DD158742A1 - Vorrichtung zum abscheiden fester und fluessiger teilchen aus druckgasstroemen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden fester und fluessiger Teilchen aus Druckgasstroemen, wobei in einem Druckgasbehaelter zwei Wirkungsraeume mit integriert verschalteten Abscheideeinrichtungen und einem Sumpf angeordnet sind. Durch die Vorrichtung soll ein hoher Abscheidegrad erreicht werden, die durch eine kombinierte Ausnutzung der Traegheits-, Zentrifugal- und Schwerkrafteffekte sowie der auf Molekularkraeften beruhenden Tropfenkoaleszenz feste und insbesondere fluessige Teilchen sicher aus einem unter hohen und mittleren Druecken stehenden Gasstrom entfernt, ohne dass der Belastungsbereich eingegrenzt wird und/oder zusaetzliche Abscheideeinrichtungen nachzuschalten sind. Dies wird dadurch erreicht, dass im Gaseintrittsstutzen des Druckbehaelters ein Drahtgitter sowie im ersten Raum zwei waagerecht angeordnete, in Drallrichtung ueberlappend versetzte Rohrhaelften und im zweiten Raum ein Umlenkgitter angeordnet sind.

Description

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Titel der Erfindung

Torriohtung zum Abscheiden fester and flüssiger Teilchen aus Druckgasströmen

Anwendung der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden fester und flüssiger Teilchen aus Druckgasströmen. Die Vorrichtung ist far solche Verfahren vorteilhaft einzusetzen, bei denen Flüssigkeiten und Feststoffe entfernt werden müssen, um Korrosion, Erosion, Verschmutzung nachfolgender Einrichtungen oder um ökonomische Nachteile durch den Verlust hochwertiger Komponenten- zu verhindern. Während die Feststoffe meist aus verschmutzten und verschleißenden Rohrleitungssystemen resultieren, treten Flüssig- Sntrainments und Kondensate prozeßberechtigt bei der Gas- und Abgasaufbereitung auf.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Ss werden verschiedene Abscheidertypen als Vorrichtungen zum Abscheiden fester and flüssiger Bestandteile aus Gasen verwendet, deren Wirkungsprinzip auf den unterschiedlichen Trägheits- und Zentrifugalkräften von Gasen gegenüber festen und flüssigen Bestandteilen beruht. Es sind im wesentlichen Zyklone, Mol ti Zyklone, Wirbelkamniern, Umlenkgitter mit und ohne Fangtaschen, Drahtgestricke oder Filter, die alle einen guten Abscheideeffekt für spezielle Anwendungsgebiete aufweisen. Druck, Temperatur, Gasdurchsatz, Teilchenkonzentration im Gas, Teilchengrößensp ektrum und geforderte Reinheitsparameter bestimmen die einzusetzenden Abscheidevorrichtung. Zyklon-, Drahtgestrick- und Füllkörper- Abscheider arbeiten nur im Belastungsbereich 1 t 3 zufriedenstellend. Drahtgestrick-, Füllkörper- und Filter- Abscheider sind Feinabschei-

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dertypen and für hohe Flussigkeitsbeladangen angeeignet. Wirbelkammern, Umlenkgitter and ^jrklonabscheider erreichen nicht die erforderlichen Reinheitsgrade. Eine Aggregation der verschiedenen !typen ist mit kostenintensiven Druckgefäßen eine nur in Ausnahmefällen ökonomisch zu rechtfertigende !Lösung. Kombinationsabscheider mit z.B. Zyklon- Drahtgestrick oder Zyklon- Umlenkgitter- Einbauten sind bekannt, im Einsatz sind auch Abscheider mit koaleszierend wirkenden Winkelblech- Einbauten, bei denen die vergrößerten Tropfen der Schwerkraftabseheidung unterliegen, bevor das Aerosol nooh ein Drahtgestrick oder Uralenkgitter durchströmt. Nachteilig wirkt sich bei diesen Abscheidertypen ein hohes Entrainment vom Primär- zum Sekundärabscheiderteil und eine ungenügende Hüssigkeitsdrainage aus dem Sekundärabs ehe id erteil aus, da die Druckverluste zwischen primären und sekundärem Teil nicht berücksichtigt werden und die strömungstechnischen Einsatzbereiche beider Abscheiderteile unzureichend aufeinander abgestimmt sind. Mit diesen Abscheidern gelang es nicht, die erforderliche Gasreinheit zu erreichen, wenn die Flüssigkeitskonzentratiom größer als 10 g je Hormkubikmeter Gas war.

