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Die Erfindung betrifft ein Staubfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Staubhaltige Abgase treten in vielen Bereichen der Industrie, z. B. bei der Holzverarbeitung, in der Span- und Faserplattenindustrie, der Hüttenindustrie, bei Giessereien, der Baustoffindustrie oder bei der Metallerzeugung auf.
Zur Reinigung der staubbelasteten Abgase ist die Verwendung verschiedener Filter, wie Gewebefilter oder Elektrofilter, üblich. Die Gewebefilter bestehen üblicherweise aus Filterschläuchen mit einem geschlossenen Schlauchende, die meistens von aussen mit dem Rohgas beaufschlagt werden und bei welchen das Reingas am offenen Schlauchende entweicht. Die Filterschläuche bestehen aus einem geeigneten Gewebe, an dem die Verunreinigungen haften bleiben. Die Abreinigung derartiger Filterschläuche erfolgt durch Druckluftimpulse von kurzer Dauer. Während der Abreinigung wird die Gasströmung im Filtergewebe umgekehrt und der anhaftende Staubkuchen durch das Aufblähen des Schlauches und die daraus resultierende Beschleunigung sowie durch die Spülwirkung des Druckluftstromes abgereinigt.
In Abhängigkeit der Art der Verunreinigungen und der verwendeten Schlauchfilter kann die Abreinigung auch schonend mit Spülluft geringen Drucks, welche in das Innere der Filter eingeblasen wird, erfolgen. Die während der Abreinigung vom Filterschlauch weggeschleuderten Partikel gleiten zwischen den Filterschläuchen im Filtergehäuse nach unten und werden beispielsweise in einem Staubsammeltrichter gesammelt und über eine Austrageschnecke in einen Behälter zur Entsorgung bzw. Wiederverwertung transportiert.
Neben der Abreinigung von Schlauchfiltern durch Spülluft oder Druckluft ist auch eine Abreinigung durch eine Rüttelbewegung der Filterschläuche üblich.
Nachdem bei Gewebefiltern eine Vielzahl von Filterschläuchen vertikal nebeneinander angeordnet ist, werden die vom abgereinigten Schlauchfilter weggeschleuderten Staubpartikeln häufig vom benachbarten Filterschlauch wieder aufgenommen. Darüber hinaus kann vor allem Feinstaub in der Abreinigungsphase nicht weit genug vom Filterschlauch weggeschleudert werden und lagert sich daher sofort wieder am Gewebe an. Dies wird dadurch verstärkt, dass der Übergang von der Abreinigungsphase zur Filtrierphase äusserst schnell passiert. Dadurch gelangt der von den Filterschläuchen abgeschleuderte Staub nicht direkt, sondern nur über Umwege nach unten, beispielsweise in den Staubsammeltrichter. Daraus ergibt sich ein relativ hoher Widerstand des Gewebefilters, der durch eine geringe Filterflächenbelastung ausgeglichen werden muss.
Neben den Gewebefiltern sind auch Elektrofilter zur Abscheidung von Partikeln aus Abgasen üblich. Mit Elektrofiltern können neben Feststoffen auch organische Stoffe und Geruchsstoffe mit guter Wirkung abgeschieden werden. Im Elektrofilter werden die Staubpartikeln durch mit negativer Gleichspannung beaufschlagte Sprühelektroden zum überwiegenden Anteil negativ ionisiert. Die negativ geladenen Staubteilchen wandern an die positiv geladenen oder geerdeten Niederschlagselektroden und lagern sich dort im Laufe der Zeit in Form einer Staubschicht ab.
Sowohl die Sprühelektroden, an welchen sich ebenfalls Staubschichten bilden, als auch die Niederschlagselektroden werden periodisch, beispielsweise durch Klopfen, abgereinigt und der abfallende Staub, ebenso wie bei den Gewebefiltern, beispielsweise in einem Staubsammeltrichter gesammelt und in Behältern der weiteren Entsorgung oder Wiederverwertung zugeführt Bei Nass-Elektrofiltern erfolgt die Abreinigung durch Flüssigkeiten, welche uber ober dem Filter angeordnete Einspritzdüsen auf die Elektroden gerichtet werden und somit die Verunreinigungen mit der Waschflüssigkeit abführen. Bei Elektrofiltern erfolgt die Abreinigung im Gegensatz zu Gewebefiltern rascher, da das
Problem der Anlagerung der Staubpartikeln nach der Abreinigung der Schlauchfilter hier nicht vorliegt. Demgegenüber haben Gewebefilter einen höheren Abscheidegrad.
