DE2820850C2

DE2820850C2 -

Info

Publication number: DE2820850C2
Application number: DE2820850A
Authority: DE
Inventors: Bernard J. Pittsburgh Pa. Us Lerner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-12
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1988-11-24
Also published as: GB1594524A; IT1095265B; FR2390193B1; IT7823337A0; JPS53139278A; FR2390193A1; DE2820850A1; CA1106777A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von Flüssigkeitströpfchen aus einem Gasstrom, mit einem in etwa horizontalen Strömungskanal für den Gasstrom und mehreren in etwa vertikalen Körpern, die in dem Strömungskanal im Strömungsweg des Gasstroms angeordnet sind und im wesentlichen aus einem faserigen, einen hohen Leerraumanteil aufweisenden, nicht-kapillaren Material gebildet sind, an dem sich die Flüssigkeitströpfchen sammeln und frei ablaufen.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US-PS 36 16 623 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung sind mehrere parallel zueinander angeordnete, in Strömungsrichtung verlaufende Körper vorgesehen, die jeweils aus einer zickzackförmigen Platte bestehen, die beidseitig mit einer Fasermatte beschichtet ist. Die Fasermatte hat einen in allen Richtungen gleichen Aufbau, so daß sie sich bezüglich der Gasströmung und des Gasströmungswiderstandes isotrop verhält, also eine Umorientierung der Fasermatte keinen Einfluß auf die Höhe des Gesamtströmungswiderstands hätte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Körper der gattungsgemäßen Vorrichtung so auszubilden, daß sich eine Erhöhung oder Verringerung des Gasströmungswiderstands ergibt.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei der die Körper bezüglich der Gasströmung und des Gasströmungswiderstandes anisotrop sind und einen einen hohen Gasströmungswiderstand aufweisenden Gasströmungsweg senkrecht zu einer größeren Außenfläche des Körpers haben.

Infolge des hohen Gasströmungswiderstands kann eine im Innern des Körpers ablaufende Flüssigkeit besser vor der Gasreibung geschützt werden.

Alternativ hierzu wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei welcher die Körper bezüglich der Gasströmung und des Gasströmungswiderstands anisotrop sind und einen einen niedrigen Gasströmungswiderstand aufweisenden Gasströmungsweg senkrecht zu einer größeren Außenfläche des Körpers haben.

Auf diese Weise läßt sich eine erhöhte Gasströmung durch den Körper erreichen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann jeder der Körper mit einem hohen Gasströmungswiderstand im wesentlichen aus mehreren parallelen Schichten aus dem Material bestehen, die parallel zu der größeren Außenfläche des jeweiligen Körpers verlaufen.

Entsprechend kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung jeder der Körper mit niedrigem Gasströmungswiderstand im wesentlichen aus mehreren Schichten aus dem Material bestehen, die senkrecht zu der größeren Außenfläche des jeweiligen Körpers verlaufen.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine teilweise Aufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 1, wobei die Anordnung der Faserkörperhindernisse zu sehen ist;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Halter der Faserkörperhindernisse von Fig. 1;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche den Zusammenhang zwischen dem Druckabfall und der Gasgeschwindigkeit in der Vorrichtung von Fig. 1 zeigt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche den Druckabfall durch ein Faserkörperhindernis als Funktion der Gasgeschwindigkeit zeigt:

Fig. 5 eine Aufsicht auf eine andere Anordnungsweise der Faserkörperhindernisse;

Fig. 7 eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform der Faserkörperhindernisse;

Fig. 8 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Faserkörperhindernisse; und die

Fig. 9 und 10 jeweils einen Faserkörper mit anisotropen Eigenschaften bezüglich der Gasströmung und des Gasströmungswiderstandes.

