DE2322336A1

DE2322336A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von abgasen von strahltriebwerken

Info

Publication number: DE2322336A1
Application number: DE2322336A
Authority: DE
Inventors: Aron J Teller
Original assignee: Teller Environmental Systems Inc
Current assignee: Teller Environmental Systems Inc
Priority date: 1972-05-03
Filing date: 1973-05-03
Publication date: 1973-11-22
Also published as: US3839846A; GB1435192A; CA965613A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen von Strahltriebwerken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung der heißen Abgase von Strahltriebwerken, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung der Abgase von Strahltriebwerken auf Prüfständen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verteilung der kinetischen Energie von Abgasen von Strahltriebwerken durch Einführen einer Anreicherungsluft und einer verdampfbaren Flüssigkeit in den heißen Abgasstrahl und Herbeiführen einer Keimbildung unter starker Vibration und Auftreffenlassen der Teilchen in einem Querstromwäscher.

Beim herkömmlichen Testen von Strahltriebwerken auf Prüfständen reißt der Abgasstrahl Luft aus der umgebenden

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Atmosphäre mit und überträgt einen Teil seiher kinetischen Energie an die mitgerissene Luft. Diese hinzutretende Luft oder Anreicherungsluft verdünnt und kühlt den Abgasstrahl und verhindert eine Schädigung der Prüfzelle, üblicherweise beträgt die Menge an dieser Anreicherungsluft für Turbostrahltriebwerke etwa das 2- bis 4-fache des Abgasstrahls und für Fanstrahltriebwerke etwa das 1/2- bis 2-fache der Masse des Abgasstrahls. Der gekühlte Abgasstrahl wird dann zusammen mit der Anreicherungsluft der Umgebungsluft zugeführt. Mit zunehmender Größe der Strahltriebwerke hat die Schwierigkeit der Abtrennung von Verunreinigungen vom Abgasstrahl mehr als proportional zugenommen. Auch die in den letzten Jahren strenger gewordenen Vorschriften zur Vermeidung der Luftverschmutzung haben eine wirksame Entfernung von Verunreinigungen vom Abgasstrahl notwendig gemacht. Die außerordentlich großen Gasvolumen, die in der einem Prüfstand nachgeschalteten Reinigungsanlage für den Abgasstrahl eines Strahltriebwerks unter Verwendung von Anreicherungsluft verarbeitet werden müssen, erfordern sehr erhebliche Kapitalinvestitutionen und Verfahrenskosten, wenn den Vorschriften betreffend die Luftverschmutzung genügt werden

soll.

In der US-Patentanmeldung Serial No. 143,o66 vom 13. Mai 1971 der gleichen Anmelderin sind ein Verfahren

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und eine Vorrichtung zur Luftanreicherung und zum Einführen einer verdampfbaren Flüssigkeit in den Abgasstrahl eines Strahltriebwerkes beschrieben. Außerdem sind in der am 13. Juni 1967 erteilten US-PS 3 324 63o ein Querstromwaschverfahren und eine Vorrichtung, durch die feste und flüssige Teilchen aus einem Gasstrom abgetrennt werden können, beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist eine wirksame Herabsetzung der Abgasstrahlgeschwindigkeit und des Lärmpegels und die Abtrennung von Teilchen aus einem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gas, in dem Teilchen suspendiert sind.

Es wurde gefunden, daß durch die Kombination einer Anreicherung des heißen Gasstroms mit Luft und einer verdampfbaren Flüssigkeit wit einer Keimbildung durch Kondensieren von Flüssigkeit an den Teilchen unter dem Einfluß von Schallvibrationen sowie der Abtrennung der Teilchen durch Auftreffenlassen auf eine Oberfläche, wie die Füllung in einem Querstromwäscher, eine synergistische Wirkung hinsichtlich der Herabsetzung der Gas3trömungsgeschwindigkeit und des Länapegels und der Abtrennung der Teilchen erzielt wird. Gemäß der Erfindung können bis zu 27 ooo kg (60.000 lbs.) Ausstoß aufgenommen werden, und der Lärmpegel kann auf 9o bis 95 Phon gesenkt werden. Durch Erhöhen der Größe der verschie-

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denen Anlagenteile können auch noch höhere Ausstöße aufgenommen werden. Außerdem sind Luftanreicherung, Waschen und die übrigen Verfahrensstufen wirksam, ohne daß ein nachteiliger Einfluß auf das geprüfte Strahltriebwerk entsteht, so daß dessen Betrieb keiner Änderung unterliegt.

Die Vibration,die sich als in dem Verfahren gemäß der Erfindung wirksam erwiesen hat, liegt in dem Bereich von 3o bis 16 ooo, vorzugsweise 3oo bis 16 ooo Hz, d.h. Schwingungen je Sekunde, und die Energie dieser Vibration liegt vorteilhaft in dem Bereich von 4o bis 2oo, vorzugsweise 6o bis 1oo Phon. Es wurde gefunden, daß Vibrationen dieser Art sehr viel wirksamer und mit einem Gasstrom von niedrigerem Gehalt an kondensierbarem Wasserdampf Keimbildungen oder eine Erhöhung des Wachstums von Teilchen durch Kondensation herbeiführen. Während beispielsweise gewöhnlich das Gas einen Sättigungspunkt von 71°C (16o°F), vorzugsweise 82°C (18o°F) haben muß, damit die gewünschten Ergebnisse erzielt werden, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gas mit einem Sät-r tigungspunkt von nur 43 C (11o F) verwendet werden. Aber auch wenn ein Gas verwendet wird, das einen höheren Sättigungswert an kondensierbarem Dampf hat, wird die Keimbildung durch Vibration gegenüber der in anderer Weise erzeugten verbessert.

Bei der Anreicherung ist es erwünscht, die Anreicherung mit Luft so gering wie möglich zu halten, um die Verdünnung der Teilchen gering zu halten und ihre Abtrennung

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aus dem Gasstrom zufolge ihrer höheren Konzentration zu erleichtern sowie die Größe der zur Aufnahme des Gasstroms dienenden Anlage zu verringern. Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Anreicherung von o,5 bis 3,ο auf o,3 bis o,6 zu verringern, was auf die Kombination von Keimbildung und Wäscher mit der Anreicherungsvorrichtung zurückzuführen ist.

Die Geschwindigkeit des Abgasstrahls eines Strahltriebwerks kann beispielsweise 9oo m/sec. {3 ooo feet per second) betragen und beträgt beim Austritt aus der Anreicherung svor richtung 3o bis 6o m/sec (1oo bis 2oo feet per second) und beim Austritt aus dem Wäscher 1,5 bis 2,1 m/sec. (5 bis 7 feet per second) und diese Geschwindigkeitsherabsetzungen erfolgen ohne irgendeinen nachteiligen Einfluß auf den Betrieb des getesteten Strahltriebwerks.

Der Abgasstrahl eines Strahltriebwerks enthält schwarzen Rauch, der kohlige oder ölige Feinteilchen in einer Menge von o,37 bis 7,5 g/ Nm (o,o1 gr/scf ro c.2 gr/scf.) enthält. Die Größe der Feinteilchen liegt in dem Bereich von o,o1 η für die Kohlenstoffteilchen bis zu etwa 5o u für die öl- oder Flüssigkeitsteilchen. Auf dem Prüfstand variiert die Verbrennung in einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen, und der Gasstrom variiert zwischen 5 und 4o kg/sec.

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und 1 36o kg/sec. (1oo lb/sec to 3ooo lb/sec) und besteht aus Verbrennungsgas, das oft mit Gebläseluft vereinigt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsforn der Erfindung tritt das Abgas des Strahltriebwerks in eine Anreicherungsvorrichtung ein, wo Zusatzluft in das Rohr dieser Vorrichtung eingeführt wird. Bei dem bekannten Verfahren betrug das Verhältnis von Anreicherungsluft zu Abgas des Triebwerks etwa 3,ο Teile Anreicherungsluft zu 1 Teil Abgas oder 3:1. Durch die Erfindung wird, wie oben erwähnt, dieses Verhältnis durch Einführung einer verdampfbaren Flüssigkeit und durch die Kombination von Verfahrensstufen und Anlagen herabgesetzt.

Während der Anreicherung wird eine fein zerteilte Flüssigkeit in die heißen Abgase eingeführt. Die Flüssigkeit soll bei der Temperatur des heißen Abgases verdampfbar sein. Die bevorzugte Flüssigkeit ist Wasser, hauptsächlich weil es leicht verfügbar ist und für diesen Verwendungszweck gute physikalische Eigenschaften hat. Mit Vorteil wird das Wasser oder eine andere Flüssigkeit als Strahl auf die Oberfläche des Konus aus heißem Abgas eingeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie unten näher beschrieben ist, wird die verdampfbare Flüssigkeit zusam-

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men rait verringerten Mengen an Anreicherungsluft in das heiße Abgas eingeführt.

