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Verfahren und Einrichtung zur Reinigung heisser Gase und Dämpfe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Reinigung heisser Gase und Dämpfe.
Zur Gasreinigung ist bisher die Verwendung von Venturirohren bekannt geworden, in denen die Gase durch eine Rohrverengung auf hohe
Geschwindigkeit gebracht werden, dortselbst Was- ser mit kleiner Geschwindigkeit zugeführt er- halten, d. h., dass die Gase das eingespritzte
Wasser auf hohe Geschwindigkeit zu beschleuni- gen haben.
Derartige Apparate finden sich in den ver- schiedensten Anwendungsformen und haben den
Nachteil, dass die zu reinigenden Gase die ge- samte Wasserzerstäubungs- und Beschleunigungsarbeit aufbringen müssen. In nachgeschalteten
Diffusoren kann wohl die Geschwindigkeitsenergie der Gase zum Teil wieder in Druck umgesetzt werden, jedoch die Beschleunigungsund Zerstäubungsarbeit, die das Gas für die Beschleunigung und Zerstäubung des Wassers aufbringen muss, ist verloren. Derartige Enrichtungen weisen wohl gute Entstaubungsgrade auf, haben jedoch den Nachteil eines sehr hohen Energieverbrauches.
In Amerika wurden Typen von Strahlwäschern bekannt, die die Wasserbeschleunigungsarbeit nicht dem Gas überlassen, sondern die Wasserbeschleunigung in Düsen durchführen. Das Gas hat in diesem Fall nur die Wasserzerstäubungsleistung aufzubringen. Diese Apparate haben einen etwas geringeren Energieverbrauch.
Es ist auch bekannt, die gegebenenfalls im Kreislauf geführte Waschflüssigkeit durch Pumpen auf hohen Druck zu bringen und in Injektorapparate einzuspritzen, wodurch eine Ansaugung des zu reinigenden Rohgases erzielt wird.
Je nach der Menge und Druckhöhe können mehrere Injektorapparate parallel geschaltet sein oder der Injektor kann mehrstufig ausgebildet sein. Es ist auch bekannt, dieses Verfahren zwecks besserer Reinigung mehrfach zu wiederholen, wobei ein Teil des Waschwassers im Kreislauf geführt wird. Alle diese Einrichtungen benötigen jedoch eine oder sogar mehrere starke Pumpen, denen grosse Mengen elektrischer Antriebsenergie zugeführt werden müssen.
Erfindungsgemäss soll nun der hohe Fremdenergieverbrauch solcher Einrichtungen dadurch verringert werden, dass die zur Förderung und
Reinigungsbehandlung der Gase notwendige
Energie allein aus dem Wärmeinhalt dieser
Gase gedeckt wird, indem diesen Gasen die
Wärme in einem Wärmeaustauscher zum grössten
Teil entzogen und Wasserdampf erzeugt wird, der seinerseits zur Förderung des Gases und einer Waschflüssigkeit und zur Zerstäubung der letzteren zum Zwecke der Reinigung des
Gases verwendet wird.
Bei normalen bisherigen Anlagen wird wieder- holt die Abgaswärme durch Abhitzekessel in
Dampf umgesetzt. Dieser Dampf wird zur elektrischen Energieerzeugung herangezogen. Die
Gase müssen durch die Kessel und Entstaubungs- anlagen mittels Saugzugventilator durchgesaugt werden, die elektrisch angetrieben sind. Derartige Anlagen haben den Nachteil eines sehr geringen Wirkungsgrades, gerechnet von der entzogenen Abgaswärme bis zur Saugzugleistung.
Es liegen die Wirkungsgrade der Dampferzeugung, Energieerzeugung auf der einen Seite, sowie der Wirkungsgrad des Elektromotors auf der andern Seite dazwischen, d. h. die Gase werden bestenfalls mit einem Wirkungsgrad von 15 bis 20% der Abgasenergie durchgesaugt.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren, wo der Dampf direkt als Saugzugventilator in Injektor- düsen verwendet wird, liegen die Wirkungsgrade je nach Ausführung der Düsenformen zwischen 30 und 40%, d. h. die zur Gasreinigung nötige Energie kann durch diese Einrichtung bedeutend gesenkt werden bei gleichzeitiger wesentlicher Senkung des Energieverbrauches des Reinigungsgerätes.
