NO170133B - Framgangsmaate og anordning for rensing av gasser. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en framgangsmåte for rensing av gasser for faste, flytende og/eller gassformete forurensninger, med det utgangspunktet som er angitt i innledningen til patentkrav 1. Oppfinnelsen gjelder videre en anordning for gjennomføring av denne framgangsmåten, som angitt i innledningen til krav 5.

Oppfinnelsen er særlig beregnet for bruk som et passivt nødsystem som kan tre i funksjon ved ei ulykke eller større driftsforstyrrelse ved eksempelvis kjernekraftverk, kjemisk industri eller annen industri, der det under slike omstendigheter kan skje et utslipp av luftbårne, helseskade-lige forurensninger. Oppfinnelsen kan imidlertid også brukes ved den normale driften i eksempelvis et anlegg eller en tilvirkningsprosess.

Oppfinnelsen baserer seg på at den forurensete gassen føres inn under flata på et væskebad og renses under gjennomløpet gjennom væskebadet. En slik anordning er særlig egnet som passivt nødsystem, fordi den kan stå i stadig innsatsberedskap samt automatisk og umiddelbart kan tre i funksjon uten noen særlig starttiltak.

Det er tidligere foreslått slike gassrenseanordninger, hvor gassen føres inn under flata på væskebadet og bobler ut gjennom et antall åpninger eller munnstykker. Disse tidligere foreslåtte anordningene har imidlertid dårlig rensevirkning, fordi forholdsvis store luftbobler passerer gjennom væskebadet og det blir dårlig kontakt mellom væske og gass. Skulle det derimot slippes små bobler ut i væska, ville disse få meget lang oppholdstid i væska. Dette medfører at renseanordningen måtte ha meget stor flate for å makte den eventuelle gasstrømmen. En slik renseanordning blir meget kostbar og får urimelig store dimensjoner, særlig for store gasstrømmer.

Det er tidligere foreslått en renseanordning i samsvar med DE-PS 228.733, hvor en innkommende gasstrøm deles opp i et antall delstrømmer og bringes til å støte mot anslags-flater som fine stråler. Denne anordningen har imidlertid den ovennevnte begrensningen, ved at den har lav virknigs-grad ved lave gasstrømmer, fordi gassen da vil boble gjennom væska relativt upåvirket i form av store luftbobler.

Det er videre blitt foreslått våtrenseanordninger i samsvar med US-PS 3.216.181 (se fig. 4), US-PS 3.520.113 (se fig. 7) og US-PS 4.182.617 (se fig. 2) hvor gassen føres inn under væskeflata gjennom et antall åpninger på suksessivt økende dyp. Ved bruk presser den innkommende gassen ved økende gasstrøm og innløpstrykk ned væskeflata i innløps-ledningen, inntil den første utløpsåpningen blottlegges og gassen bringes til å strømme opp gjennom væska. Ved økende strøm og innløpstrykk presses væskeflata ytterligere ned og flere og flere åpninger blottlegges, slik at gassen kan strømme ut gjennom disse, som delstrømmer. På denne måten kan i det minste vesentlig samme strøm passere gjennom de utnyttete utløpsåpningene, uavhengig av innløpstrykket og av den totale strømmen gjennom gassrenseanordningen.

Disse tidligere kjente gassrenseanordningene har den ulempen, at når væskeflata i innløpsdelen presses ned under en innløpsåpning, så vil gassen presses ut i rensebadet med lav energi og uten noe trykkfall. Gassen vil derfor strømme ut i og opp gjennom væska som forholdsvis store bobler og det skjer derfor en dårlig fraskilling av fine partikler og gassformete forurensninger. En slik tidligere kjent renseanordning er altså ikke tilfredsstillende som et passivt nødsystem for fraskilling av høygiftige partikler, eksempelvis ved en kjernekraftulykke.

Det er videre kjent fra DE-C-2.431.574 å arrangere venturi-liknende munnstykker i området av overflata til et bad i en beholder. Det er bare to venturianordninger som hver strekker seg fra en sidevegg av beholderen til den andre, og begge peker på skrå oppover mot hverandre og sentrale støtorgan over badet. I drift vil de øvre delene av venturianordningene komme ut i rommet over vannbadet, slik at de øvre delene holdes tørre og mindre effektiv for å blande forurenset gass med væsken i badet.

