DE2438857C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen einer Gasströmung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus einer Gasströmung, bei dem der vorgereinigte Probengasstrom in eine Ausiaßströmung und eine Rückflußströmung aufgeteilt wird und die axiale Komponente der Rückflußströmung entgegengesetzt der Probengasströmung gerichtet wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Verschiedene Analysatoren werden zur Analyse von Gasen, beispielsweise Rauchgasen von Boilern, Schachtöfen, Sauerstofföfen, Kupolöfen und anderen schmutzigen Gasströmen, die Feststoffteilchen enthalten, angewendet. Gasanalysatoren, die für die Gasanalyse zur Verfugung stehen, schließen Infrarotabsorptionsanalysatoren für Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickoxid und Schwefeldioxid, Analysatoren mit Gaschromatographiesäulen, Chemiluminszenzanalysatoren für Stickstoffdioxid und andere Oxide des Stickstoffs, polarographische Sauerstoffanalysatoren u. dgl. ein.

Die Verwendung von üblichen Filtern hat sich für diesen Zweck nicht bewährt, da diese Filter nach einer gewissen Zeit vollständig verstopfen und durch neue ersetzt werden müssen.

Aus der britischen Patentschrift 12 22 933 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die ein Einlaßrohr aufweist, durch das das zu reinigende Gas schraubenförmig in eine Wirbelkammer strömt, wobei durch Zentrifugalkräfte die Feststoffteilchen gegen die Wände geworfen werden. Ein Teil des gereinigten Gases tritt aus der Reinigungsvorrichtung aus, ein anderer größerer Teil wird in die Wirbelkammer zurückgepumpt, wobei der Rückflußströmung ebenfalls eine schraubenförmige Bewegung aufgezwungen wird. Diese Vorrichtung ist sehr aufwendig aufgebaut

Der Erfindung liegt die Aufgabe zujgrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen einer

Gasströmung von Feststoffteilchen anzugeben, die

dieses Ziel mit weesentlich einfacheren Mitteln erreicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von

einem Verfahren der eingangs genannten Art, dadurch, daß erfindungsgemäß ein Probengasstrom und eine Rückflußströmung mit im wesentlichen linearer Strömung erzeugt werden und die Rückflußströmung koaxial zu dem Probengasstrom verläuft

Ferner schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vor mit einer eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweisenden Probensonde sowie mit einer Pumpe, die das Gas als Probengasstrom parallel zur Sondenachse zu einer Auslaßöffnung strömen läßt, die gekennzeichnet ist durch eine mit der Auslaßseite der Pumpe verbundene Leitung, die sich in eine Auslaßleitung; und eine Rückflußleitung aufteilt, wobei die Rückflußleitung koaxial zu der Probensonde angeordnet ist und eine Auslaßöffnung aufweist, die so angeordnet ist, daß sie Gas aus der Rückflußleitung parallel zur Sondenachse in

b^r) Richtung zu der Sondeneinlaßöffnung richtet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung v/erden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausfüh-

rungsbeispieles der Erfindung;

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer alternativem Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 3 eine zum Teil schematische Darstellung einer Konstruktion, die bei der Ausführung des in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels verwendet werden kann, wobei auch die Art einer möglichen Installation dargestellt ist; und

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, das zum Reinigen von Abgasen vorgesehen ist, die von Kraftwerkboilern, chemischen Verfahrensanlagen usw. abgegeber, werden.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das Reinigen von Gasmeßproben, die analysiert werden sollen, vielmehr soll auch das Reinigen von Gas nicht ausgeschlossen sein, das zur Verwendung in einem Herstellungsverfahren bestimmt ist. Zum Zwecke der Darstellung wird die Erfindung jedoch zuerst in ihrer Anwendung bei der Reinigung von zu analysierenden Gasproben von einem Schacht oder einem Kamin 11 beschrieben. Eine Sonde 12 erstreckt sich in den Kamin. Die Sonde 12 ist mit einem Rohr 10 mit dem gleichen Durchmesser und über ein Rohr 13 mit kleinerem Durchmesser mit der Ansaugseite einer Zentrifugalpumpe 14 verbunden. Die Druckseite der Pumpe 14 oder ihr Auslaß ist durch Rohre 15 und 16 über ein Drosselventil 18 und einen Strömungsmesser 19 mit einem Gasanalysator 17 verbunden. Ein Teil des von der Pumpe 14 über das Rohr 15 abgegebenen Gases wird in die Sonde 12 zurückgeblasen. Zu diesem Zweck ist ein Rückflußrohr 21 mit dem Verbindungspunkt der Auslaßrohre 15 und 16 verbunden. Eine Abgabeöffnung 22 des Rückflußrohres 21 liegt innerhalb des mit einem größeren Durchmesser ausgeführten Rohres 10 der Sonde 12.

