diese Geschwindigkeit unter Umsetzung der Strömungsenergie in Druck auf etwa 33 bis 40 m/Sek., um am Eintritt in die Kanäle 25 wiederum auf etwa 70 m/Sek. gesteigert zu werden. Bis zum engsten Querschnitt der Kanäle 25, welcher sich etwa in Höhe der untersten Schlitze 10 befindet, steigt die Geschwindigkeit durch weitere Verengung des Kanals bis auf ungefähr 120 m'7Sek. an. Bei diesen Verhältnissen beträgt der für die Fliehv² kraftgröße maßgebende Ausdruck r beim Eintritt in die Kanäle 25 bereits 28400, wobei v die Fortbewegungsgeschwindigkeit in mlSek. und r der Krümmungshalbmesser der Bahn, in der die Fortbewegung stattfindet, in Metern ist. Bis zum engsten Querschnitt der Kanäle 25 wächst dieser Wert auf 8I 600 an.
  • Demgegenüber beträgt der gleiche Wert bei einem der bekanntesten und anerkanntesten Wascher nur etwa 3600. Auf diese Weise kann also die Fliehkraft, die zur Ausscheidung der Wassertropfen zur Verfügung steht, auf ein Vielfaches gesteigert werden, so daß es nicht nur möglich ist, den Staub nahezu vollkommen an Wassertröpfchen zu binden, sondern auch das durch den Staub verunreinigte Wasser wieder nahezu vollkommen abzuscheiden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zum Reinigen von Gasen, insbesondere zum Abscheiden von Fremdkörpern aus Gasen, durch Einspritzen einer Waschflüssigkeit und darauffolgendes Ausschleudern der flüssigen und festen Bestandteile in einem schraubengangförmig gewundenen Kanal, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (7) an der engsten Stelle einer das zu reinigende Gas über die Einspritzgeschwindigkeit beschleunigenden, gegebenenfalls als Venturidüse ausgebildeten Dehnungsdüse (3) angeordnet ist und der unmittelbar daran sich anschließende schraubengangförmig gewundene Kanal (9, 25) in bekannter Weise an seinem Umfang eine oder mehrere Öffnungen (Io) für den Austritt der aus dem Gas ausgeschleuderten feiten und flüssigen Bestandteile aufweist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußöffnungen (10) für die flüssigen und festen Stoffe als vorzugsweise über die gesamte Höhe der Außenfläche des Kanals (9, 25) sich erstreckende und mit Flüssigkeitsabflußleitungen (I2) in Verbindung stehende Schlitze (I0) ausgebildet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch I bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Strömungsrichtung des Gases von letzterem zunächst berührte Kante (in') der Abflpßschlitze(Io) für die flüssigen und festen Stoffe abgerundet, die folgende Kante (Io") dagegen scharfkantig und, in der Richtung von innen nach außen gesehen, hinterschnitten ausgebildet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des schraubengangförmig gewundenen Kanals (9), in der Gasströmungsrichtung gesehen, abnimmt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des schraubengangförmig gewundenen Kanals, in der Gasströmungsrichtung gesehen, zunächst ab- und dann wieder zunimmt.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere, gegebenenfalls sämtliche Abflußöffnungen (I0) im verengten Querschnittsbereich des Kanals (9, 25) angeordnet sind.
  7. 7 Vorrichtung nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den schraubengangförmig gewundenen Kanal (9, 25) eine in die Reingasleitung (I9) mündende Erweiterungsdüse (I8) anschließt.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1160476B (de) * 1953-09-18 1964-01-02 Bischoff Gasreinigung Konverterkamin
DE1177111B (de) * 1960-12-03 1964-09-03 Schilde Maschb Ag Fliehkraftabscheider
DE1183890B (de) * 1959-01-10 1964-12-23 Ruhrchemie Ag Verfahren zum gegenseitigen Behandeln von Fluessigkeiten unterschiedlicher Dichte
DE1193477B (de) * 1958-04-10 1965-05-26 Ruhrchemie Ag Vorrichtung zum Waschen und Nassentstauben von Gasen

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