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Die
Erfindung betrifft einen Röhrenelektrofilter
für die
Reinigung eines Gasstromes, enthaltend mindestens eine rohrförmige Niederschlagselektrode mit
jeweils einem Einlassende und einem Auslassende für die Durchleitung
des Gasstromes und mit einer axial innerhalb der rohrförmigen Niederschlagselektrode
angeordneten stabförmigen
Sprühelektrode
sowie eine Haltevorrichtung für
die Halterung der Sprühelektrode.
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Röhrenelektrofilter
der eingangs genannten Art sind vielfältig bekannt, wobei ihre Arbeitsweise auf
der elektrostatischen Aufladung von Partikeln, Aerosolen und Gasen
in einem gasdurchströmten Raum
beruht. Der Gasstrom, vorzugsweise Luftstrom kann in seiner Zusammensetzung
stark mit der umgebenden Atmosphäre
differenzieren.
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Mit
einem derartigen Röhrenelektrofilter
können
beispielsweise Partikel aus einem Gasstrom abgeschieden werden.
Der Abscheidevorgang erfolgt dabei in mehreren aufeinander folgenden
Schritten:
- – Aufladung der Teilchen in
einem elektrischen Feld,
- – Transport
der aufgeladenen Teilchen zur Niederschlagselektrode,
- – Anhaften
und Schichtbildung an der Niederschlagselektrode,
- – Entfernen
der anhaftenden Schicht von der Niederschlagselektrode.
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Aus
den gattungsbildenden Druckschriften
DE 40 41 909 A1 sowie
DE 34 15 984 A1 sind Röhrenelektrofilter
bekannt, bei denen die axial innerhalb der Niederschlagselek troden
verlaufenden Sprühelektroden
jeweils an ihren beiden Enden in Haltevorrichtungen eingespannt
sind, damit eine definierte Positionierung innerhalb der rohrförmigen Niederschlagselektroden
gewährleistet
ist.
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Bei
den üblicherweise
zur Ionisierung eines Gasstromes zwischen der Sprühelektrode
und der Niederschlagselektrode angelegten Spannungen im Bereich
von beispielsweise 10 bis 15 kV kommt der Halterung der Sprühelektrode
eine entscheidende Bedeutung zu, da diese auch bei turbulenten Gasströmen möglichst
keine Abstandsveränderungen zur
Oberfläche
der Niederschlagselektrode z.B. durch Eigenschwingungen erzeugen
darf. In einem solchen Falle besteht ansonsten die Gefahr eines Funkenüberschlages,
der unbedingt zu vermeiden ist.
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Da
bei den bekannten Bauformen derartiger Röhrenelektrofilter üblicherweise
die rohrförmigen Niederschlagselektroden
vertikal ausgerichtet sind, tritt hierbei jedoch das Problem auf,
dass z.B. bei feuchten zu reinigenden Gasströmen sich ein zähflüssiger Niederschlag
auf der Oberfläche
der Niederschlagselektroden bilden kann, der sodann der Schwerkraft
folgend die Innenwandung der rohrförmigen Niederschlagselektrode
hinab fließt
und somit zwangsläufig
auf die Haltevorrichtung zum Spannen der Sprühelektrode trifft, da diese
bislang stets an beiden Enden der sich axial erstreckenden Sprühelektroden
vorgesehen war oder mit Gewichten gespannt wird. Beim Auftreffen
auf die Haltevorrichtung kann es jedoch zu Brückenbildung und ebenfalls zu unerwünschten
Ladungsübersprüngen zwischen Sprühelektrode
und Niederschlagselektrode kommen, so dass eine regelmäßige Betriebsunterbrechung
und Abreinigung der Oberflächen
der Haltevorrichtung und Niederschlagselektroden notwendig gewesen
ist, was nachteilig ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Röhrenelektrofilter der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass er bei hoher Filterleistung
weitgehend unabhängig
von dem zu filternden Gasstrom einen kontinuierlichen Betrieb bei
einfachem Aufbau gewährleistet.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe wird ein Röhrenelektrofilter gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Röhrenelektrofilters sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
beruht darauf, dass die Haltevorrichtung benachbart zu einem Ende
der mindestens einen Niederschlagselektrode angeordnet ist und die
Sprühelektroden
an einem ihrer Enden an der Haltevorrichtung befestigt und ansonsten
freitragend innerhalb der Niederschlagselektrode angeordnet sind.