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å skape en forbedret framgangsmåte for gassrensing, som gir intim kontakt mellom gass og rensevæske, samt høy rensevirkningsgrad, både ved deilast og ved fullast, og som har høy kapasitet for et lavt apparatvolum. Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å skape en gassrenseanordning for å gjennomføre denne framgangsmåten.

For å oppnå dette formålet kan en gå fram som angitt i den karakteriserende delen av patentkrav 1.

En anordning for gjennomføring av framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen er angitt i den karakteriserende delen av krav 5.

I samsvar med en særlig fordelaktig utførelesesform av oppfinnelsen dannes utløpsmunnstykkene av venturimunnstykker som i sine vegger er forsynt med innsugningsåpninger mot det omgivende væskebadet. På denne måten kreves ingen særlig tilførsel av rensevæske og det sikres en stadig og sikker væsketilførsel til venturimunnstykkene.

Ved framgangsmåten hhv. anordningen i samsvar med oppfinnelsen oppnår en alltid høy rensevirkningsgrad, uavhengig av størrelsen på den totale gasstrømmen. Ved at den forurensete gassen bringes til å passere gjennom første innløpsåpninger på suksessivt økende dyp under væskeflata og deretter gjennom utløpsåpninger i betydelig høyde over den tilsvarende innløpsåpningen, sikres at den forurensete gassen alltid går gjennom utløpsmunnstykket med et betydelig trykkfall som tilsvarer høydeforskjellen mellom innløps-åpning og utløpsåpning. På den måten vil også gassen som går gjennom de sist inntrukne utløpsåpningene få et betydelig trykkfall og dermed sikres en fullgod rensing.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere ved hjelp av utførelseseksempel og med henvisning til de medfølgende tegningene, der

fig. 1 viser et skjematisk vertikalsnitt gjennom en gassrenseanordning i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 2 viser et planriss av et fordelersegment med venturimunnstykker, som inngår i gassrenseanordningen i fig. 1,

fig. 3 viser et sideriss av fordelersegmentet i fig. 2,

fig. 4 viser detalj av en alternativ utførelsesform av fordelersegmentet i fig. 2 og 3,

fig. 5 viser et gjennomsnittet detaljriss av to venturimunnstykker plassert opptil hverandre med ulike innløpsdybder,

fig. 6 viser en detalj i større målestokk av et venturimunnstykke i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 7 viser et diagram som illustrerer trykkforholdene i et venturimunnstykke og den omgivende væska, mens

fig. 8 viser en alternativ utførelsesform som omfatter et spredeorgan foran venturimunnstykkets munning.

Figurene viser i delvis sterkt skjematisert form en gassrenseanordning i samsvar med oppfinnelsen. Som det framgår av fig. 1 består gassrenseanordningen av en beholder, fortrinnsvis en trykkbeholder 1, med yttervegg 10, bunn 11 og lokk 13 med et innløp 12 og en fordeler 14 for innkommende forurenset gass samt et utløp 16 for renset gass. Fordeleren er oppdelt i et antall seksjoner, i eksemplet seks, med horisontale hovedfordelerrør 18, som strekker seg radialt ut fra innløpet. Rørene 18 har nedoverrettete tilkoplingsrør 23, hvert med to skrått nedoverrettete, omtrent tverrsløpende distribusjons- eller siderør 26. Siderørene 26 har i sine frie ender en nedoverrettet, vertikal rørseksjon 20 med en fri åpning 22. Gjennom åpningene 22 kan eventuell kondens renne ut og vaske- eller rensevæske trenge opp i fordeleren 14 ved redusert gasstrøm. På distribusjonsrørene 26 er det i omtrent jevn innbyrdes

avstand anordnet et antall vertikalt oppoverrettete venturimunnstykker 28 med innløpsåpninger 64 mot distri-busjonsrørene. Venturimunnstykkene 28 har i sin ned del innsugningsåpninger 29 for vaskevæske og øverst utløpsåpninger 31 for behandlet gass. Venturimunnstykkenes utforming vil bli beskrevet nærmere nedenfor.

