DE3152372C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dieses durchführende Vorrichtung zur Behandlung heißer Gase, welche hauptsächlich durch kondensierbare Stoffe verunreinigt sind, wobei das Gas, meistens Luft, zugleich gereinigt und gekühlt wird und die abgeschiedenen Verunreinigungen aus der Vorrichtung entfernt werden.

In vielen Industriezweigen entstehen große Mengen verunreinigter Luft von hoher Temperatur, so daß eine Wärmerückgewinnung attraktiv erscheint. Die Verunreinigungen in der Luft können dabei verschiedenster Art sein und beispielsweise aus Verfahren in der Kunststoffindustrie der Oberflächenbehandlungsindustrie der Textil- oder Papierindustrie o.dl. anfallen. Ihnen gemeinsam ist die Schwierigkeit, daß sie sich schlecht von ihren gasförmigen Trägern trennen lassen, was durch ihre chemischen oder physikalischen Eigenschaften hervorgerufen wird, oder aber dadurch, daß die Verunreinigungen nach dem Abscheiden erhebliche Weiterverarbeitungs- oder Verschmutzungsprobleme schaffen, so daß die entsprechenden Reinigungseinrichtungen nicht zufriedenstellend arbeiten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Verunreinigungen in ihrer kondensierten und abgekühlten Form eine hohe Viskosität und eine hohe Adhäsion an Oberflächen aufweisen. Eine Folge davon ist, daß die Reinigung unter solchen Umständen nur soweit getrieben wird, daß es möglich ist, das Gas in die umgebende Atmosphäre abzuführen, ohne daß dadurch ernsthafte Umweltverschmutzungen auftreten. Aufgrund dieser belastenden Probleme mit den Verunreinigungen ist eine wesentliche Wärmerückgewinnung bisher nicht möglich gewesen.

Zur Lösung der obengenannten Probleme sind Anstrengungen unternommen worden, indem die Trenneinrichtungen mit Glasflächen versehen wurden, wobei zugrundegelegt wurde, daß das Glas für die sich darauf ablagernden Verunreinigungen nur eine geringe Adhäsion aufweist und damit die Verschmutzungsprobleme beseitigt würden. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß die Funktion solcher Einrichtungen schlecht ist und in vielen Fällen eine Demontage und Reinigung erforderlich ist.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen wesentlicher Teile von in heißen Rauchgasen enthaltenen Verunreinigungen ist bereits bekannt (US-PS 6 90 795). Dabei wird gemäß dem Ober­ begriff der Patentansprüche 1 und 2 das zu reinigende Rauchgas durch ein Aggregat geleitet, das horizontal nebeneinander ange­ ordnete und sich im wesentlichen vertikal erstreckende Kammern aufweist, in denen doppelwandige Rohre vertikal angeordnet sind, deren Außenflächen Wärmetauscherflächen bilden. Durch die Doppelwandrohre wird Kühlgas geleitet, während das zu reinigende Rauchgas im wesentlichen in Axialrichtung an den Doppelwandrohren entlangfließt und sich an den gegenüber den Rauchgasen kühleren Wärmetauscherflächen Staubpartikel aus den Rauchgasen niederschlagen. Reinigungsvorrichtungen schaben die Staubpartikel von dort ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Gas­ reinigungsverfahren mit einfachen Mitteln dahingehend zu ver­ bessern, daß nicht nur eine Wärmerückgewinnung möglich ist, sondern auch andere Verunreinigungen als Staubteilchen aus dem Gas entfernt werden.

Die Erfindung ist hinsichtlich des Verfahrens im Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung im Anspruch 5 gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen der Erfindung beansprucht.

Bei der Erfindung wird dafür gesorgt, daß das Gas im verwirbelten Zustand an den Wärmetauscherflächen quer vorbeiströmt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der sich an den Wärmetauscherflächen durch Abkühlung kondensierenden bzw. sublimierenden Gasver­ unreinigungen wesentlich verbessert. Begünstigt wird dies ins­ besondere dadurch, daß die Strömungsrichtung der Gase nicht im wesentlichen parallel, sondern rechtwinklig zu den die Wärme­ tauscherflächen bildenden Leitungen für das Wärmeträgermedium strömt. Durch geeignete Strömungsgeschwindigkeit wird für die Gasverwirbelung gesorgt.

Die Erfindung besorgt nicht nur eine gute Reinigung der Gase von auch schwieriger aus diesen zu entfernenden Verunreinigungen, insbesondere kondensierbaren Verunreinigungen, im Sinne einer Umweltschutzmaßnahme, sondern gestattet auch die Rückgewinnung von Wärme, was als Energiesparmaßnahme auch in großtechnischen Anlagen höchst wünschenswert ist.

