AT409347B

AT409347B - Elektrostatischer staubabscheider

Info

Publication number: AT409347B
Application number: AT0099000A
Authority: AT
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2002-07-25
Also published as: CA2411777A1; CN1444510A; EP1286779B1; CN100342976C; US7022166B2; NO20025721D0; KR20030007879A; BR0111523A; ATE435071T1; AU2001266026A1; ATA9902000A; WO2001094023A1; DE50114960D1; EP1286779A1; US20030159585A1; NO20025721L; BR0111523B1; KR100735174B1

Description


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   Die Erfindung betnfft einen elektrostatischen Staubabscheider für horizontalen Gasdurchgang, mit einem zu einer zentralen Gehäuseachse im wesentlichen rotationssymmetrischen Gehäuse mit konusförmigem Eingangsstutzen und mit zumindest zwei in dem Eingangsstutzen angeordneten Gasverteilungslochblechen, welche im wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse angeordnet sind. 



   Solche Elektrofilter sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen üblicherweise vertikal angeordnete plattenförmige Niederschlagselektroden auf, die in   äquidistanten   Abständen parallel zur Hauptachse des Gehäuses angeordnet sind und sich im wesentlichen über die gesamte jeweils verfügbare Höhe erstrecken. Zwischen den Niederschlagselektroden sind in Rahmen gespannte Sprühelektroden vorgesehen. Zusätzlich können, um abgeschiedenen Staub von der Gehäusein- nenwand zu entfernen, Kratzeinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise um die Gehauseachse über den unteren, mit Staubaustragsöffnungen versehenen Bereich der Gehäusewandung schwenkbare Kratzeinrichtungen. 



   Ein derartiger Staubabscheider ist aus der EP 0 252 371 A1 bekannt. Dieser Staubabscheider weist einen Eingangs- und Ausgangsstutzen auf, die jeweils von 3 unterschiedlichen konischen Abschnitten gebildet werden, wobei die konischen Abschnitte in bestimmten Grössen- und Höhen- verhältnissen zum Gehäusedurchmesser des Staubabscheiders stehen. In dem mittleren koni- schen Abschnitt sind drei Gasverteilungslochbleche angeordnet. 



   Staubabscheider dieser Bauart werden zur trockenen Entstaubung industrieller Nutz- und Ab- gase eingesetzt, insbesondere wenn es sich um dauernd oder zeitweise explosive Gasgemische handelt. So werden beispielsweise Gichtgase aus Hochöfen, die mit einem Überdruck von 1,5 bis 2,5 bar arbeiten, auf diese Weise entstaubt, um sie ohne Explosionsgefahr zur Energierückgewin- nung in Turbinen auf 40 bis 80 mbar entspannen zu können, wobei zuvor der Staubgehalt auf 5 bis 20 mg/m3 reduziert werden muss. Im Hinblick auf ein möglichst hohes ausnutzbares Druckgefälle, kommen hierfür nur Elektrofilter mit einem Druckverlust von 1 bis 2 mbar in Betracht, denn in der Abscheideleistung gleichwertige Hochleistungswäscher weisen einen Druckverlust von 200 bis 400 mbar auf. 



   Ein weiteres Anwendungsgebiet für derartige Staubabscheider sind Kohlemahlanlagen, deren Abgase wegen des Kohlestaubgehalts in bestimmten Grenzen explosiv sind. Unkontrollierte Ände- rungen der Gaszusammensetzung durch Aufwirbelung von Kohlestaubablagerungen oder durch Einbruch von Falschluft, müssen hier auf jeden Fall vermieden werden. 



   Besonders kritisch ist auch die Entstaubung von Abgasen aus Stahlkonvertern, weil der Staub- abscheider wegen der diskontinuierlichen Betriebsweise abwechselnd von brennbaren Gasen und von lediglich nur leicht mit Staub und Gasen vermischter Umgebungsluft durchströmt wird. Die brennbaren Gase werden nach der Entstaubung in Behältern gesammelt oder in Gasversorgungs- systeme eingespeist, während die intermittierend ausserhalb der eigentlichen Blasphasen des Konverters anfallenden Gase nach der Entstaubung über einen Kamin in die Atmosphäre abgege- ben werden. Dazu dient eine Umschaltvorrichtung stromab vom Staubabscheider, die zeitlich bzw. in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung gesteuert wird.

