DE102004033815B3 - Elektrofilter mit gekühlten Niederschlagselektroden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektrofilter zum Abscheiden von flüssigen und/oder trockenen Partikeln aus einem Gasstrom mittels einer Niederschlagselektrode, an der sich Partikel anlagern, wobei die Temperatur der Niederschlagselektrode (1) entsprechend den verfahrenstechnischen Notwendigkeiten über ein Kühl-/Heizmedium gesteuert wird, ein Verfahren zum Herstellen einer Niederschlagselektrode für einen Elektrofilter, bei dem zwei Metallplatten (9) so miteinander verschweißt werden, daß sie im vorgesehenen Bereich Hohlräume (7) aufweisen, die anschließend mittels hydraulischer Energie aufgeweitet werden, und die Verwendung von Metallplatten als Niederschlagselektroden.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Elektrofilter entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches, ein Verfahren zum Herstellen einer Niederschlagselektrode und die Verwendung einer Metallplatte als Niederschlagselektrode.
• Die Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo Elektrofilter zur Abscheidung von flüssigen oder/und trockenen Partikeln bei höheren Gastemperaturen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist ihr Einsatz für Elektrofilter, mit denen schwierige Substanzen wie klebrige Stäube, die stark anhaftend sind, abgeschieden werden müssen.
• Elektrofilter werden eingesetzt zur Abscheidung von flüssigen und/oder trockenen Partikeln aus einem Gasstrom. In DE 101 63 855 A1 ist ein Verfahren zur Partikelabscheidung aus Gasen mittels Elektrofilters beschrieben. Der Elektrofilter besteht grundsätzlich aus den Abscheide- oder Niederschlagselektroden und den dazwischen angeordneten Sprühelektroden. Die mit dem Gas in den Elektrofilter eintretenden Partikel sind in diesem Gas anfänglich gleich verteilt. Im Inneren des Elektrofilters erfahren die Partikel dann Kräfte, die sie aus dem Gasstrom zu den Niederschlagselektroden driften lassen, an denen sie durch elektrostatische Kräfte gehalten werden. Der an den flächenförmigen Niederschlagselektroden gesammelte Staub wird durch Klopfen oder Spülen abgereinigt, fällt in den darunter liegenden Behälter und wird von dort aus dem System ausgeschleust.
• Bei trockenen Stäuben werden zur Abreinigung Klopfeinrichtungen verwendet. Der agglomerierte Staub löst sich durch das Klopfen von der Niederschlagselektrode und fällt als Staubkuchen in den Sammeltrichter.
• Alternativ werden bei naß arbeitenden Filtern die Partikel von der Niederschlagselektrode abgespült. Die Spülflüssigkeit wird in der Regel von einem aktiven Bedüsungssystem zur Verfügung gestellt. Fallweise genügt es jedoch auch, die Niederschlagselektrode soweit abzukühlen, daß eine Flüssigkeitsmenge aus dem Gasstrom kondensiert und an der Niederschlagselektrode abläuft. Diese Effekte sind u. a. in Mayer-Schwinning, G.: Wet ESPs, Status and Lates Developments in the Field of Aerosol collection und Proceedings, ICEPS VII; Sept. 20-25, 1998, Kyongju, Korea veröffentlicht.
• Bei der Abscheidung von spezifisch hochohmigen Staubpartikeln tritt das sogenannte Rücksprühen auf. Dabei behindert die Staubschicht an der Niederschlagselektrode den Ladungsfluß zur geerdeten Niederschlagselektrode so stark, daß es zu lokalen Durchschlägen durch die agglomerierte Staubschicht kommt. Infolge dieser Erscheinung wird die Abscheideleistung des Elektrofilters stark beeinträchtigt.
• Es gibt verschiedene Methoden, die Auswirkungen des Rücksprühens zu minimieren. Ein Weg ist die Veränderung der Prozeßtemperatur, bei der der Staub im Elektrofilter abgeschieden wird. Dabei macht man sich zunutze, daß der spezifische elektrische Staubwiderstand ein ausgeprägtes Maximum abhängig von der Temperatur ausweist. Die Höhe und Lage des Maximums ergeben sich aus den chemischen Eigenschaften des Staubes und aus der Zusammensetzung des Gases. Charakteristischerweise liegt das Maximum in einem Bereich von 170 °C bis etwa 210 °C. Zur höheren Temperatur hin fällt der Widerstand, weil sich mit steigender Temperatur der elektrische Durchgangswiderstand des Staubkorns verringert; zu niedrigeren Temperaturen fällt der Widerstand der Staubschicht, weil sich der Oberflächenwiderstand des Korns durch Kondensationseffekte verringert.
• Für den bei Industriefiltern seltenen Fall eines 2-stufigen Elektrofilters beschreibt DE 196 50 585 C2 die Möglichkeit, die geerdete Elektrode der ersten Stufe hohl auszuführen und zu kühlen, damit der Staubwiderstand in diesem Bereich gesenkt wird und eine intensivere Vorbeladung der eintretenden Partikeln möglich wird.
• Durch eine Abkühlung des Gas-/Staub-Gemisches gelingt es, den ohmschen Widerstand der Staubschicht auf der Niederschlagselektrode in einen unkritischen Bereich abzusenken. Das Abscheideverhalten des Elektrofilters verbessert sich deutlich. Als Beispiel für diese Technik sei „Muramoto, Takahashi, et al: New flue gas treatment system for 1050MWel coal fired plant. Conference Proceedings, Power Gen 2003, Las Vegas" angeführt: Hinter einem mit Steinkohle gefeuerten Kessel wird die Rauchgastemperatur vor dem nachgeschalteten Elektrofilter über einen zusätzlichen Wärmetauscher so weit abgesenkt, daß überkritische Staubwiderstände vermieden werden. Dadurch kann die erforderliche Größe des Elektrofilters deutlich reduziert werden; trotzdem wird der vorgegebene Abscheidegrad auch bei Stäuben erreicht, die bei höherer Temperatur als schwierig einzustufen sind.
• Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die Temperatur des gesamten Gasstromes vor dem Elektrofilter abgesenkt werden muß.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Elektrofilter zu entwickeln, bei dem ein Rücksprühen vermieden wird, ohne die Prozeßtemperatur zu senken.
• Diese Aufgabe wird durch einen Elektrofilter mit gekühlten Niederschlagselektroden nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches, ein Verfahren zum Herstellen der Niederschlagselektroden und die Verwendung einer Metallplatte, hergestellt nach Anspruch 3, gelöst.
• Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
• Die Erfindung beinhaltet einen Elektrofilter mit einer besonders aufgebauten Niederschlagselektrode, mit der die Elektrodenoberfläche und damit die Staubschicht gezielt abgekühlt wird, so daß kein Rücksprühen mehr auftritt. Dabei wird das Kühlmedium so geführt, daß an allen Stellen der Niederschlagselektrode die geeignete Temperatur eingestellt werden kann. Die Kühlung kann zur Abkühlung der trockenen Staubschicht genutzt werden, damit der elektrische Widerstand der Staubschicht in einen unkritischen Bereich vermindert wird; sie kann aber auch so weit geführt werden, daß an der Oberfläche der Niederschlagselektrode Kondensation auftritt für einen Betrieb als Naßelektrofilter.
• Die Niederschlagselektrode gemäß Erfindung besteht aus zwei dünnen Blechen, deren metallischer Werkstoff nach dem jeweiligen Anwendungsfall ausgewählt wird. Nach den Erfordernissen der Kühlung und des Kühlmediums werden die beiden Bleche punkt- oder streckenweise beispielsweise per Laserstrahl miteinander verschweißt. Dadurch werden zwischen den beiden Blechen Kanäle und Hohlräume vorgezeichnet, die in einem zweiten Schritt hydraulisch aufgeweitet werden. Es entsteht ein sogenanntes „Pillow-Plate".
• Diese „Pillow-Plates" werden mit Zu- und Abflußöffnungen und Stutzen versehen und als Niederschlagselektrode in das Elektrofilter eingehängt. Über die Anschlußstutzen wird die Kühlflüssigkeit in die Niederschlagselektrode eingeleitet und über die Auslaßstutzen wieder abgeleitet. Je nach erforderlichem Temperaturniveau können angepaßte Kühlmedien verwendet werden, wie beispielsweise Wasser, Thermöl oder Dampf.
• Für den Fall, daß die abzuscheidenden Stäube bei niedrigen oder sinkenden Temperaturen unerwünschte Eigenschaften annehmen (Sie können beispielsweise klebrig, hygroskopisch sein), kann die Niederschlagselektrode beheizt werden, indem die Medien innerhalb der Niederschlagselektroden zum Beheizen eingesetzt werden.
• Die Erfindung ermöglicht, gezielt die Temperatur der abgeschiedenen Partikel so einzustellen, wie es die Eigenschaften der Partikel wie elektrischer Widerstand, chemische Stabilität, Hygroskopizität, Agglomerationsneigung u. a. es erfordern, wobei die Betriebsweise des Filters, Naß-/Trockenfilter, an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt wird.