In der im folgenden im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Anreicherung wird Wasser als Strahl oder Spray in einer Hischzone in einer Menge von o,o5 bis 1,5 kg je kg Abgas zusammen mit Anreicherungsluft in einer Menge von o,1 bis 1,2 kg je kg Abgas in den heißen Abgasstrahl eingeführt. Durch die Einführung von Wasser und Anreicherungsluft wird die Temperatur des Abgases des Triebwerks auf etwa 43 bis 93°C (11o bis 2oo°F) gesenkt. Mit Vorteil wird das in dieser Weise gekühlte Abgas durch eine im folgenden im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschriebene Vorrichtung geführt, und ein Teil des gekühlten Gases wird zu der Mischzone zurückgeführt.

Die Einführung einer verdampfbaren Flüssigkeit, wie Wasser, in den heißen Abgasstrahl dient verschiedenen Zv/ekken. Erstens wird das flüssige Wasser bei den hohen Temperaturen im Abgasstrom verdampft, und der gebildete Dampf ersetzt einen Teil der Luft, die gewöhnlich in dem herkömmlichen Anreicherungsverfahren zugeführt werden muß. D.h. die Luft, die sonst verwendet werden muß, wird zu einem Teil durch ein kondensierbares Anreicherungsfluid

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ersetzt. Zweitens wird durch die Verdampfung der Flüssigkeit bei den hohen Temperaturen des Abgasstrahls eine beträchtliche Menge an fühlbarer Wärme von dem Abgasstrahl entfernt, d.h. seine Temperatur wird gesenkt. Da es ein Hauptziel der Erfindung ist, den Abgasstrahl zu kühlen, um eine Schädigung der Testzelle zu vermeiden, eignet sich Wasser besonders gut für diesen Zweck. Auch in herkömmlichen Strahltriebwerkprüfständen wird Wasser zur Kühlung der Gase verwendet. Es wird jedoch erst nach dem Vermischen mit Luft zugesetzt und ist daher ohne wesentlichen Einfluß auf den Grad der Anreicherung. Außerdem v/ird das Wasser im allgemeinen in den Abgasstrahl selbst eingeführt, so daß Störungen der Strömung verursacht werden. Diese Störungen können ihrerseits den Betrieb des Triebwerks instabil machen/ und demzufolge muß der Grad der Anreicherung erhöht v/erden, um den Betrieb des Triebwerks stabil zu halten.

Schließlich kann der in dem gekühlten Abgas enthaltene Wasserdampf, da er ein kondensierbarer Dampf ist, leicht in den ersten Stufen eines Systems zur Luftverschmutzungskontrolle durch Kondensation von dem gekühlten Abgas abgetrennt werden, wodurch das Gasvolumen, das der Luftverschmutzungskontrolle unterworfen werden muß, beträchtlich gesenkt wird. Das ist von besonderer Bedeutung, wenn bereits vorhandene Prüfstände der Prüfung größerer Strahltriebwerke angepaßt werden sollen.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die heißen Abgase eines Prüfstands für ein Strahltriebwerk in den konvergierenden Abschnitt eines Venturirohrs, das an seinem Zulaufende in einer den Abgasstrahl umgebenden Ringzone gegen die Atmosphäre offen ist, eingeführt, üie mit hoher Geschwindigkeit in den konvergierenden Abschnitt des Venturirohrs eintretenden Abgase verursachen eine Strömung von Anreicherungsluft um den Kern des Abgasstrahls und, indem sie einen niedrigen statischen Druck erzeugen, einen inneren Rückführungsstrom aus gekühlten Gasen und nichtverdampftem Wasser, wodurch die Menge an Anreicherung von außen gesenkt wird« Abgas und Anreicherungsluft strömen zusammen durch die Verengung des Venturirohrs in eine Mischzone an der vena contracta des Venturirohrs. In die Mischzone wird Wasser in der Form eines Strahls oder Sprays eingeführt. In der Miachsone erfolgt eine Teilverdampfung des Wassers, und das gekühlte Gemisch von Abgas, eingeführter Luft und Wasserdampf strömt in eine Anreicherungszone, die aus einem rohrförmigen Außenmantel und einem im wesentlichen konzentrischen rohrförmigen Innenmantel besteht. Oer Innenmantel ist etwas kürzer als der Außenmantel und seine Innenfläche divergiert von der beiden Rohrmänteln gemeinsamen Achse nach außen. Das gekühlte Gemisch von Abgas, eingeführter Luft und Wasserdampf strömt in den

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divergierenden Innenmantel, und ein Teil des Gemisches, das von dem Innenmantel austritt, wird durch den Ringraum zwischen den Mänteln in die Mischzone zurückgeführt. Es wurde gefunden, daß mit dieser Änreicherungsvorrichtung, mit der die Rückführung eines Teiles der mit nichtverdarnpftem Wasser beladenen gekühlten Gase möglich ist, ein beträchtlich wirksameres Anreicherungsverfahren möglich ist.

Nachdem die gekühlte Austrittsluft, die noch die Teilchen enthält, aus der Anreicherungsvorrichtung ausgetreten ist, wird sie, vorzugsweise durch Ablenkbleche im Boden des Abzugs, nach oben abgelenkt und aufwärts im Abzug dem Boden eines QuorStromwäschers zugeführt. Wie erwähnt, wird durch die dem Abgas aufgezwungene Vibration, die entweder von dem Betrieb des Strahltriebwerks selber oder, wenn dies nicht der Fall ist, durch eine Zusatzvorrichtung, die eine solche Vibration erzeugt, die Kölmbildung oder Kondensation von Flüssigkeit auf den Teilchen beim Eintritt des Gases in den Querstromwäscher unterstützt. ^

Durch diese Kombination wird es möglich, im Anreicherer die Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit usw. mit einer verringerten Menge an Luft, die nur etwa 45 bis 9o %

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derjenigen, die zuvor verwendet wurde, beträgt, zu senken. Das System hat also den großen Vorteil einer beträchtlichen Senkung des Gesamtluftstroms. Dadurch können die Größe der ganzen Anlage und damit die Erstellungs- und Betriebskosten gesenkt werden.

In der Anreicherungsvorrichtung wird das Gas auf Gleichgewichtstemperaturen in dem Bereich von 38°C bis 82°C (loo°F to 18o°F) gekühlt. Vor dieser Kühlung liegt die Temperatur in dem Bereich von 93°C bis 1 480⁰C (2oo°F to 2 7oo°F) je nach der Art des Betriebs des Strahltriebwerks.

Bei dem in dem Querstromwäscher gewöhnlich bewirkten Keimbildungswaschen können im allgemeinen nur Teilchen mit einer Größe über 4 μ abgetrennt werden. Durch die synergistische Wirkung von Vibration und Vorbehandlung, die in der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung erzielt werden, wird es dagegen möglich, 75 bis 99 % und mehr der Teilchen mit einer Größe von o,1 bis 1 u, die in dem Abgasstrahl enthalten sind, abzutrennen.

Der flüssige Abfluß des QuerStromwäschers, der gewöhnlich aus Wasser, das kohlige und ölige Teilchen ent-

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hält, besteht, kann in verschiedener Weise, beispielsweise durch Zentrifugieren, Absitzenlassen, Ausflocken und/oder Filtrieren aufgetrennt werden. Nach der Abtrennung der Teilchen können Wasser oder gegebenenfalls eine andere Flüssigkeit zurückgeführt und wieder in den QuerStromwäscher oder in die Anreicherungsvorrichtung eingesprüht werden. Es wurde gefunden, daß nicht nur der Gehalt des aus dem Querstromwäscher austretenden Gases an Teilchen sehr stark verringert wird, sondern daß bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung auch der Lärmpegel beträchtlich herabgesetzt wird.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein vereinfachter Querschnitt durch eine Einrichtung, in der die Luftanreicherung in dem Verfahren gemäß der Erfindung erfolgt; und

Fig. 3 ein vereinfachter Querschnitt durch eine bevorzugte Anreicherungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 4 und 5 sind eine Draufsicht bzw. ein Aufriß des Waschturms der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung .

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Fig. 6 ist eine Seitenansicht eines mit Füllmaterial gefüllten Teiles eines Waschturms gemäß der ' Erfindung.

Fig. 7 ist eine Vorderansicht des mit Füllmaterial versehenen Teils von Fig. 6 längs der Linie 7-7 von Fig. 6, modifiziert gegenüber der Vorrichtung der Fig. 1 und 5 durch eine vorspringer de Wandplatte.

Fig. 1 zeigt die Anordnung des zu testenden Strahltriebwerks, der Anreicherungsvorrichtung, die den Abgasstrahl aufnimmt,und den Abzug, der das aus der Anreicherungsvorrichtung austretende Gas aufnimmt und aufwärts in den Boden des Wäschers einführt. In dem Wäscher wird das Gas horizontal durch Betten aus Füllmaterial geuührt, und die festen oder flüssigen Teilchen prallen auf das Füllmaterial auf und werden darauf niedergeschlagen und dann durch das durch das Bett nach unten strömende Wasser fortgewaschen, während gereinigtes gekühltes Gas mit zulässigem Lärmpegel in die Atmosphäre ausströmt.

