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Vorrichtung zur trockenen absorptiven Bindung von Schad-
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stoffen in Abgasen an Additive
Beschreibung Dia Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur trockenen absorptiven Bindung luftfremder Stoffe,
insbesondere Schadstoffen, die. in Abgasen von Verbennungsanlagen enthalten sind,
an Additive, wie z.B. Kalkstein (CaC03).
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Abgase aus Verbrennungsanlagen und industriellen Ofenanlagen enthalten
luftfn#.de Anteile, wie z.B. Schwefeldioxid, Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff
und gegebenenfalls Schwefeltrioxid.
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Zur Verminderung dieses Anteils an Schadstoffen in Abgasen und Rauchgasen
werden z.B. Fliehkraftentstauber und/oder Elektrofilter eingesetzt. Bei den zusätzlichen
Rauchgas-Reinigungsverfahren wird unterschieden zwischen Naßverfahren bzw. Feuchtverfahren
und Trockenverfahren. Die Naßverfahren und Feuchtverfar haben den Nachteil, daß
das Waschasasser nachbehandelt werden muß, außerdem sind die Rauchgase kalt und
müssen gegebenenfalls zur Ableitung durch einen Schornstein erneut aufgeheizt werden,
damit sie in der Atmosphäre aufsteigen und sich verteilen können.
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Bei den Trockenverfahren, bei denen die Schadstoffe chemisch an in
die Abgase eingeführt Chemikalien (Additive) gebunden werden, entfallen diese Nachteile.
Diese Additive sind nach Gebrauch ohne Nachteil für die Umwelt direkt deponierbar.
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Als Additive eignen sich z.B. Kalkstein (CaC03), Branntkalk (CaO),
Kalkhydrat (Ca(OH)2), Dolomit (CaO Mg0), Magnesia (MgO), Maghämit (Fe203), calcinierte
Tonerde (Al203X, aber auch Tonerdehydrat, Manganoxid, Natriumcarbonat, Natriurczhydroxid
und andere. Diese Additive werden in möglichst fein zerteilter
Form
in den Abgasstrom oder Rauchgasstront eingeführt, damit möglichst viele Schadstoffmoleküle
mit den Additiv-Teilchen zweck chemischer Bindung in Kontakt gelangen.
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Bei der trockenen Heißbindung von Abgasen oder Rauchgasen werden die
Additive in den Rauchgasstrom eingeblasen oder es werden Additivlösungen und/oder
Additiv-Suspensionen in den Izauchgasstrom eingedüst.
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Zu den meist verwendeten Additiven gehören Kalkstein (CaC03) mit etwa
2500 bis 6000 cm2/g spezifische Oberfläche; Weißfeinkalk (CaO) mit etwa 6000 bis
30000 cm2/g spezifische Oberfläche und Feinkaikhydrat (Ca(OH)2) mit etwa 20000 bis
150000 cm2/g spez. Oberfläche.
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Das Material mit der höchsten spezifischen Oberfläche, d.h.
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Feinkalkhydrat, ist jedoch sehr teuer, während Kalkstein und Weißfeftkalk
relativ billig sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Vorrichtung
zu schaffen, die es ermöglicht, insbesondere Kalkstein, in reiner Form, dolomitisch
oder als Dolomit, der auf Zementfeinheit gemahlen ist, als Additiv zu verwtnnden,
mit einem Wirkungsgrad, der demjenigen von Feinkalkhydrat im wesentlichen entspricht
oder ihn übertrifft.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Vorrichtung
eine drehbare Trommel mit im wesentlichen horizontaler Achse aufweist, die mit einer
Füllung aus Mahlkörpern versehen ist, durch welche die Abgase mit den zuvor in sie
eingeführten Additiven hindurchleitbar sind.
