DE1247273B

DE1247273B - Vorrichtung zum Waschen eines Gases

Info

Publication number: DE1247273B
Application number: DED31039A
Authority: DE
Inventors: Paul Rene De Permentier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-09-02
Filing date: 1959-07-08
Publication date: 1967-08-17
Also published as: FR1225344A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

BOId

Deutsche Kl.: 12 e - 2/01

Nummer: 1247 273

Aktenzeichen: D 31039 VI b/12 e

Anmeldetag: 8. Juli 1959

Auslegetag: 17. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Waschen eines Gases, die eine Zuführungsleitung für das zu reinigende Gas, eine Einführung für die Waschflüssigkeit in diese Gasleitung sowie einen oder mehrere feste Körper von aerodynamischer Form enthält, wobei der einzelne Körper so angeordnet ist, daß zwischen seiner Oberfläche und der Innenwand der Gasleitung ein freier Raum vorhanden ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung der genannten Art ist der in der Gasleitung angeordnete aerodynamische feste Körper mit einem langen, sich allmählich verjüngenden Fortsatz versehen. Diese Ausbildung bedingt, daß sich Wirbel nicht bereits auf der stromaufwärts gelegenen Fläche des festen Körpers, sondern gegebenenfalls erst später in dem Luftraum der engsten Stelle zwischen festen Körper und Gasleitungsinnenwand bilden. Danach ergibt sich sogleich eine Venturiwirkung, d. h. ein Überleiten in eine gerichtete laminare Strömung. Dies ist unvor- ao teilhaft, weil die Reinigungswirkung im wesentlichen auf den insbesondere an der Umfangsfläche von Gaswirbeln erzeugten Fliehkräften beruht, die die Verunreinigungsteilchen mit beträchtlicher Geschwindigkeit in zu den Wirbeln tangentialen Bahnen hinausschleudern. Ausreichende Wirbelbildung mit entsprechender Fliehkraftwirkung tritt jedoch nur in einer turbulenten Strömung ein. Derartige turbulente Strömungen ergeben sich beispielsweise in der sogenannten »Grenzschicht«, die durch Reibung zwischen dem strömenden Gas und der Oberfläche eines festen Körpers gebildet wird. Die Dicke der Gaswirbel in der Grenzschicht ist von verschiedenen Faktoren abhängig, z. B. von der Gasgeschwindigkeit relativ zur Oberfläche des Körpers und von den Reibungsbedingungen zwischen dem Gas und der Oberfläche.

Die notwendige Grenzschichtbildung auf der Oberfläche des festen Körpers der bekannten Vorrichtung wird außer der eine Venturiwirkung hervorrufenden Gestaltung des Körpers durch zusätzliche Einrichtungen verhindert. Beispielsweise ist die stromaufwärts gerichtete Oberfläche des Körpers mit einem ringförmigen Bund versehen, der durch Sprühen auf die Oberfläche des Körpers zugeführte Waschflüssigkeit zusätzlich zerstäuben soll. Hierdurch und durch radiale Kanäle, die die stromaufwärts gerichtete Oberfläche des Körpers durchbrechen und der Versprühung der Waschflüssigkeit dienen, wird die Entstehung einer geschlossenen Grenzschicht völlig unterbunden, so daß die Fliehkraftwirkung ihrer Wirbel nicht für die Reinigung des Gases ausgenutzt werden kann.

Vorrichtung zum Waschen eines Gases

Anmelder:

Paul Rene De Permentier, Sclessin (Belgien)

Vertreter:

Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte, Köln 1, Deichmannhaus

Als Erfinder benannt:

Paul Rene De Permentier, Sclessin (Belgien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 2. September 1958 (028 095)