Es ist besonders vorteilhaft, die insbesondere scheibenförmig ausgebildeten Reinigungselemente so schwimmend zu lagern und abzustützen, daß sie bei deren gemeinsamer Bewegung entlang der Leitungen in einer rechtwinklig dazu verlaufenden Ebene Ausgleichsbewegungen durchführen können. Auch hierdurch unter­ scheidet sich die Erfindung wesentlich von der US-PS 6 90 795 sowie von Reinigungsvorrichtungen, die lediglich aus einer Loch­ platte bestehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Einzelheit "a" der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen entsprechenden Querschnitt (b-b).

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Vorrichtung zum Reinigen eines Gases durch Kondensation bei gleichzeitiger Wärmerückgewinnung dargestellt, bei der die abgeschiedenen Verunreinigungen entfernt werden, ohne daß dabei die Einrichtung stillgesetzt werden muß.

Das in dieser Vorrichtung zu reinigende Gas, welches häufig Luft ist, fließt in Fig. 1, in Richtung der Pfeile A und B, wobei nicht weiter dargestellte Leitbleche vorhanden sein können. Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung eine untere, horizontal angeordnete Gruppe Sammelrohre 29 sowie eine obere Gruppe Sammlerrohre 30 auf, die sich parallel zu den Sammlerrohren 29 der unteren Gruppe erstrecken. Die Rohre 29 und 30, sind rechtwinklig zur Strömungsrichtung gemäß der Pfeile A und B in bestimmten Abständen voneinander angeordnet. Zwischen den oberen Sammlerrohren 30 und den unteren Sammlerrohren 29 erstrecken sich vertikal angeordnete Wärmetauscherrohre 31. Parallele Reihen solcher Rohre 31 sind in Längsrichtung der Sammlerrohre 29 und 30 vorgesehen. Damit die Vorrichtung nach dem Gegenstromprinzip arbeitet, ist das in Fig. 1 am weitesten links angeordnete Sammlerrohr 29 mit einem nicht dargestellten Einlaß für ein Wärmerückgewinnungsmedium vorgesehen und das in Fig. 1 am weitesten rechts angeordnete Sammlerrohr, mit einem entsprechenden nicht dargestellten Auslaß. Die Sammlerrohre sind in einer Trägeranordnung befestigt, die Längsteile 32 aufweist. Unter den unteren Sammlerrohren 29 ist eine Auffangplatte in Form einer Klappe 33 angeordnet, deren Funktion später erläutert wird.

Aufgrund der beschriebenen Anordnung der Rohre 31, der Sammlerrohre 29 und 30 arbeitet die Vorrichtung, sowohl nach dem Quer- als auch nach dem Gegenstromprinzip. Durch die Rohre 31 wird eine günstige Wirbelbildung des Luftstromes von A nach B erreicht, was einerseits deswegen günstig ist, weil die Wärmeübertragung zwischen der Luft und den Rohren 31 besser ist, als wenn die Luft die Rohre in ihrer Längsrichtung umströmen würde und andererseits deshalb, weil die Reinigungswirkung verbessert wird, da sich die Verunreinigungen zusammenballen.