In Fig. 2 wird durch Bezugszahl 1o der Austrittsteil eines Strahltriebwerks auf einem Prüfstand gekennzeichnet. Die Einzelheiten des Prüfstands sind fortgelassen, da der Prüfstand selbst für den Betrieb der Vor-

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richtung gemäß der Erfindung ohne Bedeutung ist. Der Abgasstrahl des Triebwerks 1o ist durch die Bezugszahl 12 gekennzeichnet, Oie Bezugszahl 14 bezeichnet eine Anreicherungszone, die aus einem zylindrischen Rohr 15 von rundem Querschnitt, das sich von einer mit 16 bezeichneten Stelle hinter dem Af tteil des Triebwerks Io zu einer mit 18 bezeichneten Stelle erstreckt, besteht» Die Anreicherungszone 14 und das Triebwerk 1o sind im wesentlichen koaxial. An dem vorderen Ende 16 des Rohrs 15 ist ein konvergierender Lippenabschnitt 17, der der Aufnahme des Abgases dient, befestigt.

Durch die Anreicherungszone 14 werden Abgas und Anreicherung sgase einer Rsinic/angsanlage stromab der Stelle 18 zugeführfci wehrend die Energie des Abgases verteilt wird. Das Anreicherungsrohr 15 kann aus irgendeinem geeigneten Material? das den Temperaturen und Geschwindigkeiten des Äbgasstrahls widersteht, basten■-,*■»« Dsr Durchmesser der Zone 14 ist typischerweise 2 bis £» aai &o groß wie der Durchmesser der Austjiittsöffnungen des Strahltriebwerks.

Gemäß der Erfindung wird dein heißen Abgasstrom 12 eine verdampfbare Flüssigkeit zugeführt* Die Flüssigkeit kann entweder in der Form eines feinen Sprays an der Oberfläche des Abgasstrahls_f wie durch die Bezugszahl 2c gekennzeichnet, oder durch radiale Einführung von Wasser-

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strahlen mit hoher Geschwindigkeit in den Abgasstrahl an der vena contracta des Venturirohrβ eingeführt werden. Zur Erzeugung eines Sprays oder Nebels kann irgendeine hierfür geeignete Vorrichtung 2o verwendet werden. Es wurde gefunden, daß bei.Einführung von o,o5 bis 1,5 kg Wasser je kg Abgas die Vorteile einer Verringerung der erforderlichen Anreicherungsmenge, Erhaltung der Strömungsstabilität des Abgases, Kühlen des Abgasstrahls und Einführung eines kondensierbaren Dampfes als Anreicherungsmittel erzielt werden.

Bei der durch Fig. 2 veranschaulichten bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Abgasstrahl mit einem feinen Spray aus einer verdampfbaren Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, zusammen mit eingeführter Anreicherungsluft angereichert, wobei die Menge an Luft beträchtlich geringer ist als diejenige, die in einer herkömmlichen Anreicherungszone eingeführt wird. Die Anreicherungsluft wird durch den gleichen Ringraum zugeführt wie der Flüssigkeitsspray. In Fig. 2 steht die Bezugszahl 22 für die Luft, die durch den mit hoher Geschwindigkeit austretenden Abgasstrahl angesaugt wird. Auch die Luft 22 wird an die Oberfläche des Abgasstrahls geführt, um dessen Stabilität zu verbessern und eine Reflexion von Schockwellen in das Triebwerk zurück zu verhindern. Wenn

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das Einsprühen von Wasser gleichzeitig mit der Einführung der Anreicherungsluft erfolgt, kann die Temperatur des Abgaaatrahls auf etwa 82 bis 93°C (18o bis 2oo°F) gesenkt werden, wenn o,o5 bis 1,5 kg je kg Abgas an Wasser zusammen mit o,1 bis 1,2 kg je kg Abgas an Anreicherungsluft eingeführt werden, während bei den herkömmlichen Verfahren o,6 bis 4,ο kg Luft je kg Abgas eingeführt werden mußten, um die gleichen Ergebnisse zu ersielen.

An einer oder an mehreren Stellen längs der Anreicherungszone kann noch weiteres Wasser eingesprüht werden. Diese Stellen sind in Fig. 2 durch die Bezugszahlen 24 gekennzeichnet. Zweck dieser weiteren Wasserzufuhr ist eine weitere Kühlung des angereicherten Abgases auf Temperaturen, bei denen das Gemisch in der Reinigungsanlage weiter verarbeitet werden kann.

In Fig. 3 bezeichnet die Bezugszahl 3o das Strahltriebwerk mit dem Aftabschnitt 32. Das Strahltriebwerk 3o ruht auf einem nicht gezeigten Prüfstand. Es ist horizontal gelagert und verläuft koaxial mit der Achse 33 des Venturirohr s 34. Die Verengung 36 des Venturirohrs 34 führt zu einer Mischzone 38 und einer Anreicherungszone 4o. Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung weist einen zylindrischen Außenmantel 42 für sowohl die Mischzone 38 als auch die Anreicherungszone 4o auf. Der Mantel 42 kann aus irgendeinem

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Material, das gegenüber den Temperaturen und Geschwindigkeiten des Abgasstrahls beständig ist, bestehen, und be" steht beispielsweise aus einer Stahllegierung. Um die Oberfläche des durch die Verengung 36 des Venturirohrs 34 strömenden konusförmigen Gasgemisches sind Wassereinspritzdüsen von irgendeiner geeigneten Größe und Form verteilt. Durch sie wird Wasser in der Form eines feinen Sprays auf die Oberfläche des Kerns des Abgasstrahls und der Anreicherungsluft geführt, oder es werden direkt Wasserstrahlen mit hoher Geschwindigkeit radial in den Kern des Gemisches aus Abgas und Luft geführt.

Der Mischzone 38 ist ein rohrförmiger Innenmantel 46, der durch nicht gezeigte Mittel abgestützt ist, nachgeschaltet. Der Mantel 46 hat eine geringere Gesamtlänge als der Außenmantel 42 und bildet mit dem Außenmantel 42 einen Ringraum. Er erstreckt sich von einer Stelle 48 unmittelbar hinter der Mischzone 38 bis zu einer Stelle 5o, die näher am Abströmende des Mantels 42 liegt. Die Dicke des Mantels 46 ist an seinem Zustromende größer, so daß die Innenfläche des Mantels 46 von der gemeinsamen Achse 33 des Venturirohrs 34 und der Mäntel 42 und 46 nach außen divergiert, wie durch die Bezugszahl 52 angezeigt. Der Ringraum 54 zwischen dem Innenmantel 46 und dem Außenmantel 42 ist mit 54 bezeichnet.

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Hinter dem Innemantel 46 sind an dem Außenmantel 42 ringförmige Prallbleche 56 angeordnet. Diese Prallbleche sind nicht notwendig; ihre Anordnung" an der gezeigten Stelle hat jedoch eine günstige Wirkung auf die Rückführung von teilweise gekühltem Abgas. Noch weiter stromabwärts ist in der Anreicherungszone 4o und koaxial mit der Achse 33 ein konischer zersprenger 58, der den Kern des durch die Vorrichtung strömenden Abgasstrahls zersprengt, angeordnet. Die Verwendung dieses Zersprengers erfolgt v/ahlweise je nach der Wirkung der eingeführten Sprays. Wie in Fig. 3 gezeigt, können ihm Sprüheinrichtungen zugeordnet sein.

Beim Betrieb werden die aus dem Aftteil 32 des Strahltriebwerks 3o austretenden heißen Abgase in den konvergierenden Abschnitt des Venturirohrs 34 eingeführt. Die mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gase erzeugen an der Verengung 36 des Venturirohrs ein Unterdruckgebiet, so daß durch den Ringraum um das konvergierende Venturirohr und den Aftteil 32 des Triebwerks 3o Anreicherungsluft angesaugt wird. Die angesaugte Anreicherungsluft ist mit 6o bezeichnet. Das Gemisch von Anreicherungsluft 6o und Abgas des Strahltriebwerks, das mit der Bezugszahl 62 gekennzeichnet ist, strömt durch die Verengung 36 des Venturirohrs 34 und in die Mischzone 38.

