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Vorrichtung zum Naßabscheiden von Bestandteilen beliebigen Aggregatzustandes
aus Gasströmen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Naßabscheiden von Bestandteilen
beliebigen Aggregatzustandes aus Gasströmen, bestehend aus einem etwa U-förmigen
Kanal, an welchem ein mit Flüssigkeit gespeister und diese versprühender Rotor,
der teilweise mit einem Leitblech umgeben ist, angeordnet ist.
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Es sind bereits Vorrichtungen bekannt (schweizerische Patentschrift
38152), bei denen staubbeladene Luft in einem gekrümmten Kanal geführt wird und
in den mittels einer Düse Flüssigkeit in divergierenden Richtungen eingespritzt
wird, wobei die Düse in der Mitte des Kanals angebracht ist. Die Wirkung der ausgespritzten
Flüssigkeit ist ganz nahe der Düse am stärksten, wo die Geschwindigkeit der Tröpfchen
am höchsten ist, und wird je nach der Entfernung der Düse schwächer. Im äußeren
Teil des gekrümmten Kanals, wo die Gasgeschwindigkeit und somit die beladenen Teilchen
beschleunigt sind, wird folglich bei der bekannten Vorrichtung eine relativ schlechtere
Wirkung erzielt im Vergleich zu der Wirkung, welche im inneren Teil des Kanals erzielt
wird, wo die Geschwindigkeiten geringer sind. Die relative Geschwindigkeit zwischen
Gas und Flüssigkeit ist somit über den Querschnitt des Kanals verschieden, was für
den Wirkungsgrad der Vorrichtung nachteilig ist. Ferner ist es noch von Nachteil,
daß die Flüssigkeit aus einer üblichen Spritzdüse zerstäubt wird, die leicht durch
die im Gas enthaltenen Schwebestoffe beschmutzt wird, und daß bei Verwendung einer
Reihe von Spritzdüsen kein homogener Wasservorhang hergestellt werden kann.
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Es sind auch schon Vorrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen
Rotoren an Stelle einer Düse zur Zerstäubung der Flüssigkeit verwendet wurden. Diese
Rotoren waren jedoch so angeordnet, daß sie die Flüssigkeit in einen Kanal einspritzten,
in dem das darin geführte Gas entweder an allen Stellen gleiche Geschwindigkeit
hatte, beispielsweise längs einer geraden Bahn geführt wurde, oder in dem die -
langsamste Gasströmung unmittelbar auftrat. Die Nachteile solcher Anordnungen erkennt
man, wenn man berücksichtigt, daß die eingespritzten Flüssigkeitsteilchen längs
ihrer Bahn laufend an Geschwindigkeit verlieren, so daß die langsamen Flüssigkeitsteilchen
dann, wenn sie am Ende ihrer Bahn mit einer raschen Luftströmung in Berührung kommen,
durch diese Luftströmung mitgenommen werden, so daß sie das Ende ihrer Bahn nicht
mehr erreichen. Es kann also bei solchen Anordnungen der Fall auftreten, daß der
Gasstrom in dem Gebiet seiner schnelIsten Strömung nur ungenügend oder gar nicht
mit der Flüssigkeit in Berührung gebracht wird.
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Es ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Luftstrom
durch einen sich verengenden Stutzen zu einem Rotor geführt wird, der einen Wasservorhang
in diesen Gasstrom einspritzt. Hierbei wird jedoch der zu behandelnde Gasstrom nicht
durch eine gekrümmte Bahn gezwungen, bevor er den Rotor erreicht. Eine Schichtung
innerhalb des Luftstroms, auch hinsichtlich einer bestimmten Energieverteilung über
den Rohrquerschnitt, findet nicht statt; vielmehr handelt es sich hier eher um eine
Venturi-Wirkung, die bei dem trichterförmigen Lufteinlaß zweifellos auftritt.
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Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung dürfte vor allem darin
zu sehen sein, daß der durch den Rotor erzeugte Wasservorhang vom Luftstrom sehr
leicht umgelenkt werden kann, so daß wasserfreie Räume sich ausbilden, in denen
keinerlei Berührung zwischen Gas und Flüssigkeit stattfindet.
