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Vorrichtung zur Trägheitsabscheidung von Flüssigkeitstropfen aus
einem Gasstrom Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Trägheitsabscheidung
von Flüssigkeitstropfen aus einem Gasstrom - mit Strömungsgitter, wobei das Strömungsgitter
Strömungskanäle zwischen Wellplatten sowie Phasentrennkammern mit Anströmspalt aufweist,
und die Strömungskanäle im wesentlichen orthogonal zur Erstreckung der Wellenberge
und Wellentäler durchströmt sind sowie der Gasstrom einen Flüssigkeitswulst aus
abgeschiedenen Flüssigkeitstropfen im Bereich der Phasenkammern erzeugt. - Wellplatten
bezeichnet im Rahmen der Erfindung Platten, die echte Wellenform
mit
Wellenbergen und Wellentälern, z. B. bei sinusförmigem Wellungsverlauf, aufweisen,
aber auch solche, die zickzackförmig, trapezförmig oder auf andere Weise entastet
gewellt" sind. Die Wellplatten sind zumeist äquidistant angeordnet. Im allgemeinen
stehen bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung die Wellplatten senkrecht, so daß abgeschiedene
Flüssigkeit an den Wellplatten herunterlaufen kann.
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Untersucht man die Vorgänge in einer gattungsgemäßen Vorrichtung,
so stellt man fest, daß eine kritische Anströmgeschwindigkeit existiert. Die Vorgänge
unterhalb dieser kritischen Anströmgeschwindigkeit sind ganz andere als die nach
Überschreiten der kritischen Anströmgeschwindigkeit. Tatsächlich bildet sich in
den Phasentrennkammern ein stationärer Wibel. Dieser trägt zur Erzeugung des Flüssigkeitswulstes
bei, der bei bekannten Vorrichtungen der beschriebenen Gattung vor den Phasentrennkammern
und vor dem Anströmspalt liegt. Wird die kritische Anströmgeschwindigkeit überschritten,
so kommt es zum Ausriß von Tropfen oder Strähnen aus diesem Flüssigkeitswulst. Der
Flüssigkeitsablauf ist gestört und der Abscheidegrad sinkt rapide ab. Daher wird
die beschriebene kritische Anströmgeschwindigkeit häufig auch als zulässige Anströmgeschwindigkeit
bezeichnet. Im Ergebnis ist festzustellen, daß bei den bekannten. gattungsgemäßen
Vorrichtungen die Flüssigkeitsbeladung des Tropfenabscheiders infolge des beschriebenen
Effektes beschränkt ist. Handelt es sich um die Behandlung eines Gasstromes, der
seinerseits in erheblichem Maße mit Tropfen beladen ist, so bedeutet diese Beschränkung
der Funktion der bekannten Vorrichtung, daß verhältnismäßig große Vorrichtungen
eingesetzt werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung
so weiter auszubilden, daß eine wesentlich größere Flüssigkeitsbeladung des Tropfenabscheiders
erreicht wird.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trägheitsabscheidung von
Flüssigkeitstropfen aus einem Gasstrom mit Strömungsgitter, - wobei das Strömungsgitter
Strömungskanäle zwischen Wellplatten sowie Phasentrennkammern mit Anströmspalt aufweist
und die Strömungskanäle im wesentlichen orthogonal zur Erstrekkung der Wellenberge
und Wellentäler durchströmt sind sowie der Gasstrom einen Flüssigkeitswulst aus
abgeschiedenen Flüssigkeitstropfen im Bereich der Phasentrennkammern erzeugt. Die
Erfindung besteht darin, daß zumindest einige der Phasentrennkammern (vorzugsweise
alle) eine oder mehrere Gasstromabsaugeeinrichtungen aufweisen, durch deren Wirkung
ein Teilstrom des Gasstromes durch diese Phasentrennkammern hindurchgeführt ist,
und daß durch diesen Teilstrom als schleppende Strömung der diesen Phasentrennkammern
zugeordnete Flüssigkeitswulst in diese Phasentrennkammern hineingeschleppt ist.
