DE3302148A1

DE3302148A1 - Venturiwascher

Info

Publication number: DE3302148A1
Application number: DE19833302148
Authority: DE
Inventors: Wolfgang H. Dr.-Ing. 5357 Swisttal Adlhoch; Johannes Dr.-Ing. 5014 Kerpen Lambertz
Original assignee: Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: Rheinbraun AG
Priority date: 1983-01-22
Filing date: 1983-01-22
Publication date: 1984-07-26
Also published as: FI843275A0; SE8404603D0; DE3490020C1; AU561189B2; AU2432784A; US4578226A; SE454408B; WO1984002856A1; FI843275A; DE3490020D2; FI79949C; FI79949B; ZA84437B; CA1213513A; SE8404603L; GR79190B

Description

Die Erfindung betrifft einen Venturiwäscher für staubbeladene durch eine Rohrleitung strömende Gase mit in Strömungsrichtung über eine axiale Länge angeordnetem, im Querschnitt stetig abnehmendem Einlaufteil, mit einem Ringkanal zur Zufuhr eines Netzmittels in Höhe des größten Querschnitts des Einlaufteils und rohrförmigen Mündungen zum Austritt des Netzmittels aus dem Ringkanal zum Befeuchten der inneren Wandung des Einlaufteils.

Venturiwäscher dieser Art dienen zur Reinigung von Gasen, die mit Staub- oder Schmutzteilchen beladen sind und mit einer Flüssigkeit - meistens Wasser - beaufschlagt werden mittels derer das Gas gereinigt wird. Das beispielsweise in einer Rohrleiteung heranströmende Gas wird durch den Venturiwäscher geleitet, der im wesentlichen aus drei Teilen besteht, die als Einlaufteil, Mittelteil sowie Diffusor bezeichnet werden. Im Bereich des Einlaufsteils verengt sich der Querschnitt des das Gas heranführenden Rohres über eine bestimmte axiale Länge der Strömunqsstrecke. Diese Verengung

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erfolgt allmählich; die Geschwindigkeit des anströmenden Gases erhöht sich entsprechend der Zunahme der Verengung des Einlaufteils.

Die Wandung dieses Einlaufteils ist einem Venturirohr nachgebildet bzw. besteht der Einfachheit halber aus einem Kegel. Das daran anschließende Mittelteil weist den engsten Querschnitt auf und dementsprechend ist hier die Gasgeschwindigkeit am größten. An dieser Stelle wird in den Strömungskanal Wasser eingespritzt, welches von dem schnell strömenden Gasstrom in feinste Tröpfchen zerteilt und mitgerissen wird. Die mltq.e führten Staubteilchen schlagen sich dabei an den Wassertröpfchen nieder. In der diffusorförmigen Erweiterung hinter der engsten Stelle verlangsamt sich die Strömung des Gases wieder und der beim Durchströmen der engsten Stelle auftretende Druckabfall wird dabei teilweise wieder zurückgewonnen. Das Gas-Wasser-Gemisch wird anschließend durch einen geeigneten Apparat, z. B. einen Zyklon, geführt, innerhalb dessen die mit Staub beladenen Wassertröpfchen aus dem Gasstrom abgeschieden werden, so daß man ein staubfreies Gas mit der qewünschten Reinheit erhält. Das zur Staubniederschiaqunq benutzte Wasser kann mehrmals im Kreislauf geführt werden und, nachdem sich der Staub in einem Setzbecken abgesondert hat, durch entsprechende Zugaben an Frischwasser - meistens Kesselspeisewasser ergänzt werden.

Das Einspritzen des für die Staubwäsche erforderlichen Wassers in den Venturiwäscher erfolgt - in Strömungsrichtung gesehen - am Beginn des im Mittelteil ausgebildeten engsten Querschnitts. Hier ist die Gasgeschwindigkeit am höchsten und dementsprechend wird das zuqeführte Wasser in besonders feine Tröpfchen zerteilt. Es zeigte sich jedoch, daß vor der Stelle der Wassereinspritzung Ablagerungen aus den vom Gas mitgeführten Staubteilchen entstanden, die durch das im Kreislauf geführte Wasser in die Nähe der Einspritzungsstelle gelangten. Es wird angenommen, daß die angefeuchteten Staubteilchen an der trockenen Wand des Einlaufteils klebrig werden und die Ablagerungen verursachen. Jedenfalls wuchsen die Ablagerungen dem anströmenden Gas entgegen und wurden mitunter so groß, daß sie zur völligen Verstopfung des Venturiwäschers führten.

