DE8807836U1

DE8807836U1 - Abgasreinigungsvorrichtung

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Publication number: DE8807836U1
Application number: DE8807836U
Authority: DE
Original assignee: NORTHERN STATES POWER Co MINNEAPOLIS MINN US
Current assignee: NORTHERN STATES POWER Co MINNEAPOLIS MINN US
Priority date: 1988-06-16
Filing date: 1988-06-16
Publication date: 1988-09-22

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Vorrichtungen zur Kontaktierung von Gasen mit Flüssigkeiten. Spezieller betrifft die Erfindung eine verbesserte Naßreinigungsvorrichtung zur gleichzeitigen Entfernung von Flugasche und Schwefeldioxid aus den Abgasen eines Kraftwerks vor deren Ablassen in die Atmosphäre.

Reinigungsvorrichtungen sind entwickelt worden, um schädliche Emissionen von industriellen und gewerblichen Kesselanlagen unter Kontrolle zu bringen, Wie sie beispielsweise bei Kraftwerken verwendet Werden. Solche Reinigungsvorrichtungen sind im allgemeinen entweder vom Trocken- oder vom Naßtyp. Trockene tteinigungsvorrichtungen umfassen im allgemeinen eine offene Kammer, in welcher das Abgas durch einen Flüseigkeitssprühstrahl geleitet wird, der aus einem Schlamm von Kalk und Flugasche besteht. Mit dem Cchwefeldioxid im Gas erfolgt eine Reaktion unter Bildung einer Kalziumverbindung in trockener Teilchenform, die dann am Auslaß der Kammer gesammelt werden kann, wodurch das Abgas frei von Schwefeldioxidvertonreinigungen "gewaschen" wird.

Andererseits wird in den sogenannten "Naßreinigungsvorrichtungen" das Schwefeldioxid nicht in trockener Teilchenform gesammelt, sondern vielmehr in Form eines Schlamms in einem Tank mit wässrigem Absorbens, um periodisch in Form eines flüssigen Schlamms entfernt zu werden. Um übermäßige Unterhaltungskosten lu vermeiden, die sich aus der Ansammlung von Flugasche-

Ablagerungen ergeben, muß zunächst die Flugasche Kittels Filtration oder elektrostatischer Abscheidung entfernt werden, bevor das Abgas in der Naßteinigungsvorrichtung behandelt werden kann. Dies erfordert zwei große teure Anlagenteile. Da außerdem die Flugasche typischerweise separat entfernt Wird, kann die Alkalinität, welche anderenfalls durch das Vorhandensein der Flugasche gewährleistet «rare, nicht genutzt werden und deshalb muß ein Teil 4er bereits entfernten Flugasche dem wässrigen Ab-•orbens wieder zugesetzt werden, was natürlich zu Weiterem Aufwand und zu Komplikationen führt.

Das U.S. Patent 3 836 630 offenbart eine Vorrichtung, hei der die Absorption und Oxidation von Schwefeldioxid in getrennten Behältern vorgenommen wird.

Die U.S. Patente 4 156 712 und 4 229 417 offenbaren •in Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung Von Schwefeldioxid aus Abgasen durch gleichzeitige Absorption und Oxidation in einem wässrigen Absorbens in einem einzigen Behälter. Während das flüssige Absorbens im Behälter bewegt wird, wird Abgas in den Oberen Bereich feinverteilt eingeführt, während •auerstoffhaltiges Gas in den unteren Bereich der flüssigen Absorbensmenge feinverteilt eingeführt wird. Alkalisches Material wird in die flüssige Absorbensmasse eingeführt und hält das Schwefeldioxid in Form eines Sulfates zurück, das dann zur Abtrennung aus der Lösung ausfällt. Diese Vorveröffentlichungen lehren, daß die Kontaktierung von Gas und Flüssigkeit sowie die Feststoff-(Flugasche) Abscheidung in der gleichen Vorrichtung vorgenommen werden können.

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Da jedoch das Abgas in den oberen Bereich des flüssigen Absorbens mittels perforierter oder durchbrochener Rohre eingeführt wird, ist wenigstens eine gewisse Vor-Abreinigung von Flugascheteilchen nötig,

um Verstopfungen zu verhindern.

Daher besteht ein Bedürfnis für eine verbesserte Abgasreinigungsvorrichtung vom Naßreinigungstyp, die keine vorausgehende Beseitigung von Flugasche erfordert, so daß die Entfernung von Feststoffteilchen und von Schwefeldioxid gleichzeitig in der (gleichen Vorrichtung erfolgen können, ohne daß der Aufwand und die zusätzlichen Komplikationen nötig Bind, die mit einem stromaufwärts angeordneten Staubfilter oder Abscheider verbunden sind.