   Von dieser Umschalteinrichtung, vom Konverter und auch durch Verpuffungen stromauf vom Staubabscheider, können Druckstösse im Gasstrom initiert werden, durch die Staubansammlungen im Staubabscheider oder im stromauf gelegenen Kanalsystem abgelöst und in dem Gasstrom verwirbelt werden können. Solche "Staub- stösse" beeinträchtigen einerseits die Abscheideleistung des Staubabscheiders und sind anderer- seits mit einer erhöhten Verpuffungsgefahr verbunden. 



   Aufgrund der heutigen immer strengeren Umweltgesetzgebung ist es allerdings nicht mehr ausreichend, Staubabscheider einzusetzen, bei denen lediglich die Gefahr von Staubstössen und Verpuffungen minimiert ist. Mit einschlägigen, aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der EP 0 252 371 A1 bekannten Elektrofiltern ist es kaum mehr möglich, die heutigen gesetzlichen Auflagen bezüglich des Staubgehaltes des Reingases zu erfüllen. Ein weiterer Nachteil des aus der EP 0 252 371 A1 bekannten Elektrofilters besteht darin, dass die drei konischen Abschnitte des Ein- und Ausgangsstzutzens technisch schwierig und aufwändig zu realisieren sind. 



   Es ist daher die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, einen elektrostatischen Staubab- scheider vorzuschlagen, welcher eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Abscheide- effizienz aufweist und kostengünstiger herzustellen ist, wobei aber die aus dem Stand der Technik bekannte geringe Neigung zu Verpuffungen aufrechterhalten bleiben soll. 

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   Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäss durch die Kombination der folgenden Merkmale ge- löst: dass der elektrostatische Staubabscheider mit einem sich in einem einzigen konischen Ab- schnitt bis auf 80 bis 95 % des Gehäusedurchmessers erweiternden Eingangsstutzen versehen ist, wobei die verbleibende Erweiterung von 5 bis 20 % des Gehäusedurchmessers in Form einer Stufe ausgeführt ist, welche im wesentlichen senkrecht und radialsymmetrisch zur Gehäuseachse ausgeführt ist. 



   Überraschenderweise gelingt es durch diese Merkmalskombination, dass der Elektrofilter auch weiterhin nicht zu Verpuffungen neigt, dass aber die Abscheideeffizienz gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Staubabscheider erhöht ist. Die Erhöhung der Abscheideeffizienz beruht dabei auf einem über den Querschnitt des Staubabscheiders weitgehend vergleichmässigten Gasgeschwindigkeitsprofil, wodurch die Verweilzeitverteilung ebenfalls vergleichmässigt ist. Wäh- rend diese Faktoren den laufenden Betrieb des Elektrofilters beeinflussen, ist aufgrund des einfa- chen Aufbaus des erfindungsgemässen Staubabscheiders mit nur einem einzigen Konus und einer Stufe eine einfachere und kostengünstigere Herstellung möglich. Es ist weiterhin auch möglich, bestehende Staubabscheider rasch und wenig kostenintensiv in erfindungsgemässe Staubabschei- der umzurüsten. 



   Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform, welche zur weiteren Optimierung der Gasge- schwindigkeitsverteilung beiträgt, ist zwischen dem konischen Abschnitt und der stufenförmigen Erweiterung ein zylindrischer Abschnitt vorgesehen, wobei die Höhe (h1) des zylindrischen Ab- schnittes 5 bis 15 %, bevorzugterweise etwa 10 % des Gehäusedurchmessers D beträgt. 



   Um eine optimale Gasverteilung zu gewährleisten, ist es zweckmässig, dass die Höhe h2 des konischen Abschnittes in einem bestimmten Grössenverhältnis zum Gehäusedurchmesser steht. 



  Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Höhe h2 des konischen Abschnittes von 20 bis 40 % des Gehäusedurchmessers erwiesen. 



   Es hat sich weiters als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest drei, bevorzugterweise genau drei Gasverteilungslochbleche in dem konischen Abschnitt des Eingangsstutzens vorgesehen sind, wobei die Gasdurchlässigkeit der Gasverteilungslochbleche in Gasströmungsrichtung von 51 - 47 % auf 48 - 44 % und dann auf 45 - 41 % abnehmend ausgeführt ist. 



