BESCHREIBUNG
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Abscheidung von in einem Gasstrom suspendierten festen oder flüssigen Partikeln nach der Gattung des Oberbegnffs des Anspruchs 1.
In konventionellen elektrostatischen Filtern zur Abscheidung von in einem Gas strom suspendierten Partikeln werden in der Regel die letzteren über eine an Spitzenelektroden erfolgende Koronaentladung aufgeladen und unter der Wirkung eines zum Gas strom senkrecht stehenden elektrischen Feldes in Querrichtung auf eine zur Kanalwand parallel angeordnete Niederschlagselektrode (meist Platte) gezogen (Vergl. H.J. White, Entstaubung industrieller Gase mit Elektrofiltern, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1969). In derartigen Geräten werden die in der Mitte des Gasquerschnitts suspendierten Partikel gezwungen, einen vergleichsweise langen Weg in Querrichtung zu durchlaufen, bis sie die an der Kanalwand angebrachte oder mit ihr identische Niederschlagselektrode erreichen. Dies bedingt in Strömungsrichtung lange, voluminöse und aufwendige Filtereinrichtungen.
Es besteht daher das Bedürfnis, die von den abzuscheidenden Partikeln zu durchlaufenden Strecken zu verringern und die Abscheidung wirkungsvoller zu gestalten.
Es ist bekannt, dass bei Faser- oder Schüttschichtfiltern die Abscheidung wesentlich verbessert werden kann, wenn die abzuscheidenden Partikel zuvor elektrisch aufgeladen werden oder wenn umgekehrt das Abscheidemedium elektrisch aufgeladen wird (Siehe Dissertation H. Jodeit, Karlsruhe, Untersuchungen zur Partikelabscheidung in technischen Tiefenfiltern, Fortschrittberichte VDI, Reihe 3: Verfahrenstechnik Nr. 108, VDI-Verlag Düsseldorf; Hp. Baumgartner, Der Einfluss elektrostatischer Faserladung auf die Partikelabscheidung in Tiefenfiltern, Institut für mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik Universität Karlsruhe, Kolloquium Fortschritte und Entwicklungstendenzen bei der Gasreinigung mit Faserfiltern, 23./24. Februar 1984 in Karlsruhe).
Da die Aufladung der Partikel in der Regel in einer Spitze/Platte-Koronaeinrichtung erfolgt, wird stets ein Teil der Partikel auf der Platte abgelagert, was unerwünscht ist. Andererseits besteht das Filtermedium aus elektrisch nichtleitenden Werkstoffen, so dass es nicht als Gegenelektrode verwendet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur elektrostatischen Abscheidung von in einem Gasstrom suspendierten Partikeln anzugeben, bei welcher die geladenen Partikel einen möglichst kurzen Weg zur Niederschlagselektrode durchlaufen. Die Abmessungen der Vorrichtung sollen bei gegebener Abscheideleistung möglichst klein ausfallen. Die Vorrichtung soll auf einfache Weise von den abgeschiedenen Partikeln gereinigt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Dabei zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Abscheidungsvorrichtung,
Fig. 2 einen Längsschnitt/Aufriss durch eine Abscheidungsvorrichtung mit Kettenvorhang als Niederschlagselektrode,
Fig. 3 einen Querschnitt/Grundriss durch eine Abscheidungsvorrichtung mit Kettenvorhang gemäss Fig. 2,
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Abscheidungsvorrichtung mit Wandergitter als Niederschlagselektrode,
Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine Abscheidungsvorrichtung mit rotierender zylindrischer Niederschlagselektrode,
Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung einer Abscheidungsvorrichtung mit rotierender zylindrischer Niederschlagselektrode und zweiseitiger Zufuhr des Gasstromes.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung anhand eines Längsschnittes das Prinzip der Abscheidungsvorrichtung.