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Hierbei wird davon ausgegangen, daß bei der Reaktion zwischen den
Gasmolekülen der Schadstoffe und dem pulverigen Additiv
nur die
Oberfläche der Körner des Additivs mit den Gasmolekülen reagiert. Beim Durchleiten
der Gase und der Additive durch die Kugelfüllung der sich drehenden Trommel wird
die Schicht der einzelnen Körner des Additivs, die mit den Gasmolekülen der Schadstoffe
in Reaktion getreten ist, durch die Mahlwirkung der Mahlkörper abgerieben, so daß
ständig neue, noch unverbrauchte Schichten an den Kalksteinkörnchen freigelegt werden,
die mit weiteren Molekülen der Schadstoffe reagieren können.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, in der Fig. 1 und 4 schematisch im
Schnitt eine drohbare Trommel zeigen durch die Abgase oder Rauchgase mit den Additiven
hindurchgeleitet werden.
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Fig. 2 und 3 zeigen schematisch Querschnitte durch die Trommel, wobei
unterschiedliche Ausführungsformen von axialen Zwischenwänden gezeigt sind.
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Die im wesentlichen zylindrische Trommel nach Fig. 1 ist auf Rollen
12 drehbar gelagert und ihre Achse 14 verläuft im wesentlichen horizontal. Der Antrieb
für die Trommel ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Die Trommel ist mit einem zentralen inneren, im wesentlichen zylindrischen
Kanal 16 versehen, der sich über die gesamte Länge der Trommel von der Vorderwand
58 bis zur Rückwand 60 erstreckt.
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Der rohrförmige Kanal 16 ist an eine Rohrleitung 22 angeschlossen,
durch die die zu reinigenden Abgase oder Rauchgase zugeführt oder bei umgedhrter
Arbeitsweise abgeführt werden. Da die Rohrleitung 22 stationär ist, der Kanal 16
sich
jedoch mit der Trommel 10 dreht, ist zwischen dem letzteren und der Rohrleitung
22 eine geeignete Dichtung 30 angeordnet.
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Konzentrisch um den Zufuhrkanal 16 ist ein Ringkanal 18 angeordnet,
der sich axial ebenfalls von der Vorderwand 58 bis zur Rückwand 60 der Trommel 10
erstreckt. Dieser innere Ringkanal 18 wiederum ist konzentrisch umgeben von einem
äußeren Ringkanal 20, der dazu dient, die Abgase abzuführen oder bei umgekehrter
Arbeitsweise zuzuführen. Der äußere Ringkanal 20 erstreckt sich axial von der Vorderwand
58 über die Rückwand 60 der Trommel 10 hinaus bis zu einer stationären Kammer 24,
die ihrerseits mit einer stationären Rohrleitung 26 in Verbindung steht, durch die
die Abgase oder Rauchgase abgeführt bzw. bei umgekehrter Arbeitsweise zugeführt
werden.
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Für die nachfolgende Beschreibung wird jedoch davon ausgegangen, daß
die Rauchgase durch die Rohrleitung 22 zugeführt und durch die Rohrleitung 26 abgeführt
werden.
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Da die Kammer 24 stationär ist, der Ringraum oder Ringknal 20 sich
jedoch mit der Trommel 10 dreht, ist zwischen dem Ringkanal 20 und der Kammer 24
eine geeignete Dichtung 28 angeordnet.
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Der Ringkanal 18, der eine Reaktionszone darstellt, in der die Additive
mit den Schadstoffen reagieren, ist durch in Achsrichtung verlaufende Zwischenwände
34, 36, 38, 40, 42 in eine Mehrzahl von Reaktionskammern 48 unterteilt, wie die
Fig. 2 und 3 zeigen.
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Radial ist zwischen dem Zufuhrkanal 16 und dem Ringkanal 18 einerseits,
sowie zwischen dem letzteren und dem äußeren
Ringkanal 20 andererseits
jeweils eine im wesentlichen zylindrische Trennwand 50 bzw. 52 angeordnet, die mit,
in der Zeichnung nicht dargestellten, Durchtrittsöffnungen für die Abgase und die
Additive versehen sind Diese Durchtrittsöffnungen können z.B. kreisförmig oder auch
schlitzförmig oder auch in anderer Form ausgebildet sein. Sie ermöglichen die Durchströmung
der Rauchgase und der diesen zugegebenen Additiven vom Zufuhrkanal 16 in die Reaktionskammern
48 und aus diesen in den äußeren Ringkanal 20, aus welchem sie abgeführt werden.
