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Naßabscheider sowie Verfahren zur
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Naßabscheidung von in Gasen dispergierten Schwebestoffen Die Erfindung
betrifft einen Naßabscheider zur Abscheidung von in Gasen dispergierten Schwebestoffen,
insbesondere von Feinstäuben, und/oder Aerosolen durch Behandlung der Gase bei Durchströmen
eines Behandlungsraumes mit einer Waschflüssigkeit sowie ein Verfahren zur Naßabscheidung.
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Zur Abscheidung von Stäuben aus Gasen ist bereits eine große Zahl
von Naßabscheidern entwickelt worden, bei denen die zu reinigenden Gase mit einer
Waschflüssigkeit in Kontakt gebracht werden. Die einfachste Bauart dieser Wäscher
ist der sogenannte Gaswaschkühler. In großen zylindrischen Gefäßen mit Höhen selbst
bis 30 m wird den Gasen, die mit kleiner Geschwindigkeit von unten nach oben oder
umgekehrt geführt werden, in verschiedenen Ebenen Flüssigkeit zugemischt. Trotz
hoher Verweilzeit des Staub-Gas-Gemisches im Abscheideraum von 10 bis 30 s und erheblichen
Berieselungsdichten ist es mit diesen
Wäschern aber nicht möglich,
hohe Abscheideleistungen insbesondere für feinste Schwebestoffe oder gar Aerosole
zu erzielen. Die Praxis hat gezeigt, daß nur ein Abscheidegrad von 50-70 % erreicht
werden kann. Diese Abscheider werden daher oft als Vorabscheider, zum Absorbieren
von Gaskomponenten oder als Gaskühler verwendet. Sie sind als Hauben-, Horden-,
Riesel- oder Düsenwäscher bekannt.
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Bei einem anderen bekannten Wäschertyp läßt man die mit Staub beladenen
Gase ein in die Waschflüssigkeit eintauchendes Umlenksystem aus feststehenden Leitblechen
passieren, wodurch eine starke Verwirbelung der Flüssigkeit und damit Vermischung
von Gas und Flüssigkeit erzielt wird. Diese Wirbelwäscher erreichen in der Regel
höhere Abscheidegrade als die sogenannten Düsenwäscher.
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Allerdings ist bei diesem Wäschertyp der Druckverlust der Gase sehr
viel größer, da die Energie für die Flüssigkeitszerstäubung aus der kinetischen
Energie der Gase entnommen wird.
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Es sind dann weiter noch sogenannte Hochdruckwäscher bekannt, die
unter dem Namen Venturi- und Rotationswäscher in die Praxis eingeführt worden sind.
Beim Venturi-Wäscher spricht man von einem Hochleistungsentstauber. Nachteil dieser
Venturi-Wäscher ist aber der sehr hohe Druckverlust der Gase, ähnlich wie bei den
Rotationswäschern. Daneben kennt man noch sogenannten Strahlwäscher, die neben ihrem
Einsatz als Staubabscheider vor allem zur Gasabsorption benutzt werden.
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Nachteilig bei allen bekannten Naßabscheidern ist es aber, daß diese
insbesondere bei der Auswaschung von feinsten Stäuben und Aerosolen nur eine ungenügende
Abscheideleistung liefern oder einen hohen Energieverbrauch haben.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Naßabscheider
derart konstruktiv auszugestalten, daß unter Verkleinerung der Apparatur im Vergleich
zu den bekannten Wäschern und damit Verkürzung der Verweilzeit des Staub-Gas-Gemisches
im Abscheideraum ein maximaler Abscheideeffekt auch für feinste Stäube und Aerosole
möglich wird.
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Die aus der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe zu ziehende Lehre
ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) Düsen zur Einbringung
der Waschflüssigkeit befinden sich in mindestens zwei, vorzugsweise drei oder vier
Ebenen senkrecht zur Gasströmungsrichtung stromab in Hintereinanderanordnung, b)
die Düsen einer Ebene sind jeweils parallel oder antiparallel zur Gasströmungsrichtung
ausgerichtet, c) jede Ebene ist gleichmäßig mit Düsen bestückt, deren mittiger Abstand
250 mm, vorzugsweise 200 bis 120 mm beträgt.
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Um bei der Verdüsung der Waschflüssigkeit eine möglichst verlust freie
Umsetzung von statischem Druck der Flüssigkeit in kinetische Energie zu erhalten,
ist erfindungsgemäß vorgesehen, Prall- und/oder Spiraldüsen zu verwenden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Düsen einer Ebene in Reihen
versetzt gegeneinander angeordnet sind.