In der Zeichnung ist das erfindungsgemässe Verfahren an Hand einer schematisch dargestellten Anlage beispielsweise erläutert.
Darin zeigen Fig. 1 den Schaltplan der Gesamtanlage, während die Fig. 2-5 Details daraus vergrössert darstellen. Fig. 2 zeigt dabei den Gaswaschinjektor mit Wasserzerstäubungsdüse, Fig. 3 eine andere Ausbildungsform der Wasserzerstäubungsdüse und die Fig. 4 und 5 stellen die Konstruktion des Venturirohres bzw. seines Kopfes dar.
Wie man aus Fig. l erkennt, werden die Abgase eines Industrieofens oder Dampfkessels 6 zuerst einem Wärmeaustauscher 4 zugeführt, wobei ihre fühlbare Wärme zur Erzeugung
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von Sattdampf ausgenutzt wird, der sich in der Trommel 11 bildet. Dieser Dampf, der auch überhitzt werden kann, dient nun einerseits (Leitung 16) zum Antrieb der Speisepumpe 12 durch eine Turbine 13 und anderseits (Leitung 17) zur Zerstäubung des Wassers bzw. Absaugen der Abgase in den Düsen 3 bzw. Gaswaschinjektoren 2. Die Abgase werden dabei innig mit dem zerstäubten Wasser und dem Dampf gemischt und mit hoher Geschwindigkeit von etwa 1000 m/sec durch die als Venturirohre ausgebildeten Gaswaschinjektoren 2 getrieben. Im Diffusorteil 10 der Venturirohre 2 herrschen noch'Geschwindigkeiten von zirka 400 m/sec.
Um dabei den Wandreibungswiderstand herabzusetzen, sind im Diffusorteil 10 Schlitze 7 für die Absaugung der Grenzschicht vorgesehen. Diese Schlitze 7 sind mit dem engsten Teil des Venturirohres bei 8, wo die höchste Geschwindigkeit auftritt, verbunden und die Absaugung erfolgt durch den dort herrschenden Unterdruck.
Nach dem Durchströmen der Gaswaschinjektoren 2 werden die befeuchteten Abgase durch Abscheider 1 geblasen, bevor sie bei 14 gereinigt ins Freie austreten.
Die niedergeschlagenen Verunreinigungen gelangen mit dem Waschwasser in ein Klärbecken 5.
Das darin gereinigte Waschwasser kann durch eine Pumpe 15 wieder den Düsen 3 zugeführt werden.
Mit 18 ist ein Kondensator für den Turbinenabdampf und mit 19 eine Kondensatpumpe bezeichnet, welche das kondensierte Wasser zur Wiederverwendung der Speisepumpe 12 zuführt. Auf diese Weise braucht nur ein geringer Teil des mit dem Abgas und Schlamm verlorenen Wassers ersetzt zu werden. 20, 21 und 22 sind Elektromotoren zum Antrieb der Pumpen, welche jedoch ebensogut auch durch die Turbine 13 direkt angetrieben sein können.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Wasser- zerstäubungsdüsen 3 arbeiten selbst ebenfalls nach dem Injektorprinzip, wobei der hochgespannte Treibdampf bei 23 und das Wasser bei 24 eintritt.
In den Fig. 4 und 5 sind besondere konstruktive Ausführungsformen der Gaswaschinjektoren 2 dargestellt. Gemäss diesen Ausbildungen besteht der Gaswaschinjektor aus einem düsenförmigen Einlaufkopf 28, an den sich der Dinüsorteil ss, der aus einem Flansch 25 und dem Blechmantel besteht, anschliesst. Im Blechmantel befinden sich in verschiedenen Höhenlagen die Ringschlitze 7 zum Absaugen der Grenzschichten. Der Dinusorteil ss ist von einem Aussenmantel 9 umgeben, der mit dem Blechmantel einen Ringraum einschliesst. Der Flansch 25 des Diffusorteils 10 ist mit Bolzen 27 mit dem Einlaufkopf 28 so verbunden, dass ein ringförmiger Spalt 8 gebildet wird, der den Ringraum 26 zum Zweck des Rücksaugens mit dem engsten Teil der Düse verbindet.