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Die Zwischenwände können im Querschnitt unterschiedliche Formen haben,
wie die Fig. 2 und 3 zeigen, beispielsweise geradlinig, wie die Zwischenwände 34,
schwach abgewinkelt, wie die Zwischenwände 36, stark abgewinkelt, wie die Zwischenwände
38 oder mehr oder weniger stark gekrümmt, wie die Zwischenwände 40. Die Zwischenwände
42 sind, wie Fig. 3 zeigt, radial geradlinig ausgebildet, haben aber an ihren inneren
und äußeren Enden Querleisten 44, 46, die sich über die axiale Länge der Zwischenwände,
42 erstrecken und den freien Durchtrittsquerschnitt für die Abgase und die Additive
verringern.
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Die Trennwände 50, 52 zwischen den drei Zonen oder Kanälen 16, 18,
20 können einstückig ausgebildet sein, zweckmäßigerweise bestehen sie aber aus einzelnen
Segmenten 54, 56 (Fig. 2), die in Form von Rostplatten ausgebildet sind.
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Hierbei ist vorteilhafterweise jeder der Reaktionskammern 48 eine
innere Rostplatte 54 und eine äußere Rostplatte 56 zugeordnet, so daß jede Reaktionskammer
48 von zwei solchen Segmenten oder Rostplatten und zwei Zwischenwänden begrenzt
wird (abgesehen von den Stirnwänden 58, 60 der Trommel 10).
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Diese Rostplatten 54, 56 konnen einzeln eingebaut und ausgebaut
werden,
z.B. in geeignete, nicht näher dargestellte Führungen axial von der vorderen Stirnwand
58 her eingeschoben oder herausgezogen werden. Hierdurch ist es möglich, die einzelnen
Rostplatten 54, 56 je nach Abnützungsgrad auszuwechseln und zu ersetzen.
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Wie bereits erwähnt, werden die Additive den Abgasen oder Rauchgasen
zugegeben, ehe sie in den zentralen Zufuhrkanal 16 eingeführt werden. Das bedeutet,
daß die Additive kontinuierlich mit den Rauchgasen in die Trommel 10 eingetragen
und ebenso kontinuierlich aus dieser ausgetragen werden.
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Der Rauchgasstrom tritt somit zusammen mit den Additiven axial in
die innere Zone bzw. den inneren rohrförmigen Kanal 16 ein, wird dann umgelenkt
und strömt im wesentlichen radial durch die Reaktionszone, d.h. die Reaktionskammern
48 hindurch, tritt danach in die Zone III, d.h.
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den Ringkanal 20 ein und wird aus diesem axial über die Kammer 24
und die Rohrleitung 26 abgeführt.
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Auf diesem Strömungsweg müssen die Gase und die Additive durch die
in den einzelnen Reaktionskammern 48 befindlichen Mahlkörper 32 hindurchströmen,
die zweckmäßigerweise in Form von Kugeln, z.B. aus Hartguß, Sintertonerde, Porzellan
oder Flint ausgebildet sind. Die Trennwände und die Zwischenwände können beispielsweise
aus Stahlguß bestehen.
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Die Form der Trennwände und/oder der Füllungsgrad der einzelnen Reaktionskammern
ist nun so gewählt, daß die Rauchgase gezwungen sind, durch die Kugelfüllung hindurchzuziehen.
Hierdurch wird erreicht, daß der Kontakt der Gase mit den Additiven verbessert,
d.h. im wesentlichen erzwungen wird, und es wird vermieden, daß die Gase nicht ohne
Kontakt mit den Kugeln 32 durch die Reaktionskammern 48 hindurchströmen.
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Es soll dabei vermieden werden, daß während der Drehung der Trommel
10 gleichzeitig sowohl die Öffnungen der inneren Trennwand 50 als auch die Öffnungen
der äußeren Trennwand 52 bei ein- und derselben Reaktionskammer 48 freiliegen.
