CH629972A5 - Static scrubber and/or cooler for gases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen statischen Wäscher und/oder Kühler für Gase, im folgenden kurz «Wäscher» bezeichnet, gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. Ein Wäscher der genannten Art ist beispielsweise gezeigt in Fig. 14 des Aufsatzes «Wet Scrubbers, a special report», der in der Zeitschrift «Pollution Engineering» Mai 1974, S. 33-43, erschienen ist.

Bei der bekannten Anordnung tritt das Gas in einen nach oben abgeschlossenen äusseren Ringraum zwischen Gefass und Einsatz ein und fliesst im Gleichstrom mit aus über den Umfang verteilten Düsen einströmender Waschflüssigkeit in diesem Raum nach unten; nach Durchströmen einer den Ringraum nach unten abschliessenden, verengten Ringdüse wird das Gas dann unter Mitreissen von Waschflüssigkeit auf der Oberfläche dieser Flüssigkeit umgelenkt und der tropfenbeladene Gasstrom strömt in dem Einsatz nach oben. Dessen Innenraum ist an der Oberseite durch einen Ring von Drallschaufeln in einen verengten Strömungsweg abgeschlossen, in dem das Gas beschleunigt und durch die Schaufeln in eine Zirkulationsströmung versetzt wird; diese bewirkt eine Abscheidung der mitgerissenen Waschflüssigkeit, die gesammelt und über die erwähnten Düsen in den Ringraum zurückgeführt wird. Das zu waschende oder zu kühlende Gas kommt hierbei praktisch nur bei der Umlen-kung auf den Flüssigkeitsspiegel in innigen Kontakt mit der Flüssigkeit; der Wasch- oder Kühleffekt ist daher relativ gering. Weiterhin ergeben die zweimaligen beträchtlichen Verengungen des Strömungsweges einen erheblichen Druckabfall für die Gase. Ausserdem können die erwähnten Düsen verstopfen.

Gegenüber dieser bekannten Konstruktion besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe daher darin, den Wascheffekt zu verbessern, den Druckverlust in dem Wäscher zu verringern und allen seinen Teilen eine möglichst einfache geometrische Form zu geben, um seine Herstellung aus keramischem Werkstoff, d.h. seinen Aufbau beispielsweise als Mauerwerk, zu ermöglichen; der Aufbau aus korrosionsbeständigem Mauerwerk ist beispielsweise geboten, wenn die Waschflüssigkeit durch die den Gasen entzogenen

Verunreinigungen stark korrosiv wird, und die Gase eine die Verwendung von Kunststoffen nichtzulassende hohe Temperatur haben. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen.

Bei der erfindungsgemässen Konstruktion wird den Gasen eine die Flüssigkeitsabscheidung bewirkende Drallströmung bereits beim Eintritt in den Innenraum des Einsatzes - und nicht erst beim Austritt aus diesem - aufgezwungen; das Gas durchsetzt die Waschflüssigkeit daher mehrfach, wobei den Wascheffekt begünstigende, nach Grösse und Richtung verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten zwischen Gas und Flüssigkeit vorhanden sind. Ein erster Kontakt erfolgt wie bei dem bekannten Wäscher bei der Umlenkung an der Flüssigkeit; da die Flüssigkeit bereits im Innenraum des Einsatzes abgeschieden wird, strömt sie an der Innenwand derselben abwärts und bildet an seinem unteren Rand einen filmartigen Vorhang, durch den die Gase ein zweites Mal gewaschen bzw. gekühlt werden. Die bei der Umlenkung mitgerissenen Tropfen bilden schliesslich in ihrer Gesamtheit im Innenraum des Einsatzes einen hyper-boloid- bzw. doppelkegelartigen Flüssigkeitskörper, den die Gaspartikel auf ihrem Weg zu dem Gasaustritt durchströmen müssen, wodurch sie ein drittes Mal mit der Flüssigkeit in Kontakt treten. Auf diese Weise entsteht ein mehrfacher Wascheffekt.

