DE2600534A1

DE2600534A1 - Vorrichtung zum abscheiden von in einem gasstrom befindlichen teilchen

Info

Publication number: DE2600534A1
Application number: DE19762600534
Authority: DE
Inventors: Peter Ing Grad Forcher; Erich Dipl Ing Frank; Walter Dipl Ing Hummel; Gregor Dipl Ing Klinke; Hellmuth Dipl Ing Marxen
Original assignee: Wiegand Karlsruhe GmbH
Current assignee: GEA Wiegand GmbH
Priority date: 1976-01-08
Filing date: 1976-01-08
Publication date: 1977-07-21

Description

Vorrichtung zum Abscheiden von in einem Gasstrom befind-
lichen Teilchen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von in einem Gasstrom befindlichen Teilchen mit einem Rohr konstanten oder über seine Länge unterschiedlichen Durchmessers, das von dem Gasstrom durchströmt wird und in das ein Tröpfchenstrom eingeführt wird, dessen Tröpfchen eine Geschwindigkeit von 50 bis 150 m/sec. haben,und auf dessen Innenwand wenigstens ein Teil der Tröpfchen auftrifft.
Untersuchungen haben gezeigt, daß zum Naßabscheiden feiner und feinster Stäube (c 1 ~um) wie auch Aerosole hohe Relativgeschwindigkeiten (50 bis 150 m/sec.) zwischen Gas und Flüssigkeit vorhanden sein müssen. Dabei kann sowohl das Gas als auch die Flüssigkeit das schnellere Medium sein.
Bekannt sind Venturiwäscher, in denen das Gas durch Verengen des Querschnittes auf Geschwindigkeiten von 50 bis 150 m/sec beschleunigt wird. Diese Geschwindigkeit stellt sich an der engsten Stelle des Venturirohres ein. Dort wird die Waschflüssigkeit mit verhältnismäßig niedrigem Druck eingespritzt, meist senkrecht zur Strömungsrichtung.
Es herrscht dann zwischen Waschflüssigkeit und Gas die sehr hohe Relativgeschwindigkeit von 50 bis 150 m/sec. Die Flüssigkeitstropfen werden vom Gas mitgerissen. Diese hohe Relativgeschwindigkeit bewirkt, daß z.B. Staubpartikel auf die Flüssigkeitstropfen aufprallen, benetzt und von der Flüssigkeit eingeschlossen werden. Dem engsten Querschnitt oder der Kehle des Venturirohres folgt ein divergenter Teil, in dem das Gas verzögert und dadurch ein Teil der Geschwindigkeitsenergie wieder in Druckenergie zurückverwandelt wird. Der Staub wird mit der Waschflüssigkeit anschließend in einem Abscheider vom Gasstrom getrennt.
Die gute Abscheidung für Stäube und Aerosole beruht auf der hohen Relativgeschwindigkeit zwischen Gas und Waschflüssigkeit und den damit verbundenen Scherkräften. Sobald die Gasgeschwindigkeit in der Kehle geringer wird, d.h. bei geringer werdendem Gasstrom, verringert sich auch der Abscheidegrad. Das bedeutet, daß der Venturiwäscher gasseitig lastabhängig ist. Um diesen Nachteil der Lastabhängigkeit zu vermeiden, baut man die Venturiwäscher mit verstellbarem Kehlenquerschnitt. Es wird dann bei verringertem Gasstrom der Kehlenquerschnitt so verengt, daß die Geschwindigkeit an der engsten Stelle und damit die Relativgeschwindigkeit nach wie vor konstant bleibt.
Nachteile des Venturiwäschers sind, daß er einen relativ hohen Druckverlust hat, und daß der Mechanismus zum Verstellen der Kehle ziemlich kompliziert und teuer ist.
Es sind auch Rotationszerstäuber bekannt, bei denen durch drehende Einbauten die Waschflüssigkeit verteilt und mit hoher Geschwindigkeit (50-150 m/sec) im Waschraum zerstäubt wird. Die Einbauten sind Zerstäuberräder, die über Keilriemen durch Elektromotoren hochtourig angetrieben werden. Der den Staub mitführende Gasstrom passiert den Waschraum mit verhältnismäßig geringen Geschwindigkeiten von 1 bis 4 m/sec. Durch dieses Waschprinzip (hohe Tropfengeschwindigkeit, niedrige Gasgeschwindigkeit) wird erreicht, daß bei gasseitigen Lastschwankungen die Relativgeschwindigkeit annähernd konstant bleibt, was heißt, daß der Abscheidegrad nahezu lastunabhängig wird. Solche Rotationszerstäuber (Rotationswäscher) erzeugen im Gasstrom einen verhältnismäßig geringen Druckverlust (< 100 mm WS).