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine verbesserte Abgasreinigungsvorrichtung, die die vorgenannten und weitere Probleme überwindet, welche beim Stand der Technik auftreten. Gemäß der Erfindung wird eine Abgasrexnigungsvorrichtung vom Naßreinigungs· typ geschaffen, die insbesondere zur Entfernung von Sowohl Flugascheteilchen durch Benetzung als auch ßchwefeldioxidgas durch Absorption und Oxidation aus dem Abgas eines Kraftwerkes in einem Schritt geeignet ist. Der untere Endbereich der Kammer in der Reinigungsvorrichtung ist mit einem wässrigen Absorbens gefüllt, das einen geregelten pH zwischen ungefähr 3,5 und 5 hat, während der obere Endbereich durch eine senkrechte Abtrennung in zwei Kawern unterteilt ist. Verunreinigte Abgase von der Kesselanlage werden in eine dieser beiden Kammern eingeleitet, während gereinigtes bzw. sauberes Abgas die

andere Kammer auf der anderen Seite der Abtrennung verläßt, um durch einen Abzug an die Atmosphäre abgeführt zu werden. Die Abtrennung hat die Form einer zick-zack-förmigen oder gewellten senkrechten Seitenwand, deren obere Kanten durch 0 barwände geschlossen sind, um eine Reihe von hohlen "Fingern" auszubilden. Die unteren Kanten der Seitenwände sind miteinander verbunden und tauchen in das flüssige Absorbens ein. Wenn rohes Abgas in die Reinigungskammer eintritt, wird es in die Enden der Finger der Abtrennungseinrichtung und dann abwärts um deren eintauchende Unterkanten und durch das flüssige Absorbens geführt.

Gleichzeitig wird ein sauerstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise Luft, in den unteren Bereich des wässrigen Absorbens unterhalb der Abtrennung injiziert, I während das Absorbens bewegt wird. Die Flugasche im Abgas stellt das hauptsächliche Reagens bereit, das mit dem Schwefeldioxid zur Bildung eines Sulfates reagiert, welches aus der Lösung ausfällt und dann als Flugascheschlamm entfernt werden kann. Wenn gewünscht, kann eine zusätzliche Kalziumverbindung, wie Kalkstein, dem wässrigen Absorbens zur Erzielung höchster Wirksamkeit zugesetzt werden.

Ein besseres Verständnis der Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung gewonnen werden, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Darin zeigen:

Fig. 1 eine teilweise schematische Ansicht eines

Kraftwerke mit einer Kesselanlage und mehreren Reinigungsvorrichtungen zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Abgas der Kessel-

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anlage vor dessen Abgabe in die Atmosphäre;

Fig. 2 eine senkrechte schematische Querschnittsansicht einer der verbesserten Reinigungsvorrichtungen gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine teilweise Perspektivansicht der senkrechten Abtrennungseinrichtung, die in der Reinigungsvorrichtung angeordnet ist; und

Fig. 4 eine vergrößerte vertikale Teilschnittansicht der Reinigungsvorrichtung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Elemente in allen Ansichten angeben, und insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Teil eines Kraftwerks 10 des Typs gezeigt, den Versorgungsgesellschaften zur Erzeugung von Elektrizität verwenden. Das Kraftwerk 10 umfaßt eine Kesselanlage 12, die Dampf zum Antrieb einer Turbine erzeugt, welche zur Erzeugung von Elektrizität einen Generator antreibt. Die Kesselanlage 12 wird mit Kohle beheizt, deren jeweiliger Schwefelgehalt abhängig von der Herkunft der Kohle ist. Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt wird vorgezogen, weil die Einhaltung der Vorschriften hinsichtlich der Verunreinigungskontrolle dann einfacher ist, jedoch ist Kohle mit relativ höherem Schwefelgehalt typischer. Das Abgas von der Kesselanlage 12 wird durch Leitungen 14 zu mehreren Naßreinigungsvorrichtungen 16 geleitet, von denen nur drei gezeigt sind. In der Praxis werden 12 Reinigungsvorrichtungen 16 bereitgestellt, um Reservekapazität während der Spitzenzeiten der Energieerzeugung zur Ver-

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fügung zu haben, und daher können einige Reinigungsvorrichtungen zwecks Reparatur und Wartung aus dem Prozeß ausgeschaltet werden, ohne daß der Gesamtbetrieb des Kraftwerks 10 leidet. Nach dfim Durchtritt durch die Reinigungsvorrichtungen 16 tritt das gereinigte Abgas durch Leitungen 18, welche induzierte Abzugsventilatoren (nicht gezeigt) enthalten, aus, um über einen Abzug an die Atmosphäre abgegeben zu werden. Wie im folgenden noch im größeren Detail beschrieben wird, sind die Reinigungsvorrichtungen 16 verbessert im Aufbau, um die gleichzeitige Entfernung von Flugasche und Schwefeldioxid bei verbesserter Wirksamkeit und verminderten Kosten zu ermöglichen.

