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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit der Feststoffe
aus einem gasförmigen
Medium abgeschieden werden können.
Solche Feststoffe können ölhaltige,
feuchte, klebrige und insbesondere auch brennbare bzw. explosive
Stäube sein.
Derartig mit Fremdteilchen beladene Gasströme können in Produktionsverfahren
entstehen. Um zu verhindern, daß sich
beim Reinigungsvorgang derartige Gasströme entzünden, werden diesen Gasströmen im Zusammenhang
mit dem Abscheidevorgang feine, staubförmige Partikel (Additive) zugegeben.
Solche Additive sind hauptsächlich
Calciumcarbonat (CaCO3). Die gasförmigen Schadstoffe
in den Gasströmen
werden von den Additiven absorbiert und damit neutralisiert.
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Eine
bekannte Vorrichtung zum Abscheiden von Feststoffen der eingangs
genannten Art besitzt ein Filtergehäuse mit mehreren Filterelementen.
Unten im Filtergehäuse
ist eine Einlaßöffnung,
durch die die zu reinigenden Gasströme von unten in den Bereich
der Filterelementen strömen
können.
Das Filtergehäuse
sitzt von oben auf einem offenen Behälter. In dem Behälter ist
ein Sinterboden eingebaut, der als Zwischenboden des Behälters ausgebildet
ist. In den Zwischenraum zwischen dem Boden des Behälters und
diesem Sinterboden kann Druckluft eingeleitet werden. Diese Druckluft
strömt
durch den Sinterboden hindurch und durch eine feine Partikel enthaltende
Schicht hindurch. Diese Partikelschicht stellt das Additiv dar,
das zur Absorption der Schadstoffe dient, die in der zur reinigenden
Luft enthalten sind. Die Partikel sind so fein, daß sie durch
die durch den Sinterboden hindurchströmende Luft zum Fluidisieren
gebracht werden. Die in das Filtergehäuse einströmenden, zu reinigenden Gase
vermischen sich mit den Additiv-Partikeln. Dadurch gelangen an die Filterelemente
nicht die gasförmigen
Schadstoffe sondern die mit den gasförmigen Schadstoffen befrachteten
Additiv-Partikel. Die dadurch entstanden Feststoffpartikel werden
in den Filterelementen zurückgehalten.
Beim Abreinigen der Filterelemente fallen diese Feststoffpartikel
nach unten aus dem Filtergehäuse
heraus und in den Behälter
mit dem Sinterboden hinein. Diese Feststoffpartikel vermischen sich
dabei mit den auf dem Sinterboden vorhandenen Additiv-Partikeln. Im Bereich
des Sinterbodens wird der Anteil von noch nicht mit gasförmigen Schadstoffen
beladenen Additiv-Partikeln
immer kleiner. Dabei verteilt sich die jeweils vorhandene Mischung
an belasteten beziehungsweise unbelasteten Partikeln gleichmäßig im Bereich
des Sinterbodens.
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Bei
einer anderen bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art ist
unter dem Filtergehäuse ein äußerer Behälter positioniert.
In dem äußeren Behälter ist
ein innerer Behälter
vorhanden, der einen Sinterboden als Zwischenboden besitzt. Oberhalb des
Sinterbodens ist eine Additiv-Partikelschicht vorhanden. In dieser
Schicht ist eine pneumatische Fördervorrichtung
mit einer Injektordüse
und einer Rohrleitung installiert, über welche die oberhalb des
Sinterbodens vorhandenen Partikel in den zu reinigenden Gasstrom
eingeleitet werden können.
Auch bei dieser Vorrichtung fallen die beim Abreinigen entstehenden Verunreinigungen
weitgehend in den Sinterboden-Behälter. Dadurch entstehen in
diesem inneren Behälter
die gleichen Mischungsverhältnisse
und Zustände
wie sie auch bei der vorstehend bereits aufgeführten anderen bekannten Abscheidevorrichtung vorhanden
sind. Auch stellt das Bereitstellen von zwei Behältern und die verfahrenstechnische
Anforderung von Drucklufteinleitungen sowohl in den Zwischenraum
zwischen dem Sinterboden und dem Boden des inneren Behälters hinein
als auch in den Bereich oberhalb des Sinterbodens einen vergrößerten apparativen
und konstruktiven Aufwand dar.