Nachteil des Rotationszerstäubers ist seine ziemlich auf- -wendige Konstruktion mit relativ großen, rotierenden Teilen, die in dem Wäscher eingebaut sind und ihn sehr teuer machen. Bei Ausfall des Antriebs muß praktisch ein zweiter Apparat in Betrieb genommen werden, weil eine Reparatur während des Betriebes schlecht durchgeführt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung eingangs genannter Art anzugeben, die den Vorteil des Rotationszerstäubers, nämlich gegen gasseitige Lastschwankungen unempfindlich zu sein, aufweist, jedoch ohne rotierende Einbauten auskommt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Tröpfchenstrom in das Rohr durch mindestens eine -vorzugsweise axial- zum Rohr ausgerichtete Düse eingefahrt wird, die eingangsseitig unter einem Druck von mindestens 15 bar steht. Grundsätzlich kann die Düse auch schräg oder rechtwinklig zum Rohr stehen.
Gemein mit dem Rotationswäscher hat der erfindungsgemäße Wäscher, daß die Flüssigkeitstropfen mit 50 bis 150 m/sec auf das langsamer, z.B. mit 1 bis 10 m/sec, strömende Gas treffen. Diese Tropfengeschwindigkeit wird jedoch nicht durch ein Zerstäuberrad, sondern durch Düsen erzeugt. Der für die entsprechende Geschwindigkeit notwendige Flüssigkeitsüberdruck beträgt für 50 m/sec etwa 12 bar und für 150 m/sec etwa 110 bar. Er wird z.B. durch eine außerhalb des Waschraums liegende ein- oder mehrstufige Kreiselpumpe erzeugt. Bei den Pumpen handelt es sich um handelsübliche, preisgünstige Aggregate.
Die Waschanlage kann mit Pumpen doppelt bestückt sein, und im Falle des Defektes einer Pumpe kann unmittelbar auf die andere Pumpe praktisch ohne Betriebsunterbrechung umgeschaltet werden. Bei den Düsen handelt es sich im Gegensatz zu den Zerstäuberrädern um wartungsarme Elemente. Der Ab- -scheider kann mit mehreren Düsen bestückt sein, wovon nötigenfalls die Düsen auch einzeln während des Betriebes kontrolliert und eventuell ausgewechselt werden können. Um einen möglichst großen Teil der Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit auf den Gasstrom einwirken zu lassen, werden vorzugsweise Hohlkegeldüsen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln eingesetzt. Strömt das Gas entgegen dem Flüssigkeitsstrom, dann erfährt es einen Druckverlust. Strömt es in Richtung des Flüssigkeitsstromes, so kann je nach Flüssigkeitsmenge und Öffnungswinkel eine mehr oder weniger große Druckgewinnung erzeugt werden.
Besonders vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1a zeigt eine Vorrichtung, bei der Gasstrom und Tröpfchenstrom gleichgerichtet sind.
Fig. 1b zeigt eine Vorrichtung, bei der Gasstrom irnd Tröpfchenstrom einander gegengerichtet sind.
Fig. 2a zeigt eine Düse mit einem auswechselbaren Drallkörper ohne Mittelloch.
Fig. 2b zeigt einen Drallkörper für die Düse nach Fig. 2a mit einem Mittelloch.
Fig. 3 zeigt eine Exzenterdüse im Axialschnitt und im Querschnitt.
Fig. 4a zeigt eine Düse mit einem Prallteller.
Fig. 4b zeigt eine Düse mit zwei Pralltellern.
Fig. 5a zeigt eine Zweistoffdüse mit zentralem Gasstromauslaß.
Fig. 5b zeigt eine Zweistoffdüse mit ringförmigem Gasauslaß.
Fig. 6a zeigt eine Vorrichtung mit mehreren in gleicher Höhe nebeneinander angeordneten Düsen.
Fig. 6b zeigt eine Vorrichtung nach Fig.6a im Querschnitt.
Fig. 6c zeigt eine andere Vorrichtung nach Fig.6a#im Querschnitt.
Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung mit mehreren untereinander angeordneten Düsen.
Die Fig. 1a zeigt eine Vorrichtung von in einem Gasstrom 10 befindlichen Teilchen mit einem Rohr 12 konstanten Durchmessers, das von dem Gasstrom 10 durchströmt wird und in das ein Tröpfchenstrom 14 durch eine Flüssigkeitsleitung 16 eingeführt wird. Die Tröpfchen des Tröpfchen stroms 14 treffen mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 150 m/sec auf die Innenwand 18 des Rohrs 12 auf.
In das Rohr 12 tritt der Tröpfchenstrom 14 durch eine axial zum Rohr 12 ausgerichtete Düse 20 ein, die unter der Wirkung einer in der Flüssigkeitsleitung 16 befindlichen Pumpe 22 unter einem Druck von mindestens 15 bar steht.