Die Reinigungsvorrichtungen 16 umfassen einen Tank 20. Der obcire Endbereich des Tanks 20 ist mit den Leitungen 14 verbunden, die von der Kesselanlage 12 her kommen, und außerdem mit einem Sprühturm 24 und mit Leitungen 18, die zum Abzug (nicht gezeigt) fahren.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 im Zusammenhang mit Fig. 2 ist quer über den oberen Endbereich des Tanks 20 eine senkrechte Abtrennungseinrichtung 26 zwischen dem Abgaseinlaß 28 und dem Abgasauslaß 30 befestigt. Die Abtrennungseinrichtung 26 umfaßt eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Fingern 34 von hohler Bauweise, die parallel beabstandet zueinander über den oberen End bereich des Tanks 20 angeordnet sind. Die Finger 32 können rechteckig sein, sind aber vorzugsweise jeweils von im wesentlichen regelmäßig dreieckiger Konfiguration, um Materialkosten zu sparen. Jeder Finger 32 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl und umfaßt ein Paar Seitenwände 34 und 36 sowie eine geneigte Oberwand

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38. Endwände 40 sind zwischen den benachbarten Kanten der offenen divergierenden Enden der Finger 32 angebracht, so daß das gesamte, durch den Einlaß 28 eintretende Abgas in die hohlen Finger 32 der Abtrennung 26 geführt wird. Es ist daher erkennbar, daß die Abtrennung 26 eine zick-zack-förmige Abtrennung bildet, die aus einer Anzahl von vertikalen Seitenwänden 34 und 36 sowie verbindenden Oberwänden 38 und Endwänden 40 besieht, welche sich über den obereu Endbereich des Tanks 20 erstrecken. Die zick-zack-förmige, fortlaufende Unterkante der Abtrennung 26 taucht unter die Oberfläche des wässrigen Absorbens 22.

Das Abgas, das von der Kesselanlage 12 durch den Einlaß 28 mittels der Leitungen 14 eintritt, hat eine Temperatur von ungefähr 150^eC (300° F). Dieses verunreinigte Abgas tritt in den Tank 20 ein und wird in die Finger 32 der Abtrennungseinrichtung 26 geführt. Dann tritt das Abgas um die zick-zack-förmige tmteirkante der Abtrennungseinrichtung 26 herum und perlt aufwärts durch das wässrige Absorbens 22 im oberen Bereich des Tanks 20 und nachfolgend auf der gegenüberliegenden Seite der Abtrennung aus dem Tank. Gleichzeitig wird ein sauerstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise Luft, in den unteren Bereich des wässrigen Absorbens 22 mittels eines Rohres 42 eingeführt. DaB Rohr 42 umfaßt vorzugsweise ein abwärts gewendetes Ende 44, um einen Rück&trom von wässrigem Absorbens j zu verhindern. Eine Bewegungsvor at ichtung 46 ist weiter

hin im Tank 20 vorgesehen, um einen Kreislauf zu erzeugen. Das sauerstoffhaltige Gar perlt vom Rohr 42 kommend aufwärts durch das wässrige Absorbens 22 int Tank 2O₁, bis es sich mit dem Abgas vereinigt, welches

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unter der Abtrennung 26 herausperlt, woraufhin die | Flugasche und das Schwefeldioxid Im Abgas mit dem -

Kalzium und Sauerstoff im wässrigen Absorbens 22 zur Bildung von Kalziumsulfat reagieren. Dieses fällt dann aus der Lösung aus und sammelt sich im Tank 20, gemäß wohlbekannten chemischen Reaktionen. Die Bewegungsvorrichtung 46 trägt dazu bei, das Kalziumsulfat in Lösung in dem wässrigen Absorbens suspendiert zu halten, welches sich dadurch in einen Schlamm verwandelt. Der Schlamm kann wahlweise durch einen siebbedeckten Auslaß 48 mittels einer Pumpe 50 abgezogen werden.