   Zusätzlich gehorchen die Postionen x1 bis x3 der Gasverteilungslochbleche der nachstehenden Beziehung, wobei x1 bis x3 entlang der Gehäuseachse gemessen wird, und zwar von der Quer- schnittsebene des stufenförmigen Rücksprungs also vom Übergang Stufe/Konus bzw. Stufe/zylind- rischer Abschnitt, entgegen der Gasströmungsrichtung: X1.2.3=   1,2,3   x h2   +   h1 wobei 8,-0,18 bis 0,28   2   = 0,45 bis 0,60   3   = 0,76 bis 0,92 bedeutet. 



   Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform schliesst gasausgangsseitig des Gehäu- ses eine stufenförmige Verjüngung auf 80 bis 95 % des Gehäusedurchmessers an, welche Verjün- gung im wesentlichen senkrecht und radialsymmetrisch zur Gehäuseachse ausgeführt ist. 



   Es ist weiters zweckmässig, wenn an die stufenförmige Verjüngung ein sich in einem einzigen Abschnitt konisch verjüngender Abschnitt anschliesst, mit zumindest einem in dem konischen Abschnitt angeordneten Gasverteilungslochblech, welche im wesentlichen senkrecht zur Gehäu- seachse angeordnet sind und wobei die Höhe (h4) des konischen Abschnitts 20 bis 40 % des Gehäusedurchmessers D beträgt. 



   Konischer Abschnitt und stufenförmige Verjüngung bilden dabei zusammen einen Ausgangs- stutzen des erfindungsgemässen Staubabscheiders. 



   Vorteilhaft ist dabei zwischen stufenförmiger Verjüngung und sich konisch verjüngendem Ab- schnitt ein zylindrischer Abschnitt angeordnet ist, wobei die Höhe (h3) des zylindrischen Ab- schnittes 5 bis 15 % des Gehäusedurchmessers D beträgt. 

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   Bevorzugterweise sind drei Gasverteilungslochbleche im konischen Abschnitt des Ausgangs- stutzens vorgesehen, wobei die Gasdurchlässigkeit der Gasverteilungslochbleche in Gasstro- mungsnchtung von 41 - 45 % auf 44 - 48 % und dann auf 47 - 51 % zu nehmend ausgeführt ist 
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Staubabscheiders sind Ein- gangs- und Ausgangsstutzen gleich, aber spiegelverkehrt symmetrisch ausgeführt. 



   Besonders bevorzugt sind dabei für Ein- und Ausgangsstutzen jeweils der zwischen konischem Abschnitt und sprungformiger Erweiterung angeordnete zylindrische Abschnitt und jeweils drei im jeweiligen konischen Teil angeordnete Gasverteilungslochbleche. 



   Die Tatsache an sich, Ein- und Ausgangsstutzen gleichartig und spiegelverkehrt auszuführen ist zwar aus dem Stand der Technik bekannt, nicht aber die erfindungsgemässe Kombination von Konus, sprungförmiger Erweiterung und Gasverteilungslochblechen. 



   Während bisher die Abscheideleistung eines Elektrofilters auf der letzten Wegstrecke vor dem Ausgangsstutzen stark abnimmt, gelingt durch die erfindungsgemässe Ausführung des Ausgangs- stutzens auch in diesem Bereich eine über den Querschnitt vergleichmässigte Gasgeschwindig- keitsverteilung und damit eine über die gesamte Länge des Staubabscheiders konstante Abschei- deleistung. 



   Nachfolgend wird der erfindungsgemässe Staubabscheider anhand der in den Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. 



   Fig. 1: Eingangsstutzen mit Gasverteilungslochblechen 
Fig. 2: erfindungsgemässer Staubabscheider 
In Fig. 1 ist schematisch ein Eingangsstutzen 1 für einen erfindungsgemässen Staubabscheider mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 2 und einer zentralen Gehäuseachse 3 darge- stellt. Der Eingangsstutzen 1 erweitert sich in einem einzigen konischen Abschnitt 10 auf etwa 90 % des Durchmessers D des Gehäuses 2 des Staubabscheiders und die Höhe h2 des konischen Abschnittes 10 beträgt etwa 35 % des Gehäusedurchmessers D. An den konischen Abschnitt 10 schliesst ein zylindrischer Abschnitt 4 an, dessen Höhe h1 etwa 5 % des Gehäusedurchmessers D beträgt. Die restlichen 10 % der Durchmessererweiterung auf den Gehäusedurchmesser D sind in Form eines stufenförmigen, radialsymmetrischen Rücksprungs 5 ausgebildet.