In der Sonde 12 strömt das von der Ansaugseite der Pumpe 14 angesaugte Gas in einem konzentrischen Weg parallel zu der Achse des Rohres 10 in das Rohr 13 und die Pumpe 14, wie durch Pfeile 23 angedeutet ist. Eine Rückflußströmung entlang den Pfeilen 24 in dem Rückflußrohr 21 wird an der Mündung 22 abgegeben. Wie dargestellt ist, ist die Strömung in dem Rückflußrohr 21 entlang den Pfeilen 24 parallel zu der Achse des Rohres 21 und breitet sich diagonal und konzentrisch zu dem Rohr 21 und dem Rohr 10 in Richtung der Pfeile 25 gegen das verschmutzte Gas aus, das entlang den Pfeilen 26 in die Sonde 12 eintritt

Die Rückströmung in dem Teil der Sonde 12 bei den Pfeilen 25 bildet einen Skrubberstrom, der als dynamischer Filter wirkt und dazu führt, daß die Feststoffteilchen entfernt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung bestimmter Rohrgrößen oder Durchflußkapazitäten beschränkt Bei einer Einrichtung mit einer Pumpe 14, die eine Probe von 17 000 Kubikzentimeter pro Minute absaugt, wurden jedoch befriedigende Ergebnisse erzielt, wenn die Rückflußströmung einen großen Prozentsatz der Probenströmung, beispielsweise 15 000 Kubikzentimeter pro Minute, betrug. Diese Rückflußströmung wurde durch das Rückflußrohr 21 eo geführt und durch die Abgabemündung 22 abgegeben. Bei der gezeigten Ausführungsform wurden mit den genannten Gasströmungsmengen befriedigende Resultate mit einer Abgabemündung 22 mit 6,3 mm Außendurchmesser und einem Rohr 10 der Gassonde 12 t>5 mit einem Innendurchmesser von 12,7 mm erzielt. Die Abgabemündung 22 des Rückflußrohres ist um etwa 25 cm von dem Einlaßende der Sonde 12 nach hinten versetzt

Es ist ersichtlich, daß Änderungen in den Abmessungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wenn andere Strömungsraten auftreten. Die Einrichtung ist auch dann verwendbar, wenn die Sonde 12 von einer Quelle die gesamte Gasströmung aufnimmt die in einem Verfahren weiterverwendet werden soIL Dann gibt die Pumpe 14 Gas durch das Rohr 16 und die Elemente 18 und 19 statt an einen Analysator 17 an eine Vorrichtung ab, in der das Verfahren ausgeführt werden soIL

Obwohl in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 eine Sonde 12 mit einer innenseitigen Rückfluß-Abgabemüiidung 22 verwendet wird, ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt Eine alternative Anordnung kann ebenfalls verwendet werden, wie sie in Fig.2 gezeigt ist Dort ist ein äußeres Rückflußrohr 28 mit einer offenen Abgabemündung 29 vorgesehen. In dem Rückflußrohr 28 liegt konzentrisch eine Sonde 31 als Einlaß, die über ein inneres Rohr 32 mit der Saugseite der Pumpe 14 verbunden ist Ein Rückflußrohr 21 ist mit dem einen größeren Durchmesser aufweisenden Rückflußrohr 28 verbunden. In diesem Fall verläuft der Rückflußstrom entlang den Pfeilen 25' diagonal nach innen statt diagonal nach außen, wenn er gegen den ankommenden Strom gerichtet wird Der Raum zwischen dem Rohr 10 und dem Rohr 21 oder zwischen dem Rohr 28 und dem Rohr 31 ist offen, um eine freie Strömung zu liefern.

