DE2305710B2

DE2305710B2 - Venturi-Wäscher

Info

Publication number: DE2305710B2
Application number: DE19732305710
Authority: DE
Inventors: Jack David Brady; Lester Karl Legatski
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1972-05-30
Filing date: 1973-02-06
Publication date: 1978-09-14
Also published as: SE395614B; GB1386049A; FR2186283B1; DE2305710C3; DE7304408U; CA1007561A; DE2305710A1; JPS4927980A; FR2186283A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Venturi-Wäscher mit einem im Querschnitt rechtwinkligen Venturi-Kanal, der flache, in Strömungsrichtung bis zu einem minimalen Querschnitt konvergierende und dann divergierende Seitenwände sowie zueinander parallele Stirnwände aufweist und in dem axial-mittig ein Einsatzkörper angeordnet ist, der flache, in Strömungsrichtung bis zu einem maximalen Querschnitt divergierende und dann konvergierende Seitenwände aufweist, wobei der maximale Querschnitt des Einsatzkörpers stromabwärts des minimalen Querschnitts des Venturi-Kanals liegt.

Ein derartiger Venturi-Wäscher ist aus der US-PS 26 67 bekannt. Diese US-PS zeigt zwar einen Wäscher mit einem rechtwinkligen Venturi-Kanal, in dem Einsatzkörper angeordnet sind, jedoch befinden sich die Einsatzkörper in divergierenden und sodann wieder konvergierenden Bereichen größten Querschnitts zwischen einzelnen Venturi-Engstellen. Die divergierenden und anschließend wieder konvergierenden Wände der Einsatzkörper bilden mit den gegenüberliegenden Wänden des Venturi-Kanals spitze Winkel, so daß über die Länge der gesamten Venturi-Anordnung Kanäle mit ständig veränderten Querschnittsflächen gebildet werden.

Aus dem DE-GM 19 90347 ist zu entnehmen, daß Venturi-Wäscher mit Einsatzkörper in gewissen Fällen in gleicher Weise mit rechteckigem als auch mit rundem Querschnitt verwendet werden können. Im einzelnen

ίο wird jedoch eine Lösung vorgeschlagen, bei der im Venturi-Bereich der konvergierende Abschnitt unmittelbar in einen divergierenden Abschnitt übergeht, so daß sich auch hier in Strömungsrichtung ständig ändernde Querschnittsflächen ergeben.

Die DE-AS 12 74 560 zeigt einen Wäscher, bei dem in gewissen Grenzen parallele Wände von Diffusor und Einsatzkörper verwendet werden, jedoch sind diese Wände konisch ausgebildet, so daß sich die Querschnittsflächen der Kanäle auch bei paralleler Wandführung in Strömungsrichtung ändern. Entsprechendes gilt für den Wäscher der GB-PS12 27 499.

Zum Stand der Technik ist insgesamt festzustellen, daß es stets üblich gewesen ist, einen sich verengenden Konfusorbereich unmittelbar nach einer Venturi-Engstelle in einen sich erweiternden Diffusorbereich zu überführen. Dies gilt auch für alle bekanntgewordenen Lösungen mit einem Einsatzkörper.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Venturi-Wäscher zu schaffen, bei dem die Querschnittsfläche der Venturi-Engstelle über eine bestimmte, gegenüber bekannten Lösungen verlängerte Strecke in Strömungsrichtung unverändert beibehalten wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Venturi-Wäscher des Gattungsbegriffes die Breite des minimalen Querschnitts des Venturi-Kanals etwa gleich der Breite des maximalen Querschnitts des im Längsschnitt annähernd rautenförmigen Einsatzkörpers, und der Einsatzkörper ragt entgegen der Strömungsrichtung derart in den minimalen Querschnitt des Venturi-Kanals hinein, daß seine divergierenden Seitenwände mit den im gleichen Divergenzwinkel divergierenden Seitenwänden des Venturi-Kanals zwei Kanäle geringsten Querschnitts bilden, die sich im Bereich der konvergierenden Seitenwände des Einsatzkörpers diffusorartig erweitern.