Zur Abhilfe hat man deshalb zunächst vorgeschlagen, die Wandung des Einlaufteils mit einem Wasserfilm zu benetzen, so daß sich keine Anbackungen mehr bilden können.

Zu diesem Zwecke sieht die US-PS 2,684,836 die Ausbildung des Einlaufteils eines Venturiwaschers derart vor, daß in Höhe des größten Querschnitts ein Ringkanal angeordnet ist, der eine Mehrzahl von im Querschnitt kleineren Mündungsrohren aufweist. Das Netzmittel wird durch den Ringkanal

herangeführt und tritt aus den Mündungsrohren aus und verteilt sich auf der inneren Wandung des Einlaufsteils. Die Verteilung ist jedoch nicht gleichmäßig; vielmehr bilden sich jeweils von den Mündungsrohren ausgehend angenähert dreieckförmige Benetzungsflachen, die zwischen sich zwickeiförmige Flächenteile freilassen, die unbenetzt bleiben. Ein die qesamte Wandung überziehender Benetzungsfilm stellt sich erst im unteren Bereich des Einlaufteils ein, etwa aber der halben exialen Länge desselben.

Aus diesem Grunde ist das Zuführungsrohr für das zu waschende Gas bis weit in den bekannten Einlaufteil hineingeführt, um zu vermeiden, daß das ankommende Gas auf. unbenetzte Teile der Wandung des Einlaufteils trifft. Ganz offensichtlich bedinqt diese Maßnahme eine erhebliche Vergrößerung der axialen Baulänge des bekannten Venturiwaschers. Gleichfalls kann man davon ausgehen, daß die bekannte Art der Zufuhr des Netzmittels über eine Mehrzahl von einzelnen Mündungsrohren nicht dazu geeignet ist, das Netzmittel auf der qesamten Wandfläche des Einlaufteils gleichmäßig zu verteilen. Damit kann entweder das Entstehen von Anbackungen nicht zuverlässig vermieden werden, oder es muß mit einem merklichen Überschuß an Netzmittel für den Einlaufteil gearbeitet werden.

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Aus diesen Nachteilen resultiert schließlich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, das Einlaufteil des Venturiwaschers bei kurzer axialer Baulänge unter sparsamer Verwendung von Netzmittel möglichst gleichmäßig und zusammenhängend zu befeuchten und damit dasd Entstehen von Anbackungen der Staubteilchen auch bei unterschiedlichen Mengen des zu reinigenden Gases zu verhindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, im größten Querschnitt, d. h. zu Anfang des Einlaufteils, einen Ringkanal anzuordnen, der mit einem Ringspalt im Einlaufteil mündet. Durch diesen Ringspalt wird Wasser in einem feinen Schleier über die ganze Wandung des Einlaufteils gleichmäßig verteilt, überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß dieses Mittel erfolgreich war, so daß der Einlaufteil erheblich kürzer angeführt werden kann und die zur Befeuchtung der Wandung vorgesehenen Mittel konstruktiv einfach und kostengünstig bleiben.

Der in dem axial größten Querschnitt des Einlaufteils vorgesehene Ringkanal wird von einem in den Einlaufteil axial einschraubbare Ring begrenzt, der eine in Strömungsrichtung gesehen hintere Kante aufweist, welche mit der Wandung des Einlaufteils einen Ringspalt bildet, der infolge der axialen Einschraubbarkeit des Ringes in seiner Breite

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einstellbar ist.

Mit dieser konstruktiv recht einfachen Art der Ausführung des Ringes kann der Ringspalt den jeweiligen Betriebsbedingungen genau und feinfühlig angepaßt werden. Dabei wird der Ring entspreched mehr oder weniger tief in das Gewinde am Anfang des Einlauf teils eingeschraubt, wodurch sich die Breite des Ringspaltes einstellt. Unterschiedliche Betriebsbedingungen liegen beispielsweise vor bei unterschiedlichen Gasmengen sowie bei unterschiedlichen Stäuben sowohl hinsichtlich der Korngröße als auch hinsichtlich der Art der Stäube und auch, im Hinblick auf die jeweils vorherrschenden spezifischen Zustände des Gases bezüglich Druck; Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit. Für das Waschen von beispielsweise in einem Winkler-Vergaser durch die Vergasung von Braunkohle erzeugtem Gas hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Ringspalt zwischen 0,1 und 1 mm, vorzugsweise 0,5 mm breit einzustellen. Mit dieser Einstellung kann das eingangs geschilderte Anbacken von Staubteilchen wirksame verhindert werden. Die genaue Einstellung der Breite des Ringspalts wurde auf einfache Weise durch Versuche ermittelt und mit Meßfühlern vorgenommen, mit denen die Breite des Ringspaltes abgetastet wurde.

