Verfahren zum Abscheiden von Teilchen aus einem Gas Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abscheiden von Teilchen aus einem Gas mittels eines Elektrofilters und auf einen Elektrofilter zur Aus führung dieses Verfahrens. Mit Hilfe eines Elektro filters kann man bekanntlich Gase von Staubparti keln, Flüssigkeitströpfchen und ähnlichen Teilchen reinigen, indem diese Teilchen zunächst elektrisch aufgeladen und danach in einem elektrostatischen Feld aus ihrer Bewegungsrichtung abgelenkt und auf den Feldelektroden niedergeschlagen werden.
Das Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass das Gas in komprimiertem Zu stand zugeführt wird und dass die Feldstärke des abscheidenden Feldes grösser ist als die bei Atmo sphärendruck herrschende Durchbruchsfeldstärke. Der hierzu notwendige Elektrofilter besitzt einen Druckraum und in dem Druckraum untergebrachte Abscheiderelektroden, zwischen denen eine Feldstärke herrscht, die grösser ist als die bei Atmosphärendruck herrschende Durchbruchsfeldstärke.
Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, das Filtervolumen beträchtlich zu reduzieren bzw. ein Filter gegebener Abmessungen für die Reinigung grösserer Gasmengen pro Zeiteinheit als bisher ge eignet zu machen. Es wird dabei der Umstand aus genützt, dass die Durchbruchsfeldstärke eines homo genen Feldes ungefähr proportional mit dem Gas druck ansteigt.
Wenn man also komprimiertes Gas in das Filter einleitet und aus diesem Grund die Feldstärke des Abscheiders erhöhen kann, wird auf die in dem Gas enthaltenen, elektrisch geladenen Teilchen eine stärkere Abscheidekraft als bei der bei Atmosphärendruck zulässigen Feldstärke ausgeübt, und man kann deshalb das Gas mit grösserer Ge schwindigkeit durch das Filter leiten bzw. die wirk same Elektrodenlänge verkürzen: Insbesondere kann an die Elektroden des abschei denden Feldes eine höhere Spannung gelegt werden als die Durchbruchsspannung bei einem gleichartigen, bei Atmosphärendruck betriebenen Abscheidersystem gleicher Abmessungen.
Besondere Vorzüge bietet es, wenn der Druck raum gleichzeitig das Hochspannungsgerät enthält. Es würde aussergewöhnlich grosse Schwierigkeiten ma chen, einen Isolator für die Durchführung der die Hochspannung leitenden Drähte vorzusehen, der gleichzeitig gegen den erhöhten Druck im Innern des Druckraumes abdichtet. Ein solcher Isolator müsste eine beträchtliche Grösse haben, welche die gesamte Konstruktion beherrscht und den Vorteil der Ver kleinerung des Filterraumes wieder aufhebt. Wenn jedoch das Hochspannungsgerät im Druckraum selbst angeordnet ist, braucht lediglich die Niederspannungs zuleitung in das Filter eingeführt zu werden, was isolationstechnisch und bezüglich der Abdichtung keine Schwierigkeiten bereitet.
Wenn das Hochspan nungsgerät von dem vorzugsweise geerdeten Gehäuse des Filters eingeschlossen ist, kann die Wartung ohne Gefährdung durch die Hochspannung erfolgen.
Vorzugsweise bedient man sich eines durch den Gasdruck im Druckraum betätigten Schalters in der Niederspannungszuleitung des Hochspannungsgerätes, welcher die Stromzufuhr automatisch beim über schreiten eines bestimmten Gasdruckes einschaltet und beim Unterschreiten eines nur geringfügig - also höchstens um 10% - tiefer liegenden Gasdruckes unterbricht.