Durch diese erfindungsgemäß vorgeschlagene
freitragende Anordnung der Sprühelektrode
innerhalb der mindestens einen Niederschlagselektrode wird die Gefahr
einer Brückenbildung
durch an der Innenoberfläche
der Niederschlagselektrode herabfließende niedergeschlagene Partikel
und dergleichen auf ein Minimum reduziert, insbesondere dann, wenn
nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Haltevorrichtung
in Strömungsrichtung
des Gasstromes betrachtet der Niederschlagselektrode nachgeordnet
positioniert wird, d.h. insbesondere benachbart zum Auslassende
der mindestens einen Niederschlagselektrode vorgesehen wird.
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Um
eine auch bei sehr langen stabförmigen Sprühelektroden
ausreichend biegesteife Befestigung derselben an der Haltevorrichtung
zu gewährleisten,
umfasst die Haltevorrichtung gemäß einem Vorschlag
der Erfindung eine erste Halteplatte, an der die Sprühelektroden
endseitig befestigt sind.
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Eine
weitere Steigerung der Biegefestigkeit kann dadurch erreicht werden,
dass die Haltevorrichtung ferner eine zweite Halteplatte umfasst,
die beabstandet zur ersten Halteplatte angeordnet und mit den Sprühelektroden
verbunden ist. Durch diese beabstandete Verbindung der sich vorzugsweise
parallel zueinander erstreckenden beiden Halteplatten wird eine
gegenseitige Verspannung derselben erreicht, die eventuellen seitlichen
Auslenkungen der Sprühelektroden
zuverlässig
entgegenwirkt, so dass auch ein störungsfreier Betrieb bei sehr
turbulenten oder schnell strömenden
Gasströmen
durch den erfindungsgemäßen Röhrenelektrofilter
sichergestellt ist.
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Bevorzugt
sind die Sprühelektroden
an ihrem der Haltevorrichtung zugewandten Ende mit einem vorstehenden
Gewindeschaft für
eine Verschraubung mit der Haltevorrichtung ausgestattet, so dass
nicht nur die Fertigung und Montage vereinfacht, sondern die Sprühelektroden
auch einfach auswechselbar an der Haltevorrichtung befestigt sind.
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In
diesem Falle kann für
die beabstandete Anordnung der ersten und zweiten Halteplatte auf dem
Gewindeschaft einer jeden Sprühelektrode
eine Distanzhülse
aufgeschoben sein, welche den Abstand zwischen der ersten und zweiten
Halteplatte festlegt und gleichzeitig beim Aufschrauben einer Mutter
auf dem Gewindeschaft die gewünschte
Verspannung der beabstandet gehaltenen ersten und zweiten Halteplatte
bewirkt.
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Die
stabförmigen
Sprühelektroden
des erfindungsgemäßen Röhrenelektrofilters
sind bevorzugt mit einem gezahnten Profil mit einer Vielzahl vorstehender
Spitzen ausgebildet, wie es im Prinzip bereits aus der eingangs
genannten
DE 34 15
984 A1 vorbeschrieben ist. Derartige Sprühelektroden
werden aus entsprechend profiliertem und abgekantetem Blech hergestellt,
zeichnen sich durch eine große
Eigensteifheit aus und erzeugen innerhalb einer rohrförmigen Niederschlagselektrode
hohe Filter- bzw. Abscheideleistungen.