Das gereinigte bzw. saubere Abgas tritt in den Auslaß 30 mit ungefähr 55°C (13O⁰F) und strömt aufwärts im Sprühturm 24 zunächst durch einen bekannten Feststoffabscheider 52 und dann durch einen bekannten Dunstabscheider 54, zum Entzug überflüssiger Feuchtigkeit.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Reinigungsvorrichtung eine Wiedererwärmungsschlange 56 im oberen Bereich des Sprühturms 24 hinter dem Dunstabscheider 54, um das gereinigte Abgas auf eine Temperatur von ungefähr 70⁰C (160⁰F) zu erwärmen, um den Auftrieb des Gases zu vergrößern und Kondensationen sowie daraus folgende Korrosionserscheinungen in den Leitungen 18 zu vermindern. Die Wiedererwärmungsschla.ige 56 kann mit dem (nicht gezeigten) Entlüfter oder irgendeiner anderen geeigneten Wärmequelle verbunden sein.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 4 umfaßt die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 16 vorzugsweise eine Niveau- bzw. Füllstandsregelung 58

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zur Aufrechterhaltung des benötigten Füllstandes von wässrigem Absorbens 2 2 im Tank 20. Die Niveauregelungsvorrichtung 58 umfaßt ein äußeres Rohr 60 mit einem geschlossenen oberen Ende und einem offenen unteren Ende. Eine Platte 62 ist vom offenen unteren Ende beabstandet unter diesem aufgehängt, um zu verhindern, daß Gasblasen vom Rohr 42 her eintreten. Ein inneres Rohr 64 ist innerhalb des äußeren Rohres 60 angeordnet. Das innere Rohr 64 hat ein offenes oberes Ende und ein geschlossenes unteres Ende. Auf diese Weise füllt überschüssiges wässriges Absorbens 22 das äußere Rohr 60 und läuft in das innere Rohr 64 über, um mittels eines überlaufrohres 66 abgezogen zu werden, welches mit dem inneren Rohr verbunden ist und sich dicht durch das äußere Rohr und aus dem Tank 20 herauseretreckt.

Zusätzliches Wasser kann dem Tank 20 durch ein Rohr €8 zugeführt werden.

Es ist erkennbar, daß die Wasserfüllstände zu beiden Seiten der Abtrennungseinrichtung 26 unterschiedlich sind. Der Druckabfall über die Abtrennungseinrichtung 26 beträgt ungefähr 25 bis 40 cm (10 bis 15 inches) Wasser, in Abhängigkeit von der benötigten Reinigungswirkung .

Unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 2 umfaßt die Reinigungsvorrichtung 16 vorzugsweise eine Leitung 70, die von einer Pumpe 50 zu Düsen 72 führt, von welchen nur eine gezeigt ist, und die so angeordnet sind, daß sie Schlamm vom Tank 20 auf die Innenseiten der Finger 32 abgeben. Die Düsen 72 werden periodisch

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betätigt, um die Abtrennung 26 zu reinigen und das einströmende Abgas auf eine Temperatur von ungefähr 60 bis 65⁰C (140 bis 15O⁰F) zwecks wirksamerer Betriebsweise abzuschrecken.

Wie bereits oben angedeutet, liegt der pH-Wert des wässrigen Absorbens 22 ungefähr zwischen 3 und 6 und vorzugsweise zwischen 3,5 und 5,0. Es ist einsichtig, daß das wässrige Absorbens sowohl die Flugasche als auch Schwefeldioxid enthält, welche aus 4em Abgas entfernt wurden, sowie deren chemische Reaktionsprodukte mit Wasser, Sauerstoff, Flugaschebestandteilen und beliebigen weiteren alkalischen Materialien, die soweit notwendig zur Regelung des pH-Wertes zugefügt werden. Beispielsweise kann zur Regelung des pH-Wertes ein Schlamm von zerkleinertem Kalkstein dem wässrigen Absorbens zugesetzt werden. Kxperimentell wurde gefunden, daß eine 70 %ige Entfernung von Schwefeldioxid aus Abgas erreichbar ist, welches 600 ppm Flugascheteilchen enthält, wenn ein Wässriges Absorbens mit pH 3,5 ohne irgendwelche Alkalischen Zusätze verwendet wurde, so daß nur das in der Flugasche vorhandene Kalzium zur Bindung des Schwefels als Kalziumsulfat verwendet wurde. Alkalische Materialien werden dem wässrigen Absorbens zur pH-Wertkontrolle zugesetzt, soweit dies in Abhängigkeit vom Kalziumgehalt der Flugasche, vom Schwefeldioxidgehalt des Abgases und von der benötigten prozentualen Entfernung des Schwefeldioxids aus dem Abgas nötig ist.