Da die relativ starke Verengung der Gasströmung in den Drallschaufeln am Ende des Einsatzes entfallt, ist der Druckabfall in dem neuen Wäscher gering.

Schliesslich erlaubt die einfache Form des Einsatzes eine Herstellung beispielsweise als Mauerwerk, wobei die Leitelemente als gemauerte Abstützung eines ebenfalls gemauerten Einsatzes dienen können. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, den Wäscher aus Metall oder aus unter Umständen faserverstärktem Kunststoff herzustellen.

Die Leitelemente können eben oder gekrümmt ausgebildet sein; ebene Elemente bilden mit der Tangente an den Mantel des Einsatzes beispielsweise Winkel zwischen 20-70 °C. Diese können sowohl positiv als auch negativ sein. Bei kleineren Winkeln wird der Durchsatz zu gering bzw. der Druckabfall zu gross, während grössere Winkel in Richtung auf eine radiale Stellung den durch diese Elemente erzeugten Drall und damit die Abscheidung der Tropfen im Innenraum des Einsatzes entscheidend verschlechtern. Auch bei gekrümmten Elementen ist der Austritt der Strömung aus den Elementen daher immer so gerichtet, dass ein für die Tropfenabscheidung ausreichender Drall entsteht.

Um bei wechselnden Gasdurchsätzen eine gleichbleibende Wirkung zu erzielen, ist es vorteilhaft, den Druckabfall möglichst konstant zu halten; dafür bietet sich in einfacher Weise - beispielsweise durch Heben und Senken des Zylindereinsatzes und/oder des Wasserspiegels - eine Veränderung des Abstandes zwischen dem unteren Rand des Einsatzes und dem Spiegel der ruhenden Flüssigkeit an. Die Konstanz des Druckabfalls lässt sich dabei beispielsweise selbsttätig erreichen, wenn der Einsatz über eine druckelastische Membran höhenverstellbar in dem Gefass aufgehängt ist. Eine andere Möglichkeit für die Änderung des Druckabfalls liegt in der Verstellung der Leitelemente innerhalb des angegebenen Winkelbereichs.

Ein weiterer Vorteil des Wäschers besteht darin, dass keine Gefahr der Verstopfung gegeben ist, da weder gas- noch flüssigkeitsseitig dafür anfällige Teile vorhanden sind. Eine verstärkte Verwendung findet der Wäscher als Vorwäscher für mit feinen Stäuben belastete Gase; in ihm werden dabei sowohl der grösste Teil der Schadstoffe zurückgehalten, als auch die Gase gegebenenfalls soweit abgekühlt, dass ein nachfolgender, im allgemeinen komplizierterer und störanfälligerer Feinwäscher gewichtsmässig nur mit einem

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Bruchteil der Schadstoffe belastet und nur von auf ein für ihn unschädliches Temperaturniveau abgekühlten Gasen beaufschlagt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch in einem Längsschnitt eine erste Ausführungsform des neuen Wäschers;

Fig. 2 ist ein Schnitt II-II von Fig. 1;

Fig. 3 und 4 schliesslich geben in gleicher Darstellung wie Fig. 1 zwei Varianten der ersten Ausführungsform wieder.

Den äusseren Mantel des neuen Wäschers, der aus Metall, das gegebenenfalls mit einer korrosionshindernden Schicht beschichtet sein kann, Mauerwerk oder Kunststoff gefertigt ist, bildet ein vertikal aufgestelltes Gefäss 1 (Fig. 1); dieses hat einen tangential in einen Ringraum 2 einmündenden Gaseintritt 3, der in einem Flansch 4 für den Anschluss einer nichtdargestellten Zuführleitung für die Gase endet. Der zylindrische Mantel des Gefasses 1 steht auf einem trichterförmigen Boden 5, an dessen tiefstem Punkt ein Ablassstutzen 6 für die Waschflüssigkeit 7 angeordnet ist. Die Öffnung des Stutzens 6 ist überbrückt durch eine stegartige Schikane 8, die dazu dient, den infolge der erfindungsgemäss angeordneten Leitelemente 9 entstehenden Wirbel der Flüssigkeit vor dieser Öffnung zu brechen. Wird die Schikane 8 als haubenartige Abdeckung, beispielsweise kegelförmig, ausgebildet, so erfolgt im von der Abdeckung abgeschirmten Bereich bereits eine Grobsedimentation der Feststoff-Verunreinigungen.