Auf den Einlaufkopf 28 ist ein Leit- apparat 29 abnehmbar befestigt, der dazu dient, bei blossem Betrieb mit Wasser die gesamte Gasmenge zu erfassen. Bei der vorhergehenden Dampfzerstäubung des Wassers kann er fortbleiben.
Das Verfahren ist anwendbar zum Ersatz von Saugzugventilatoren aller Art, sowie zur gleichzeitigen Gasreinigung (Gaswaschung), Kühlung der Abgase und Mischung der Abgase mit verschiedenen Flüssigkeiten oder Dämpfen.
Besonders gut durchführbar nach diesem Verfahren erscheinen Laugetrocknungsvorgänge bei Laugenverbrennung und Laugeneindickvorgänge. In diesem Fall würde statt der Waschflüssigkeit Dünnlauge eingespritzt. Die durch den Apparat gesaugten heissen Gase würden einen Teil des Wassers verdampfen. Aus dem Gerät würde Lauge (bei Kreislaufbetrieb) von verschiedener Eindickung abfliessen.
Das Verfahren kann weiterhin angewendet werden zur Gasentschwefelung bzw. zur Auswaschung von S02 und S03 aus Abgasen, was besonders vorteilhaft für die Verwendung bei Ölkesseln ist, wo Öle mit hohem Schwefelgehalt zur Verbrennung gebracht werden sollen.
Diese angeführten Beispiele beschränken nicht den Erfindungsgegenstand, sondern sollen nur einige Formen seiner Anwendungsmöglichkeit aufzeigen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Reinigung heisser Gase und Dämpfe, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Förderung und Reinigungsbehandlung derselben notwendige Energie allein aus dem Wärmeinhalt dieser Gase gedeckt wird, indem diesen Gasen die Wärme in einem Wärmeaustauscher zum grössten Teil entzogen und Wasserdampf erzeugt wird, der seinerseits zur Förderung des Gases und einer Waschflüssigkeit und zur Zerstäubung der letzteren zum Zwecke der Reinigung des Gases verwendet wird.
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Process and device for cleaning hot gases and vapors
The invention relates to a method for
Cleaning of hot gases and vapors.
For gas cleaning, the use of Venturi tubes has become known so far, in which the gases through a tube constriction to high
Speed are brought in, water is supplied there at low speed, d. i.e. that the gases are the injected
Have water to accelerate to high speed.
Apparatus of this type can be found in the most varied of application forms and have the
Disadvantage that the gases to be cleaned have to apply the entire water atomization and acceleration work. In downstream
Diffusers, the speed energy of the gases can be partially converted back into pressure, but the acceleration and atomization work that the gas has to do to accelerate and atomize the water is lost. Such devices have a good degree of dedusting, but have the disadvantage of very high energy consumption.
In America, types of jet scrubbers have become known which do not leave the water acceleration work to the gas, but carry out the water acceleration in nozzles. In this case the gas only has to provide the water atomization power. These devices have a slightly lower energy consumption.
It is also known that the scrubbing liquid, which may be circulated, can be brought to high pressure by pumps and injected into injector apparatus, as a result of which the raw gas to be cleaned is sucked in.
Depending on the quantity and pressure level, several injector devices can be connected in parallel or the injector can be designed in several stages. It is also known to repeat this process several times for the purpose of better cleaning, some of the washing water being circulated. However, all of these devices require one or even several powerful pumps to which large amounts of electrical drive energy must be supplied.
According to the invention, the high external energy consumption of such facilities is now to be reduced in that the for promotion and
Purification treatment of gases necessary
Energy from the heat content of this
Gases is covered by these gases the
Heat in a heat exchanger to the greatest extent
Part removed and water vapor is generated, which in turn is used to promote the gas and a scrubbing liquid and to atomize the latter for the purpose of cleaning the
Gas is used.
In normal previous systems, the exhaust gas heat is repeated through the waste heat boiler
Steam implemented. This steam is used to generate electrical energy. The
Gases must be sucked through the boiler and dedusting systems by means of an induced draft fan, which are electrically driven. Such systems have the disadvantage of a very low degree of efficiency, calculated from the extracted exhaust gas heat to the induced draft power.
There are the efficiencies of steam generation, energy generation on the one hand, and the efficiency of the electric motor on the other hand in between, i.e. H. at best, the gases are sucked through with an efficiency of 15 to 20% of the exhaust gas energy.