Es sind Filter bekannt, welche die Vorteile von Elektrofiltern mit dem hohen Abscheidegrad von Gewebefiltern kombinieren. Derartige Kombinationen von Schlauchfiltern aus Gewebe und Elektrofiltern werden Hybridfilter genannt. Beispielsweise werden dabei die Hochspannungselektroden eines Elektrofilters zwischen den Schlauchfiltern angeordnet. Allerdings konnte dadurch das Prob- lem des Wiederanlagerns der Stäube an den Schlauchfiltern nach der Abreinigungsphase nicht in zufriedenstellendem Masse behoben werden.
Zur Verbesserung wird in der US 5 938 818 A ein Hybridfilter vorgeschlagen, welches eine Vielzahl von Schlauchfiltern in einem Filtergehäuse angeordnet und darüber hinaus zwischen einzelnen Filterschlauchreihen geerdete Elektroden in Plattenform sowie Hochspannungselektroden zwischen den Filterschlauchreihen angeordnet, aufweist, so dass an jeder Seite jeder Schlauchrei- he ein elektrostatisches Feld aufgebaut wird. Staubpartikeln, die durch diese Zone gelangen,
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werden an der geerdeten flächenförmigen Elektrode angesammelt. Danach strömt das vorgereinigte Gas durch das Gewebe der Filterschläuche in das Innere, wo es zum Reingasauslass weitergeführt wird.
Durch das elektrostatische Feld und die entsprechenden Abstände zwischen Filterschlauch, Hochspannungselektrode und Niederschlagselektrode werden die meisten Partikel an der Niederschlagselektrode angelagert. Nur ein geringer Anteil der Verunreinigungen wird an der Aussenseite der Filterschläuche abgelagert. Durch den somit langsamer anwachsenden Filterkuchen am Gewebefilter können die Abreinigungsintervalle länger gewählt werden. Bei der Abreinigung der Filterschläuche werden die Partikel in die Zone zwischen der Hochspannungselektrode und der Niederschlagselektrode abgeschleudert und somit zur Niederschlagselektrode transportiert und grösstenteils nicht wieder von der Aussenseite des Gewebefilters angezogen.
Zur Verbesserung der Abreinigung der Schlauchfilter wird darüber hinaus ein zweistufiger Abreinigungs-Druckluftimpuls eingesetzt, bestehend aus einem ersten kurzen Druckluftimpuls hohen Drucks und einem darauffolgenden zweiten längeren Druckluftimpuls mit niedrigerem Druck. Die Niederschlagselektroden werden durch Umkehrung der Richtung des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden bewerkstelligt. Darüber hinaus kann die Abreinigung der Niederschlagselektrode durch Rütteln oder Klopfen verbessert werden. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist auch, dass im Bereich zwischen den Sprühelektroden und den Filterschläuchen keine Rohgasströmung vorgesehen ist und durch Leitbleche im Einströmbereich abgedeckt wird.
Der Grund dafür ist, dass zwischen den Sprühelektroden und den Filterschläuchen kein elektrisches Feld vorherrscht und Staubteilchen aus diesem Bereich ohne elektrische Ladung auf die Filterschläuche gelangen würden. Der genannte Bereich ist somit für die Staubabscheidung nicht wirksam.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Filterwirkung weiter zu verbessern, indem der Staubabscheidegrad erhöht wird. Die Nachteile bekannter Systeme sollen vermieden oder zumindest reduziert werden.
Gelöst wird die erfindungsgemässe Aufgabe dadurch, dass vom Filterschlauch gesehen, die zumindest eine Sprühelektrode hinter der zumindest einen Niederschlagselektrode angeordnet ist. Der Begriff "hinter" bedeutet dabei, dass die Sprühelektrode einen grösseren Abstand vom Filterschlauch als die Niederschlagselektrode vom Filterschlauch aufweist. Die Elektroden müssen dabei nicht fluchtend angeordnet, sondern können auch gegeneinander versetzt sein. Die im elektrischen Feld zwischen den Sprühelektroden und Niederschlagselektroden ionisierten Staubteilchen wandern zur Niederschlagsfläche und lagern sich dort zum grossen Teil ab.
Jene Staubteilchen, die sich nicht an den Niederschlagselektroden anlagern, gelangen zu den Filterschläuchen und bilden auf der Gewebeoberfläche einen Staubkuchen Die am Filterschlauch abgelagerten Staubteilchen sind jedoch ionisiert, wodurch bei der Abreinigung der Filterschläuche durch Druckluftimpulse die Anlagerung an den geerdeten Niederschlagselektroden unterstützt wird. Es wird dadurch vermieden, dass vor allem die Feinstaubteilchen sofort nach Ende des Abreinigungsimpulses wieder zurück an die Filteroberfläche gelangen und dadurch den Filterwiderstand erhöhen.
