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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Rohr zur Durchführung
oder Abführung von nassen Gasen, insbesondere zur Durchführung
oder Abführung von einer Nasswäschung unterzogenen
Rauchgasen.
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Hinter
Nasswäschern, beispielsweise Nasswäschern von
Rauchgasen, wurden bislang vermehrt Wiederaufheizeinrichtungen in
Form von Wärmetauschern oder durch Direkteinbringung von
Energie mittels Gasbrenner eingesetzt, um das nasse Gas durch bis
zu 400 m hohe Großkamine zu fördern. Auf diese
Weise sollte der Auswurf von groben Tropfen aus dem Kamin, welche
in unmittelbarer Nähe des Kamins zu Boden fallen, verhindert
werden. Diese Einrichtungen sind jedoch sehr kostspielig und wartungsintensiv
oder benötigen einen hohen Energieaufwand.
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Moderne
Anlagen werden deshalb mit sogenannten Nasskaminen ausgerüstet,
die etwa 250 m hoch sind. Die Gasförderung erfolgt hierbei
mit Hilfe von Druckerhöhungsgebläsen vor oder
hinter dem Nasswäscher. Bedingt durch die Abkühlung
des feuchten Gases auf dem Weg zum Kaminaustritt kommt es zu hohem
Kondensatanfall innerhalb des Kamins und daher zum Auswurf von groben
Tropfen aus dem Kamin, welche in unmittelbarer Nähe des Kamins
(Anlage, Ortschaft) zu Boden fallen. Bisher wurden außer
einfachen Drainageeinrichtungen nur in wenigen Fällen Einbauten,
wie beispielsweise Axialzyklone, in die Großkamine eingebaut,
da diese aufgrund der hohen Geschwindigkeiten im Kamin zu sehr hohen
Energieverlusten führen und auch bisher keine zufriedenstellende
Lösung hinsichtlich der Tropfenabführung darstellen.
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Ferner
hat man zur Verringerung des Tropfenauswurfs in vielen Nasskaminen
sogenannte Filmfallen oder andere Schikanen eingebaut, die das Mitschleppen
von Flüssigkeitsfilmen entlang der Kaminwand verhindern
sollen. Diese Maßnahmen sind jedoch in der Regel nur bedingt
brauchbar, da durch die hohen Gasgeschwindigkeiten in solchen Kaminen
der Flüssigkeitsfilm mitgerissen wird oder Tropfen aus
dem Film herausgerissen werden. Ein schädlicher Tropfenauswurf
lässt sich daher auch mit diesen Einrichtungen nicht vollständig
verhindern.
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Aus
der
DE 298 15 970
U1 ist ein Kaminrohr mit Innenprofilierung für
einen Nasskamin bekannt, wobei durch die vorgesehene Innenprofilierung
u. a. die Kondensation im Kaminrohr verbessert werden soll.
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In
der
WO 95/12784 ist
ein Kondensationskamin beschrieben, wobei der nasse, kalte, kondensierende
Kamin eine äußere Kaminwandung aufweist, in deren
Innenraum ein Innenrohr angeordnet ist. Um die Kontaktfläche
zum Rauchgas zu vergrößern, findet als Innenrohr
ein Profilrohr Verwendung.
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Aus
der
WO 95/04246 ist
ein Kamin bekannt, welcher zur Erhöhung der Kondensatmenge
mit einer Vielzahl von Füllkörpern gefüllt
ist. Die verwendeten Füllkörper sind halbkugelförmig
und als Gitterkonstruktion verwirklicht.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohr zu schaffen,
bei dem mit besonders einfachen Mitteln bei gleichzeitig geringem
Energieverlust eine Tropfenmitführung oder ein Tropfenauswurf
verhindert bzw. verringert wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Rohr der
eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass es an seiner
Innenwand ein schraubenförmig ausgebildetes Leitelement
aufweist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung wird durch
das an der Innenwand des Rohres angeordnete schraubenförmig
ausgebildete Leitelement die Gasströmung derart in Rotation
versetzt, dass in der Gasströmung mitgeführte
Tropfen durch die Zentrifugalbeschleunigung des rotierenden Gasstromes
an die Innenwand des Rohres gelangen und von dort gezielt und strömungsberuhigt
abgeführt werden können. Das erfindungsgemäß vorgesehene
Leitelement erfüllt daher eine Doppelfunktion. Zum einen prägt
es dem Gasstrom eine Rotationsbewegung bzw. Schraubenbewegung auf
und zum anderen dient das Leitelement zum Auffangen und Abführen der
an der Rohrinnenwand gesammelten Flüssigkeitstropfen. Die
vorstehend genannte Aufgabe wird daher mit besonders einfachen Mitteln
gelöst. Darüber hinaus bringt das vorgesehene
Leitelement den Vorteil mit sich, dass der durch seine Anordnung
entstehende Energie verlust des Gasstromes gering ist und insbesondere
wesentlich geringer ist als bei herkömmlichen Axialzyklonen.