Der Vorteil der Erfindung liegt in der Schaffung einer verhältnismäßig langen, in Strömungsrichtung verlaufenden Engstelle mit konstantem, minimalen Querschnitt. In dieser Engstelle, die durch die Kanäle beiderseits der divergierenden Seitenwände des Einsatzkörpers gebildet wird, werden zunächst die langsameren Flüssigkeitströpfchen auf die Geschwindigkeit des schnelleren Gases beschleunigt, so daß eine erste Relativbewegung zwischen beiden Medien stattfindet, und nach dem Verlassen der Engstelle im Diffusorbereich findet eine zweite Relativbewegung statt, da das Gas rasch verzögert wird, während die Flüssigkeitströpfchen aufgrund ihrer höheren Trägheit

to langsamer verzögert werden. Aufgrund dieser zweimaligen Relativbewegung zwischen Gas und Flüssigkeit wird ein intensiver Kontakt zwischen beiden Medien erreicht.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform

6) der Erfindung ist der Einsatzkörper axial in dem Venturi-Kanal verstellbar und mit zwei flachen Stirnwänden versehen, die gleitend durch die flachen Stirnwände des Venturi-Kanals geführt sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des gesamten Wäschers;

F i g. 2 ist eine entsprechende Draufsicht;

F i g. 3 ist eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht;

F i g. 4—7 sind Schnitte entsprechend den Angaoen in Fig. 3;

Fig.8 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung des Wäschers, bei der der Einsatzkörper in durchgezogenen Linien in seiner oberen und in strichpunktierten Linien in seiner unteren Endstellung gezeigt ist;

Fig.9—11 sind schematische Teildarstellungen zur Veranschaulichung der Erfindung;

F i g. 12 ist eine Skizze zur Darstellung der Konstruktionsabmessungen des erfindungsgemäßen Wäschers.

F i g. 1 und 2 veranschaulichen eine Ausführungsform eines Venturi-Wäschers für Rauchgase oder dergleichen. Der gesamte Wäscher ist mit 10 bezeichnet und umfaßt einen Venturi-Kanal 12 mit einem im wesentlichen rautenförmigen Einsatzkörper 14 in dem Kanal. Der Aufbau des Wäschers ist in F i g. 3 bis 8 im einzelnen gezeigt und soll später näher erläutert werden.

Gemäß F i g. 1 und 2 treten die zu reinigenden Gase in ein Rohr 16 ein, das mit dem Wäscher verschraubt ist. Perforierte Rohre 30 (F i g. 3 und 8) leiten Reinigungswasser ein. Das Gemisch aus Gas und Wassertröpfchen strömt durch ein Auslaßrohr 18 zu einem Zyktanabscheider 20, auf den es hier nicht im einzelnen ankommt. Ein Auslaßrohr 22 des Zyklonabscheiders tritt in ein Gebläse 24 ein, dessen Auslaßrohr mit 26 bezeichnet ist und üblicherweise in die Atmosphäre mündet.

Die Rohre 30 (F i g. 8) zum Einspritzen von Wasser sind mit einem Wasserzufuhrrohr 32 (F i g. 4) verbunden, das von einer Pumpe 36 ausgeht, die Wasser aus einem Sammeltank 38 entnimmt. Das im Zyklonabscheider 20 abgeschiedene Wasser wird in einem Zwischentank 40 (Fig. 1) aufgefangen, und der Schlamm aus Wasser und ausgewaschenen Teilchen wird mit Hilfe einer Pumpe 42 durch ein Rohr 44 direkt zurück zu dem Venturi-Kanal oder zu dem Sammeltank 38 gepumpt, in dem eine Reinigung des Wassers erfolgen kann.

Mit 46 ist ein Schaltkasten bezeichnet, der im Inneren nicht gezeigte Meß- und Steuereinrichtungen aufweist.