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Alternativ hierzu ist es auch erfindungsgemäß möglich, daß die Düsen
einer Ebene in Reihen angeordnet und alternierend, parallel und antiparallel zur
Gasströmungsrichtung ausgerichtet sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß der Waschbehälter
im Querschnitt senkrecht zur Richtung der Gasströmung als Dreieck oder Parallelogramm
augeführt ist.
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Weiterhin lehrt die Erfindung, daß der Druck für die Verdüsung der
Waschflüssigkeit auf mindestens 4 bar, vorzugsweise auf 8 bis 15 bar eingestellt
wird und die Bedüsung der Gase mit einer Waschflüssigkeitsmenge von 2 bis 6 l/m3
Gas erfolgt.
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Des weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Gase durch den
Behandlungsraum mit einer Geschwindigkeit von 6 bis 20 m/s hindurchgeleitet werden.
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Auch schlägt die Erfindung vor, daß die Gase nach erfolgter Bedüsung
mit einer Waschflüssigkeit durch eine Füllkörperschicht oder durch Matten aus Drahtgeflecht
oder Gewebe aus Kunst garn mit einer Geschwindigkeit von mindestens 3 m/s hindurchgeleitet
werden.
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Daneben lehrt die Erfindung, daß die aus dem Waschbehälter ausströmenden
Gase nachfolgend durch einen Tropfenabscheider geleitet werden.
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Ein mit der Erfindung erreichter Vorteil besteht darin, daß der erfindungsgemäße
Abscheider in seinen Abmessungen gegenüber den bisher bekannten Apparaten wesentlich
verkleinert werden kann. Hierdurch ergeben sich nicht nur Vorteile von der Kostenseite
her, sondern es wird auch möglich, diese Naßabscheider nachträglich in jede Altanlage
einzubauen.
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Der entscheidende Vorteil ist aber vor allem darin zu sehen, daß,
wie Versuche gezeigt haben, durch einfache Eindüsung der Waschflüssigkeit in das
zu reinigende
Gas ein sehr hoher Abscheidegrad bis weit über 95
% erzielt werden kann. Dies wird zum einen durch eine mehrstufige intensive Bedüsung
der Gase in Verbindung mit sehr eng gestellten, in einer Ebene quer zur Gasrichtung
eingebauten Düsen erreicht. Um den gewünschten Erfolg für die Niederschlagung von
Feinstaerosolen zu ermöglichen, muß eine mindestens zweistufige, besser drei- oder
vierstufige Bedüsung der Gase vorgenommen werden, wobei die Düsen in jeder einzelnen
Stufe nicht weiter als maximal 250 mm voneinander entfernt stehen dürfen. Wie Untersuchungen
gezeigt haben, ergibt sich der maximale Abscheideeffekt, wenn der Abstand der Düsen
voneinander in jeder Stufe nur 120 bis 200 mm beträgt.
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Als weitere Bedingungen müssen der Eindüsungsdruck der Waschflüssigkeit
auf über 4 bar, vorteilhafter Weise sogar auf 8 bis 15 eingestellt und eine Beaufschlagung
der Gase mit einer Flüssigkeitsmenge von insgesamt 2 - 6 l/m3 Gas eingehalten werden.
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Die Niederschlagung bzw. Agglomeration der feinsten Schwebeteilchen
wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß, bedingt durch die angewandten
hohen Flüssigkeitsdrücke von über 4 bar, die Flüssigkeit an den Düsen in feinste
Teilchen zertäubt wird, die mit hoher Geschwindigkeit durch das Gas fliegen. Hohe
Relativgeschwindigkeiten zwischen Gas und Flüssigkeitströpfchen sowie feinste Zerstäubung
der Flüssigkeit sind nämlich die entscheidenden Kriterien für eine wirksame Agglomeration.
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Wie Untersuchungen nun eindeutig bewiesen haben, werden die feinen
Flüssigkeitströpfchen bereits nach kurzem Flugweg von nur 100 - 125 mm durch das
Gas in ihrer Geschwindigkeit so gebremst, daß sie danach merklich an Wirksamkeit
verlieren. Um nun eine maximale Abscheidung der feinsten Schwebeteilchen zu erreichen,
müssen die
Düsen gegenüber der bisher vertretenen Ansicht sehr
eng gestellt werden. Hält man einen größeren Abstand als 250 mm, so kann das Gas
nur noch ungenügend gereinigt werden, da ein Teil der Gase die betreffende Sprühstufe
ungereinigt umgeht. Bisher hatte man stets darauf geachtet, daß die Düsen nicht
zu eng eingebaut werden, um eine gegenseitige Beeinträchtigung der von den Düsen
ausgehenden Sprühkegel in einer Stufe zu verhindern.