Die in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Vorrichtung besitzt einen Strömungskanal 11 für die Behandlung von Gas. Dieser Strömungskanal besitzt die Form eines beidseitig offenen Kastens mit einer oberen Wandung 13, einer unteren Wandung 15 und seitlichen Wandungen 17 und 19. Die obere Wandung 13 besitzt Öffnungen 20 für das Montieren von Faserkörperhindernissen 25, jedoch werden diese Öffnungen durch (nicht-gezeigte) Platten verschlossen, nachdem die Faserkörperhindernisse 25 montiert worden sind. Innerhalb des Strömungskanals 11 sind die Faserkörperhindernisse 25 in zwei Arbeitsstufen 21 und 23 angeordnet, wobei jede Arbeitsstufe aus zwei Reihen 27, 29 von Faserkörperhindernissen 25 besteht. Zwar sind in der Ausführungsform der Fig. 1, 2 und 3 nur zwei Reihen von Faserkörperhindernissen je Arbeitsstufe vorhanden, aber es kann eine größere Zahl von solchen Reihen je Arbeitsstufe vorhanden sein. Der Strömungskanal 11 erstreckt sich horizontal. Jedes Faserkörperhindernis 25 ist im wesentlichen vertikal angeordnet und besteht aus einem nicht-kapillaren, freiablaufenden Fasermaterial mit einem hohen Porenvolumen. Die Faserkörperhindernisse 25 in den beiden Reihen 27 und 29 sind gegeneinander versetzt, wobei die Faserkörperhindernisse in der Reihe gegenüber den Faserkörperhindernissen in der Reihe 27 auf Lücke liegen.

Der Faserkörper 30 eines jeden Faserkörperhindernisses 25 wird in einem Rahmen 31 festgehalten, der ein U-Profil 33 und zwei Stege 35, 37, die sich von je einer Lippe des U-Profils wegerstrecken, umfaßt. Ein Winkelprofil 39 ist an den beiden anderen Enden der Stege 35, 37 befestigt. Der Faserkörper 30 besitzt die Form eines Quaders. Dieser liegt mit einer Seite am Mittelteil des U-Profils 33 und mit seiner gegenüberliegenden Seite am V-Profil 39 und mit einer dazwischenliegenden Seite an den Stegen 35, 37 an. Der Rahmen 31 ist an der unteren Wandung 15 des Strömungskanals 11 angeschweißt oder anderweitig befestigt. Das U-Profil 33 erstreckt sich nach unten über den Faserkörper 30 hinaus.

Die Reihe 27 erfordert eine andere Ausführungsform des Rahmens 31, als dies bei der Reihe 29 der Fall ist. Der in Fig. 3 gezeigte Rahmen eignet sich für die Faserkörperhindernisse 25 der Reihe 29. Für die Reihe 27 sind jedoch die Stege 35, 37 und das Winkelprofil 39 an der linken Seite des U-Profils 33, gesehen in Fig. 3, angeordnet.

Gemäß Fig. 2 sind die Faserkörperhindernisse 25 in der ersten Reihe 27 um ungefähr +45° zur Gasströmungsrichtung geneigt, während die Faserkörperhindernisse 25 in der zweiten Reihe 29 um ungefähr -45° zur Gasströmungsrichtung geneigt sind. Typischerweise kann dieser Winkel zwischen 90°, also senkrecht zur Gasströmungsrichtung, bis + bzw. -30° zur Gasströmungsrichtung variieren.

Unterhalb einer jeden Arbeitsstufe 21 und 23 befindet sich jeweils ein Tank 41. Die vorspringenden Enden der U-Profile 33 erstrecken sich in den Tank. Typischerweise ist jeder Faserkörper 30 70 mm lang, 25 mm dick und 305 mm hoch. Typischerweise ist auch der Abstand zwischen benachbarten Faserkörperhindernissen einer jeden Reihe und zwischen einem Faserkörperhindernis der ersten Reihe 27 und einem Faserkörperhindernis der benachbarten Reihe 29 25 mm.

Die Vorrichtung besitzt Zuführrohre 43, an welchen Düsen 45 befestigt sind. Eine Flüssigkeit, typischerweise Wasser, wird den Zuführrohren 43 zugeleitet und tritt in Form eines Sprays aus den Düsen 45 in stromabwärtiger Richtung innerhalb des Strömungskanals 11 aus. Wie gezeigt, trifft der Spray auch auf die Faserkörperhindernisse 25 der Arbeitsstufe 21. Eine ähnliche Düse kann zwischen der Arbeitsstufe 21 und der zweiten Arbeitsstufe 23 angeordnet sein. Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung können die Düsen an den stromabwärtigen Seiten der Arbeitsstufen 21 und 23 vorgesehen sein. Diese Düsen halten die Faserkörperhindernisse 25 naß, so daß Teilchen aus dem trockenen Gas, das durch den Strömungskanal 11 hindurchgeht, durch die Faserkörperhindernisse festgehalten und nach unten herausgewaschen werden.