Gemäß F i g. 3 bis 8 weist der Venturi-Kanal 12 einen rechtwinkligen Querschnitt mit konvergierenden und divergierenden Seitenwänden auf, die sich an einer Engstelle mit kleinstem Querschnitt 60 treffen. Ein rechtwinkliger, rautenförmiger Einsatzkörper 14 mit in Strömungsrichtung divergierenden und sodann konvergierenden Seitenwänden ist axial verstellbar in dem Venturi-Kanal 12 angeordnet. Wie F i g. 6 zeigt, weist der Venturi-Kanal einen Einlaßbereich 50 mit konvergierenden Seitenwänden 52 und einen Auslaßbereich (Diffusorbereich) 54 mit divergierenden Seitenwänden 56 auf. Die flachen Stirnwände 58 des Venturi-Kanals sind mit den Seitenwänden 52,56 verschweißt.

Die erwähnten Rohre 30 ragen in den Venturi-Kanal unmittelbar oberhalb des Einlaßbereiches 50 hinein, wie Fig.3 und 8 zeigen. Zur Herstellung einer Verbindung mit dem Rohr 16 (Fig.3 und 7) divergieren die Stirnwände 58 bei 58a (F i g. 3).

Der Einsatzkörper 14, der insgesamt rautenförmig ausgebildet ist, ist im Querschnitt rechtwinklig und gleitend zwischen den Stirnwänden 58 angeordnet. Er weist auf der stromaufwärtigen Seite divergierende Seitenwände 62 auf, die durch eine spitze Kappe 63 verbunden sind, die die Seitenwände in ihren Ebenen fortsetzen. Stromabwärts schließen sich konvergierende Seitenwände 64 an, die durch eine Kappe 65 verschlossen sind. Die Seitenwände 64 müssen nicht bis zu einer gemeinsamen Verbindungslinie fortgesetzt sein, wie es bei den stromaufwärtigen Seitenwänden 62

ίο der Fall ist, da zu dem Zeitpunkt, in dem die Gase das untere Ende des Einsatzkörpers erreichen, eine ausreichende Diffusorwirkung bereits eingetreten ist.

Ferner weist der Einsatzkörper gegenüberliegende, ebene Stirnwände 66 auf.

Die divergierenden Seitenwände 62 und die konvergierenden Seitenwände 64 gehen in einem rechtwinkligen, mit 70 bezeichneten maximalen Querschnitt ineinander über. Die Stirnwände 66 gleiten an den Stirnwänden 58 des Venturi-Kanals, so daß im wesentlichen alles Gas zwischen den Seitenwänden des Venturi-Kanals und des Einsatzkörpers hindurchströmt. Wie am besten aus F i g. 6 und 12 hervorgeht, liegen die divergierenden Seitenwände 62 des Einsatzkörpers parallel zu den divergierenden Seitenwänden 56 des Venturi-Kanals und bilden auf diese Weise zwei auseinanderlaufende Kanäle 72, 72a mit konstantem Querschnitt über eine gewisse Länge in Strömungsrichtung. Aus anschließend näher erläuterten Gründen stimmt die Breite des maximalen Querschnitts 70 des Einsatzkörpers mit der Breite des minimalen Querschnitts 60 der Engstelle überein.

Der Einsatzkörper 14 ist in dem Venturi-Kanal 12 zwischen einer höchsten Stellung, die in Fig.9 strichpunktiert dargestellt ist, und einer tiefsten oder vollständig geöffneten Stellung, in der die Spitze der Kappe 63 in der Ebene des minimalen Querschnitts 60 liegt, axial einstellbar. Der zugehörige Einstellmechanismus umfaßt einen außen angebrachten pneumatischen oder hydraulischen Zylinder, der mit einer Hubstange verbunden ist, die in den Mittelbereich des Einsatzkörpers 14 durch einen Schlitz in einer der Stirnwände 18 des Venturi-Kanals eintritt. Einzelheiten sind in F i g. 3 bis 7 gezeigt. Der Einsatzkörper weist im Inneren obere und untere Platten 80, 81 und zwei Befestigungsplatten 82,83 für eine Hubstange 84 auf (F i g. 6), die durch einen Schlitz 66a in einer der Stirnwände 66 in den Einsatzkörper eintritt. Eine der Stirnwände 58 des Venturi-Kanals weist einen bereits erwähnten Schlitz 86 auf (Fig.4 und 5). Führungen 87, 88 sind gegen die Stirnwand 58 zur genauen Ausrichtung und Zentrierung des Einsatzkörpers geschraubt.