Diese Sicherheitsmassnahme ist zweck mässig, weil man dann die Abstände zwischen den einzelnen Elektroden tatsächlich so gering bzw. die Hochspannung des Hochspannungsgerätes so gross wählen kann, dass die bei erhöhtem Druck mögliche, hohe Feldstärke zur Abscheidung ausgenützt wird. Würde diese Sicherheitsmassnahme fehlen, so müsste man sich mit den bei normalen Elektrofiltern üblichen Abmessungen und Spannungen begnügen, da sonst ein Einschalten des Hochspannungsgerätes in einem Zeitpunkt, in welchem das Innere des Druckraumes nicht unter Druck steht, sofort zu gefährlichen über schlägen führen würde.
Mit Vorteil bestehen die Abscheider-Elektroden aus Kegelflächen und das Hochspannungsgerät ist in dem von der innersten Kegelfläche überdachten Raum angeordnet. Dabei wird der sonst verlorene Raum in sehr sinnvoller Weise ausgenützt, so dass man einen kleinen kompakten Elektrofilter grosser Leistungs fähigkeit herstellen kann.
Da die Durchbruchsfeldstärke bei Elektrodentei- len mit kleinerem Krümmungsradius nicht mehr etwa proportional mit dem Gasdruck, sondern weniger stark ansteigt, sollte man an den Rändern der Elektroden besondere Massnahmen treffen, um zwischen den Hauptteilen der Elektroden auch wirklich die theo retisch möglichen hohen Feldstärken errichten zu können.
Hierbei ist es zweckmässig, wenn die Kegel flächen nahe ihren Rändern umgebogen sind und an ihrer äussern Kante einen grösseren Abstand von der Nachbarelektrode aufweisen als der überwiegende Teil der übrigen Elektrodenfläche. Als weitere Mass nahme zur Unterdrückung der Feldstärkenüberhöhung an den Rändern kann man den Rand um mindestens 180 umbiegen, so dass die äussere Kante einen ver grösserten Krümmungsradius erhält. Der umgebogene Rand kann auch von einer durchschlagfesten Isolier schicht eingehüllt sein.
In der nachfolgenden Beschreibung ist im Zusam menhang mit der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Die ganze Filteranordnung ist in einem Druck behälter untergebracht, der aus einem untern Deckel 1, einer zylindrischen Hülse 2 und einem obern Deckel 3 besteht. Das zu reinigende Gas wird durch ein Rohr 4 zugeführt und durch ein Rohr 5 abgeleitet. Die aus Kegelflächen bestehenden Elektroden 6 der ersten Elektrodengruppe besitzen Erdpotential und sind lediglich an ihrem äussern Rand befestigt sowie mittels der Distanzstücke 7 in genauem Abstand von einander gehalten.
Die ebenfalls aus Kegelflächen be stehenden Elektroden 8 der zweiten Elektrodengruppe sind lediglich an ihrem innern Rand gehalten. Sie sind dort je zwischen zwei ebene Ringscheiben 9 ge klemmt, die ihrerseits von den Nachbarringscheiben durch mit Öffnungen 10 versehene Distanzringe 11 getrennt sind.
Passstifte 12 sorgen dafür, dass die Elektroden in radialer Richtung zentriert sind und dass die Distanzringe 11 und die Ringscheiben 9 trotz lösbarer Befestigung sicher miteinander verbunden sind. Zwei Isolierringe 13 und 14 stützen die beiden Elektrodengruppen verschiedenen Potentials gegen einander ab. Diese Isolierringe sind an der Gasaus trittsseite des Filters angeordnet, können also nur von gereinigtem Gas bestrichen werden, so dass sich auf ihnen kein Niederschlag aus gegebenenfalls abgeschie denen Teilchen bilden kann, der störende Kriech- ströme zur Folge hätte.
Die Elektroden sind an ihren Rändern umgebogen, so dass ihre äusserste Kante einen grösseren Abstand von der Nachbarelektrode besitzt als der überwiegende Teil der übrigen Elek- trodenflächen.