Das hat offenbar ohne weiteres zur Folge, daß der nicht abgesaugte Gasstrom Flüssigkeitstropfen
oder Flüssigkeitssträhnen aus dem Flüssigkeitswulst nicht mehr abreißen und mitreißen
kann. In der Aussage, daß durch einen Teilstrom des Gasstromes als schleppende Strömung
der den entsprechenden Phasentrennkammern zugeordnete Flüssigkeitswulst in diese
Phasentrennkammern hineingeschleppt ist, liegt im Rahmen der Erfindung eine Bemessung
des Teilstromes, der durch die Phasentrennkammern hindurchgeführt wird. Die Absaugeinrichtungen
müssen so eingestellt werden, daß der Flüssigkeitswulst eine ausreichende Verlagerung
in die Phasentrennkammern hinein erfährt,
was für ein breites Spektrum
der Anströmgeschwindigkeit ohne Schwierigkeiten erreichbar ist.
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Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten
für die Verwirklichung der Erzeugung eines solchen Teilstromes und die Verlagerung
des Flüssigkeitswulstes in die Phasentrennkammern hinein. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß die Gasstromabsaugeeinrichtungen
aus Schlitzen und/oder Löchern, vorzugsweise Schlitzreihen und/oder Lochreihen,
in der Wandung der Phasentrennkammern bestehen, die mit den Strömungskanälen in
Unterdruckgebieten in Verbindung stehen. Bei dieser Ausführungsform liegt in der
Lehre der Erfindung, daß der den entsprechenden Phasentrennkammern zugeordnete Flüssigkeitswulst
in die Phasentrennkammern hineingeschleppt ist, zugleich auch eine Aussage über
die Orientierung und über die Einstellung der Größe der Löcher oder Schlitze; denn
selbstverständlich muß dafür Sorge getragen werden, daß der über die Löcher oder
Schlitze wieder mit der Hauptströmung vereinigte Teilstrom Flüssigkeitstropfen oder
Flüssigkeitssträhnen in störendem Maße nicht mitreißt. Auch das läßt sich ohne Schwierigkeiten
für ein breites Spektrum der Anströmgeschwindigkeit verwirklichen. Die Gasstromabsaugung
kann aber auch auf ganz andere Weise erfolgen, nämlich dadurch, daß die Gasabsaugeeinrichtungen
aus Absaugkanälen bestehen, die an Endbereiche, z. B. oben und/oder unten, an die
Phasentrennkammern und außerdem an Unterdruckquellen, z. B. Pumpen, angeschlossen
sind.
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Man kann aber auch Gasabsaugeeinrichtungen in Form von Löchern oder
Schlitzen und in Form von Absaugkanälen miteinander kombinieren. Um die Verhältnisse
in den Phasentrennkammern zu optimieren,
kann es zweckmäßig sein,
die Anordnung so zu treffen, daß die Phasentrennkammern in ihrem Inneren einen eingebauten
oder mehrere eingebaute Spoiler aufweisen, der (die) in der Ausführungsform mit
Löchern oder Schlitzen als Absaugeinrichtungen in Strömungsrichtungen hinter diesen
angeordnet ist (sind), wobei der Spoiler (die Spoiler) sich im wesentlichen in Längsrichtung
der Phasentrennkammern erstreckt (erstrecken). In diesem Zusammenhang gehört auch
der Vorschlag, den Anströmspalt mit strömungsleitenden Abbiegungen zu versehen,
mag es sich dabei um eine Strömungsleitung für den geschleppten Flüssigkeitswulst
oder für den Teilstrom der Gasströmung handeln. Den Anströmspalt selbst wird man
bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen möglichst schmal halten. In der Praxis hat sich
gezeigt, daß Spaltbreiten von 1 bis 2 mm im allgemeinen ausreichend sind.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert, wobei gleichzeitig auch die durch
die Erfindung erreichten Vorteile verdeutlicht werden. Es zeigen in schematischer
Darstellung Fig. 1 mit den Teilfiguren a und b einen Ausschnitt aus einer zum Stand
der Technik gehörenden Vorrichtung zur Trägheitsabscheidung von Flüssigkeitstropfen
aus einem Gasstrom, - und zwar in einem Schnitt orthogonal zu den Wellplatten und
mit angedeuteter Gasströmung bzw. Flüssigkeitsströmung, Fig. 2 entsprechend der
Fig. 1 einen Ausschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig.
3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 2, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform
des Gegenstandes der Fig. 2, - jedoch ohne angeordnete Gasströmung bzw.
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Flüssigkeitsströmung, Fig. 5 einen Schnitt in Richtung A-A durch
den Gegenstand nach Fig. 6, darstellend eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, Fig. 6 einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach Fig.