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So sind z.B. bei der Stellung nach Fig. 2 bei der oberen Reaktionskammer
49 die Öffnungen der inneren Trennwand 50 abgedeckt, während bei der unteren Reaktionskammer
51 die Öffnungen der äußeren Trennwand 52 abgedeckt sind.
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Da sich die Trommel 10 im Betrieb ständig dreht, verändern die Kugeln
32 im Lauf einer Umdrehung ihre Lage, so daß sie einmal die innere Trennwand und
einmal die äußere Trennwand abdecken. Durch geeignete Formgebung der Trennwände
und durch einen geeigneten Füllungsgrad der Reaktionskammern mit Kugeln kann nun
erreicht werden, daß während einer Umdrehung der Trommel ständig entweder die Öffnungen
der inneren Trennwand 50 oder die Öffnungen der äußeren Trennwand 52 von Kugeln
32 abgedeckt sind, so daß kein freier Durchtrittsquerschnitt für die Rauchgase und
die Additive vorhanden ist.
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Es kommt hier jedoch nicht darauf an, eine 100%-ige Abdeckung dieser
Öffnungen zu erreichen, es genügt, wenn diese Öffnungen im wesentlichen abgedeckt
sind, so daß die Rauchgase mindestens durch einen Teil der Kugel füllung hindurchströmen
müssen, wodurch die in den Rauchgasen mitgeführten Additive infolge der Mahlwirkung
der Kugeln aufgebrochen und zerrieben werden, wodurch immer neue, unverbrauchte
und noch reaktionsfähige Schichten der Kalksteinkörnchen freigelegt werden, die
mit den Schadstoffmolekülen reagieren können.
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Die Trommel 10 kann eine geringe Neigung relativ zur Horizontalen
haben,oder zweckmäßigerweise kann die innere
Kammer, d.h. der Zufuhrkanal
16, etwas konisch ausgebildet sein, so daß Kugeln, die infolge Abnützung durch die
Öffnungen der Trennwand 50 hindurchfallen, schnell und problemlos abgeführt werden
können. Entsprechendes gilt für den äußeren Ringraum 20.
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Nachfolgend wird ein praktisches Beispiel für eine Vorrichtung nach
der Erfindung gegeben.
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Es wird von einer Verbrennungsanlage mit maximal 5 t/h Durchsatz ausgegangen
mit einem Rauchgasanfall von etwa 3OOOOmn3/h bis bis maximal 50000 mn/h. Bei einer
Rauchgastemperatur von etwa 3000C beträgt der maximale Volumenstrom etwa 100 000
m3/h bzw. 28 m3/s. Bei einer Rauchgasgeschwindigkeit von 10 m/s ist demnach ein
Querschnitt für die Durchströmung von 2,8 m2 erforderlich. Hieraus ergibt sich für
die Trommel ein Durchmesser des inneren Rohres oder Kanales 16 von 1,6 m, um den
die Reaktionskammer angeordnet ist, für die eine Aufenthaltsdauer der Rauchgase
von 0,1 s vorgesehen ist. Die radiale Breite der ringförmigen Reaktionskammer beträgt
1 m. Die äußere Ringkammer, die die Reaktionskammer konzentrisch umgibt und durch
die die Gase abgeführt werden, hat eine radiale Breite von 0,25 m.
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Der Gesamtdurchmesser der Trommel setzt sich somit zusammen aus 1,6
m(für den inneren Zufuhrkanal), 2 1 1,0 m (für den Reaktionsbereich) und 2. 0,25
m (für die Abführkammer), d.h.
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insgesamt 4,1 m.
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Der Lückengrad zwischen den Kugeln beträgt 0,24 bis 0,44, je nachdem
ob die Kugeln gleichgroß sind oder ob sie im Fall der Abnutzung unterschiedlich
groß sind. Geht man von einem mittleren Wert von etwa 0,3 aus, so sollte der Querschnitt
der Reaktionskammer mindestens etwa 10 m2 betragen.