Der zwischen den Kanalwänden 2 geführte, mit Partikeln beladene Gasstrom 1 streicht entlang der in Längsrichtung angeordneten Spitze (Sprühelektrode) 3. Stromabwärts befindet sich eine quergestellte Niederschlagselektrode 4, welche durch einen metallischen, mit Öffnungen versehenen Körper gebildet wird. Dies kann eine Lochplatte, ein Sieb, ein Drahtgeflecht, ein Streckmetallkörper, eine Schicht Stahlwolle etc. sein. Ein auf der Höhe der Spitze 3 befindliches, elektrisch geladenes Partikel 5 durchläuft in der Folge die Partikelbahn 6, wobei es lediglich den Querweg d zurückzulegen hat, um auf die Niederschlagselektrode 4 aufzutreffen. Die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens des Partikels 5 ist hoch, was einen hohen Abscheidegrad gewährleistet.
Gleichzeitig werden die Abmessungen der Vorrichtung klein.
In Fig. 2 ist eine auf dem Prinzip von Fig. 1 aufgebaute Abscheidevorrichtung im Längsschnitt/Aufriss dargestellt.
Als Niederschlagselektrode wird im vorliegenden Fall ein in einen quadratischen Rahmen 10 eingespannter zweilagiger Kettenvorhang 9 verwendet. Die Spitzen (Sprühelektroden) 3 sind an Drähten 7 angeordnet, welche ihrerseits in Isolierkörpern 8 befestigt sind, wobei einer der letzteren jeweils als Durchführung durch die Kanalwand 2 ausgebildet ist. Die Elektroden (3, 9) sind an eine einseitig geerdete Hochspannungsquelle 11 (Spannung U) angeschlossen. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 1.
Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt/Grundriss durch eine Abscheidungsvorrichtung mit Kettenvorhang gemäss Fig. 2.
Die Figur bedarf keiner weiteren Erklärungen. Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 2.
In Fig. 4 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Abscheidungsvorrichtung mit Wandergitter als Niederschlagselektrode dargestellt. Das sich langsam in Pfeilrichtung bewegende quergestellte Wandergitter 12 wird vom Gasstrom 1 senkrecht durchsetzt. Es wird über die Trommeln 13 geführt. Der Partikelniederschlag ist durch Punkte angedeutet. Dieser am rechten Ende auf der Trommel 13 befindliche Teil des Wandergitters 12 wird durch eine rotierende Bürste 14 gereinigt. 15 stellt den entsprechenden Staubaustrag dar. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 1.
Fig. 5 bezieht sich auf einen schematischen Längsschnitt durch eine Abscheidungsvorrichtung mit einer rotierenden, zylindrischen Niederschlagselektrode. Der Gasstrom 1 durchsetzt zunächst ein durch eine Vielzahl von Spitzen 3 gebildetes Gitter. Letztere können, wie im vorliegenden Fall, ungefähr konzentrisch zu der rotierenden Niederschlagselektrode 16 angeordnet sein. 14 stellt eine rotierende Bürste, 15 den Staubaustrag dar. 17 ist der die Niederschlagselektrode 16 auf der Unterseite durchsetzende Reingasstrom. Die restlichen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 1.
Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Abscheidevorrichtung mit rotierender zylindrischer Niederschlagselektrode und zweiseitiger Zufuhr des Gasstromes. Zwei Gasströme 1 treffen, um 1800 versetzt (diametral gegenüber) auf die rotierende zylindrische Niederschlagselektrode 16 und verlassen die letztere als Reingasstrom 17 in axialer Richtung. Der Staubaustrag 15 erfolgt mittels rotierender Bürste 14.
Wahlweise kann eine zweite Bürste 14 (nicht eingezeichnet) der ersten bezüglich Niederschlagselektrode 16 diametral gegenüber angeordnet sein.
Ausführungsbeispiel 1:
Siehe Figuren 2 und 3!