Das Rohrsystem 31 wird von einem wärmeaufnehmenden Medium durchströmt, welches die Wärme aus der Luft aufnimmt. Kondensierbare Verunreinigungen der Luft, werden dabei in ihren flüssigen Zustand überführt bzw. sublimieren zu Feststoffen und lagern sich dabei auf den Rohren 31 ab, so daß die Luft gereinigt ist und keine wesentlichen Mengen kondensierbarer Verunreinigungen bei der in Frage stehenden Temperatur enthält. Solche Verunreinigungen auf den Rohren 31 die leichtfließend sind, laufen an den Rohren 31 zwischen den Sammlerrohren 29 abwärts und werden auf der Auffangplatte 33 abgelagert.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Abtrennen der Verunreinigungen ist jedoch auch für klebrige hochviskose Stoffe zu verwenden, wobei eine Reinigung der Rohre 31 notwendig wird. Die Einrichtung ist dazu mit einer mechanischen und mit einer thermischen Reinigungsvorrichtung ausgestattet. Gemäß der Fig. 2 und 3 ist jedes Rohr 31 mit einem Reinigungsglied 34 ausgerüstet, welches auf dem Rohr auf- und abschiebbar ist. Die Glieder 34 sind scheibenförmig ausgebildet, wobei die Mittelöffnung, in welche jeweils das Rohr 31 eingepaßt ist, so bemessen ist, daß das Verschieben nicht verhindert, aber zugleich eine wirksame Reinigung der Rohre gewährleistet ist. Zwischen jeweils einem Paar benachbarter Rohre 31 ist eine Antriebseinrichtung für die Reinigungsvorrichtung vorgesehen, die aus einer oberen Gruppe Antriebsglieder 35 und einer unteren Gruppe Antriebsglieder 36 gebildet ist. Die Antriebsglieder 35 und 36 sind so breit, daß sie im wesentlichen den Zwischenraum zwischen den Rohren 31 ausfüllen, wobei die Reinigungsglieder 34 auf den unteren Antriebsgliedern 36 aufliegen. An ihren Enden sind die Antriebsglieder an Sammelkästen 37 angeschlossen. Außerhalb der Rohre 31 sind die Enden der Sammelkästen 37 untereinander durch nicht dargestellte in Richtung der Pfeile A und B verlaufende Träger verbunden, die zur Versteifung dienen. Um korrekte Abstände zwischen den Antriebsgliedern 35 und 36 zu erhalten und um die Festigkeit zu erhöhen, sind nockenförmige Versteifungen und Abstandsglieder 43 innerhalb des Luftweges A-B in vorgewählten Abständen vorgesehen. Die Versteifungs- und Abstandsglieder 43 weisen eine untere Gruppe auf, die mit den unteren Antriebsgliedern 36 zusammenarbeitet, wobei die Versteifungs- und Abstandsglieder dieser Gruppe rechtwinklig zu den Antriebsgliedern zwischen einer anderen benachbarten Reihe von Rohren 31 angeordnet sind. Die Versteifungs- und Abstandglieder sind mit einer Verzahnung 44 versehen, die in den Raum zwischen einander benachbarten Antriebsgliedern hineinreicht, einen genau passenden Sitz aufweist und damit ein Verbiegen der Antriebsglieder verhindert. Eine obere Gruppe Versteifungs- und Abstandsglieder 44 ist in Verbindung mit den oberen Antriebsgliedern 35 vorgesehen, wobei die Versteifungsglieder 44 genau über den entsprechenden Gliedern der unteren Gruppe angeordnet sind und eine genau entsprechende Funktion aufweisen.

Damit die Wärmetauscher und Ablagerungsflächen so groß wie möglich sein können, sollten die senkrechten Rohre einen geringen Querschnitt und dünne Wände aufweisen. In der Praxis führt das dazu, daß die Rohre 31 infolge von Wärmeausdehnungen und Fertigungstoleranzen nicht über ihre ganze Länge genau in Position gehalten werden können. Es ist deshalb von größter Bedeutung, daß sich die Reinigungsglieder 34 innerhalb eines größeren Bereiches rechtwinklig zur Achse der Rohre in einer Ebene frei bewegen können. Dementsprechend ist es ebenfalls von Bedeutung, daß die Abstände zwischen den Rohren und den Antriebsgliedern 35 und 36 sowie zwischen den Rohren und den Versteifungs- und Abstandsgliedern ausreichend groß sind.

Aufgrund der senkrechten Verschiebung der obengenannten Antriebsglieder werden die Reinigungsglieder 34 über die senkrechten Rohre hinwegbewegt, wobei zugleich eine seitliche Bewegung möglich ist, was besonders wichtig ist, damit die Rohre 31 nicht beschädigt werden. Um zusätzlich zur mechanischen Reinigung der Rohre 31 auch eine thermische Reinigung zu erreichen, sind die Antriebsglieder 35 und 36 vorzugsweise aus im Querschnitt rechteckförmigen Rohren gebildet, von denen zumindest die unteren mit Düsenöffnungen 38 vor jedem Rohr 31 versehen sind. Die Sammelkästen 37 sind mit Einlässen 42 für Dampf und/oder Lösungsmittel ausgerüstet und sind zumindest mit den unteren Antriebsgliedern 36, strömungsmäßig verbunden.

Um das oben genannte Verschieben der Reinigungsglieder 34 über die Rohre 31 zu ermöglichen, ist der Tragrahmen 32 mit senkrechten Schrauben 39 versehen, an denen die Sammelkästen 37 mit entsprechenden Muttern 40 befestigt sind. An jedem Ende der Vorrichtung ist eine Schraube 39 vorgesehen, so daß die Reinigungseinrichtung mit den Antriebsgliedern 35 und 36 durch synchrone Drehungen der beiden Schrauben in Längsrichtung über die Rohre 31 hinwegbewegt werden kann, wobei die Antriebsglieder die Reinigungsglieder 34 über die Rohre hinwegschieben. Zugleich bewegen sich auch die Düsen 38 über die Rohre 31. In manchen Fällen ist es von Bedeutung, daß kein Dampflösungsmittel oder abgeschiedene Verunreinigungen, während der Reinigung der senkrechten Rohre in das Gas oder das Luftsystem gelangt. Um dies zu erreichen, kann die erfindungsgemäße Einrichtung mit nicht dargestellten Klappen versehen sein, die am Eingang und am Ausgang d. h. vor und hinter den Rohren 31 vorgesehen sind und sich schließen und einen Luftstrom verhindern, solange die Fangklappe 33 geöffnet ist, die am Rahmen 32 angelenkt ist und durch eine Strebe 41 gehalten ist. Es ergibt sich dabei, daß der zur Reinigung der Einrichtung eingesetzte Dampf oder die Flüssigkeit nicht nur die senkrechten Rohre reinigt, sondern zugleich die Auffangklappe 33.