Die Hubstange 84 wird durch eine linear wirkende Kolben- und Zylindereinheit 90 betätigt (F i g. 7). Anschlüsse 91,92 dienen zur Einleitung von Druckfluid.

Eine Kolbenstange 94 der Kolben- und Zylindereinheit 90 ist über eine Klemmverbindung 96 mit der Hubstange 84 verbunden. Der Hubmechanismus befindet sich in einem Kasten 98, der an der Stirnwand 58 befestigt und durch einen Deckel 99 verschlossen ist.

Der Kasten 98 weist eine Führung 100 auf, die eine Fluiddichtung für das untere Ende der Kolbenstange 94 aufweist. Ein Schutzrohr 101 umgibt die Kolbenstange in ihrer unteren Stellung und verhindert eine Verletzung de: Bedienungspersonals. Die obere Stellung der Hubstange 84 ist in Fig.3 in durchgezogenen Linien und die untere Stellung strichpunktiert dargestellt.

Durch diesen Hubmechanismus wird der Einsatzkörper 14 genau axial geführt, so daß die Kanäle 72, 72a in

jeder Stellung geometrisch kongruent sind.

Wie bereits erwähnt wurde, weisen die Kanäle 72,72a über ihre gesamte Länge eine konstante Querschnittsfläche auf, und zwar auch dann, wenn der Einsatzkörper 14 in Axialrichtung verstellbar ist.

Wie aus Fig. 12 hervorgeht, weisen die divergierenden Seitenwände 62 des Einsatzkörpers, bezogen auf dessen Achse, den gleichen Divergenzwinkel E auf, wie die Seitenwände 56 des Diffusionsbereiches des Venturi-Kanals, so daß die Seitenwände in jeder Stellung des Einsatzwinkels parallel verlaufen. Von besonderer Bedeutung ist es, daß der maximale Querschnitt 70 des Einsatzkörpers gleich dem minimalen Querschnitt 60 des Venturi-Kanals 12 ist. Aus diesen Daten ergibt sich die in F i g. 9 gezeigte Beziehung. Die Länge des Kanals 72 entlang der Seitenwände ist in F i g. 9 mit g bezeichnet Die Breite des Kanals 72 senkrecht zu den Seitenwänden trägt die Bezeichnung f. Aufgrund der zuvor angegebenen Beziehung ist das Verhältnis von g zu /in allen Stellungen des Einsatzkörpers konstant. Bei allen Einstellungen, die zur Einstellung einer vorbestimmten Geschwindigkeit verwendet werden können, bleiben die Betriebsbedingungen somit konstant.

Fig. 10 zeigt einen Einsatzkörper, dessen maximaler Querschnitt 70 größer als der minimale Querschnitt 60 des Venturi-Kanals ist. In diesem Falle nähert sich das Verhältnis gzu /beim Anheben des Einsatzkörpers dem Wert oo, so daß unterschiedliche Betriebsbedingungen entstehen, wenn verschiedene Stellungen des Einsatzkörpers verwendet werden. Gemäß F i g. 11 ist der maximale Querschnitt 70 des Einsatzkörpers kleiner als der minimale Querschnitt 60 des Venturi-Kanals, so daß sich das Verhältnis g zu / beim Anheben des Einsatzkörpers dem Wert 0 nähen. Auch hier ergeben sich daher unterschiedliche Betriebsbedingungen. Daher ist es nur mit den erfindungsgemäßen Abmessungsverhältnissen der F i g. 9 möglich, ein konstantes Verhältnis von Kanallänge zu Kanalbreite zu erzielen.