In einem Strömungskanal von quadratischem Querschnitt mit den Innenabmessungen 200 mm x 200 mm (Kanalwände 2), bestehend aus Polyvinylchlorid (PVC) war in einem metallischen Rahmen 10 ein zweilagiger Kettenvorhang 9 quer eingebaut. Die Länge der Kettenglieder betrug 15 mm, der Drahtdurchmesser der Kettenglieder 2 mm. In einer Höhe von 100 mm stromaufwärts gemessen waren total 5 Spitzen (Sprühelektroden) 3 gegeneinander versetzt, auf Drähten 7 von 3 mm Durchmesser angeordnet. Die Spitzen 3 hatten einen Abrundungsradius von ca. 0,8 mm. Die Spitzen 3 auf den aussenliegenden Drähten 7 hatten einen Abstand von 100 mm voneinander, während eine weitere Spitze auf dem mittleren Draht 7 in der Mitte angeordnet war. Die Achsen der Drähte 7 hatten einen Abstand von je 50 mm voneinander.
Die Elektroden (3, 9) waren mit einer Hochspannungsquelle 11 mit einer Spannung U von 40 kV verbunden. Der Gasstrom 1 hatte eine mittlere Geschwindigkeit von 5 m/s. Die suspendierten Staubpartikel, welche im vorliegenden Fall aus Wachs mit einer mittleren Grösse von 2 ilm bestanden, wurden unter der Wirkung der Koronaentladung elektrisch aufgeladen und durch das elektrische Feld auf den Kettenvorhang 9 geleitet und dort abgelagert. Die Partikelkonzentration im Gasstrom 1 betrug im vorliegenden Fall ca. 104 Teilchen/cm3. Der gemessene Abscheidungsgrad bewegte sich zwischen 70 und 80%. Der Abscheidungsprozess konnte so lange ununterbrochen aufrechterhalten werden, bis die auf dem Kettenvorhang 9 abgelagerte Partikelschicht eine Dicke von 2 bis 3 mm angenommen hatte.
Hierauf wurde der Rahmen 10 samt Kettenvorhang 9 aus dem Kanal herausgenommen und gereinigt.
Ausführungsbeispiel 2:
Siehe Figur 4!
Der Gasstrom 1 hatte einen rechteckförmigen Querschnitt von 500 mm x 100 mm. Die Kanalwände 2 bestanden aus Polyvinylchlorid (PVC). Die Spitzen 3 waren auf einem orthogonalen Raster mit einem durchschnittlichen Abstand von 70 mm angeordnet. In einer Ebene 100 mm stromabwärts von den Spitzen 3 befand sich die obere Lage eines aus einem endlosen gelochten Band gefertigten Wandergitters 12 aus rostfreiem Stahl. Das Band hatte eine Dicke von 0,3 mm, wies Löcher von 12 mm Durchmesser mit einem Mittenabstand von 18 mm auf und lief mit einer Geschwindigkeit von ca. 50 mm/s in Längsrichtung des Kanalquerschnitts über die beiden Trommeln 13 von 300 mm Durchmesser. Der Gasstrom 1 hatte eine Geschwindigkeit von ca.
5 m/s und war mit 1,5 104 Partikeln pro cm3 aus Wachs mit einem mittleren Durchmesser von 2,5 llm beladen. Die rotierende Bürste 14 hatte einen Durchmesser von 80 mm. Am Austragsende betrug die Partikelüberdeckung des Wandergitters in Mittel 3 mm. Es wurde ein Abscheidungsgrad von durchschnittlich 80% erreicht.
Ausführungsbeispiel 3:
Siehe Figur 5!
Ein Gasstrom 1 von rechteckförmigem Querschnitt (300 mm x 500 mm) wurde durch ein von Spitzen 3 gebildetes Gitter auf eine rotierende zylindrische, mit Öffnungen versehene Niederschlagselektrode 16 geleitet. Letztere bestand aus rostfreiem Stahlblech von 1,5 mm Stärke und wies unterbrochene Längsschlitze von 3 mm radialer Breite und 12 mm axialer Länge auf. Die Offnungen hatten einen Mittenabstand von 8 mm in radialer und von 16 mm in axialer Richtung. Die Spitzen 3 waren ungefähr konzentrisch zur Niederschlagselektrode 16 in einem radialen Abstand von ca. 60 mm angeordnet und hatten einen tangentialen Abstand von 40 mm und einen axialen von 60 mm voneinander.