Der Zusammenbau dieser Anordnung ist sehr ein fach, da lediglich nacheinander die einzelnen Elek troden mit ihren zugehörigen Distanzkörpern einge setzt werden müssen, worauf durch Festschrauben des untern Deckels 1 an der zylindrischen Hülse 2 die gesamte Elektrodenanordnung verspannt und unver rückbar festgehalten wird.
Die unterste, kegelförmige Elektrode 6 bildet zu sammen mit einer Deckkalotte 15, welche beim Fest schrauben des untern Deckels 1 durch das Stützglied 16 an die unterste Elektrode 6 gedrückt wird, einen Hohlraum 17, in welchem sich der Hochspannungs transformator 18, eine Gleichrichterröhre 19 und ein druckabhängiger Schalter 20 zur Anschaltung der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 18 an die ausserhalb des Filters gelegene Niederspan nungsquelle über das Kabel 21 befindet. Dieses Kabel 21 verläuft isoliert durch den zentralen Abführungs- kanal.
Während die erste Eiektrodengruppe über Masse mit dem Hochspannungstransformator 18 verbunden ist, wird die zweite Elektrodengruppe unter Zwischen schaltung der Gleichrichterröhre 19 an den Hoch spannungstransformator 18 angeschlossen. Eine Glimmlampe 22, welche durch einen Hochohmwider- stand 23 an die spannungsführende Elektrodengruppe angeschaltet ist, zeigt durch ihr Aufleuchten an, dass zwischen den Elektroden das abscheidende Feld herrscht und mithin die Abscheidung richtig vonstat ten geht.
Als Ionisator dient ein Drahtring 24, der ein radioaktives Präparat trägt. Dieser Ring ist über Stützdrähte 25 mit einer der Elektroden 8 der zwei ten Elektrodengruppe verbunden, besitzt also gegen über seiner Umgebung, nämlich der obersten Elek trode 6 der ersten Gruppe und der zylindrischen Hülse 2, ein erhöhtes Potential, welches eine unipolare Aufladung der in dem zu reinigenden Gas suspendier ten Teilchen ermöglicht.
Der Gasstrom tritt durch das Rohr 4 in den Druckbecher ein und wird zur gleichmässigeren Ver teilung unmittelbar vorher in tangentialer Richtung umgelenkt. Nach der Ionisierung des Gases und der elektrischen Aufladung der darin enthaltenen Teil chen im Bereich des Drahtringes 24 gelangt das Gas durch Öffnungen 26 in den eigentlichen Abscheider- raum, den es gereinigt durch die Öffnungen 10 in den Distanzringen 11 wieder verlässt, um durch die Lei tung 5 dem Verbraucher zugeführt zu werden.
Der jenige Teil des Gases, der durch den Abscheiderraum zwischen den beiden untersten Elektroden strömt, wird durch Öffnungen 27 zunächst in den Hohlraum 17 geleitet und vereinigt sich mit dem Hauptstrom erst wieder, nachdem dieser Hohlraum belüftet wor den ist. Infolge dieser Lüftung werden durch Kon- densation hervorgerufene Feuchtigkeitsniederschläge auf Teilen des Hochspannungsgerätes, die in Ruhe pausen entstanden sein können, beim Durchleiten fri schen Gases wieder beseitigt.
Gleichzeitig ist durch diese Verbindung dafür gesorgt, dass der Hochspan nungstransformator 18 und der druckempfindliche Schalter 20 unmittelbar dem Druck des zu reinigen den Gases ausgesetzt sind.
Die aus dem Gas abgeschiedene Flüssigkeit kann an den Elektroden herablaufen und sich im untern Deckel 1 sammeln, von wo es über die mit einem Ventil oder gewöhnlichen Ablasshahn 28 versehene Ablaufleitung 29 abgelassen werden kann. Wenn der Abstand zwischen den einzelnen Elektroden grö sser als 1 mm gewählt wird, besteht keine Gefahr, dass die niedergeschlagene Flüssigkeit nicht abläuft und den Betrieb des Abscheiders stört.
Dichtungen 30 sorgen dafür, dass der gesamte Druckbehälter druckdicht nach aussen hin abgeschlos sen ist, während die Dichtungen 31 dazu dienen, dass kein ungereinigtes Gas in die Bahn des bereits gerei nigten Gases eindringen kann.
Method for separating particles from a gas The invention relates to a method for separating particles from a gas by means of an electrostatic precipitator and to an electrostatic precipitator for carrying out this method. With the help of an electric filter you can clean gases from dust particles, liquid droplets and similar particles by first charging these particles electrically and then deflecting them in an electrostatic field from their direction of movement and depositing them on the field electrodes.
The feature of the method according to the invention is that the gas is supplied in a compressed state and that the field strength of the separating field is greater than the breakdown field strength prevailing at atmospheric pressure. The electrostatic precipitator required for this has a pressure chamber and separator electrodes which are accommodated in the pressure chamber and between which there is a field strength which is greater than the breakdown field strength prevailing at atmospheric pressure.
With the help of the invention it is possible to reduce the filter volume considerably or to make a filter of given dimensions suitable for cleaning larger amounts of gas per unit of time than before. The fact that the breakdown field strength of a homogeneous field increases approximately proportionally with the gas pressure is used here.
If compressed gas is introduced into the filter and the field strength of the separator can be increased for this reason, a stronger separation force is exerted on the electrically charged particles contained in the gas than with the field strength permissible at atmospheric pressure, and the gas can therefore be carried along Pass a greater speed through the filter or shorten the effective electrode length: In particular, a higher voltage can be applied to the electrodes of the separating field than the breakdown voltage in a similar separator system of the same dimensions operated at atmospheric pressure.
It is particularly advantageous if the pressure chamber also contains the high-voltage device. It would make exceptionally great difficulties to provide an insulator for the implementation of the high-voltage conducting wires, which at the same time seals against the increased pressure in the interior of the pressure chamber. Such an isolator would have to be of considerable size, which dominates the entire construction and cancels out the advantage of reducing the filter space. However, if the high-voltage device is arranged in the pressure chamber itself, only the low-voltage supply line needs to be inserted into the filter, which does not cause any difficulties in terms of insulation and sealing.
If the high-voltage device is enclosed by the preferably grounded housing of the filter, maintenance can be carried out without the risk of the high voltage.
It is preferable to use a switch in the low-voltage supply line of the high-voltage device that is actuated by the gas pressure in the pressure chamber, which automatically switches on the power supply when a certain gas pressure is exceeded and interrupts it when the gas pressure falls below a slightly lower - i.e. at most 10% - lower.
This safety measure is useful because the distances between the individual electrodes can actually be so small or the high voltage of the high voltage device so large that the high field strength possible at increased pressure is used for the separation. If this safety measure were missing, one would have to be content with the dimensions and voltages customary with normal electrostatic precipitators, otherwise switching on the high-voltage device at a time when the interior of the pressure chamber is not under pressure would immediately lead to dangerous flashovers.
The separator electrodes advantageously consist of conical surfaces and the high-voltage device is arranged in the space covered by the innermost conical surface. The otherwise lost space is used in a very sensible way, so that a small, compact electrostatic precipitator can be produced with great performance.
Since the breakdown field strength in electrode parts with a smaller radius of curvature no longer increases proportionally with the gas pressure, but rather less strongly, special measures should be taken at the edges of the electrodes in order to actually establish the theoretically possible high field strengths between the main parts of the electrodes can.
It is useful if the conical surfaces are bent over near their edges and have a greater distance from the neighboring electrode at their outer edge than the majority of the remaining electrode surface. As a further measure to suppress the increase in field strength at the edges, the edge can be bent over by at least 180, so that the outer edge has a larger radius of curvature. The bent edge can also be encased by a dielectric strength insulating layer.
In the following description, an embodiment of the invention is explained in more detail in conjunction with the drawing.
The entire filter assembly is housed in a pressure vessel which consists of a lower cover 1, a cylindrical sleeve 2 and an upper cover 3. The gas to be cleaned is supplied through a pipe 4 and discharged through a pipe 5. The electrodes 6 of the first electrode group, which consist of conical surfaces, have ground potential and are only attached to their outer edge and kept at a precise distance from one another by means of spacers 7.
The electrodes 8 of the second group of electrodes are also made of conical surfaces and are only held at their inner edge. They are there between two flat annular disks 9 ge clamped, which in turn are separated from the neighboring annular disks by spacer rings 11 provided with openings 10.
Dowel pins 12 ensure that the electrodes are centered in the radial direction and that the spacer rings 11 and the annular disks 9 are securely connected to one another despite the detachable fastening. Two insulating rings 13 and 14 support the two electrode groups of different potentials against one another. These insulating rings are located on the gas outlet side of the filter, so they can only be coated with purified gas, so that no precipitate can form on them from possibly deposited particles, which would result in disruptive leakage currents.
The electrodes are bent over at their edges so that their outermost edge is at a greater distance from the neighboring electrode than the majority of the other electrode surfaces.
The assembly of this arrangement is very simple, since the individual electrodes with their associated spacers only have to be inserted one after the other, whereupon the entire electrode assembly is clamped and immovably held by screwing the lower cover 1 to the cylindrical sleeve 2.
The lowermost, conical electrode 6 forms a cavity 17 in which the high-voltage transformer 18, a rectifier tube 19 and is pressed together with a cap 15, which is pressed when screwing the lower cover 1 by the support member 16 to the lowermost electrode 6 a pressure-dependent switch 20 for connecting the primary winding of the high-voltage transformer 18 to the low-voltage voltage source located outside the filter via the cable 21 is located. This cable 21 runs in an insulated manner through the central discharge channel.
While the first group of electrodes is connected to the high-voltage transformer 18 via ground, the second group of electrodes is connected to the high-voltage transformer 18 with the rectifier tube 19 interposed. A glow lamp 22, which is connected to the live electrode group through a high-ohm resistor 23, shows by its lighting up that the separating field prevails between the electrodes and that the separation is therefore proceeding correctly.
A wire ring 24, which carries a radioactive preparation, serves as the ionizer. This ring is connected via support wires 25 to one of the electrodes 8 of the two th electrode group, so has an increased potential compared to its surroundings, namely the uppermost electrode 6 of the first group and the cylindrical sleeve 2, which results in a unipolar charge in the to be purified gas suspended particles allows.
The gas flow enters the pressure cup through the pipe 4 and is diverted immediately beforehand in the tangential direction for a more even distribution. After the ionization of the gas and the electrical charging of the particles contained therein in the area of the wire ring 24, the gas passes through openings 26 into the actual separator chamber, which it leaves after being cleaned through the openings 10 in the spacer rings 11 to pass through the lei device 5 to be supplied to the consumer.
That part of the gas that flows through the separator space between the two lowest electrodes is first passed through openings 27 into the cavity 17 and only reunites with the main flow after this cavity has been ventilated. As a result of this ventilation, moisture deposits caused by condensation on parts of the high-voltage device, which may have occurred during rest breaks, are removed again when fresh gas is passed through.
At the same time, this connection ensures that the high-voltage transformer 18 and the pressure-sensitive switch 20 are directly exposed to the pressure of the gas to be cleaned.
The liquid separated from the gas can run down the electrodes and collect in the lower cover 1, from where it can be drained off via the drainage line 29 provided with a valve or conventional drainage tap 28. If the distance between the individual electrodes is greater than 1 mm, there is no risk that the precipitated liquid will not run off and interfere with the operation of the separator.
Seals 30 ensure that the entire pressure vessel is closed in a pressure-tight manner to the outside, while the seals 31 serve to ensure that no unpurified gas can penetrate into the path of the already purified gas.