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Eine
weitere Steigerung der biegesteifen Befestigung der nur einseitig
an einer Haltevorrichtung gehalterten Sprühelektroden kann dadurch erreicht werden,
dass die Sprühelektroden
an ihrem der Haltevorrichtung zugewandten Ende mit Stützflächen ausgebildet
sind, mittels derer sie sich an der Haltevorrichtung und insbesondere
an der dort vorgesehenen Halteplatte abstützen.
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Der
erfindungsgemäße Röhrenelektrofilter kann
darüber
hinaus mit einer Reinigungsvorrichtung für die bedarfsweise Reinigung
der Innenoberfläche der
mindestens einen Niederschlagselektrode ausgebildet sein. Diese
Reinigungsvorrichtung kann bevorzugt einen Strom von Reinigungsflüssigkeit
auf die Innenoberfläche
der mindestens einen rohrförmigen
Niederschlagselektrode applizieren, durch die anhaftende Teilchen
von der Innenwand der rohrförmigen
Niederschlagselektrode abgewaschen werden.
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Die
außerordentlich
stabile und biegesteife Befestigung der freitragend aufgehangenen
Sprühelektroden
innerhalb der rohrförmigen
Niederschlagselektroden ermöglicht
es hierbei nicht nur, die Reinigungsflüssigkeit in gewissen regelmäßigen zeitlichen Abständen zu
applizieren, sondern die Abreinigung kann auch permanent durch Spülung der
Rohrinnenwand mit einer Reinigungsflüssigkeit während des Betriebs des Röhrenelektrofilters
durchgeführt
werden, so dass außerordentlich
lange und störungsfreie Be triebszeiten
des erfindungsgemäßen Röhrenelektrofilters
unabhängig
vom Partikelgehalt bzw. Feuchtegehalt des zu reinigenden Gasstromes
erreicht werden.
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Bei
Bedarf kann zur Erhöhung
der Reinigungsleistung eine zusätzliche
Reinigung des Gasstromes mittels einer Adsorbermasse vorgesehen sein,
wozu der mindestens einen rohrförmigen
Niederschlagselektrode nachgeordnet eine entsprechende Adsorbermasse
vorgesehen wird, die vom Gasstrom durchströmt wird. In dieser Adsorbermasse
werden die zwischen Sprühelektroden
und Niederschlagselektroden nicht abscheidbaren Stoffe weitestgehend
zurückgehalten.
Die Adsorbermasse besteht bevorzugt aus einem feinkörnigen Material mit
einer großen
wirksamen Oberfläche,
vorzugsweise Aktivkohle.
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Für die zwangsweise
Förderung
des Gasstromes durch den erfindungsgemäßen Röhrenelektrofilter kann ein
Ventilator vorgesehen sein, der bei Bedarf mit einer vorgegebenen
Drehzahl oder auch mit variabler Drehzahl betrieben werden kann.
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Weitere
Ausgestaltungen und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Röhrenelektrofilters
werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
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1 in
einer schematischen Seitenansicht den Aufbau des erfindungsgemäßen Röhrenelektrofilters,
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2 in
einer ausschnittsweisen Vergrößerung die
Befestigung der Sprühelektroden
an der Haltevorrichtung gemäß 1,
wobei zur besseren Übersichtlichkeit
die rohrförmigen
Niederschlagselektroden nicht eingezeichnet sind,
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3a die
Seitenansicht einer im Rahmen des erfindungsgemäßen Röhrenelektrofilters eingesetzten
stabförmigen
Sprühelektrode,
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3b die
Einzelheit A in 3a in vergrößerter Darstellung,
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3c die
Ansicht auf die stabförmige Sprühelektrode
gemäß Pfeil
X in 3a in vergrößerter Darstellung.
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In
der 1 ist ein Röhrenelektrofilter
zur elektrostatischen Abscheidung von Partikeln aus einem Gasstrom
in seinen wesentlichen Elementen dargestellt.
