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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die schnelle und wirksame Ausscheidung der die Staubteilchen einhüllenden
Flüssigkeitsniederschläge kann noch durch zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise
Ionisierung des Gases, unterstützt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens,
und zwar gibt Abb. 1 eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäß ausgebildete Reinigungseinrichtung
wieder.
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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.
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Abb. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Dehnungsdüse nach
Linie 111-111 -der Abb. 2.
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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.
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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.
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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.
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In den Abb. I bis 6 bezeichnet I den Einführungsstutzen für das zu
reinigende Gas.
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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.
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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.
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An die Schlitze setzen sich über entsprechend Anschlüsse ii Rohrleitungen
12 an, die mit einem Vorratsbehälter I3 für die abgeschiedene Flüssigkeit in Verbindung
stehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Unter diesem Druck tritt das gereinigte Gas in die Leitung 19 ein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.