In der schematischen Darstellung der F i g. 12 sind die Abmessungsverhältnisse des Venturi-Kanals und des Einsatzkörpers näher veranschaulicht. Der Einlaßbereich 50 weist eine Breite Vund eine Tiefe X auf. Diese Abmessungen müssen an das Rohr angepaßt sein, das mit dem Venturi-Kanal 12 verbunden ist. Die Tiefe des Venturi-Kanals im Bereich des minimalen Querschnitts 60 ist mit Z bezeichnet und entspricht der Tiefe X im Einlaßbereich, jedoch ist dies nicht für den gesamten Einlaßbereich 50 erforderlich. Die Breite w der Kanäle 72, 72a ist diejenige Breite, die sich bei vollständig geöffneter oder abgesenkter Stellung des Einsatzkörpers 14 ergibt, wobei die Spitze des Einsatzkörpers in der Ebene des minimalen Querschnitts 60 liegt. Beim Anheben des Einsatzkörpers nimmt die Breite vvab. Die Länge L der Kanäle 72, 72a wird in F i g. 12 entlang der Achse der Teile gemessen.

Eine wesentliche Überlegung bei der Gestaltung von Venturi-Wäschern ist die Reduzierung der Reibungsund Turbulenzverluste, die den Waschvorgang nicht fördern. Eine weitere wesentliche Überlegung besteht darin, daß bei einem Venturi-Kanal mit einstellbarem Einsatzkörper die erwähnten Verluste nicht vergrößert werden, wenn die Kanäle verkleinert werden. Im Bereich der normalen Betriebsbedingungen sind die Reibungsverluste in den Kanälen 72, 72a direkt proportional zu der dimensionslosen Zahl UDh, die durch Division der axialen Kanallänge L durch den »hydraulischen Durchmesser« Da entsteht. Der Wert D/, entspricht dem vierfachen des Kanalquerschnitts dividiert durch den befeuchteten Umfang des Kanals und bestimmt sich somit nach folgender Gleichung

D_h =

_4»vZ

iV+Ύζ

~ w + Z

Mit Zist die Tiefe und mit tv die Breite der Kanäle 72, 72a, senkrecht zur Längsachse gemessen, bezeichnet.
ίο Bezeichnet man das Verhältnis von Z/wmit a, so ist

Z = aw.

Die Länge L kann bei einem gegebenen Winkel fund einer gegebenen Breite w ausgedrückt werden als

^|D L = w ctg E = kw.

In dieser Beziehung ist /reine Konstante.
Wie bereits erwähnt wurde, sind die Reibungsverluste in den Kanälen 72, 72a direkt proportional dem Verhältnis LJDh. Dieser Quotient ergibt mit

D_h=2 ^m

und L = kw den Wert

a + 1

k{a + 1
la

Die Reibungsverluste hängen also von dem Wer a = Z/w ab. Dieser Wert a nimmt bei einen einstellbaren Einsatzkörper zu, wenn dieser nach ober geschoben wird.

Das kleinste, praktisch verwendbare Verhältnis von i ist bei quadratischen Querschnitten der Kanäle 72, 72; gegeben, wobei w = Z ist, so daß das Verhältnii

j, a = 1 :1 beträgt. Wenn das Verhältnis a kleiner als 1 :1 ist, treten Schwierigkeiten bei der Verteilung de: Wassers über die befeuchteten Oberflächen und bein optimalen Versprühen des Wassers auf. Bei eine: Erhöhung des Wertes a nehmen die Reibungsverluste ab, wie aus den obigen Formeln hervorgeht. Dahei sollte eine schmale, tiefe Form gewählt werden.