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Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß, in
Strömungsrichtung des Gases gesehen, am Ende und an der Außenseite des gekrümmten
Kanals eine Öffnung für die vom Rotor gegen den Gasstrom abgeschleuderten Flüssigkeitsteilchen
vorgesehen ist.
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Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die vom Rotor in den Gaskanal
geschleuderten Flüssigkeitsteilchen zunächst, solange sie noch ihre volle Geschwindigkeit
haben, mit den schnellströmenden Gasteilchen, die an der Außenwand der Kanalkrümmung
passieren,
in Berührung gebracht werden, während sie dann, wenn sie bereits an Geschwindigkeit
verloren haben, auf langsame Gasteilchen auftreffen. Die nach dem Aufprall von Flüssigkeits-
und Gasteilchen bzw. den vom Gas mitgeschleppten Schwebeteilchen entstehende resultierende
Bewegungsrichtung ist an allen Stellen des Kanalquerschnitts etwa die gleiche.
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Durch dieses gleichförmige Abströmen wird die Bildung größerer Tröpfchen
mit etwa gleich großem Durchmesser und infolgedessen die anschließende Abscheidung
aus dem Gasstrom erleichtert.
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Besonders günstige Strömungsverhältnisse erhält man, wenn die der
Öffnung gegenüberliegende Stelle der Kanalwand schwach nach außen gewölbt ausgebildet
ist.
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Schwerere Teilchen, die sich an der Außenwand vor dem Schlitz abscheiden,
können zweckmäßig durch Austrittsöffnungen abgeführt werden, die vor der Flüssigkeitseintrittsöffnung
vorgesehen sind.
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Wenn die Kapazität einer Vorrichtung für einen vorgesehenen Verwendungszweck
nicht ausreichend ist, so können mehrere solche Vorrichtungen zur am mengebaut werden,
wobei es bei der speziellen Bauart der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einfacher
Weise möglich wird, diese zusammengefaßten Vorrichtungen mit einer gemeinsamen Flüssigkeitszu-und
-abfuhr auszustatten. Besonders günstig gestaltet sich dieser Zusammenbau, wenn
die einzelnen Vorrichtungen U-förmig ausgebildete Gaskanäle aufweisen.
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Wenn die Achse des Rotors nicht horizontal ist, dann kann der Rotor
natürlich nicht durch Eintauchen in eine Flüssigkeit gespeist werden. In diesem
Falle kann der Rotor vermittels einer Flüssigkeitsleitung mit einer Reihe von Öffnungen,
durch welche die Flüssigkeit auf die Rotoroberfläche gelenkt wird, gespeist werden.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden
an Hand der Zeichnungen beschrieben, in denen F i g. 1 einen gebogenen Kanal und
einen mit Flüssigkeit versorgten Rotor zur Erzeugung eines aus Flüssigkeitsnebel
bestehenden Vorhanges in diesem Kanal zeigt, der eine gemäß der Erfindung ausgebildete
Reinigungsanlage darstellt; Fig. 2 zeigt eine Anlage, bei der eine Anzahl der in
F i g. 1 dargestellten Einheiten kombiniert ist; F i g. 3 zeigt einen Querschnitt
durch Einzelheiten einer Reinigungsanlage; Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform
der Flüssigkeitsspeisung des Rotors; Fig. 5 zeigt eine Gasleitung mit zwei Austrittsöffnungen
vor dem Rotorschlitz.
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F i g. 1 zeigt einen gebogenen Kanal 1, durch den verunreinigtes
Gas in Pfeilrichtung strömt. Unter dieser Leitung ist eine getrennte Kammer vorgesehen,
in welcher der Rotor 3, der teilweise in die Flüssigkeit 4 eintaucht, umläuft, wobei
das Niveau dieser Flüssigkeit konstant gehalten wird. Neben der Rotoroberfläche
ist ein gekrümmtes Prallblech 5 angeordnet, welches den durch die Rotation erzeugten
Flüssigkeitsnebel in die gewünschte Richtung lenken soll. In der Wand des Kanals
ist ein offener Schlitz 6 vorgesehen, durch den der Nebelvorhang schräg in die Gasströmung,
entgegen der Strömungsrichtung des Gases, eintritt.
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Die Leitung 1, die um 1800 nach rückwärts gekrümmt ist, bildet einen
Winkel von 450 mit der
Flüssigkeitsoberfläche 4. Vor dem Rotor befindet sich ein
Schutzblech 7, das den Zutritt von Gas unter die Walze verhindern soll. Dieses Schutzblech
läßt eine Öffnung 19 frei, durch welche gegebenenfalls schwerere Teilchen In den
Wasserbehälter eintreten können. Hinter dem Schlitz, durch den der Flüssigkeitsvorhang
tritt, ist die Leitung 8 erweitert, um den statischen Druck des Gases zu erhöhen
und um einen Kondensationseffekt zu erzielen. Anschließend an diesen erweiterten
Teil ist ein prallblechartig angeordnetes Filtersystem 9 vorgesehen, das zur Abscheidung
der Flüssigkeitströpfchen dient. Die normale relative Geschwindigkeit des Gases
und der Flüssigkeit sollte z. B. zwischen 30 und 60 m/Sek. betragen.
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Fig. 2 und 3 zeigen eine sehr leistungsfähige Anlage, die aus einer
Anzahl von nebeneinander angeordneten Einheiten der obenbeschriebenen Art besteht.
Die Anlage weist zwei Einlaßrohre 10 und ein Gasauslaßrohr auf. Es können natürlich
ein oder mehrere Einlaßrohre vorgesehen sein, je nach der Anzahl der verwendeten
Entlüftungssysteme, wobei jede dieser Leitungen eine eigene Verschlußvorrichtung
besitzen kann. Die austretenden Gase werden in einer Sammelleitung gesammelt, die
gegebenenfalls mit über den Rotoren angeordneten Nebelfiltern 12 versehen ist und
zum Absaugventilator 15 führt.
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Mikroskopische Teilchen, die durch die Tröpfchenabscheidungsfüter
hindurchgegangen sind, können Kerne für eine Kondensation des Dampfes in dem freien
Raum zwischen den Nebelfiltern bilden, in denen das Kondensat dann abgefangen wird.
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Zwei zu beiden Seiten der Auslaßleitung 11 angeordnete Leitungen
13 verteilen das ankommende Gas über S-förmige Leitungen 14 auf die Rotoren 3, wobei
von jeder Seite eine Leitung zu jedem Rotor führt.
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Da die ganze Vorrichtung infolge der Wirkung des Absauggebläses 15
unter leichtem Vakuum (wenigstens 80 mm Wassersäule) steht, tritt kein Gasverlust
auf. Die in dem gemeinsamen Behälter, in dem die Rotoren umlaufen, enthaltene Flüssigkeit
wird durch einen Uberlauf 16 auf konstantem Niveau gehalten.
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Der sich am Boden des Behälters ansammelnde Schmutz wird durch eine
Kratzeranordnung 17 entfernt.
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Reinigungseinheit, bei welcher
der Rotor durch eine Leitung 20 mit Flüssigkeit versorgt wird, und bei der das Flüssigkeitsniveau
im Behälter 21 tiefer liegt als die Öffnung 19 in der Gasleitung. Auf diese Weise
kann der Rotor mit Flüssigkeit beschickt werden, die reiner ist als die Flüssigkeit
in dem Behälter.
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F i g. 5 zeigt eine Reinigungseinheit mit einer anderen Öffnung 25,
durch welche sehr grobe Teilchen trocken in eine eigene Leitung 26 geführt werden
können.
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Der Zerstäubungsgrad, die Dichte und die Geschwindigkeit, mit welcher
der Flüssigkeitsvorhang eingesprüht wird, kann zur Erzielung einer maximalen Reinigungswirkung
durch Veränderung der Wasserspeisung und der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors geregelt
werden.
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Bei großen, mit einem zur Abstützung der Rotorlager dienenden Flüssigkeitsbehältern
ausgestatteten Anlagen wird dieser Behälter zweckmäßigerweise als tragfähige, beispielsweise
aus Beton bestehende Konstruktion aufgebaut. Wenn verschiedene Systeme für die dem
Rotor zuzuführende Flüssigkeit und für die
zum Abzug der Fremdstoffe
dienende Flüssigkeit verwendet werden und wehn das Flüssigkeitsniveau in beiden
Fällt nicht das gleiche ist, dann nimmt man vorzugsweise Metallblech zur Herstellung
der Flüssigkeitsleitungen. Die Wahl des Materials für die anderen Teile der Vorrichtung,
die flur ihr eigenes Gewicht zu tragen haben, kann insoweit nach Wunsch erfolgen,
als den korrodierenden und erodierenden Eigenschaften des zu behandelnden Mediums
gebührend Rechnung getragen wird. Wenn das Gas korrodierend ist, dann kann man den
oberen Teil der Vorrichtung aus plastischem Material, beispielsweise aus Polyvinylchlorid,
herstellen oder mit einem obere zug aus derartigem Material versehen; Die öben beschriebene
Vorrichtung kann auch zum Extrahieren wasserlöslicher Gase 6der Teilchen aus einem
Gas verwendet werden.
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Ein ähnliche Anlage kann auch zum Desodorisieren verwendet werden,
iIld- man beispielsweise etwas Natriumhypochlorid in die zur Versorgung des Rotors
dienende Flüssigkeit gibt. Dies ist zweckmäßig bei der Herstellung von Dünger, Knochen-
oder Hornleim, bei Entlüftungen für Kochanlagen und Schlachthäuser. Die erfindungsgemäße
Anlage kann auch in umgekehrter Weise verwendet werden, indem man zu dem zu behandelnden
Medium eine weitere Komponente zugibt, die beispielsweise aus dem Nebelvorhang heraus
verdampft.
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Im allgemeinen gibt die Möglichkeit einer Vereinigung mehrerer getrennter
Entlüftungen zu einer großen aus den erfindungsgemäßen Einheiten auf; gebauten Anlage
mit den sich daraus ergebenden technischen und wirtschaftlichen Vorteilen, vielen
Industrien eine günstige Gelegenheit zur Durchführung von Rationalisierungsmaßnahmen.
Gute Beispiele für die Vereinigung verschiedener Entlüftungen zu einer gemeinsamen
Abscheideanlage bieten die Entlüftungsanlagen in Gießereien, wo ein Rauch- und Staub
abzug bei verschiedenartigen Arbeitsgängen erforderlich ist, beispielsweise beim
Schmelzen, bei Sandaufbereitungsanlagen, beim Trocknen der Kerne, beim Gießen, beim
Sandkühlen, beim Grobschleifen, beim Polieren, beim Sandblasen u. dgl. Bei all diesen
Arbeitsgängen tritt eine Rauch- oder Staubentwicklung auf, vor der die Nachbarschaft
geschützt werden soll. Es gibt natürlich noch viele andere Industriezweige, bei
denen eine Rationalisierung der Reinigungsanlagen wünschenswert ist.
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Beispiel Im folgenden soll ein Beispiel für die industrietechnische
Anwendung der Erfindung gegeben werden.
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Es wurde eine gemäß den Zeichnungen nach F i g. 2 erstellte Anlage
zur Bestimmung ihres Naßentstaubungswirkungsgrades untersucht.
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Die Anlage wurde für eine Nennleistung von 42 000 m3/Std. ausgeführt
und bestand aus sechs parallelgeschalteten Einheiten. Der Gesamtdruckabfall einschließlich
dem der Saugleitungen betrug 220 mm WS. Der Druckabfall in den Entstaubungseinheiten
allein bezog sich auf 80 mm WS. Die Rotordrehzahl lag bei 1200 U/Min., der Leistungsbedarf
bei 30,7 kW.
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In der Anlage wurde Staubluft aus einer Gießerei über ein im Fußboden
unter Ausschlagplätzen verlegte Sammelleitung angesaugt. Die Messungen fanden mit
einer Zyklonsonde, Bauart Staubforschungsinstitut des Hauptverbandes der gewerblichen
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genossenschaften e.V., Bonn, statt. Die Arbeitsweise dieser Zyklonsonde und
das Auswerteverfahren sind in der Zeitschrift »Staub«, 1958; Heft 1; beschrieben:
a) Bestimmung der Luftleistung mittels Gothe-Staurohr Infolge der an der Meßstelle
ungleichmäßigen Luftverteilung wurde. die Meßachse in Abstanden von etwa 5 cm mehrfach
abgetestet und die gewonnenen Werte planimetriert. Unter Berücksichtigung des Korrekturfaktors,
abhängig von dem spezifischen Gewicht der Staubluft, ergaben sich folgende Werte:
Barometerstand der Äußenluft ........ 752 mm QS Temperatur der Äußenluft +3,S,0
C Feuchtigkeit des Außenluft 34% Rohrdurchmesser ....... 800 mm Mittlere Luftgeschwindigkeit
................. 18,094 Mittlere Luftnienge . .32 760 m³/Std. bzw. etwa 30500 Nm31Std.
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Temperatur trocken . . ..... +17,5°C feucht .... ....... +17,2°C Luftfeuchte
...... etwa 90 0/ Spezifisches Gewicht . 1,205 kg/m3 b) Bestimmung des Staubgehalts
der Roh- und Reinluft mittels Zyklonsonde (Versuchsdauer 2 Std.) 1. Rohluft Mittlere
Temperatur an der Gothe-Meßstrecke 17,70 C trocken 17,00 C feucht Relative Feuchte
etwa 89% Spezifisches Gewicht des Teilstromes . . 1,07 kg/m³ Teilstrommenge .....
11,40 Nm³ Staub gewicht in der Sonde .............. 4558,82 mg Theoretische Konzentration
........ 399,02 mg trocken/Nm³ Korrekturfaktor (Sonde 2) ......... 99,7% = +0,3%
Wirkliche Konzentration . . . 400,22 mg trocken/Nm3 2. Reinluft Mittlere Temperatur
an der Gothe-Meßstrecke 10,50 C trocken 10,30 C feucht Relative Feuchte etwa 93
0/o Spezifisches Gewicht des Teilstromes . 1,10 kg/m3 Teilstrommenge ..... 17,67
Nm3 Öl- und Staubgewicht in der Sonde ......... 60,3 mg Feststoffgewicht allein
42,7 mg (nach Verdampfen der Ölrückstände) Theoretische Konzentration ....... 2,42
mg trocken/Nm3 Korrekturfaktor (Sonde 2) ..... etwa 58% = + 42% Wirkliche Konzentration
. . 3,44 mg trocken/Nm³
Aus der Relation von Rohluft zum Reinluftstaubgehalt
errechnet sich für den Naßentstauber ein Wirkungsgrad von 99,14'>/o. c) Ergebnis
der Staubanalyse Der Staub in der Rohluftleitung hat eine Kornskala von 0 bis zu
etwa 50 . Nach der optischen Analyse im Phasenkontrast-Mikroskop enthält er etwa
15 bis 20% Quarz von derselben Kornskala. Die Masse des Staubes besteht aus Kohle,
der Rest ist Eisen. Die Reingasprobe enthielt überwiegend niedergeschlagenen Ölnebel
mit einem kleinen Feststoffanteil. Diese Teilchen waren durch das Öl stark koaguliert
und nach dem Verdampfen des Öls als dunkler Niederschlag mit einer geschätzten Korngröße
unterhalb 3 bis 5 p erkennbar, der qualitativ als Ruß angesprochen werden kann.
Eine restlose Entfernung des Ölniederschlags war bei der kleinen Substanzmenge nicht
möglich.
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Dieser starke Ölgehalt war in der Rohgasprobe nicht feststellbar,
so daß angenommen werden muß, daß infolge der Abkühlung der Luft in dem Naßentstauber
eine Kondensation stattfindet, und daß Öl in der Reingasprobe deshalb als überwiegende
Komponente anfällt. Dadurch ergibt sich in diesem Falle auch ein etwas geringerer
Wirkungsgrad, der unterhalb dem tatsächlichen Reinigungseffekt für die Feststoffteilchen
liegt.