DE1013628B - Verfahren zum elektrischen Abscheiden fester und/oder fluessiger Fremdpartikel aus einem Gasstrom - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Abscheiden fester und/oder flüssiger Fremdpartikel aus einem Gasstrom.

Es ist bekannt, den Gasstrom zu ionisieren und dadurch die in ihm enthaltenen Fremdpartikel elektrisch zu beladen und anschließend die geladenen Partikel in einem vorwiegend quer zur Gasströmung gerichteten elektrischen. Feld abzuscheiden. Es hat sich gezeigt, daß eine Abscheidung solcher Partikel nach den bekannten Verfahren nur bis zu einer bestimmten Partikelgröße herunter wirtschaftlich erreichbar ist.

Zur Verbesserung des Abscheidegrades bekannter Verfahren wurde auch schon vorgeschlagen, dem Gasstrom vor oder nach dessen Ionisation einen Stoff in Dampfform zuzusetzen. Die Anordnung wurde dabei so getroffen, daß der Dampf an den Abscheideelektroden kondensieren und dabei die dort abgeschiedenen Partikel fortschwemmen konnte. Eine Herabsetzung der Größe der noch zur Abscheidung gelangenden Teilchen wurde dabei nicht erreicht. Da außerdem zur Ionisation meist Sprühelektroden verwendet wurden und auch keine einwandfrei isolierten Abscheiderelektrodensysteme zur Verfügung standen, mußte der Stoff ein elektrischer Nichtleiter sein, oder es mußte jede Kondensation im Ionisator verhindert werden, um einen elektrischen Durchschlag und demzufolge ein Zusammenbrechen des Ionisator- oder Abscheiderfeldes zu vermeiden. Zu diesem Zweck wurde vielfach vorgeschlagen, den Zusatzdampf erst nach der Ionisation dem Gasstrom zuzuführen; in jedem Fall wirkte er als reines Spülmedium und konnte die Abscheidung kleinerer Teilchen nicht fördern.

Demgegenüber kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch die Hintereinanderschaltung folgender Verfahrensschritte:

a) Zusetzen eines Stoffes in Dampfform zu dem zu reinigenden Gas,

b) Kondensieren des zugesetzten Stoffes im Gasstrom,

c) Ionisieren des Gasstromes durch Bestrahlen mittels radioaktiver Stoffe und

d) Abscheiden der Fremdpartikel in einem vorwiegend quer zur Gasströmung gerichteten elektrischen Feld.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird demnach der Zusatzdampf noch vor dem Ionisieren des Gasstromes kondensiert, wobei die im Gas enthaltenen Fremdpartikel als Kondensationskerne dienen. Die durch Anlagerung von kondensiertem Dampf vergrößerten Fremdpartikel werden dann elektrisch aufgeladen und anschließend abgeschieden. Da die Größe der pro Fremdpartikel zu erzielenden elektrischen Aufladung mit der Oberfläche dieser Partikel zunimmt, lassen sich nach diesem Verfahren Partikel

fester und/oder flüssiger Fremdpartikel

aus einem Gasstrom

Anmelder:

Societe financiere d'Expansion
ίο Commerciale et Industrielle SA.

»Sfindex«,
Samen (Schweiz)

!g Vertreter: Dr.-Ing. Dr. jur. Fr. Lehmann, Patentanwalt, München 5, Papa-Schmid-Str. 1

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 19. März 1952

Dipl.-Ing. Julius Maas, Luzern (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

mit sehr kleinem Durchmesser (kleiner als 10—* cm) einwandfrei abscheiden.

Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine aus zwei Filterkesseln bestehende und mit Zwischenkühler arbeitende Abscheideapparatur,

Fig. 2 eine Ausführung mit Zwischenkühler und nur einem Filterkessel,

Fig. 3 eine mit Strahldüse arbeitende Abscheideapparatur,

Fig. 4 und 5 eine besondere Bauweise des Abscheiderelektrodensystems.