Aus dem vorstehend Gesagten ergibt sich, daß die Erfindung eine verbesserte Abgasreinigungsvorrichtung verwirklicht, welche mehrere Vorteile gegenüber dem

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Stand der Technik aufweist. Ein wichtiger Vorteil betrifft die Tatsache, daß sowohl die Entfernung von Flugasche als auch die Entfernung von Schwefeldioxid gleichzeitig in einem einzigen Behälter erfolgen, Wohingegen es früher notwendig war, die Flugasche Vor der Beseitigung des Schwefeldioxids zu entfernen. Die Erfindung vermeidet die zusätzlichen Ausrüstungen, Kosten und den Wartungsaufwand, der mit der gesonderten Vorab-Entfernung der Flugasche verbunden ist. Andere Vorteile werden für den Fachmann ohne weiteres Auf der Hand liegen.

Obwohl besondere Ausführungsformen der Erfindung in 4en beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der Vorausgegangenen Beschreibung beschrieben worden sind, Versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf die Offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern Vielmehr alle Alternativen, Äquivalente, Abwandlungen »nd/oder Neukombinationen von Elementen umfaßt, auf 4ie sich die Erfindung innerhalb des Schutzumfanges 4er Schutzansprüche erstreckt.

Claims

Northern States Power Co., 414 Nicollet Mall Minneapolis, Minnesota 55402, U.S.A. Abgasreinigungsvorrichtung Ansprüche

1. Reinigungsvorrichtung zur gleichzeitigen Entfernung von Flugasche und Schwefeldioxid aus Abgasen, mit:

einem TarJc (20) mit einem oberen und einem unteren Endbereich;

einem wässrigen Absorbens, das den unteren Endbereich des Tanks (20) füllt;

Vorrichtungen (28) zur Ausbildung eines Abgaseinlasses im oberen Endbereich des Tanks (20); Vorrichtungen (30) zur Ausbildung eines Abgasauslasses im oberen Endbereich des Tanks (20) in beabstandeter Beziehung zu dem darin befindlichen Abgaseinlaß;

einer Abtrennungseinrichtung (26) zur Unterteilung des oberen Endbereichs des Tanke (20) in zwei Kammern, die jeweils in Fluidverbindung mit dem Abgaseinlaß

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und dem Abgasauslaß stehen, wobei die Abtrennungseinrichtungen eine Hehrzahl horizontaler Finger definieren, die teilweise durch eine zick-zackförmige vertikale Wand begrenzt sind, deren untere Kante in das wässrige Absorbens eintaucht, wobei weiterhin eine Seite der Abtrennungsvorrichtungen sich zu der Kammer hin öffnet, welche mit dem Abgaseinlaß verbunden ist, um das Abgas durch das wässrige Absorbens zu führen, und sich die andere Seite der Abtrennungseinrichtung in die Kammer hin öffnet, die mit dem Abgasauslaß verbunden ist; und Vorrichtungen (42), die sich unterhalb der Abtrennungseinrichtungen (26) in den Tank (20) hineinerstrecken, zur Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases in das wässrige Absorbens (22).

2. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Finger (32) mit-• einander verbundene Seitenwände (34, 36) und eine

' geneigte Oberwand (38) umfaßt, welche ein offenes,

divergierendes Ende und ein gegenüberliegendes ^e-

schlossenes konvergierendes Ende definieren und

% daß eine Endwand (40) vorgesehen ist, welche benachbarte Seitenwände (34, 36) am divergierenden offenen Ende benachbarter Finger (32) verbindet,

3. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (58) zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Niveaus des wässrigen Absorbens (22) im Tank (20) bezüglich der Abtrennungseinrichtungen (26).

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4. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

gekennzeichnet durch Vorrichtungen (70) zum Abziehen von flüssigem Absorbens (22) aus dem Tank (20) und zum Versprühen des Absorbens auf die Abtrennungseinrichtungen (26) zu deren Reinigung.

5. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasauslaß (30) des Tanks (20) mit einem Sprühturm (24) verbunden ist, in welchem Vorrichtungen (56) zur Wiedererwärmung des Abgases und ein Dunstabscheider (54) zwischen den Wiedererwärmungsvorrichtungen (D6) und dem Tank (20) angeordnet sind, und daß Leitungen (18) zur Verbindung des Sprühturms (24) mit einem Abgasabzug vorgesehen sind.

6. Reinigungsvorrichtung nach einest der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (68) zur Zuführung von Zusatzwasser zum Tank (20) vorgesehen sind.

7. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (46) zur Bewegung des wässrigen Absorbens im Tank (20) vorgesehen sind.