Die Geschwindigkeit des Gasstromes 1 betrug durchschnittlich 6 m/s, die Partikelbeladung 104 Partikel/cm3 aus Wachs (Partikeldurchmesser ca. 3 um). Die Niederschlagselektrode rotierte mit einer Umfangsgeschwindigkeit von ca. 40 mm/s.
Der Partikelaustrag 15 wurde kontinuierlich durch eine rotierende Bürste 14 von 60 mm Durchmesser bewerkstelligt.
Es wurde ein Abscheidungsgrad von über 80% erreicht.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die grundsätzliche Ausführung besteht in einer quer zur Strömungsrichtung des mit Partikeln beladenen Gasstromes angeordneten durchbrochenen Niederschlagselektrode und der Bereitstellung von Mitteln (von Hand oder automatisch) zur Austragung der abgeschiedenen Partikel. Die Niederschlagselektrode kann in Form eines metallischen Lochbleches, Drahtsiebes, Drahtgeflechts, einer Stahlwolleschicht oder eines ein- oder mehrlagigen Kettenvorhangs ausgebildet sein. Für kontinuierlichen Betrieb eignen sich vorzugsweise endlose durchbrochene Förderbänder und Wandergitter oder zylindrische, mit Öffnungen (Löcher, Schlitze) versehene rotierende Blechkörper. Bei kontinuierlichem Betrieb wird die Staubreinigung und Austragung in vorteilhafter Weise durch eine oder mehrere am Austragsende (an den Austragsenden) vorgesehene angebrachte feststehende oder rotierende Bürsten vorgenommen.
Es kommen aber in einfachen Fällen auch gewöhnliche Abstreifer in Frage.
Die rotierende zylindrische Niederschlagselektrode kann ferner umlaufende Rillen (z. B. halbrundes Profil) aufweisen, welche als Auffangtaschen für die abzuscheidenden Partikel dienen. Zu ihrer Austragung können entsprechend profilierte Abstreifer oder rotierende Bürsten vorgesehen sein, welche in die Rillen eingreifen.
DESCRIPTION
The invention is based on a device for separating solid or liquid particles suspended in a gas stream according to the preamble of claim 1.
In conventional electrostatic filters for the separation of particles suspended in a gas stream, the latter are generally charged via a corona discharge at the tip electrodes and transversely under the action of an electric field perpendicular to the gas stream onto a precipitation electrode (usually a plate ) drawn (cf. HJ White, dedusting of industrial gases with electrostatic filters, VEB German publishing house for basic material industry, Leipzig 1969). In such devices, the particles suspended in the middle of the gas cross section are forced to travel a comparatively long path in the transverse direction until they reach the precipitation electrode attached to the channel wall or identical to it. This requires long, voluminous and complex filter devices in the direction of flow.
There is therefore a need to reduce the distances to be traveled by the particles to be separated and to make the separation more effective.
It is known that the separation of fiber or packed bed filters can be significantly improved if the particles to be separated are previously charged electrically or if, conversely, the separation medium is charged electrically (see dissertation H. Jodeit, Karlsruhe, studies on particle separation in technical depth filters, progress reports VDI, Series 3: Process Engineering No. 108, VDI-Verlag Düsseldorf; Hp. Baumgartner, The Influence of Electrostatic Fiber Charge on Particle Separation in Depth Filters, Institute for Mechanical Process Engineering and Mechanics University of Karlsruhe, Colloquium Progress and Development Trends in Gas Purification with Fiber Filters, 23. February 24/24, 1984 in Karlsruhe).
Since the particles are usually charged in a tip / plate corona device, part of the particles is always deposited on the plate, which is undesirable. On the other hand, the filter medium consists of electrically non-conductive materials, so that it cannot be used as a counter electrode.