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In den Kern des durch die Mischzone strömenden Gasgemisches werden durch die Düsen 44 Wasserstrahlen eingeleitet. Das Gemisch von Turbinenabgas, Anreicherungsluft und Wasser strömt in die Anreicherungszone 4o, nachdem das Wasser teilweise verdampft ist. Während das teilweise gekühlte Abgas durch den von dem Innenmantel 46 begrenzten Raum strömt, kann weiteres Wasser in der Form eines feinen Spraye über die schematisch in Fig. 3 angezeigten Einrichtungen eingeführt werden. Ein Teil des gekühlten Gasgemisches, das aus dem Abströmende 5o des Innenmantels 46 austritt, strömt um das Ende So herum und durch den Ringraum 54 zwischen Innen- und Außenmantel. Dieses RückfUhrungsgemisch ist durch die Bezugszahl 65 gekennzeichnet.

Die treibende Kraft, durch die ein Teil der Gase durch die Ringzone 54 in die Mischzone zurückgeführt wird, ist der Druckunterschied zwischen dem Abströmende der divergierenden Zone des Innenmantels 46 und dem Unterdruckgebiet an der Mischzone 38 an der Verengung des Venturirohrs 34. Durch Wahl der Divergenz der Innenfläche 52 des Innenmantels 46 und der Abmessungen des Ringraums 54 zwischen Innen- und Auflenmantel kann innerhalb gewisser Grenzen die Menge an in die Mischzone zurückgeführten Gasen gesteuert werden. Da die Druckbedingungen in der Anreicherungszone 4o vom Durchmesser des Außenmantels, dem Durch-

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messer des Innenmantels, der Divergenz des Innenmantels, dem Volumen und der Geschwindigkeit der Abgase, der Anreicherungsluft und des zugeführten Wassers und anderen Eigenschaften abhängen, ist es nicht möglich, die geometrischen Zusammenhänge, die eingehalten werden müssen, um einen gewissen Rückführungsgrad zu erzielen, genau zu bestimmen. Es wurde jedoch gefunden, daß es vorteilhaft ist, zwischen 5 und So % der Gesamtgasmenge, die durch das Abströmende des Innenmantels 46 strömt, zur Mischzone zurückzuführen. Auf diese Weise wird in den aus dem Innenmantel austretenden Gasen anwesendes nichtverdampftes Wasser mit frischem Abgas vermischt, und das Wasser wird besser ausgenützt. Dadurch wird wiederum die erforderliche Menge an Anreicherungsluft verringert, so das die Vorteile der Erfindung besser erzielt werden können.

Der Konvergenzwinkel des Venturirohrs,d.h. der Winkel zwischen der Achse 33 und der konvergierenden Oberfläche des Venturifohrs 34,liegt vorzugsweise zwischen 15° und 45°.

Der Durchmesser der Verengung 36 des Venturirohrs 34 ist zweckmäßig zwischen 2,5 und 38 cm (one inch to fifteen inches) größer als der Höchstdurchinesser der Flamme des Strahltriebwerkabgases. Dadurch wird ein ausreichen-

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der Ringraum, durch den die Anreicherungsluft 60 angesaugt werden kann, geschaffen. Es können Einrichtungen vorgesehen werden, um die Stellung des Strahltriebwerks 3o längs der Achse 33 zu verschieben, so daß die Betriebsbedingungen geändert werden können, oder es können Einrichtungen vorgesehen werden, um den Winkel des konvergierenden Abschnitts des Venturirohrs so zu verändern, daß das Verhältnis hinsichtlich des Durchmessers des Abgasstrahls optimal wird.

Die durch die Düsen 44 in die Mischzone 38 eingeführten Wasserstrahlen werden vorzugsweise radial und gleichmäßig über den Umfang des Kerns des Abgases verteilt eingeführt. Vorzugsweise wird der Spray in einem Winkel von 0 bis 3o in Richtung stromabwärts zur vertikalen Achse eingeführt. Die Sprüheinrichtung kann beispielsweise ein Kreisrohr mit gleichmäßig an seinem Innenumfang in Winkeln von 0 bis 3o zur Vertikalen verteilten Bohrungen sein. Alternativ kann die Sprüheinrichtung aus gleichmäßig um die Oberfläche des Abgaskonus orientierten Düsen bestehen. Der Spray wird im allgemeinen mit einer Geschwindigkeit von 6 bis 60 m/sec. (2o to 200 feet per second) in das Abgas eingeführt.

Es wurde gefunden, daß, damit die Rückführung von * Gasen um den Innenmantel 46 herum und durch den Ringraum

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54 in den oben angegebenen Mengen erfolgen kann, der Divergenzwinkel der Innenfläche des Mantels 46 zu der horizontalen Achse zweckmäßig zwischen 4° und 15 · beträgt. Vorzugsweise beträgt der Divergenzwinkel etwa 7°. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind vordere und hintere Oberflächen 48 bzw. 5o des Innenmantels 46 abgerundet, so daß sie den Abgasen eine glatte aerodynamische Oberfläche darbieten.

Das Verhältnis von Außendurchmesser des Innenmantels 46 zu Innendurchmesser des Außenmantels 42 liegt zweckmäßig zwischen o,5 und o,95. Die besten Ergebnisse v/erden .erzielt, wenn das Verhältnis dieser Durchmesser o,65 bis o,9 beträgt. Der Grad der Rückführung von den Innenmantel 46 durchströmenden Gasen kann auch durch Änderung des Durchmessers des Prallblechs 56 beeinflußt werden. Allgemein kann festgestellt werden, daß der Innendurchmesser des Prallblechs nicht weniger als 15,2 cm (six inches) weniger als der Außendurchmesser des Abströmendes des Innenmantels 46 betragen soll. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Innendurchmesser des Prallblechs 56 zu Innendurchmesser des Außenmantels 42 ο,8 bis 1« .

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen am oberen Ende des in Fig. 1 gezeigten Abzugs angeordneten Querströmung swaschturm 66.

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Fig. 5 ist ein Aufriß dieses Querströmungswaschturms, der an jeder Seite ein durch Ausschneiden eines Teils sichtbar gemachtes Bett aus Füllmaterial 67 aufweist. Wasserrohre 78 liefern Wasser an die (nicht gezeigten)Sprüheinrichtungen über jedem Bett aus Füllmaterial. Das Rohr 69 stellt einen Auslaß für das sich am Boden jedes Bettes sammelnde Wasser dar. Der Wäscher wird durch eine zu einem Teil gezeigte Wand 85 getragen.

Fig. 6 zeigt einen Seitenaufriß des Bettes 67 aus Füllmaterial in dem Waschturm 66. Das Füllmaterial befindet sich innerhalb eines Gitterwerks 68, das vorzugsweise aus Polyäthylen besteht, aber auch beispielsweise aus mit.Polyvinylchlorid überzogenem expandierten Metall (polyvinylchloride-coated expanded metal grilling advantageously of 1-1/2 inch No. 6 type or 1" χ 4" subway grating) besteht. Das staubbeladene Gas wird horizontal von einer Seite des Bettes aus Füllmaterial zugeführt und strömt, nachdem es auf das Füllmaterial aufgeprallt ist und Teilchen darauf abgelagert hat, an der entgegengesetzten Seite in die Atmosphäre ab. Die Waschflüssigkeit wird vom oberen Ende der Anlage durch den Flüssigkeitseinlaß 7o zugeführt und strömt am Boden der Anlage durch den Auslaß 69 aus.

Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, bilden vertikale Flansche 71 und horizontale Flansche 71' das Rahmenwerk

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für die Stützplatten 72, 73 und 74, das das Gitterwerk 68 in seiner Stellung hält, wobei dieses Gitterwerk 68 seinerseits die inicht gezeigten) Füllmaterialeinheiten, mit denen der Querströmungswäscher gefüllt ist, aufnimmt. Die Platten sind durch Zugstangen 75 verfestigt und gegen Aufwerfen unter dem Druck des Füllmaterials geschützt.

Durch die Hauptleitung 7o' wird Waschflüssigkeit in eine Anzahl Rohre 76, die horizontal und senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases durch die Anlage verlaufen, geführt. Diese Rohre sind in denjenigen Teilen, die innerhalb der Waschanlage verlaufen, perforiert und sind unmittelbar unter der Deckplatte 77 abgestützt. Anstelle der perforierten Rohre können Sprühvorrichtungen/ Wehre oder andere Verteilereinrichtungen verwendet werden. Über den perforierten Rohren 7 6 und diese zur Hälfte umgreifend sind Halbrohre 78 so angeordnet, daß Spray von oberhalb der Rohre 76 nach unten in den mit Füllmaterial gefüllten Abschnitt der Waschanlage abgelenkt wird. Trennwände 79 erstrecken sich über die Breite der Waschanlage und nach unten bis unter das Niveau, bis zu dem die Waschanlage mit Füllmaterial gefüllt ist, so daß kein Gas in den freien Räumen der Anlage strömen kann, ohne mit dem Füllmaterial in Kontakt zu kommen.