5, die Fig. 7 der Fig. 2 entsprechende Schnitte durch bauliche Varianten erfindungsgemäßer
Vorrichtungen und Fig. 8 eine graphische Darstellung , die den durch die Erfindung
erreichten Vorteil erläutert.
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Die in den Figuren dargestellten Vorrichtungen dienen der Trägheitsabscheidung
von Flüssigkeitstropfen aus einem Gasstrom und sind alle mit einem Strömungsgitter
1 ausgerüstet. Das Strömungsgitter 1 bildet Strömungskanäle 2 zwischen im Ausführungsbeispiel
und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung äquidistant angeordneten Wellplatten
5. Im allgemeinen sind sehr viel mehr als zwe: Wellplatten zu dem Strömungsgitter
vereingt.
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Es besitzt außerdem Phasentrennkammern 4 mit Anströmspalt 5. Die Wellplatten
5 sind im allgemeinen vertikal angeordnet. Abgeschiedene Flilssigkeit kann an den
Wellplatten ), aber auch an den Wandungen 6 der Phasentrennkammern 4 also ablaufen.
Die Strömungskanäle 2 werden im wesentlichen orthogonal zur Erstreckung der Wellenberge
7 und Wellentäler 8 durchströmt. wie es in verschiedenen Figuren durch Pfeile 9
angedeutet worden ist. Im übrigen bildet der Gasstrom 4 einen Flüssigkeitswulst
10 aus abgeschiedenen Tropfen im Bereich der Phasentrennkammer 4.
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Zum Verständnis der Erfindung ist zunächst eine Betrachtung der Verhältnisse
bei einer bekannten, gattungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßig, wie sie in der Fig.
1 mit den Teilfiguren a und b dargestellt worden ist. Man erkennt, daß sich infolge
eines stationären Wirbels 11 in den Phasentrennkammern 4 der schon genannte Flüssigkeitswulst
10 ausbildet. Liegt die Anströmgeschwindigkeit unterhalb des eingangs erläuterten
kritischen Wertes, der als zulässige Anströmgeschwindigkeit bezeichnet wird (vgl.
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Teilfigur a), so findet aus dem Flüssigkeitswulst 10 ein ungestörter
Flüssigkeitsablauf nach unten statt. Wird die kritische Anströmgeschwindigkeit überschritten,
so kommt es zu einem Ausriß von Tropfen 12 oder Strähnen aus diesem Flüssigkeitswulst
10, wie es in der Teilfigur b angedeutet ist. Dieser Effekt beschränkt die Flüssigkeitsbeladung
der Vorrichtung.
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Aus den Fig. 2 bis 7 erkennt man, daß erfindungsgemäß der Flüssigkeitswulst
10 nicht mehr vor den Phasentrennkammern 4 liegt. Er ist vielmehr in die Phasentrennkammern
4 hinein verlagert. Dazu ist die Anordnung so getroffen, daß die Phasentrennkammern
4
eine oder mehrere Gasstromabsaugeinrichtungen aufweisen, durch deren Wirkung ein
Teilstrom 13 des Gasstromes 9 durch die Phasentrennkammern 4 hindurchgeführt ist.
Durch diesen Teilstrom 13 als schleppende Strömung wird der diesen Phasentrennkammern
4 zugeordnete Flüssigkeitswulst 10 in der beschriebenen Weise in die Phasentrennkammern
4 hineinverlagert, genauer in die Phasentrennkammern 4 hineingeschleppt. Zweckmäßigerweise
sind bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung alle Phasentrennkammern 4 in der beschriebenen
Weise mit Gasstromabsaugeinrichtungen versehen, obwohl es häufig auch genügt, nur
einige, beispielsweise austrittsseitige, in der beschriebenen Weise zu gestalten.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2, 3, 4 sind die Gasstromabsaugeinrichtungen
Schlitze bzw. Löcher 14, die vorzugsweise in Reihen in der Wandung der Phasentrennkammern
4 angeordnet sind. Sie stehen mit den Strömungskanälen 2 im Unterdruckgebiet 15
in Verbindung, so daß die beschriebene Saugwirkung zustandekommt, die den Teilstrom
13 des Gasstromes 9 von diesem abzweigt und dessen Strömung bestimmt. Im einzelnen
müßten die Verhältnisse so eingerichtet werden, daß aus dem Flüssigkeitswulst 10,
der in die Phasentrennkammern 4 verlagert ist, Flüssigkeitstropfen oder Flüssigkeitssträhnen
12 nicht wieder mitgerissen und mit dem Teilstrom 13 in die Gasströmung 9 wieder
eingeführt werden. Das ist eine Frage der Bemessung des Anströmspaltes 5 und der
Löcher bzw. Schlitze 14, die ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden kann. Man
kann aber auch mit ganz anderen Gasabsaugeinrichtungen arbeiten, wie es in den Fig.