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff der Erfindung durchbrechen die Zuführungsleitungen für die Waschflüssigkeit ebenfalls die stromaufwärts gerichtete Oberfläche des festen Körpers von aerodynamischer Form, wodurch die Bildung einer Grenzschicht auf dem Körper verhindert wird, so daß auch in diesem Falle keine wirksame Reinigung des Gases erzielbar ist.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum Waschen eines Gases soll eine Entstaubung desselben dadurch herbeigeführt werden, daß eine feine Zerstäubung mittels rotierender Teile durchgeführt wird. Der aerodynamisch geformte feste Körper weist hierzu bzw. radial austretende Wasserzuführungskanäle auf, wobei alles darauf abgerichtet ist, das Gas und die Flüssigkeit erst in dem Ringraum zwischen dem festen Körper und der Innenwandung der Zuführungsleitung für das Gas zu mischen und die Flüssigkeit fein zu zerstäuben. Auf der stromaufwärts gerichteten Oberfläche des Körpers befindet sich demgemäß überhaupt keine Flüssigkeit, sondern es handelt sich hier um ein Vorbeiströmen des flüssigkeitsfreien Gases. Auch diese Vorrichtung ist nicht geeignet, an der Oberfläche des festen Körpers eine aus Wirbeln bestehende Grenzschicht zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Waschen eines Gases zu schaffen, bei der auf der Oberfläche des aerodynamisch geformten, in der Gasleitung angeordneten Körpers eine geschlossene Grenzschicht von erheblicher sichtbarer Dicke gebildet wird, deren Wirbel die

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hohen Fliehkräfte erzeugen, die ein intensives Zusammenstoßen von feinsten Flüssigkeitsteilchen mit feinsten festen Teilchen veranlassen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der in der Gasleitung befindliche aerodynamische Körper eine symmetrische, allseitig abgerundete Form aufweist, daß gegebenenfalls das in Richtung der Gasströmung liegende Ende des aerodynamischen Körpers mit radialen Rippen zur Erzeugung einer spiralförmigen Bewegung des Gastromes versehen ist, die in dem freien Querschnitt angeordnet und deren Enden an der Innenwand der Leitung befestigt sind, und daß gegebenenfalls der feste, aerodynamische Körper in der Längsrichtung der Achse der Leitung verschiebbar ausgebildet ist, falls diese in der Längsrichtung konisch verläuft. Auf diese Weise wird erreicht, daß auf der Oberfläche des aerodynamischen festen Körpers eine sich über seine ganze Länge erstreckende, aus Gaswirbeln bestehende Grenzschicht gebildet wird, die auf der Oberfläche verbleibt, ohne sich abzuheben. Hieraus ergibt sich eine Intensivierung der Reinigungswirkung der Vorrichtung, weil einmal der Entstaubungsvorgang nicht nur auf eine geringe Länge des aerodynamischen Körpers beschränkt ist und weil zum anderen die durch die schnelle Rotation der Wirbel sich ergebende Fliehkraft bewirkt, daß auch feinste feste Teilchen der Fliehkraft des Wirbels unterzogen werden. Sie werden in Richtung einer Tangente zu dem Wirbelkreis abgestoßen und erhalten dadurch Gelegenheit, mit Flüssigkeitsteilchen, die ebenfalls der Wirbelung unterworfen sind und durch die Fliehkraftwirkung abgeschleudert werden, bei hoher Beschleunigungsenergie zusammenzuprallen und zusammenzustoßen, wobei das feste Teilchen in das Flüssigkeitsteilchen eindringt und von diesem festgehalten wird. Die mit den zu entfernenden Verunreinigungsteilchen beladenen Tröpfchen werden aus dem Gas durch an sich bekannte Vorrichtungen abgeschieden, die stromabwärts von der durch die Gaszuführungsleitung und den festen Körper gebildeten Einheit angeordnet sind. Die Vorrichtung ist für die Teilchengrößen beliebiger Abstufung gleichermaßen wirksam, so daß sich eine vollkommene Reinigung eines Gases beim Hindurchschicken durch die Vorrichtung erzielen läßt.