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Platten 80 und 80' verbinden die Deckplatte 77 mit der Wand 82, die einen Teil der Kammerwand, die das durch den Abzug aufsteigende Gas in die Betten· der Waschanlage leitet und zusammen mit der (in den Fig. 1 und 5 nicht gezeigten) Wand 81, den Seitenwänden 83 und den Bodenplatten 84 und 84' die Umgrenzung des Gasraums bildet, durch den das staubbeladene Gas durch die Waschanlage geführt wird, bildet, Die Waschflüssigkeit strömt durch das Füllmaterial und von dort durch die perforierte Stützplatte oder das Gitterv/erk 83 und sammelt sich im Boden des Wäschers von wo es durch die geneigte Grundplatte 86 den Flüssigkeitsauslässen 69 zugeführt wird. Prallbleche 87 erstrecken sich über die Breite der Waschanlage und verhindern eine Gasströmung durch diesen offenen Raum unter dem mit dem Füllmaterial gefüllten Teil des Turms. Diese Prallbleche haben an den unteren Kanten öffnungen oder erstrecken sich nur bis innerhalb etwa 6,4 bis 2,5 cm vom Boden, so daß Flüssigkeit von einem Abschnitt in einen anderen fließen kann. Durch die durch die Auslässe 69 strömende Waschflüssigkeit werden die aus dem Gas auf dem Füllmaterial abgeschiedenen Feinteilchen aus der Anlage herausgespült.

Durch die Kühlwirkung des Wassers oder einer anderen Flüssigkeit, die durch die Waschanlage fließt, wird

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in dem Gas enthaltene Feuchtigkeit auf den Teilchen auskondensiert, wodurch deren effektive Größe erhöht und die Wirkung der Abtrennung der Teilchen von dem- Gas verbessert wird. Das Phänomen der Erhöhung der Teilchengröße durch die Kondensation wird durch die Vibration, der der Gasstrom und die Teilchen ausgesetzt werden, verstärkt und/oder wirksamer gemacht.

Diese Methode eignet sich insbesondere zur Abtrennung von Teilchen mit Größen unter 1 u, die sonst nur schwer abzutrennen sind. Sie kann aber auch zur Erleichterung der Abtrennung von Teilchen über 1 u angewandt werden, indem man die effektive Größe durch Keimbildung erhöht.

Die Betriebstemperatur des Wäschers ist keiner anderen Beschränkung als derjenigen, die sich aus praktischen Erwägungen ergibt, unterworfen. Das Füllmaterial besteht zweckmäßig aus einem Material, das gegenüber der angewandten Temperatur beständig ist, und als Waschflüssigkeit wird zweckmäßig eine Flüssigkeit verwendet, die sich für einen Kontakt mit dem Gas bei den angewandten Temperaturen eignet. Wenn heiße Gase durch die Waschanlage geführt werden, kann ein Füllmaterial aus Stahl verwendet werden, und als Waschflüssigkeit kann eine Flüssigkeit verwendet werden, die durch den Kontakt mit den heißen Gasen nicht in unerwünschtem Aus-

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maß verdampft. Wenn die heißen Gase zurückgeführt oder in irgendeiner Weise wieder verwendet werden sollen, ist es vorteilhaft, die Staubteilchen unter variierendem Verlust an latenter Wärme in dem Gas abzutrennen.

Der Querstromwaschturm weist Betten aus Füllmaterial auf, das dem strömenden Gemisch Prallflächen darbietet, an denen sich die von den Gasen mitgerissenen Teilchen abscheiden. Das Füllmaterial soll natürlich einerseits dem strömenden Gas den geringstmöglichen Widerstand entgegensetzen, andererseits aber die größtmögliche Prallfläche darbieten. Es können viele verschiedene Arten von Füllmate-· rialien verwendet werden. Beispiele dafür sind "Interlox", "Pall-Ringe" und "Raschig-Ringe". Es wurde jedoch gefunden, daß das in der US-PS 2 367 425 beschriebene Füllmaterial wirksamer ist und dem strömenden Gas weniger Widerstand entgegensetzt als die obigen herkömmlichen Füllmaterialien. Es ist unter der Bezeichnung "Tellerettes" im Handel erhältlich. Sie haben die größtmögliche Oberfläche bei geringstmöglichem Strömungswiderstand und sind daher für eine Verwendung in der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung wirksamer als andere Füllmaterialien. Auch andere Füllmaterialien, wie Bänder, Lochscheiben usw. können verwendet werden, "Tellerette" hat sich jedoch als am wirksamsten erwiesen.

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Wie in der erwähnten ÜS-PS 2 867 425 näher beschrieben, besteht das bevorzugte Füllmaterial aus Einzelfäden, die zunächst zu Spiralen mit acht Windungen verformt sind, wonach jede Spirale umgebogen und die Enden miteinander vereinigt sind, so daß ein toroidförmiges, von acht in Abständen voneinander verlaufenden kreisförmigen Fadenteilen, von denen jedes einer Windung der Spirale entspricht und die kontinuierlich Ende-an-Ende ineinander übergehen, gebildet wird. Ein solcher Körper kann als Spiralentorus oder als Toroidspirale bezeichnet werden, und die Anzahl Windungen kann größer oder kleiner als acht sein. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Zahl der Windungen wenigstens sechs und nicht mehr als zwölf beträgt, wobei das Optimum vermutlich bei acht liegt. Wie erwähnt können solche Körper hegestellt werden, indem man zunächst einen Einzelfaden, wie 1o.in die Form einer Spirale bringt und die Spirale dann umbiegt und die Enden miteinander verbindet. Es ist jedoch nicht notwendig, die Enden miteinander zu verbinden, sofern nur der Körper die oben beschriebene Form, d.h, die Form einer Toroidspirale hat. Wenn der Faden ausreichend starr ist, kann er seine Form auch dann behalten, wenn die Enden nicht tatsächlich miteinander vereinigt werden.

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Die Windungen einer solchen Toroidspirale sind etwa kreisförmig, können aber mehr oder weniger von der Form eines echten Kreises abweichen. Beispielsweise können sie polygonal sein. Solche Variationen sind offensichtliche Äquivalente der in der erwähnten US-PS beschriebenen Formen und können als "etwa kreisförmig" verstanden v/erden. Wenn ein solcher Körper aus Polyäthylen oder Polyfluoräthylen oder einem PoIychlorfluoräthylen (beispielsweise polymerisiertem CClF=F₂) hergestellt wird, ist er so flexibel, daß er leicht zu dem Toroid verformt werden kann. Außerdem ist ein Körper aus einem dieser Materialien nicht benetzbar, was eine sehr erwünschte Eigenschaft darstellt. D.h. die Flüssigkeit wird von der Oberfläche nicht so stark angezogen, wie erforderlich ist, um ihre eigene Oberflächenspannung zu überwinden, so daß sie Aggregate bildet und sich nicht als Film über die Oberfläche ausbreitet. Sofern hier im Zusammenhang mit einer Rosette aus dem zum Toroid verformten Faden von einer Faden-"Tiefe" gesprochen wird, ist darunter die Dicke des Fadens, gemessen an einem Radius, beispielsweise der Abstand von Punkt 7 zu Punkt 8 in Fig. 2 der erwähnten Patentschrift, zu verstehen. Die "Breite" des Fadens entspricht dem Abstand zwischen den Punkten 5 und 6 der gleichen Figur.

Ein ähnlich geformter Körper kann auch hergestellt werden, indem man ein Rohrstück nahezu zu Scheiben zerschneidet und dann umbiegt, so daß er die in Fig. 3 der obigen US-PS gezeigte Form annimmt, wonach man, falle er aus eineai

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thermoplastischen Material, wie Polyäthylen, besteht, die Endteile miteinander verschmilzt, so daß ein Körper aus einer Anzahl von Ringen entsteht. Auch ein in dieser Weise hergestellter Körper hat Torusform und besteht aus in Abständen voneinander verlaufenden kreisförmigen Fadenteilen,

Es können natürlich auch andere torusförmige Körper , bei denen die Torusform sich aus in Abständen voneinander verlaufenden Fadenteilen ergibt, hergestellt v/erden. Beispielsweise können die Fäden einen rechtwinkligen, quadratischen, kreisförmigen oder einen anderen geeigneten Querschnitt haben, sofern nur der fertige Körper die oben beschriebene Toröidform, die von in Abständen voneinander verlaufenden, etwa kreisförmigen Fadenteilen bestimmt wird, hat. D.h. die gezeigten Formen können variieren; jedoch ist es zweckmäßig, den Fadencharakter der Füllkörper, sein Vermögen, sich mit anderen solchen Körpern zu verhaken und seine Eigenschaft, zahlreiche Biegungen, die Kurven oder Winkel sein können, aufzuweisen, zu erhalten. Vorzugsweise werden diese Körper aus Polyäthylen oder Polyfluoräthylen hergestellt, so daß sie nicht nur nicht-benetzbar, sondern außerdem flexibel und von verhältnismäßig geringem Gewicht sind.