5 und 6 dargestellt worden ist. Hier erkennt man, daß die Gasabsaugeeinrichtungen
aus Absaugkanälen 16 bestehen, die an Endbereiche der
Phasentrennkammern
4, z. B. oben und/oder unten angeschlossen sind und außerdem mit Unterdruckquellen
in Form von Pumpen oder Gebläsen in Verbindung stehen. Endlich lassen sich die beschriebenen
Maßnahmen ohne weiteres kombinieren. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besitzen
die Phasentrennkammern in ihrem Inneren einen eingebauten Spoiler 17, der in der
Ausführungsform mit Löchern oder Schlitzen 14 in Strömungsrichtung hinter diesem
angeordnet ist. Der Spoiler 17 erstreckt sich im wesentlichen in Längsrichtung der
Phasentrennkammern 4. Er dient zur Optimierung der Verhältnisse und trägt ebenso
wie strömungsleitende Abbiegungen 18 am Anströmspalt 5 dazu bei, daß einerseits
eine saubere Verlagerung des Flüssigkeitswulstes 10 in die Phasentrennkammer 4 hinein
erfolgt und andererseits von dem Teilstrom 13 Flüssigkeitstropfen 12 nicht wieder
mitgerissen werden, wenn der Teilstrom 13 mit der Hauptströmung wieder vereinigt
wird.
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Die Breite B des Anströmspaltes 5 beträgt beispielsweise 1 bis 5 mm
und ist immer wesentlich kleiner als der Abstand der Wellplatten 3. Für die konstruktive
Gestaltung bestehen z. B. (aber nicht beschränkend) die Möglichkeiten, die in Fig.
7 erläutert worden sind. Man erkennt, daß die Wellplatten 3 aus einer Mehrzahl identisch
gleicher Einzelprofile 19 zusammengesetzt werden können, was eine besonders preisgünstige
Bauweise gestattet.
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Dabei kann die Spaltbreite B am Anströmspalt 5 ohne Schwierigkeiten
durch Versetzung der Einzelprofile 19 gegeneinander variiert werden. Auch erkennt
man bei der Fig. 7, daß die schleppende Strömung 9 bzw. die geschleppte Strömung
13 anders geführt werden kann, als es in den Fig. 2 bis 4 angedeutet worden ist.
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Der erreichte Effekt ist in Fig. 8 erläutert worden. In Fig. 8 ist
als Ordinate die Flüssigkeitsbeladung K von gattungsgemäßen Vorrichtungen zur Trägheitsabscheidung
von Flüssigkeitstropfen dargestellt worden, als Abszisse die Anströmgeschwindigkeit
C.
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Die ausgezogene Kurve entspricht beispielsweise der bekannten Vorrichtung
nach Fig. 1. Sie ist selbstverständlich nur qualitativ eingetragen worden. Die Kurve
begrenzt als Kennlinie nach rechts den Betriebsbereich dieser Vorrichtung. Die gestrichelte
Kurve rechts möge der Vorrichtung nach Fig. 2 entsprechen. Man erkennt, daß eine
höhere Flüssigkeitsbeladung (z. B. Volumen Strom pro Zeiteinheit und Flächeneinheit
der Vorrichtung) bei gleicher Anströmgeschwindigkeit durchweg erreicht ist. Diese
Flüssigkeitsbeladung der Vorrichtung hat nichts zu tun mit der Flüssigkeitsbeladung
des Gasstromes. Hieraus resultiert eine nach rechts verschobene Kennlinie der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Folglich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentlich kleiner ausgeführt
werden, was insbesondere für Dampftrockner im Dampferzeuger von Kernkraftwerken
wichtig ist. Der Dampftrockner und damit der Dampferzeuger kann insgesamt kleiner
gebaut werden. Im übrigen zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch geringe
Druckverluste bei gutem Abscheidegrad aus.