• Dazu ist es notwendig, das Kühl-/Heizmedium so zu führen, daß unter den vorliegenden Wärmeüberfragungsbedingungen auch überall auf der Niederschlagselektrode die richtigen Bedingungen vorliegen. Mit der Methode der Laserschweißung lassen sich die Wege des Kühl-/Heizmediums durch die Niederschlagselektrode geometrisch so führen, wie das eine günstige Abscheidung erfordert. Dabei lassen sich auch die Strömungsquerschnitte an die erforderlichen Mengen und Geschwindigkeiten des Mediums anpassen.
• Durch die Erfindung besteht die Möglichkeit, eine Niederschlagselektrode so zu gestalten, daß deren Kühl- oder Heizverhalten exakt den Erfordernissen der abzuscheidenden Staubschicht entspricht. Das nicht nur im Hinblick auf die aktuelle Temperatur an der Oberfläche, die exakt einstellbar ist, sondern auch über die einzelnen Flächenbereiche der Oberfläche. Durch das gezielte Schweißen von Verbindungen zwischen den Platten und deren Aufweiten besteht im Zusammenhang mit der Kühlmitteltemperatur die Möglichkeit, gezielt Wärme in jeden Bereich der Elektrode zu- oder abzuführen. Weiterhin kann die Niederschlagselektrode so gestaltet werden (geringer Durchmesser) daß der Kühl-/Heizmittelverbrauch minimal wird.
• Im Folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und zwei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
• 1: Elektrofilter mit gekühlter (beheizter) Niederschlagselektrode
• 2: Gekühlte Niederschlagselektrode
• 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Plattenelektrofilters mit den Niederschlagselektroden 1 und den Sprühelektroden 2. Das Rohgas 4 tritt in die Gasse 11 zwischen den Niederschlagselektroden 1 ein, das Reingas 3 tritt am anderen Ende wieder aus. Auf dem Wege zwischen Filtereintritt und -austritt schlägt sich der Staub unter der Wirkung des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden 1 und 2 an den Niederschlagselektroden 1 nieder. Je nach Ziel und Zweck des Prozesses wird die Niederschlagselektrode 1 gekühlt oder geheizt. Das Kühl-/Heizmedium tritt über den Stutzen 5 in die hohle Niederschlagselektrode ein und strömt über den Stutzen 6 wieder ab.
• 2 zeigt die Ausführung einer hohlen Niederschlagselektrode 1, die von dem Kühl- oder Heizmedium durchströmt wird. Die Niederschlagselektrode 1 besteht aus zwei dünnen Blechen 9, die an den Punkten 8 mittels Laser miteinander verschweißt werden. Der Zwischenraum um die Punkte 8 wird hydraulisch zu den Hohlräumen 7 aufgeweitet. An geeigneten Stellen sind die Zu- und Abflußstutzen 5, 6 eingeschweißt, damit das Kühl- oder Heizmedium ein- und austreten kann.
• Im vorliegenden Beispiel ist die Niederschlagselektrode so aufgebaut, daß ihre Oberfläche weitestgehend gleichmäßig vom Kühl- oder Heizmedium beaufschlagt wird.

Claims (5)

1. Elektrofilter zum Abscheiden von flüssigen und/oder trockenen Partikeln aus einem Gasstrom mittels einer Niederschlagselektrode, an der sich Partikel anlagern, wobei die Temperatur der Niederschlagselektrode (1) entsprechend den verfahrenstechnischen Notwendigkeiten über ein Kühl-/Heizmedium gesteuert wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Niederschlagselektrode (1) aus zwei miteinander an Punkten (8) verbundenen Metallplatten (9) besteht, die entsprechend der verfahrenstechnischen Notwendigkeiten aufgeweitete Hohlräume (7) aufweist, die von einem Kühlmedium (10) durchströmt und mit Zu- und Abflußeinrichtungen (5, 6) vorgesehen ist.
2. Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium (10) Wasser, Thermöl oder Dampf eingesetzt wird.
3. Verfahren zum Herstellen einer Niederschlagselektrode für einen Elektrofilter nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß zwei Metallplatten (9) so miteinander verschweißt werden, daß sie im vorgesehenen Bereich Hohlräume (7) aufweisen, die anschließend mittels hydraulischer Energie aufgeweitet werden.
4. Verfahren zum Herstellen einer Niederschlagselektrode für einen Elektrofilter nach den Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Metallplatten (9) mittels Laserstrahls miteinander verschweißt werden.
5. Metallplatte, hergestellt durch ein Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung als Niederschlagselektrode.