Bei der Anwendung der Vorrichtung wird Gas (Luft) mit hoher Geschwindigkeit durch den Strömungskanal 11 in Form eines horizontalen Stroms in Richtung des Pfeils 51 hindurchgeführt. Das Gas nimmt Flüssigkeitsnebel aus den Sprays 57 auf und wird im durchfeuchteten Zustand durch die Faserkörperhindernisse 25 der Arbeitsstufen 21 und 23 hindurchgeführt. Wie dies durch die Pfeile in Fig. 2 gezeigt ist, geht das Gas teilweise durch die Faserkörper 30 hindurch, wird aber auch teilweise durch die Faserkörper abgelenkt und gegen einen anderen Faserkörper 30 gerichtet. Ein Teil des Gasstroms, der durch die Faserkörper hindurchgeht, gibt seinen Flüssigkeitsnebel und/oder seinen Teilchengehalt an die Fasern ab. Ein anderer Teil trifft auch auf das U-Profil 33 auf und gibt seinen Feuchtigkeitsnebel und/oder seinen Teilchengehalt an das U-Profil 33 ab. Die Flüssigkeit, die sich durch Auffangen des Flüssigkeitsnebels bildet, läuft durch den Faserkörper und durch das U-Profil 33 in den Tank 41, von wo aus sie abgelassen werden kann. Die untere Wandung 15 ist im Bereich der U-Profile 33 mit Löchern ausgerüstet, durch welche die Flüssigkeit in die Tanks 41 fließt. Das durch einen jeden Faserkörper 30 hindurchströmende Gas drängt einen großen Teil des durch die Fasern aufgenommenen Flüssigkeitsnebels in Richtung auf das U-Profil 33. Aus diesem Grund wird der überwiegende Teil der Flüssigkeit, der sich aus dem Flüssigkeitsnebel bildet, durch das U-Profil 33 in den Tank 41 geleitet. Die U-Profile 33 erstrecken sich nach unten in den Tank 41 sich bildenden Pool 50. Die Flüssigkeit, die entlang der U-Profile 33 hinabläuft, wird durch den stromaufwärtigen Teil des Faserkörpers 30 und durch die untere Wandung 15 des Strömungskanals 11 daran gehindert, wieder vom strömenden Gas aufgenommen zu werden.

Der Strömungskanal 11 ist mit Flanschen 53 ausgerüstet, so daß mehrere Doppelarbeitsstufen in Reihe hintereinander geschaltet werden können. Es können aber auch mehrere Strömungskanäle 11, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, übereinander gestapelt werden, um einen höheren Strömungskanal zu bilden. In diesem Fall erstrecken sich die Tanks 41 lediglich von der Bodenwandung 15 des untersten Strömungskanals nach unten. Ein jeder Strömungskanal besitzt dann eine untere Wandung für die Halterung der Faserkörperhindernisse 25, jedoch besitzt lediglich der obere Strömungskanal eine obere Wandung 13. Die Faserkörperhindernisse 25 in solchen übereinandergestapelten Strömungskanälen sind durchgehend. Die Flüssigkeit läuft die durchgehenden Faserkörperhindernisse 25 hinab durch entsprechende Löcher in einer jeden unteren Wandung 15 oder aber durch entsprechende horizontale Rinnen.

Die Orientierung der Faserkörperhindernisse 25 und die Dicke dieser Hindernisse hängen jeweils von der Dichte und dem Gasströmungswiderstand des Fasermaterials ab. Die bevorzugte lineare Gasgeschwindigkeit für die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung beträgt in der Praxis 300 bis 750 m/min (1000 bis 2500 ft/min), bezogen auf den leeren Querschnitt des Gasströmungswegs. Es wurde festgestellt, daß innerhalb dieses Bereichs ein hoher Anteil des strömenden Gases durch verhältnismäßig dicke Faserkörperhindernisse 25 hindurchgeht, und zwar bei einem Druckabfall, der wesentlich kleiner ist, als er bei identischen, jedoch festen Hindernissen erhalten wird. Dies wurde durch die folgenden Vergleichsversuche bestätigt.

Diese Versuche wurden mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt, wie sie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt wird, wobei jedoch nur die Hindernisse der Arbeitsstufe 21 vorhanden waren. Die Faserkörperhindernisse 25 waren jeweils 25 mm dick, 70 mm lang und 305 mm hoch. Die Faserkörperhindernisse bestanden aus nichtkapillaren, gebundenen, nicht-gewebten, lockeren Kissen aus Polyesterfasern mit einem Durchmesser von 40 µm, welche mit einem Polyvinylchloridharz gebunden waren. Der Querschnitt des Gasstroms durch die Faserkörperhindernisse war 305 × 305 mm. Die Gasströmung wurde bei diesem Versuch mittels eines 7,5-PS-Gebläses erzeugt, das mit dem Strömungskanal durch ein starres Aluminiumrohr mit einem Durchmesser von 305 mm und einer Länge von 1,52 m verbunden war. Der Druckabfall wurde mittels eines Neigungsmanometers gemessen. Für Vergleichszwecke wurde das Arbeiten der Vorrichtung von Fig. 1 mit dem Arbeiten einer ähnlichen Vorrichtung verglichen, wobei jedoch die Hindernisse aus massivem Holz bestanden. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt:
Geschwindigkeit, m/minΔ P in mm H₂O