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Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann, in Strömungsrichtung gesehen, die Vorderkante des einschraubbaren Ringes düsenförmig, d. h. mit einem großen Radius, der in die Neigung eines Kegelstumpfs übergeht, abgerundet und bis zur Hinterkante des Ringes ausgezogen sein. Vorzugsweise endet der innere Rand der Hinterkante hinter der

axialen Breite des Ringkörpers, wodurch ein Ringkanal entsteht. Die hintere Kante es Ringes bildet zusammen mit der abgerundeten Vorderkante es Einlaufteils des Venturiwäscher s den Ringspalt.

Durch diese Ausbildung ragt die Hinterkante des einschraub-

baren Ringes zwangsläufig in den lichten Querschnitt des Einlaufteils hinein und verengt diese Querschnitt um ein geringes Maß.

Diese Ausbildung ist sehr vorteilhaft, denn sie bewirkt,
daß der ankommende Gasstrom infolge der Einschnürung eine erste örtlich begrenzte Beschleunigung in Höhe der hinteren Ringkante erfährt. Damit wird das Strömungsprofil des Gases derart beeinflußt, daß die sonst übliche, bei Strömungen in Wandnähe sich einstellende laminare, rückwärts gerichtete Grenzschicht unterbrochen wird, die as Entstehen von Anbackungen begünstigt. Das aus dem Ringspalt hinter der hinteren Ringkante austretende Netzmittel bleibt deshalb von

der laminaren Grenzschicht unbeeinflußt und wirkt auf diese Weise dem Entstehen von Anbackungen beim Austritt des Netzmittels entgegen.

Es ist anzunehmen, daß die Ausbildung der laminaren Grenzschicht mit dafür verantwortlich ist, daß im Bereich des Zusammentreffens der drei Medien Gas, Staub und Netzmittel das Entstehen von Anbackungen ermöglicht wird. Im vorliegenden Fall heißt das, daß außer an der engsten Stelle des Venturiwaschers, wo der Entstehung von Anbackungen durch die Benetzung des Einlaufteils entgegengewirkt werden soll, auch die Stelle des Eintritts des Netzmittels selbst einen weiteren solchen kritischen Bereich darstellt, wo Anbackühgen entstehen können. Diese Annahme scheint nicht zuletzt durch die aus der US-PS 2,684,836 bekannte konstruktive Ausbildung des Einlaufteils bestätigt.

Im Zwischenraum zwischen dem ein Außengewinde aufweisenden Körper des Ringes und der Vorderkante des Einlauf teils des Venturiwaschers ist der Ringkanal ausgebildet, durch den die Flüssigkeit zur Befeuchtung der Wandung des Einlaufteils herangeführt und in eine Kreisbewegung versetzt wird, die es ihr ermöglicht, unter der Wirkung des anströmenden Gases die Wandung des Einlaufteils mit einem dünnen Film zu befeuchten, der sich von der Vorderkante es Einlaufteils bis zur

engste Stelle im Mittelteil ununterbrochen und gleichmäßig erstreckt, woran anschließend die eigentliche Waschflüssigkeit für as Gas eingeführt wird.

Für die Zufuhr des Wassers zum Befeuchten der Wandung des Einlaufteils weist der Flanschkörper des Einlaufteils Bohrungen auf, die unter einem Winkel zur radialen Richtung in der Peripherie des Ringkanals münden. Auf diese Weise kann das Waschmittel tangential in den Ringkanal einströmen und dort eine Kreisbewegung ausführen. Am Ringspalt tritt das im Ringkanal zirkulierende Wasser aus und in den Einlaufteil ein und benetzt und befeuchtet infolge der ihm erteilte Drehbewegung die Wandung des Einlaufteils vollständig.

Üblicherweise ist die Wandung des Einlaufteils von Venturiwaschern kegelförig oder nach sonst einer geeigneten Kurvenform ausgebildet.

