DE19710430A1

DE19710430A1 - Verfahren zum Reinigen von mit Staub- oder Aerosolpartikeln beladenen Flächen

Info

Publication number: DE19710430A1
Application number: DE1997110430
Authority: DE
Inventors: Hans Leibold
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-09-17

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von mit heißem Gas in Berührung befindlichen Flächen, die mit Staub, Asche oder anderen abgeschiedenen Feststoffen aus dem Gas beladen sind und sich in einem geschlossenen oder offenen Gehäuse befinden.

Zur Abreinigung von kontaminierten oder mit Stäuben behafteten Flächen werden nach dem Stand der Technik Verfahren angewen det, deren Reinigungswirkung durch direktes Aufbringen von Flüssigkeiten oder Dämpfen bzw. Gasen auf die zu abzureini gende Fläche erzielt wird. Dabei müssen die Flüssigkeit oder die Dämpfe bzw. Gase direkt auf die zu reinigenden Flächen aufgebracht werden. Die Verfahren sind daher weniger geeignet, Flächen in Behältern abzureinigen, in denen bestimmte Pro zesse, z. B. unter Druck und bei höheren Temperaturen ablau fen, oder die mit komplizierten oder komplexen Einbauten ver sehen sind.

Die vorliegende Erfindung hat daher zur Aufgabe, ein Abreini gungsverfahren mit hohen Abreinigungskräften für mit einem heißen Gasstrom in Berührung befindlichen Flächen anzugeben, die mit Staub, Asche oder anderen abgeschiedenen Feststoffen beladen sind. Die Erfindung hat weiter die Aufgabe, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, wie es im kennzeichnenden Teil des Hauptanspru ches angegeben ist. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfah rens sind in den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 4 zu se hen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für das Verfahren ist in den Ansprüchen 5 und 6 angegeben.

Die Erfindung gibt somit ein Verfahren und eine dafür ge eignete Vorrichtung an, mittels denen zur Reinigung von Flä chen eine gezielt schnelle Druckabsenkung in einem geschlosse nen oder auch offenen System, wie z. B. in großvolumigen Behäl tern ohne die Verwendung beweglicher Komponenten oder Einbau ten ermöglicht wird. Das Verfahren ist darüberhinaus auch in Druckbehältern, die unter einem hohen Prozeßdruck stehen unter Aufrechterhaltung desselben durchführbar.

Weitere Einzelheiten werden im Folgenden und anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen:

Die Fig. 1 schematisch einen Behälter für das Verfahren und

die Fig. 2 experimentell ermittelte Kurven des Druckabfalles vor einer abzureinigenden Fläche bei einem Verdampfungs- bzw. Abreinigungsvorgang.

Das neue Verfahren dient zum Reinigen von mit heißem Gas in Berührung befindlichen Flächen, die mit Staub, Asche oder an deren abgeschiedenen Feststoffen aus dem Gas beladen sind und die in einem geschlossenen oder offenen Gehäuse oder einem Be hälter beliebiger Größe untergebracht sind. Die Reinigung er folgt dabei durch das Aufbringen von schnellen Druckabsenkun gen auf die staubbeladene Seite der Fläche. Das Verfahren ist vor allem zur Reinigung von Flächen bei höheren Temperaturen bis in Bereiche um ca. 1000°C vorgesehen, wie es z. B. bei der Reinigung von Wärmetauscherrohren, Abhitzekesseln oder Kataly satoren erforderlich ist. Die Druckabsenkung wird nun dadurch erzeugt, daß in das heiße Gas vor der staubbeladenen Seite feine Tröpfchen einer Flüssigkeit, die bei den thermodynami schen Bedingungen an der Fläche im Gleichgewichtszustand dampfförmig ist, eingespritzt und dort durch die Wärme des Gases zur Erzeugung des gewünschten Unterdruckes schlagartig adiabatisch verdampft werden, wobei die Menge der Flüssigkeit so dosiert wird, daß der Taupunkt des Gases nicht unterschrit ten wird. Die Tröpfchengröße wird dabei durch die Einspritzbe dingungen (Einspritzdruck, Düsenform und -anzahl usw.) einge stellt. Die reinigenden Flächen können dabei von zylindrischer Form sein, oder auch andersartige flache oder tief gegliederte Formen aufweisen.