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Es
versteht sich, dass sich das erfindungsgemäß vorgesehene
Leitelement über die gesamte Länge oder nur über
einen Teil der Gesamtlänge des Rohres erstrecken kann.
Das Leitelement verläuft wendelförmig bzw. schraubenförmig über
die Innenwand des Rohres und ist in geeigneter Weise an dieser befestigt
oder einstückig damit ausgebildet (durch Schweißen).
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Was
die Dimensionierung des Leitelementes anbetrifft, so ist diese abhängig
von den im Rohr herrschenden Strömungsbedingungen. Besonders
bevorzugt werden jedoch die nachfolgenden Ausführungsformen
des vorgesehenen Leitelementes.
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Vorzugsweise
besitzt das Leitelement eine Breite von 1/80 D bis 1/10 D, wobei
D der Innendurchmesser des Rohres ist. Besonders bevorzugt wird
eine Breite von 1/20 D verwendet. Das Leitelement erstreckt sich
daher vorzugsweise im Rohrinnenraum maximal über eine Strecke
nach innen, die 10% des Innendurchmessers des Rohres ausmacht. Auf
diese Weise wird ein zu großer Energieverlust der Gasströmung
verhindert.
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Was
die Ganghöhe des Leitelementes anbetrifft, so liegt diese
vorzugsweise in einem Bereich von 1/10 D–5 D, wobei besonders
bevorzugt eine Ganghöhe von 1/2 D eingesetzt wird. Da das
Leitelement gleichzeitig zum Ableiten der an der Rohrinnenwand gesammelten
Flüssigkeitstropfen dient, sollte die Ganghöhe
so gewählt werden, dass eine einwandfreie Flüssigkeitsabführung
gewährleistet ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
beträgt die Neigung des Leitelementes vom Rohrzentrum bis
zur Innenwand des Rohres 0°–60°. Ein
bevorzugter Neigungswinkel beträgt 7°. Obwohl
das Leitelement auch eine Neigung von 0° besitzen kann,
wird eine gewisse Neigung vom Zentrum zur Innenwand bevorzugt, damit
eine Art Flüssigkeitsrinne gebildet wird, über
die die Abführung der Flüssigkeit möglich
ist, ohne dass diese in den Innenraum zwischen dem Leitelement tropft und
hierdurch die Gefahr von Tropfenmitrissen gegeben ist.
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Eine
andere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch
aus, dass die Innenkante des Leitelementes umgekantet ist, und zwar
vorzugsweise in Gasströmungsrichtung. Hierdurch wird eine
abströmseitige Verwirbelung der Strömung hinter
dem Leitelement verhindert. Diese Anordnung dient weiterhin dazu,
den Druckverlust des Systems zu verringern, sowie einen Widereintritt
von Flüssigkeit in die Hauptströmung zu verhindern
und damit Tropfenmitrisse zu vermeiden. Die Höhe der Umkantung
beträgt vorzugsweise 1/200 D–1/40 D.
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Bei
dem Leitelement kann es sich um ein plattenförmiges ebenes
Element handeln. Es sind jedoch auch Ausführungsformen
möglich, die im Querschnitt strukturiert sind. So wird
eine Ausführungsform bevorzugt, bei der das Leitelement über
seine Breite konkav ausgebildet ist, was die Flüssigkeitsabführung
besonders begünstigt. Konvexe Ausgestaltun gen sind ebenfalls
möglich. Bevorzugt werden ebene bis konkave Ausführungsformen.