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Da die Rostplatten der inneren und der äußeren Trennwand teilweise
durch die Kugeln abgedeckt sein können, wird eine Fläche von 20 m2 als für die innere
Trennwand erforderlich angenommen, so daß sich hieraus eine Länge für die Trommel
von 4 m ergibt.
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Die Drehzahl der Trommel ist variabel und sie wird den praktischen
Verhältnissen angepaßt, abhängig davon, ob ein verstärkter Abrieb bei den Additiven
erreicht werden soll oder nicht.
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Eine Gesamtanlage zur Schadstoffbindung besteht somit aus einem Vorabscheider
für den Grobstaub in den Rauchgasen, beispielsweise einem Fliehkraftentstauber,
der hier beschriebenen Trommel zur Bindung der Schadstoffe in den Rauchgasen, und
einem der Trommel nachgeschalteten Elektrofilter, dem die aus der Trommel kommenden
Gase und Additive zugeführt werden.
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bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der die Reaktionszone bildende
mittlere Ringkanal 18 durch radiale, in axialen Abständen angeordnete Zwischenwände
59 in eine Mehrzahl von einzelnen, voneinander getrennten Reaktionskammern 61 unterteilt.
Diese Zwischenwände 59 haben die Form eines Kreisringes und sie decken vorzugsweise
jeweils den gesamten Querschnitt des Ringkanales 18 ab.
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In der dargestelltten Ausführungsform sind fünf axial hint'en#inanderl
iegende Reaktionskammern 61 dargestellt, selbstverständlich ist diese Anzahl nur
als Beispiel zu verstehen, d.h. es könn<m sowohl mohr als auch weniger axial
hintereinander angeordnete Reaktionskammern 61 vorgesehe# werden.
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Der Ringkanal 18 ist, wie bereits oben erläutert, durch die
in
Achsrichtung verlaufenden Zwischenwänded 40 in einzelne Reaktionskammern 48 unterteilt.
Die Zwischenwände 59 können nun zusätzlich zu den Zwischenwänden 40 vorgesehen werden,
gewünschtenfalls können aber auch nur die Zwischenwände 40 oder nur die Zwischenwände
59 allein eingebaut werden.
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Wie Fig. 4 weiterhin zeigt, ist in den zentralen Kanal 16 und in den
äußeren Ringkanal 20 jeweils ein eine Zwischenwand bildendes Prallblech 62 bzw.
64 eingebaut.
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Diese Prallbleche 62, 64 schließen vorzugsweise jeweils den gesamten
Querschnitt des Kanales 16 bzw. des Ringkanales 20 ab. Es kann aber auch vorgesehen
werden, daß die beiden Prallbleche die jeweiligen Kanäle nicht vollständig sperren,
so daß ein Teil der Rauchgase durch diese Prallbleche hindurchtreten kann.
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In der dargestellten Ausführungsform ist jedoch der Kanal 16 durch
das Prallblech 62 und der Ringkanal 20 durch das Prallblech 64 vollständig gesperrt,
so daß die Rauchgase im wesentlichen den durch die Pfeile 66 angedeuteten Strömungsweg
nehmen müssen. Durch diese Umlenkung der Rauchgase wird eine Verlängerung des Durchlaufweges
und damit eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit und des Wirkungsgrades der Vorrichtung
erreicht.
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Zweckmäßigerweise sind die Prallbleche axial verschiebbar, so daß
der Durchlaufweg der Rauchgase durch die einzelnen Reaktionskammern optimiert werden
kann.
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Zieht man hingegen das Prallblech 64 bis zur Vorderwand 58 und das
Prallblech 62 bis zur Rückwand 60 zurück, so folgen die Rauchgase im wesentlichen
dem in Fig. 1 dargestellten Strömungsweg.
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Erforderlichenfalls können auch mehrere innere Prallbleche 62 und
mehrere äußere Prallbleche 64, die axial beweglich und damit verstellbar sind, vorgesehen
werden, um den Durchlaufweg der Rauchgase durch die Trommel zu vervielfachen.
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