Eine beispielsweise Ausführung der Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung, wobei zwei gleichartige Einrichtungen 1 hintereinander von. dem von mitgeführten festen und flüssigen Fremdpartikeln zu reinigenden Gas durchströmt werden, hier beispielsweise als senkrecht angeordnete Filterkessel dargestellt. Dem ersten Filterkessel 1 wird das Gas durch den Stutzen 2 oben zugeführt und unmittelbar nach seinem Eintritt mit dem Zusatzmediutn vermischt, das in Dampffo'rm aus den Düsen 3 ausströmt. In der vorliegenden beispielsweisen Ausführung ist der Fall dargestellt, bei dem das als gesättigter Dampf ein-

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I I t-

strömende Zusatzmedium eine höhere Temperatur aufweist als der Gasstrom, und sich- in demselben sofort zum Teil kondensiert, dabei die vom Gas mitgeführten festen und flüssigen Fremdpartikel als Kondensationskerne benutzend, diese also räumlich vergrößernd. Das Gas mit den so vergrößerten Fremdpartikeln durchströmt anschließend den Ionisator 4, in dem räumlich verteilt angeordnete radioaktive Substanzen mit vorwiegender α-Emission eine große Zahl ionisierter Moleküle in allen Teilen des Strömungsquerschnittes erzeugen, die sich an den durch Kondensation vergrößerten Fremdpartikel anlagern und dieselben somit elektrisch aufladen. Im nachfolgenden Elektrodensystem 5 gelangt der Gasstrom unter die Wirkung eines vorwiegend quer zur Strömung gerichteten elekirischen Feldes, das auf die geladenen Fremdpartikel eine ablenkende Kraft ausübt, unter deren Antrieb sie sich auf die Elektroden zu bewegen und sich dort niederschlagen, wobei die Kondensationsteilchen einen Flüssigkeitsfilhi bilden, der die Fremdpartikel enthält. Die Elektroden und die aus nichtleitendem Material bestehenden Isolierteile innerhalb des Elektrodensystems besitzen eine Struktur, die es dem Flüssigkeitsfilm ermöglicht, aus dem Elektrodensystem abzufließen, .wodurch die abgeschiedenen festen und flüssigen Fremdpartikel mit abtransportiert werden.

Bei hohem Gehalt des Gases an mitgeführten Fremdpartikeln ist es zweckmäßig, den Gasstrom nach dem Verlassen des Elektrodensystems 5 durch einen zweiten gleichartigen Ionisator 4 und ein zweites Elektrodensystem 5 zu leiten. Diese Hintereinanderschaltung wäre wirksamer, wenn eine zweite Fremdpartikelvergrößerung vor dem zweiten Ionisator 4 erfolgen •würde. Im vorliegenden Fall einer Beifügung eines Zusatzmediums höherer Temperatur ist eine zweite Kondensation aber wenig wirksam, da sich der Gasstrom bereits nach der ersten Beifügung des Zusatzmediums in seiner Temperatur entsprechend erhöht hat. Um jedoch eine zweite Fremdpartikelvergrößerung vornehmen zu können, wird das Gas durch eine Kühleinrichtung 6 geleitet und dann erst dem zweiten Filterkessel 1 zugeführt, der ebenfalls eine Düseneinrichtung 3 und zwei, aus je einem Ionisator 4 und je einem Elektrodensystem 5 bestehende Abscheidungsbaugruppen aufweist. Aus dem Rohrstutzen 7 tritt dann der von festen und flüssigen Fremdpartikeln befreite Gasstrom aus.