Im Gefäss 1 ist konzentrisch ein Zylindereinsatz 10 vorhanden, der den Ringraum 2 von dem Innenraum 11 trennt; den Raum 11 verbindet ein zentral angeordneter Gasaustritt 12 mit einer ebenfalls nichtdargestellten Wegführleitung für die Gase, die an einen Flansch 13 angeschlossen wird.

Erfindungsgemäss sind am unteren Rand des Einsatzes 10 die Leitelemente 9 angeordnet; sie sind in Zapfen 14 gehalten, die zum einen in einem Ringflansch 15 am unteren Ende des Einsatzes 10 und zum anderen in einer am Boden 5 befestigten Abstützung 16 gelagert sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind die Leitelemente 9 in ihrer Winkelstellung verstellbar ausgebildet, um zum einen den in dem Wäscher erzeugten Druckabfall -beispielsweise bei variierenden Gasmengen - und zum anderen den Grad der Tropfenabscheidung im Innenraum 11 verändern zu können. Eine Öffnung der Schaufeln in Richtung auf ihre radiale Stellung erniedrigt dabei den Druckabfall und verringert gleichzeitig die Tropfenabscheidung und umgekehrt.

Die Verstellung der Leitelemente 9 erfolgt mit Hilfe eines drehbaren Verstellringes 17, mit dem die Elemente 9 über in schlitzförmigen Löchern gelagerten Drehzapfen 18 verbunden sind. Die Drehung des Rings 17 wird mit Hilfe einer Zahnstange 19, in die eine Schnecke 20 eingreift, verwirklicht; die Schnecke 20 ihrerseits wird durch ein Handrad 21 über eine nach aussen führende in einer rohrförmigen Durchführung 22 abgedichtete Stange 23 betätigt.

Im Ruhezustand tauchen die Elemente 9 in der Darstellung zu etwa 2/3 in die Waschflüssigkeit 7, die beispielsweise Wasser ist, ein; die Flüssigkeit kann durch eine nichtdarge-stellte Speiseleitung eingespeist werden. Es ist jedoch auch möglich, die Flüssigkeitsmenge im Gefass 1 zu verändern, um den Druckabfall zu variieren, und dabei beispielsweise den Spiegel der Flüssigkeit 7 bis zu einem Eintauchen des Einsatzes 11 zu heben. Diese Art der Regulierung, die relativ träge ist, eignet sich besonders für Wäscher der konstruktiv einfachsten Art - beispielsweise aus Mauerwerk -, bei denen weder verstellbare Leitelemente 9, noch eine der nachfolgend beschriebenen Möglichkeiten des Hebens und Senkens des Einsatzes 10 gegeben sind, sondern die Anordnung der einzelnen Elemente zueinander unveränderbar fixiert ist.

Bei dem Wäscher nach Fig. 3 erfolgt eine Regelung des Druckabfalls durch Heben und Senken des Einsatzes 10. Als Stellelemente dienen dafür hydraulische Servomotoren 25, die über durch den Deckel des Gefasses 1 geführte und dort abgedichtete Stangen 26 am Einsatz 10 angreifen; dieser ist dabei in seinem oberen Bereich zweigeteilt, wobei der untere Teil 10a auf einem am Deckel des Gefasses 1 festen oberen Teil 10b geringeren Durchmessers gleitend verschiebbar ist. Die Verstellung der Servomotoren 25 erfolgt in Abhängigkeit eines über eine Signalleitung 27 zugeführten Stellsignals; dieses ist das Ausgangssignal eines Reglers 28, dessen Eingangssignale über Signalleitungen 29 und 30 von Druckfühlern 31 und 32 in den Räumen 2 und 11 gegeben werden. Im Regler 28 wird dabei das Differenzsignal aus den beiden Eingangssignalen gebildet und mit einem Sollwert verglichen; bei Abweichungen von diesem Sollwert gibt der Regler ein Stellsignal auf die Servomotoren 25. Falls erforderlich, ist am Regler 28 eine Verstellung für den Sollwert der Druckdifferenz möglich.