Wie in F i g. 3 gezeigt ist ist die Sonde 12 vorzugsweise mit ihrer Achse horizontal angeordnet. Wie dargestellt ist, liegt die Achse der Sonde 12 ebenfalls horizontal, so daß die Rückflußströmung parallel zu den Achsen des Rohres 21 und der Sonde 12 vor sich gehen kann, bis sie aus der Abgabemündung 22 austritt. Wenn die Probe aus dem Kamin eines Boilers od. dgl. entnommen werden soll, wird die Sonde 12 durch die Kaminwand 30 eingesetzt so daß sie sich etwa 40 bis 50 Prozent über den Durchmesser des Kamins erstreckt. Die Sonde wird gewöhnlich wenigstens 90 cm in den Kamin hineingesteckt. Im Falle eines typischen Kamins mit einem Durchmesser von 44 bis 7,5 m ist die Sonde genügend lang, so daß sie sich beispielsweise 2,1 bis 3 m in den Kamin hineinerstrecken kann. Diese Anordnung gestattet eine kontinuierliche Überwachung der Rauchgase in dem Kamin. Bei der Verwendung in Boilerkaminen bestehen die Feststoffteilchen, die aus der Meßprobe ausgeschieden werden sollen, aus solchen Feststoffteilchen, wie Ruß, Flugasche und Säurenebel. Wenn die Abgase von anderen Prozessen überwacht werden sollen, können die Teilchen solche Feststoffteilchen einschließen, wie Katalysatorüberreste, Magnesiumoxid und möglicherweise gewisse Nebel, beispielsweise Schwefelsäurenebel.

Die dynamische Filteranordnung gemäß der Erfindung kann leicht aus Rohrstücken und Rohranschlußteilen zusammengesetzt werden. Die Sonde 12 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl.

Wie in F i g. 3 gezeigt ist, kann das Rückflußrohr 21 in der Sonde 12 unter Verwendung eines herkömmlichen T-Rohrstückes 33 montiert werden. Die Sonde 12 wird dann in ein Ende und das Rohr 13 in den seitlichen Stutzen eingeschraubt. Ein Reduzierstück 34 wird in das T-Stück 33 gegenüber dem Anschluß der Sonde 12 eingeschraubt. Das Reduzierstück 34 nimmt das Rohr 21, welches einen Außendurchmesser von 63 mm hat, auf, so daß sich das Rohr 21 durch das T-Stück 33 und in die Sonde 12 in deren Innenraum erstreckt. Die

Verbindung des Rückflußrohres 21 mit den Ausflußrohren 15 und 16 kann durch ein herkömmliches T-Stück 35 und ein Anschlußrohr 36 hergestellt werden, wobei der Durchmesser für den Anschluß an das Rückflußrohr 21 auf geeignete Weise, beispielsweise durch einen Reduzierbogen 36, reduziert wird.

Das Verhältnis zwischen dem Strömungsvolumen in den Rohren 15 und 16 und in dem Rückflußrohr 21 (Fig. 1) wird durch die Kapazität des Gebläses oder der Pumpe 14 und das Volumen der für den Analysator 17 abgezogenen Probe gesteuert. Wenn eine Strömung von 2000 Kubikzentimeter pro Minute durch das Rohr

16 und in den Analysator 17 erwünscht ist, wird ein Gebläse oder eine Pumpe 14 mit einer Kapzität von

17 000 Kubikzentimeter pro Minute gewählt, und das Drosselventil IS wird so eingestellt, daß die Gasabgabe durch das Ventil, das Rohr 16 und in den Analysator 17 auf 2000 Kubikzentimeter pro Minute reduziert wird. Folglich werden 15 000 Kubikzentimeter pro Minute durch das Rückflußrohr 21 zurückgeführt und von der Mündung 22 gegen die ankommende Strömung des Meßgases ausgestoßen, das gereinigt und analysiert werden soll. Die Kraft der Rückflußströmung trägt die Feststoffteilchen zurück in den Kamin, wo sie mit der ansteigenden Strömung aus dem Kamin herausgehoben werden oder zum Boden des Kamins herunterfallen.

Um bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Probenströmung von 2000 Kubikzentimeter pro Minute und eine Aufgabe zu der Sonde von 17 000 Kubikzentimeter pro Minute zu erreichen, wird als Außendurchmesser des äußeren Rohres 28 der Sonde 9,5 mm und als Außendurchmesser des Rückflußrohres 32 6,3 mm gewählt. Die Einlaßmündung 31 des Sondenrohres 32 ist von dem Abgabeende 21 des äußeren Rohres 28 um etwa 12,7 mm zurückversetzt. Obwohl bei den Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 1 und 3 mehr Feststoffteilchen entfernt werden al; bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2, werden aucl· bei dem zuletzt genannten Ausführungsbeispiel meßbare Mengen an Feststoffteilchen ausgeschieden.
Wenn eine spezielle Reinigungsvorrichtung debeschriebenen Art mit größeren Abmessungen verwendet wird, um, wie in F i g. 4 gezeigt ist, Feststoffteilcher von dem gesamten Ausstoß an verschmutzten oder mil Feststoffteilchen beladenen Gasen von einem Boiler 41

to oder anderen Quellen von schmutzigen oder mil Teilchen beladenen Gasen zu entfernen, wird die Pumpe 14 so gewählt, daß sie eine Kapazität von etwa derr Zwölffachen der bei dem Boiler 41 erwünschter Luftströmung hat. Die Durchmesser des Sondenrohre« 12, des Rückflußrohres 21 und der Rohre 15 und Ii werden entsprechend gewählt.