Der aerodynamische feste Körper kann die Form einer Kugel oder einer Birne aufweisen, und seine Oberfläche kann gerauht sein oder quer zur Gasströmungsrichtung verlaufende Nuten bzw. Rillen aufweisen. Diese Ausgestaltungen begünstigen die Bildung der Grenzschicht über den ganzen Umfang des festen Körpers, so daß durch vermehrte Wirbelbildung und entsprechend vergrößerte Fliehkraftwirkungen eine erhöhte Reinigungsleistung der Vorrichtung eintritt. Dem gleichen Zweck dient auch die Maßnahme der Anordnung mehrerer fester Körper, die längs der Achse der Gasleitung über einander und konzentrisch zu derselben liegen können.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1 längs der Linie H-II;

Fig. 3 zeigt den Grundriß der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 veranschaulicht eine Vorrichtung mit

kugelförmig ausgebildeten aerodynamischem Körper;

F i g. 5 zeigt eine Vorrichtung mit mehreren längs

der Achse der Gasleitung übereinander und konzentrisch zu derselben angeordneten kugelförmigen Körpern;

Fig. 6 ist ein der Fig. 1 entsprechender Längsschnitt, gemäß dem der feste Körper an Rippen der Innenwand der Gasleitung befestigt ist;

ίο Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Gasleitung konisch ausgebildet und der aerodynamische Körper in Längsrichtung der Achse verschiebbar ist;

Fig. 8 und 9 sind Querschnitte längs der Linien VIII-VIII bzw. IX-IX der Fig. 7;

Fig. 10 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung, bei der die Waschflüssigkeit (Wasser) zum Niedrighalten des Verbrauches in geschlossenem Kreislauf arbeitet.

In einer Gasleitung 1 für das zu reinigende Gas mit einer Zuführungsleitung 7 und einer Austrittsleitung 6 ist ein fester birnenförmiger Körper 2, der voll oder hohl sein kann, mittels einer Stange 3 zentrisch festgehalten, deren Enden an mit der Leitung 1 verbundenen Querträgern 4 und 5 befestigt sind (Fig. 1 bis 4). Zwischen der Oberfläche des Körpers 2 und der Innenwand der Gasleitung 1 ist ein freier Ringraum 13 vorhanden, der dem Durchlaß des Gases und der Waschflüssigkeit dient. Die Flüssigkeit wird durch eine ringförmige äußere Rohrleitung 10 zugeführt, die zur Ermöglichung des regulierten Einlasses der Flüssigkeit in Zuleitungen 11, die durch die Wand der Gasleitung 1 hindurchgehen und in den Raum oberhalb des festen Körpers 2 münden, mit Absperrhähnen 12 versehen ist. Gemäß F i g. 3 sind acht Zuleitungen 11 vorgesehen — die Anzahl kann jedoch beliebig gewählt werden.

F i g. 4 und 5 lassen kugelförmige aerodynamische Körper 2 α bzw. 2 b erkennen, wobei die Körper 2 b in F i g. 5 längs der Achse der Gasleitung 1 übereinander und konzentrisch zu derselben angeordnet sind. Die Haltestange 3 ist hohl ausgebildet und weist an ihrem Umfang Bohrungen 19 auf, durch die die Waschflüssigkeit oberhalb jedes festen Körpers 2 & zugeführt wird.

Der birnenförmige aerodynamische Körper 2 c (F i g. 6) ist an seinem in Richtung der Gasströmung liegenden Ende mit radialen Rippen 20 versehen, die in dem freien Querschnitt der Gasleitung 1 angeordnet sind. Ihre Befestigung erfolgt einerseits an der Haltestange 3 und andererseits bei 22 an der Innenwand der Gasleitung 1. Die Rippen 20 sind zweckmäßig gekrümmt, daß sie eine spiralförmige Bewegung des Gasstromes und der von demselben mitgeführten Teilchen erzeugen. Die Spiralbewegung unterstützt die Agglomerierungserscheinungen und die Abscheidung der Teilchen aus dem Gasstrom durch die Fliehkraft.