Wenn ein verunreinigtes Gas oder Luft durch die Einrichtung in Richtung der Pfeile A und B, wie oben erwähnt, hindurchströmt, dann wird das Gas bzw. die Luft durch die senkrechten Rohre 38 stark verwirbelt, wobei zugleich die Temperatur das durch die Rohre 31 im Quer- und Gegenstrom strömende Wärmemittel gesenkt wird. Durch diese Temperatursenkung werden die kondensierbaren Verunreinigungen in einen festen oder flüssigen Zustand gebracht, so daß sie sich aufgrund der Wirbelbildung zu größeren Brocken oder Tropfen zusammenballen und auf den senkrechten Rohren 31 ablagern. Nachdem die Luft die Vorrichtung passiert hat, ist die Temperatur gemindert und die Temperatur des Wärmemediums entsprechend erhöht. Um eine kontinuierliche Behandlung des Gases zu erreichen, werden die Verunreinigungen an den senkrechten Rohren in festgelegten Abständen entfernt. Die Erfindung läßt sich in verschiedenster Weise abwandeln.

Claims (11)

1. Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus kondensierbare Verunreinigungen aufweisenden, heißen Gasen bei erhöhter Temperatur und zum gleichzeitigen Entfernen eines wesent­ lichen Anteils solcher Verunreinigungen aus den Gasen, bei dem Wärme vom Gas über einen Wärmetauscher an ein Wärmeträger­ medium zur Kühlung des Gases abgegeben wird und sich auf Wärmetauscherflächen des Wärmetauschers ablagernde Verun­ reinigungen gegebenenfalls durch eine Reinigungsvorrichtung entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas derart durch ein System von Wärmetauscherflächen geleitet wird, daß die Strömungsrichtung (A-B) der Gase im wesentlichen rechtwinklig zu Leitungen (31) für das Wärme­ trägermedium der Wärmetauscherflächen verläuft, eine Gas­ verwirbelung entsteht und sich Verunreinigungen durch Kühlung an den Wärmetauscherflächen der Leitungen (31) kondensieren bzw. sublimieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermedium über mehrere Gruppen von im wesent­ lichen parallelen Leitungen (31), die in Serie hintereinander­ geschaltet sind, geleitet und das Gas im Querstrom an den Leitungen (31) vorbeigeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Wärmetauscherflächen abgelagerten Verun­ reinigungen chemisch entfernt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf den Wärmetauscherflächen ablagernde Stoffe mechanisch und thermisch entfernt werden.

5. Vorrichtung zum Rückgewinnen von Wärme aus verschmutzten heißen Gasen und zum Reinigen der Gase, mit einem vom Gas beströmten Wärmetauscher, der zur Kühlung des Gases mit einem Wärmeträgermedium beaufschlagt ist und gegebenenfalls mit einer Reinigungsvorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen von Wärmetauscherflächen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher Gruppen von als Wärmetauscherflächen dienenden Leitungen (31) aufweist, die im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung (A-B) des zu kühlenden Gases angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen von Leitungen (31) in Form von Gruppen paralleler und dünnwandiger Rohre geringen Querschnitts ausgebildet sind, die im wesentlichen vertikal verlaufen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre einer längs zur Strömungsrichtung (A-B) der Gase angeordneten Reihe in Serie hintereinandergeschaltet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitung (31) mit einem Reinigungselement (34) ver­ sehen ist, welches von einem Antriebselement (35, 36) in Längsrichtung über die Leitung (31) hin- und herverschieb­ bar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberes Antriebselement (35) und ein unteres Antriebs­ element (36) zwischen den Reihen von Rohren angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente (35, 36) mit Einlaßkästen (37) für eim Reinigungsmittel derart verbunden sind, daß sich die Einlaßkästen (37) außerhalb des aus den Rohren ge­ bildeten Leitungssystems befinden, und daß Antriebselemente (36) eine Düsenöffnung (38) für das durch die Einlaßkästen (37) eingeleitete Reinigungsmittel aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungselemente (34) derart von den Antriebs­ elementen (35, 36) und Leitungen (31) geführt sind, daß sie beim Bewegen längs der Leitungen (31) ohne Beein­ trächtigung der Reinigungswirkung in einer Ebene bewegbar sind, die rechtwinklig zu den Achsen der Leitungen (31) verläuft.