Som vist i fig. 1 er fordeleren 14 nedsenket i et væskebad 32 på en viss dybde under dets flate 34. Storparten av venturimunnsrykkenes 28 utløpsåpninger 31 befinner seg fortrinnsvis alle på samme nivå og har fortrinnsvis en avstand til væskeflata på minst ca. 0,5 m, fortrinnsvis ca. 2 m. I andre utførelsesformer kan det imidlertid være hensiktsmessig å la utløpsåpningene være plassert over væskeflata. Det kan til og med være fordelaktig at utløpsåpningene ligger nær beholderens 1 lokk 13 og at utløpet 16 er ført ned nær flata 34. Innløpsåpningene 64 for forurenset gass for hvert enkelt venturimunnstykke 28 befinner seg i sin tur omtrent 1 m eller mer under utløpsåpningene 31, alternativt under flata 34, dersom munnstykkene munner ut over denne. På grunn av denne høydeforskjellen oppnås alltid en tilfredsstillende renseeffekt i venturimunnstykket, så snart forurenset gass trenger inn gjennom dets innløpsåpning 64. Forurensningene fraskilles ved gjennomløpet gjennom venturirøret ved hjelp av væske som suges inn gjennom innsugningsåpningene 29 og som i form av dråper føres med av gassen. Disse forurensningsblandete væskedråpene fraskilles i sin tur fra gassen delvis som væskefilm på innsida av venturimunnstykkets 28 utløpsrør 49 og delvis under gjennomgangen gjennom utløpsåpningene 31 og væskeflata 34. Ved dråpeav-skilling under gjennomgang gjennom væska kreves en viss minste høydeforskjell for å gi tilfredsstillende fraskilling. En ytterligere fraskilling kan skje over eller i visse tilfeller både over flata 34 og/eller i en nedenfor beskrevet etterkoplet, ikke vist dråpefraskiller.

For å få rolige startbetingelser ved starten av et utslipp gjennom gassrenseanordningen, uten noen sjokk-belastning, har hver seksjon to høyt plasserte, korte siderør 26' med høyere plasserte venturimunnstykker 28' som munner ut over de øvrige munnstykkene. Siderørenes 26' nedoverrettete rørseksjoner 20' strekker seg imidlertid ned til samme nivå som de øvrige rørseksjonene 20. Fordeleren er videre utformet etter det prinsipp, at åpningene 64 til venturianordningen 28 ligger på suksessivt stigende dyp og dermed vokser antallet aktive fraskillere kontinuerlig ved økende gasstrøm.

Over væskeflata 34 finnes et rom 35 for gass, hvilket står i forbindelse med utløpet 16. Rommet 35 er dimensjonert for å kunne ta opp den volumøkning badet får pga. boblene når gassen strømmer gjennom, samt den kondensering som skjer, dersom den forurensete gassen er varm og fuktig. Utløpet 16 står i forbindelse med atmosfæren over en fraskiller for væske- eller tåkedråper som finnes igjen i gassen. Denne fraskilleren kan være av vilkårlig slag, f.eks. sykloner eller et kammer fyllt med grus og stein. Fraskilleren kan også være en kombinasjon av flere ulike slike anordninger.

Renseanordningens funksjon er følgende. I ubelastet tilstand trenger vaskevæske gjennom venturimunnstykkenes 28 åpninger 29, 31 og de nedre åpningene 22, slik at ei indre væskeflate 46 i fordeleren 14 og innløpsrøret 12 inntar samme stilling som den ytre væskeflata 34. Gassrenseren har nå en vannlåsfunksjon. Ved en driftsforstyrrelse med gassutslipp økes trykket og den indre væskeflata 46 presses ned inntil den kommer under en terskel 65 ved den eller de høyest plasserte innløpsåpninger 64 til venturimunnstykkene 28. Gassen trenger da ut gjennom disse venturimunnstykkene, idet den ved passasjen forbi innløpsåpningene 29 suger inn finfordelte væskedråper. Faste og væskeformete forurensninger, såvel som forurensete gasser, absorberes av de innsugete væskedråpene. I et andre fraskillingstrinn ved gassens gjennomgang mellom venturimunnstykkenes åpninger 31 og væskeflata 34, renses gassen videre ved en såkalt "renseflaskeeffekt", idet væskedråpene som er blandet med forurensning, materialpartiklene og de gassformete forurensningene nå opptas av vaskevæska. En viss fraskilling av dråper skjer allerede i røret 49 som en film på innsida. Et tredje rensetrinn foreligger i den nevnte, ikke viste etterkoplete fraskillingsanordninger.