Die in dem Gasstrom 10 befindlichen Teilchen werden von den Tröpfchen des Tröpfchenstroms 14 benetzt und von den Tröpfchen mitgenommen. Die Tröpfchen werden in einem Sammelbehälter 24 gesammelt, wo sie sich als Flüssigkeit 26 abscheiden. Diese Flüssigkeit 26 dient wieder zur Beschickung der Flüssigkeitsleitung 16 über die Pumpe 22.
Durch einen Feinsttröpfchenabscheider 28 tritt das Gas als Strom 30 aus dem Sammelbehälter 24 nach oben aus.
Die Vorrichtung nach Fig. 1b unterscheidet sich von der Vorrichtung nach Fig. 1a nur durch die andere Richtung des Gasstroms. Während bei der Vorrichtung nach Fig. 1a der Druck im Gasstrom erhöht wird, was in manchen Fällen sehr vorteilhaft sein kann, wird der Druck im Gasstrom bei der Vorrichtung nach Fig. Ib gemindert, was in anderen Fällen von besonderem Vorteil sein kann.
Soweit Ubereinstimmung besteht, sind in Fig. 1b die gleichen Bezugsziffern verwendet wie in Fig. 1a, und es kann daher insoweit auf die Beschreibung der Fig. 1a verwiesen werden.
Der Gasstrom 40 mit den in ihm befindlichen Teilchen tritt von oben in den Sammelbehälter ein und strömt durch das Rohr 12 nach oben als gereinigter Gasstrom 42 nach oben aus dem Rohr aus. Ein Feinsttröpfchenabscheider 44 ist oberhalb der Düse 20 in dem Rohr 12 angeordnet.
Von besonderer Wichtigkeit ist, daß die Tröpfchen mit hoher Geschwindigkeit auf die Innenfläche 18 des Rohrs 12 auftreffen, um dort zu zersprühen, weil dadurch der Abscheidewirkungsgrad verbessert wird. Hierbei kommt es besonders auf die Ausbildung der Düsen an.
Fig. 2a zeigt eine Düse 50 mit einem auswechselbar eingesetzten Drallkörper 52. Zwecks Auswechslung des Drallkörpers 52 ist die Düse mit einem Außengewinde 54 in ein Innengewinde 56 am Ende der Flüssigkeitsleitung 58, die der Flüssigkeitsleitung 16 nach Fig. la und ib entspricht, eingeschraubt.
Aus der Düse 50 treten die Tröpfchen in einem weitwinklig konisch begrenzten Bereich 60 aus (Hohlkegel).it einer solchen Düse wird das zu reinigende Gas zugleich gefördert.Die Förderwirkung kann man verbessern, wenn man gemäß Fig. 2b einen auswechselbaren Drallkörper 62 mit einem Mittelloch 64 verwendet; dann tritt ein Tröpfohenstrein 66 aus der Düse 50 in einem eng begrenzten, konischen Winkel in Axialrichtung der Düse aus (Vollkegel).
Die Düse 70 nach Fig. 3 ist eine Exzenterdüse, die auch dann eine einwandfreie Zerstäubung der durch die Flüssigkeitsleitung 72 zugeführten Flüssigkeit erlaubt, wenn die Flüssigkeit verschmutzt ist. In einem Drallraum 74 innerhalb der Exzenterdüse tritt die Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsleitung 72 tangential ein und wird somit in dem Drallraum 74 in Umlauf versetzt. Aus der unteren Düsenöffnung 76 der Exzenterdüse 70 treten die Tröpfchen in Form eines Hohlkegels mit weitem Öffeungswinkel von ungefähr 1600 aus.
Ist eine Verstopfungsgefahr durch die zugeführte Flüssigkeit besonders groß, kann gemäß Fig. 4a oder Fig. 4b eine einfache, konisch zulaufende Düse 80 verwendet werden, vor deren Mündung 82 ein konischer Prallteller 84 mit weitem Öffnungswinkel angeordnet ist oder vor deren Mündung 82 zwei solcher Prallteller 86, 88 angeordnet sind, von denen der der Mündung 82 zunächstliegende ein zentrales Loch 89 aufweist.
In beiden Ausführungsformen nach den Fig. 4a und 4b ist ein Kegelwinkel der Tröpfchen von nahezu 1800 möglich.
Bei der Ausflihrungsform nach Fig. 4b wird der Tröpfchen strom in Axialrichtung stärker aufgefächert als bei der Ausführungsform nach Fig. 4a.
