Vorrichtung zur Entstaubung von Gasen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich. auf eine Vorrichtung zur Nassentstaubung von Gasen :
Das Ziel der Entstaubung kann d-abei sowohl ? darin bestehen, einen-Feststoff wegen seines Wertes aus dem Trägergas auszuscheiden, als auch. dari-dass der Feststoff aus hygienischen Gründen nicht in : die Aussenatmosphäre gelangen darf.
Der letzte Fall ist besonders bei industriellen An- lagen erforderlich, die in der NÏhe gr¯¯erer Siedlungen arbeiten,wobeiimallgemeinendieAnforde- rungen an den Wirkungsgrad der Entstaubungsanlage durch die Art des Staubes-beeinflusst werden.
Zahlreiche Bestrebungen mit dem Ziel einer optimalen Entstaubung eines gegebenen Gases--führten- zu einer grossen Zahl von Anlagen, die sich im wesent- lichen in folgendeGruppeneinordnenlassen:
Trockenverfahren (mechanisch)
Nassverfahren (mechanisch)
Elektrostatische Verfahren blbenetzte Metallfilter
Verbundverfahren.
Die jeweils einer besonderen Aufgabenstellung angepassten Vorrichtungen haben jedbeh-generell den Nachteil, dass sie für einen bestimmten Durchsatz aus- gelegt und daher bei variierendem Durchsatz entweder nicht voll ausgelastet oder berlastet sind. Im ersten Fall bedingt dies alle Nachteile unausgenützter Kapazität einer Attlage, das heisst einen zu hohen Aufwand an Raum, Energie und Wartung; im zweiten Fall der Überbelastung sinkt der Wirkungsgrad der Vorrichtung, das heisst, das-zu. verarbeitende Gas wird nicht mehr bis zu-dem verlangten Grad entstaubt.
Da in vielen Fällen eine mangelhafte Entstaubung unbedingt vermiederi-werderl-muss, beispieisweise bei radioaktiven Anteilen des Staubes, wird man inrprak- tischen Fall hÏufig eine solche ¯berdimensionierung der Entstaubungsanlage wählen, dass die Wirtschaft- lichkeit-des Verfahrens. durch unausgeniitzte Kapa- zität erheblich beeinträchtigt wird.
Die bekannten mechanischen Trockenverfahren, wie beispielsweise Staubkammern, eignen sich nur für gröbere Staubarten. Die ebenfalls-zu-dieser Gruppe gehörenden-Zyklone sind gleichfalls für entsprechend feine Staubarten nicht mehr ausreichend wirksam. Die Tuchfilter dagegen liegen in ihrer Abscheidungswirkung in einem ähnlichen Bereich wie Elektrofilter und Na¯entstauber.
Diese an sich wirksamen Abscheider der zuletzt erwähnten Gruppe besitzen jedoch durchwegs bestimmte Nachteile. Der Elektrofilter ist in seiner Anlage sehr aufwendig und die Gefahr von Explosionen bei Gegenwart von brennbaren Dämpfen und explosiblen Staubgemischen nur mit Schwierigkeiten auszuschalten. Tuchfilter verlegen sich durch Staubablagerung, wodurch die Saugwirkung zunehmend schwä- cher wird. Die bekannten Na¯entstauber wiederum weisen einen erheblichen Wasserverbrauch auf und besitzen gew¯hnlich bewegte Teile mit dadurch bedingtem Aufwand f r Wartung und Verschlei¯.
Ebenfalls bekannt sind Verbundverfahren, die beispielsweise unter Hintereinanderschaltung eines Zyklons und eines anschliessenden Nassentstaubers oder. Eilters aufgebaut werden. Naturgemäss wird dadurch der apparative Aufwand praktischverdoppelt, was kostenmässig wie hinsichtlich des Platzbedarfs nachteilig ist.
Gernäss einem bekannten-Verbundentstaubungs verfahren wird ein Zyklon als Vorabscheider verwen det, worauf in dem Luftstrom durch einen Ventilator Wasser zerstäubt wird und das zerstäubte-Wasser-zu- sammen mit dem restlichen Staub in einem Beruhi gungsraum-zum Absetzen gebracht wird :
Es ist auch eine Vorrichtung bekanntgeworden, die im wesentlichen aus einem Venturirohr besteht, in welches durch Düsen Wasser eingespritzt wird. Diese Anordnung neigt jedoch dazu, dass sich die Wasserdüsen besonders bei Rezirkulation des Wassers im Laufe des Betriebes verstopfen.
Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dal3 sich bei entsprechend hohem Staubgehalt der zu reinigenden Gase Schlammablagerungen an den Wänden der Anlage absetzen.
Die vorliegende Erfindung soll nun eine Vorrichtung ermöglichen, die diese Nachteile nicht besitzt, das heisst bei relativ geringen Anlage-, Wartungs-und Betriebskosten und relativ geringem Raumbedarf eine optimale Entstaubungswirkung erzielen lässt.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ist gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines rotierenden Gasstromes, Mittel zur Erzeugung kegelförmiger rotierender Wasserfilme, Mittel zur Vereinigung des rotierenden Gasstromes mit mindestens einem rotierenden Wasserfilm, wobei der rotierende Gasstrom mindestens einen Teil des Wassers aus mindestens einem rotierenden Wasserfilm versprüht, Mittel zur Ableitung des rotierenden, mit versprühtem Wasser gemischten Gasstromes, wobei der Strömungsquer- schnitt dieser Ableitungsmittel wenigstens an einer Stelle veränderlich ist, und durch Mittel zur Trennung von Gasstrom und versprühtem Wasser.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen in einer Ausführungsform beispielsweise näher erläutert werden. Dabei zeigen :
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Entstaubungsvorrichtung,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie A-A in Fig. 1,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Wasserrotation.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein spiralförmiges Luft einleitungsgehäuse 1, welches in Fig. 3 im Querschnitt nach A-A dargestellt ist. Die staubhaltige Luft strömt in dieses Gehäuse ein, wird durch die spiralförmige Bahn beschleunigt und tritt durch die Öffnung 2 aus dem Gehäuse aus. Oberhalb des Lufteinleitungsgehäuses ist ein ringförmiges Wasserbecken 3 angeordnet ; aus diesem ringförmigen Becken strömt ein kegelförmiger Wasserfilm zur Öffnung 2, wo die einströmende Luft den Wasserfilm mindestens teilweise versprüht. Um diese Mischzone herum ist ein zweites ringförmiges Wasserbecken 4 angeordnet ; auch aus diesem Wasserbecken tritt ein Wasserfilm nach innen in die Vorrichtung aus.
Wasser und Gas strömen nun nach unten in den Raum 5 zwischen dem als Venturirohr ausgebildeten Aussenmantel 7, und dem kegelförmigen Innenteil 6. Dieser Innenteil 6 kann gehoben und gesenkt werden, so dass die Spaltbreite der engsten Stelle zwischen Aussenmantel und Innenteil verändert werden kann.
Der Raum 5 erweitert sich nach unten, die Neigung des Aussenmantels 7 gegen die Senkrechte grösser ist als die Neigung des kegelförmigen Abschnittes des Innenteils 6. Schon in diesem sich erweiternden Teil des Raumes 5 wird ein Teil des versprühten Wassers und Staub an die Innenfläche des Aussenmantels 7 durch die Fliehkraft des rotierenden Stromes gedrängt. Der Aussenmantel 7 geht in seinem unteren Teil über einen zylindrischen Abschnitt 8 über den kegelförmig nach unten sich verjüngenden Abschnitt 9 in die Ablassöffnung 10 über. In der Zone des zylindrischen Abschnittes 8 ist die Trennung von Gas und Staub bzw. Wasser vollständig. Das schlammhaltige Wasser strömt durch die Öffnung 10 in die Schlammleitung (nicht gezeigt) und kann beispielsweise in einer Kläranlage aufgearbeitet werden.
Das gereinigte Gas strömt durch den Innenraum 11 nach oben. Gewöhnlich befindet sich an dieser Seite der Vorrichtung ein Exhaustor, der die Bewegung des Gases durch die gesamte Vorrichtung bewirkt.
Fig. 2 zeigt in vergrösserter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 1, wobei die gleichen Teile mit gleichen Vberweisungszahlen versehen sind.
In das obere ringförmige Wasserbecken 3 strömt Wasser durch die Zuleitungsöffnung 12 ein. Zweck- mässigerweise sind mehrere Zuleitungsöffnungen innerhalb des Beckens so angeordnet, dal3 sie injektor ähnliche Mündungen besitzen, die das Wasser gleichsinnig in das ringförmige Becken einspritzen. Dadurch entsteht ein in dem Becken 3 rotierender Wasserring mit konkaver, nach oben ansteigender Oberfläche.