Das Wesentliche ist somit die spontane Absenkung des Druckes auf der staubbeladenen Seite der Fläche in einem Behälter oder in einem bestimmten Volumen eines Gehäuses, das bei hohen Tem peraturen zur Aufnahme vorgesehen ist oder in das die Flächen eingesetzt sind. Vorteilhaft ist dabei, daß die Druckabsenkung nicht durch die Freigabe eines Querschnittes, sondern direkt innerhalb des Behälters erzeugt wird. Diese Absenkung wird in nerhalb von Millisekunden durch das schlagartige Verdampfen der feinen Flüssigkeitströpfchen und die dadurch aufgebrachte Verdampfungsenthalpie erzeugt. Das Gas kühlt ab, zieht sich zusammen und bildet dadurch den gewünschten Unterdruck. Danach stellt die Wärme im Behälter wieder den alten Zustand her, wo durch der Einspritzvorgang auch mehrfach hintereinander in kurzen Abständen nach Maßgabe der Dauer der Druckabsenkung er folgen kann. Die Flüssigkeit kann normalerweise aus Wasser be stehen, sofern die Verdampfungstemperaturen entsprechend hoch genug sind, jedoch können auch abhängig von den Prozeßbedin gungen andere Flüssigkeiten, wie z. B. verflüssigtes CO₂ einge setzt werden. Die zur vollständigen Verdampfung benötigte Energie wird aus dem heißen Gas entnommen, das sich dadurch kurzzeitig abkühlt. Die damit verbundene Druckabsenkung be wirkt ein Druckgefälle über der Staubschicht und initiiert eine Strömung von der Fläche weg. Die daraus resultierenden Kräfte führen zur Ablösung des Staubes, der an der Fläche an haftet und danach leicht entfernt werden kann.

Eine so gezielt erzeugte schnelle Druckabsenkung ist damit in einem geschlossenen oder auch sogar offenen System oder in ei nem Druckbehälter unter hohem Betriebsdruck ohne die Verwen dung beweglicher Komponenten möglich. Durch den Wegfall beweg licher Klappen oder Ventile kann die Druckabsenkung selbst in großen Behältern mit vielen Flächen unter hoher Geschwindig keit erfolgen. Diese kann auch in kompliziert aufgebauten Be hältern gleichförmig erreicht werden, da die Druckabsenkung direkt im Gasvolumen unabhängig von der zu reinigenden Fläche erreicht wird. Die Druckabsenkung kann prinzipiell unabhängig von Entlastungsöffnungen, Expansionsbehältern oder gesonderten Rohrbehältern durchgeführt werden. Damit eignet sich das Ver fahren besonders für druckbeaufschlagte Anlagen sowie für An lagen, in denen mit toxischen, radioaktiven oder in sonstiger Weise problematischen Aerosolen umgegangen wird. Dabei kann die Behälterform allein nach prozeßtechnischen Gesichtspunk ten gestaltet werden.

In der Fig. 1 ist ein solcher Behälter schematisch darge stellt. Dabei ist in einem einem Gehäuse 1 ein Element 2 mit einer staubbeladenen Oberfläche 2 in einer Zwischenwand 3 ein gesetzt, wobei im Gehäuse 1 bestimmte Prozesse unter höheren Drücken und Temperaturen ablaufen. Im Inneren des Gehäuses 1 sind vor der zu reinigenden Fläche 2 im Gasbereich 4 die Sprüheinrichtungen 5 zum Einsprühen der Flüssigkeitströpfchen 5 angeordnet, die beliebig im Raum oder wie dargestellt in Richtung der abzureinigenden Fläche 2 gerichtet sind und die von außerhalb des Gehäuses 1 mit der Sprühflüssigkeit 5 ver sorgt werden. In der Fig. 1 ist als Beispiel ein zylinderförmi ges Element 2 dargestellt, wobei die Sprüheinrichtungen 10 gleichmäßig darum angeordnet sind. Das Verfahren ist aber auch gleichermaßen zur Reinigung von andersartig geformten Flächen 2 geeignet.