452,6 68,6 495,6 81,3 517,3 96,5 560,3114,3 506,3 88,9 544,1104,1

(b) Faserhindernisse
513,0 50,8 577,4 63,5 673,7 76,2 743,0 88,9

Diese Daten sind in Fig. 4 als Logarithmus-Druckabfall gegen log- Lineargeschwindigkeit aufgetragen. log-Druckabfall, Δ P in mm H₂O, ist vertikal und log-Gasgeschwindigkeit, m/min ist horizontal aufgetragen. Die Kurve F gilt für Faserkörperhindernisse 25 und die Kurve W für die Holzhindernisse.

Die Tabelle I zeigt, daß die Faserkörperhindernisse einen wesentlichen Bruchteil des Gases hindurchlassen, was aus dem bemerkenswert niedrigeren Druckabfall bei gleichen Gasgeschwindigkeiten zwingend folgt. Die Abnahme des Druckabfalls ist wesentlich größer als erwartet. Die Gasströmung durch die Faserkörperhindernisse 25 kann unter der Annahme annähernd bestimmt werden, daß der Druckabfall in einem turbulenten Gasstrom an einem behinderten Strömungssystem proportional dem Quadrat der Gasgeschwindigkeit ist. Fig. 4 zeigt, daß es sich dabei um eine gute Annäherung handelt, da nämlich die Neigung der Linien 2 ist.

( Δ P _f/Δ P _h )= (V _f/V _h )² worin

Δ P _f, Δ P _h= Druckabfall am Faserkörperhindernis bzw. am Holzhindernis;V _f/V _h= Verhältnis der Gasströmungen außerhalb der Hindernisse, Faser bzw. Holz.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ergibt sich bei V = 610 m/min

(V _f/V _h )² = ( Δ P _f/P _h ) = (66,0/127,0)
und
(V _f/V _h)² = 0,52
und
V _f = (0,52)^1/2 V _h = 0,72 V _h

so daß also mindestens 28% des Gases durch die Faserkörperelemente hindurch und nicht um diese herum gehen. Die Anzahl der hintereinander geschalteten Stufen, die nötig ist, daß insgesamt 95% des Gases durch die Faserkörper hindurchgehen, kann wie folgt errechnet werden:

95 = 100 [1-(1 - f) ⁿ]

worin
f= Bruch des Gases, der durch die Faserkörper in einer der Stufen 21 oder 23 in Fig. 1 hindurchgeht; n= Anzahl der Stufen, die erforderlich sind, daß 95% des Gases durch die Faserkörper hindurchgehen;

95/100 = [1-(1 - 0,28)ⁿ]
(0,72)ⁿ = 0,05
n = 9,1 Stufen.

Diese Berechnungen wurden unter zwei Annahmen gemacht. Erstens wird angenommen, daß ein vernachlässigbarer Strömungswiderstand durch die Faserkörper besteht, und zweitens, daß keine Druckkorrektur für die Verringerung der Geschwindigkeit zwischen den Hindernissen nötig ist, die sich aus dem Strömen durch die Faserhindernisse 25 ergibt. Um zu einer korrigierten Setzung des Gasdurchgangs durch die Hindernisse zu gelangen, wurden Druckabfalldaten der in den obigen Versuchen verwendeten Faserkörper genommen, die bei direkter Verwendung als Filtermaterial (100% Gasdurchgang) erhalten wurden. Diese Daten sind in der folgenden Tabelle II angegeben und in Fig. 5 aufgetragen. In Fig. 5 ist log-Druckabfall Δ P in mm H₂O, vertikal und log-Geschwindigkeit in m/min horizontal aufgetragen.
Lineargeschwindigkeit, m/minΔ P in mm H₂O

563,6 50,8 624,0 63,5 697,8 76,2 764,4 88,9 852,2101,4

Aus den Fig. 4 und 5 sind getrennt die Gasgeschwindigkeiten zwischen den Hindernissen und die Geschwindigkeit des durch die Hindernisse 25 hindurchgehenden Gases erhältlich. Diese Werte werden erhalten durch Versuchs- und Fehler-Rechnungen der gesonderten Druckabfallskomponenten, unter der Annahme, daß die gesonderten Druckabfallswerte sich zu dem experimentell bestimmten gesamten Druckabfall addieren.