Praktische Überlegungen setzen jedoch dem Verhält nis a Grenzen, bei denen insbesondere auch di( Anschlußabmessungen am Eintritt des Einlaßbereiche:

50 eine Rolle spielen. Bei a = 1, d.h. quadratischer Kanälen 72, 72a ergibt sich ein sehr langgestreckte: Einlaß, d. h. ein sehr großer Wert yim Verhältnis zu A Bei a = 2 oder 4 verringern sich die Reibungsverlust* zunehmend, und die Einlaßabmessungen X, Y nähen sich einem Quadrat. Wird a weiter vergrößert, st ergeben sich wiederum ungünstige Anschlußbedingun gen. Der Wert a = 8 dürfte unter normalen Umständet als Höchstwert in Betracht kommen.

Wie bereits erwähnt wurde, zeigt Fig. 12 di< Bedingungen bei vollständig geöffnetem Einsatzkörper Das Verhältnis a vergrößert sich, wenn der Einsatzkör per angehoben wird. Dadurch werden zugleich di< Reibungsverluste verringert.

Anschließend sollen als Beispiel die wesentliche!

Mi Abmessungen und Meßwerte eines typischen, relativ kleinen Venturi-Wäschers wiedergegeben werden.

Luftdurchsatz: 99 mVmin maximal

Sprühflüssigkeitsdurchsatz: 67-4051/10Om³LUfI
h5 Druckabfall: zwischen etwa 25 um

178 cm Wassersäule, j( nach Stellung des Ein satzkörpers

Geschwindigkeit in den Kanälen 72, 72a:

Kanaltiefe Z: Kanalbreite w. Verhältnis a:

zwischen etwa 30 und

135 m/sec

23 cm

5 cm

4,5-1,0

Divergenzwinkel E: Gesamtdivergenzwinkel F (F ig. 12):
Länge der Kanäle 72, 72a:

14°

etwa 10,2 bis nach Stellung satzkörpers.

Hierzu S Bhill

Claims

Patentansprüche:

1. Venturi-Wäscher mit einem im Querschnitt rechtwinkligen Venturi-Kanal, der flache, in Strömungsrichtung bis zu einem minimalen Querschnitt konvergierende und dann divergierende Seitenwände sowie zueinander parallele Stirnwände aufweist und in dem axial-mittig ein Einsatzkörper angeordnet ist, der flache, in Strömungsrichtung bis zu einem maximalen Querschnitt divergierende und dann konvergierende Seitenwände aufweist, wobei der maximale Querschnitt des Einsatzkörper stromabwärts des minimalen Querschnitts des Venturi-Kanals liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des minimalen Querschnitts (60) des Venturi-Kanals (12) etwa gleich der Breite des maximalen Querschnitts (70) des im Längsschnitt annähernd rautenförmigen Einsatzkörpers (14) ist und daß der Einsatzkörper (14) entgegen der Strömungsrichtung derart in den minimalen Querschnitt des Venturi-Kanals (12) hineinragt, daß seine divergierenden Seitenwände (62) mit den im gleichen Divergenzwinkel divergierenden Seitenwänden (56) des Venturi-Kanals zwei Kanäle (72, 72a) geringsten Querschnitts bilden, die sich im Bereich der konvergierenden Seitenwände (64) des Einsatzkörpers (14) diffusorartig erweitern.

2. Venturi-Wäscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzkörper (14) axial in dem Venturi-Kanal (12) verstellbar ist und zwei flache Stirnwände (66) aufweist, die gleitend durch die flachen Stirnwände (58) des Venturi-Kanals (12) geführt sind.

3. Venturi-Wäscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Tiefe (Z) der Kanäle (72, 72a) zu ihrer Breite (w) im Bereich von etwa 8 bis 1 liegt, wenn der Einsatzkörper (14) mit der Schnittlinie seiner divergierenden Seitenwände (62) in dem minimalen Querschnitt (60) des Venturi-Kanals (12) liegt.

4. Venturi-Wäscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Tiefe (Z) zu Breite (w) bei etwa 4 bis 5 liegt.