DE10045369A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Prozessgasen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Prozeßgasen, bei den ein Gasstrom (1) aus Prozessgas, der Staubteilchen (2) enthält, über eine oder mehrere Sprühelektroden (3) und Abscheideelektroden (4) geleitet wird. DOLLAR A Um eine Reinigungswirkung zu verbessern und insbesondere auch hochohmige Feinststaubteilchen abführen zu können, wird erfindungsgemäß ein magnetisches Wanderfeld erzeugt, das sich zumindest vorwiegend nach unten bewegt. Hierdurch können ionisierte Staubteilchen in vertikaler Richtung nach unten abgeführt werden. Erfindungsgemäß kann insbesondere eine Regelung über eine Messeinrichtung (9) der Staubteilchenkonzentration und eine Regeleinrichtung (10) vorgenommen werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von Prozeßgasen, bei dem ein Gasstrom aus Prozessgas, der Staubteil­ chen enthält, über Sprühelektroden und Abscheideelektroden ge­ leitet wird, an denen eine elektrische Spannung angelegt ist. Weiterhin bezieht die Erfindung sich auf eine Vorrichtung zum Reinigen von Prozessgasen mit einem Gaskanal zum Durchführen eines Gasstromes, einer oder mehreren Sprühelektroden zum Ioni­ sieren des Gasstromes und Übertragen elektrischer Ladung auf die Staubpartikel, Abscheideelektroden zur Abscheidung der Staub­ teilchen, und einer Spannungsquelle zum Anlegen einer elektri­ schen Spannung zwischen den Sprühelektroden und den Abscheidee­ lektroden.

Bei derartigen Verfahren und Vorrichtungen werden Elektrofilter zur Reinigung der staubhaltigen Prozessgase eingesetzt. Zwischen der bzw. den Sprühelektroden und den Abscheideelektroden wird durch die elektrische Spannung ein starkes elektrisches Feld erzeugt. Hierbei kann insbesondere eine Koronaentladung um die Sprühelektroden herum auftreten, die zur Erzeugung von Ionen in den Prozessgasen führt. Beim Zusammentreffen der Ionen mit den Staubteilchen werden diese elektrisch aufgeladen. Hierbei kann sowohl eine positive als auch eine negative elektrische Ladung an die Staubteilchen abgegeben werden. Die hierdurch elektrisch aufgeladenen Staubteilchen erfahren in dem elektrischen Feld eine Kraft zu der Sprühelektrode bzw. den Abscheideelektroden hin.

Hierbei werden die Abscheideelektroden insbesondere als Anoden geschaltet, so daß die überwiegend negativ geladenen Staubteil­ chen zu ihnen wandern und an diesen abgeschieden werden. Die abgeschiedenen Staubteilchen werden durch Abklopfeinrichtungen regelmäßig von den Abscheideelektroden gelöst und fallen in ei­ nen unterhalb dieser Anordnung vorgesehenen Sammelbehälter.

Nachteilhaft an einem derartigen Verfahren und einer derartigen Vorrichtung ist jedoch, daß Feinststäube zum Teil so leicht sind, daß sie vom Gasstrom durch den Elektrofilter bzw. die Elektrofiltergassen hindurch gelangen, ohne daß die auf ihnen befindliche negative elektrische Ladung zur Abscheidung an den Anoden ausreicht. Diese Feinststäube verbleiben somit im gefil­ terten Gasstrom.

Weiterhin gelangt beim Abklopfen der auf den Anoden abgeschiede­ nen Staubteilchen durch Aufwirbeln ein Teil der Staubteilchen wieder in das Prozessgas zurück.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik Verbesserungen zu schaffen und insbesondere mit re­ lativ geringem Aufwand eine gute Filterung der Prozessgase zu erreichen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren gelöst, indem der Gasstrom zumindest vorwiegend in einer horizontalen Richtung geführt wird, und ein magnetisches Wanderfeld erzeugt wird, das sich zumindest vorwiegend nach unten bewegt.

Diese Aufgabe wird weiterhin bei der eingangs genannten Vorrich­ tung gelöst, indem eine Magnetspuleneinrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Wanderfeldes vorgesehen ist, das sich zumin­ dest vorwiegend nach unten bewegt.

Erfindungsgemäß wird somit zusätzlich zu der elektrostatischen Ablenkung durch die Abscheideelektroden eine elektromotorische Kraft auf die elektrisch geladenen Staubteilchen ausgeübt. Indem ein sich bewegendes magnetisches Wanderfeld erzeugt wird, können die elektrisch geladenen, in der Regel hochohmigen Teilchen in eine gewünschte Richtung geführt werden. Während die elektrosta­ tische Kraft die elektrisch geladenen Teilchen zu den Abschei­ deelektroden - im allgemeinen in seitliche Richtung - ablenkt, wird erfindungsgemäß durch das zusätzliche magnetische Wander­ feld eine nach unten, d. h. im wesentlichen in Richtung der Er­ danziehungskraft, weisende Kraft auf die Staubteilchen ausgeübt. Hierdurch werden die Staubteilchen direkt abgeführt, z. B. in eine Sammeleinrichtung bzw. einen Sammelbunker unterhalb des Gasstromes.

Durch diese Staubabführung in im wesentlichen vertikaler Rich­ tung nach unten wird zum einen eine zusätzliche Reinigung des Prozessgases auch von Feinststäuben erreicht; dies ist insbeson­ dere dann zu erreichen, wenn durch konstruktive Maßnahmen die Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Gases nach unten hin abnimmt (größerer Flächenquerschnitt); weiterhin wird auch auf einen Teil der Staubteilchen, die ansonsten an den Abscheidee­ lektroden haften bleiben, eine Kraft direkt nach unten ausgeübt. Hierdurch wird die Abscheidung an den Abscheideelektroden ver­ mindert, so daß einerseits das abgeklopfte Material sicherer in die Staubsammeleinrichtung 6 gelangt und andererseits die Ab­ klopfvorgänge seltener vorgenommen werden müssen. Hierdurch wird die problematische Aufwirbelung festgesetzter Staubteilchen von den Elektroden, die den Gasstrom aus Prozessgas wiederum mit Staubteilchen belastet, zumindest verringert.

Der Gasstrom wird vorteilhafterweise im wesentlichen senkrecht zur Flächennormale der Abscheideelektroden geführt, so daß die Abscheideelektroden eine große Wirkfläche zur Verfügung stellen.

Die Abscheideelektroden können insbesondere als seitliche Be­ grenzung des Gaskanales dienen. Hierbei können bei Verwendung mehrerer Abscheideelektroden auch mehrere parallele Gaskanäle - in der Fachsprache als Gassen bezeichnet - angeordnet werden.

Die magnetische Feldstärke bzw. Flußdichte des magnetischen Wan­ derfeldes verläuft zumindest im wesentlichen senkrecht zur Wan­ derrichtung des Feldes, d. h. zumindest im wesentlichen in einer horizontalen Richtung. Hierbei kann das magnetische Feld auch in Richtung des Gasstromes oder in Richtung des elektrischen Feldes weisen; die auf die geladenen Staubteilchen ausgeübte Kraft wird jedoch durch die Wanderrichtung des magnetischen Wanderfeldes festgelegt und führt die Staubteilchen jeweils nach unten.

Das magnetische Wanderfeld ist vorteilhafterweise dem elektri­ schen Feld überlagert, so daß ein Gaskanal mit sowohl einem elektrischen als auch einem magnetischen Feld ausgebildet ist. Hierbei kann die Magnetspuleneinrichtung, die das magnetische Wanderfeld erzeugt, vorteilhafterweise bei den Abscheideelektro­ den oder auch in den Abscheideelektroden angeordnet werden. Hierzu sind die Abscheideelektroden vorteilhafterweise aus einem zwar elektrisch leitfähigen, jedoch nicht magnetischen Werkstoff hergestellt. Die Wahl des Werkstoffes richtet sich auch nach der Chemie des zu reinigenden Gases, nach dessen Temperatur und nach der Art des Staubes. Hierbei kann insbesondere austenitischer Stahl verwendet werden.

Vorteilhafterweise wird das magnetische Wanderfeld in im wesent­ lichen vertikaler Richtung bis zu einer Staubsammeleinrichtung unterhalb des Gasstromes geführt, so daß eine Verdichtung der Staubteilchen in der Sammeleinrichtung bewirkt wird. Hierdurch kann ein Aufwirbeln des abgelagerten Staubes, das einen Teil der Staubteilchen wieder in den Gasstrom zurückführt, weitgehend vermieden werden.

Erfindungsgemäß ist somit eine verbesserte Reinigung des Gas­ stromes, auch von Feinststaubteilchen, möglich; weiterhin wird auch die Filterung größerer Staubteilchen durch die geringere Anzahl von Abklopfvorgängen verbessert. Weiterhin können durch die verbesserte Reinigungswirkung Filter mit kleinerer räumli­ cher Ausdehnung hergestellt werden.

Erfindungsgemäß können sowohl das elektrische Feld als auch das magnetische Feld geregelt werden. Hierzu wird vorteilhafterweise eine Konzentration von Staubteilchen gemessen, z. B. durch eine am Ende des Gasstromes bzw. Ausgang des Filters angeordnete Meßeinrichtung. Das Meßsignal der Meßeinrichtung zur Messung der Konzentration von Staubteilchen durch den Gasstrom kann von der Regeleinrichtung zur Einstellung der elektrischen Spannung oder der Induktionsströme verwendet werden; vorteilhafterweise wird hierbei die elektrische Spannung zumindest im wesentlichen kon­ stant gehalten, z. B. auf einem maximal zulässigen Wert unter­ halb einer Durchbruchspannung, so daß eine gute Ionisierung des Gasstromes und somit elektrische Aufladung der Staubteilchen erzielt wird. Die Regelung wird vorteilhafterweise durch eine Einstellung der die Magnetspuleneinrichtung speisenden Erreger­ ströme erzielt, so daß eine gewünschte Reinigung erreicht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeich­ nung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Die Figur zeigt einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Horizontalschnitt durch eine Filtereinrichtung.

Ein Gasstrom 1 eines Prozessgases, in dem Staubteilchen 2, ins­ besondere hochohmige Staubteilchen, unterschiedlicher Größe mit­ gerissen werden, wird durch einen Gaskanal 7 geführt. Der Gaska­ nal wird seitlich durch Abscheideelektroden 4 aus einem elek­ trisch leitfähigen, nicht magnetischen Material, wie z. B. einem austenitischen Stahl begrenzt. Die einzelnen Abscheideelektroden grenzen direkt aneinander an oder sind, wie in der Figur ge­ zeigt, durch Zwischenstücke 11 abgedichtet. Erfindungsgemäß sind vorteilhafterweise mehrere derartige Gaskanäle 7 nebeneinander angebracht, wobei die Abscheideelektroden die einzelnen Kanäle voneinander abgrenzen.

Zwischen den Abscheideelektroden 4 sind Sprühelektroden 3 vor­ gesehen, die z. B. vertikal verlaufende Stäbe mit Sprühankern bzw. Spiraldraht-Elektroden sein können. An die Sprühelektroden 3 und die Abscheideelektroden 4 wird eine elektrische Spannung angelegt. Diese Spannung kann insbesondere eine Gleichspannung bzw. eine aus Gleichrichtung einer Wechselspannung erzeugte, im wesentlichen zeitlich konstante Spannung sein. Hierbei werden die Sprühelektroden im allgemeinen an die Kathode und die Ab­ scheideelektroden an die Anode der Spannungsquelle 8 angeschlos­ sen. Die als Anoden geschalteten Abscheideelektroden werden im allgemeinen gemäß der Figur geerdet.

Die angelegte Gleichspannung U ist im allgemeinen so bemessen, daß eine teilweise Ionisierung des Prozessgases im Gaskanal 7 erreicht wird. Hierbei wird um die Sprühelektroden 3 herum im allgemeinen ein hinreichende Koronaentladung bewirkt, ohne daß es zu einem Durchbruch der elektrischen Spannung zwischen Sprüh­ elektrode und Abscheideelektroden kommt.

Durch Zusammentreffen der Staubteilchen 2 mit den Ionen des Pro­ zessgases werden die Staubteilchen teilweise elektrisch aufge­ laden. In dem elektrischen Feld E, das gemäß der Figur zwischen den Sprühelektroden 3 und den Abscheideelektroden 4 ausgebildet wird, erfahren die ionisierten Staubteilchen 2 eine in seitli­ cher Richtung wirkende elektrische Kraft, im allgemeinen zu den Abscheideelektroden 4 hin. Die Staubteilchen scheiden sich über­ wiegend an den Abscheideelektroden 4 ab. Die abgeschiedenen Staubteilchen können durch eine zeitweise angelegte Abklopfein­ richtung, die eine mechanische Erschütterung der Abscheideelek­ troden 4 bewirkt, von den Abscheideelektroden 4 gelöst werden. Die gelösten Staubteilchen fallen im wesentlichen in vertikaler Richtung nach unten zu einer nicht gezeigten Staubsammeleinrich­ tung; ein Teil der gelösten Staubteilchen wird jedoch wieder in den Gasstrom 1 geführt.

Erfindungsgemäß ist eine Magnetspuleinrichtung 5 vorgesehen, die ein magnetisches Wanderfeld erzeugt, das aus Übersichtsgründen in der Figur nicht eingezeichnet ist. Die Wanderrichtung des magnetischen Wanderfeldes verläuft im wesentlichen in vertikaler Richtung nach unten, d. h. in die Zeichenebene der Figur hinein. Die magnetische Feldrichtung verläuft im allgemeinen vertikal zur Wanderrichtung und kann somit beliebig in der Zeichenebene liegen. Die Kraftverteilung der Einrichtung wird so ausgelegt, daß die Kraftkomponente in Richtung Erdbeschleunigung deutlich überwiegt.

Zur Erzeugung des magnetischen Wanderfeldes kann insbesondere eine Linearinduktoreinrichtung verwendet werden. Den magneti­ schen Wanderfeldern können weiterhin konstante Magnetfelder überlagert werden, die die erfindungsgemäße Wirkung des magneti­ schen Wanderfeldes nicht beeinflussen.

Außerhalb des Filters kann in dem Reingas abführenden Kanal vor­ teilhafterweise eine Meßeinrichtung 9 zur Messung der Staubkon­ zentration in dem Gasstrom 1 vorgesehen sein. Das Meßsignal m der Meßeinrichtung 9 kann einer Regeleinrichtung 10 eingegeben werden, die die Reinigungswirkung einstellt. Die Einstellung der Reinigungswirkung kann vorteilhafterweise durch Änderung der Erregerströme der Magnetspuleneinrichtung 5 vorgenommen werden, so daß das elektrische Feld E unverändert bleiben kann und vor­ teilhafterweise derartig groß eingestellt ist, daß eine maximal zulässige Ionisierungswirkung bzw. Koronaentladung erzeugt wird, ohne daß es zu einem Spannungsdurchschlag zwischen den Sprüh­ elektroden 3 und den Abscheideelektroden 4 kommt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Reinigen von Prozessgasen, bei dem ein Gas­ strom (1) aus Prozessgas, der Staubteilchen (2) enthält, über Sprühelektroden (3) und Abscheideelektroden (4) gelei­ tet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
der Gasstrom (1) zumindest vorwiegend in einer horizontalen Richtung geführt wird, und
ein magnetisches Wanderfeld erzeugt wird, das sich zumin­ dest vorwiegend nach unten bewegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom (1) zumindest vorwiegend senkrecht zur Flächennor­ male der Abscheideelektroden (4) geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Wanderfeld dem elektrischen Feld (E) überlagert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideelektroden (4), vorzugsweise auch die Sprühelek­ troden (3), aus einem elektrisch leitfähigen, nicht magne­ tischen Werkstoff, z. B. einem austenitischen Stahl, herge­ stellt sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das magnetische Wanderfeld bis in eine Staub­ sammeleinrichtung unterhalb des Gasstromes (1) verläuft.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Konzentration der Staubteilchen (2) in dem Gasstrom (1) gemessen wird, eine elektrische Spannung (U) eingestellt wird, und die Wandergeschwindigkeit und/­ oder Flußdichte des magnetischen Wanderfeldes derartig ein­ gestellt wird, daß eine gemessene Staubkonzentration im Gasstrom einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eingestellte elektrische Spannung (U) einen konstanten Wert, vorzugsweise einen maximal zulässigen Wert, aufweist.

8. Vorrichtung zum Reinigen von Prozessgasen, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit
einem Gaskanal (7) zum Durchführen eines Gasstromes (1),
einer oder mehreren Sprühelektroden (3) zum Abgeben elek­ trischer Ladungen an Staubteilchen (2) in dem Gasstrom (1),
Abscheideelektroden (4), zur Abscheidung von Staubteilchen (2), und
einer Spannungsquelle (8) zum Anlegen einer elektrischen Spannung (U) zwischen den Sprühelektroden (3) und den Ab­ scheideelektroden (4),
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Magnetspuleneinrichtung (5) zum Erzeugen eines magne­ tischen Wanderfeldes, das sich zumindest vorwiegend nach unten bewegt, vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideelektroden (4), vorzugsweise auch die Sprüh­ elektroden (3) aus einem elektrisch leitfähigen, nicht ma­ gnetischen Werkstoff, z. B. einem austenitischen Stahl, hergestellt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspuleneinrichtung eine Linearinduktoreinrich­ tung aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspuleneinrichtung (5) in den Abscheideelektroden (4) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abscheideelektroden als Elektroden­ platten ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Messeinrichtung (9) zum Messen einer Staubkonzentration in dem Gasstrom, und eine Regeleinrich­ tung (10) zum Einstellen einer Wandergeschwindigkeit und/- oder Flussdichte des magnetischen Feldes in Abhängigkeit von einem Messwert der Messeinrichtung (9) vorgesehen ist.