According to the method according to the invention, where the steam is used directly as an induced draft fan in injector nozzles, the efficiencies are between 30 and 40%, depending on the design of the nozzle shapes. H. the energy required for gas cleaning can be significantly reduced by this device while at the same time significantly reducing the energy consumption of the cleaning device.
In the drawing, the method according to the invention is explained, for example, using a system shown schematically.
1 shows the circuit diagram of the overall system, while FIGS. 2-5 show details thereof on an enlarged scale. Fig. 2 shows the gas machine injector with a water atomizing nozzle, Fig. 3 shows another embodiment of the water atomizing nozzle and Figs. 4 and 5 show the construction of the Venturi tube or its head.
As can be seen from Fig. 1, the exhaust gases from an industrial furnace or steam boiler 6 are first fed to a heat exchanger 4, where their sensible heat is generated
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is used by saturated steam that forms in the drum 11. This steam, which can also be overheated, is now used on the one hand (line 16) to drive the feed pump 12 through a turbine 13 and on the other hand (line 17) to atomize the water or extract the exhaust gases in the nozzles 3 or gas machine injectors 2. The Exhaust gases are intimately mixed with the atomized water and the steam and driven at a high speed of about 1000 m / sec through the gas machine injectors 2, which are designed as Venturi tubes. In the diffuser part 10 of the Venturi tubes 2, speeds of about 400 m / sec still prevail.
In order to reduce the wall friction resistance, slots 7 are provided in the diffuser part 10 for the suction of the boundary layer. These slots 7 are connected to the narrowest part of the Venturi tube at 8, where the highest speed occurs, and the suction is effected by the negative pressure prevailing there.
After flowing through the gas machine injectors 2, the humidified exhaust gases are blown through separator 1 before they exit cleaned at 14 into the open.
The precipitated impurities get into a clarifier 5 with the washing water.
The washing water purified therein can be fed back to the nozzles 3 by a pump 15.
18 denotes a condenser for the turbine exhaust steam and 19 denotes a condensate pump which supplies the condensed water to the feed pump 12 for reuse. In this way, only a small part of the water lost with the exhaust gas and sludge needs to be replaced. 20, 21 and 22 are electric motors for driving the pumps, which however can just as well be driven directly by the turbine 13.
The water atomizing nozzles 3 shown in FIGS. 2 and 3 also work according to the injector principle, the high-pressure propellant steam entering at 23 and the water at 24.
4 and 5, special structural embodiments of the gas machine injectors 2 are shown. According to these designs, the gas machine injector consists of a nozzle-shaped inlet head 28, to which the nozzle part SS, which consists of a flange 25 and the sheet metal jacket, is connected. The ring slots 7 for sucking off the boundary layers are located in the sheet metal jacket at different heights. The Dinusorteil SS is surrounded by an outer jacket 9, which encloses an annular space with the sheet metal jacket. The flange 25 of the diffuser part 10 is connected to the inlet head 28 by bolts 27 in such a way that an annular gap 8 is formed which connects the annular space 26 with the narrowest part of the nozzle for the purpose of sucking back.
A guide device 29 is detachably attached to the inlet head 28 and is used to detect the entire amount of gas when it is operated solely with water. It can remain away from the previous steam atomization of the water.
The method can be used to replace all types of induced draft fans, as well as for simultaneous gas cleaning (gas scrubbing), cooling of the exhaust gases and mixing of the exhaust gases with various liquids or vapors.
Caustic drying processes in the case of liquor incineration and liquor thickening processes appear to be particularly easy to carry out using this method. In this case, thin liquor would be injected instead of the washing liquid. The hot gases sucked through the apparatus would evaporate part of the water. Lye (with circulating operation) of various degrees of concentration would flow out of the device.
The method can also be used for gas desulphurization or for scrubbing SO2 and SO3 from exhaust gases, which is particularly advantageous for use in oil boilers where oils with a high sulfur content are to be burned.
These examples do not restrict the subject matter of the invention, but are only intended to show some forms of possible application.
PATENT CLAIMS:
1. A method for cleaning hot gases and vapors, characterized in that the energy necessary for conveying and cleaning treatment of the same is covered solely from the heat content of these gases, in that most of the heat is extracted from these gases in a heat exchanger and water vapor is generated, which in turn is used to convey the gas and a scrubbing liquid and to atomize the latter for the purpose of cleaning the gas.