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Aus
der
DE 28 10 473 A1 ist
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abreinigen von Abgasen bekannt.
Dabei werden in den mit Schadstoffen belasteten Luftstrom feine
Partikel eingeleitet und das Luftgemisch anschließend in
einer durch eine Röhre
hindurch nach oben gerichteten Luftströmung einer Filteranordnung
zugeführt.
Von der Filteranordnung abfallende Partikel werden nach einer ersten
Ausführungsform
auf einem im Kopfbereich der Röhre
angeordneten Sieb aufgefangen oder fallen gemäß einer zweiten Ausführungsform
durch die Röhre
in den Bodenbereich der Vorrichtung zurück, bevor sie dann jeweils
durch eine separate Leitung aus der Vorrichtung herausgeführt werden.
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Aufgrund
der zunehmenden Verarbeitung von Leichtmetallen im Automobilbereich
werden Entstaubungs-Anlagen benötigt,
um die hier anfallenden Aluminium- oder Magnesiumstäube oder
auch Stäube
von diesen Legierungen abzuscheiden. Bei zentralen Arbeitsabläufen werden
Nassabscheider oder druckstoßfest,
bei Außenaufstellung
mit Druckentlastungsflächen
versehene Trockenabscheider eingesetzt. Bei dezentralen Arbeitsabläufen werden
die Abscheider im Arbeitsraum aufgestellt. Hier sind Naßabscheider
oder in druckfester Ausführung
und mit Explosionsunterdrückungsvorrichtungen
durch Gegenexplosion ausgebildete Trockenfilter bekannt. Diese Bauarten
sind sehr teuer und äußerst wartungsintensiv.
Trotzdem bleibt ein Restrisiko vorhanden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung und ein Verfahren der vorstehend genannten Art
anzugeben, die ein möglichst
einfaches und trotzdem möglichst
wirkungsvolles und wirtschaftliches Abscheiden von Feststoffen aus
einem gasförmigen,
wie insbesonders brennbaren bzw. explosiven Medium erlauben.
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Diese
Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gegeben. Sinnvolle
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die
Erfindung hat mehrere Vorteile. Durch die zusätzliche Anordnung eines Trichters
oberhalb von lediglich einem Teilbereich des Sinterbodens wird erreicht,
daß die
beim Abreinigen nach unten fallenden verschmutzten Teilchen sich
nicht vollständig mit
allen sauberen Additiv-Partikeln vermischen; die verschmutzten Teilchen
fallen nämlich
an der oberen, kleineren Öffnung
des Trichters seitlich außen
vorbei. Sie vermischen sich lediglich mit den Additiv-Partikeln, die im
Ringbereich außerhalb
des Trichters oberhalb des Sinterbodens vorhanden sind. Die innerhalb
des Trichters vorhandenen Additiv-Partikel vermischen sich nicht
sofort mit den abgereinigten, verschmutzten Partikeln. Die Vermischung
der verschmutzten Additiv-Partikel mit noch nicht verschmutzten
Additiv-Partikeln findet erst nach und nach statt und zwar in dem
Verhältnis,
wie von außen verschmutzte
Partikel nach innen in den Innenraum des Trichters hineinströmen. Dies
Hineinströmen wird
dadurch erreicht, daß ein
Bodenbereich des Sinterbodens innerhalb des von dem Trichter glockenartig
eingefaßten
Bereiches besser luftdurchlässig
ist als der übrige
Sinterbodenbereich. Dadurch wird eine Luftzirkulation erzwungen.
Diese Luftzirkulation bewirkt ein Ansteigen der Partikel innerhalb
des Trichters nach oben aus der kleinen Öffnung des Trichters heraus.
Andererseits erfolgt ein Nachströmen
von Partikeln in den Bereich innerhalb des Trichters von außen durch
den zwischen dem Trichter und dem Sinterboden ausgebildeten Ringspalt
hindurch. Nach oben aus dem Trichter und damit in den Bereich der zu
reinigenden Gasströmung
strömen
damit vorzugsweise keine beziehungsweise noch nicht so stark mit Schmutzpartikeln
beladene Additiv-Partikel.