Fraskilling av gassformete forurensninger kan forsterkes kraftig ved at vaskevæska gis en sammensetning som medfører at kjemiske reaksjoner hurtig forbruker, dvs. reagerer med, ioner som er løste i væska (såkalt kjemisk forsterkning). F.eks. kan fraskillingen av sure gassformete komponenter forbedres av alkaliske komponenter oppløst i væska. Absorpsjon av gassformet jod kan lettes ved innblanding av natriumtiosulfat i vaskevæska.

Mellom de ulike seksjonene kan det være anordnet radiale mellomvegger 61, ved hvilke siderørenes 26 ender er festet. Dette gir konstruksjonen økt stabilitet. Eventuellt kan en slik radielle mellomvegg 61 være hul og åpen nedover, hhv. mot distribusjonsrørene 26. Den tjener dermed som nedre innløpsåpning 22 for vaskevæske. Fig. 4 viser en modifisert utførelsesform av oppfinnelsen. I denne utgår distribusjons- eller siderørene 26 direkte fra hovedrørene 18 uten noe mellomliggende vertikalt tilkoplingsrør 23. Fig. 8 viser en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen. I denne er hovedrørene 18 skrått nedoverrettet og har et antall oppoverrettete stigerør 24 med fra disse utgående hovedsakelig horisontale distribusjonsrør 26. På distribusjonsrørene 26 er det anordnet venturimunnstykker 28. Over venturimunnstykkenes utløpsåpninger 31 er det anordnet spredeorgan 30. Når den utstrømmende gassen slår imot spredeorganene, vil den brytes opp i mindre gassbobler og dermed oppnås bedre fraskilling av forurensninger under passasjen gjennom væskebadet. Ved denne utførelsesformen må den indre væskeflata 46 i hovedrøret 18 komme ned under en terskelkant 65 i stigerørenes 24 nedre åpning 64, for at den forurensete gassen skal kunne strømme ut gjennom venturimunnstykkene 28. På denne måten vil samtlige munnstykker på samme stigerør tre i virksomhet samtidig. Hensiktsmessig kan stigerørene 24 på ulike hovedrør 18 plasseres på innbyrdes forskjøvne nivåer slik at ikke alle stigerør i samme rørkrans trer i funksjon samtidig.

En foretrukket utførelsesform av et venturimunnstykke for en renseanordning i samsvar med oppfinnelsen er vist i fig. 6. Venturimunnstykket består av en innløpsdel 41, en avsmalnende strupning 43, en sylindrisk hals 45, en konisk utvidet del 47 og et lokk 51. Under lokket er det anordnet siderettete utløpsåpninger 31. Venturimunnstykket har nederst en gjengetilkopling 53 for montering på tilkoplings-rør 55 som rager opp fra siderørene 26. Mellom strupningen 43 og halsen 45 er det anordnet et ringformet spor 57 med en skarp kant 57 mot halsen 45. Innsugningsåpningene 29 munner ut i sporet 57, slik at den innsugete væska kan fordele seg rundt sporets omkrets.

Sporet 57 har hensiktsmessig en aksiell utstrekning på 2-4 mm og dets sporkant 63 mot strupningen 43 har en radius som er 0,5-1 mm større enn radius til sporkanten 59. Tangenten til strupningens vegg opptil sporkanten 63 passerer herunder utenfor sporkanten 59. Når gass passerer gjennom venturimunnstykket, suges væske inn i sporet 57 og slites løs foran eller ved den skarpe kanten 59 i form av fine væskedråper. Under passasjen gjennom halsen 45, den koniske utvidelsen 47 og den øvre delen 49 opptas forurensningene i gassen av disse væskedråpene. Anordningen er således en selvsugende venturifraskiller. I samsvar med oppfinnelsen skal minst 0,5, fortrinnsvis 2-3 kg væske,

