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Die
Erfindung betrifft ein Kunststoffrohr für Nasselektrofilter sowie einen
Bausatz für
eine Abgasreinigungsanlage.
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Aus
dem Stand der Technik sind Kunststoffrohre für den Einsatz in Nasselektrofilteranlagen
für die
Reinigung von abgashaltigen Abluftströmen in Kraftwerken, Chemieanlagen
etc bekannt. Insbesondere werden Nasselektrofilter vorzugsweise
für die industrielle
Abgasreinigung verwendet, wenn eine trockene Abgasreinigung nur
eingeschränkt
möglich und
eine Kühlung
sowie Kondensation der Abgase aus Umweltschutzgründen erforderlich ist. Weiterhin werden
Nasselektrofilter verwendet, wenn Feststoffpartikel im Abgasstrom
mit einer Flüssigkeit
vermischt werden sollen oder wenn die Rückgewinnung von lösungsmittelhaltigen
Stoffen durch die Gesetzgebung vorgeschrieben ist.
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Entscheidende
technische Parameter für
die Auslegung von Nasselektrofiltern in Abgasreinigungsanlagen sind:
- – die
Zusammensetzung der Abgase,
- – der
Gehalt von Schadstoffen im Abgasstrom,
- – die
Abgasmenge, der Abgasdruck, die Abgastemperatur sowie die Feuchtigkeit
der Abgase und
- – die
im Abgasstrom enthaltene Partikelgrößen- oder Aerosolgrößenverteilung
sowie der geforderte Grad der Partikelabscheidung.
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Von
Bedeutung hinsichtlich der Reinigungswirkung einer Anlage ist daher
auch, inwieweit Gaswäscher
der Nasselektrofilteranlage vor- oder nachgeschaltet werden. Als
Gaswäscher
werden so genannte Zyklonwäscher,
Dynamikwäscher
oder Venturiwäscher
verwendet beziehungsweise Rotationswäscher oder Absorptionswäscher.
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Aus
dem Stand der Technik sind auch Nasselektrofilter in Abgasreinigungsanlagen
mit unterschiedlichen Spraytechniken bekannt, wobei die zu reinigenden
Abgase vor dem Eintritt in das elektrostatische Feld (im Folgenden
E-Feld genannt) mittels einer Flüssigkeit,
insbesondere Wasser, durch Kanalspray- oder Einlasssprayverfahren
vollständig
gesättigt
werden.
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Ein
kontinuierliches Besprayen mit fein aufgeteilten Wassertröpfchen erzeugt
somit einen gleichmäßig verteilten,
tröpfchenartigen
Film über das
gesamte besprühte
Abgasvolumen. Gleichzeitig werden die im Abgasstrom enthaltenen
Festkörperpartikel
durch Elektroden elektrostatisch im E-Feld aufgeladen/polarisiert
und bewegen sich entlang der elektrostatischen Feldlinien zu der
Innenoberfläche des
Nasselektrofilters, wobei Partikel von dem abwärts laufenden Spraywasserfilm
mitgerissen werden. Die in der Flüssigkeit gebundenen Partikel
werden in einem Setztank oder einem so genannten Eindickungsbehälter aufgefangen
und anschließend
das aufbereitete und geklärte
Wasser wieder in die Nasselektrofilteranlage zurückgeführt. Durch diesen Reinigungsvorgang
können
mikroskopische Partikel kleiner 2 μm Größe mit hoher Effizienz aus
dem Abgasstrom entfernt werden und das kontinuierliche Wasserbesprühen reduziert
die Partikelablagerung/-ansammlung auf der Innenoberfläche der
Nasselektrofilter.
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Die
Abgastrennleistung einer Nasselektrofilteranlage wird im Wesentlichen
durch die physikalisch-chemischen Eigenschaften der im Abgasstrom befindlichen
Abgaspartikel, deren Zusammensetzung sowie durch die jeweilige Dielektrizitätskonstanten
der Abgaspartikel, das heißt
deren elektrisches Verhalten im E-Feld, bestimmt.
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Die
zurzeit zum Einsatz kommenden, rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilter gestatten
auch die Abscheidung/Trennung von quasi-klebrigen, flüssigen oder
festen Partikeln unterschiedlicher Größe aus einem Abgasstrom.
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An
die Werkstoffe derartiger Nasselektrofilter werden hohe technische
Anforderungen hinsichtlich der chemischen und thermischen Beständigkeit
sowie der Widerstandsfähigkeit
gegenüber
einem Hochspannungsfeld und damit möglicher elektrischer Überschläge gestellt.
Bekannt sind abgekantete PVC-beschichtete Bleche, die zu sechseckigen
Wabenstrukturen zusammengefasst, mit Kunststoff innenseitig ausgekleidet
und formstabil verklebt sind. Im Falle von elektrischen Überschlägen infolge
von Innenwandverunreinigungen bzw. Abgaspartikelagglomerationen
auf der Innenwand, weisen diese aus PVC bestehenden Kunststoffrohre
starke Verbrennungs- oder Hot-Spot-Gebiete auf. Demgegenüber werden
im Stand der Technik Polypropylenrohre für Nasselektrofilteranlagen
diskutiert, die zwar den Nachteil haben, dass keine preiswerte und
stabile Verklebetechnik zur Herstellung einer wabenförmigen Nasselektrofilteranordnung
verfügbar
ist, jedoch Polypropylen ein verbessertes elektrisches Durchschlagsverhalten
aufweist.
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Grundsätzlich ist
die Aufenthaltszeit des Abgasstroms im elektrischen Feld der Nasselektrofilteranlage
eine wichtige Bezugsgröße, da dadurch
die Polarisations- und Ionisationswahrscheinlichkeit des Abgasstroms
durch im E-Feld ausgerichtete Wasser-/Flüssigkeitsmoleküle der Sprayflüssigkeit – auch in
einer Stoßkaskade – beeinflusst
wird.
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Damit
wird die Ausströmungsgeschwindigkeit
und die Auslegung der Abgasreinigungsstrecke zu einem die Effizienz
der Reinigungsanlage mitbestimmenden Faktor.
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Prinzipiell
unterscheidet man im Stand der Technik drei Arten der Abgasreinigung
mittels Elektroden und dem dadurch aufgebauten E-Feld:
- 1. die Zerstäubung
einer Flüssigkeit
an oder in der Umgebung einer Hochspannungselektrode, die auf einem
mehrere Kiloelektronenvolt liegendem Potential liegt, so dass die
Flüssigkeitströpfchen durch
das E-Feld in der Umgebung der Elektrode ionisiert und polarisiert
werden;
- 2. die Zerstäubung
einer Flüssigkeit
an einer Elektrode, die auf Erdpotential liegt, wobei die Flüssigkeit
durch ein Kanalsystem zur Elektrodenspitze geleitet wird und sich
die Nasselektrofilterwand auf einem negativen Potential befindet
und
- 3. die Zerstäubung
einer Flüssigkeit
in einer Zwei-Elektroden-Anordnung – mit einer Hochspannungselektrode
und einer Erdungselektrode – und
dessen aufgebautem E-Feld in einem abgestuften Potential.
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Die
DE 533 849 A1 beschreibt
eine Nasselektrofilteranlage mit einer Berieselungsstrecke, wobei
der Abstand zwischen nicht berieselten zu berieselten Elektroden
so gewählt
ist, dass durch das E-Feld bedingte Überschläge vermieden werden sollen.
Dies wird durch entsprechende Beabstandung der so genannten Trag-/Haltestangen
der Elektroden gewährleistet.
Aus der
DE 574 079 A1 entnimmt
man einen mehrstufigen Nasselektrofilter, bestehend aus einer Kammer,
wobei innerhalb dieser Kammer Reinigungsstufen eingebracht sind,
die beispielsweise Kokereiabgase zu reinigen vermögen. Die
Nasselektrofilter sind gemäß der Offenlegungsschriften
metallisch ausgeführt.
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Die
EP 92 918 939 A1 beschreibt
eine Nasselektrofilteranordnung, die aus einer Gasbehandlungslinie,
einem Sprühnebelfeld,
einem Trichterfeld, einem Sammelbehältnis für die Flüssigkeit und einem Extraktionsbehälter besteht.
Dabei wird dem Flüssigkeitssprühnebelfeld
und dessen räumliche
sowie zeitliche Verteilung innerhalb der Abgasreinigungsstrecke
ein wesentlicher Reinigungsbeitrag zugesprochen. Die
EP 92 918 939 A1 schlägt hierzu vor,
ein trichterförmiges
Sprühnebelfeld
zu erzeugen, wobei das zu reinigende industrielle Abgas in aufeinander
folgenden und in Reihe liegenden Reinigungsstufen/-abschnitten einer
Behandlung mit unterschiedlichen Flüssigkeiten unterzogen wird.
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Das
heißt,
dass gesamte Sprühnebelfeld
besteht aus unterschiedlichen Flüssigkeiten
oder Flüssigkeitsgemischen,
so dass eine fraktionierte Reinigung des Abgasstroms – angepasst
an die Abgaszusammensetzung – erreicht
wird. Damit wird die physikalisch-chemische Reaktionskinetik der
unterschiedlichsten Abgasmolekülzusammensetzungen im
Abgasstrom durch die jeweilige Flüssigkeit berücksichtigt,
wobei die zeitliche Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Abgase im
Sprühfeld – in Verbindung
mit den unterschiedlichen Sprühflüssigkeiten – für den Wirkungs-
und Trennungsgrad der Abgasreinigungsstufe entscheidend ist. Das
E-Feld ist dabei so ausgebildet, dass eine Gruppe von Elektroden – auch mit
unterschiedlichen Potentialen – eine
elektrische Feldverteilung entlang der Abgasreinigungsstrecke aufbaut,
wodurch Überschläge durch
räumliche
Potentialunterschiede möglichst
vermieden werden. Allerdings ist bekannt, dass zum Beispiel ein
im Abgasstrom befindlicher hoher Schwefeloxidgehalt die Durchschlagsspannung
eines Nasselektrofilters bzw. einer Nasselektrofiltervorrichtung
wesentlich herabsetzen kann und so letztendlich die Durchschlagswahrscheinlichkeit
im aufgebauten E-Feld von den Konzentrationen der Abgaszusammensetzung
abhängig
wird.
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Befindet
sich beispielsweise eine hohe Konzentrationen von elektrisch stark
polarisierbaren Abgasanteilen – gemeint
sind Abgasanteile, deren Moleküle
ein hohes Dipol- oder Quadrupolmoment besitzen – im Abgasstrom, so wird die Überschlagswahrscheinlichkeit
mit größer werdender
elektrischer Feldstärke
höher und
der Wirkungsgrad der Abgasreinigungsstrecke reduziert sich hinsichtlich
der erzielbaren Abgasreinigungsqualität.
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Die
DE 299 20 576 U1 beschreibt
einen Nasselektrofilter zum Abscheiden von Schwefeloxiden und schwefelhaltiger
Stäube,
wobei eine Vielzahl von lang gestreckten und parallel verlaufenden
Filterzellen – aus
Kunststoffrohren bestehend – verwendet wird,
die bündelweise
zu einer Wabenstruktur zusammengefasst bzw. angeordnet sind.
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Aus
der
DE 202 09 172
U1 entnimmt man eine Rohrbündelaufnahmevorrichtung für Nasselektrofilter,
wobei die Niederschlagsrohre in Kunststoff ausgeführt und
im oberen Bereich mit einer das Rohrbündel halternden Trageplatte
verbunden sind. Damit wird ein verbesserter Einbau der Nasselektrofilteranordnung
in ein Einpassgehäuse
einer Abgasreinigungsanlage erreicht.
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Die
DE 299 24 343 U1 beschreibt
Tragmanschetten für
die Bündelhalterung
von Nasselektrofilterrohren in ausgewählten und bevorzugten Lageabschnitten,
die entlang der Abgasreinigungsstrecke anbringbar sind.
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Aus
der
DE 94 21 801 U1 entnimmt
man wabenförmige
Hohlkörper
aus Kunststoff, vorzugsweise Polyolefinen, die sich zur Bildung
der Wabenstruktur für
eine Nasselektrofilteranordnung sehr gut zusammenschweißen lassen.
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Nasselektrofilteranordnungen
sind üblicherweise
mit einer Reihe von vertikalen Rohren ausgestattet, durch die der
zu reinigende Abgasstrom einer Industrieanlage strömt. In der
jeweiligen Rohrmitte sind Elektroden so aufgehängt beziehungsweise angebracht,
dass Partikel im Abgasstrom elektrostatisch aufgeladen werden. Die
polarisierten und aufgeladenen Abgaspartikel werden von der Innenwand des
Rohrs – im
Sinne eines elektrostatischen Zylinderkondensators – angezogen,
wobei die Innenoberflächen
ständig
mit Wasser bespült
werden und das abgaspartikelhaltige Wasser anschließend in
einen Sammeltank abläuft,
der als Setztank bezeichnet wird, wodurch Partikel bis zu einer
Größe von ca.
1 μm aus
dem Abgasstrom entfernt werden. Anschließend wird nach einer Wasserreinigungsstufe
das aufgereinigte Wasser in den Kreislauf zurückgeführt, wodurch eine kontinuierliche
Innenwandbenetzung oder Innenwandberieselung der Nasselektrofilter
mit dem gereinigten Wasser erfolgt.
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Dies
vermindert die Ansammlung von auf der Innenwand haftenden Partikeln
im Nasselektrofilter, die bekanntermaßen Einfluss auf den gewünschten Abgasreinigungsgrad
haben und die Lebensdauer der Filteranlage nachhaltig beeinflussen.
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Die
Qualität
einer Abgasreinigungsanlage zeichnet sich auch durch die Reinigung
von Partikeln im Abgasstrom mit einer Größe von kleiner als einem Mikrometer
Partikelgröße aus.
Der niedrige Energieverbrauch, die geringen Betriebskosten bei hohem Abgasdurchsatz
pro Stunde sowie eine hohe Anlagenverfügbarkeit sind weitere entscheidende
Wirtschaftlichkeitsgrößen für den Betrieb
einer solchen Anlage.
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Durch
Zugabe von zusätzlichen
flüssigen, chemischen
Zusätzen
zum Spraywasser, können auch
schwer aus dem Abgasstrom zu trennende Partikelabgasschadstoffe
oder Aerosole mittels der Spraytechnik entlang der Innenoberfläche des
Nasselektrofilters gereinigt werden. Dabei verändern die eingebrachten chemischen
Flüssigkeitszusätze in der
Sprayflüssigkeit
gesamthaft das dielektrische Verhalten der Elektrofilter. Mittels
dieser Abgasreinigungstechnik lassen sich so eine Reihe von zusätzlichen
Abgasinhaltsstoffen abscheiden und der Abgasstrom kann beispielsweise
von Geruchsemissionen befreit werden. Das heißt, es lassen sich auch teer-
oder harzhaltige Substanzen, Aerosole und nur teilweise wasserlösliche Verbindungen
aus dem Abgasstrom entfernen.
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Die
Betreiber solcher Elektrofilteranlagen sind grundsätzlich an
einer hohen zeitlichen Verfügbarkeit – auch bei
schwankenden Prozessbedingungen – interessiert. Ein hoher Abscheide-
oder Trennungsgrad von im Abgasstrom enthaltenen Schadstoffpartikeln
bestimmt vorteilhaft und nachhaltig den Umwelteinfluss der jeweiligen
Abgasreinigungsanlage und ist im Zusammenhang mit der globalen Abgasreduktionsstrategie
zu sehen.
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In
einigen Nasselektrofilteranlagen wird daher das vom Trockner aus
geführte
Abgas in einem Rohrleitungssystem durch Eindüsen von Wasser bis zum Sättigungspunkt
abgekühlt
und gelangt anschließend
in eine Filtereinrichtung, wobei das zu reinigende Abgas über den
gesamten Querschnitt entspannt wird. Im sich anschließenden Gaswäscherprozess
werden staub- und gasförmige
organische Verbindungen abgeschieden.
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Das
dazu vorgetrocknete Abgas – so
genanntes „Trocknerabgas" – strömt danach in den Nasselektrofilter,
der beispielsweise aus unterschiedlichen Hochspannungsfeldanordnungen
besteht und zentrisch mit im Nasselektrofilter angeordneten Elektroden
bestückt
ist. Die bei diesem Verfahren noch im Abgasstrom enthaltenen Partikel
und Aerosole werden ebenfalls durch das E-Feld negativ aufgeladen beziehungsweise
polarisiert und bewegen sich entlang der Feldlinien hin zu der waben-
oder rohrförmigen
Innenoberfläche
des Nasselektrofilters, der durch eine periodische oder kontinuierliche
Wasserbespülung
oder Wasserbesprayung eine Oberflächenreinigung und damit Partikelabtrag
erfährt. Durch
die Aufteilung des Hochspannungssystems in beispielsweise zwei elektrische
Feldbereiche mit jeweiligen elektrischen Feldzonen, ist die Wasserbespülung von
nur einer Hälfte
der Innenoberfläche
eines Nasselektrofilters möglich.
Der Abgasstrom wird dazu durch eine Klappenvorrichtung über die
jeweils in Betrieb befindliche Nasselektrofilterhälfte geführt. Damit
lassen sich gezielte Abschnitte der Innenoberflächen von Nasselektrofiltern
von adsorbierten Partikeln während
des Betriebs der Abgasreinigungsanlage reinigen.
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Aus
dem Stand der Technik sind auch mehrstufige Ausführungen der Nasselektrofilter
in Abgasreinigungsanlagen bekannt, die als Abgasreinigungstrennstufen
oder Abgasreinigungskaskaden hintereinander angeordnet, zu einem
hohen Reinigungsgrad, bei gleichzeitig hohem Abgasdurchsatz führen.
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Nachteilig
ist, dass bei den beschriebenen Verfahren im Betrieb zusätzliche
Wartungs- und Reinigungsarbeiten anfallen, die durch großflächige Partikelagglomerationen
an der Innenoberfläche
der Nasselektrofilter einer Abgasreinigungsanlage bedingt sind und
teilweise manuell entfernt werden müssen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilter anzugeben, bei
dem eine Partikelagglomeration und -ablagerung im Langzeitbetrieb
der Abgasreinigungsanlage reduziert wird, das E-Feld stabilisiert
und elektrische Überschläge verhindert
werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe besteht aus den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Anspruch
1. Weiterhin wird ein Bausatz zur Lösung der Aufgabe nach Anspruch
14 angegeben sowie eine Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 18. Vorteilhafte
Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
eine elektrisch leitfähige
Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht auf der Nasselektrofilterinnenseite
vorzusehen. Dazu wird der rohr- oder wabenförmige Nasselektrofilter auf
seiner Innenseite beschichtet. Diese Schicht kann auch aus einer
mehrlagigen/mehrschichtigen Schichtfolge – im Sinne einer Sandwichschicht – aus unterschiedlichen
Beschichtungen und mit einer darauf aufgebrachten Antihaftungsbeschichtung
und mit aufeinander abgestimmten Dielektrizitätswerten oder Durchgangswiderstandswerten
bestehen.
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Die
Abstimmung der Dielektrizitätswerte
der aufgebrachten Beschichtungsmaterialien auf der Innenoberfläche des
Nasselektrofilters ergeben vorteilhaft eine elektrische Feldstabilisierung
bei hohem Abgasvolumendurchsatz und bei unterschiedlich polaren
Abgaspartikeln, wodurch die Trennleistung der aus dem Abgasstrom
herauszufilternden Partikel verbessert wird. Die elektrisch leitfähige Antihaftungsbeschichtung
oder Antihaftungsschicht kann dazu auch als eine sandwichartige
Schicht auf der Innenoberfläche
des Nasselektrofilters aufgebracht sein. Dazu ist es erforderlich,
eine Anpassung der Materialien und Füllstoffe sowie der dadurch
sich ergebenden Dielektrizitätszahl
vorzunehmen.
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Erfindungsgemäß wurde
weiterhin erkannt, dass das elektrische Feldverhalten durch einen
Gradienten in der Füllstoffzusammensetzung,
ausgehend von der innenliegenden und dem Abgasstrom direkt zugewandten
elektrisch leitfähigen
Antihaftungsschicht/-beschichtung, hin zum Basiskörper des
rohr- oder wabenförmigen
Nasselektrofilters verbessert wird. Durch diese Maßnahme werden
elektrische Durchschläge
beziehungsweise Überschläge im Betrieb
der Nasselektrofilteranlage bei hohen elektrischen Feldstärken vorteilhaft
vermieden.
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Als
Kunststoffmaterial für
die elektrisch leitfähige
Antihaftungsbeschichtung oder -schicht kommen Polyethylen (PE) und/oder
Polypropylen (PP) und/oder Polystyrol (PS) mit einem Füllstoffgehalt von
5 bis 35% Gewichtsanteilen Ruß erfindungsgemäß in Betracht,
sowie PVC mit einem Füllstoffgehalt von
5 bis 35% Gewichtsanteilen Ruß und/oder
Polyoxymethylen (POM) mit einem Füllstoffgehalt von 5 bis zu
35% Gewichtsanteilen Ruß.
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Auch
sind Polyamidverbindungen (PA) wie PA 66 mit einem Füllstoffgehalt
von 5 bis 20% Gewichtsanteilen mit Metallfasern und einer Metallfaserlänge von
0,01 mm bis 5 mm ebenfalls geeignet. Gleiches gilt für Polycarbonate
(PC) mit Metallfaseranteilen von 5 bis 20% Gewichtsanteilen. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung können Metallfasern
bestehend aus Stahl und/oder Kupfer und/oder Blei und/oder Messing
sowie aus Buntmetallverbindungen mit den genannten Metallfaserlängen als
faserhaltige Füllstoffe
verwendet werden.
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Hinsichtlich
der elektrisch leitfähigen
Antihaftungsbeschichtung oder -schicht aus Polycarbonaten (PC) und/oder
Polyamidverbindungen (PA) sind auch Füllstoffe bestehend aus kohlenstoffhaltigen
Fasern mit einem Füllstoffgehalt
von 10 bis 40% Gewichtsanteilen erfindungsgemäß verwendbar.
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Weiterhin
wurde erkannt, dass Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polybutylenterephthalat (PBT)
und/oder Polyphenylensulfid (PPS) und/oder Polyetherimid (PEI) dotiert
mit kohlenstoffhaltigen Faserbestandteilen und einem Gewichtsanteil
von 30 bis 40 %, die Partikelhaftung auf der Innenoberfläche der
Nasselektrofilter ebenfalls reduziert und die elektrische Durchschlagsfeldstärke vorteilhaft
erhöht.
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Versuche
mit dem polymeren Werkstoff Polyvinylchlorid (PVC) und Polyamid
66 (PA66) als elektrisch leitfähige
Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht, gefüllt mit
einem Polyanilin-haltigen Füllstoff
und Gewichtsanteilen im Bereich von 20 bis 40%, zeigten ebenfalls
eine Reduktion der Partikelhaftung entlang der Innenoberfläche der
Nasselektrofilter.
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Die
vorgenannten polymeren Beschichtungswerkstoffe mit den Füllstoffen
und Füllstoffgehalten
führten
gesamthaft zu einer stark reduzierten Partikelhaftung der damit
innenbeschichteten Nasselektrofilter bei anliegenden unterschiedlichen
elektrischen Feldstärken
in einer Erprobungsstrecke der Nasselektrofilteranlage.
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Vorteilhaft
wird eine erhöhte
elektrische Durch-/Überschlagsfestigkeit
der Nasselektrofilter in einer Abgasreinigungsanlage im Betriebszustand
somit erreicht und die Anlagenverfügbarkeit der Abgasreinigungsanlage
für den
Betreiber erhöht.
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Der
Füllstoffgehalt
der elektrisch leitfähigen polymeren
Innenschichten der Nasselektrofilter wird erfindungsgemäß auf spezifische
Durchgangswiderstandswerte im Bereich von 7 bis 10–2 Ω cm eingestellt.
Die so innenbeschichteten und füllstoffhaltigen rohr-
oder wabenförmigen
Nasselektrofilter zeigten in Versuchen, dass Abgaspartikel in der
Größe von 0,3 μm bis 1 μm aus dem
Abgasstrom gut trennbar bzw. reinigbar sind.
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Im
Falle eines mehrschichtigen Aufbaus der Innenoberfläche eines
Nasselektrofilters, d. h. einem im Co-Extrusionsverfahren hergestellten
rohr- oder wabenförmigen
Nasselektrofilters, wurde weiterhin erkannt, dass ein Gradient im
Füllstoffgehalt
in den angegebenen prozentualen Gewichtsanteilen der jeweiligen
Füllstoffe
und der jeweils verwendeten Kunststoffmaterialien vorteilhaft ist.
Hierzu wird ein höherer
Füllstoffgehalt
an der dem Abgasstrom zugewandten Innenseite eingestellt und hin
zur rohr-/wabenförmigen
Wandungsmitte ein abnehmender Füllstoffgehalt.
Dadurch wird die Haftungsfähigkeit
von Abgaspartikeln auf der Innenoberfläche eines rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilters
ebenfalls reduziert. Das heißt,
dass der Partikelabscheidegrad unterschiedlicher, industrieller
Abgaszusammensetzungen innerhalb einer Abgasreinigungsanlage somit
wesentlich gesteigert wird und Partikel mit einer Größe von kleiner
1 μm aus
dem Abgasstrom gefiltert werden.
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Die
geometrische Anordnung/Auslegung der elektrischen Leiter zur Bildung
des E-Feldes innerhalb der Nasselektrofilter beeinflusst bekanntermaßen nur
geringfügig
den Partikelabscheidegrad.
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Durch
den erfindungsgemäß eingestellten Füllstoffgradienten
in der jeweiligen elektrisch leitfähigen Antihaftungsschicht – auch in
einer mehrschichtigen (Sandwich-) Schichtstruktur – wird vorteilhaft
erreicht, dass eine Anpassung der Dielektrikumsverhältnisse
(d.h. Dielektrikum: Abgaszusammensetzung, Flüssigkeit und Nasselektrofilter)
mit der beschichteten, waben- oder rohrförmigen Innenoberfläche eines
Nasselektrofilters geschaffen wird. Durch den erfindungsgemäßen Füllstoffanteil
in der jeweiligen polymeren Materialkombination wird somit das Dielektrikum
einstellbar und führt
zu einer homogenen elektrischen Feldlinienstabilität der Nasselektrofilter
im Betrieb.
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Gerade
das zeitliche Abgasströmungsverhalten – bedingt
durch beispielsweise pulsierende Abgasströme im quasi-stationären Strömungsbereich – erfordert
die Verbesserung der Stabilität
und Dichte des E-Feldes für
eine effektive Partikelreinigung im Abgasstrom.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wurden mehrschichtige Nasselektrofilter bestehend aus einem Polymermaterial
und Füllstoffanteilen
gemäß der Ansprüche 4 bis
10 vorteilhaft in diesem Erfindungszusammenhang erkannt.
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Die
Erfindung lehrt weiter, ein rohr- oder wabenförmiges Nasselektrofilterbündel – im Folgenden Bausatz
genannt – bestehend
aus mehreren rohr- oder wabenförmigen
Nasselektrofiltern gemäß Anspruch
13 zu verwenden. Denkbar in diesem Erfindungszusammenhang sind rohr-
oder wabenförmige Nasselektrofilterbausätze, die
aus beispielsweise alternierenden, elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtungsmaterialien
und Füllstoffgehalten
gemäß der Ansprüche 4 bis
10 zusammengesetzt sind. Damit lässt
sich, angepasst an das zu reinigende Abgas im Abgasstrom, eine optimierte
Reinigungsanordnung mittels der Nasselektrofilter erreichen.
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Für spezifische
Anwendungen, wie beispielsweise der zusätzlichen Geruchsreinigung von Abgasen,
wurde vorteilhaft erkannt, dass die Nasselektrofilter innerhalb
eines rohr- oder wabenförmigen Nasselektrofilterbausatzes
entlang der Abgasströmungsrichtung
abschnittsweise aus Bereichen unterschiedlicher Füllstoffgehalte
und polymerer Materialien bestehen können, so dass die Abgasreinigung von
im Rauchgas befindlichen unterschiedlichen Rauchgaspartikeln – im Sinne
eines selektiven Filterabschnittes – entlang der Innenoberfläche des
Nasselektrofilters erfolgt.
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Eine
Abgasreinigungsanlage zur Verbesserung der Abgaspartikelreinigung
von Industrieabgasen besteht daher aus mindestens zwei Nasselektrofilterbausätzen, wobei
mehrere Nasselektrofilterbausätze
innerhalb der Abgasreinigungsanlage hintereinander – im Sinne
einer Abgasreinigungsstrecke – angeordnet
sein können
oder bei vorgeschalteter Richtungsteilung des Abgasstroms, auch
parallel zueinander angeordnet werden können.
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Die
Erfindung wird anhand der nachstehend aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1a in
schematischer Darstellung einen rohrförmigen Nasselektrofilter mit
einer elektrisch leitfähigen
Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht auf der Nasselektrofilterinnenseite
aufgebracht;
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1b in
schematischer Darstellung einen wabenförmigen Nasselektrofilter mit
einer elektrisch leitfähigen
Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht auf der Nasselektrofilterinnenseite
aufgebracht;
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1c,
d in schematischer Darstellung einen rohrförmigen (1c) und
wabenförmigen (1d)
Nasselektrofilter mit mehreren elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtungen
oder Antihaftungsschichten auf der Nasselektrofilterinnenseite aufgebracht;
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2a eine
Bündelanordnung
von mehreren rohrförmigen
Nasselektrofiltern gemäß 1a oder 1c eingebracht
in einen Abgasstrom (G);
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2b eine
Bündelanordnung
von mehreren wabenförmigen
Nasselektrofiltern gemäß 1b oder 1c eingebracht
in einen Abgasstrom (G);
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1a und 1b zeigen
in schematischer Darstellung einen rohrförmigen beziehungsweise wabenförmigen Nasselektrofilter
(1a, 1b) mit nur einer elektrisch leitfähigen Antihaftungsbeschichtung oder
Antihaftungsschicht (2a, 2b) beschichtet, die
auf der Nasselektrofilterinnenseite (3a, 3b) mittels Co-Extrusionsverfahren
aufgebracht ist und sich jeweils in einem Abgasstrom (G) einer nicht
weiter dargestellten Abgasreinigungsanlage (A) befindet.
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Der
Nasselektrofilter (1a, 1b) liegt in diesem Fall
auf einem negativen Potential gegenüber einer ebenfalls nicht weiter
dargestellten, aber im Innenraum der Nasselektrofilters angeordneten
Elektrode, die beispielsweise eine Sprüh- oder stabförmige Elektrode
sein kann und ein E-Feld (E) ausbildet.
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Durch
mindestens eine elektrisch leitfähige Antihaftungsschicht
oder Antihaftungsbeschichtung (2a, 2b) wird eine
Anpassung der Material und Füllstoff
bedingten Dielektrizitätszahl
(ε) der
Nasselektrofilterinnenoberfläche
(3a, 3b) an das Dielektrikum: Abgas und Berieselungsflüssigkeit
erreicht, so dass vorteilhaft Überschläge infolge
von Partikelanlagerungen an der Innenoberfläche des Nasselektrofilters vermieden
werden und gleichzeitig eine verbesserte Reinigung der industriellen
Abgase (G) im Partikelgrößenbereich
von 1 μm
bis 0,3 μm
erfolgt.
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Zur
Erzeugung der elektrisch leitfähigen
Antihaftungsbeschichtung oder Antihaftungsschicht (2a, 2b)
wird ein Kunststoffmaterial wie Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen
(PP) und/oder Polystyrol (PS) mit einem Ruß enthaltenden Füllstoffgehalt
(5) von 5 bis 35% Gewichtsanteilen verwendet sowie ein
PVC und/oder Polyoxymethylen (POM) mit einem Füllstoffgehalt von 5 bis zu
35% Gewichtsanteilen Ruß.
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Auch
sind Kunststoffmaterialien wie Polyamidverbindungen (PA, PA66) mit
einem Füllstoffgehalt
(5) von 5 bis 20% aus Metallfasern bestehend, zur Ausbildung
der elektrisch leitfähigen
Antihaftungsbeschichtung oder Antifhaftungsschicht (2a, 2b)
verwendbar.
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Die
in keiner der Figuren näher
dargestellten Metallfaserlängen
liegen im Bereich von 0,05 mm bis 5 mm.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wurde erkannt, dass auch
Polycarbonate (PC) mit Metallfaseranteilen von 5 bis 20% Gewichtsanteilen
als Füllstoff
(5) zur Bildung der elektrisch leitfähigen Antihaftungsschicht/-beschichtung
(2a, 2b) verwendet werden können.
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Die
Metallfasern bestehen aus Stahl und/oder Kupfer und/oder Blei und/oder
Messing sowie aus Buntmetallverbindungen. Auch sind geschäumte Metallverbindungen
in der Antihaftungsschicht/-beschichtung (2a, 2b)
eines erfindungsgemäßen Nasselektrofilters
(1a, 1b), gefertigt im Co-Extrusionsverfahren
denkbar.
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Weiterhin
wurden auch kohlenstoffhaltige Fasern, mit einem Füllstoffgehalt
(5) von 10 bis 40% Gewichtsanteilen in eine aus Polycarbonat
(PC) und/oder aus Polyamidverbindung (PA) bestehende Antihaftungsschicht/-beschichtung
(2a, 2b) zur Verbesserung der Dielektrizitätsverhältnisse
im Nasselektrofilter (1a, 1b) eingebracht und
untersucht. Kunststoffmaterialien wie Polyethylenterephthalat (PET)
und/oder Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polyphenylensulfid
(PPS) und/oder Polyetherimid (PEI) wurden ebenfalls mit kohlenstoffhaltigen
Faserbestandteilen für
die Schaffung der elektrisch leitfähigen Antihaftungsschicht/-beschichtung (2a, 2b)
verwendet, wobei ein Füllstoffanteil
(5) von 30 bis 40% als vorteilhaft erkannt wurde.
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1c und 1d zeigen
in schematischer Darstellung einen rohrförmigen (1a) beziehungsweise
einen wabenförmigen
(1b) Nasselektrofilter mit einem mehrschichtigen Aufbau
und in diesem Ausführungsbeispiel
mit beispielsweise drei elektrisch leitfähigen Antihaftungsschichten
(2a, 2b) beschichtet, die auf der Nasselektrofilterinnenseite
(3a, 3b) im Co-Extrusionsverfahren
aufgebracht sind.
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Diese
Anordnung befindet sich in der dargestellten Weise in einem Abgasstrom
(G), einer nicht weiter abgebildeten Abgasreinigungsanlage (A).
Von daher tragen Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend
schon erläutert
wurden, die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals im
Einzelnen beschrieben.
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Die
elektrisch leitfähigen
Antihaftungsschichten/-beschichtungen (2a, 2b)
können
sandwichartig – im
Sinne einer Schichtfolge unterschiedlichen Kunststoffmaterials – mit den
jeweils angegebenen Füllstoffgehalten
(5) gefüllt
sein.
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Als
vorteilhaft hat sich eine so genannte Gradientenschicht (GS) erwiesen.
Hierzu wird ein höherer
Füllstoffgehalt
(5) an der dem Abgasstrom (G) zugewandten Seite des Nasselektrofilters
(1a, 1b) verwendet, wobei zur rohr- oderwabenförmigen Wandungsmitte
(M) des Nasselektrofilters (1a, 1b) ein abnehmender
Gewichtsanteil des Füllstoffmaterials
(5) verwendet und im Coextrusionsverfahren hergestellt eingestellt
wird.
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Dadurch
wurde ebenfalls eine Reduktion der Haftung der im Abgasstrom (G)
befindlichen Abgaspartikel auf der Innenwand (3a, 3b)
des Nasselektrofilters (1a, 1b) in Experimenten
erreicht. Der gradientenartige Schichtaufbau schafft eine gute Anpassung an
die dielektrischen Verhältnisse
(ε) im Abgasstrom (G)
und führt
so zu einer homogenen elektrischen Feldlinienstabilität im Dauerbetrieb
der Abgasreinigungsanlage.
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Im
Falle einer mehrschichtigen, aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien
bestehenden Antihaftungsschicht (2a, 2b) und mit
den jeweiligen Füllstoffen
(5) und Füllstoffgehalten,
können
die Durchgangswiderstände,
die im Bereich von 7 bis 10–2 Ω cm liegen, angepasst an die
im Abgasstrom (G) befindlichen Abgaspartikel bei der Herstellung
der Nasselektrofilter (1a, 1b) voreingestellt
werden, das heißt zum
Beispiel ein gezielter Einsatz für
spezifische Industrieabgase aus Kokereien, chemischen Anlagen etc
erreicht werden.
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Gesamthaft
sind in Experimenten mit den vorgenannten Kunststoffmaterialien
und den jeweils angegebenen Füllstoffen
(5) und Füllstoffgehalten sowie
Zusammensetzungen (Faser, Metallschäume) für die Antihaftungsbeschichtung/-schicht
(2a, 2b) Verminderungen der Partikelhaftung auf
der Innenoberfläche
(3a, 3b) eines Nasselektrofilters (2a, 2b) erzielt
worden, wobei gleichzeitig die elektrische Durch-/Überschlagsfestigkeit
einer in Betrieb befindlichen Abgasreinigungsanlage (A) vorteilhaft
erhöht wird
und damit zu Kosteneinsparungen für den Betreiber führt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird in den 2a und 2b eine
Bündelanordnung – im Sinne
eines Bausatzes (6a, 6b) – bestehend aus mehreren, mindestens
zwei rohr- oder wabenförmigen
Nasselektrofiltern (1a, 1b) in einem Abgasstrom
(G) einer nicht weiter abgebildeten Abgasreinigungsanlage (A) nach
einem der Ansprüche
1 bis 12 dargestellt.
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Von
daher tragen Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend
schon erläutert wurden,
die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals im Einzelnen
beschrieben. Die Nasselektrofilter (1a, 1b) bestehen
aus alternierenden Materialien und Füllstoffen (5) mit
den jeweiligen Füllstoffgehalten
nach einem der Ansprüche
4 bis 10 und sind in einer Abgasreinigungsanlage (A) angeordnet. Hierzu
sind auch Abschnitte (6a, 6b) mit unterschiedlichen
Füllstoffen
(5) und Füllstoffanteilen
untersucht worden. Experimentell ergaben sich ebenfalls gute Antihaftungseigenschaften
der Innenoberfläche
(3a, 3b) der Nasselektrofilter (1a, 1b).
Weiterhin konnten auch selektiv wirkende Abgasreinigungsstufen für Industrieabgase
(G) unterschiedlichster Zusammensetzung geschaffen werden. Vorteilhaft
wurde eine Abgasreinigungsanlage (A) mit mehreren Nasselektrofilterbausätzen (6a, 6b)
kaskadenförmig
hintereinander angeordnet, wodurch ein hohes Trennvermögen der
im Abgasstrom (G) befindlichen Abgaspartikel mit einer Größenordnung
im Bereich von 0,3 bis 1 μm
erreicht wurde.
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Auch
sind parallel zueinander angeordnete Nasselektrofilterbausätze (6a, 6b)
in einer Abgasreinigungsanlage (A) denkbar, insbesondere wenn der Abgasstrom
in einem vorgeschalteten Abgasteiler geführt wird.