Dadurch sind wesentlich höhere Filterbelastungen möglich, bei gleichzeitig hohem Staubabscheidegrad. Dies wirkt sich vor allem bei teuren Filtermedien positiv aus, da das Gewebefilter wesentlich kleiner gehalten werden kann. Im Gegensatz zu bekannten Staubfiltern dieser Art ist der für die Staubabscheidung wirksame Bereich des erfindungsgemässen Staubfilters grösser, wodurch der Staubabscheidegrad erhöht werden kann bzw. bei gleicher Staubabscheidung das Filter kleiner aufgebaut werden kann.
Vorteilhafterweise sind der zumindest eine Filterschlauch sowie ein allfälliger im Filterschlauch angeordneter Stützkorb elektrisch isoliert, so dass die an dem Filterschlauchgewebe anhafteten, elektrisch geladenen Staubpartikeln nicht ihre Ladung verlieren. Die Ladung der Staubpartikeln unterstützt bei der Abreinigung der Filterschläuche die Bewegung derselben in Richtung geerdeter
Niederschlagselektrode.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Niederschlagselektrode rohrförmig ausgebildet ist. Dadurch wird die Oberfläche der Niederschlagselektrode gegenüber bekannten Konstruktionen wesentlich vergrössert, wodurch die Frequenz der Abreinigung der Niederschlagselektrode reduziert werden kann und eine geringere Staubbelastung der Filterschläuche folgt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere rohrförmige Niederschlagselektroden in einer Reihe nebeneinander und voneinander beabstandet angeordnet
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sind. Dadurch wird die Niederschlagsfläche weiter vergrössert. Ein ausreichender Abstand zwischen den Niederschlagselektroden gewährleistet eine ausreichende Strömung des Gases im Filter.
Vorteilhafterweise bilden jeweils mehrere Filterschläuche zumindest eine Filterschlauchreihe.
Dadurch wird die Filteroberfläche und somit die Abscheideleistung des Filters erhöht.
Wenn zumindest an einer Seite jeder Filterschlauchreihe ein Elektrofilter entsprechend der Erfindung angeordnet ist, wird erreicht, dass die zu reinigenden Gase immer die durch das Elektrofilter gebildete lonisationszone durchlaufen müssen, bevor sie die Filterschläuche erreichen.
Vorteilhafterweise ist zwischen zwei Filterschlauchreihen zumindest eine Sprühelektrode und zwischen der zumindest einen Sprühelektrode und jeder Filterschlauchreihe zumindest eine Niederschlagselektrode angeordnet. Dadurch wird die Abreinigung von schadstoffbelasteten Gasen wesentlich erhöht.
Wenn an der aussen liegenden Seite zumindest einer äussersten Filterschlauchreihe zumindest eine Niederschlagselektrode angeordnet ist, kann der für die Staubabscheidung wirksame Bereich des Filters weiter vergrössert werden, wodurch die Filterwirkung weiter erhöht wird. Vorteilhafterweise ist natürlich an den aussen liegenden Seiten bei alleräussersten Filterschlauchreihen zumindest eine Niederschlagselektrode angeordnet. Somit liegt die Filterschlauchreihe zwischen dieser oder diesen aussen liegenden Niederschlagselektroden und der nächstliegenden Sprühelektrode innerhalb einer lonisationszone, wodurch die negativ geladenen Partikel bei der Abreinigung der Filterschläuche sich grösstenteils an den Niederschlagselektroden ablagern.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Niederschlagselektrode elektrisch geerdet ist und die zumindest eine Sprühelektrode auf negativem Gleichspannungspotential liegt.
Vorteilhafterweise ist der zumindest eine Filterschlauch und bzw. oder die zumindest eine Niederschlagselektrode im Wesentlichen vertikal angeordnet. Dadurch wird die Abreinigung unterstützt.
Vorteilshafterweise wird das staubhaltige Gas im Wesentlichen in Richtung der Filterschlauchreihen eingeströmt. Dabei ist es jedoch zweckmässig und vorteilhaft, vor dem äussersten Filterschlauch jeder Filterschlauchreihe in Einströmrichtung des staubhaltigen Gases ein im Wesentlichen vertikales Leitblech anzuordnen. Dieses Leitblech deckt die Filterschläuche und die sie umgebenden Niederschlagselektroden ab, so dass die staubbehafteten Gase sofort in die zwischen den Sprühelektroden und den Niederschlagselektroden aufgebaute lonisationszone gezwungen wird und nach Durchschreiten der lonisationszone die ionisierten Staubpartikel, weiche sich nicht an den Niederschlagselektroden ablagern, zu den Filterschläuchen weiterbewegen. Die Anzahl und Gestaltung der Leitbleche kann entsprechend den gewünschten Strömungsverhältnissen beliebig erfolgen.