3

f.eks. vann pr. m behandlet gass suges mn gjennom innsugningsåpningene 29 i venturimunnstykkene 30. Dimensjoneringen av innsugningsåpningene 29 og sporene 57 gjøres derfor slik, at den ønskete væskemengda suges inn ved det foreliggende trykkfallet. Det minste trykkfallet bestemmes herunder av nivåforskjellen mellom de nedre åpningene 64 og de lavest plasserte av utløpsåpningene 31 og flata 34. Ved tilfredsstillende rensing kreves i de fleste tilfeller et trykkfall på 1 m vannsøyle eller mer, fortrinnsvis ca. 1,5 m.

I det viste eksemplet har halsen en diameter på 10 mm og den øvre delen 49 en diameter på 26 mm. Det har vist seg at halsens diameter ikke bør overstige ca. 30 mm for å gi tilfredsstillende god rensing.

Fig. 7 viser et skjematisk diagram for avhengigheten mellom trykket og væskedybda i det enkelte venturimunnstykket. Den rette kurven A representerer herunder det hydrostatiske trykket i væska og den uregelmessige kurva B trykket i ulike deler av gasskanalen. Trykkfallet i venturianordningens konvergente del 43 bestemmes hovedsakelig av hvor stor gasstrømmen gjennom venturirøret blir. Mengden innsugd væske beror bl.a. på fallet i venturirøret nedstrøms i forhold til innsugningsåpningene 29. Av figuren går det fram at trykkfallet i gasskanalen mellom fordeleråpningene 64 og innsugningsåpningene 29 må overstige noe det hydrostatiske trykkfallet i væska (h^), dersom væska skal suges inn, og at trykkfallet nedstrøms i forhold til innsugningsåpningene 29 i kanalen må være mindre enn det tilsvarende hydrostatiske trykkfallet i væskebadet (høyden h ). Av dette går det fram at økt lengde på rørene 49 gir mer væske pr. gassvolum dersom venturirøret ikke endres og kortere rør gir mindre væske. Erfaringsmessig bør rørene 49 ha en lengde som overstiger den høyde innsugningsåpningene 29 har over fordeleråpningene 64.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de viste utførelses-eksemplene, idet det kan foretas vilkårlige kombinasjoner av de trekk som er vist i tegningene og/eller beskrevet, innenfor rammen av den oppfinnelsen som er definert i patentkravene. Det skal understrekes at begrepet venturianordning eller venturimunnstykke (henvisningstall 28) i denne sammenhengen skal tolkes i sin videste betydning, nemlig omfatte også foran og bak den egentlige venturidelen anordnete midler for dannelse av strømningsveier eller gasskanaler mellom innløpsåpningene 64 og utløpsåpningene 31.

Claims (10)

1. Framgangsmåte for rensing av en gass eller gassblanding for faste, flytende og/eller gassformede forurensninger, der den forurensede gassen ledes gjennom innløpsåpninger (64) og videre gjennom venturianordninger (28) under overflata (34) av et bad (32), utløpene (31) til venturianordningene er lokalisert under eller over overflata av badet, omfattende ei vaske- eller rensevæske, og ved å bevirke at væske trekkes ved suging fra væskebadet inn i den strømmende gassen som et resultat av reduksjon i trykket som skjer når hastigheten av gassen gjennom venturianordningen øker, deling av den forurense gassen i et flertall av delstrømmer, karakterisert ved at alle delstrømmene blir matet igjennom venturianordninger, og bevirker at væsken som suges inn i venturianordningene helt omslutter, fortrinnsvis omsirkler, gassdelstrømmen, og bevirker at den forurensede gassen, etter at den er delt i delstrømmer, strømmer i det minste vesentlig vertikalt oppover gjennom badet, innløpsåpningene (64) er istand til å bli lukket ved væskebadet (32), avhengig av gasstrykket, og er plassert ved forskjellige dybder under overflata (34) av væska slik at ved økt innløpstrykk vil en større mengde av venturianordningene (28) være i drift.

2. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at i det minste en, fortrinnsvis fra to til tre kg væske pr. m 3 av forurenset gass blir trukket inn i venturianordningene og blandes med gassen.

3. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, med utløpene (31) av venturianordningene lokalisert under overflata av badet, karakterisert ved at gassen i driftstilstand, etter at den har forlatt utløpene, blir brakt til å stige gjennom væsken i bobleform, den siste delen, fortrinnsvis mindre enn halve veien mellom overflata (34) og det stedet (sugeåpning 29) der væsken blandes med gassen.

4. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at innløpsåpningene er plassert ved en gitt dybde, fortrinnsvis 1 m eller mer, under utløpsåpningene (31) av tilsvarende venturianordning (28) eller overflata (34) av væskebadet, dersom i det siste tilfellet venturianordningen avsluttes med utløpsåpningen (31) over overflata (34).

5. Anordning for gjennomføring av framgangsmåten i samsvar med krav 1-4, omfattende en beholder (1) som er innrettet for å fylles med et bad (32) av vaske- eller rensevæske, et innløp (12) for forurenset gass og et utløp (16) for renset gass, innløpet (12) er koplet til distribusjonsorgan (14) med utløpsmunnstykker utformet som venturianordninger (28) som i det minste delvis er lokalisert under et anordnet nivå for væskebadet (32) og er utstyrt med sugeåpninger (29) som åpner mot væskebadet (32), og med utløpsåpninger (31), som er lokalisert under eller over overflata (34), i driftstilstand har distribueringsorganene (14) et flertall av innløpsåpninger (64) for tilførsel til venturi-anordningene, sugeåpningene (29) er lokalisert i halsen (45) av venturianordningene (28) og/eller i en konvergerende del (43) av anordningene, fortrinnsvis umiddelbart oppstrøms av halsen (45) av anordningene, karakterisert ved at hver venturianordning (28) har et flertall av sugeåpninger (29), fortrinnsvis arrangert symmetrisk i et plan som strekker seg vinkelrett til symmetriaksen av venturiorganet, venturiorganene (28) er arrangert i det minste vesentlig vertikalt og med sine utløpsåpninger oppover, innløpsåpningene er anbrakt for å kunne lukkes ved væskebadet (32), avhengig av gasstrykket, og er plassert i forskjellige dybder under overflata av badet, slik at ved økt innløpstrykk vil en større mengde av venturianordningene (28) være i drift.

6. Anordning i samsvar med krav 5, karakterisert ved at sugeåpningene går ut i et ringformet spor (57) i venturianordningens innervegg (28), det ringformede sporet avgrenses fortrinnsvis nedstrøms av en skarp kant (59) hvis diameter er mindre enn diameteren til sporets oppstrøms plasserte kant (63).

7. Anordning i samsvar med patentkrav 5 eller 6, karakterisert ved at venturianordningene (28) omfatter rør (49) plassert i nedstrømsenden, med utløps-åpninger (31) og at den vertikale avstanden fra disse utløps-åpningene (31) til innsugningsåpningene (29) er større enn den vertikale avstanden fra innsugningsåpningene (29) til de motsvarende innløpsåpningene (64) i fordeleren (14).

8. Anordning i samsvar med krav 7, karakterisert ved at venturianordningen (28) og/eller at venturianordningene er tilkoplet til innløps-åpninger (64) som kan avstenges av et væskebad og som er plassert minst 1 m, fortrinnsvis ca. 1,5 m under de tilhør-ende utløpsåpningene (31) alternativt væskebadets flate (34), dersom i siste tilfelle venturianordningene avsluttes med deres utløpsåpninger (31) over overflata (34) av badet.

9. Anordning i samsvar med patentkrav 8, karakterisert ved at rørene (49) som er anordnet i nedstrømsenden er avsluttet med et lokk (51), og at utløps-åpningene (31) er anordnet i rørenes (49) kappeflater, samt at rørene er plassert vertikalt eller vesentlig vertikalt.

10. Anordning i samsvar med et av patentkravene 5-9, karakterisert ved at venturianordningens (28) hals (45) har en diameter mindre enn 30 mm, fortrinnsvis mindre enn 15 mm og en lengde som er fra en til sju ganger dens diameter.