Es ist auch bekannt, in einem Druckbehälter zwei V/irkungsräume mit integriert verschalteten Abscheideeinrichtungen anzuordnen.

So erfolgt eine Verschaltung von Drahtgitter und geteilten Rohrhälften mit einem Sumpfraum (DE- AS 1607 660) oder von Prallplatte in einem ersten Raum sowie iDropfeinbildungssohicht und Umlenkgitter in einem zweiten Raum, wobei die Räume über eine Öffnung und eine Sumpfleitung verbunden sind (DD- PS 88 936).

Mit den bekannten Torrichtungen ist es nicht möglich, wirtschaftliche Strömungsgeschwindigkeiten bei mittleren und hohen Drücken zu realisieren, wenn die FLüsslgkeitskonzentratlonen im Gas am Abscheidereintritt über 10 g mi liegen und der erforderliche Abscheidegrad über 99 % für Tropfengrößen dmi£.1© qm betragen muß. Der Betriebsbereich wird duroh einen minimalen und maximalen Yolumenstrom des Gases als Belastungsgrenzen eingeschränkt. Selbst unter diesen

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gasseitig optimalen Einsatzbedingungen wird keine ausreichende Abscheidung bei hoher ilUssigkeitsbeladung erreicht.

Ziel der Brfindang

Ziel der Erfindung ist es, eine Abscheidevorrichtung zu schaffen, die diese o.g. Nachteile nicht aufweist und Flüssigkeiten in hoher Konzentration selbst bei gleichzeitig auftretenden Feststoffpartikeln in geringer Konzentration in einem breiten Betriebsbereich mit hoher Effektivität aus einer Gasströmung insbesondere unter hohen und mittleren Drücken entfernt. Unabhängig von der Flüssigkeitseintrittskonzentration ist eine für die Abscheidevorrichtung spezifische Austrittskonzentration im Flüssig- Aerosol nicht zu überschreiten.

Darlegung des Wesens dar Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit hohem Abscheidegrad zu konzipieren, die durch eine kombinierte Ausnutzung der Trägheits- Zentrifugal- und Schwerkrafteffekte sowie der auf Molekularkräften beruhenden CSropfenkoaleszens feste und insbesondere flüssige Teilchen sicher aus einem unter hohen und mittleren Drücken stehenden Gasstrom entfernt, ohne daß der Belastungsbereich eingegrenzt wird und/oder zusätzliche AVscheideeinrichtungen nachzusehalten sind. Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß im Gaseintrittsstutzeh des Druckbehälters ein Dralllgitter sowie im ersten Raum zwei waagerecht angeordnete, in Drallrichtung überlappend versetzte Rohrhälften und im zweiten Raum ein Umlenkgitter angeordnet ist. Das Drallgitter ist als ein unverwundenes Turbinenleitgitterprofil ausgebildet, wobei das Schaufelprofil einen Abströmwinkel Ci= 16° aufweist. Das Drallgitter weist eine Strömungsnabe auf, wobei der Durchmesser der Strömungsnabe 0,4 bis 0,5- fache des Durchmessers des Gaseintrittsstutzens beträgt. Das Umlenkgitter weist Fängtaschen auf, unter denen Ablaufrinnen gleichen Druckniveaus angeordnet sind, die in einem Raum münden, der über eine Ablauföffnung mit einem Sumpf verbunden ist. Der Sumpf des ersten Raumes ist mit dem Sumpf des zweiten. Raumes verbunden und gegen diesen mit einem Flüssigkeitsverschluß; versehen oder Sumpf des ersten und des zweiten Raumes

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ist gesondert abgeleitet.

Der Betriebsbereich der erfindungsgemäßen Torrichtung wird; nur duroheine maximale, nicht durch eine minimale Gasbelastung eingegrenzt» Mit der Anwendung der Erfindung wird ermöglicht:, aus unter Druck stehenden Gasströmen Fliissigkeitskonzentrationen von 10 - 100 g m ohne Abscheideraggregation und ohne Einschränkung des Betriebsbereiches auf Restgehalte von 10 -500 mg m, zu reduzieren.

:Ausführungsbeispiel

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt: _?:_:;;

Flg. 1: einen Schnitt der Torrichtung im Prinzip --^-^ ·.;._;;?;.;-:

Fig. 2: einen Schnitt des Turbinenleitgitterprofils Fig. 3: einen Schnitt der Rohrhälften Fig. 4: das Umlenkgitter im Prinzip

Fig. 5: das Schaubild für den erreichten Wirkungsgrad der Torrichtung bezogen auf die Torrichtungen zum Stand der Technik.