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Das Bruttovolumen jedes Körpers ist zweckmäßig etwa das 4- bis 2o-fache seines Verdrängungsvolumens, und das Schüttvolumen jedes Körpers beträgt zweckmäßig etwa 5o bis 9o % des Bruttovolumens. Unter "Bruttovolumen" ist dabei das Volumen des kleinsten uiuschriebenen Feststoffes, der frei von konkaven Oberflächen ist, zu verstehen. Unter
"Verdrängungsvolumen" ist das Volumen an Viasser, das von dem Körper verdrängt wird, wenn er in Wasser eingetaucht wird, zu verstehen. Unter "Schüttvolumen" ist das je Einzelkörper eingenommene Vclumen bei Füllung eines zylinderförmigen Behälters mit solchen Körpern ohne einen über das Eigengewicht bis zu einer Tiefe gleich dem Durchmesser zu verstehen, wobei das in dieser Weise gefüllte Volumen das 5o-fache des Bruttovolumens eines Einzelkörpers beträgt. Das Schüttvolumen ergibt sich natürlich aus dem Vermögen der Körper sich miteinander zu verhaken. Im Falle einer
Rosette von 1,9 χ 4,7 cm (3/4" χ 1 7/8") beträgt das Volumen des umschriebenen rechteckigen Prismas etwa 42,6 cm (2.6 cubic inches). Das Bruttovolumen ist etwa 31,1 cm
(1.9 cubic inches); und das Schüttvolumen beträgt etwa
22,9 cm (1.4 cubic inches).

Die Mindestlänge eines etwa kreisförmigen Fadenteils beträgt zweckmäßig wenigstens das 8-fache seiner
Querschnittsabmessung, während der Innenradius der Biegung an allen Punkten im Inneren des Torus zweckmäßig

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weniger als das 4-fache der Hauptquerschnittsabraessung des Fadens beträgt.

Wenn ein solches Füllmaterial in dem Verfahren und in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird, so kann der Kquivalentdurchmesser der Kammer verringert und dadurch eine laminare Strömung erzielt werden. Beispielsweise beträgt die Reynolds-Zahl für ein durch einen Kanal mit einem Querschnitt von 9,3 m (1oo sq. ft) mit einer Geschwindigkeit von 2,4 m/sec (8 ft. per second) strömendes Gas 6oo ooo. Demgegenüber hat ein mit der gleichen Lineargeschwindigkeit durch eine Kammer mit dem gleichen Querschnitt, die jedoch mit dem hier beschriebenen Füllmaterial gefüllt ist, strömendes Gas eine Reynolds-J&hl von etwa 2 ooo. Bei gleicher Lineargeschwindigkeit strömt also das Gas statt mit extremer Turbulenz laminar, v/odurch eine maximale Wirkung des Aufprallmechanismus erzielt wird.

Wenn das "Tellerette"-Füllmaterial in dem Verfahren und in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird, so bietet es dem strömenden Gas ein Minimum an Flächenerstreckung dar. Dieses Füllmaterial ist fadenförmig und stellt dem Gasstrom schmale rechtwinklige Elemente entgegen, wodurch das Einfangen der Teilchen optimal wird. Vorzugsweise beträgt das freie Volumen etwa 75 bis 95 % des Bruttovolumens, oder in anderen Worten, das Bruttovo-

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lumen beträgt etwa das 4- bis 2o-fache des Verdrängungsvolumens. Außerdem ist wegen des großen freien Volumens die-ser Art von Füllmaterial der Druckabfall· des Gases gering.

Die Führung der Spülflüssigkeit quer zu dem strömenden Gas ist notwendig, um die gewünschten Ziele zu erreichen. Sie wird dadurch erreicht, daß man das Gas horizontal und die Flüssigkeit vertikal nach unten strömen läßt. Einer der Vorteile dieser Querströmung liegt darin, daß das strömende Gas keine verengten Gebiete, wie sie eine Stützplatte für das Füllmaterial bildet und die die Strömung behindern, durchströmen muß.

Da zudem die zum Wegspülen der Teilchen erforderliche Flüssigkeitsmenge aus wirtschaftlichen Gründen möglichst gering gehalten v/erden muß, ist es von Vorteil, daß die Strömung der Spülflüssigkeit quer zu der Strömungsrichtung des Gases eine wirksame Berieselung mit einer verhältnismäßig geringen Menge an Spülflüssigkeit ermöglicht. Der Flüssigkeitsverbrauch kann bei Anwendung eines solchen Querströmungssystems nur etwa ein Viertel des für ein Gegenstromsystera erforderlichen sein. Da zudem das strömende Gas die Gravitationskraft der durch den Gasstrom fließenden Flüssigkeit nicht überwinden muß, wie in einem GegenS trennsystem, beträgt der Druckabfall weniger als die Hälfte desjenigen

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bei einem Gegenstromsystem.

Zum Abspülen der Teilchen von dem Füllmaterial eignet sich jede Flüssigkeit, die nicht mit dem Füllmaterial reagiert oder von ihm absorbiert wird oder es aufquellen läßt. Gewöhnlich wird Wasser verwendet; jedoch können auch verschiedene Arten von Lösungen, die billig sind oder Abfallprodukte von anderen Verfahren sind, verwendet werden. Beispielsweise ist in bestimmten Gebieten Salzwasser oder Seewasser leichter erhältlich als Frischwasser und kann dann mit Vorteil verwendet werden. Da die Spülflüssigkeit durch die Abtrennung der Teilchen von dem Füllmaterial selbst verschmutzt wird, können sogar bereits verschmutzte Flüssigkeiten verwendet werden, sofern die anwesende Menge an Schmutz die Abtrennung des auf dem Füllmaterial niedergeschlagenen Materials nicht stört.

Das QuerStromsystem ist so aufgebaut, daß in dem Gebiet des Wäschers, das von der Spülflüssigkeit berieselt wird, kein freier Raum ist. Die Spülflüssigkeit kann in das mit dem Füllmaterial gefüllte Gebiet mittels verschiedener Einrichtungen eingesprüht oder eingetropft werden und wird vorzugsweise gleichmäßig über dieses Gebiet verteilt. Beispielsweise können als Sprüheinrichtungen perforierte Rohre verwendet werden.Im oberen Gebiet,

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wo die Rohre angeordnet sind, sind zweckmäßig Prallbleche senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases, die sich nach unten bis zum oberen Ende des Bettes aus- Füllkörpern oder noch weiter nach unten erstrecken, angeordnet. Dadurch wird gewährleistet, daß das gesamte Gas mit dem Füllmaterial in Kontakt kommt.

Die Füllkörper können aus verschiedenen Materialien, wie Glas, Metall, Keramik usw. hergestellt sein, bestehen vorzugsv/eise aber aus Polyäthylen oder einem anderen Kunststoff, wie Polychloräthylen, Polychlorfluorathylen, PoIytetrafluorathylen, Polypropylen usw. Da die Kunststoffe das geringste Gewicht haben, können auch die Stützeinrichtungen entsprechend geringes Gewicht haben.

Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung können verwendet werden, um irgendeine Art von Teilchen aus irgendeiner Art von Gas abzutrennen, vorausgesetzt, daß die in dem Gasstrom anwesenden Materialien mit den Baumaterialien und dem in der Waschanlage verwendeten Füllmaterial verträglich oder nicht-reaktiv sind, so daß keine Korrosion oder Zerstörung erfolgt.

Die Länge des Querstromwäschers ergibt sich zu einem Teil aus der Menge an Teilchen, die von dem Gas ab-

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getrennt werden müssen, und dem Grad, bis zu dem sie abgetrennt werden sollen. Beispielsweise kann die Wirkung hinsichtlich der Abtrennung letzter Staubspuren verbessert werden, indem die Länge des Querstromwaschers erhöht wird. Wenn die Menge an Staubteilchen in dem austretenden Gas höher sein darf, kann der Querstromwäscher kürzer gehalten werden. Im allgemeinen wird eine zufriedenstellende Wirkung erzielt, wenn der Wäscher in dem mit Füllmaterial versehenen Abschnitt eine Länge von o,15 bis 1,5 m (o.5 - 5 feet) hat. Wenn eine höhere Wirkung erwünscht ist, kann die Länge des mit Füllmaterial gefüllten Abschnittes 2,1 bis 3,6m (7-12 feet) betragen.

Die übrigen Abmessungen, d.h. die Höhe und Breite, variieren mit dem zu behandelnden Gasvolumen. Js größer das Gasvolumen ist, desto größer müssen Länge und/oder Höhe des VJäschers sein. Bereits vorhandene Wäscher können einem vergrößerten Gasvolumen angepaßt werden, indem man einen zweiten Satz von Wäscher/; über einem ertsten Satz anordnet, oder indem man an allen vier Seiten statt nur an zwei Seiten, wie hier gezeigt, Betten von Füllmaterial anordnet.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Angaben in Teilen und Prozent beziehen sich auf das Gewicht, sofern nicht anders angegeben.

