-
Die
Erfindung betrifft eine nasselektrostatische Ionisierungsstufe in
einer elektrostatischen Abscheideeinrichtung zum Reinigen eines
Aerosols, eines Gases von in dem Gas fein verteilten, mittransportierten
Partikeln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Ein
nasselektrostatischer Abscheider ist eine Anlage, die in einen Kanalabschnitt
eines Gasführungskanals
eingebaut ist und fein verteilte, feste oder flüssige Teilchen von einem Gasstrom/Aerosolstrom
trennt. Solche Einrichtungen finden in sehr weiten Arbeitsbereichen
ihren Einsatz.
-
Der
Trennungsprozess der fein verteilten Partikel aus dem Gasstrom besteht
aus den folgenden Schritten:
elektrostatisches Laden der Partikel;
Ansammeln
der geladenen Partikel auf der Oberfläche einer einsammelnder Elektroden
oder Elektroden;
Entfernung der geladenen Partikel von der
Oberfläche
der einsammelnden Elektroden.
-
Elektrostatisches
Reinigen von einem Aerosol, also fein verteilten Partikeln in einem
Gas, wird gewöhnlich über negativ
geladene Partikel, Ionen, erreicht. Sie werden durch Koronaentladung
erzeugt und werden zu einem tatsächlichen
elektrischen Strom durch den Luftspalt zwischen einer auf einem
elektrisch positivem Bezugspotential, meist Erdpotential liegenden
Elektrode und einer auf entgegengesetzt elektrischen Potential liegenden,
negativen Ionisierungselektrode. Diese Elektroden sind an eine Gleichstrom
liefernde Hochspannungsquelle der geforderten Polarität angeschlossen.
Der Wert der angelegten Spannung hängt vom Abstand zwischen den
Elektroden und den Eigenschaften des zu prozessierenden Gasstroms
ab.
-
Die
Effizienz eines elektrostatischen Abscheiders ist über einen
weiten Bereich von der Stärke
der Ladung abhängig,
die durch den Ladeabschnitt auf die Partikel abgegeben werden. Die
Ladungsstärke
kann durch die Erhöhung
des elektrostatischen Feldes im Ionisierungsabschnitt des Abscheiders
erhöht
werden. Die gebräuchliche
Maximumsintensität
des elektrostatischen Feldes ist höchstens auf den Wert begrenzt,
bei dem Überschläge beginnen.
-
In
nasselektrostatischen Abscheidern sind die Ionisierungs- und Sammelzonen
in einer Anlage zusammengebracht. Die Sammelröhren sind häufig lang und rufen deshalb
Probleme mit der Justierung der Entladungselektroden hervor. Auch
beeinflusst das Waschen/Spülen
mit Wasser der internen Oberfläche
der Kollektorröhren
die Koronaentladungsstabilität
in den Ionisierungsbereichen. Diese Probleme werden in der
DE 101 32 582 C1 und
DE 102 44 051 C1 ausgeschlossen,
dort besteht der nasselektrostatische Abscheider aus einem separaten
Ionisierungs- und
Sammelbereich. Die Partikel werden in einem intensiven elektrostatischen Feld über Koronaentladung
geladen. Die Koronaentladung tritt in dem Spalt zwischen Nadel-
oder Sternelektroden und den Durchbrüchen/Düsen der geerdeten Platte auf,
wenn die Nadel- oder Sternelektroden an DC-Hochspannung gelegt werden,
bzw. liegen. Orientiert an der Richtung der Gasströmung, ragen
die Entladungselektroden von gasstromabwärts her in die Durchbrüche/Düsen der
geerdeten Platte. Die geladenen Partikel werden in dem den Hochspannungselektroden
gasstromabwärts
folgenden geerdeten Röhrenbündelsammler
gesammelt, der gasstromabwärts
von der Ionisierungseinrichtung eingebaut ist.
-
Bekannt
ist ein Aufbau der nasselektrostatischen Ionisierungsstufe aus der
DE 102 44 051 C1 .
Sie besteht aus einer an Erdpotential oder an ein positives Bezugs-/Gegenpotential
angeschlossenen Platte, die über den
lichten Querschnitt eines Strömungskanalabschnitts
eingebaut ist und eine Vielzahl gleichartiger Durchbrüche zum
Durchströmen
des zu reinigenden Gases hat. Gasstromabwärts folgt ihr ein Hochspannungsgitter, das
elektrisch isoliert über
den lichten Querschnitt des Kanalabschnitts eingebaut und über eine
Durchführung in
der Wand des Kanalabschnitts an ein Hochspannungspotential angeschlossen
ist. An diesem Hochspannungsgitter ist eine den Durchbrüchen entsprechende
Vielzahl an stabförmigen
Hochspannungselektroden mit einem Ende befestigt und ausgerichtet.
Diese Hochspannungselektroden zeigen oder ragen mit ihrem freien Ende
gleichartig und zentral in jeweils eine/n Durchbruch/Düse der Platte.
-
An
jedem freien Ende einer solchen Hochspannungselektrode sitzt elektrisch
verbunden eine Scheibe aus elektrisch leitendem Material, zumindest
beschichtet mit einem solchen, zentral und parallel zur Platte, ohne
sie zu berühren.
Sie hat, gleich verteilt um den Umfang, mindestens zwei radiale
Ausbuchtungen/Spitzen, die radial oder wenig nach außen, gegen
den Gasstrom geneigt, gerichtet sind.
-
Das
Arbeiten des nasselektrostatischen Abscheiders zeigt, dass die Erhöhung der
angelegten Spannung, das bedeutet Erhöhung der elektrischen Feldstärke im Elektrodenspalt,
Funkenentladung provoziert, die entsprechend dem nichthomogenen
elektrischen Feld zwischen den Elektroden und den Kanten der Durchbrüche/Düsen auftreten.
Das verringert die Effizienz der Partikelladung und die Effizienz
der Partikelkollektion in dem elektrostatischen Abscheider.
-
Daraus
ergibt sich die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, nämlich:
für einen
nasselektrostatischen Abscheider eine Ionisierungsstufe bereitzustellen,
bei der die geschilderten nachteiligen Arbeitsweisen nicht auftreten.
Die Ionisierungsstufe soll einfach aufgebaut sein, also ihre Bauelemente
durch wenige Handgriffe sicher zu positionieren/montieren, bzw.
auszutauschen sein.
-
Die
Aufgabe wird durch den nasselektrostatischen Abscheider mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
In
den Durchbrüchen,
oder wegen der Strömungsvorgänge während des
Betriebs der Abscheidevorrichtung auch als Düsen bezeichnet, steckt in jedem
Durchbruch eine Hülse.
Die Hülsen
stecken alle gleichartig in ihrem Durchbruch. Die Hülsen haben
einen aufgeblähten,
einfach konvexen runden, also kreisförmigen oder elliptischen/ovalen,
oder polygonalen, Querschnitt und damit auch eine solche lichte
Querschnittskontur. Die Hülsen
stecken oder sitzen formschlüssig
in dem Durchbruch/der Düse
und mindestens soweit kraftschlüssig,
also klemmend, so dass sie durch die für die stärkste ausgelegte Gasströmung durch
den Abscheider nicht aus ihrer Position in der Düsenplatte herausgerissen werden.
Das könnte
zur axialen Positionierung durch wenigstens eine um den Umfang der
Hülse laufende
Rille mit sehr geringer Tiefe sein, die den lichten Querschnitt dort
nur minimal, nicht die Gasströmung
behindernd einengt, oder beispielsweise durch einen mit der kleineren Öffnung formschlüssig umfassenden
und mit der größeren Öffnung auf
der Platte aufsitzenden, zur Hülse
koaxialen, hohlkegelstumpfförmigen
oder hohlpyramidalen Aufsatz, angelötet oder klemmend zur möglichen kontinuierlichen
axialen Verschiebung, am Außenmantel
der Hülse
sein.
-
Die
Hülsenachse
und die Achse der stabförmigen
Hochspannungselektrode liegen auf einer gemeinsamen Geraden, sie
haben eine gemeinsame Achse. Die an das freie Ende der Hochspannungselektrode
befestigte Scheibe ragt zentral in den lichten Querschnitt innerhalb
der Hülse
und steht senkrecht zur Strömungsachse
des durchströmenden
Aerosols/des zu reinigenden Gases. Sie bildet mit der Innenwand
der Hülse
einen umlaufenden, ringförmigen
Spalt, den Elektrodenspalt zwischen Hochspannungselektrode und auf
entgegengesetztem Bezugspotential/Gegenpotential liegender Düsenplatte.
Je nach Querschnitts form der Hülse
hat eine einfach konvexe, runde oder polygonale Umhüllende der
Scheibe (2) zu der Hülse
(7) umlaufend einen konstanten Abstand L. Zumindest die
Scheibe oder die Scheibe samt Hochspannungselektrode kann axial
verfahren werden, so dass auf jeden Fall die Scheibe innerhalb der
Hülse axial
positioniert werden kann.
-
In
den Unteransprüchen
2 bis 13 wird die Geometrie der Hülse in Beziehung zum Elektrodenspalt
bzw. der Hülsengeometrie
gesetzt. Weiter wird die Position der Scheibe innerhalb der Hülse auf
einen Bereich beschränkt.
Die mantelflächenseitig
geschlossene und teilweise geschlitzte Hülse wird geometrisch beschrieben. Hinzu
kommt ein Hülsenaufsatz
derart, dass durch die Gravitation begünstigt Tröpfchen entlang einer Kante zu
einer tiefsten Stelle abfließen,
um schließlich
als Tropfen abzufallen. Das Material der Hülsen wird hinsichtlich seiner
elektrischen Leitfähigkeit
erwähnt.
-
Nach
Anspruch 2 liegt die Höhe/Länge der
Hülse im
Bezug zur Spaltweite L zwischen den Elektroden im Bereich 0,5L <= H <= 3L, nach Anspruch
3 ist die Höhe
H der Hülse
vorzugsweise H = 2L.
-
Das
Hochspannungsgitter sitzt gasstromabwärts zur der auf Bezugs-/Gegenpotential
bzw. auf Erdpotential liegenden Platte. Somit ragen die an ihm befestigten
Hochspannungselektroden entgegen der Gasströmung, bzw. weisen mit ihrem
freien Ende jeweils in einen Durchbruch oder eine Düse in dieser
Platte. Die axiale Position der am freien Ende der Hochspannungselektrode
montierten Scheibe wird im Anspruch 4 auf den Bereich von 0,25H-0,75H
beschränkt,
und zwar vom Strömungsausgang
an der Hülse
aus gesehen. Nach Anspruch 5 ist sie vorzugsweise an der Stelle
0,5H in der Hülse
positioniert.
-
Das
Hochspannungsgitter kann aber auch gasstromaufwärts zur der auf Bezugs-/Gegenpotential
bzw. auf Erdpotential liegenden Platte sitzen. Die an ihm befestigten
Hochspannungselektroden ragen dann mit der Gasströmung und
weisen ebenfalls mit ihrem freien Ende jeweils in einen Durchbruch/eine
Düse in
dieser Platte. Bevorzugt wird eine Bauweise, bei der abfallende
Tropfen elektrisch neutral aufgesammelt werden können.
-
Im
Anspruch 1 wird die Gestalt der Durchbrüche/Düsen in der Platte auf Bezugspotential
qualitativ mit rund oder polygonal beschrieben, ebenso der Querschnitt
der Hülse.
Rund als Kreisform oder elliptisch/oval oder ähnlich aber zumindest einfach
konvex bzw. aufgebläht
von außen
betrachtet. Die Forderung an den polygonalen Querschnitt ist ebenso.
Als Standardformen stehen preiswert der kreisförmige und regelmäßig polygonale
Querschnitt zur Verfügung,
wobei für
diese Anwendung im letzteren, polygonalen Fall der hexagonale auch
noch der oktogonale Querschnitt bevorzug werden dürfte, da
solche Hülse
noch keine Spezialanfertigung verlangen. Unregelmäßige Querschnittsformen
sind möglich/einsetzbar,
aber nur wenn technisch ein zwingender Grund dafür spricht.
-
In
Anspruch 6 ist die Hülse
mit röhrenförmig, damit
ist gemeint: mantelwandseitig geschlossen, beschrieben und hat damit
als technisch einfachstes Gebilde kreisrunden oder polygonalen mindestens
viereckigen Querschnitt. Der dreieckige Querschnitt ist, elektrisch
gesehen wenig sinnvoll, da der Funkenüberschlag an den drei Spitzen
durch eine Art Spitze-Platte-Elektrodenkonfiguration
sehr begünstigt
wäre.
-
In
Anspruch 7 weicht die Hülse
von der technisch einfachsten Form ab, sie hat, ausgehend vom Gasströmungsausgang,
einen Längsschlitz
von mindestens der Teilhöhe
der Höhe
H der Hülse
gasstromaufwärts. Anspruch
8 spezifiziert den Schlitz in seiner Weite S auf den Bereich 0,05 <= S <= 0,2H, nach Anspruch
9 hat er vorzugsweise die Weite S = 0,1H. Im Falle des durchgehenden
Schlitzes kann die Hülse
durch zwei einfache Fertigungsprozesse aus einem planen Blech ausgeschnitten/-gestanzt
und zur Hülse
gerollt werden.
-
An
der Innenwand der Hülse
lagert sich die Nässe
und geladene, abzuscheidende Partikel ab, die dort entladen werden,
und schwemmen die dort elektrisch neutralisierten Partikel in Schwerkraftrichtung
bis zum Rand der Hülse
weiter, wo es zur Großtropfenbildung
am Hülsenrand
kommt und bei genügender
Größe abfallen.
Das kann durch einen Aufsatz an diesem Rand begünstigt werden. Nach Anspruch
10 hat jede Hülse an
ihrer hinsichtlich ihrer räumlichen
Lage unteren Stirn einen umfassenden, schräg oder schräg ansetzenden konkav geschnittenen
Aufsatz, an dessen freier Stirn/Kante zur tiefsten Stelle hin Flüssigkeitströpfchen ablaufen
und sich dort zu Tropfen ausbilden, die bei hinreichender Größe/Schwere
durch angesammelte Masse nach unten abfallen. Eine andere einfache
tröpfchensammelnde
Konfiguration ist in Anspruch 11 beschrieben, und zwar hat die Hülse an ihrer
hinsichtlich der räumlichen
Lage unteren Stirn einen Kranz nach unten oder schräg nach unten
weisende, um den Umfang gleichverteilte Spitzen, an denen angesammelte
Tropfen wieder bei genügender
Masse schwerkraftgezogen nach unten abfallen. In weiterer Verbesserung
des den Gasstrom am wenigsten beeinflussenden Tropfenabfalls werden
die Spitzen im Winkel von 0-45° nach
außen
gebogen.
-
Hinsichtlich
des Hülsenmaterials
wird neben dem für
den Prozess inerten Verhalten die Anforderung gestellt, dass es,
die Strömung
berücksichtigend,
genügend
steif ist und für
einen formschlüssigen,
klemmenden Einbau die notwendige Elastizität aufweist. Mit elektrisch
leitendem Material, metallisch oder aus einem Verbundwerkstoff mit
leitendem Anteil wie ein Kohlefaserverbund lässt sich das einrichten. Wesentlich
ist, dass die Oberfläche
der Hülse
glatt ist, um die elektrischen Feld verhältnisse im Elektrodenspalt
der Düse
einfach und wie vorgesehen zu halten (Anspruch 12).
-
Bei
hinreichender Nässe
in dem Abscheider derart, dass jede Hülse auf ihrer Oberfläche mit
wenigstens einem zusammenhängenden
Flüssigkeitsfilm
bis zur Düsenplatte
hin überzogen
ist, und die Flüssigkeit elektrisch
leitenden ist, kann die Hülse
auch aus halbleitendem oder gar dielektrischem (Anspruch 13) Material sein
mit eben den beschrieben erforderlichen mechanischen, prozesstauglichen
Eigenschaften. In allen Fällen jedoch
muss das Material prozessgeeignet, d.h. neben den geforderten mechanischen
und elektrischen Eigenschaften auch chemisch in der Prozessumgebung
inert sein.
-
Mit
der Erfindung wird ein nasselektrostatischer Ionisierungsabschnitt
bereitgestellt, der die Nachteile der aus dem Stand der Technik
bekannten Anlagen überwindet.
Der nasselektrostatische Ionisierungsabschnitt weist einen hohen
Grad an Effizienz auf und erreicht einen gefordert hohen Grad an
Abscheidung der Partikel. Der nasselektrostatische Ionisierungsabschnitt
ist wettbewerbsfähig
und industrietauglich herstellbar. Der nasselektrostatische Ionisierungsabschnitt
ist einfach aufgebaut, leicht zu bedienen und einfach zu montieren.
Der nasselektrostatische Ionisierungsabschnitt gibt abgeschiedene
Flüssigkeit
nicht wieder in den Gasstrom ab.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der
Zeichnung skizziert ist, noch näher
beschrieben. Die in der auf Bezugspotential, hier Erdpotential,
liegenden Platte steckenden Hülsen
haben den einfachsten Querschnitt, nämlich kreisförmig.
-
Es
zeigen:
-
1 ein
Ausschnitt aus der geerdeten Platte mit zwei behülsten Düsen,
-
2 eine
Düse im
Detail
-
3 verschieden
Formen der Scheibe,
-
4 die längs geschlitzte Hülse,
-
5 ein
Ausschnitt aus der geerdeten Platte mit zwei Düsen, Im Ausführungsbeispiel
geht der Gasstrom von räumlich
unten nach oben. Das Hochspannungsgitter 5 mit den angebauten
Elektroden 1 sitzt zur geerdeten Platte gasstromabwärts also
oberhalb der Platte 4. Abgeschiedene Tröpfchen, Partikel fallen nach der
elektrischen Neutralisierung an den in der Platte 4 gesteckten
Hülsen 7 nach
unten ab.
-
Das
Größenverhältnis bei
Hülsen 7 mit
kreisförmigem
Querschnitt ist 0,5 ≤ H ≤ 3L, wobei
L = (Ds – Dnd)/2
der Elektrodenspalt zwischen der Scheibe 2 und der inneren
Oberfläche
der Hülse 7 ist,
Ds ist der innere Durchmesser der Hülse 7,
Dnd ist der Außendurchmesser der Scheibe 2.
Die bevorzugte Höhe
der Hülse 7 ist 0,25 <= H <= 1,5L. Die Scheiben 2 sind
in den Hülsen 7 auf
einer Höhe
von (0,25-0,75)H unter dem Gasstromausgang der Hülsen 7 positioniert.
Die Scheiben 2 sind vorzugsweise auf einer Höhe von 0,5H
positioniert. Die Scheiben 2 haben die Form sternförmiger Elektroden
mit einer Mehrzahl koronainduzierender Spitzen. Die kreisförmigen Hülsen können mit
einem Spalt 10 in der seitlichen Oberfläche der Hülse 7 und einem durchgehenden
Spalt 9 – also
gleich der Höhe
der Hülse 7 – versehen
sein. Die Weite S des Spalts 9, 10, in der Hülse ist
0,05H <= S <= 0,2H, wobei H
die Höhe
bzw. die Länge
der Hülse 7 ist.
Die bevorzugte Spaltweite S in der Hülse ist S = 0,1H.
-
Für das Abtropfen
des Angesammelten, das sich auf der inneren Oberfläche der
Hülsen 7 angesammelt
hat, ist der Bodenteil 11, bezogen auf die Hülsenachse 6 der
Hülsen 7,
schräg
geschnitten, z. B. mit einem Horizontalwinkel α zwischen 10 und 50°. Der bevorzugte
Winkel ist α =
25-45°.
Die Form des Schnittes kann variiert werden. Für das wirksame Abfließen und
Abtropfen sind die Hülsen 7 mit
nadelförmigen
Bodenecken 13 als Flüssigkeitssammler
und Tropfenbildner ausgebildet und können zusätzlich noch schräg nach unten
und nach außen,
hier entgegen zur Strömung
gebogen sein.