Neben der Form eines schlanken Keqels mit einem Kegelwinkel in der Größenordnung von 10° hat sich hier die Form eines Doppelkegels bewährt, wobei der äußere entgegen der Anströmrichtung weisende Teil der Wandung des Einlaufteils unter einem größeren Öffnunaswinkel von beispielsweise 15° ausgeführt wird. Mit dieser Maßnahme kann die axiale

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Baulänge des Einlaufteils weiter gesenkt werden. Durch die Befeuchtung der Wandung wird gleichzeitig die Wandreibung zwischen dem einströmende Gas und der Wandung herabgesetzt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Venturiwäscher im Längsschnitt,

Fig. 2 den Einlaufteil eines Venturiwäscher in vergrößertem

Maßstab im Schnitt.
Fig. 3 eine Ansicht des Einlaufteils in Strömungsrichtung

gesehen und
Fig. 4 die Ausbildung eines Ringes im Schnitt.

Der Venturiwäscher nach Fig. 1 besteht aus einem Einlaufteil 1, einem Mittelteil 2 und einem Diffusor 3, der in einem zylindrischen Auslaufteil 4 endet. Die Reihenfolge der Teile des Waschers entspricht der Strömungsrichtung des Gases, welches den Venturiwäscher in Richtung des Pfeiles 5 anströmt und in Richtung des Pfeiles 6 wieder verläßt. Das in Richtung des Pfeiles 5 anströmende Gas tritt in den Einlaufteil 1 ein, dessen Wandung 7 sich über die axiale Länge des Einlaufteils 1 stetig verengt.

Auf das Einlaufteil 1 folgend ist in Strömungsrichtung 5-6 gesehen das Mittelteil 2 angeordnet, welches den engsten Strömungsquerschnitt 8 aufweist. In unmittelbarer Nähe vor dieser engsten Stelle 8 sind radiale Bohrungen 9 einge-

bracht, über die ein Waschmittel in die engste Stelle 2 eingeführt werden kann, welches über einen Rohranschluß 10 in den Mittelteil 2 einströmt.

In Strömungsrichtung abwärts gesehen schließt sich an das Mittelteil 2 der Diffusor 3 an_f dessen Wandung 11 sich ebenfalls allmählich - kegelförig - erweitert. Das in Pfeilrichtung 5 den Venturiwäscher anströmende Gas erreicht, entsprechend der Querschnittsgestaltung an der engsten Stelle 8 des Mittelsteils 2, dort seine größte Geschwindigkeit, die im Bereich des Diffusors 3 wieder verringert wird, um schließlich im zylindrischen Auslaufteil 4 auf einen Wert abzusinken, der annähernd gleich groß ist wie die Anströmgeschwindigkeit 5.

Bei der Zufuhr von Waschwasser 10 über die radialen Bohrungen 9 des Mittelteiles 2 in den Bereich kurz vor der engsten Stelle 8 entstanden bisher Anbackungen von klebrigen Staubteilchen, die dem anströmenden Gas 5 entgegen an der Wandung 7 in das Einlaufteil 1 hineinwuchsen und dieses schließlich ganz verstopften.

Am Eintrittsquerschnitt 12 des Einlaufteils 1 ist ein Ringkanal 13 vorgesehen, der sich mit seinem äußeren Umfang bis in den Planschkörper 14 erstreckt, womit der Venturiwäscher an dem das Gas führenden Rohrleitungssystem be-

festigt ist. An seiner axialen Vorderseite wird der Ringkanal 13 durch einen Ring 15 geschlossen, der über ein Feingewinde 16 in den~Flanschkörper 14 des Einlaufteils 1 axial eingeschraubt ist. Am äußeren Umfang - Peripherie -des Ringkanals 13 münden, wie in Fig. 3 deutlich erkennbar, mehrere Bohrungen 17, die ihrerseits derart unter einem spitzen Winkel zum Radius verlaufen, so daß sie tangential in den Ringkanal 13 eintreten. Die Abweichung von der radialen Richtung der Bohrungen 17 beträgt beispielsweise 75", wie das anhand der gestrichelten Linien in der Figur 3 deutlich erkennbar ist. Durch die Bohrungen 17 wird in Richtung des Pfeiles 18 ein Netzmittel - vorzugsweise Wasser - zugeführt, das infolge der tangentialen Einmündung der Bohrungen 17 in den Ringkanal 13 innerhalb des Ringkanals in eine kreisförmige Bewegung versetzt wird.