Der Druckabfall von 66 mm bei einer Lineargeschwindigkeit von 610 m/min (siehe Fig. 4) besteht aus zwei Komponenten: einem Teildruckabfall des "festen Hindernisses", Δ P _i, aufgrund der Geschwindigkeit zwischen den Hindernissen, V _i, und einem Druckabfall beim Durchfluß durch den Faserkörper, Δ P _f, aufgrund der Gasströmung von V _f m/min durch die Faserkörper. Die Summe der beiden Geschwindigkeiten muß gleich der Gesamtgeschwindigkeit von 610 m/min sein. Aus den Druckabfalldaten von Fig. 4 und dem Druckabfallverhalten des Faserkörpers bei 100% Gasdurchgang (Fig. 5) ist es möglich, die Strömung durch den Faserkörper aufgrund einer Versuchs- und Fehler-Rechnung abzuschätzen. Bei der Oberflächengeschwindigkeit von 610 m/min wird festgestellt, daß die Geschwindigkeit durch den Faserkörper 244 m/min beträgt, was anzeigt, daß 40% des Gasflusses durch den Faserkörper hindurchgehen. Bei diesem Wert des Gasdurchflusses wären 5,9 Stufen erforderlich; um 95% des Gases durch die Faserkörper zu filtrieren. Diese obigen Berechnungsverfahren liefert eine ziemlich einfache Technik für die Auswahl der optimalen Dicke des Faserkörpers oder Hindernisses, der Materialeigenschaften, der Orientierung und der Anzahl der Stufen.

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, als Nebeleliminator wurde demonstriert, wie es im folgenden Beispiel beschrieben ist.

Beispiel 1

Dieser Versuch wurde mit einer zweistufigen Vorrichtung ausgeführt, wie sie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, wobei nichtkapillare, gebundene, lockere Faserkörper 25 der gleichen Zusammensetzung, Bindungsart und Abmessungen wie im oben beschriebenen Versuch verwendet wurden. Die Luft wurde mit einer Lineargeschwindigkeit von 610 m/min in den Versuchsabschnitt eingeführt. Ein atomisierter Wassernebel 47 (Fig. 1) wurde durch eine Düse 45 (SDC 125 H, hergestellt von Sonic Development Company) erzeugt. Ein Luftdruck von 2,8 atü wurde in der Düse 45 verwendet, wie vom Hersteller empfohlen, um den feinstmöglichen Nebel zu erzeugen. Die Düse 45 injizierte den Nebel 47 stromaufwärts der Hindernisse der ersten Stufe. Für Vergleichszwecke wurden Holzhindernisse anstelle der Faserkörperhindernisse 25 verwendet. Zusätzlich wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Stufen eines handelsüblichen Leitblecheliminators für hohe Geschwindigkeiten verglichen, nämlich dem "Euroform"-Eliminator, der von Regehr (siehe oben) und auch in einer Broschüre mit dem Titel "Munters Euroform D-Mist- R" angegeben ist. Es wurden visuelle Methoden zur Bestimmung des Wassernebeldurchgangs verwendet. Zusätzlich wurde der Tyndall- Zerstäubungseffekt an einem starken Lichtstrahl, der senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases verlief, beobachtet. Typische Resultate sind in Tabelle III angegeben.
getestete Einheitbeobachteter
Durchgang

2 Stufen Holzhindernissestark 2 Stufen Faserhindernissenicht 2 Stufen des obigen Elimi-
nators mit Leitblechenschwach

Es wurde festgestellt, daß die Luft, die die erfindungsgemäße Vorrichtung verließ, die Lufttemperatur der nassen Thermometerkugel aufwies und daß sie mit Wasser gesättigt war. Dies bedeutet, daß der Wärme- und Massenübergang gemäß der Erfindung mit einer hohen Geschwindigkeit und Wirksamkeit erfolgt, trotz der Tatsache, daß bei der hohen Gasgeschwindigkeit (Luftgeschwindigkeit) die Verweilzeit der Flüssigkeit im Gas extrem kurz ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient somit als Gasabsorber für allgemeinen Massenübergang wie auch als ein kompakter direkter nasser Wärmeaustauscher. Wegen der Wirksamkeit der Vorrichtung bei der Nebelentfernung und wegen der einzigartigen Wechselwirkung zwischen den Flüssigkeitströpfchen und den Fasern des Faserkörpers besitzt die Vorrichtung besondere Vorteile als nasser Teilchenauswäscher.