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Das
Leitelement weist zweckmäßigerweise wenigstens
ein mit einem Abflusskanal versehenes Wehr auf. Dieses Wehr dient
zur Flüssigkeitsabführung, wobei es die entsprechende
Flüssigkeit staut, die dann über einen Abflusskanal,
der sich vorzugsweise durch die Wandung des Rohres nach außen erstreckt,
abgeführt wird. Zweckmäßigerweise sind über
die gesamte Höhe des Rohres und damit des Leitelementes
verteilte Wehre mit Ablaufkanälen installiert, wobei die
Ablaufkanäle vorzugsweise über Siphons abgetaucht
sind. Auf diese Weise erfolgt einer Abführung der gesammelten
Flüssigkeit auf verschiedenen Niveaus des Rohres, so dass
vermieden wird, dass gesammelte Flüssigkeit beim Herunterfließen
wieder in die Hauptströmung in den Innenraum eintritt.
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Bei
dem erfindungsgemäß ausgebildeten Rohr kann die
Rohrinnenwand auch von einem in einem Außengehäuse
angeordneten Innenrohr gebildet sein, an dem das Leitelement lösbar
oder unlösbar fixiert ist. Dabei können Innenrohr
und Leitelement eine Baueinheit bilden, die in ein Außengehäuse
eingesetzt wird. Natürlich kann ein derartiges Innenrohr
auch mehrere aufeinandersetzbare Abschnitte aufweisen.
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Das
erfindungsgemäß ausgebildete Rohr dient zur Durchführung
oder zur Abführung von Gasen. Die erfindungsgemäß getroffenen
Maßnahmen dienen hierbei dazu, eine Mitführung
von Tropfen in der Gasströmung oder einen Tropfenabwurf
bzw. Tropfenauswurf, wenn das Rohr das Gas in die Atmosphäre
abführt, zu verhindern. Das mit dem Leitelement versehe ne
Rohr kann dabei auch als eine Art Vorabscheider bezeichnet werden
(insbesondere bei geschlossenen Rohrsystemen).
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Vorzugsweise
ist das Rohr als Nasskamin ausgebildet wobei hierbei als Aufgabe
im Vordergrund steht, einen Tropfenauswurf des Nasskamines zu verhindern.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das
Rohr an seiner Innenwand zwischen benachbarten Leitelementabschnitten
eine Filmfalle für den an der Rohrinnenwand entlang geschobenen
Flüssigkeitsfilm auf. Hat sich nämlich die Gasströmung
in Rotation versetzt, können gerade im Randbereich hohe
Tangentialgeschwindigkeiten auftreten, die dann den Flüssigkeitsfilm
an der Unterseite des Leitelementes schraubenförmig nach
oben treiben können. Dieser Effekt soll durch die vorgesehene
Filmfalle verhindert werden.
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Die
Filmfalle kann beispielsweise von einem axial verlaufenden ebenen
oder gekrümmten Steg gebildet werden. Der gekrümmte
Steg ist in Bezug auf die Richtung, in der der Flüssigkeitsfilm
verschoben wird, konkav ausgebildet, um als Fangeinrichtung zu dienen.
Der Filmfalle sind vorzugsweise ein oder mehrere Abflussrohre zugeordnet,
damit die aufgefangene Flüssigkeit aus dem Rohr bzw. vom Rohr
abgeführt werden kann.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Filmfalle
von einem axial verlaufenden Abflussrohr gebildet, in das das Leitelement
mündet bzw. das vom Leitelement gekreuzt wird. Hierbei
bildet das an der Innenwand des Rohres angeordnete Abflussrohr mit
seiner Außenkontur eine Filmfalle und dient gleichzeitig
zur Abführung des Flüssigkeitsfilms an seiner
Außenkontur, der an den Stellen, an denen das Abflussrohr
unterbrochen ist und das Leitelement überbrückt,
in das Abflussrohr zusammen mit der vom Leitelement abgeführten
Flüssigkeit eingeführt wird. Vorzugsweise überbrückt
dabei das Abflussrohr den Bereich des Leitelementes mit Hilfe einer
Rohrverengung, so dass an dieser Stelle sowohl die im Abflussrohr
befindliche Flüssigkeit nach unten geführt als
auch die an der Außenkontur des Rohres nach unten laufende
Flüssigkeit und die vom Leitelement abgeführte
Flüssigkeit in das Abflussrohr eingeführt werden
kann. Die als Überrückungselement ausgebildete
Rohrverengung ermöglicht dabei neben sich ein Einströmen
der Flüssigkeit des Leitelementes in den unteren Rohrabschnitt.