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Der
Röhrenelektrofilter
umfasst ein unteres Gehäuse 100 auf
einem Gestell 1, an welches sich oberseitig mehrere mit 5.1 und 5.2 gekennzeichnete Bündel von
Abscheidungselektroden 5 mit darin axial gehalterten Sprühelektroden 6 anschließen, welchen ein
oberes Gehäuse 101 mit
einem Ventilator 11 nachgeordnet sind.
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Jede
Niederschlagselektrode 5 weist einen beispielsweise kreisförmigen Querschnitt
auf und verfügt über ein
Einlassende 50 und ein Auslassende 51, so dass
ein zu reinigender Gasstrom in nachfolgend noch näher erläuterter
Weise vertikal von unten nach oben durch die rohrförmigen Niederschlagselektroden 5 geleitet
werden kann.
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Innerhalb
jeder rohrförmigen
Niederschlagselektrode 5 ist eine aus den Darstellungen
gemäß 3a bis 3c näher ersichtliche
stabförmige Sprühelektrode
angeordnet, wozu im Bereich des oberen Gehäuses 101 eine entsprechende
Haltevorrichtung 8 vorgesehen ist, an der die Sprühelektroden 6 jeweils
mit einem Ende in nachfolgend noch näher beschriebener Weise befestigt
sind, während die
Sprühelektroden
ansonsten freitragend innerhalb der jeweiligen Niederschlagselektroden 5 angeordnet
sind. Dies bedeutet insbesondere, dass im Bereich der Einlassenden 50 der
rohrförmigen
Niederschlagselektroden 5 keinerlei Haltevorrichtungen
für die
Sprühelektroden 6 vorgesehen
sind, vielmehr endet das freie Ende 63 einer jeden Sprühelektrode 6 frei
schwebend innerhalb der rohrförmigen
Niederschlagselektroden 5.
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Die
Haltevorrichtung 8, welche über Isolatoren 7 elektrisch
isoliert innerhalb des oberen Gehäuses 101 angeordnet
ist, weist den aus der 2 näher ersichtlichen Aufbau auf.
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Demgemäß umfasst
die Haltevorrichtung 8 den einzelnen Sprühelektroden 6 zugewandt
eine erste Halteplatte 80 beispielsweise aus einem biegesteifen
Edelstahl, an welchem die einzelnen Sprühelektroden 6 jeweils
mit einem Ende anliegend gehaltert sind.
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Die
Sprühelektroden 6 weisen
dazu, wie aus den 3a bis 3c näher ersichtlich,
einen axial vorstehenden Gewindeschaft 61 auf, mit welchem sie
durch eine entsprechende Bohrung innerhalb der ersten Halteplatte 80 hindurch
geführt
sind und verfügen
ferner über
insgesamt vier mittels Schweißnähten S an
dem Gewindeschaft 61 befestigten Stützflächen 64, mit welchen
sie sich biegesteif an der ersten Halteplatte 80 abstützen.
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Über den
auf der den Sprühelektroden 6 abgewandten
Oberfläche
hervortretenden Teil des Gewindeschaftes 61 einer jeden
Sprühelektrode
ist sodann eine Distanzhülse 82,
welche wiederum beispielsweise aus Edelstahl gefertigt sein kann, übergeschoben,
welche der beabstandeten Festlegung einer sich parallel zur ersten
Halteplatte 80 erstreckenden zweiten Halteplatte 81 verfügt, die über ein der
ersten Halteplatte 80 entsprechendes Lochbild verfügt, so dass
die einzelnen Gewindeschäfte 61 der
Sprühelektroden
ebenfalls durch die zweite Halteplatte 81 hindurch treten
können.
Sodann werden die einzelnen Sprühelektroden
mit ihren Gewindeschäften 61 durch
Aufschrauben von Muttern 62 auf den Gewindeabschnitt 61a der
Gewindeschäfte 61 befestigt,
wodurch eine Verspannung der Sprühelektroden 6 an
der ersten Halteplatte 80 und gleichzeitig eine über die
Distanzhülsen 82 bewirkte
beabstandete Verspannung der beiden Halteplatten 80, 81 miteinander
bewirkt wird.