Bei einer herkömmlichen Teilchenentfernung durch Naß- oder Spraywaschen oder durch Venturi-Wäscher wird Wasser entweder durch eine Spraydüse oder durch eine scherende Gasreibung atomisiert und in den Gasstrom eingespritzt, der die Teilchen enthält, welche entfernt werden sollen. Das Gas befindet sich dabei in einer Hülle oder in einem Rohr oder in einer Leitung und bewegt sich mit einer hohen Geschwindigkeit relativ zu der festen Spritzdüse oder dem Gas/Flüssigkeits-Kontaktbereich am Eingang. Der atomisierte Wasserspray, welcher den Gas/Flüssigkeits-Kontaktbereich am Eingang verläßt, besitzt eine niedrigere Geschwindigkeit als das Gas und wird durch den Gasstrom rasch beschleunigt, bis die Wassertröpfchen die Geschwindigkeit des Gasstromes erreicht haben, und zwar eine verhältnismäßig kurze Strecke stromabwärts der Düse oder der anfänglichen Kontaktzone. Nur während dieser Beschleunigungsperiode besitzen die Spraytröpfchen eine andere Geschwindigkeit als die Teilchen im Gasstrom, und nur während dieser Beschleunigung bilden die Wassertröpfchen ein Target für das Zusammentreffen mit den Teilchen, wenn sie sich mit dem Gas entsprechend der Gasströmungsgeschwindigkeit bewegen. Die Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens ist eine Funktion des Verhältnisses der Geschwindigkeit der Teilchen und der Tröpfchen. Wenn also einmal die Tröpfchen die gleiche Geschwindigkeit wie die Teilchen erreicht haben, dann besteht praktisch keine Chance, daß Teilchen mit den Tröpfchen zusammentreffen, so daß Venturi- und Spraywäscher nur in der verhältnismäßig kurzen Zone der Tröpfchenbeschleunigung wirken.

Gemäß der Erfindung werden die atomisierten Wassertröpfchen, nachdem sie teilweise oder vollständig auf die Geschwindigkeit des Gasstroms beschleunigt worden sind, von den Fasern, welche in den Faserkörperhindernissen gemäß der Erfindung vorhanden sind, eingefangen. Das Auftreffen und das momentane Festhalten der Tröpfchen an einer Faser bringt die Tröpfchen in einen Ruhezustand, so daß der Geschwindigkeitsunterschied der Teilchen in bezug auf die eingefangenen Tröpfchen gleich der vollen Geschwindigkeit des die Faser passierenden Gasstroms ist. An den äußeren oder stromaufwärtigen Faserschichten ist die Gasgeschwindigkeit im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit des freien Gasstroms, während für innere Fasern, die von der stromaufwärtigen Oberfläche einen Abstand aufweisen, die Relativgeschwindigkeit diejenige des Teils des Gases ist, das durch den Faserkörper hindurchgeht (Hindernisse 25 oder Leitbleche, die Faserkörper tragen). Bei hohen Gasgeschwindigkeiten besteht die Tendenz, daß die Tröpfchen entweder durch die Gasreibung vom Gas wieder aufgenommen und dann durch eine tiefere Faser wieder eingefangen werden oder daß sie direkt eingefangen werden und mit anderen Tröpfchen verschmelzen. Diese Tröpfchen, die in ihrer Größe durch Einfangen anderer Tröpfchen wachsen, laufen rasch unter dem Einfluß der Schwerkraft von der Faser ab oder werden aufgrund der Gasreibungskräfte unstabil und zerschmettern in kleinere Tröpfchen. Da die Gasreibung im inneren und stromabwärtigen Teil der Faserkörperhindernisse mäßig ist, überwiegt in diesem Bereich der Mechanismus des Wachstums und des Ablaufens. Da größere Tröpfchen rascher entfernt werden, werden das sich bewegende Gas und die Teilchen in der Praxis einer dynamischen Tröpfchenpopulation ausgesetzt, worin die kleinsten Tröpfchen dominieren, wobei ein beträchtlicher Anteil dieser Tröpfchen in Ruhe gehalten wird oder eine geringere Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Teilchen aufweist. Die Wirksamkeit des Einfangens von feinen Teilchen durch Tröpfchen wird durch die Anzahl und die Größe der Targettröpfchen wie auch durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen Teilchen und Tröpfchen bestimmt. Für eine gegebene Menge oder Rate von Flüssigkeitssprayinjektion ist die Anzahl der Tröpfchentarget umgekehrt proportional zur Größe der Tröpfchen, so daß kleinere Tröpfchen eine große Anzahl von Targets liefern als größere Tröpfchen und die Einfangswirksamkeit deshalb bei einer kleineren mittleren Tröpfchengröße erhöht ist. Für feine Teilchen gilt als allgemeine Daumenregel über die Einfangwirksamkeit im Verhältnis zur Targetgröße, daß die maximale Auftreffwahrscheinlichkeit eintritt, wenn der Targetdurchmesser annähernd 5- bis 10mal so groß ist wie der Teilchendurchmesser. Durch entsprechende Wahl der Anfangströpfchengrößenverteilung an der Spraydüse sowie der Faserzahl und des Faserdurchmessers der Faserkörperhindernisse kann die Wirksamkeit für eine bestimmte Teilchengröße oder Teilchengrößenverteilung optimiert werden. Dieses Phänomen tritt nur bei nicht-kapillaren Faserkörpern ein. Im Falle von kapillaren Faserkörpern wird der Gasfluß durch die Flüssigkeit, welche die Zwischenräume zwischen den Fasern auffüllt, blockiert.