Das zugeführte Wasser strömt über die Uberlaufkante 14 als rotierender Film 15 an der Innenfläche des Aussenmantels 7 nach unten, wenn die Strömungsgeschwindigkeit im Becken 3 und damit die entsprechende Fliehkraft gross genug ist.
Das aus dem Luftzuführungsraum 1 durch die Öffnung 2 strömende Gas stösst auf den an dieser Stelle frei vorbeiströmenden, als Rotationshohlkörper geformten Wasserfilm. Es entsteht ein turbulentes Mischfeld unter Zerreissen des Filmes und Mitreissen von versprühten Wasserteilen-durch den Gasstrom.
Der Drehsinn des Wasserfilmes kann dabei dem Drehsinn des Gasstromes gleich oder entgegengesetzt sein.
Gewöhnlich entsteht jedoch bei entgegengesetztem Drehsinn eine höhere Turbulenz und damit intensivere Verteilung des Wassers im Gas. Gleichzeitig strömt aus dem unteren ringförmigen Wasserbecken 4 ein zweiter rotierender Wasserfilm aus, der in analoger Weise zustande kommt wie der aus dem oberen Wasserbecken 3 austretende Film. Auch das ringförmige Wasserbecken 4 besitzt eine tlberlaufkante 17, die jedoch zweckmässigerweise ausserhalb des Turbulenzbereiches der Mündung von 2 liegt. Der Drehsinn des bei 17 austretenden Wasserfilmes 18 kann dem des Gasstromes entgegengesetzt oder ihm gleich sein und damit in gleicher oder entgegen gesetzter Rotation sein, wie der obere Film 15.
In der Zone des Zusammentreffens (Agglomerationszone) von Gasstrom und oberem Wasserfilm 15 wird auch der untere Wasserfilm 18 ebenfalls teilweise versprüht.
Wasser und Gas strömen nun durch den engsten Teil 19 (Ringspalt). Die Entstaubungswirkung und Leistung der gesamten Vorrichtung hängt wesentlich von den Bedingungen in diesem Ringspalt ab. Es ist ohne weiteres einzusehen, dass bei variierender Gasmenge die Intensität und Homogenität der Gas-Wasser Mischung verändert wird. Da anderseits eine gleichbleibende Gesamtwirkung anzustreben ist, muss die Breite dieses Ringspaltes der Gasmenge angepasst werden. Dies geschieht nun durch Senken oder Heben des Innenteils oder Rohres 6. Die Stellung des Innenteils 6 und damit die Breite der Ringspalte kann durch bekannte Mittel mechanischer, elektrischer oder pneumatischer Art während des Betriebs verändert werden, was vorzugsweise über eine selbsttätige Regeleinrichtung in Abhängigkeit vom Gasdurchsatz (Staudruck) geschehen kann.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Spiralgehäuse 1 mit der Offnung 21, durch welche die Luft eintritt. Das Gehäuse weist eine doppelte Wand 20 auf.
Fig. 4 zeigt schliesslich in schematischer Darstellung eine beispielsweise Regulierung der Strömungsverhältnisse in den ringförmigen Wasserbecken 3 und 4. In diesem Beispiel wird das Wasser durch zwei gleichsinnig mündende Offnungen eingeführt und teilweise durch eine gleichsinnig austretende, das heisst im entgegen dem Drehsinn mündende Offnung abgeführt. Das abgeführte Wasser wird beispielsweise durch eine Kreiselpumpe beschleunigt und wieder durch eine der beiden anderen Offnungen eingeführt.
Beim Betrieb der beschriebenen Anlage ist es zweckmässig, das schlammhaltige Abwasser nur grob abzuscheiden und die überstehende Suspension zu rezirkulieren. Dies ist nicht nur im Sinne der Wirtschaftlichkeit des Wasserverbrauches günstig, sondern verbessert unter Umständen auch die Abscheidungswirkung der Anlage. Ob diese Wirkungsverbesserung auf der relativ höheren Dichte des staubhaltigen Wassers und/oder auf einer Veränderung der Ober flächenspannung des Wassers durch die suspendierten und zum Teil gelösten Feststoffe beruht, ist dabei 'nicht eindeutig zu klären und teilweise von der Zusammensetzung des abgeschiedenen Staubes abhängig.