Die beiden Filterkessel 1 und die Kühleinrichtung 6 weisen zur Fortleitung der abgeschiedenen und durch die festen und flüssigen Fremdpartikel verunreinigten Mengen von flüssigem Zusatzmedium je eine Abflußeinrichtung auf, in Fig. 1 schematisch, durch die Fällrohre 8 dargestellt. Das flüssige Zusatzmedium wird in Abscheidern 9 von den mitgeführten oder in ihm gelösten Fremdpartikeln befreit und dann der Einrichtung 10 zugeleitet, wo die Umwandlung des Zusatzmediums in Dampf unter entsprechendem Druck bzw, der erforderlichen Temperatur erfolgt, der dann über die Leitungen 11 zu den Düsenanordnungen 3 gelangt. Das Zusatzmedium wird auf diese Weise im Kreislauf so lange wieder verwendet, bis sein Gehalt an nicht abgeschiedenen Fremdpartikeln oder gelöstem Gas eine Erneuerung notwendig macht.

Die in Fig. 1 scbematisch dargestellte Zwischenschaltung einer Kühleinrichtung-6 vor einer zweiten Zumischung eines dampfförmigen Zusatzmediums· zum Gasstrom kann auch innerhalb eines Filterkessels selbst vorgenommen werdein. Eine derartige Apparatur ist In Fig. 2 schematisch dargestellt, wobei im Filterfcessel 1 das bei 2 eintretende Gas, mit dem durch Düse 3 eingeleiteten dampfförmigen Zusatzmedium. vermischt, durch den ersten Ionisator 4 und das erste Elektrodensystem 5 strömt. Hinter dem ersten Elektrodensystem 5 ist eine Kühleinrichtung 6 eingebaut, die den Gasstrom in einen thermischen Zustand versetzt, der eine abermalige Beimengung des Zusatzmediums als gesättigter Dampf durch die zweite Düsenanordnung 3 wirksam werden läßt. Nach erfolgter Vermischung und teilweiser Kondensation des Zusatzmediums im Gas strömt dasselbe durch den zweiten Ionisator 4 und ein zweites Elektrodensystem 5 zum Austrittsstutzen 7. Die kondensierten und abgeschiedenen Mengen an flüssigem Zusatzmedium können aus dem ersten und zweiten Elektrodensystem 5 ungehindert abfließen und die festen und flüssigen Fremdpartikel durch das Fallrohr 8 zum Abscheider 9 fortführen. Das flüssige Zusatzmedium wird wieder dem Dampferzeuger 10 zugeleitet und in dampfförmigem Zustand über die Leitungen Il dem Düsen 3 erneut zugeführt

Sowohl in einer Apparatur mit nur einem wie auch einer solchen mit zwei oder mehr Filterkesseln 1 kann auf eine getrennte Kühleinrichtung 6 verzichtet werden, wenn die Eleiktroden oder Isolierteile des jeweils ersten Elektrodensystem^ 5 genügend intensiv gekühlt werden, sei es mittels eines in Hohlräumen zirkulierenden Kühlmittels oder auf andere Weise.

In den Apparaturen nach Fig. 1 und 2 wird die erwünschte Kondensation des dampfförmigen Zusaizmediums im Gas durch einen genügend großen Temperaturunterschied zwischen dem eingeleiteten gesättigten Dampf und dem Gas bewirkt. Dies ist aber nicht die einzige Methode, um eine rasche und intensive Kondensation herbeizuführen. So ist beispielsweise auch die Expansion des Gases nach erfolgter Vermischung mit dem dampfförmigen Zusatzmittel möglich.