Selbstverständlich kann bei diesem Wäscher die im Beispiel 1 gezeigte Verstellbarkeit der Leitelemente entfallen; diese werden allenfalls zur Erreichung eines bestimmten Grades der Tropfenabscheidung anfangs in einem vorgegebenen Winkel zu dem Umfang des Einsatzes 10 eingestellt.

Eine Möglichkeit für eine selbsttätige Konstanthaltung des Druckabfalls gibt Fig. 4 wieder. Auch bei diesem Wäscher sind die Leitelemente 9 fest eingestellt.

Der Einsatz 10 ist wiederum zweigeteilt, wobei der untere Teil 10a über eine elastische Membran 35 am Mantel des Gefasses 1 gehalten ist; zusätzlich hat diese Aufhängung Dämpfungselemente 36 zur Dämpfung der Membranschwingungen. Die Elemente 36 bestehen aus mit Drosselöffnungen 37 versehenen Hydraulikkolben 38, die in Flüssigkeit gefüllten Zylindern angeordnet sind. Die die Kolben 38 mit dem Einsatzteil 10a verbindenden Kolbenstangen 40 tragen offene Schalen 41, in denen Schüttgut 42, beispielsweise Sand, gelagert werden kann. Durch Veränderung der Schüttgutmenge ist es möglich, das Gewicht des beweglichen Ein-satzteiles 10a zu verändern und auf diese Weise den Solldruckabfall, der durch die Membran 35 konstant gehalten wird, zu variieren.

Während die Unterseite der Membran 35 vom Druck im Ringraum 2 beaufschlagt ist, lastet auf ihrer Oberseite lediglich der geringere Druck des Innenraums 11, der durch Öffnungen 43 im Einsatzteil 10b auf die Oberseite der Membran 35 übertragen wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt; wie mehrfach erwähnt, ist es ebenfalls möglich, im einfachsten Fall den neuen Wäscher sowohl mit in ihrer Winkelstellung fixierten Leitelementen 9 als auch mit einem in der Höhe unveränderbaren Einsatz 10 auszubilden. Weiterhin kann bei allen Ausführungsbeispielen des neuen Wäschers im Raum 2 in bekannter Weise ein elektrisches Feld vorgesehen sein, das die zu reinigenden Gase durchsetzt, wobei die Verunreinigungen zum Teil aufgeladen werden ; dadurch kann ihre Abscheidung beim anschliessenden Durchströmen der Waschflüssigkeit verbessert werden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Statischer Wäscher und/oder Kühler für Gase zum Auswaschen von in den Gasen enthaltenen Schwebestoffen und Gasanteilen und/oder zur Abkühlung der Gase, bestehend aus einem teilweise mit Flüssigkeit gefüllten zylindrischen Gefâss mit einem oder mehreren Gaseintritten und ferner aus einem, in dem Gefass konzentrisch angeordneten, hohlen Einsatz, dessen Unterkante mindestens bis nahe an den ruhenden Flüssigkeitsspiegel heranreicht, und dessen Innenraum mit einem Gasaustritt in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Rand des Einsatzes (10; 10a) einen Kranz drallerzeugender Leitelemente (9) für die Gasströmung trägt, die mindestens teilweise in die ruhende Flüssigkeit (7) eintauchen.

2. Wäscher und/oder Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Leitelemente (9) verstellbar ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Wäscher und/oder Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des unteren Randes des Einsatzes (10,10a) zu dem Spiegel der ruhenden Flüssigkeit (7) veränderbar ist.

4. Wäscher und/oder Kühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (10a) über eine druckelastische Membran (35) höhenverstellbar in dem Gefass (1) aufgehängt ist.