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Diese
Verspannung hat zur Folge, dass es den einzelnen Sprühelektroden 6 nicht
mehr ermöglicht
ist, sich aus ihrer exakt lotrechten Ausrichtung zu der Halteplatte 80 auszulenken,
da eine damit einhergehende Biegung der ersten Halteplatte 80 infolge der
Verspannung mit der beabstandeten zweiten Halteplatte 81 zuverlässig verhindert
wird.
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Dies
hat zur Folge, dass die freitragend innerhalb der jeweiligen rohrförmigen Niederschlagselektroden 5 gehalterten
stabförmigen
Sprühelektroden 6 auch
bei stark turbulenter Gasströmung
durch die rohrförmigen
Niederschlagselektroden 5 stets exakt lotrecht und damit
auf der Mittelachse der rohrförmigen
Niederschlagselektroden 5 verharren.
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Nebenbei
bemerkt sind die einzelnen Sprühelektroden 6 in
an sich bekannter Weise mit einem gezahnten Profil mit einer Vielzahl
vorstehender Spitzen 60 ausgebildet, an denen sich die
gewünschten Entladungsvorgänge zur
Niederschlagselektrode 5 zur Ioni sierung des durchströmenden Gasstromes durch
die Niederschlagselektroden 5 erzeugen lassen, wenn eine
geeignete elektrische Spannung angelegt wird.
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Die
Funktionsweise des solchermaßen
ausgebildeten Röhrenelektrofilters
ist folgende:
Zunächst
tritt ein mit Partikeln belasteter Rohgasstrom gemäß Pfeil
R1 über
einen Rohgaseingang 2 in das untere Gehäuse 100 des Röhrenelektrofilters ein. Über eine
im unteren Gehäuse 100 vorgesehene Bodenwanne 3 wird
der Gasstrom um 180° umgelenkt
und tritt über
eine Luftverteilerplatte 4 in die einzelnen rohrförmigen Niederschlagselektroden 5 über deren
Einlassende 50 ein, wobei die Luftverteilerplatte 4 die
gleichmäßige Aufteilung
des Gasstromes zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades bewirkt.
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An
den einzelnen in den rohrförmigen
Niederschlagselektroden 5 freitragend gehalterten Sprühelektroden 6 liegt
eine geeignete Gleichspannung, beispielsweise im Bereich von 10
bis 15 kV an, so dass ein Stromfluss überwiegend von den Spitzen 60 der
Sprühelektroden 6 zur
Innenoberfläche
der geerdeten rohrförmigen
Niederschlagselektroden 5 von einigen Milliampere auftrifft.
Somit wird der durch die rohrförmigen
Niederschlagselektroden 5 vertikal von unten nach oben
geführte
Gasstrom ionisiert und durch die vorliegende Ladung bewegen sich
die aufgeladenen Partikel in Richtung der Innenoberfläche der
Niederschlagselektroden 5 und treffen dort auf, so dass
sich durch Anhaftung der Partikel eine Schicht ausbildet.
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Der
solchermaßen
von Partikeln gereinigte Gasstrom tritt sodann oberseitig über die
Auslassenden 51 der rohrförmigen Niederschlagselektroden 5 in
das obere Gehäuse 101 über, wo
er ggf. noch durch eine hier vorgesehene Adsorbermasse 10 beispielsweise
in Form von Aktivkohle geleitet werden kann, um Stoffe abzuscheiden,
die durch die Ionisierung des Gasstromes in den Rohrbündeln 5.1, 5.2 nicht
abgeschieden werden können.
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Sodann
tritt der gereinigte Gasstrom über den
Reingasausgang 12 gemäß Pfeilen
R2 aus dem Röhrenelektrofilter
aus.
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Die
Förderung
des Gasstromes durch den Röhrenelektrofilter
in der vorangehend geschilderten Weise kann extern oder aber auch
durch einen im Röhrenelektrofilter
vorgesehenen Ventilator 11 bewirkt werden, der wahlweise
mit konstanter oder variabler Drehzahl je nach Reinigungsaufgabe
betrieben werden kann.