Eine Apparatur mit beispielsweiser Expansion durch eine Düse zeigt im Prinzip die Fig. 3. Hier strömt das von mitgeführten festen und flüssigen Fremdpartikeln zu befreiende Gas unter Druck im Rohr 12 zu einer Strahldüse 13, wo noch auf der Hochdruckseite das Zusatzmedium als gesättigter-Dampf mit entsprechendem Druck über die Öffnungen des Ringrohres 14 dem Gas baigemischt wird. Das Gemisch strömt dann durch die Strahldüse 13 und wird dahinter expandiert, so daß eine starke Kondensation des Zusatzmediums erfolgt, wobei die vom Gas mitgeführten festen und flüssigen Fremdpartikel als Kondensationskerne dienen und auf diese Weise eine räumliche Vergrößerung erfahren. Anschließend wird das Gas samt den vergrößerten Fremdpartikeln durch den Ionisator 4 und das Elektrodensystem 5 zum Ausgangsstutzen 7 geleitet. Die abgeschiedenen Mengen flüssigen Zusatzmediums gelangen über das Fallrohr 8 zum Abscheider 9, zwecks Beseitigung der im Zusatzmedium enthaltenen Fremdpartikel, und die Pumpeinrichtung 15 zum Dampferzeuger 10. Dort wird der gesättigte Dampf erzeugt, der über die Leitung 11 dem Ringrohr 14 der Strahldüse 13 mit dem erforderlichen Druck zugeführt wird.

Auch bei einer Ausführung der Apparatur nach Fig. 3 kann eine Hintereinanderschaltung von mehr als einem -Filterkessel 1 erfolgen, deren jeder eine Strahldüse 13 mit Ringrohr 14, einen Ionisator 4 und einen Abscheider 5 aufweist. Gegebenenfalls ist zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Filterkesseln 1 je ein Druckerzeuger anzuordnen, um das Gas mit der erforderlichen Geschwindigkeit durch die jeweils nachfolgenden. Strahldüsen 13 strömen zu lassen. .

Außer der an Hand, von Fig. 1 und 2 dargestellten Methode der Kondensation des dampfförmigen Zusatzmediums im kühleren Gasstrom und derjenigen der adiabatischen Expansion des Gemisches übeir eine Strahldüse gemäß Fig. 3 kann auch jede andere Behandlungsweise des Gasstromes während oder nach dem Einleiten, des dampfförmigen Zusatzmediums angewandt werden, die zu einer starken Kondensation des bereits in gesättigtem Zustand eingeleiteten Zusatzmediums führt. Beispielsweise besteht auch die Möglichkeit, nach erfolgter Einleitung des Zusatzmediums in den Gasstrom, das Gemisch absatzweise in die Zylinder einer Kolbenmaschine einzuleiten, dort zu expandieren und anschließend dem Filterkessel mit dem Ionisator und dem Abscheider zuzuleiten; durch eine derartige periodische Expansion kann die gewünschte Kondensation ebenfalls bewirkt werden. Auch die Mischung von dampfförmigem Zusatzmedium mit dem Gasstrom bei gleicher Temperatur und eine nachhamge gemeinsame Abkühlung des Gemisches kann zum Kondensieren des Zusatzmediums aus der Dampfphase benutzt werden.

Eine besonders zweckmäßige beispielsweise Ausführung des Abscheiders, ist in Fig. 4 im Längsschnitt und in, Fig. 5 in Aufsicht von oben dargestellt. Das von mitgeführten Fremdpartikeln zu befreiende Gas strömt, nach erfolgter Beimischung des· dampfförmigen Zusatzmediums und dessen Kondensation, in Richtung der Pfeile 16 im Filterkessel 17 zuerst durch den in Fig. 4 nur angedeuteten Ioniisatorraum 4 und gelangt dann zum Abscheider, der hier beispielsweise aus vier konzentrisch ineinander angeordneten Rohren 18 aus elektrischem Isoliermaterial besteht, wodurch drei ringförmige und konzentrische Zwischenräume entstehen, in denen sich· die Elektroden 19 befinden. Diese sind wellroihrförmige Gebilde aus Metalldrahtnetz, Metallgeflecht oder ähnlichem Material und weisen eine Struktur auf, die dem Gasstrom 16 den Durchtritt durch die drei konzentrischen Zwischenräume in vorwiegend axialer Richtung ermöglicht, wobei einerseits ein genügend niedriger Strömungswiderstand eingehalten, andererseits aber ein möglichst enger Kontakt zwischen dem strömenden Gas und dem Elektrodenmetall gewährleistet wird. Wie in Fig. 5 schematisch angedeutet, liegen der metallische Kesselmantel 17 sowie der Metallbelag 20 innerhalb des zentral gelegenen Isolierrohres 18 und die mittlere der drei konzentrischen Elektroden 19 am einen Pol einer Gleichspannungsquelle 21, deren anderer Pol mit den übrigen zwei Elektroden 19 verbunden ist. Hierdurch wird in den drei vom Gas durchströmten Zwischenräumen ein elektrisches Feld erzeugt, das vorwiegend quer zur Gasströmung gerichtet ist. Je nach der elektrischen Polarität der Fremdpartikel erfolgt ein Niederschlagen· auf den genannten Bauteilen. 18 bzw. 19, wo die Kondensationsteilcben einen Flüssigkeitsfilm bilden, der längs der Wandungen 18 und durch die Poren der Elektroden 19 nach unten rinnt, die abgeschiedenen Fremdpartikel dabei mit sich führend.