Die in F i g. 7 dargestellte Vorrichtung weist eine konische Gasleitung 16 auf, die am oberen Ende an den Zuführungsstutzen 17 und am unteren Ende an die Austrittsleitung 15 für das Gas angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform ist der feste Körper 2 in Längsrichtung der Achse der Leitung 16 verschiebbar ausgebildet, um durch die Veränderung des freien Raumes 14 in Anpassung an besondere Betriebsbedingungen optimale Strömungsverhältnisse und

optimale Leistungen erzielen zu können. Zu diesem Zweck ist der feste Körper 2 auf einer Haltestange 23 befestigt, die in Führungshülsen 24, 25 verschiebbar gelagert ist. Die Stange 23 wird durch eine beliebige Einrichtung gesteuert, so daß sie eine ganze Reihe von Stellungen einnehmen kann, die es ermöglichen, dem Ringraum 13 den gewünschten Querschnitt zu geben. F i g. 8 und 9 zeigen die Veränderung des Querschnittes des Ringraumes 13 bzw. 13' in Abhängigkeit von der Stellung des Körpers 2 innerhalb der Gasleitung 16.

Die in Fig. 10 dargestellte Vorrichtung weist einen Behälter 26 auf, dessen unterer Teil 27 vorzugsweise konisch ist und in einen Kanal 28 mündet, der einen Kettenförderer 29 enthält. Dieser fördert die festen Teilchen, die sich am Boden des Kanals 28 ansammeln, durch die Ausgangsöffnung 30 nach außen. In den Behälter 26 mündet seitlich der Zuführungsstutzen 7 für das zu reinigende Gas. Mit 31 ist eine innere Scheidewand bezeichnet, deren Ende in die Flüssigkeit 35 eintaucht, die in dem unteren Teil 27 des Behälters 26 eingeschlossen ist und durch eine Rohrleitung 36 auf konstantem Niveau gehalten wird. Die Rohrleitung 36 ist mit einem Behälter 37 verbunden, in den die Zuführungsleitung 37 a mündet.

In einem entsprechenden Abstand vom Niveau der Flüssigkeit 35 befindet sich die Eintrittsöffnung der Gasleitung 1, in welcher der birnenförmige feste Körper 2 angeordnet ist. Er wird mittels der Stange 3 gehalten, die über Versteifungen 33 an einer oberhalb des Endes der oberen Austrittsöffnung der Gasleitung 1 angeordneten Ablenkplatte 32 befestigt ist. Die Austrittsöffnung 34 des Behälters 26 kann in eine Abzugsleitung 41 münden und gegenüber der Saugöffnung 39 eines durch einen Elektromotor 40 angetriebenen Ventilators 38 angeordnet sein.

Nachdem der Ventilator 38 in Betrieb gesetzt worden ist, wird durch die sich ergebende Saugwirkung einerseits das durch den Zuführungsstutzen 7 zugeführte zu waschende Gas gezwungen, der durch die Pfeile α bezeichneten Bahn zu folgen, andererseits wird die Flüssigkeit in der Windhose in der Leitung 1 angehoben, wo die Mischung des mit den Staubteilchen beladenen Gases und der Waschflüssigkeit erfolgt. Sodann setzt die nachstehend näher erläuterte Wirkung des festen Körpers 2 zur Trennung der Verunreinigungen vom Gas ein; das Gas strömt in Richtung der Pfeile α weiter und wird durch den Ventilator 38 in die Abzugsleitung 41 abgesaugt, während die mit den Staubteilchen beladenen Wassertröpfchen in der Richtung der Pfeile b in die Flüssigkeit 35 zurückfallen. Die festen Teilchen sammeln sich am Boden des Kanals 28 und werden durch den Förderer 29 entfernt.