Bei herkömmlichen Boileranlagen, bei denen die Feststoffe aus den Auspuffgasen entfernt werder müssen, sind geeignete Vorrichtungen, beispielsweise ein elektrostatischer Abscheider 42 oder ein chemischer Naßreiniger 43, in den Abgaskreis von dem Boiler 41 zu dem Schornstein 11 eingesetzt. Die Verwendung des dynamischen Feststoffilters gemäß der Erfindung ermöglicht es, daß solche Vorrichtungen, wie dei elektrostatische Abscheider 42 oder der Naßreiniger 43 weggelassen werden. Jedenfalls kann die Größe unc Kapazität dieser Vorrichtungen stark herabgesetzt werden, wenn sie, wie dargestellt ist, so angeschlosser sind, daß sie das Abgas von dem Rohr 17 aufnehmen.

Bei dem Betrieb der Vorrichtug nach F i g. 4 fallen die Feststoffe, die in den Boiler 41 zurückgetrieben werden zu dem Feuertopf 44 zurück, so daß sie verbrauch) werden, bevor sie von der Abgasströmung wiedei aufgenommen werden. Daher bleibt nur unverbrauchbares Material zurück, welches schließlich durch mechanische Mittel entfernt werden muß.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abtrennen von Feststoffteilchen aus einer Gasströmung, bei dem der vorgereinigte Probengasstrom in eine Auslaßströmung und eine Rückflußströmung aufgeteilt wird und die axiale Komponente der Rückflußströmung entgegengesetzt der Probengasströmung gerichtet wird, d a -durch gekennzeichnet, daß ein Probengas- strom und eine Rückflußströmung mit im wesentlichen linearer Strömung erzeugt werden und daß die Rückflußströmung koaxial zu dem Probengasstrom verläuft

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptteil des Gases in der Aufgabeströmung zur Bildung der Rücktlußströmung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Gases in der Rückflußströmung in der Größenordnung von etwa 88% des Gasvolumens in der Aufgabeströmung liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasvolumen in der Auslaßströ- mung eingestellt wird, um den Anteil des Volumens der Rückflußströmung zu dem Volumen der Aufgabeströmung einzustellen.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit einer eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweisenden Probensonde, sowie mit einer Pumpe, die das Gas als Probengasstrom parallel zur Sondenachse zu einer Einlaßöffnung strömen läßt, gekennzeichnet durch eine mit der Auslaßseite der Pumpe verbundene Leitung, die sich in eine Auslaßleitung und eine Rückflußleitung aufteilt, wobei die Rückflußleitung koaxial zu der Probensende angeordnet ist und eine Auslaßöffnung aufweist, die so angeordnet ist, daß sie Gas aus der Rückflußleitung parallel zur Sondenaclhse in Richtung zu der Sondeneinlaßöffnung richtet

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflußleitung innerhalb der Probensonde angeordnet ist, wobei die Achse im wesentlichen parallel zu der der Probensonde verläuft und die Auslaßöffnung der Rückflußleitung stromaufwärts von der Einlaßöffnung der Probensonde um ein Stück zurückgesetzt ist, das größer ist als der Durchmesser der Probensonde.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Sonde etwa doppelt so groß wie der Außendurchmesser der Rückflußleitung ist und daß die Auslaßöffnung gegenüber der Einlaßöffnung der Probensonde um etwa das. 20-fache des Innendurchmessers der Probensonde zurückgesetzt ist

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflußleitung die Probensonde umgibt und im wesentlichen koaxial mit der Probensonde angeordnet ist, wobei die Eimjangsöffnung der Probensonde gegenüber deir Auslaßöffnung der Rückflußleitung zurückgesetzt ist

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßleitung ein Drosselventil angeordnet ist, um sicherzustellen, daß ein Großteil des Probengasstromes in die Rückflußleitung fließt