Beispiel 2

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung wurde dazu verwendet, die Teilchenentfernungswirkung unter Verwendung feiner Flugasche zu testen, die von einem Kraftwerk stammte. Die Flugasche war aus dem Verbrennungsgas mit Hilfe eines elektrostatischen Abscheiders gesammelt worden. Eine mikroskopische Überprüfung zeigte, daß sie einen beträchtlichen Anteil an Teilchen mit einer Größe von weniger als 1 µm aufwies. In der in diesem Beispiel verwendeten Vorrichtung gab es zwei Arbeitsstufen. Die erste Stufe 21, die stromaufwärtige Stufe, war eine befeuchtete Sammelstufe, und die stromabwärtige Arbeitsstufe 23 war eine Entnebelungsstufe. Jede Stufe enthielt drei Reihen von Faserkörperhindernissen. Die erste Sammelstufe 21 enthielt drei Reihen von Faserkörperelementen 25 aus einem Draht aus rostfreiem Stahl, der aus einem gewellten gestrickten Drahtnetz bestand. Die Dicke eines jeden Faserkörpers war 19 mm. Ansonsten waren die Abmessungen die gleichen wie im Beispiel 1. An der Entnebelungsstufe 23 gab es drei Reihen von Faserelementen, wie sie im Beispiel 1 verwendet worden waren.

Bei der ersten Sammelstufe wurde ein Spray mit der Gasströmung angewendet, wobei eine Spritzdüse 45 (Bete Fog Nozzle Company Type ST6FCN) verwendet wurde, wobei bei einem Wasserdruck von 15,8 atü gearbeitet wurde, was eine Strömungsrate von 12,9 l/min ergab. Die Gasströmung war 46 758 m/min, bestimmt durch Pilot-Rohrtraversen, um auf die angegebene durchschnittliche Geschwindigkeit zu kommen. Der Gesamtdruckabfall war dabei 127 mm. Eine 250-g-Probe der Flugasche wurde auf die Saugseite des Luftgebläses während 45 sec eingeführt. Das von jeder Stufe während des Tests ablaufende Wasser wurde gesammelt, filtriert, und die zurückgewonnenen Feststoffe wurden getrocknet und gewogen. Das Gewicht der zurückgewonnenen Flugasche war 207 g, was eine Rückgewinnung von 82,8% bedeutet. Im Hinblick auf die nicht-zurückgewinnbaren Verluste an den Wandungen und ungewaschenen Teilen des Systems und aufgrund der Tatsache, daß nur eine einzige Stufe (nämlich die Stufe 21) mit Faserbenetzung durchgeführt wurde, ist die direkte Rückgewinnung von 82,8% bemerkenswert hoch.