Der den Ringkanal 13 begrenzende Ring 15 ist in Fig. 4 in größerem Maßstab dargestellt. Er besteht aus dem Ringkörper 19, in dem auf seinem äußeren Umfang ein Feingewinde 16 eingeschnitten ist. Kleine Bohrungen 20 dienen zum Eingriff eines Werkzeugs, mit dem der Ring 15 in den Flanschkörper 14 des Einlaufteils 1 eingeschraubt wird. Die Vorderkante 21 des Ringes 15 ist mit einem großen Radius 23 abgerundet, der schließlich bei 22 in eine Kegelmantelfläche 24 übergeht. Der Neigungswinkel des Kegelmantels 24 beträgt beispielsweise 15* und entspricht damit dem Neigungswinkel zumindest

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des Anfangebereiches der Wandung 7 des Einlaufteils 1. Durch diese Anpassung der Einströmquerschnitte über Kegelflächen gleicher Neigung werden stationäre Strömungsverhältnisse im Einlaufteil 1 sichergestellt. Die hintere Kante 25 des Ringes 15 ist weit nach hinten trichterförmig ausgezogen und erstreckt sich wesentlich über die axiale Breite des Ringkörpers 19 hinaus. Die hintere Kante 25 ist ebenfalls über einen großen Radius abgerundet, wodurch eine Verengung des Ringraumes 13 erzielt wird, der schließlich im Ringspalt 27 mündet. Dieser Ringspalt 27 wird zwischen der hinteren Kante 25 des Ringes 15 und der Vorderkante 28 des Einlaufteils 1 gebildet.

Das mit großer Geschwindigkeit in dem Ringkanal 13 im Kreise fließende Wasser erhöht seine Geschwindigkeit weiter infolge der Verengung durch den Ringspalt 27, durch den es aus dem Ringkanal 13 austritt. Die Breite eines Ringspaltes 22 beträgt beispielsweises 0,5 mm bei einem Durchmesser von
70 mm. Hierbei wurden 100 l/min Wasser zur Befeuchtung des Einlaufteils 1 benötigt bei einem Wasserumlauf von 300 l/min am engsten Querschnitt 2 zur Wäsche des Gases. Das Einlaufteil hatte eine axiale Länge von 110 mm und einen größten und kleinsten Querschnitt von 70 bzw. 23 mm Durchmesser. Die durchschnittlich gewaschene Gasmenge betrug 5 m /min.

Durch die Einstellung des Ringspaltes kann die Geschwindigkeit des Wassers so gewählt werden, daß es sich auf der inneren Wandung 7 des Einlaufteils fein in Form eines zusammenhängenden Feuchtigkeitsfilmes verteilt, der die Wandung 7 lückenlos überzieht. Dieser Film wird weder durch das anströmende Gas noch durch die mitgeführten Staubteilchen zerrissen; vielmehr vermindert er die Wandreibung erheblich und trägt damit zu einem niedrigeren Druckverlust des Gases beim Durchströmen des Venturiwaschers bei.

Bei der erfindungsgemäßen Befeuchtung des Einlaufteils 1 können Anbackungen an dessen Wandung 7 nicht mehr beobachtet werden.

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Claims

" " 3302Η8 Patentansprüche ascasaasasaaasvasaaaaiaaaaaaaaa

1. Venturiwäscher für staubbeladene, strömende Gase mit in Strömungsrichtung über eine axiale Länge angeordnetem, im Querschnitt stetig abnehmendem Einlaufteil, mit einem Ringkanal zur Zufuhr eines Netzmittels in Höhe des größten Querschnitts des Einlaufteils und rohrförmigen Mündungen zum Austritt des Netzmittels aus dem Ringkanal zum Befeuchten der inneren Wandung des Einlaufteils, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (13) in einem Ringspalt (27) im Einlauf teil (.1) mündet.

2. Venturiwäscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (13) von einem in den Einlaufteil (1) axial einschraubbaren Ring (15) begrenzt wird, der auf die Breite des Ringspaltes (27) einstellbar ist.

3. Venturiwäscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt zischen 0,1 und 1 mm, vorzugsweise 0,5 mm breit ist.

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4. Venturiwäscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einschraubbare Ring (15) in den Eintrittsquerschnitt

(12) des Einlaufteils (1) hineinragt und diesen zumindest teilweise verengt.

5. Venturiwäscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante (21) des Ringes (15) düsenförmig abgerundet ist und in einer langgezogenen Hinterkante (25) ausläuft, deren Rand hinter der axialen Breite des Ringes endet.

6. Venturiwäscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschkörper (14) des Einlauf teils (1) wenigstens eine Bohrung (17) für die Zufuhr eines Waschmittels (18) aufweist, welche unter einem spitzen Winkel zum Radius verläuft und tangential in der Peripherie des Ringkanals

(13) mündet.

7. Venturiwäscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (7) des Einlaufteils (1) einfach- oder doppelkegelförmig unter Winkeln von 10* bzw. 15* ausgebildet ist.