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Die
unterschiedliche Durchlässigkeit
des Sinterbodens kann nach einem auch in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel
auf einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß in dem Sinterboden ein Durchbruch
vorgesehen wird. In dem Durchbruch kann ein Rohrstück eingesetzt
sein. Der Durchbruch beziehungsweise das Rohrstück kann mit der oberen kleineren Öffnung des
Trichters fluchtend angeordnet werden. Dann ist eine besonders ungestörte Zirkulation
innerhalb des Trichters möglich.
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Der Öffnungsquerschnitt
des Durchbruches beziehungsweise des Rohrstückes kann gegebenenfalls verändert werden.
Dadurch ist es dann möglich, die
Strömungsmenge
und die Strömungsgeschwindigkeit
der aus dem Trichter nach oben herausströmenden Additiv-Partikel unterschiedlich
zu gestalten.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können in dem Behälter Füllstandsmelder
eingebaut sein, um die beim Betrieb der Abscheidevorrichtung anwachsende
Menge der verschmutzten Partikelteilchen innerhalb des Behälters feststellen zu
können,
beziehungsweise um festzustellen, ob die zum sicheren Betrieb nötige Additivmenge
bei Betriebsbeginn nicht unterschritten wird.
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Über eine
geeignete Anpressvorrichtung kann das Filtergehäuse gasdicht an dem Sinterboden-Behälter lösbar befestigt
werden. Die Anpressvorrichtung stellt sicher, daß im Betrieb der Vorrichtung
keine "falsche" Luft in den Behälter hinein
oder aus dem Behälter
herausdringen kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren
Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben
und erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch eine Abscheidevorrichtung
nach der Erfindung.
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Eine
Vorrichtung 10 zum Abscheiden von Feststoffen aus einem
gasförmigen
Medium besitzt einen Filterbehälter 14 mit
im Inneren angeordneten mehreren Filterelementen 16. Das
zu reinigende gasförmige
Medium 12 strömt über eine
Einlaßöffnung 18 in
den unteren Bereich des Filterbehälters 14 und von dort
nach oben durch die Filterelemente 16 hindurch. Die im
Medium 12 enthaltenden Schadstoffpartikel setzten sich
beim Durchströmen
der Filterelemente 16 von außen nach innen an der Außenseite
der Filterelemente 16 ab. Das gereinigte gasförmige Medium 20 strömt aus den
Filterelementen 16 nach oben und weiter aus dem Filterbehälter 14 heraus.
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Der
Filterbehälter 14 besitzt
eine untere konische Verjüngung 22.
Mit seiner unteren relativ kleinen Öffnung 23 wird der
Filterbehälter 14 über eine im
Stand der Technik bekannte Anpressvorrichtung 24 auf den
oberen Rand 26 eines Behälters 30 gepreßt.
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Die
Anpressvorrichtung 24 besitzt dazu einen im Schnitt Z-förmigen Deckel 28,
der sich von oben gasdicht an den Rand 26 des Behälters 30 anpressen
läßt. Der
Deckel 28 ist seinerseits über eine Manschette 29 gasdicht
mit dem Filterbehälter 14 verbunden.
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Der
nach oben offene Behälter 30 besitzt
einen Boden 32. Im Abstand oberhalb des Bodens 32 ist
ein Sinterboden 34 als Zwischenboden des Behälters 30 ausgebildet.
In den Zwischenraum 36, der zwischen dem Boden 32 und
dem Sinterboden 34 vorhanden ist, ragt eine Druckluftleitung 38 von
außen hinein. Diese Druckluftleitung 38 läßt sich über einen
Bajonettverschluss 40 an eine Druckluft-Zuleitung 44 anschließen, in
der ein Druckluftventil 42 eingebaut ist. Dadurch kann
Druckluft in den Zwischenrum 36 von außen her eingeleitet werden.
Im mittleren Bereich des Sinterbodens 34 ist ein Durchbruch 50 vorhanden,
der durch ein endseitig jeweils offenes Rohrstück 52 ausgefüllt ist.
In dem Rohrstück 52 können Schieberanordnungen
eingebaut sein, um den Öffnungsquerschnitt
des Rohres veränderlich
einstellen zu können.
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Oberhalb
des Sinterbodens 34 sind in dem Behälter 30 Additiv-Partikel 56 vorhanden.
Im vorliegenden Fall bestehen diese Partikel aus Calciumcarbonat
(CaCO3).