The invention is based on the object of specifying a device for the electrostatic separation of particles suspended in a gas stream, in which the charged particles pass through the shortest possible path to the precipitation electrode. The dimensions of the device should be as small as possible for a given separation capacity. The device should be able to be cleaned of the separated particles in a simple manner.
This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.
The invention is described on the basis of the following exemplary embodiments which are explained in more detail by means of figures.
It shows:
1 shows a schematic longitudinal section through a deposition device,
2 shows a longitudinal section / elevation through a deposition device with a chain curtain as a precipitation electrode,
3 shows a cross section / floor plan through a separation device with chain curtain according to FIG. 2,
4 shows a schematic longitudinal section through a deposition device with a traveling grating as the precipitation electrode,
5 shows a schematic longitudinal section through a deposition device with a rotating cylindrical precipitation electrode,
Fig. 6 is a schematic perspective view of a deposition device with a rotating cylindrical precipitation electrode and two-sided supply of the gas stream.
Fig. 1 shows a schematic representation of the principle of the deposition device using a longitudinal section.
The gas stream 1, which is guided between the channel walls 2 and is loaded with particles, sweeps along the longitudinally arranged tip (spray electrode) 3. Downstream there is a transverse precipitation electrode 4, which is formed by a metallic body provided with openings. This can be a perforated plate, a sieve, a wire mesh, an expanded metal body, a layer of steel wool, etc. An electrically charged particle 5 located at the level of the tip 3 subsequently travels through the particle path 6, it only having to cover the transverse path d in order to strike the precipitation electrode 4. The probability of the particle 5 striking is high, which ensures a high degree of separation.
At the same time, the dimensions of the device become small.
FIG. 2 shows a separating device based on the principle of FIG. 1 in longitudinal section / elevation.
In the present case, a two-layer chain curtain 9 clamped in a square frame 10 is used as the precipitation electrode. The tips (spray electrodes) 3 are arranged on wires 7, which in turn are fastened in insulating bodies 8, one of the latter being designed in each case as a passage through the channel wall 2. The electrodes (3, 9) are connected to a high-voltage source 11 (voltage U) which is grounded on one side. The remaining reference numerals correspond to those in FIG. 1.
FIG. 3 shows a cross section / floor plan through a separation device with chain curtain according to FIG. 2.
The figure needs no further explanation. The reference numerals correspond to those in FIG. 2.
4 shows a schematic longitudinal section through a deposition device with a traveling grating as the precipitation electrode. Gas flow 1 penetrates perpendicularly through the crosswise moving grating 12, which slowly moves in the direction of the arrow. It is guided over the drums 13. The particle precipitation is indicated by dots. This part of the traveling grating 12 located at the right end on the drum 13 is cleaned by a rotating brush 14. 15 represents the corresponding dust discharge. The remaining reference numerals correspond to those of FIG. 1.
5 relates to a schematic longitudinal section through a deposition device with a rotating, cylindrical precipitation electrode. The gas stream 1 first passes through a grid formed by a plurality of peaks 3. The latter can, as in the present case, be arranged approximately concentrically to the rotating precipitation electrode 16. 14 represents a rotating brush, 15 the dust discharge. 17 is the clean gas flow passing through the precipitation electrode 16 on the underside. The remaining reference numerals correspond to those in FIG. 1.
Fig. 6 is a schematic perspective view of a separator with a rotating cylindrical precipitation electrode and two-sided supply of the gas stream. Two gas flows 1 meet, offset by 1800 (diametrically opposite), on the rotating cylindrical precipitation electrode 16 and leave the latter as a clean gas flow 17 in the axial direction. The dust discharge 15 takes place by means of a rotating brush 14.
A second brush 14 (not shown) can optionally be arranged diametrically opposite the first one with respect to the precipitation electrode 16.
Example 1:
See Figures 2 and 3!