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Diese Mberlegungen und Erfahrungen behalten, wie sich nun gezeigt
hat, für Vorgänge der Gasabsorption oder Gaskühlung ihre Richtigkeit. Es wurde aber
eindeutig gefunden, daß diese Aussagen nicht mehr für die Niederschlagung von Aerosolen
gelten.
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Erst das Engstellen der Düsen in jeder Sprühstufe in Verbindung mit
der erfindungsgemäßen Verfahrensführung hat zu der hohen Abscheideleistung von über
95 % geführt. Es hat sich dabei weiter gezeigt, daß die Geschwindigkeit des Gases
durch die Sprühstufen hindurch keinen merklichen Einfluß auf den Abscheidegrad hat.
Bei gleicher Flüssigkeitsbeaufschlagung l/m3 Gas wurden die gleichen Abscheideeffekte
auch bei Gasströmungsgeschwindigkeiten in einem Bereich von 6 bis 20 m/s erzielt.
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Bedingung hierfür ist, daß die Ebene der Düsen in jeder Stufe zweckmäßigerweise
senkrecht zur Gassttömungsrichtung steht und somit einen vollständigen Schirm schnellfliegender
Flüssigkeitströpfchen bildet. Dieser Sprühschirm von verdüster Flüssigkeit muß vollkommen
geschlossen sein, so daß kein Gas durch die einzelnen Stufen hindurchtreten kann,
ohne mit der Waschflüssigkeit in Kontakt zu kommen. Die Geschlossenheit des Schirms
ist daher eine notwendige und hinreichende Bedingung. Dagegen ist es nicht unbedingt
notwendig, daß der Schirm senkrecht zur Gasströmungsrichtung ausgerichtet ist. Für
die Verdüsung der Flüssigkeit hat sich als besonders vorteilhaft der Einsatz von
Pralldüsen und
Spiraldüsen ergeben, bei denen die Flüssigkeit aus
der Düse mit hoher Geschwindigkeit austritt, durch einen Prallteller oder eine Spirale
um 900 umgelenkt wird und als feiner Schirm mit unverändert hoher Strömungsgeschwindigkeit
in das Gas eintritt. Wie bereits ausgeführt, empfiehlt es sich, die Gase mit einer
Flüssigkeitsmenge in einem Bereich von 2 - 6 l/m3 Gas zu bedüsen und die jeweils
eingestellte Flüssigkeitsmenge auf möglichst viele Stufen zu verteilen. Bei Werten
oberhalb von 6 l/m3 Gas wurde ein gewisser Sättigungseffekt festgestellt.
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Hinsichtlich der Verteilung der Düsen in einer Stufe empfiehlt es
sich, daß bei einem Abstand der Düsen von maximal 250 mm die von einer Düse abgedeckte
Fläche nicht größer als 140 mm im Radius ist. Dabei ist es vorteilhaft, die Düsen
in Reihen versetzt gegeneinander anzuordnen und zusätzlich die äußeren Begrenzungen
des Waschbehälters im Querschnitt als Parallelogramm oder Dreieck auszuführen.
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Aufgrund der für die Abscheidung von Feinstäuben und Aerosolen erforderlichen
feinen Verdüsung der Waschflüssigkeit ist es vorteilhaft, das Gas nach der Bedüsung
mit der Waschflüssigkeit durch eine Füllkörperschicht oder durch Matten aus Drahtgeflecht
oder Gewebe aus Kunstgarn hindurchzuleiten. Dabei hat sich gezeigt, daß bei Strömungsgeschwindigkeiten
der Gase von über 3 m/s durch derartige Schichten eine Vergrößerung des feinen Sprühs
und damit eine weitere Abscheidung von Schwebestoffen erfolgt. Ein Tropfenabscheider,
der dieser Coagulationsschicht nachgeschaltet ist, kann dann sämtliche Flüssigkeitsteilchen
aus dem Gas entfernen.
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Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren soll die Erfindung
nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Es zeigen: Fig. 1
eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Naßabscheiders in liegender
Bauweise, Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Naßabscheiders
in stehender Bauweise, Fig. 3 eine andere mögliche Ausführungsform des eriindungsgemäßen
Naßabscheiders in stehender Bauweise, Fig. 4 einen Querschnitt des Waschbehälters
mit erfindungsgemäßer Anordnung der Düsen in einer Stufe, Fig. 5 einen anderen möglichen
Querschnitt des Waschbehälters mit Anordnung der Düsen in einer Stufe, Fig. 6 eine
weitere Ausführungsform eines Querschnitts des Waschbehälters mit Anordnung der
Düsen in einer Stufe.
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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer nach der Erfindung möglichen
Anordnung der Düsen in alternierend paralleler und antiparalleler Ausrichtung zur
Gasströmung.
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In Fig. 1 ist eine horizontale, röhrenförmige Kammer 1 des Waschbehälters
dargestellt. Es sind drei Einsprühstufen 2 vorgesehen. In jeder Stufe sind die Düsen
3 in Form eines Düsenstockes untergebracht. Die Eindüsung der Flüssigkeit erfolgt
durch die Pumpe 4 über die Flüssigkeitsleitung
5. Die Gase treten
links in die Kammer 1 ein und durchströmen die Bedüsungsstufen mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 6 bis 20 m/s. Hierbei werden den Gasen bereits 858 der Verunreinigungen entzogen,
die mit der Flüssigkeit ausgespült werden.
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Anschließend werden dann die Gase durch eine Schicht aus Füllkörpern
6 zwecks Coagulierung geleitet, wodurch der Abscheidegrad auf über 95% gesteigert
werden kann. Im Tropfenabscheider 7 wird das Gas von sämtlichen Flüssigkeitsteilchen
befreit. Die verunreinigte Flüssigkeit, welche die Schadstoffe mit sich führt, wird
über die Leitung 8 in den Vorlaufbehälter 9 für die Pumpe 4 geleitet. Die Gase verlassen
den Waschbehälter 1 auf der rechten Seite und werden durch die Gasleitung 10 von
einem nicht dargestellten Ventilator angesaugt und weitergefördert.
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In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform eines Naßabscheiders dargestellt.
In diesem Fall handelt es sich um eine stehende Reinigungskammer 1 ebenfalls mit
drei Düsenstufen 2. Der Querschnitt dieser Kammer ist vorzugsweise als Parallelogramm
gemäß der Fig. 5 oder als Dreieck gemäß der Fig. 6 ausgeführt. Durch diese Ausgestaltung
in Kombination mit der Anordnung der Düsen in Reihen versetzt gegeneinander gemäß
den Fig. 5 und 6 wird erreicht, daß der gesamte Querschnitt gleichmäßig mit Flüssigkeit
besprüht wird. Aus diesem Grund sind auch die Ecken abgerundet, und zwar mit einem
Radius von maximal 125 mm, d. h. der halben Entfernung der Düsen voneinander.
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Der untere Teil der Reinigungskammer 1 ist dann als Pumpenvorlage
9 gleich ausgebildet, aus dem die Pumpe 4 direkt die Flüssigkeit ansaugt. Auch in
diesem Fall ist eine dreistufige Reinigung vorgesehen. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist
der Coagulator 6 nicht mehr direkt in dieser
Reinigungskammer untergebracht,
sondern wie auch der Tropfenabscheider 7 in der abgehenden Gasrohrleitung 10 zum
Gebläse 11 hin.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Naßabscheiders
in stehender Bauweise zeigt Fig. 3. Die Gase treten hier von oben in den Waschbehälter
ein und werden wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen im Gegenstrom
mit der Flüssigkeit bedüst. Der Coagulator 6 ist bei diesem Beispiel gleich unterhalb
der Sprühstufe in der Reinigungskammer 1 untergebracht, während der Tropfenabscheider
7 in die zum Gebläse 11 hin abgehende Gasrohrleitung 10 eingebaut ist.
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Fig. 7 zeigt eine weitere Möglichkeit oder Anordnung der Düsen in
einer Düsenstufe 1. Hierbei sind die Düsen in Reihen angeordnet und alternierend
parallel 12 und antiparallel 13 in Richtung der Gasströmung ausgerichtet.
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Bei dieser Ausführungsform werden die Vorteile einer höheren Abscheideleistung
bei antiparallel zur Gasströmung ausgerichteten Düsen und der Vorteil des geringeren
Druckverlustes bei parallel zur Gasströmungsrichtung angeordneten Düsen verknüpft.