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In
dem Behälter 30 ist
ein mit seiner kleineren Öffnung 58 nach
oben ausgerichteter Trichter 60 vorhanden. Zwischen dem
unteren Rand 62 des Trichters 60, der dessen größere Öffnung 64 einrahmt,
und dem Sinterboden 34 ist ein Ringspalt 66 ausgebildet.
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Im
Betrieb der Abscheidevorrichtung strömt in den Zwischenraum 36 eingeströmte Druckluft
verstärkt
durch das Rohrstück 52 nach
oben hindurch. Außerhalb
des Rohrstückes 52 ist
die Durchlässigkeit
des Sinterbodens 34 kleiner als sie im Öffnungsquerschnitt des Rohrstückes 52 vorhanden
ist. Dadurch findet in dem Trichter 60 eine Luftströmung entsprechend
dem Pfeil 70 statt. Diese Luftströmung ist stärker als die Luftströmung entsprechend
den Pfeilen 72 im Ringbereich zwischen der Außenwand
des Behälters
und dem Rohrstück 52.
Dadurch findet eine Luftströmung
von dem außerhalb
des Trichters 60 vorhandenen Ringraum 76 durch
den Ringspalt 66 in den Trichter-Innenraum 78 statt
(Pfeil 74). Die durch den Sinterboden hindurchströmende Druckluft bewirkt
ein Fluidisieren der oberhalb des Sinterbodens vorhandenen Partikel.
Diese fluidisierenden Partikel, die den gesamten Innenraum des Behälters 30 ausfüllen, strömen bei
Betrieb der Abscheidevorrichtung, das heißt beim Einleiten von Druckluft
durch die Leitung 38 in den Behälter 30 hinein, derart
durch den Bereich des Sinterbodens 34 hindurch, daß im Bereich
des Trichters 60 eine Luftströmung entsprechend der Pfeile 70, 74 entsteht.
Durch den Pfeil 70 werden relativ unbelastete Additiv-Partikel
nach oben in den von der konischen Verjüngung 22 eingeschlossenen
Behälterbereich 80 geleitet.
Dort treffen sie mit dem zu reinigenden gasförmigen Medium 12 zusammen.
Gleichzeitig strömen
die in dem Ringraum 76 vorhandenen Partikel in den Innenraum 78 des
Trichters 60. Die beim Abreinigen entstehenden Schmutzpartikel
fallen durch den Behälterbereich 80 hindurch nach
unten in den Behälter 30.
Aufgrund der relativ kleineren Öffnung 58 des
Trichters 60 fallen diese Schmutzpartikel weitestgehend
in den Ringraum 76 des Behälters 30. Während einer
langen Betriebsdauer ist der durch den Pfeil 70 definierte
Partikelstrom weitestgehend frei von verunreinigten Teilchen, wie
sie im Gegensatz dazu im Ringraum 76 verstärkt vorhanden
sind.
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Die
kleine Trichteröffnung 58 bewirkt
nicht nur, daß die
beim Abreinigen entstehenden Schmutzpartikel nicht unmittelbar in
den Trichter zurückfallen, sondern
bildet für
die nach oben strömenden
Teilchen auch eine Art Düse,
so daß die
Geschwindigkeit der Gasströme
der durch den Pfeil 70 definierten Gasströmung in
günstiger
Weise erhöht
wird. Dadurch werden die Additiv-Partikel weit nach oben in den Filterbehälter 14 hochgerissen.
Es kann dadurch eine optimale Durchmischung dieses Partikel-Gasstroms
mit dem zu reinigenden gasförmigen
Medium 12 stattfinden.
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Im
oberen Bereich des Behälters,
im vorliegenden Fall in dem Deckel 28 der Anpressvorrichtung 26,
ist eine Füllstandssonde 90 eingebaut. Über diese
Füllstandssonde 90 wird
der maximale Füllstand
von den in dem Behälter
vorhanden Partikeln angezeigt. Über
die Füllstandssonde
kann der Betrieb der Abscheidevorrichtung unterbrochen werden.
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Bei
Beginn des Abscheidevorganges ist in dem Behälter 30 ein extrem
niedriger Füllstand
an Partikeln vorhanden. Dieser minimale Füllstand wird allein durch das
Vorhandensein von Additiv-Partikeln vorgegeben und wird von einem
Füllstandsmelder 91 überwacht.