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Diese
Ausführungsform einer Filmfalle hat den Vorteil, dass kein
zusätzliches Abflussrohr erforderlich ist.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform weist das Rohr unter
dem Leitelement einen Gasströmungsführungsabschnitt
auf, um die gewünschte schraubförmige Gasführung
zu begünstigen.
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Bei
dem erfindungsgemäß ausgebildeten Rohr handelt
es sich vorzugsweise um ein vertikal angeordnetes Rohr. Dies schließt
jedoch nicht aus, dass das Rohr auch als horizontal oder schräg
angeordnetes Rohr ausgebildet sein kann. Die Erfindung ist jedenfalls
generell für beliebige Rohrleitungen geeignet, die zur
Durchführung oder Abführung von nassen Gasen dienen.
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Das
Leitelement kann lösbar an der Rohrinnenwand befestigt
sein, beispielsweise durch Verschrauben, aber auch einstückig
damit verbunden sein, beispielsweise durch Verschweißen
oder Laminieren. Geeignete Materialien sind Kunststoffe, insbesondere
GfK, PP, sowie auch Metalle.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Leitelement zum Einbau
in ein Rohr mit den vorstehend geschilderten Merkmalen. Ein solches
Leitelement kann vorzugsweise zusammen mit einem Rohr, insbesondere
einem Innenrohr, eine Baueinheit bilden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
schematischen Längsschnitt durch einen Teil eines Nasskamins;
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2 eine
räumliche Darstellung eines Teiles des Nasskamins der 1 im
vergrößerten Maßstab;
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3 einen
Längsschnitt durch einen Teil des in den 1 und 2 dargestellten
Nasskamins, nochmals vergrößert;
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4 eine
Detailansicht des Nasskamins im Vertikalschnitt;
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5 eine
Detailansicht des Nasskamins im Horizontal-Schnitt;
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6 eine
Detailansicht einer anderen Ausführungsform eines Nasskamins;
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7 eine
vergrößerte Ansicht einer Einzelheit von 6;
und
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8 eine
Draufsicht auf den Gegenstand von 7.
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1 zeigt
einen schematischen Teillängsschnitt durch einen Nasskamin 1.
Die Innenwand 3 des Nasskamins ist mit einem schraubenförmigen Leitelement 2 versehen,
das sich über die Länge des Nasskamins erstreckt.
Bei der Innenwand 3 kann es sich beispielsweise um die
Innenwand des Kamingehäuses oder um die Innenwand eines
Kaminrohres handeln, das in ein Kamingehäuse eingesetzt
ist.
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Der
Nasskamin 1 ist einem Nasswäscher von Rauchgasen
nachgeschaltet und dient zur Abführung der Rauchgase in
die Atmosphäre. Die Gasströmung ist in 1 von
unten nach oben gerichtet. Durch das an der Innenwand 3 des
Nasskamins 1 angeordnete Leitelement 2 wird der
Gasströmung eine Rotationsbewegung bzw. Schraubenbewegung
aufgeprägt, so dass die im Gas mitgeführten Flüssigkeitstropfen
durch Zentrifugalbeschleunigung an die Innenwand 3 des
Kamins gelangen und dort über das vorgesehene schraubenförmige
bzw. spiralförmige Leitelement 2 nach unten abgeführt
werden. In bestimmten Abständen sind am Nasskamin Abführkanäle
angeordnet, die sich durch die Kaminwandung nach außen
erstrecken, um die vom Leitelement 2 nach unten abgeführte
Flüssigkeit aus dem Kamin herauszuführen und somit
zu verhindern, dass die Flüssigkeit wieder in die Hauptströmung
gelangt. Bei dem Abführkanal kann es sich auch um ein Rohr
im Inneren des Kamins handeln.
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Das
schraubenförmige bzw. spiralförmige Leitelement 2 prägt
daher einerseits der Gasströmung eine Rotations- bzw. Schraubenbewegung
auf und dient andererseits zur Abführung der im Bereich der
Kamininnenwand 3 angesammelten Flüssigkeit. Hierzu
ist das Leitelement konkav in der Form einer Rinne ausgebildet,
wie insbesondere in 2 gezeigt ist. Wie bereits erwähnt,
sind in Abständen über die Länge des
Nasskamins Abführkanäle vorgesehen, die mit dem
Leitelement 2 in Kontakt stehen, um die nach unten abgeführte
Flüssigkeit aus dem Kamin herauszuführen. Vor
diesen Abführkanälen können entsprechende
Wehre angeordnet sein, um die abgeführte Flüssigkeit
zu stauen. Auch diese Wehre sind in den Figuren nicht dargestellt.