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Für regelmäßige Wartungen
sind an mehreren Stellen des Röhrenelektrofilters
verschließbare Revisionsöffnungen 20 vorgesehen.
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Die
sich in der vorangehend beschriebenen Weise an den Innenoberflächen der
rohrförmigen Niederschlagselektroden 5 unter
Ausbildung von Schichten anhaftenden Teilchen wandern allmählich der
Schwerkraft folgend vertikal innerhalb der rohrförmigen Niederschlagselektroden 5 nach
unten, wobei sie aufgrund der freitragenden Aufhängung der Sprühelektroden 6 ungehindert über die
Einlassenden 50 in die darunter befindliche Bodenwanne 3 fallen
können,
von der sie abgeführt
werden. Aufgrund des ermöglichten
Freifalls ohne Behinderung durch Haltevorrichtungen oder dergleichen
kann es im Bereich der freitragend gehalterten freien Enden 63 der Sprühelektroden 6 nicht
zu Funkenüberschlägen oder
zu Brückenbildungen
und Materialanstauungen kommen.
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Darüber hinaus
kann zur regelmäßigen Abreinigung
der Innenoberflächen
der Niederschlagselektroden 5 eine Reinigungsvorrichtung 9 vorgesehen
sein, mittels derer eine Reinigungsflüssigkeit auf die Innenoberflächen der
rohrförmigen
Niederschlagselektroden 5 applizierbar ist, um somit die
sich auf der Innenoberfläche
der Niederschlagselektroden 5 bildenden Partikelschichten
in regelmäßigen Abständen in
Richtung der Bodenwanne 3 abzuwaschen.
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Aufgrund
der besonderen Haltevorrichtungen 8 und der freitragenden
biegesteifen Halterung der Sprühelektroden 6 innerhalb
der Niederschlagselektroden 5 ist es möglich, diese flüssigkeitsgestützte Abreinigung
der Innenoberflächen
der Niederschlagselektroden 5 während des laufenden Betriebs
des Röhrenelektrofilters
durchzuführen,
d.h. es werden keine Filterstillstände für diesen Reinigungsvorgang benötigt. Insbesondere
ist es auch möglich,
die Reinigungsflüssigkeit
von der Reinigungsvorrichtung 9 kontinuierlich während des
Betriebs des Röhrenelektrofilters
auf die Innenoberflächen
der Niederschlagselektroden 5 zu applizieren, so dass eine
kontinuierliche Reinigung und damit außerordentlich hohe Austragsleistung
erzielt wird.
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In
gleicher Weise eignet sich der solchermaßen ausgebildete Röhrenelektrofilter
auch für
die Reinigung sehr feuchter Gasströme, da auch hier ein Überschlagen
der an den Sprühelektroden 6 angelegten
Spannung auf die Niederschlagselektrode 5 aufgrund der
biegesteifen und freitragenden Halterung der Sprühelektroden 6 zuverlässig verhindert wird.
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Durch
den geringen Luftwiderstand in den rohrförmigen Niederschlagselektroden
ist darüber
hinaus für
die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Gasstromes nur ein Ventilator
mit einer vergleichsweise geringen Leistung notwendig, so dass der
Energieverbrauch des solchermaßen
ausgebildeten Röhrenelektrofilters
im Vergleich mit dem Stand der Technik sehr gering ausfällt.
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Es
versteht sich, dass der vorangehend geschilderte Röhrenelektrofilter
aufgrund seines modularen Aufbaus auch zu größeren und kleineren Filtereinheiten
aufgebaut werden kann, je nachdem welches Gasvolumen und welche
Partikelbelastung vorhanden ist. So können weitere Rohrbündel 5.1, 5.2 hinzugefügt oder
auch entfernt werden, wobei die jeweilige Auslegung vom Fachmann
anhand des Bedarfes leicht vorgenommen werden kann.