Die vorliegende Erfindung wird an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen : Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil eines Staubfilters gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während der Filtrierphase, Fig.2 eine Draufsicht auf den Teil des Filters gemäss Fig.1während der Abreinigungsphase, Fig.3 ein mehrstufiges Staubfilter gemäss der vorliegenden Erfindung in Draufsicht, und Fig.4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Staubfil- ters gemäss Fig.3.
In Fig. 1 ist eine aus drei Filterschläuchen 1 bestehende Filterschlauchreihe 6 dargestellt. Neben der Filterschlauchreihe 6 ist ein Elektrofilter bzw. eine Elektrofiltergasse 3 bestehend aus den Sprühelektroden 2 und Niederschlagselektroden 4 angeordnet. Vorteilhafterweise sind auch an der anderen Seite der Sprühelektroden 2 und auch an der anderen Seite der Filterschlauchreihe 6 Niederschlagselektroden 4 angeordnet Die Filterschläuche 1 sowie allfällige darin angeordnete Stützkörbe 7 sind vorzugsweise elektrisch isoliert. Die Niederschlagselektroden 4 bestehen vorzugsweise aus vertikal angeordneten und voneinander beabstandeten Rohren, welche elektrisch geerdet sind.
Die Sprühelektroden 2 befinden sich auf negativem Gleichspannungsniveau, wodurch zwischen diesen und den Niederschlagselektroden 4 ein elektrisches Feld aufgebaut wird, in dem die Staubteilchen 5 ionisiert werden. Die elektrische Ladung der jeweiligen Bauteile des
Staubfilters ist durch die Zeichen "+" und "-" gekennzeichnet. Das staubhaltige Gas wird vorzugsweise in Richtung der Filterschlauchreihe 6 in das Staubfilter eingeströmt. Die Anströmrichtung ist durch die Pfeile X gekennzeichnet.
Durch ein vor der Filterschlauchreihe im Wesentlichen vertikal
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angeordnetes Leitblech 8, welches eine horizontale Ausdehnung über die beidseitig der Filterschlauchreihe 6 angeordneten Niederschlagselektroden 4 aufweist, wird das Rohgas in die zwischen den Sprühelektroden 2 und den Niederschlagselektroden 4 befindliche lonisationszone gezwungen, wo die Staubpartikel negativ geladen werden. Die meisten der ionisierten Staubteilchen 5 lagern sich an der Oberfläche der Niederschlagselektroden 4 ab. Nur ein geringer Anteil gelangt zwischen den Niederschlagselektroden 4 hindurch und wird durch die Gasströmung zu den Filterschläuchen 1 geleitet, wo diese an der Aussenseite der Filterschläuche 1 abgelagert werden.
Das elektrische Feld zwischen den Sprühelektroden 2 und den Niederschlagselektroden 4 bewirkt eine Bewegung der Staubpartikeln 5 in Richtung der Pfeile A. Üblicherweise befinden sich einem Staubfilter mehrere Filterschlauchreihen, welche parallel zueinander angeordnet sind. In diesem Fall wird zwischen zwei Filterschlauchreihen 6 jeweils eine Elektrofiltergasse 3 angeordnet, welche aus jeweils einer Sprühelektrode 2 und beidseitig angeordneten Niederschlagselektroden 4 besteht.