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3 zeigt
im vergrößerten Schnitt die Ausbildung des Leitelementes 2 in
der Form einer konkaven Rinne.
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Die
Breite des Leitelementes 2 ist so bemessen, dass das Leitelement
der Gasströmung eine ausreichend große Rotations-
bzw. Schraubenbewegung aufprägen kann und ferner seine
Funktion als Flüssigkeitsabführelement ausführen
kann. Eine zu große Breite ist nicht erwünscht,
um keinen zu starken Energieabfall der Gasströmung zu bewirken.
Bevorzugte Breitenbereiche sind vorstehend in der Beschreibung angegeben.
Entsprechende Überlegungen treffen auf die Steigung des
Leitelementes 2 zu. Auch diese sollte so optimiert sein,
dass das Leitelement die vorstehend geschilderten beiden Aufgaben erfüllen
kann. Bevorzugte Bereiche sind ebenfalls vorstehend wiedergegeben.
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Wesentlich
ist, dass der Innenbereich des Nasskamins von Einbauten freigehalten
wird, um in Bezug auf den Gasstrom keinen zu starken Energieabfall
zu verursachen. Ferner soll durch das Leitelement verhindert werden,
dass im Bereich der Kamininnenwand angesammelte Flüssigkeit
wieder in die Hauptströmung im Innenbereich gelangt und
dort vom Gasstrom mitgerissen wird. Die entsprechende Bemessung
des Leitelementes ist nach den im Nasskamin herrschenden Strömungsverhältnissen
zu optimieren.
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4 zeigt
eine Detailansicht des Nasskamins 1 im Vertikalschnitt.
Man erkennt das Leitelement 2, das in der Form einer Rinne
ausgebildet ist und ein entsprechendes Wehr 6 mit einem
Abflussrohr 4 aufweist, das durch die Kamininnenwand nach außen
geführt ist. Ferner befindet sich an der Kamininnenwand 3 eine
Filmfalle 5, die als Steg zwischen den einzelnen Leitelementabschnitten
ausgebildet ist, der sich vertikal an der Innenwand 3 erstreckt (auch
in 1 gezeigt). Die Filmfalle 5 verhindert, dass
der sich an der Innenwand ausbildende Flüssigkeitsfilm
durch die Rotationsströmung nach oben verschoben wird.
Der Film gelangt in die taschenförmig ausgebildete Filmfalle
und läuft von dort nach unten in das rinnenförmige
Leitelement 2, von dem er über das Abflussrohr 4 abgeführt
wird. Im Horizontalschnitt der 5 ist mit
dem oberen Pfeil die Ablaufrichtung der Flüssigkeit auf
dem Leitelement und mit dem unteren Pfeil die Aufwärtsbewegung
der Gasströmung angedeutet. Ferner zeigt 5 ein
auf dem Leitelement 2 angeordnetes Wehr 6.
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6 zeigt
eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Filmfalle,
die hierbei in der Form eines Abflussrohres 10 ausgebildet
ist, welches an der Innenwand des Nasskamins angeordnet ist. Das Abflussrohr 10 ist übereinander
in mehrere Abflussrohrabschnitte aufgeteilt, die mit Hilfe von Überbrückungselementen
(Rohrverengungen) 11 an den Stellen, an denen sie das Leitelement 2 kreuzen,
verbunden sind. 7 zeigt eine vergrößerte
Ansicht einer derartigen Kreuzungsstelle mit dem Leitelement 2.
Die Verbindung zwischen den beiden Abschnitten des Abflussrohres 10 wird
von einer Rohrverengung 11 (Überbrückungselement)
gebildet, die sich zum unteren Abflussrohrabschnitt hin verengt
und seitlich einen Teil der Öffnung des unteren Abflussrohrabschnittes
freilässt, so dass die an der Außenkontur des
Abflussrohres nach unten strömende Flüssigkeit und
die vom Leitelement 2 abgeführte Flüssigkeit
in den unteren Abflussohrabschnitt einfließen können.
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8 zeigt
eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform der 7.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 29815970
U1 [0005]
- - WO 95/12784 [0006]
- - WO 95/04246 [0007]