Durch die beschriebene Anordnung lässt sich ein bekannter Effekt in überraschend einfacher Weise in einer neuen Anordnung verwenden. Dieser bekannte Effekt ist der sogenannte Mitschleppeffekt , der sich beispielsweise darin zeigt, dass der Entstaubungsgrad bei einem gegebenen Zyklon mit zunehmendem Staubgehalt steigt. Bei entsprechend hohem Staubgehalt können auch von schwierig abzuscheidenden Staubarten mit mässigen bis schlechten Zyklonen bemerkenswert hohe Prozentsätze ausgeschieden werden.
Die versprühte Flüssigkeit wirkt in ähnlicher Weise wie ein hoher Staubgehalt, indem sie den Staub mitreisst, wobei noch zusätzlich eine Verbesserung der Wirkung durch Benetzungseffekte erzielt werden kann.
Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht die Abscheidung ungewollter technischer Staubarten, wie sie als Verschleiss-und Verarbeitungsstaub, Abfall-und Feuerungsstaub auftreten, ebenso wie die, die bei der Verarbeitung von staubförmigen Massengütern, bei Vermahlungs-und Zerstäubungsprozessen auftreten.
Dabei ist es ohne wesentliche Bedeutung, ob die Staubabscheidung zur Wiedergewinnung eines wertvollen Staubes, beispielsweise von Metalloxyden aus Ofenabgasen (Hochofengichtgas, Blei-und Zinnschmelzöfen, Siemens-Martin-Ofen, Lichtbogenöfen, Kiesröstöfen oder Blenderöstöfen), zur Verminderung der oft einige Prozent der Gesamtmenge betragenden Staubverluste vorgenommen wird, oder ob eine aus hygienischen Gründen zu fordernde Entstaubung von Abgasen vorgenommen wird.
Durch die Rezirkulation des Wassers wird es anderseits möglich, den effektiven Wasserverbrauch praktisch auf den Ersatz des-verdampften Wassers durch neues Wasser zu beschränken.
Der Wasserzusatz an der'Uberlaufkante kann entsprechend den Betriebsbedingungen variiert werden.
Gute Abscheidungsleitungen wurden mit einem Zusatz von etwa 1, 5 kg Wasser pro Nm3 Gas erzielt. In der Anwendung der beschriebenen Vorrichtung gemäss der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform auf die Abgase von Elektrostahlöfen mit einem Staubgehalt von etwa 10 000 mg Staub/Nm3 Gas mit Staubpartikeln bis zu einer Abmessung von 0, 2 Mikron enthielt das den Entstauber verlassende Gas noch 200mg/Nm3 Staub, was einem Wirkungsgrad von 0, 98 bei 600 mm entsprach. Bei Erhöhung des Wasserzusatzes lässt sich die Abscheidungswirkung ebenso erhöhen wie durch entsprechende Verände- rung des Druckgefälles bzw. der Druckdifferenz.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann aus Metall oder Nichtmetall hergestellt werden. Besonders für Abgase mit einem Gehalt an chemisch agressiven Substanzen, wie SO3, kann es vorteilhaft sein, die Anlage entweder aus einem geeigneten Polymer, wie Polyvinylchlorid, Polyäthylen oder dergleichen, herzustellen oder bei Verwendung eines metallischen Werkstoffes mit einer Schicht eines solchen Stoffes auszukleiden.
Gegenüber einer früheren Konstruktion ähnlicher Art unterscheidet sich die beschriebene Vorrichtung vorteilhaft dadurch, dass eine Verunreinigung der Vorrichtung oberhalb des Diffusors ausgeschlossen ist ; ein weiterer Vorteil gegenüber dieser früheren Konstruktion ist dadurch bedingt, dass bei der beschriebenen Konstruktion der Querschnitt des Rohres an der Stelle, wo das vom Wasser getrennte, gereinigte Gas in das Rohr eintritt und darauf in die Atmo sphäre gelant, erweitert ist, so dass eine geringe Beschleunigung des Gases bei gleichbleibender Durchtrittsmenge gewährleistet ist. Dadurch wird ein Mitreissen von Wasser durch das entweichende Gas praktisch ausgeschlossen.