Im Gaseintrittsstutzen 1 des Druckbehälters 2 ist das unverwundene Turbinenleitgitterprofil 4 als Drallgitter 3 angeordnet, dessen Febendurchmesser dw und Abströ'mwinkel im Zusammenhang mit den technologischen Parametern Tolumenstrom, und. Druck wesentlichen Einfluß; auf das Terhältnis der axialen zur radialen Geschwindigkeitskomponente, d.h. auf den Abscheidegrad haben. Über Stutzen 5 erfolgt die Flüssigkeitsdrainage des ersten Raumes 15 in den gemeinsamen Sumpf 6. Das Gas strömt über zwei waagerecht angeordnete, in Drallrichtung überlappend versetzte Rohrhalbschalen 7 in das Umlenkgitter 8, wobei die Rohrhalbxchalen 7 ein Zurückfallen der Teilchen in die Gasströmung verhindern, die bei Erreichen der Rohrhalbschalen T einen Abstand von der Behälterachse a 0,5 dahaben und sich oberhalb der Projektionsfläche der Rohrhalbschalen 7 befinden. Im zweiten Raum 16 befindet sich das Umlenkgitter 8, das aus parallel zueinander angeordneten Winkelblechen 9 im Winkel f- 45° zur Strömungsrichtung besteht. Unter den Fangtasohen 10 gleichen Druckniveaus münden Ablaufrinnen 11 in den Raum 17, der

Über Ablaufrohr 12 mit dem Sumpf 6 verbunden ist. Während. das gereinigte Gas über Stutzen 13 aus der Vorrichtung strömt, wird die abgetrennte Flüssigkeit über Stutzen 14 ausgeschleust.

Es ist jedoch auch möglich, über den Stutzen 5 und den Stutzen 14 die abgetrennte Flüssigkeit auszuschleusen. Die Wirkungsweise ist folgende;

Beim Eintritt des Druokgasstroraes in den Druckbehälter 2 werden dem strömenden Gas durch das Turbinenleitgitterprofil 4 des Drallgitters 3 stark gekrümmte Stromlinien aufgezwungen. Die vom Gas getragenen Aerosolpartikel folgen diesen Richtungsänderungen auf Grund der größeren Massenträgheit nur mit einer Verzögerung, die zur Ablagerung der Partikel an der Hohlseite des: Profils 4 führt. Durch die Reibung zwischen Gas und abgeschiedenen Partikeln gelangen diese in Form eines Flüssigkeitsfilmes mit teilweisen geringen Feststoffeinlagerungen an die Hinterkante des Profil 4 und werden dort durch die Form des Profils 4 und des Abströmwinkel als vergrößerte Tropfen rückzerstäubt. Der Besohleunigungsvorgang der !Tropfen von der Anfangsgeschwindigkeit lull auf die Gasgeschwindigkeit erfordert eine Zeit t, die mit anwachsendem Tropfendurchmesser zunimmt. Dabei stoßen sie mit kleineren, vom Profil 4 nicht e-rfaßten und dadurch mit Gasgeschwindigkeit strömenden Tropfen zusammen und koagulieren. Durch diese Koagulation und Koaleszenz werden die so mit größerer Masse versehenen Tropfen im ersten Raum 15 der Vorrichtung abgeschieden. Mit den versetzten Rohr halb se hai en 7 wird, ein Entrainment aller Tropfen verhindert, die aus der oberen Hälfte des Raumes in den Sumpf fallen. Der entgegen der Drallrichtung ausgeführte Versatz bewirkt einen zusätzlichen Trägheitseffekt.

Ist der Prozeß der Vorabscheidung vor allem großer Flüssigkeitsmengen und geringer Festste ff bela.dungen im Raum 15 beendet, wird mit dem im Eintritt in den Raum 16 installierten Umlenkgitter 8' die Feinabs ehe id'ong durchgeführt. Die im Raum 15 noch nicht abgeschiedenen Tropfen v/erden beim Eintritt in das Umlenkgitter 8 einer erneut stärkeren Beschleu-

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nigung unterzogen, die zu ihrer Abscheidung infolge Trägheit bei plötzlioher Umlenkung des Gasstromes um 45° auf Ausströmflächen der Winkerbleche 9 führt.

Die abgeschiedene Flüssigkeit läuft als Film infolge Gravitation nach unten und wird über die in den Fangtaschen 10 befindlichen Ablauflöchern: abgeführt. Der zweite Teil des auf den 2usströmflächen der Winkelbleche befindlichen Flüssigkeitsfilms wird durch die Reibung zwischen Flüssigkeit und Gas rüpkzerstäubt in größere Tropfen, die bei der nächsten Umlenkung des Gasstromes- durch die erteilte Tangentialbeschleunigung auf der nächsten Ausströmfläche abgeschieden und dann der Fangtasche 10 zugeführt wird. Der Druckverlustanstieg verbietet unendlich kleine Abstände zwischen den Blechen 9. Deshalb muß die Wahrscheinlichkeit der Abscheidung aller Tropfen durch die in Abhängigkeit vom Tropfenspek-tram festgelegte Anzahl der ümlenkungen gewährleistet werden. Somit wird eine kontinuierliche Abnahme der abscheidbaren Tropfendurchmesser> S^»* erreicht. Die sofortige Abführung der abgeschiedenen Flüssigkeit durch die Löcher in den Fangtaschen 10 in die Ablaufrinnen 11 gleichen Druckniveaus verhindert die wirkungsgradverschlechternde Rückzerstäubung bereits abgeschiedener, sich am Boden des Umlenkgitters befindender Flüssigkeit.

Mt der beschriebenen Torrichtung sind folgende Vorteile gegenüber bekannten technischen Lösungen erzielbar: Durch die kombinierte Ausnutzung der Trägheits- Zentrifugal- und Schwerkrafteffekte im Zusammenhang mit der auf Molekularkräften beruhenden Tropfenkoaleszenz können bis zu Betriebs-

—3 drücken von 16 IiPa Flüssigkeitskonzentrationen von^i50 g m

—3 Gas auf Restgehalte von 10- 500 mg m reduziert werden.

Das entspricht Abscheidegraden von 99.667^^99,993 % für Tropfen dm, 8 ··· 40yg,m in Abhängigkeit von der Gasbelastung (Fig. 5). Diese Charakteristik wird durch die Kennlinie 1 dargestellt. Demgegenüber ist die Charakteristik der bekannten Lösungen durch die Kennlinien 2 bis 7 dargestellt, so die Kennlinie 2 für Zyklone, die Kennlinie 3 für Multizyklone, die Kennlinie 4 für Drahtgestricke, die Kennlinie

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für Umlenkgitter, die Kennlinie 6 für die Tersehaitang von Drallgitter und Hohrhaiften and die Kennlinie 7 für die Terschaltung von Prallplatte, Koaleszer and Umlenkgitter.

Daraas ist entnehmbar, daß der Betriebsbereich der erfindungsgemäßen Torrichtang nur durch eine maximale Belastung begrenzt ist, so daß die Torrichtung unempfindlich im Unterlastbereich ist.

Claims (6)

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   Erfindungsansprüche

   1. Vorrichtung zum Abscheiden fester und flüssiger Teilchen aus Druckgasströmen, wobei in einem Druckgasbehälter zwei Wirkungsräume mit integriert verschalteten Abscheideeinrichtungen und einem Sumpf angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß im Gaseintrittsstutzen des Druckbehälters ein Drallgitter sowie im ersten Raum zwei waagerecht angeordnete, in Drallrichtung überlappend versetzte Rohrhälften und im zweiten Raum ein Umlenkgitter angeordnet ist.
2. 2. Torrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Drallgitter als- ein unverwundenes Turbinenlastgitterprofil ausgebildet ist, wobei das Schaufelprofil einen Abströmwinkel ^= 16° aufweist.
3. 3. Torrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Drallgitter eine Strömungsnabe aufweist, wobei der Durchmesser der Strömungsnabe 0,4 bis 0,5- fache des Durohmessers des Gaseintrittsstutzens beträgt.
4. 4. Torrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Umlenkgitter Fangtaschen aufweist, unter denen Ablaufrinnen gleichen Druckniveaus angeordnet sind, die in einen Raum münden, der über eine Ablauföffnung mit einem Sumpf verbunden ist.
5. 5. Torrichtung naoh Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Sumpf des ersten Raumes mit dem Sumpf des zweiten Raumes verbunden und gegen diesen mit einem Flüssigkeitsverschluß versehen ist.
6. 6. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Sumpf des ersten und des zweiten Raumes gesondert abgeleitet ist.

   Hierzu.„j3 Jfeiien Zeichnungen