In der Fig. 2 sind drei experimentell ermittelte Kurven des Druckabfalles vor bzw an einer staubbeladenen Oberfläche bei einem Verdampfungs- bzw. Abreinigungsvorgang dargestellt. Es ist die Druckabsenkung beim Einsprühen von Wassertröpfchen un ter verschiedenen Vordrücken aufgezeigt. Die Fig. 2 zeigt da bei für das System Wasser/Luft und drei unterschiedliche Zer stäubungsbedingungen den erreichten Unterdruck. Die durchgezo gene Kurve zeigt, daß in ungefähr 20 msec eine Druckabsenkung von 90 mbar erzielt wurde. Dieser Wert erwies sich als ausrei chend für die Entfernung des auf einer Oberfläche abgeschie denen Staubes. Weitere Werte können aus den gestrichelt darge stellten Kurven entnommen werden. Für die Reinigung sind dabei noch die Druckabsenkungsraten wesentlich, die der Steigung entnommen werden können. Von ausschlaggebender Bedeutung bei dem neuen Verfahren ist, daß die Druckabsenkung dabei prak tisch verzögerungsfrei erfolgt. Dadurch kann eine vorzeitige Rißbildung im Staubkuchen wirksam unterbunden werden.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

staubbeladene Oberfläche

3

Zwischenwand

4

Gasbereich

5

Sprüheinrichtungen

6

Sprühflüssigkeit.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen von mit heißem Gas in Berührung be findlichen Flächen, die mit Staub, Asche oder anderen abge schiedenen Feststoffen aus dem Gas beladen sind und sich in einem geschlossenen oder offenen Gehäuse befinden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die staubbeladene Seite der Fläche eine schnelle Druckabsenkung im Millisekundenbereich aufgebracht wird, indem in das heiße Gas vor der staubbeladenen Seite der Fläche feine Tröpfchen einer Flüssigkeit, die bei den ther modynamischen Bedingungen an der Fläche im Gleichgewichts zustand dampfförmig ist, eingespritzt und dort durch die Wärme des Gases zur Erzeugung eines Unterdruckes schlagar tig adiabatisch verdampft werden, wobei die Menge der Flüs sigkeit so dosiert wird, daß der Taupunkt des Gases nicht unterschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzvorgang in kurzen Abständen mehrfach hintereinan der nach Maßgabe der Dauer der Druckabsenkung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus Wasser besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus verflüssigtem CO₂ besteht.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es unter dem Betriebsdruck eines Druck behälters in diesem durchgeführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die folgen den Merkmale:

a) die Vorrichtung weist ein Gehäuse (1) oder einen Behäl ter auf, in welchem sich die staubbeladenen Flächen (2) befinden und das Ein- und Auslaßöffnungen (4, 5) auf weist, wobei die staubbeladenen Flächen (2) im Bereich zwischen diesen angeordnet sind,
b) im Inneren des Gehäuses (1) sind vor den staubbeladenen Flächen (2) Sprüheinrichtungen (10) zum Einsprühen der Flüssigkeitströpfchen (11) angeordnet, die beliebig im Raum oder in Richtung der staubbeladenen Flächen (2) ge richtet sind und die von außerhalb des Gehäuses (1) mit der Sprühflüssigkeit (11) versorgt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung eines Verfah rens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge häuse (1) aus einem Druckbehälter für höhere Prozeßdrücke in einem geschlossenen System besteht.