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Beispiel 1

Ein TF-3o-Strahltriebwerk wird so befeuert, daß es den maximalen Ausstoß liefert, d.h. 81,6 kg/sec (18o lbs/sec) Abgas von 316°C abgibt, und in einer Testzelle, wie sie durch Fig. 1 veranschaulicht ist, mit einer Anreicherungsvorrichtung, wie sie durch Fig. 3 veranschaulicht ist, und einem Wäscher, wie er durch die Fig. 4 bis 7 veranschaulicht ist, geprüft. Zum Vergleich wird das gleiche Triebwerk unter den gleichen Bedingungen in einem herkömmlichen System geprüft. Die Anreicherungseinrichtung in dem System gemäß der Erfindung hat eine Gesamtlänge von 3,6 m (12 ft) und einen Durchmesser von 2,1 m (7 ft). Der Querstromwäscher hat zwei Betten aus Füllmaterial von je 9 m (3o ft) Breite, 5,1 m (17 ft) Höhe und einerOicke (in der Richtung der Gasströmung) von 1,58 m (5 feet 3 inches). Jedes Bett hat eine vertikale Schicht von 1,35 m (4 feet 6 inches) Tiefe aus 5,1 cm (2 inch)-Polyäthylen-"Telleretten" von Rosettenform und eine 23 cm (9 inch)-Schicht von 2,54 cm (1 inch)-Polyäthylen-"Telleretten" der gleichen Form, wobei sich die 2,54 cm-Füllung an der Austrittsseite des Bettes befindet. Die Füllung befindet sich in einem Gitterwerk aus Polyäthylen. Wasser strömt in einer Menge von 3o m /min (8 ooo GPM) in den Waschturm. Bedingungen und Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

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Neues System

Herkoinniliches System

Ausstoß vom Triebwerkabgas kg (lbs.)

5 1oo (11,2oo)

1oo (11,2oo)

Feinteilohen im Triebwerkabgas *

Teilchen/Nm³ (Grains/SCF)

2,4o (o.o65)

2,4o (o,o65)

CO O CD OO

Vibrationen: Cyclen/sec". (Hertz) Phon

Kühlwasser im Anreicherer l/min (GPM)

Gasstrom vom Anreicherer m /min (ACFA)

3o - 5oo 4o - 2oo

2 65o

12 5oo

(7oo)

(44o,oo)

- 5oo
- 2oo

65o

2oo

(7oo)

(85o,ooo)

Temperatur des Gases im Abzug vor Eintritt in den Wäscher

°C (⁰F)

Temperatur des austretenden Gases

°C (⁰P)

29 - 53 (85 - 128 ** )

23 - 28 (74 - 83)

GJ LO Ui

Neues

System

Herkömmliches System

In die Atmosphäre austretendes Gas

(ACFM)

Teilchenc-ehalt des austretenden Gases Teilchen/Nin³ (Grains/.SCF)

Emittierte Feststoffe kg/h (lbs./hr.)

Ausfall

Lärmpegel, Phon

Io 2oo (358,ooo)

o,o673 (0.00I8)

2,49

(5.5)

kein

9o

24 2oo

o,78

65,8

(Ο.Ο21)

(145)

schwer

I00

²K bezogen auf Feinteilchen iu Waschwasser plus Feinteilchen im austretenden Gas

^ zeigt den Einfluß der Vibration hinsichtlich der Keimbildung bei viel niedrigerer Sättigungstenperatur. Ohne Vibration muß diese Temperatur wenigstens 66⁰C (15o F), vorzugsweise 82 C (I80 F) für eine Sättigung, bevor eine zufriedenstellende Keimbildung bewirkt wird, betragen. (In der obigen Tabelle bedeuten GPM = gallons per minute, ACFM = actual cubic feet per minute)

- 4ο -

Beispiel 2

Ein J-79-Strahltriebwerk, befeuert für maximalen Ausstoß, das 31,4 kg (18o lbs.) Abgas von 1 63o°C (3 ooo°F)ausstößt,wird in der gleichen Anlage wie in Beispiel 1 geprüft. Die Ergebnisse sind:

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Neues System

Herkömmliches System

Ausstoß von Triebwerkabgas kg (lbs.)

Peinteilchen im Triebwerkabgas *

Teilchen/Nm³ (Grains/SCF)

Vibrationen: Cyclen/sec. (Hertz) Phon

Kühlwasser im Anreicherer l/min (GPM)

Gasstrom vom Anreicherer m³/min (ACFA)

Gasteiuperatur ira Abzug vor Eintritt in den Wäscher °C (⁰F)

Temperatur des austretenden Gases °C (°F)

7 8oo (17,18o)

2o,o (o.54)

3o - 5oo 4o - 2oo

3 785 (1,ooo)

13 ooo (48o,ooo)

39 - 78 (85 - 173**)

8oo (17,18o)
2o,o (O.54)

- 5oo
- 2oo

785 (1,ooo)
ooo (94o,ooo)

28 - 31 (62 - 68)

OJ NJ NJ OO OJ

Neues
System

Herkömmliches System

In die Atmosphäre austretendes Gas

m³/rain (ACFM)

Teilchengehalt im austretendem Gas

Teilchen/Nm³ (Grains/.SCF)

Ca)	Emittierte	Feststoffe
(D 00	kg/h (lbs	./hr.)
*"> «J	Ausfall
0823	Lärmpegel,	Phon

8 1oo (3oo,ooo)

o,o48 (o.oo13)

3,6

(8)

kein
81

ooo (94o,ooo)

o,67

(Ο.Ο18)

(145)

schwer
86

X bezogen auf Feinteilchen im Waschwasser plus Feinteilchen im austretenden Gas

>fc zeigt den Einfluß der Vibration hinsichtlich der Keimbildung bei viel niedrigerer Sättigungsteraperatur. Ohne Vibration muß diese Temperatur wenigstens 66°C (15o°F), vorzugsweise 82°C (18o°F) für eine Sättigung, bevor eine zufriedenstellende Keimbildung bewirkt wird, betragen.

GJ NJ K» GJ CO

Wenn die Vibrationswirkung nicht von der Quelle heißen Abgase ausgeübt wird, können Vibratoren, die Vibrationen in den angegebenen Energiebereichen und der angegebenen Frequenz zu erzeugen vermögen, an der Anlage vorgesehen werden.

Wenn andere Pralleinrichtungen, wie Bänder oder Lochscheiben, verwendet werden, kann die für die Keimbildung erforderliche Kühlung durch Einsprühen von Kühlflüssigkeit in den Gasstrom vor dem Kontakt mit den Pralleinrichtungen bewirkt werden. In solchen Fällen werden die Teilchen mit Bürsten, Schaufeln usw. von den Pralleinrichtungen abgetrennt. Die bevorzugten und weitaus v/irksamsten Pralleinrichtungen sind jedoch die oben beschriebenen bevorzugten Füllkörper.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Abtrennung von Feinteilchen von einem heißen Gasstrom und Herabsetzen von dessen Lärmpegel, dadurch gekennzeichnet/ daß man

a) in dem Gasstrom eine Schallvibration mit einer Frequenz von 3o bis 16 ooo Cyclen/sec. und einem Energieniveau von 4o bis 2oo Phon aufrechterhält;

b) in den heißen Gasstrom eine bei der Temperatur des Gases verdampfbare Flüssigkeit einführt;

c) so viel Flüssigkeit in dem Gasstrom verdampft, daß das Gas bei einer Temperatur von 38 bis 93 C (1oo bis 2oo°F) mit dem Dampf gesättigt ist;

d) den Gasstrom bis unter den Taupunkt des Dampfes kühlt, so daß Flüssigkeit auf den Feinteilchen in dem Gasstrom kondensiert wird, während der Gasstrom der erwähnten Schallvibration unterworfen ist;

e) den Gasstrom auf Prallflächen führt, so daß die Feinteilchen auf diesen Oberflächen aufprallen und abgelagert werden; und

f) die abgeschiedenen Feinteilchen von den Oberflächen abtrennt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man als verdampfbare Flüssigkeit Wasser verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Luft in den heißen Gasstrom eingeführt
wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen durch Einsprühen von Wasser in das den Dampf enthaltende Gas bewirkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsprühen in ein Bett aus Füllkörpern mit hohem Verhältnis von Hohlräumen zu Feststoffen bewirkt wird, und die Prallflächen die Oberflächen der Füllkörper sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom horizontal durch das Bett und das
Sprühwasser vertikal abwärts durch das Bett geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörper aus Fadenelementen aufgebaut sind, nur eine kleine zusammenhängende Oberfläche und etwa 75
bis 95 % freies Volumen aufweisen.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Fadenelementen bestehenden Füllkörper aus etwa kreisförmigen, aufgewundenen Fadenteilen·, deren Achsen Tangenten an einen Kreis aus etwa in gleichen Abständen voneinander liegenden Punkten sind, bestehen, wobei die Anzahl der annähernd kreisförmigen Fadenelemente 6 bis 12 beträgt und der Durchmesser durch einen aolchen Kreis etwa gleich dem Durchmesser eines der etwa kreisförmigen Fadenelemente plus dem Durchmesser eines kleineren Kreises, dessen Umfang nicht kleiner ist als di© Querschnittsabmessung des Fadenteiles in der Richtung seiner Achse mal der Anzahl solcher Fadenteile und nicht größer ist als der Umfang eines solchen etwa kreisförmigen Fadenteils ist, ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas das Abgas eines Strahltriebwerkes ist und daß die Menge an Wasser, die in dieses Gas eingeführt wird, etv/a o,5 bis 1,5 kg je kg heißes Gas und die Menge an in das Gas eingeführter Luft etwa o,1 bis 1,2 kg je kg heißes Gas beträgt.