Die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung besitzt horizontale Strömungskanäle zwischen einer Vielzahl von vertikal und im allgemeinen parallel angeordneten Leitplatten 61 mit Schlangenform. Typischerweise bestehen die Leitplatten aus Polystyrolplatten mit einer Dicke von etwa 3 mm, wobei sie einen Abstand von ungefähr 25 mm aufweisen. Entlang einander gegenüberliegender Flächen einer jeden Leitplatte 61 befindet sich eine Vielzahl von vertikalen Faserkörpern 63, aus einem nicht-kapillaren, freiablaufenden Material und mit einem hohen Leerraum. Die Faserkörper 63 können an den Leitplatten angeklebt sein. Der Kanal besitzt eine obere Wandung und eine untere Wandung (nicht gezeigt) und die Leitplatten 61 und die Faserkörper 63 erstrecken sich von der Oberseite bis zur Unterseite. Ein rascher horizontaler Strom eines mit Nebel und/oder Teilchen beladenen Gases geht durch die Leitung 60 hindurch. Der Nebel und/oder die Teilchen werden durch die Faserkörper eingefangen und durch die Körper 63 und entlang der Leitplatten 61 nach unten gewaschen.

Die in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung besitzt einen horizontalen Gasströmungskanal 71, ähnlich dem Strömungskanal 11 von Fig. 1, worin sich eine Vielzahl von vertikalen Hindernissen 73 befinden. Jedes Hindernis 73 besteht aus einem im allgemeinen zylindrischen Netz 75, auf dessen Außenseite sich ein Ring 77 aus einem nichtkapillaren, freiablaufenden Fasermaterial mit hohem Leerraum befindet. Die Hindernisse erstrecken sich zwischen der Oberseite und der Unterseite (nicht gezeigt) des Strömungskanals 71.

Die in Fig. 8 gezeigte Vorrichtung besitzt ebenfalls einen horizontalen Strömungskanal 81, der dem Kanal 11 von Fig. 1 ähnlich ist. Innerhalb dieses Strömungskanals ist eine Vielzahl von Hindernissen 83 untergebracht. Jedes Hindernis 83 besitzt ein im allgemeinen zylindrisches Netz 85, innerhalb dem eine Masse 87 aus nicht-kapillarem, freiablaufendem Fasermaterial mit hohem Leerraum sich befindet. Die Hindernisse 83 erstrecken sich zwischen der oberen Wandung und der unteren Wandung (nicht gezeigt) des Strömungskanals.

In den Vorrichtungen der Fig. 7 und 8 ist je eine Arbeitsstufe aus zwei Reihen von versetzt angeordneten Hindernissen 73 bzw. 83 gezeigt. Es kann jedoch jede gewünschte Anzahl von Stufen verwendet werden, wobei jede Stufe eine Vielzahl von Reihen von versetzt angeordneten Hindernissen 73 bzw. 83 aufweist, wobei die Hindernisse einer jeden Reihe auf Lücke in bezug auf die Hindernisse der vorhergehenden und nachfolgenden Reihen liegen.

Die Fig. 9 und 10 zeigen jeweils einen Faserkörper 100 mit anisotropen Eigenschaften bezüglich der Gasströmung und des Gasströmungswiderstandes. Der Körper 100 ist aus Lagen oder Bahnen 101 hergestellt, die parallel zu den äußeren Oberflächen sind. Ein solcher Körper hat einen niedrigeren Gasströmungswiderstand für einen zu den Lagen 101 parallelen Strom, wie in Fig. 9 gezeigt ist, als für einen zu den Lagen senkrechten Gasstrom, wie in Fig. 10 gezeigt ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Entfernung von Flüssigkeitströpfchen aus einem Gasstrom, mit einem in etwa horizontalen Strömungskanal für den Gasstrom und mehreren in etwa vertikalen Körpern, die in dem Strömungskanal im Strömungsweg des Gasstromes angeordnet sind und im wesentlichen aus einem faserigen, einen hohen Leerraumanteil aufweisenden, nicht-kapillaren Material gebildet sind, an dem sich die Flüssigkeitströpfchen sammeln und frei ablaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (25, 100) bezüglich der Gasströmung und des Gasströmungswiderstandes anisotrop sind und einen hohen Gasströmungswiderstand aufweisenden Gasströmungsweg senkrecht zu einer größeren Außenfläche des Körpers haben.

2. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (25, 100) bezüglich der Gasströmung und des Gasströmungswiderstandes anisotrop sind und einen einen niedrigen Gasströmungswiderstand aufweisenden Gasströmungsweg senkrecht zu einer größeren Außenfläche des Körpers haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Körper (25, 100) im wesentlichen aus mehreren parallelen Schichten aus dem Material besteht, die parallel zu der größeren Außenfläche des jeweiligen Körpers verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Körper (25, 100) im wesentlichen aus mehreren parallelen Schichten aus dem Material besteht, die senkrecht zu der größeren Außenfläche des jeweiligen Körpers verlaufen.