-
Aus
dem Stand der Technik gemäß 5 besteht
die nasselektrostatische Ionisierungsstufe aus einer Vielzahl von
Hochspannungselektroden 1 in Form von Stäben, die
mit ihrem einen Ende an das Hochspannungsgitter 5 angeschlossen
sind und an dem freien Ende eine sternförmige Entladungselektrode 2 montiert haben.
Die sternförmigen
Entladungselektroden 2 sind axial in die kreisförmigen Düsen 3 der
geerdeten Platte 4 eingebaut, gasstromabwärts oder
gasstromaufwärts
von der Düsenplatte 4,
rechtwinkelig zur Richtung des Gasstromes. Die Ziffer 6 bezeichnet
die Düsenachse.
-
Partikelbeladenes
Gas strömt
durch die Düsen.
Wenn die Hochspannung an das Hochspannungsgitter 5 angelegt
ist, bildet sich Koronaentladung an den spitzen Stellen der sternförmigen Elektroden 2 aus.
Das Gas 8 strömt
durch die Koronaentladungszone, die mitgeführten Teilchen nehmen negative
Ladung auf und verlassen den Ionisator als negativ geladene Ionen.
Es sei hier angemerkt, dass natürlich
auch ein positives elektrisches Potential an die Hochspannungselektroden
und die Platte auf entsprechendes Gegenpotential, bzw. nach wie
vor Erdpotential gelegt werden können,
wenn die Partikel im Gasstrom aufgrund ihrer chemischen Eigenschaft
leichter positiv ionisierbar sind. Schließlich kann im speziellen Anwendungsfall
an die Hochspannungselektrode auch ein AC-Hochspannungspotential
gelegt werden, zumindest ist das technisch kein Aufwand.
-
Es
ist von Bedeutung, die Koronaentladungen mit so hoch wie möglicher
Intensitäten
ohne Überschläge zu fahren.
Mit Erhöhung
der angelegten Spannung werden die kritischen Bedingungen rasch
erreicht, weil der Koronastrom mit ungefähr dem Quadrat der angelegten
Spannung zunimmt. Am kritischen Punkt gibt es einen plötzlichen
lokalen Übergang
von einer Hochfeld-Niederstromdichte-Entladung
zu einer Niederfeld-Hochstrom-Entladung,
d.h. von einer Glimm- zu einer Lichtbogen-Entladung.
-
Das
starke nichthomogene, elektrostatische Feld zwischen den Spitzen
auf den sternförmigen
Elektroden 2 und dem äußeren Ende
der Düsen 3 provoziert Überschlagsentladungen
mit abnehmender Effizienz der Partikelladung und Effizienz der Gasreinigung
in nasselektrostatischen Abscheidern. Die nasselektrostatische Ionisierungsstufe,
siehe 5, ist empfindlich auf die Justierung der Entladungselektroden 2 in
den Düsen 3.
Ebenso kann das elektrische Feld der Koronaentladungselektrode 2
in der Düse 3,
die nahe beieinander stehen, die Koronaentladung an diesen Elektroden
unterdrücken.
Als Ergebnis kann der totale Koronastrom zwischen den Elektroden 2 und 3 abnehmen.
Wie aus 5 zu ersehen ist, können sich
die Koronapunkte an den Spitzen der Elektroden 2 „sehen", d.h. ihr erzeugtes
Feld kann sich überlagern
und sich gegenseitig auf diese Weise unterdrücken. Dies hat zur Folge, dass
der Koronastrom der Einzelelektroden kleiner bleibt, als er wäre, wenn
die Elektrodenspitzen sich nicht sehen könnten. Durch die Verwendung
der Hülsen
werden die Elektroden eingekapselt und gegenseitig unsichtbar. Jede
Hülse wirkt
wie ein durchströmender
Faradaykäfig, in
dessen Innern sich ein von den andern Elektroden unabhängiges Feld
aufbauen kann. Mit dieser Maßnahme ist
ein wertungsfreier Langzeitbetrieb erst möglich.
-
Um
die Unzulänglichkeiten
der nasselektrostatischen Ionisierungsstufe nach dem Stande der
Technik zu überwinden,
sind deshalb eine Vielzahl leitender Kreishülsen 7 in einer solchen
Weise eingebaut, dass die sternförmigen
Hochspannungselektroden 2 in den Hülsen 7 auf einer vorgegebenen
Höhe unter
dem Ausgang der Hülsen 7 in
Richtung 8 des Gasstromes positioniert sind (1).
Wenn das Potential an die Scheiben 2 gelegt wird, wird
das ionisierende elektrostatische Feld zwischen den Spitzen der
Elektrode/Scheibe 2 und der inneren Oberfläche der
Hülse 7 eingestellt.
In einer solchen Geometrie des Ionisierungssystems nimmt die Überschlagsentladungsspannung
zu und die Stabilität
des Betriebs der Ionisierungsstufe wird verbessert, der Koronastrom
kann erhöht
werden. Der Gebrauch der Hülsen 7 macht
die Ionisierungsstufe unempfindlich für die Gestaltung der Ecken/Kanten
der Düsen 3,
weil die eingebauten Hülsen 7 den Überschlag
zwischen der Scheibe 2, der sternförmigen Elektrode, und den Kanten
der Düsen 3 nicht
zulässt.
In herkömmlichen
Anlagen kann das nicht unterbunden werden. Durch die Hülsen 7 in
den Düsen 3 wird
die Ionisierungsstufe in axialer Richtung 6 der Düsen 3 weniger
empfindlich für
die Justierung der Scheiben/Entladungselektroden 2. Die
Hülsen 7 konzentrieren
das elektrische Feld in jeder Düse 3 zwischen
der Entladungselektrode 2 und der inneren Oberfläche der
zugehörigen
Hülse.
Die Hülsen 7 schließen den
Einfluss der Felder benachbarter Scheiben/Elektroden 2 zueinander
aus. Stromstarke Koronaentladung an den Elektroden 2 wird
unterdrückt.
-
Die
kreisförmigen
Hülsen 7 können aus
dünnwandigen
kurzen Röhren
oder aus einem Stück
leitendem Band gemacht sein. Die Hülse 7 kann auf Maß unverrückbar in
der Düse 3 eingebaut
sein oder sie kann in ihrer Position in Bezug auf die Düsenplatte 4 in
Richtung der Achse 6 der Düsen 3 verändert werden.
-
Um
die wirksame Koronaentladung und Ladung der Partikel zu gewährleisten,
wird die Länge
H der Hülse
(2) mit 0,5 <=
H <= 3L vorgeschlagen,
wobei L = (Ds – Dnd)/2
der Elektrodenspalt zwischen der Entladungselektrode und der inneren
Oberfläche
der Hülse
ist Ds ist der innere/lichte Durchmesser
der Hülse
und Dnd der Außendurchmesser der Entladungselektrode.
Die bevorzugte Höhe
H der Hülse
ist H = 2L. Wenn die Höhe
der Hülse
H < 0,5L ist, nimmt
die Wahrscheinlichkeit der Überschlagsent ladung
zwischen den spitzen Stellen der Scheibe/sternförmigen Elektrode 2 und
den Kanten der Hülsen
zu. Wenn H > 3L werden Überschlagsentladungen
provoziert.
-
Um
einen stabilen Betrieb mit möglichst
hoher Spannung ohne Überschlagsentladungen
zwischen den Spitzen der sternförmigen
Elektroden 2 und den Kanten der Hülsen 7 aufrecht zu
erhalten, sind die Entladungselektroden in den Hülsen bei einer Höhe (0,25-0,75)H
unter dem Strömungsausgang
der Hülsen
in Richtung der Gasströmung
der Hülsen
ausgerichtet, vorzugsweise bei einer Höhe von 0,5H unter dem Ausgang der
Hülsen.
-
Die
sternenförmigen
Elektroden 2, eingebaut in den Hülsen 7, können mit
unterschiedlicher Anzahl spitzer Stellen, von denen aus sich die
Koronaentladung entwickelt, hergestellt werden. Bei gleichem Durchmesser
Dnd der sternenförmigen Elektrode erhöht sich
einerseits der Koronastrom mit der Anzahl der spitzen Stellen an
der Scheibe 2. Andererseits werden die elektrischen Feldlinien
im Spalt zur Hülse 7 hin
sehr schnell glatt und werden der Hülsenquerschnittsform ähnlich,
was der gewollten Koronaentladung entgegenkommt.
-
Um
Verstopfung durch Partikelansammlung in den Hülsen zu vermeiden, sind die
Hülsen
der nasselektrostatischen Ionisierungsstufe mit einem Spalt/Schlitz
in der seitlichen Oberfläche
ausgestattet. Der Schlitz hat eine Höhe, die gleich der Höhe der Hülse ist
(4a und 4b). Das
Wasser, das auf der oberen Oberfläche der geerdeten Düsenplatte 4 angesammelt
ist, wird durch die Schlitze 9 in den Hülsen 7 entladen. Um das
stabile Arbeiten ohne Überschlagsentladungen
zwischen den Entladungselektroden 2 und den Kanten des Schlitzes 9 aufrecht
zu erhalten, hat sich gezeigt, die Weite S des Schlitzes in der
Hülse im
Bereich 0,05H <= S <= 0,2H zu lassen,
wobei H die Höhe/Länge der
Hülse ist,
vorzugsweise ist die Schlitzweite S = 0,1H.
-
Durch
Umbiegen nach außen
gelangt die Abtropfkante in einen Bereich wesentlich geringerer
Strömungsgeschwindigkeit,
so dass das den Überschlag
gefährdende „Mitziehen" des Tropfens nach
oben in Strömungsrichtung
stark unterdrückt
wird. Die nach außen
gelenkten Tropfen ziehen durch ihren Kontakt zum Innenrand der Hülse den
ständig
vorhandenen Wasserfilm glatt. Die Flüssigkeit, die sich an den Bodenkanten 11 der
Hülsen
ansammelt, wird von den Nadeln 13 in Form von großen Tropfen
durch Runterfallen entladen.
-
Mit
Zunahme der angelegten Spannung zwischen der Hülse 7 und der in ihr
positionierten Elektrode/Scheibe 2 starten Koronaentladungen
von den Nadeln der sternenförmigen
Elektroden 2. Je nach Ausbildung des elektrostatischen
Feldes im Elektrodenspalt, kann der Koronastrom und damit die Effizienz
des elektrostatischen Ladens von Partikeln erhöht werden. Ein Teil der geladenen
Tröpfchen
wird auf der inneren Oberfläche
der Hülsen
gesammelt. Die Tröpfchen,
die sich auf der inneren Oberfläche
der Hülsen
sammeln, bilden einen Flüssigkeitsfilm.
Der andere Teil strömt
weiter und lagert sich in einem in Gasstromrichtung nachgeordneten,
geerdeten Röhrenabscheider
ab.
-
Ein
Dimensionierungsbeispiel für
die Hülse
7 aus
Edelstahl mit kreisförmigem
Querschnitt und durchgehendem Längsspalt
und die 5-zackige Elektrode
2, die Scheibe, wird im Folgenden
beispielhaft angegeben:
| die
Höhe bzw.
Länge der
Hülse ist | H
= 20 mm, |
| der
Außendurchmesser
der Hülse
ist | D
= 50 mm, |
| der
lichte Durchmesser der Hülse
ist | Ds = 48 mm, |
| damit
ist die Wandstärke
der Hülse | Ts = 1 mm, |
| der
Außenkonturdurchmesser
der Scheibe ist | Dnd = 30 mm, |
| der
Elektrodenspalt ist | L
= (Ds – Dnd)/2 = 9 mm, |
| der
Hülsenspalt
ist | S
= 2 mm. |
-
- 1
- Hochspannungselektrode
- 2
- Scheibe
- 3
- Durchbruch,
Düse
- 4
- Platte
- 5
- Hochspannungsgitter
- 6
- Achse
- 7
- Hülse
- 8
- Richtung
- 9
- Schlitz
- 10
- Schlitz
- 11
- Schnitt
- 12
- Kante
- 13
- Spitze