   In dem konischen Abschnitt 10 sind Gasverteilungslochbleche 6,6', 6" in den Abständen x1 bis x3 angeordnet, wobei die Abstände x, bis x3 von der Ebene des stufenförmigen Rücksprungs 5 gemessen werden. Mit dem Pfeil 7 ist die Gasströmungsrichtung angedeutet. 



   In Fig. 2 ist schematisch ein erfindungsgemässer Staubabscheider 8 mit einem Eingangsstutzen 1, einem Gehäuse 2 und einem Ausgangsstutzen 9 dargestellt, wobei der Pfeil 7 wiederum die Gasströmungsrichtung verdeutlicht. 



   Die in dem Gehäuse 2 vorhandenen Einbauten, wie Niederschlags- und Sprühelektroden, Kratzeinrichtungen, etc., sind - weil erfindungsunwesentlich - zeichnerisch nicht dargestellt. 



   Der Eingangsstutzen 1 und der Ausgangsstutzen 9 sind in Fig. 2 identisch aufgebaut, so dass hi = h3 und h2 = h4. Weiters sind auch die jeweiligen Abmessungen X1 bis s3 des Ein- und Ausgangsstutzens gleich gross. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Elektrostatischer Staubabscheider (8) für horizontalen Gasdurchgang, mit einem zu einer zentralen Gehäuseachse (3) im wesentlichen rotationssymmetrischen Gehäuse (2) mit ko- nusförmigem Eingangsstutzen (1) und mit zumindest zwei in dem Eingangsstutzen (1) an- geordneten Gasverteilungslochblechen (6,6',6"), welche im wesentlichen senkrecht zur 
Gehäuseachse (3) angeordnet sind, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden 
Merkmale: mit einem sich in einem einzigen konischen Abschnitt (10) bis auf 80 bis 95 % des Gehäusedurchmessers (D) erweiternden Eingangsstutzen (1), wobei die verbleibende 
Erweiterung von 5 bis 20 % des Gehäusedurchmessers (D) in Form einer Stufe (5) ausge- führt ist, welche im wesentlichen senkrecht und radialsymmetrisch zur Gehäuseachse (3) ausgeführt ist.

Claims

2. Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem konischen Abschnitt (10) und der stufenförmigen Erweiterung (5) ein zylin- <Desc/Clms Page number 4> drischer Abschnitt (4) vorgesehen ist.

3. Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h1) des zylindrischen Abschnittes (4) 5 bis 15 %, bevorzugterweise etwa 10 % des Gehäusedurchmessers (D) beträgt.

4. Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Höhe (h2) des konischen Abschnittes (10) 20 bis 40 % des Gehäu- sedurchmessers (D) beträgt.

5. Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass - wie an sich bekannt - zumindest drei Gasverteilungslochbleche (6,6', 6") in dem konischen Abschnitt (10) vorgesehen sind.

6. Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass drei Gasverteilungslochbleche (6,6', 6") im konischen Abschnitt des Eingangsstutzens (10) vorgesehen sind, wobei die Gasdurchlässigkeit der Gasvertei- lungslochbleche in Gasströmungsrichtung (7) von 51 - 47 % auf 48 - 44 % und dann auf 45 - 41 % abnehmend ausgeführt ist.

7. Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass gasausgangsseitig des Gehäuses (2) eine stufenförmige Verjüngung des Gehäuses auf 80 bis 95 % des Gehäusedurchmessers (D) anschliesst, welche Verjün- gung im wesentlichen senkrecht und radialsymmetrisch zur Gehäuseachse (3) ausgeführt ist.

8. Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die stufenförmige Verjüngung ein sich in einem einzigen Abschnitt konisch verjüngen- der Abschnitt anschliesst, mit zumindest zwei in dem konischen Abschnitt angeordneten Gasverteilungslochblechen, welche im wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse ange- ordnet sind und wobei die Höhe (h4) des konischen Abschnittes 20 bis 40 % des Gehäu- sedurchmessers D beträgt.

9. Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen stufenförmiger Verjüngung und sich konisch verjüngendem Abschnitt ein zylindri- scher Abschnitt angeordnet ist, wobei die Höhe (h3) des zylindrischen Abschnittes 5 bis 15 % des Gehäusedurchmessers D beträgt.

10. Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass drei Gasverteilungslochbleche im konischen Abschnitt des Aus- gangsstutzens vorgesehen sind, wobei die Gasdurchlässigkeit der Gasverteilungslochble- che in Gasströmungsrichtung von 41 - 45 % auf 44 - 48 % und dann auf 47 - 51 % zu nehmend ausgeführt ist.