1o. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas durch den Zusatz von Wasser und Luft auf 38 bis 93°C (1oo bis 2oo°F) gekühlt wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur 54 bis 66°C (13o bis 15o°F) beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der heiße Gasstrom in den konvergierenden Abschnitt eines Venturirohrea, das an seinem Zustromende gegen die Atmosphäre offen ist, eingeführt wird, so daß Luft in das Venturirohr eingesaugt wird, daß Wasser in das Gemisch von heißem Gas und zugeführter Luft in einer Zumischzone an der vena contracta und stromabwärts von der Verengung des Venturirohres zugeführt wird und daß das Gemisch von Abgas, zugeführter Luft und Wasser in eine Anreicherungszone eingeführt wird, wobei diese Anreicherungszone einen rohrförmigen Außenmantel und einen praktisch konzentrisch dazu verlaufenden rohrförmigen Innenmantel, der kürzer ist als der Außenmantel und dessen Innenfläche längs der beiden Mänteln gemeinsamen Mittelachse nach außen divergiert, so daß ein Teil des Gemisches durch den Ringraum zwischen beiden Mänteln in die Mischzone zurückgeführt wird, aufweist.

13. Vorrichtung zur Abtrennung von Feinteilchen von einem Strom heißer Gase und Verringerung des Lärmpegels dieses Gasstroms, gekennzeichnet durch:

a) eine Einrichtung zur Erzeugung eines heißen Gaestroras hoher Geschwindigkeit oder hohen Auswurfs, der

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Feinteilchen suspendiert enthält;

b) eine Einrichtung, um den Gasstrom einer Schallvibration von 3o bis 16 ooo Cyclen/sec. und 4o bis 2oo Phon zu unterwerfen;

c) eine Einrichtung zur Einführung einer Flüssigkeit in den heißen Gasstrom;

d) eine Kammer zum Vermischen des heißen Gasstroms mit der Flüssigkeit;

e) einen Kanal oder Abzug, der diese Kammer mit der Kühleinrichtung verbindet und einen Durchtrittsweg für den heißen Gasstrom bildet;

f) eine Einrichtung zum Kühlen des Gasstroms in oder am Austrittsende des Abzugs;

g) eine . Pralleinrichtung mit Flächen, auf die die Feinteilchen in dem Gasstrom aufprallen können, und

h) eine Einrichtung zum Abtrennen der auf den Prallflächen abgeschiedenen Feinteilchen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des heißen Gasstroms hoher Geschwindigkeit und der Schallvibration ein Strahltriebwerk ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer einen konvergierenden Ab-

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schnitt eines Venturirohrs, der so angeordnet ist, daß der heiße Gasstrom axial in ihn eintritt, so daß eine ringförmige Lufteinführungszone zwischen der Einrichtung zur Erzeugung des heißen Gasstroms und der konvergierenden Wand des Venturirohrs entsteht, aufweist, sowie durch einen rohrförmigen Mantel, der sich vom Außenumfang des Venturirohrs stromabwärts erstreckt, eine Flüssigkeitszuführungseinrichtung innerhalb des Rohrmantels stromabwärts von der Verengung des Venturirohrs und einen inneren Rohrmantel, der kürzer ist als der Außenmantel und stromabwärts von der Wasserzuführeinrichtung so angeordnet ist, daß er mit dem Außenmantel einen Ringraum begrenzt, wobei die Innenfläche des Innenmantels von der gemeinsamen Mittelachse der Rohrmäntel und längs dieser Achse nach außen divergiert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhreinrichtung die Einrichtung zur Einführung von Flüssigkeit in den Gasstrom ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhreinrichtung aus einer Anzahl Sprüheinrichtungen besteht.

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18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung, die Aufpralleinrichtung und die Abtrenneinrichtung aus einem Querstromnaßwäscher bestehen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstromnaßwascheinrichtung

a) eine von dem Gasstrom horizontal durchströmte Kammer;

b) ein Füllmaterial von nur kleiner zusammenhängender Oberfläche und großem freien Volumen in der Kammer;

c)Mittel zur Eingrenzung des Füllmaterials, so daß es einen Abschnitt der Kammer, der sich über einen beträchtlichen Teil der Länge der Kammer über ihren vertikalen Querschnitt erstreckt, vollständig ausfüllt;

d) eine Gaseinlaßeinrichtung zur Einführung des Gases in den das Füllmaterial enthaltenden Abschnitt;

e) eine Sprüheinrichtung zur Verteilung von Flüssigkeit an seinem oberen Ende und über wenigstens einen beträchtlichen Anteil des das Füllmaterial enthaltenden Abschnitts;

f) eine Einrichtung zur Abgabe von Flüssigkeit an die Sprüheinrichtung; und

g) eine Flüssigkeitsauslaßeinrichtung zur Aufnahme der Flüssigkeit von der Sprüheinrichtung und Abführen der Flüssigkeit aus der Kammer

aufweist.

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20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial aus aus Fäden aufgebauten Füllkörpern mit geringer zusammenhängender Oberfläche und etwa 8o bis 85 % freiem Volumen besteht, wobei jeder Körper aus etwa kreisförmigen, zusammenhängenden Fadenteilen, deren Achsen Tangenten an einen Kreis aus etwa in gleichen Abständen voneinander liegenden Punkten sind, besteht, die Anzahl dieser annähernd kreisförmigen Fädenelemente 6 bis 12 beträgt und der Durchmesser eines solchen Kreises etwa gleich dem Durchmesser eines solchen etwa kreisförmigen Fadenteils plus dem Durchmesser eines kleineren Kreises, dessen Umfang nicht kleiner ist als die Querschnittsabmessung des Fadenteils in der Richtung ihrer Achse mal der Anzahl solcher Fadenteile und nicht größer ist als der Umfang eines solchen etwa kreisförmigen Fadenteils, ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung, die Aufpralleinrichtung und die Abtrenneinrichtung einen Querstromnaßwäscher bilden, der

a) eine horizontal von dem Gas durchströmte Kammer;

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b) ein Füllmaterial mit kleiner zusammenhängender Oberfläche und großem freien Volumen;

c) Mittel zur Eingrenzung des Füllmaterials, so daß es einen Abschnitt der Kammer, der sich über einen beträchtlichen Teil der Länge der Kammer über ihren vertikalen Querschnitt erstreckt, vollständig füllt;

d) eine Gaseinlaßeinrichtung zur Einführung des Gasstroms in den mit dem Füllmaterial gefüllten Abschnitt;

e) eine Sprüheinrichtung zur Verteilung von Flüssigkeit an seinem oberen Ende und über wenigstens einen beträchtlichen Teil des mit dem Füllmaterial gefüllten Abschnitts;

f) eine Einrichtung zur Abgabe von Flüssigkeit an die Sprüheinrichtung;

g) eine Flüssigkeitsauslaßeinrichtung zur Aufnahme der Flüssigkeit von der Sprüheinrichtung und Abführen der Flüssigkeit aus der Kammer;

aufweist, wobei'das Füllmaterial aus Fäden aufgebaut ist und eine nur kleine zusammenhängende Oberfläche und etwa 80 bis 35 % freies Volumen aufweist und aus Körpern aus etwa kreisförmig aufgewundenen zusanunenhängenden Fadenteilen, deren Achsen etwa Tangenten an einen Kreis aus etwa in gleichen Abständen voneinander liegenden Punkten

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sind, besteht, wobei die Anzahl der annähernd kreisförmigen Fadenelemente eines Körpers 6 bis 12 beträgt und der Durchmesser durch einen solchen Kreis etwa gleich dem Durchmesser eines solchen etwa kreisförmigen Fadenteils plus dem Durchmesser eines kleineren Kreises, dessen Umfang nicht kleiner ist als die Querschnittsabmessung des Fadenteils in der Richtung seiner Achse mal der Anzahl solcher Fadenteile und nicht größer ist als der Umfang eines solchen etwa kreisförmigen Fadenteils ,ist.

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