Je nach Art der aus dem Gasstrom zu beseitigenden Fremdpartikel und der im Abscheider herrschenden Strömungsgeschwindigkeit werden mehrere: Abscheider der in Fig. 4 und 5 dargestellten Bauart hintereinander im gleichen Filterkessel angeordnet, im Bedarfsfälle unter Zwischenschaltung je eines weiteren Ionisators 4.

Durch geeignete Ausbildung der Isolierrohre 18 und der Spannungszuführungen zu den Elektroden 19 kann eine derart sichere Isolation zwischen den Elektroden 19 erzielt werden, daß als dampfförmiges Zusatzmedium auch solche Stoffe verwendbar sind, die in flüssigem. Zustand als elektrische Halbleiter oder Leiter gelten, können. Bei nicht zu großer Menge abgeschiedenen Zusatzmediums sind die hierdurch entstehenden Feldverzerrungen in der Umgebung der Elektroden ohne nachteiligen Einfluß auf die Abscheidungswirkung des Elektrofilters.

Der Abscheider gemäß Fig. 4 und 5 kann auch in der Weise aufgebaut werden, daß die konzentrisch angeordneten. Rohre 18 aus Metall bestehen, als Elektroden dienen und sinngemäß mit der Spannungsquelle 21 verbunden sind', während die wellrohrför-

ao migen Gebilde 19 aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen oder ganz fortgelassen werden.

Zur Kühlung des Gasstromes ist es möglich, die Rohre 18 des Abscheiders nach Fig. 4 und 5 hohl auszubilden und durch diese Hohlräume ein Kühlmittel zu leiten. In allen Fällen kann auch noch im Ionisator 4 ein zusätzliches, vorwiegend quer zur Strömungsrichtung des Gases verlaufendes elektrisches Feld erzeugt werden, wodurch eine Verstärkung der elektrischen Aufladung der Fremdpartikel erreichbar ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrischen Abscheiden fester und/oder flüssiger Fremdpartikel aus einem Gasstrom, gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung folgender Verfahrensschritte:

a) Zusetzen eines Stoffes in Dampfform zu dem zu reinigenden Gas,

b) Kondensieren des zugesetzten Stoffes im Gasstrom,

c) Ionisieren des Gasstromes durch Bestrahlen mittels radioaktiver Stoffe und

d) Abscheiden der Fremdpartikel in einem vorwiegend quer zur Gasströmung gerichteten elektrischen Feld.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die an den Abscheideelektroden niedergeschlagenen Fremdpartikel vom zugesetzten kondensierten Stoff kontinuierlich weggespült werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom mittels vorwiegend α-Strahlen emittierender Stoffe ionisiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionisieren des Gasstromes in einem vorwiegend quer zur Gasströmung gerichteten elektrischen Feld vorgenommen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 369 684, 458 887, 501 063, 545 603, 571 157, 655 207, 596 591, 634 327, 567 600, 268 283, 445 032, 394 577, 370 220, 640 046, 376 096, 550 700.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen