CH669537A5

CH669537A5 -

Info

Publication number: CH669537A5
Application number: CH120986A
Authority: CH
Inventors: Michael Dr Hirth
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1986-03-26
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1989-03-31
Also published as: EP0239865A1

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Konzentration von in einem Gasstrom suspendierten Partikeln nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1. The invention is based on a device for concentrating particles suspended in a gas stream according to the preamble of claim 1.

Herkömmliche Elektrofilter mit röhrenartigem Aufbau verwenden in der Regel einen Sprühdraht als ionisierende Elektrode (Ionenquelle) in der Mitte eines als Niederschlagselektrode dienenden Rohres. Die Ablagerung des Staubes erfolgt am Rohr (Vergi. HJ. White, Entstaubung industrieller Gase mit Elektrofiltern, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1969). Conventional electrostatic precipitators with a tube-like structure generally use a spray wire as an ionizing electrode (ion source) in the middle of a tube serving as a precipitation electrode. The dust is deposited on the pipe (Vergi. HJ. White, dedusting of industrial gases with electrostatic filters, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1969).

Bei derartigen Vorrichtungen hat das inhomogene elektrische Feld an der Niederschlagselektrode (Rohr) seinen niedrigsten Wert, während dort gleichzeitig die höchste Staubdichte herrscht. Dadurch werden auf den Staub infolge Eigenfeldes abstossende Kräfte ausgeübt, welche eine wirksame Konzentration und Ablagerung beeinträchtigen. In such devices, the inhomogeneous electric field at the precipitation electrode (tube) has its lowest value, while at the same time there is the highest dust density. As a result, repulsive forces are exerted on the dust as a result of its own field, which impair effective concentration and deposition.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, welche das Prinzip der Staubabscheidung durch Fliehkräfte mit demjenigen durch elektrostatische Aufladung zu vereinen versuchen: Zyklon mit Sprühelektrode (Draht) in der Mitte (Vergi. R.R. Boericke, J.T. Kuo, P.W. Dietz and W.B. Giles, General Electric Co., Schenectady, N.Y., Electrocy-clone for High Temperature, High Pressure Dust Removal, AIAA 19th Aerospace Sciences Meeting January 12. —15., 1981/St. Louis, Missouri). Devices are known from the prior art which attempt to combine the principle of dust separation by centrifugal forces with that by electrostatic charging: cyclone with spray electrode (wire) in the middle (Vergi. RR Boericke, JT Kuo, PW Dietz and WB Giles, General Electric Co., Schenectady, NY, Electrocy-clone for High Temperature, High Pressure Dust Removal, AIAA 19th Aerospace Sciences Meeting January 12-15, 1981 / St. Louis, Missouri).

Auch derartige Vorrichtungen können nicht optimal befriedigen, da stets eine unerwünschte Koppelung zwischen der Ionenquelle und dem treibenden elektrischen Feld vorliegt, welche die Möglichkeiten des Konstrukteurs stark einschränkt. Even such devices cannot optimally satisfy, since there is always an undesired coupling between the ion source and the driving electric field, which severely limits the possibilities of the designer.

Es besteht daher ein starkes Bedürfnis, nach der Verbesserung und Vereinfachung derartiger Geräte zur Konzentration von Partikeln in Gasströmungen der Elektrofilter. There is therefore a strong need to improve and simplify such devices for concentrating particles in gas flows of the electrostatic precipitators.

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Konzentration von in einem Gasstrom suspendierten festen oder flüssigen Partikeln mittels elektrostatischer Aufladung anzugeben, welche in konstruktiver Hinsicht alle optimalen Möglichkeiten bieten, eine hohe Ausbeute und einen guten Wirkungsgrad besitzt und ein möglichst kleines Volumen beansprucht. The invention is based on the object of specifying a device for concentrating solid or liquid particles suspended in a gas stream by means of electrostatic charging, which, from a design point of view, offer all the optimal possibilities, has a high yield and good efficiency and requires the smallest possible volume.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei zeigt: The invention is described with reference to the following exemplary embodiment, which is explained in more detail by means of figures. It shows:

Fig. 1 den schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Konzentration von in einem Gasstrom suspendierten Partikeln, 1 shows the schematic longitudinal section through a device for concentrating particles suspended in a gas stream,

Fig. 2 den schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäss Fig. 1, 2 shows the schematic cross section through a device according to FIG. 1,

Fig. 3 den Längsschnitt/Aufriss durch eine Vorrichtung ähnlich Fig. 1 gemäss Ausführungsbeispiel. Fig. 3 shows the longitudinal section / elevation through a device similar to Fig. 1 according to the embodiment.

Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Konzentration von in einem Gasstrom suspendierten festen oder flüssigen Partikeln. 1 stellt den mit Partikeln beladenen Gasstrom dar, welcher in vertikaler Richtung von oben nach unten geführt wird. 2 ist die vom elektrischen Querfeld, welcher der Partikelabscheidung dient, völlig unabhängige unipolare Ionenquelle, welche die Ionen abgebende aussenliegende Rohrelektrode 3 koaxial umschliesst. 4 ist die als innenliegende Rohrelektrode in der Mittelachse angeordnete Gegenelektrode, welche als Niederschlagselektrode dient. Die Partikelbahnen 5 schmiegen sich mit fortschreitender Strömung mehr und mehr der Gegenelektrode 4 an. 6 ist eine Partikelauffangvorrichtung, welche den Partikelaustrag aus dem Gasstrom einleitet, welcher als Reingasstrom 7 die Vorrichtung verlässt. 1 shows a schematic longitudinal section through a device for concentrating solid or liquid particles suspended in a gas stream. 1 represents the gas stream laden with particles, which is guided in the vertical direction from top to bottom. 2 is the unipolar ion source that is completely independent of the electrical transverse field, which is used for particle separation, and which coaxially encloses the external tube electrode 3, which emits ions. 4 is the counter electrode which is arranged as an internal tube electrode in the central axis and which serves as a precipitation electrode. The particle webs 5 nestle more and more with the counterelectrode 4 as the flow progresses. 6 is a particle collecting device which initiates the particle discharge from the gas stream, which leaves the device as a clean gas stream 7.

Fig. 2 stellt den schematischen Querschnitt (Horizontalschnitt) durch eine Vorrichtung gemäss Fig. 1 dar. Die Anordnung der einzelnen Bauelemente ist vollständig zentralsymmetrisch. Die Ionen abgebende, aussenliegende Rohrelektrode 3 sowie die Gegenelektrode (Niederschlagselektrode) 4 ist je an einen Pol einer Hochspannungsquelle 8 (Spannung U) angeschlossen. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Figur 1. FIG. 2 shows the schematic cross section (horizontal section) through a device according to FIG. 1. The arrangement of the individual components is completely centrally symmetrical. The ion-emitting, external tube electrode 3 and the counter electrode (precipitation electrode) 4 are each connected to one pole of a high-voltage source 8 (voltage U). The remaining reference numerals correspond to those in FIG. 1.

In Fig. 3 ist ein Längsschnitt/Aufriss durch eine Vorrichtung ähnlich Fig. 1 (Prinzip) gemäss Ausführungsbeispiel halbschematisch dargestellt. Der mit Partikeln beladene Gasstrom 1 wird über einen seitlich angeordneten Eintrittsstutzen in eine Art Vorkammer geführt und in axiale Richtung senkrecht nach unten umgeleitet. Die unipolare Ionenquelle 2 wird durch einen von einem Gebläse geförderten Ionisationsgasstrom 10 (im vorliegenden Fall Luft) gespeist. Sie umschliesst die ionenabgebende, aussenliegende Rohrelektrode 3 koaxial. Die im Zentrum vertikal angeordnete Gegenelektrode = Niederschlagselektrode 4 ist als innenliegende Rohrelektrode ausgebildet. Sie kann mit (hier nicht gezeichneten Mitteln) zur Reinhaltung (Schlag- oder Vibrationsvorrichtung) ausgerüstet sein. Koaxial zur Gegenelektrode 4 ist fluchtend die als Trichter und Rohr ausgebildete Partikelauffangvorrichtung 6 angeordnet, über welche der Partikelaustrag 11 erfolgt. 9 stellen als Durchführungen dienende Isolierkörper dar. Die Apparatur ist an die Klemmen einer Hochspannungsquelle 8 (Spannung U) angeschlossen. Der Reingasstrom 7 verlässt die Vorrichtung über eine Kammer und einen Austrittsstutzen in seitlicher Richtung. FIG. 3 shows a longitudinal section / elevation through a device similar to FIG. 1 (principle) according to the exemplary embodiment in semi-schematic form. The gas stream 1 loaded with particles is guided via a laterally arranged inlet connection into a kind of antechamber and is diverted vertically downwards in the axial direction. The unipolar ion source 2 is fed by an ionization gas stream 10 (air in the present case) conveyed by a blower. It coaxially encloses the ion-releasing, external tubular electrode 3. The counter electrode = precipitation electrode 4, which is arranged vertically in the center, is designed as an internal tube electrode. It can be equipped with means (not shown here) for keeping it clean (impact or vibration device). The particle collecting device 6, which is designed as a funnel and a tube and via which the particle discharge 11 takes place, is arranged in alignment with the counter electrode 4. 9 represent insulating bodies serving as bushings. The apparatus is connected to the terminals of a high-voltage source 8 (voltage U). The clean gas stream 7 leaves the device via a chamber and an outlet connection in the lateral direction.

Ausführungsbeispiel Embodiment

Siehe Fig. 3! See Fig. 3!

Die Vorrichtung zur Konzentration von Partikeln in einem Gasstrom 1 bestand im wesentlichen aus einem an seinem Mantel mit einer Vielzahl von Löchern von 1 mm Durchmesser versehenen rostfreien Stahlrohr von 200 mm Innendurchmesser, 1000 mm Länge und 2 mm Wandstärke. Diese, Ionen abgebende Rohrelektrode 3 war an ihren Enden mit je einer einen Stutzen aufweisenden Eintritts- bzw. Austrittskammer versehen. Als unipolare Ionenquelle 2 diente ein zur Rohrelektrode 3 koaxial angeordnetes weiteres, im Innern mit zahlreichen Spitzen versehenes Rohr von ca. 220 mm Durchmesser. Der radiale Abstand der Spitzen zur Rohrelektrode 3 betrug demnach ca. 5 mm. Die Spitzen befanden sich radial fluchtend den Löchern in der Rohrelektrode 3 gegenüber. In den zwischen 2 und 3 gebildeten hohl2 The device for concentrating particles in a gas stream 1 essentially consisted of a stainless steel tube with an inner diameter of 200 mm, a length of 1000 mm and a wall thickness of 2 mm, which was provided on its jacket with a large number of holes of 1 mm in diameter. At its ends, this tube electrode 3, which emits ions, was provided with an inlet and outlet chamber each having a connecting piece. Another unipolar ion source 2 was a tube of approximately 220 mm in diameter coaxially arranged with the tube electrode 3 and provided with numerous tips on the inside. The radial distance between the tips and the tubular electrode 3 was therefore approximately 5 mm. The tips were radially aligned with the holes in the tube electrode 3. In the hollow 2 formed between 2 and 3

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10 10th

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30 30th

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zylindrischen Raum wurde Luft als Ionisationsgasstrom 10 eingeblasen. An die Spitzen der Ionenquelle 2 war eine regelbare Gleichspannung von max. ca. 5 kV gelegt (elektrische Feldstärke ca. 10 kV/cm). Koaxial zur Rohrelektrode 3 war eine als Niederschlagselektrode dienende Gegenelektrode 4 senkrecht angeordnet. Sie war in Form eines Rohres aus rostfreiem Stahl mit einem Aussendurchmesser von 20 mm ausgebildet. In gleicher Flucht zu 4 befand sich ein als Partikelauffangvorrichtung 6 mit leichter trichterförmiger Erweiterung versehenes Rohr von 30 mm Aussendurchmesser und 1,5 mm Wandstärke aus nicht rostendem Stahl. Am Ende der Partikelauffangvorrichtung 6 befand sich der Partikelaustrag 11 in Form eines an Partikeln hochkonzentrierten Restgasstromes. 4 und 6 waren je über einen als Durchführung gestalteten Isolierkörper 9 in der oberen bzw. unteren Kammer der Apparatur befestigt. Die Rohrelektrode 3 war an Erde und an den positiven Pol einer Hochspannungsquelle 8 gelegt. Die Gegenelektrode 4 war an den negativen Pol der Hochspannungsquelle 8 (U = —60 kV) angeschlossen. Die Geschwindigkeit des Gasstromes 1 im hohlzylindrischen Raum zwischen den Elektroden 3 und 4 betrug im Mittel ca. 10 m/s. Die von den Ionen aufgeladenen Partikel wurden unter der Wirkung des zum Zentrum hin wachsenden elektrischen Feldes gegen die Mitte gedrängt und rutschten längs der Gegenelektrode 4 senkrecht nach unten, wobei sie von 6 aufgefangen und nach aussen geleitet wurden. In the cylindrical space, air was blown in as the ionizing gas stream 10. A controllable direct voltage of max. approx. 5 kV (electrical field strength approx. 10 kV / cm). A counter electrode 4 serving as a precipitation electrode was arranged perpendicular to the tube electrode 3. It was in the form of a stainless steel tube with an outer diameter of 20 mm. In the same alignment with FIG. 4 was a tube, provided as a particle collecting device 6 with a slightly funnel-shaped extension, of 30 mm outside diameter and 1.5 mm wall thickness made of stainless steel. At the end of the particle collecting device 6, the particle discharge 11 was in the form of a residual gas stream highly concentrated on particles. 4 and 6 were each fastened in the upper and lower chamber of the apparatus via an insulating body 9 designed as a bushing. The tubular electrode 3 was connected to earth and to the positive pole of a high voltage source 8. The counter electrode 4 was connected to the negative pole of the high voltage source 8 (U = -60 kV). The speed of the gas stream 1 in the hollow cylindrical space between the electrodes 3 and 4 was approximately 10 m / s on average. The particles charged by the ions were pushed towards the center under the effect of the electric field growing towards the center and slid vertically downwards along the counterelectrode 4, being collected by 6 and conducted to the outside.

Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel angegebenen Merkmale beschränkt. The invention is not restricted to the features specified in the exemplary embodiment.

Grundsätzlich handelt es sich darum — im Gegensatz zu herkömmlichen Ausführungen —, zur Partikelaufladung eine vom treibenden elektrischen Feld völlig unabhängige Ionenquelle vorzusehen und die Partikel am Ort der höchsten elektrischen Feldstärke (nicht der kleinsten) im Gasstrom zu konzentrieren. Basically - in contrast to conventional designs - it is necessary to provide an ion source for particle charging that is completely independent of the driving electric field and to concentrate the particles in the gas stream at the location of the highest electric field strength (not the smallest).

Die innenliegende, als Niederschlagselektrode dienende, unter einem hohen elektrischen Feld stehende Gegenelektrode kann vorzugsweise als Führungsrohr für die abzuscheidenden, von ihr herabgleitenden Partikel ausgebildet sein. Sie kann ferner in vorteilhafter Weise mit Mitteln zu ihrer kontinuierlichen Reinhaltung versehen sein. Diese können zum Beispiel in axial wirkenden Schlag- oder Vibrationseinrichtungen bestehen, welche das Abrutschen der Partikel in Richtung Auffangvorrichtung begünstigen. Des weiteren kann an die Stelle der rohrförmigen Gegenelektrode auch ein endloses umlaufendes, mit einem Abstreifer versehenes Bauelement in Form eines Bandes oder Drahtes treten. The inner counterelectrode, which serves as a precipitation electrode and is under a high electric field, can preferably be designed as a guide tube for the particles to be separated and sliding down from it. It can also advantageously be provided with means for keeping it continuously clean. These can consist, for example, of axially acting impact or vibration devices which promote the slipping of the particles in the direction of the collecting device. Furthermore, the tubular counterelectrode can also be replaced by an endless rotating component provided with a wiper in the form of a strip or wire.

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10 10th

.15 .15

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

669 537 PATENT CLAIMS

1. Device for concentrating solid or liquid particles suspended in a gas stream (1) by means of electrostatic charging, characterized in that an ion-releasing ion which leads the gas stream (1) charged with particles and is provided with separate, independent unipolar ion sources (2). External tube electrode (3) and an inner counterelectrode (4) serving as a precipitation electrode, which is arranged coaxially with the external tube electrode (3) and has a high electric field, as well as a particle collecting device (6) provided with a funnel-shaped end.

2. Device according to claim 1, characterized in that the internal counter electrode (6) is designed as a guide tube for the sliding particles to be separated and with means for continuous maintenance in the form of an axially acting impact or vibration device or an endless rotating wire equipped with a stripper or band is provided.