Die Fig. 5a zeigt eine Zweistoffdüse 90, der ein gesonderter Gasstrom 94 durch eine zentrale Einsatzdüse 92 durch eine Gaszuführungsleitung 94 zugeführt wird. Die Flüssigkeit wird durch die Flüssigkeitszuführungsleitung 96 innerhalb der Düse 90 ringförmig um die Einsatzdüse 92 geführt. Bei dieser Ausführungs#orm geschieht die Auflösung der Flüssigkeit in feine Tröpfchen durch die Hilfsenergie des zusätzlichen Gasstroms, der beispielsweise durch Druckluft,unter Druck stehendem Ozon oder Druckdampf gebildet sein kann. Die aus der Düse 90 austretenden Tröpfchen 98 können bei Verwendung einer solchen Düse Durchmesser von 50 bis 150#um erhalten. Die zugeführte Flüssigkeit kann dabei sogar viskos sein.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5b wird in eine Zweistoffdüse 100 die Flüssigkeit durch eine Flüssigkeitsleitung 102 zentral zugeleitet, und zusätzliches Druckgas strömt in die Düse 100 durch eine Gaszuführungsleitung 104 ein und umgibt innerhalb der Düse 100 die Flüssigkeitsleitung 102 ringförmig. Bei dieser Ausführungsform ist der aus der Düse 100 austretende Tröpfchenstrom 106 in einem relativ engen Vollkegel konzentriert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind in dem Rohr 110 an einer gemeinsamen Flüssigkeitszuführungsleitung drei Düsen 114, 116, 118 nebeneinander angeordnet. Damit die aus den Düsen 114, 116, 118 austretenden Tröpfchen 124 alsbald mit hoher Geschwindigkeit auf Prallelemente auftreffen, befinden sich innerhalb des Rohrs 110 unterhalb und zwischen den Düsen 114, 116, 118 Prallplatten 120, 122. Bei zentral symmetrischer Anordnung der Düsen 113, 115, 117 auf einem Ring verlaufen Prallplatten 119, 121, 123 radial bis an das Rohr 110 und stoßen mit ihren radial inneren Kanten aneinander.
Ist eine Düse 125 im Zentrum eines Rings von Düsen 127, 129, 131 angeordnet, verlaufen Prallplatten 133, 135, 137 radial nach innen bis zu einem Rohr 139, auf dessen Achse die Düse 125 liegt.
Eine Anordnung, wie sie in den Fig.6a,b,c dargestellt ist, ist besonders bevorzugt bei sehr großen Gasströmen. Die Prallplatten werden so ausgelegt und angeordnet, daß die Auftreffgeschwindigkeit der Tröpfchen annähernd gleich ihrer Austrittsgeschwindigkeit aus den Düsen ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig.7, die für hohe Abscheidungswirkungsgrade geeignet ist, sind zwei Düsen 130, 132 hintereinander angeordnet. Das Gas wird in das Rohr 134 entsprechend Fig.1a in einem Strom 136 zugeführt. Um das Gas zu fördern, ist die Düse 132 in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Drallkörper versehen, wie er in Fig. 2b dargestellt ist, und die Düse 130 mit einem Drallkörper, wie er in Fig. 2a dargestellt ist.
- Patentansprüche: L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 81. Vorrichtung zum Abscheiden von in einem Gasstrom befindlichen Teilchen mit einem Rohr, das von dem Gasstrom durchströmt wird und in das ein Tröpfchenstrom eingeführt wird, dessen Tröpfchen eine Geschwindigkeit von 50 bis 150 m/sec.

haben,und auf dessen Innenwand wenigstens ein Teil der Tröpfchen auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß der Tröpfchenstrom (14) in das Rohr (12) durch mindestens eine Düse (20) eingeführt wird, die eingangsseitig unter einem Druck von mindestens 15 bar steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (20) axial zum Rohr (12) ausgerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (20) entgegengesetzt zum Gasstrom (40) gerichtet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Axialrichtung mehrere Düsen (130, 132) hintereinander angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (50,100) als Vollkegeldüse ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse als Hohlkegeldüse (50,70,80,90) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (50) einen auswechselbaren Drallkörper (52, 62) aufweist.
8. Vorrichtung nach Ansoruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Drallkörper (62) ein Mittelloch (64) befindet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (70) als Exzenterdüse ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich vor der Mündung der Düse (80) wenigstens ein -vorzugsweise konischer- Prallteller (84, 86, 88) befindet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Pralltellern (86, 88) alle Prallteller bis auf den der Düse (80) entferntesten ein Mittelloch (89) aufweisen.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (90, 100) als Zweistoffdüse ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Düsen (114, 116, 118; 113, 115, 11% 127, 129, 131) nebeneinander angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Düsen (113, 115, 117; 127, 129, 131) auf wenigstens einem Ring angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich auch im Zentrum des Rings eine Düse (125) befindet.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Rohr (110) vor den Düsen (114, 116, 118; 113, 115 117; 127, 129, 131) wenigstens eine Trennwand (120, 122; 119, 121, 123; 133, 135, 137,139) befindet, deren gedachte Verlängerung zwischen den Düsen verläuft.