In a flow channel of square cross section with the internal dimensions 200 mm x 200 mm (channel walls 2), consisting of polyvinyl chloride (PVC), a two-layer chain curtain 9 was installed transversely in a metallic frame 10. The length of the chain links was 15 mm, the wire diameter of the chain links 2 mm. Measured at a height of 100 mm upstream, a total of 5 tips (spray electrodes) 3 were staggered, arranged on wires 7 of 3 mm in diameter. The tips 3 had a rounding radius of approximately 0.8 mm. The tips 3 on the outer wires 7 were spaced 100 mm apart, while another tip on the middle wire 7 was arranged in the middle. The axes of the wires 7 were spaced 50 mm apart.
The electrodes (3, 9) were connected to a high voltage source 11 with a voltage U of 40 kV. The gas stream 1 had an average speed of 5 m / s. The suspended dust particles, which in the present case consisted of wax with an average size of 2 μm, were electrically charged under the effect of the corona discharge and passed through the electric field onto the chain curtain 9 and deposited there. The particle concentration in gas stream 1 in the present case was approximately 104 particles / cm 3. The measured degree of separation ranged between 70 and 80%. The deposition process could be continued uninterruptedly until the particle layer deposited on the chain curtain 9 had assumed a thickness of 2 to 3 mm.
The frame 10 together with the chain curtain 9 was then removed from the channel and cleaned.
Example 2:
See Figure 4!
The gas stream 1 had a rectangular cross section of 500 mm x 100 mm. The channel walls 2 consisted of polyvinyl chloride (PVC). The tips 3 were arranged on an orthogonal grid with an average distance of 70 mm. In a plane 100 mm downstream from the tips 3 was the upper layer of a stainless steel traveling grating 12 made from an endless perforated band. The band had a thickness of 0.3 mm, had holes of 12 mm in diameter with a center distance of 18 mm and ran at a speed of approx. 50 mm / s in the longitudinal direction of the channel cross section over the two drums 13 of 300 mm in diameter. The gas stream 1 had a speed of approx.
5 m / s and was loaded with 1.5 104 particles per cm 3 of wax with an average diameter of 2.5 llm. The rotating brush 14 had a diameter of 80 mm. At the end of the discharge, the average particle coverage of the traveling grate was 3 mm. An average separation rate of 80% was achieved.
Example 3:
See Figure 5!
A gas stream 1 of rectangular cross-section (300 mm x 500 mm) was passed through a grid formed by tips 3 onto a rotating cylindrical precipitation electrode 16 provided with openings. The latter consisted of 1.5 mm thick stainless steel sheet and had interrupted longitudinal slots of 3 mm radial width and 12 mm axial length. The openings had a center distance of 8 mm in the radial and 16 mm in the axial direction. The tips 3 were arranged approximately concentrically to the precipitation electrode 16 at a radial distance of approximately 60 mm and had a tangential distance of 40 mm and an axial distance of 60 mm from one another.
The velocity of the gas stream 1 was 6 m / s on average, the particle loading was 104 particles / cm 3 made of wax (particle diameter approx. 3 μm). The precipitation electrode rotated at a peripheral speed of approx. 40 mm / s.
The particle discharge 15 was accomplished continuously by a rotating brush 14 with a diameter of 60 mm.
A degree of separation of over 80% was achieved.
The invention is not restricted to the exemplary embodiments.
The basic design consists of a perforated precipitation electrode arranged transversely to the direction of flow of the gas stream laden with particles and the provision of means (by hand or automatically) for discharging the separated particles. The precipitation electrode can be in the form of a perforated metal sheet, wire screen, wire mesh, a layer of steel wool or a single or multi-layer chain curtain. Endless perforated conveyor belts and traveling grids or cylindrical rotating sheet metal bodies with openings (holes, slots) are preferably suitable for continuous operation. In continuous operation, dust cleaning and discharge is advantageously carried out by one or more fixed or rotating brushes provided at the discharge end (at the discharge ends).
In simple cases, however, ordinary wipers can also be used.
The rotating cylindrical precipitation electrode can furthermore have circumferential grooves (z. B. semicircular profile), which serve as collecting pockets for the particles to be separated. Correspondingly profiled scrapers or rotating brushes which engage in the grooves can be provided for their discharge.