Während der Abreinigung der Filterschläuche 1 entsprechend Fig.2 werden in das offene Ende der Filterschläuche 1 Druckluftimpulse abgegeben, wodurch sich die Filterschläuche 1 aufblähen und die daran anhaftenden Staubpartikel 5 in Richtung der Pfeile B bewegt werden. Da die Staubpartikel 5 ionisiert sind und die Filterschläuche 1 sowie die allfälligen Stützkörbe 7 elektrisch isoliert sind, werden die Staubpartikeln von den die Filterschlauchreihen 6 umgebenden Niederschlagselektroden angezogen und bleiben an diesen haften. Durch die elektrische Isolation der Filterschläuche 1 und der allfälligen Stützkörbe 7 kann es auch zu keinen Überschlägen von den Sprühelektroden 2 zu den Drähten der Stützkörbe 7 kommen, wodurch das Gewebe der Filterschläuche 1 beschädigt werden könnte.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung von Niederschlagselektroden 4 zwischen den Sprühelektroden 2 und den Filterschläuchen 1 kann der Abstand zwischen den Sprühelektroden 2 und den Filterschläuchen 1 wesentlich geringer ausfallen als bei bekannten Anordnungen, wo zwischen den Sprühelektroden und den Filterschläuchen keine Niederschlagselektrode angeordnet ist. In diesem Fall muss der Abstand der Sprühelektroden 2 zu den Filterschläuchen 1 wesentlich grösser sein als der Abstand der Sprühelektroden 2 zu den Niederschlagselektroden 4, da es sonst bei zu geringen Abständen zu Überschlägen von den Sprühelektroden 2 zu den Drähten der Stützkörbe 7 der Filterschläuche 1 kommen würde, wodurch das Gewebe der Filterschläuche 1 durchlöchert würde.
Dadurch, dass die Filterschläuche 1 zu einem geringeren Grad mit Staubpartikeln 5 behaftet werden, müssen diese nur in grösseren Zeitintervallen abgereinigt werden. Die Abreinigung der Niederschlagselektroden 4 erfolgt vorzugsweise durch Abklopfen und kann auf Grund der gegenüber einer plattenförmig ausgebildeten Elektrode vergrösserten Oberfläche auch seltener erfolgen. Gegenüber herkömmlichen Hybridfiltern weist die vorliegende erfindungsgemässe Filteranordnung den Vorteil auf, dass eine wesentlich höhere Filterbelastung bei gleichzeitig hohem Staubabscheidegrad möglich ist. Der Abscheidegrad der Elektrofiltergasse 3 kann wesentlich verbessert werden, da die Strömungsgeschwindigkeit im Elektrofilter niedriger ist.
Gegenüber dem Stand der Technik weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass bei Abreinigung der Schlauchfilter der Feinstaub nicht wieder die lonisationszone durchlaufen muss, um zu den Niederschlagsflächen zu gelangen, sondern direkt vom Filterschlauch an die Niederschlagselektroden gelangt.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Draufsicht und eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäss aufgebauten mehrstufigen Staubfilters, bei dem zwei Filterschlauchreihen 6 dargestellt sind, wobei sich die links dargestellte Filterschlauchreihe 6 in der Filtrierphase und die rechte Filterschlauchreihe 6 in der Abreinigungsphase befindet. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, befinden sich oberhalb der Filterschläuche die Düsen zur Abgabe der Druckluftimpulse zur Abreinigung der Filterschläuche 1. Die Druckluft wird über entsprechende Druckluftleitungen 10, von welchen nur ein Teil dargestellt ist, zugeführt. Während der Abreinigung, wie im rechten Teil der Abbildungen veranschaulicht, wird über die Düsen 9 ein Druckluftimpuls abgegeben, der in den mit einem Stützkorb 7 ausgestatteten Filterschlauch 1 eingeblasen wird.
Dadurch wird der unten geschlossene Filterschlauch 1 aufgebläht und die daran befindlichen Staubpartikel 5 werden gegen die Niederschlagselektroden 4 in Richtung der Pfeile B bewegt. Während der Filtrierphase, wie im linken Teil des Bildes dargestellt, strömt das gereinigte Gas entsprechend der Pfeile Y durch das offene Ende der Filterschläuche in den Reingasraum des Filters. Der Abstand zwischen zwei Filterschlauchreihen 6 kann bei der vorliegenden Anordnung kleiner gewählt werden, da ein grösserer
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iereich des Filters für die Staubabscheidung wirksam ist.
Die Anordnung der erfindungsgemäss aufgebauten Elektrofilter zwischen den Filterschlauchreilen kann, je nach Anzahl der Filterstufen und Grösse der Reinigungsanlage, beliebig oft wiederholt werden.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Staubfilter mit zumindest einem, an seinem unteren Ende geschlossenen Filterschlauch (1), weicher von aussen mit den staubhaltigen Gasen beaufschlagt wird, und mit zumindest einem Elektrofilter (3) mit zumindest einer Niederschlagselektrode (4) und zumindest einer
Sprühelektrode (2), welche gegenüber der zumindest einen Niederschlagselektrode (4) auf negativem Potential liegt, dadurch gekennzeichnet, dass vom Filterschlauch (1) gesehen, die zumindest eine Sprühelektrode (2) hinter der zumindest einen Niederschlagselektrode (4) angeordnet ist.