Während
des Abscheidevorganges kommen zu diesen Additiv-Partikeln zusätzliche Schmutzpartikel
hinzu, die aus dem zu reinigenden gasförmigen Medium 12 nach
und nach ausgeschieden werden. Dadurch steigt der Füllstand
innerhalb des Behälters 30,
bis er seinen durch die Füllstandssonde 12 definierten
oberen Stand erreicht hat. Dieser obere Füllstand stellt ein entsprechendes Grenz-Mischungsverhältnis von
Schmutzpartikeln und Additiv-Partikeln dar. Die Abscheidevorrichtung läßt sich
also mit einer vorgegebenen Additiv-Partikelmenge solange im Kreislauf fahren,
bis eine gewisse Sättigung
in der Wirkung der Additiv-Partikel eintritt, das heißt, ein
bestimmtes Mischungsverhältnis
von Schmutzpartikeln und Additiv-Partikeln erreicht ist. Bei Erreichen
dieses End-Mischungsverhältnisses
wird der Behälter 30 ausgeleert
und mit unbelasteten Additiv-Partikeln
neu gefüllt.
Das Austauschen des Behälters 30 ist
sehr einfach. Es muß lediglich
der Bajonettverschluss 40 gelöst und die Anpressvorrichtung 24 mit
dem Deckel von dem Behälter 30 entfernt
werden. Umgekehrt kann durch Aufsetzen der Anpressvorrichtung 24 auf
einen neu gefüllten
Behälter 30 und
durch Anschließen
der Druckluftleitung 38 an den Bajonettverschluss 40 die
Abscheidevorrichtung sehr einfach und schnell wieder in Betrieb
genommen werden.
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Vor
Inbetriebnahme wird der Behälter 30 wieder
bis zu einer vorgegebenen Marke mit Additiv gefüllt. Diese Menge wird so gewählt, dass
das Gemisch, bestehend aus Additiv und eingetragenem Staub, bei
Erreichen des oberen Füllstandsmelders 90 ein
nicht brennbares Gemisch darstellt.
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Um
sicherzustellen, dass nach Entleeren des vollen Staubbehälters 30,
d. h. nach Wiederanfahren der Anlage, eine ausreichende Additivmenge eingefüllt wurde,
ist der Füllstandsmelder 91 am
Deckel 28 angebracht. Dieser Deckel gibt nur dann den Betrieb
der Anlage frei, das heißt,
es wird beispielsweise Zustrom von gasförmigem Medium 12 nicht unterbrochen,
wenn die vorgegebene Füllstandsmarke
für die
mindestens vorhandene Menge an Additiv erreicht ist.
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Beim
Einschalten der Entstaubungsanlage öffnet das Druckluftventil 42 und
führt dem
Dosierbehälter 30 während der
Betriebsperiode Druckluft als Förderluft
fur das Additiv zu.
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Zur Überprüfung, ob
genügend
Druckluft fließt,
ist in der Zuleitung 44 ein Durchflussmessgerät 92 mit
Minimal- und Maximalkontakt eingebaut, das bei Über- oder Unterschreiten der
eingestellten Werte die Anlage abschaltet und den Zustrom von ungreinigtem
Medium 12 zu dem Filterelement 16 unterbindet.
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Statt
des genannten einen Filterelementes 16 können selbstverständlich auch
mehrere Filterelemente vorhanden sein. Derartige Filterelemente
können
auch in Form von Schläuchen,
Taschen oder Plattenkörpern
ausgebildet sein.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
eignet sich für ölhaltige,
feuchte und klebrige Stäube.
Bei Entstaubungsanlagen, mit welchen explosive Stäube abgesaugt,
d. h. gereinigt werden, ist wichtig, dass so viel nicht brennbares
Additiv diesen Stäuben
zugegeben wird, dass das entstehende Staub-Additiv- Luft-Gemisch sowohl
auf den Abscheideorganen im Filter als auch im Sammel-Staub-Behälter nicht
mehr brennbar bzw. explosiv ist. Im vorliegenden Beispielsfall wird
soviel Additiv dem zu reinigenden Medium 12 im Behälterbereich
zugegeben, dass im Bereich des Filterelements 16 und auch
im Behälter 30 kein
brennbares oder explosives Staubgemisch entstehen bzw. vorhanden
sein kann.