Der Wirkungsgrad und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sollen an Hand eines Zahlenbeispiels nachfolgend erläutert werden. Wenn angenommen wird, daß die Gasleitung 1 einen gleichbleibenden kreisförmigen Querschnitt besitzt, daß innerhalb der Leitung ein birnenförmiger fester Körper 2 vorgesehen ist und der Ringraum 13 einen solchen Querschnitt aufweist, daß die Dicke der auf dem Körper 2 gebildeten Grenzschicht 9 mm und die lineare Geschwindigkeit der Mischung aus Gas und Flüssigkeit 95 m/s betragen, ergibt sich für die die Grenzschicht bildenden Wirbel theoretisch eine Winkelgeschwindigkeit von 1570 U/s oder etwa 000 radians/s (radian = Winkel zu einer Bogenlänge gleich dem Radius, Winkel 1 im Bogenmaß).

Setzt man diese Werte in die die Fliehkraft bestimmende Gleichung ein:

m v²

co² R?

in welcher

P das Gewicht eines Teilchens, g die Erdbeschleunigung,
R der Halbmesser der Wirbel, d.h. ungefähr die

Hälfte der Dicke der Grenzschicht und ω die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit der Wirbel ist,

so erhält man für die auf jedes Teilchen am Umfang eines Wirbels ausgeübte Fliehkraft

„ _ 10 0002-0,0045 _Aennnn/ ... _A

F₀-P ——? = 45 000 P (angenähert),

woraus sich ergibt:

F₆ = 45 000.

Die Flüssigkeitsteilchen und die in der Grenzschicht am Umfang der Wirbel mitgeführten Verunreinigungsteilchen werden also aus diesen Wirbeln unter der Wirkung der Fliehkräfte, die ungefähr das Fünfundvierzigtausendfache ihres Gewichtes betragen, in den Ringraum 13 geschleudert, wo ein intensives Zusammenstoßen von feinsten Flüssigkeitsteilchen mit feinsten festen Teilchen erfolgt, wodurch sich Tröpfchen bilden, die aus dem Gasstrom mittels einer bekannten Vorrichtung ausgeschieden werden können. Die innige und vollkommene Mischung von Feststoffteilchen und Flüssigkeit bewirkt, daß jede Reaktion, die zwischen dem Gas und der Flüssigkeit und/oder zwischen den Teilchen des festen Stoffes und der Flüssigkeit erfolgen kann, erleichtert und beschleunigt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Waschen eines Gases, die eine Zuführungsleitung für das zu reinigende Gas, eine Einführung für die Waschflüssigkeit in diese Gasleitung sowie einen oder mehrere feste Körper von aerodynamischer Form enthält, wobei der einzelne Körper so angeordnet ist, daß zwischen seiner Oberfläche und der Innenwand der Gasleitung ein freier Raum vorhanden ist, dadurch gekennzeic hnet, daß der in der Gasleitung (1, 16) befindliche aerodynamische Körper (2, 2 a, 2b, 2 c) eine symmetrische, allseitig abgerundete Form aufweist, daß gegebenenfalls das in Richtung der Gasströmung liegende Ende des aerodynamischen Körpers mit radialen Rippen (20) zur Erzeugung einer spiralförmigen Bewegung des Gasstromes versehen ist, die in dem freien Querschnitt angeordnet und deren Enden an der Innenwand der Leitung befestigt sind, und daß gegebenenfalls der feste, aerodynamische Körper (2) in der Längsrichtung der Achse der Leitung (16) verschiebbar ausgebildet ist, falls diese in der Längsrichtung konisch verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des aerodynamischen Körpers gerauht ist oder quer zur Gas-

Strömungsrichtung verlaufende Nuten oder Rillen aufweist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Körper (2, 2 a, 2 b, 2 c) die Form einer Kugel oder einer Birne aufweist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere feste Körper (2, 2 a, 2 b, 2 c) angeordnet sind, die längs

der Achse der Gasleitung (1, 16) übereinander und konzentrisch zu derselben liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 290 274; französische Patentschrift Nr. 1065138; belgische Patentschrift Nr. 530178; britische Patentschrift Nr. 773 323; USA.-Patentschriften Nr. 2 209 339, 2 201301.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen