-
Die
Erfindung betrifft die Struktur von Abgasreinigungsanlagen zum Reinigen
von mit Aerosolen belasteten Gasen oder Atmosphären und Bauformen von Abgasreinigungsanlagen
mit einer solchen Struktur. Die Erfindung ist in die Technologie
der elektrostatischen Partikelabscheidung einzubetten, insbesondere
eines raumladungsbehafteten elektrostatischen Partikelabscheiders.
In einem Raumladungsabscheider werden unipolar geladene Partikel
entsprechend des Feldes Ihrer eigenen Raumladung abgeschieden [1].
-
Abhängig von
der baulichen Gestaltung des Abscheiders läuft die Selbstabscheidung in
einem Nasswäscher
innerhalb der röhrenförmigen Elektroden
in einem Filter ab. Nasswäscher
haben eine nützliche
Verbesserung in der Effizienz ergeben, in dem die Partikel/Aerosole
vor dem Eintritt in den Wäscher
geladen werden. Geladene Partikel werden durch den Nasswäscheprozess
und die elektrostatische Abscheidung unter dem Einfluss der Raumladung
abgeschieden.
-
Ein
elektrostatischer Abscheider arbeitet auch auf dem Prinzip der gegenseitigen
Abstoßung der
geladenen Partikel an einer Wand auf Bezugspotential, vorzugsweise
Erdpotential. Da die geladenen Partikel durch den geerdeten Abschnitt
eines Abscheiders gehen, wird ein Teil der geladenen Partikel zu
der geerdeten Wand durch das durch die Raumladung erzeugte elektrische
Feld gezwungen. Abgeschiedene Partikel werden in dem zusammen laufenden
Wasser, das die Wände
der geerdeten Röhrenelektroden
hinab fließt,
mitgerissen und ausgeleitet.
-
In
einem ionisierenden Nasswäscher
(siehe beispielsweise US oder
DE
22 35 531 ) wird ein zu prozessierender Gasstrom vor seinem
Durchgang durch den Nasswäscher
ionisiert, um die Partikel/Aerosole in dem Gasstrom mit einer elektrischen
Ladung vorgegebener Polarität
zu versehen. Während der
Strömung
des Gasstroms werden die geladenen Partikel/Aerosole nahe an die
Wäscherflüssigkeit und/oder
Packungselemente als Wirkung der Anziehungskräfte zwischen den geladenen
Partikel und den elektrisch neutralen Packungselementen und der
Flüssigkeit
getragen. Die Partikel werden aus dem Gasstrom durch die Wäscherflüssigkeit
entfernt.
-
Ein
Partikel ionisierender Wäscher
(siehe beispielsweise
US-Apl. Publ. 2006/0236858
A1 besteht aus einem Ladungs- und Kollektorabschnitt. Der
Kollektor besteht entweder aus einem fest- oder flüssigbettgepacktem
Abschnitt, der kontinuierlich von oben bewässert wird. Der Gasstrom und
die geladenen Partikel werden direkt von der Ladungseinrichtung
zur Kollektoreinrichtung transportiert und das Reingas passiert
dann einen Flüssigkeitsabscheider,
um Flüssigkeitströpfchen zu
entfernen.
-
Die
erläuterten
Abscheider haben eine Sammelkammer zwischen der Ladeeinrichtung
und der Kollektoreinrichtung, deshalb ist die Raumladungsverteilung
am Kollektoreingang homogen. Die Richtung des Gasstroms am Eingang
und am Ausgang des Kollektors ist die gleiche.
-
Es
gibt elektrostatische Raumladungsabscheider ohne Sammelkammer zwischen
der Ladeeinrichtung und der Kollektoreinrichtung (siehe beispielsweise
US 4,072,477 oder
DE 10 2006 055 543 ).
Dabei ist der Ausgang der Ladeeinrichtung an eine Kammer angebaut,
die elektrisch leitendes Packungsmaterial hat, z. B. Turmpackungselemente. Die
Richtung des Gasstroms am Eingang und Ausgang ist entweder dieselbe
oder der Gasstrom wechselt seine Richtung innerhalb der Kollektoreinrichtung.
Im letzteren Fall ist die Raumladungsverteilung im Eingangsbereich
des Kollektors nicht homogen. Sie ist maximal im Bereich, wo der
Gasstrom den Kollektor betritt, und ist gegenüber dem Eintrittsbereich an
der Wand minimal. Es tritt eine nicht homoge ne Raumladungsverteilung
auf. Wenn Partikel abgeschieden werden, nimmt das Raumladungsfeld
ab und die Aerosolaufsammlung verschlechtert sich im zentralen und
dem Strömungseintritt
gegenüber
liegenden Bereich. Deshalb ist der Eingangsbereich des Kollektors
oft ineffektiv für
die Partikelaufsammlung.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abscheidung elektrisch
geladener Partikel im Eintrittsbereich eines Kollektors einer elektrostatischen Abgasreinigungsanlage
effektiver zu machen. Eine solche Abgasreinigungsanlage zum Reinigen
von mit Aerosolen belasteten Gasen oder Atmosphären besteht bekanntermaßen aus
mindestens einer Baugruppe aus einer Ionisierungseinrichtung und
daran sich in Strömungsrichtung
anschließender
Kollektoreinrichtung. Die Abgasreinigungsanlage ist mit ihrem Eingang
an einen Rohgaskanal oder an Rohgaskanäle angebaut. Sie strömt an ihrem
Ausgang Reingas in die Umgebung strömt oder in einen weiterführenden
Abgaskanal ein.
-
Die
Aufgabe der effektiveren Partikelabscheidung wird durch eine bauliche
Struktur der Abgasreinigungsanlage gemäß den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die
Ionisierungseinrichtung einer Baugruppe besteht aus mindestens einer
senkrecht zur Kanalachse stehenden Ebene mit mindestens zwei gleichartigen,
in einer Ebene liegenden, um die Kanalachse gleichverteilten Ionisierungsstufen,
durch die das Gas radial bezüglich
der Kanalachse strömt. Bei
einer Gasströmung
durch die Ionisierungsstufen entweder radial nach innen ändern die
Gasströme
in die zugehörige,
bezüglich
der Kanalachse zentral sitzende Kollektoreinrichtung ihre Strömungsrichtung, sie
werden nach der Einmündung
in den Kollektor in eine gemeinsame Strömungsrichtung umgelenkt, so dass
sich im Kollektorbereich über
den lichten Querschnitt im Verlaufe der Gasströmung ein bezüglich der
Kanalachse nicht schräges,
nicht einseitiges Strömungsprofil
einstellt.
-
Oder
bei einer Gasströmung
durch die Ionisierungsstufen radial nach außen besteht die Kollektoreinrichtung
aus Kollektorstufen, die sich jeweils an eine Ionisierungsstufe
der Ionisierungseinrichtung anschließt, in der der radiale Gasstrom
von der zugehörigen
Ionisierungsstufe mündet
und schwenkt im Verlaufe der Gasströmung parallel zur Kanalachse um
(Anspruch 1).
-
Daraus
ist gemäß Anspruch
2 eine Abgasreinigungsanlage folgendermaßen spezifizierbar, nämlich die
Abgasreinigungsanlage besteht aus mindestens zwei, kanalaxial aneinander
gereihten Baugruppen aus jeweils einer Ionisierungs- und zentralen
Kollektoreinrichtung, bei der die zentralen Kollektoreinrichtungen
unmittelbar aufeinander folgen und anfänglicher Bestandteil den das
Gas weiterführenden Kanals
sind. Die gasstromaufwärts
erste zentrale Kollektoreinrichtung lässt die in sie einmündenden Gasströme nur zur
folgenden zentralen Kollektoreinrichtung weiter- und durchströmen. Schließlich tritt aus
der gasstromabwärts
letzten Kollektoreinrichtung ein additiver, aus Strömungen zusammengesetzter Gasstrom
aus. Nach Anspruch 3 reihen sich die Baugruppen bezüglich der
Kanalachse gleichartig oder verdreht zueinander aneinander.
-
In
Anspruch 4 ist auf der strukturellen Basis von Anspruch 1 die Abgasreinigungsanlage
folgendermaßen
spezifiziert:
Die Abgasreinigungsanlage besteht jetzt aus mindestens
zwei kanalaxial aneinander gereihten Baugruppen aus jeweils einer
Ionisierungs- und Kollektoreinrichtung. Dabei ist die Anzahl Ionisierungsstufen
pro Baugruppe gleich und die Gasströmung in den Ionisierungsstufen
aufeinander folgender Baugruppen ist radial entgegensetzt. Der das
Rohgas heranführende
Kanal mit seinem endenden, stirnseitig verschlossenen Kanalstück fächert entweder
den Rohgasstrom über Öffnungen
in seiner Mantelwand zu der angebauten Ionisierungseinrichtung der
ersten angeströmten
Baugruppe in Teilgasströme
zu je einer Ionisierungsstufe auf, um darin radial nach außen zu der
jeweils angebau ten Kollektorstufe zu strömen. Von dieser aus führt ein
Kanalstück
zu zugeordneten Ionisierungsstufe der folgenden Baugruppe, in der
der Teilgasstrom radial nach innen strömt. Alle Teilgasströme durch
diese Baugruppe münden
in die zugehörige
zentrale Kollektoreinrichtung, lenken dort um und strömen axial
zusammen zum Ausleiten oder erneuten Prozessieren weiter. Oder der
das Rohgas heranführende
Kanal fächert
sich an seinem Ende in Kanäle
auf, die jeweils in eine Ionisierungsstufe der folgenden Baugruppe
münden,
um darin radial nach innen zur zentralen Kollektoreinrichtung zu
strömen. Von
dort aus strömt
der aus den Teilgasströmen
zusammengesetzte Gasstrom in das axial anschließende, stirnseitig verschlossene
Kanalstück
ein und fächert
darin über Öffnungen
in der Mantelwand wieder in die angebauten Ionisierungsstufen der
folgenden Baugruppe auf. Jetzt strömen sie darin radial nach außen zu der
jeweiligen Kollektorstufe, um von dort aus zum jeweiligen oder zusammengefassten
Ausleiten oder erneuten Prozessieren in einer folgenden Baugruppe
weiter zu strömen.
-
Eine
weitere Spezifizierung auf der Basis von Anspruch 1 ist in Anspruch
5 beschrieben. Danach besteht die Abgasreinigungsanlage aus einem
ersten gaskanalquerschnittsähnlichen
Hohlzylinderstück
als Ionisierungseinrichtung, dessen Wand mindestens eine Ebene senkrecht
zur Kanalachse schneidet. In dieser sitzen die Ionisierungsstufen
durch die Hohlzylinderwand um den Umfang gleichverteilt. Sie sind von
einem zweiten gaskanalquerschnittsähnlichen Hohlzylinderstück mantelartig über mindestens
die Länge
des ersten Hohlzylinders umgeben. Dabei mündet entweder der Rohgaskanal
stirnseitig in das erste Hohlzylinderstück, das auf der gegenüberliegenden
Stirn verschlossen ist, und zwar so dass das Rohgas radial nach
außen
durch die Ionisierungsstufen strömen
muss, und das zweite, umgebende Hohlzylinderstück durch eine Ringscheibe rohgasseitig mit
dem ersten Hohlzylinderstück
gasdicht verbunden ist. Das bildet für das von den Ionisierungsstufen einströmende Gas
den Kol lektor, von wo aus der darin wieder zusammengeführte Gasstrom
auf der rohgasabseitigen, offenen Stirn als Reingasstrom austritt.
-
Oder
der Rohgaskanal flanscht an dem zweiten Hohlzylinder stirnseitig
an. Der zweite Hohlzylinder ist mit dem ersten Hohlzylinder auf
der dem Rohgasstrom abgewandten Seite über eine gasdichte Ringscheibe
verbunden, dabei ist das erste Hohlzylinderstück an der dem Rohgasstrom zugewandten Stirn
verschlossen.
-
Oder
der Rohgaskanal flanscht an dem zweiten Hohlzylinder mantelwandseitig
an und bildet mit dem ersten Hohlzylinder einen stirnseitig gasdicht verschlossenen,
ringförmigen
Hohlraum. So mündet bei
der stirnseitigen und mantelwandseitigen Einströmung des Rohgases der gesamte
Rohgasstrom durch die Innenstufen radial nach innen in den lichten Bereich
des ersten Hohlzylinders. Die Teilströme lenken dort um und strömen als
Gesamtsrom aus dem ersten Hohlzylinder durch die Kollektoreinrichtung weiter.
Jetzt ist der lichte Querschnitt des ersten Hohlzylinders an der
zu der Weiterströmung
abgewandten Stirn gasdicht verschlossen. Geometrisch ist nach Anspruch
6 der Gaskanalquerschnitt von außen gesehen konvex rund oder
konvex polygonal.
-
Die
Situation wird also verbessert, indem die Art des Einströmens eines
Gasstromes in den Eingangsbereich einer Kollektoreinrichtung geändert wird.
Die Verbesserung bezieht sich auf elektrostatische Abscheider ohne
Sammelkammer zwischen der Lade-/Ionisierungseinrichtung und der
Kollektoreinrichtung, in welchem das Gas in den Eingang der Kollektoreinrichtung
nur durch eine Öffnung
in einer Seitenwand der Kollektoreinrichtung, in welcher der Gasstrom
innerhalb des Kollektors seine Richtung ändert.
-
Zur
Verbesserung der Raumladungsverteilung im Eintrittsbereich der Kollektoreinrichtung
wird deshalb vorgeschlagen, den Gas strom mit geladenen Partikeln
durch mindestens zwei einander in einer Ebene gegenüberstehende Öffnungen
in der Seitenwand des Kollektors einzuströmen. Die Verteilung der Raumladung
kann also auch dadurch verbessert werden, dass der Gasstrom mit
geladenen Partikel gleichartig und gleichmäßig durch mehrere Öffnungen
in der Seitenwand des Kollektorgehäuses einströmt, die in einer Ebene oder
mehreren, aufeinander folgenden Ebenen sitzen.
-
Unzulänglichkeiten
herkömmlicher
Abgasreinigungsanlagen werden so behoben. Verantwortlich ist das
baulich unmittelbare Aufeinanderfolgen von Lade-/Ionisierungsstufe
und Kollektor sowie die bezüglich
der Kollektorachse gewissermaßen
symmetrische Raumladungsverteilung über den lichten Querschnitt
des Eintrittsbereichs am Kollektor. Durch eine solche bauliche Struktur
der Abgasreinigungsanlage besteht auch ein technisch einfach und
leicht handhabbarer Aufbau.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
-
1a Abscheider
ohne Sammelkammer nach dem Stand der Technik;
-
1b Abscheider
ohne Sammelkammer nach dem Stand der Technik;
-
2a Kollektoreinrichtung
mit drei Gebieten im Eintrittsbereich;
-
2b Raumladungsdichteverlauf
bei einseitiger Einströmung;
-
2c Raumladungsdichteverlauf
bei beidseitiger Einströmung;
-
3a Seitenansicht
des Abscheiders mit zwei einander gegenüberliegenden Ionisierungsstufen;
-
3a Draufsicht
des Abscheiders mit zwei einander gegenüberliegenden Ionisierungsstufen
-
4 Draufsicht
des Abscheiders mit vier einander paarwei se gegenüberliegenden
Ionisierungsstufen;
-
5a Seitenansicht
eines Abscheiders aus zwei Abscheiderebenen;
-
5a Draufsicht
eines Abscheiders aus zwei Abscheiderebenen;
-
6 Draufsicht
eines Abscheiders aus zwei zueinander verdrehten Abscheiderebenen;
-
7a kreiszylindrische
Kollektoreinrichtung in Seitenansicht mit einem Wandabschnitt als Ionisierungseinrichtung;
-
7b kreiszylindrische
Kollektoreinrichtung in Draufsicht mit einem Wandabschnitt als Ionisierungseinrichtung;
-
8 prismatische
Kollektoreinrichtung in Seitenan- und Draufsicht mit einem Wandabschnitt als
Ionisierungseinrichtung;
-
9 Seitenansicht
eines Abscheiders aus zwei Abscheiderebenen mit ebenenweise radial
entgegengesetzter Gasströmung
in den Ionisierungseinrichtungen
-
Die
Raumladungsabscheider, aus dem Stand der Technik bekannt (
US 4,072,477 1, und
DE
10 2006 055 543 ,
13 und
14) werden als Gegenüberstellung hier in
1 vorgestellt. In den Abscheidern ist
der Ausgang der Lade-/Ionisierungseinrichtung an eine geerdete,
aus elektrisch leitendem Packungsmaterial gebaute Kollektoreinrichtung
angekoppelt, beispielsweise Turmpackungselemente. Der Gasstrom wechselt
seine Strömungsrichtung
im Eingangsbereich der Kollektoreinrichtung. In
2a tritt
der Gasstrom in den Eintrittsbereich der Kollektoreinrichtung nur
von der einen vorhandenen, im Bild linken Öffnung her ein, er ist grob
und durch zwei parallele senkrechte Striche in die über die
lichte Weite im Eintrittsbereich aufeinander folgenden Gebiete:
Eingang, zentral und gegenüber,
unterteilt. Die Raumladungsdichte nimmt dort in axialer Verlängerung
der Öffnungsachse
zur gegenüberliegenden Wand
der Kollektoreinrichtung hin ab.
2b zeigt den
Ver lauf der Abnahme der Raumladung bzw. den Raumladungsdichteverlauf
qualitativ bei einseitiger Einströmung aus der Ionisierungsstufe:
die Raumladungsdichte ist zunächst
maximal im Eingangsbereich, nimmt zum Zentrum hin schnell ab und
wird minimal an der gegenüberliegenden
Wand. Der Verlauf der Raumladungsdichte nimmt von der Einströmöffnung her
bis zur gegenüberliegenden
Wand, also über
den lichten Durchmesser dort, monoton oder schräg ab. Bei einer solchen baulichen
Anordnung wird der Eintrittsbereich der Kollektoreinrichtung ineffektiv
für die
Partikelablagerung/-aufsammlung genutzt.
-
Durch
die Einströmung
des Gasstroms mit geladenen Partikel durch die Wand der Kollektoreinrichtung
in den Eintrittsbereich aus einander entgegen gesetzten Richtungen
durch mindesten zwei einander gegenüberliegende Öffnungen
wird die Raumladungsverteilung dort entscheidend verbessert, weil sich
zwei Raumladungsdichteverläufe
entgegengesetzt überlagern.
Dieses Ergebnis ist qualitativ in 2c über den
lichten Durchmesser des Eintrittsbereichs der Kollektoreinrichtung
dargestellt. Es gibt keinen raumladungsarmen Bereich an der gegenüberliegenden
Wand mehr. Allenfalls besteht zentral eine Senke der Raumladungsverteilung
bzw. des Raumladungsdichteverlaufs. Zwei Einströmöffnungen müssen dazu mindestens vorhanden
sein.
-
Das
mit geladenen Partikeln/Aerosolen belastete Gas dringt über einander
gegenüber
liegende Öffnungen
in den Kollektor ein. Deshalb dringen mehr geladenen Partikel in
den zentralen Eintrittsbereich vor und erhöhen dort die Raumladungsdichte. Dadurch
wird die Ablagerungseffizienz erhöht und der Eintrittsbereich
intensiver für
die Partikelaufsammlung genutzt. Wenn Gasströme aus einander entgegen gesetzten
Richtungen/Öffnungen
sich im zentralen Bereich vermischen, verstärkt sich die Turbulenz die
Raumladungsverteilung und damit die Kollektoreffizienz.
-
Der
Abscheider, in dem der Gasstrom mit geladenen Partikeln/Aerosolen
aus mindestens zwei einander entgegen gesetzten Öffnungen in den Seitenwänden in
den Eintrittsbereich des Kollektors 3 eintritt, ist schematisch
in den 3a) in der Seitenansicht und
in 3b) in der Draufsicht dargestellt. Der Abscheider
schließt
die Lade-/Ionisierungseinrichtung ein, die aus diesen beispielsweise
zwei Kanälen/Ionisierungsstufen 1 und 2 besteht.
Die Richtung der Gasströmung
ist durch Pfeil angezeigt.
-
Die
Lade-/Ionisierungseinrichtung kann aus zwei aber auch aus mehr als
zwei Kanälen/Ionisierungsstufen
bestehen. Eine geradzahlige Anzahl an Ionisierungsstufen ist zu
bevorzugen, weil dann bei Gleichverteilung um die Achse des Abscheiders
sich immer zwei Öffnungen
von Ionisierungsstufen im Eintrittsbereich in die Kollektoreinrichtung
axial gegenüberstehen
und sich die Raumladungsdichten in den beiden aufeinander gerichteten
Gasströmungen über den
lichten Querschnitt des Kollektoreintrittsbereichs, wie gewollt,
höckerförmig überlagern,
sofern die Einströmungen
gleich stark sind. Bei 3 und mehr ungeradzahligen, gleich
strömungsstarken
Einströmungen
in den Kollektoreintrittsbereich bildet sich eine unsymmetrische
Raumladungsdichteverteilung über
den lichten Querschnitt mit steigender Anzahl Einströmungen immer
schwächer
aus, d. h. wird symmetrischer. Ungleich starke Einströmungen in den
Eintrittsbereich ergeben eine von den Einströmungsstärken abhängige Asymmetrierung des Raumladungsprofils über den
lichten Querschnitt bezüglich
der Abscheiderachse.
-
4 zeigt
den Aufbau eines Abscheiders, bei dem die vier Ionisierungsstufen 1, 2, 4, 5 der
Ionisierungseinrichtung in einer Ebene senkrecht zur Achse des Abscheiders
liegen, gleichverteilt um diese Achse sitzen und sich stets zwei
solche Ionisierungsstufen 1, 2 bzw. 4, 5 mit
ihrer Eintrittsöffnung
in die zentrale Kollektoreinrichtung 3 gegenüber stehen, d.
h. die jeweils beiden Gasströmungen
aus den Ionisierungsstufen 1 und 2 sowie 4 und 5 sind
aufeinander gerichtet oder die Achsen dieser Eintrittsöffnungen
fallen paarweise zusammen. Der jeweilige Gasstrom durch die Ionisierungsstufen 1, 2, 4, 5 strömt radial
auf die Achse des Abscheiders zu, wie durch die Pfeile angedeutet
ist.
-
Besteht
die Ionisierungseinrichtung aus mindestens vier Ionisierungsstufen,
können
diese auf mindestens zwei, abscheideraxial aufeinander folgenden
Ebenen verteilt sein. In abscheideraxialer Richtung gesehen, deckungsgleich
oder um eine Winkel α gegeneinander
verdreht, falls die Ebenen baugleich sind. Ansonsten gilt die Gleichverteilung der
Ionisierungsstufen um die Abscheiderachse, damit die geforderte
Raumladungsdichteverteilung im Eintrittsbereich der zentralen Kollektoreinrichtung leichter
erreicht wird. 5a und 5b zeigen
einen deckungsgleichen Zweiebenenaufbau des Abscheiders mit jeweils
radial nach innen auf die Abscheiderachse gerichteter Strömung durch
die Ionisierungsstufen 1, 2 und 4, 5 (Anspruch
3). Die beiden zentralen Kollektoreinrichtungen sind zusammen gebaut,
sie folgen durchgängig
aufeinander und bilden deshalb die gesamte zentrale Kollektoreinrichtung 3. Die
beiden Einströmungen
pro Ebene sind beim Austritt aus der jeweiligen Ionisierungsstufe
aufeinander gerichtet, knicken nach oben ab und strömen als
ein Gasstrom aus dieser Ebene in der Kollektoreinrichtung weiter,
um sich mit dem Gasstrom der folgenden Ebene zum gesamten Gastrom
aus dem Abscheider zu vereinigen. 5a zeigt
die Seitenansicht des Abscheideraufbaus mit dem jeweils angedeuteten Hochspannungsanschluss
HV pro Ionisierungsstufe. 5b zeigt
die Draufsicht bzw. die Ansicht in abscheideraxialer Richtung. 6 zeigt
beispielsweise die Verdrehung der zwei baugleichen Ebenen der Ionisierungseinrichtung,
die um die Abscheiderachse um den Winkel α, der hier spitz angedeutet
ist, gegeneinander verdreht sind. Eine Ver drehung aufeinander folgender
Ebenen der Ionisierungseinrichtung von 0 ⇐ α ⇐ 90° ist realisierbar (Anspruch
3).
-
Eine
Bauweise des Raumladungsabscheiders derart, dass die Ionisierungseinrichtung
mit ihren Einströmöffnungen
in die Kollektoreinrichtung ein Bestandteil derselben bilden, ist
in konvex runder, hier speziell kreiszylindrischer Bauweise in den 7a und 7b dargestellt.
Der Gasstrom tritt in die Lade-/Ionisierungseinrichtung 7 durch
den mantelwandseitigen Flansch 9 für den Rohgaskanal in den umfassenden
Ringkanal 6 ein und radial nach innen durch die Ionisierungsdüsen 8 hindurch.
Die Ionisierungsdüsen 8 befinden
sich in mehreren, parallel aufeinander folgenden Ebenen in der kreisförmigen Hohlzylinderwand,
bzw. die Ionisierungseinrichtung 7 ist hier so ausgebildet.
Die ebenenweise radiale Einströmung
daraus in die zentrale Kollektoreinrichtung, bewirkt pro Ebene die
Verteilung der Raumladungsdichte über den lichten Querschnitt
des Eintrittsbereichs und ist bei zumindest ebenenweiser Strömungsstärkegleichheit
aus den Ionisierungsdüsen 8 zur
Abscheiderachse rotationssymmetrisch. Es gibt also in diesem Eintrittsbereich
keine ladungstoten Verteilungsbereiche der Raumladung und damit eine
umfängliche
Gleichattraktion der geerdeten Innenwand der Kollektoreinrichtung
auf die geladenen Partikel/Aerosole aus dem vorbeiziehenden Gasstrom,
wobei die auf der geerdeten Wand auftreffenden Partikel/Aerosole
elektrisch neutralisiert, mit daran runter laufender Spülflüssigkeit
mitgerissen und aus dem Abscheider ausgeströmt werden.
-
Der
hohlzylindrische Wandabschnitt mit den Ionisierungsdüsen
8 in
den Eintrittsbereich der Kollektoreinrichtung mit kreisförmig lichtem
Querschnitt (Anspruch 6) kann als kreisförmig gekrümmte, geerdete Düsenplatte,
wie aus der
DE 10 2006 055
543 , (
DE 10 2005
4045 010 und
DE
10 2005 023 521 und
DE
102 44 051 ) bekannt, hergestellt sein, an die unmittelbar
die zentrale Kollektoreinrichtung in Strömungsrichtung stirnseitig,
hier oben im Bild der
7a, angebaut ist.
8a und
8b zeigen
eine konvex polygonale, speziell viereckige Bauweise des Abscheiders
(Anspruch 6) in der Art wie der konvex runde, speziell kreisförmige Abscheider
gemäß
7a und
7b.
Seine Ionisierungseinrichtung besteht aus vier eben Düsenplatten
etwa gemäß
DE 10 2006 055 0543 ,
die einen rechteckig lichten Querschnitt bilden. Rohgaseinströmung und
Reingasausströmung
sind wie in
7a angezeigt. Auch hier sind
mehrere Ebenen an Ionisierungsstufen abscheideraxial aneinander
gereiht.
-
Zur
Erzwingung der Gasströmung
ist der Abscheider an einer Stirnseite durch eine Platte wie bei dem
Aufbau nach den 7a und 8a verschlossen, das
ist durch den dicken Strich im Bild unten jeweils angedeutet.
-
9 stellt
dar, wie die Ausgestaltung gemäß Anspruch
4 beispielhaft realisiert werden kann. Das im Bild herangeführte Rohgas
(Pfeil) tritt vertikal zentral in den Abscheider ein, der das Rohgas
führende
Kanal, er ist nicht eingezeichnet, flanscht mit seinem Endstück an dem
in Verlängerung
stirnseitig verschlossenen Kanalstück 11 an, von dem
aus sich die Rohgasströmung
nach links und rechts im Bild, also unter Richtungsänderung,
in die jeweilige Lade-/Ionisierungsstufe 1 und 2 aufteilt,
vorzugsweise gleichmäßig. Beide
Gasteilströme
strömen
durch ihre Ionisierungsstufe 1, 2 bezüglich der
Abscheiderachse radial nach außen,
in welcher jeweils die Ionisierung der Partikel/Aerosole über Hochspannung
HV erfolgt. Aus den beiden Ionisierungsstufen 1 und 2 treten
die Gasströme
in den jeweils außen,
direkt angebauten Kollektor 10, den Außenkollektor 10, ein und
werden darin nach oben im Bild zwangsweise umgelenkt. In Verlängerung
nach unten flanscht ein stirnseitig unten verschlossenes Rohrstück an, das an
seiner tiefsten Stelle verschlossen ist und dort ein Ablasseinrichtung,
siehe angedeuteten kleinen Flansch, hat. Am Ausgang beider Außenkollektoren 11 flanscht
jeweils wieder ein stirnsei tig in Verlängerung verschlossenes Rohrstück an, das
mantelwandseitig an der zugehörigen
Ionisierungsstufe anflanscht. Der zunächst vertikal nach oben strömende Gasteilstrom
tritt somit unter Umlenkung in die folgende Ionisierungsstufe 4 bzw.
ein und strömt
darin radial nach innen auf die Abscheiderachse zu. In diesen beiden
Ionisierungsstufen 4 und 5 ist eine Ionisierung
der verbliebenen, elektrisch neutralen Partikel/Aerosole im jeweiligen
Gasteilstrom über
Hochspannung HV gegeben. Die Gasteilströme treten aus der Öffnung ihrer
jeweiligen Ionisierungsstufe 4, 5 aus und in den
Eintrittsbereich der mantelwandseitig angeflanschten, zentralen
Kollektoreinrichtung 3 ein. In diesem Eintrittsbereich
treffen die beiden Gasteilströme
wieder aufeinander, schwenken in die gleiche Richtung, im Bild nach
oben als wieder vereinigter Gastrom um und treten schließlich aus
der zentralen Kollektoreinrichtung 3 als Reingasstrom aus.
Im Eintrittsbereich des zentralen Kollektors 3 wird wieder die
nicht schräge,
eventuell zweihöckerige,
bevorzugt zur Abscheiderachse symmetrische Raumladungsverteilung
erreicht, die die effektive Ablagerung der Partikel/Aerosole am
Kollektor bewirkt.
-
Die
hohe Effektivität
der Partikelabscheidung in einem solchermaßen strukturierten Abscheider wird
im Folgenden an dem Prozess im Innern des elektrostatischen Raumladungsabscheiders
zusammengefasst beschrieben:
Der Gasstrom mit Partikeln/Aerosolen
gelangt durch die Lade/Ionisierungseinrichtung, die hier schriftlich oder
zeichnerisch nicht im Detail vorgestellt wird. Beispielsweise ist
sie aus der
DE 10 2006 055
546 zu entnehmen. Die Partikel im Gasstrom werden im Feld einer
Koronaentladung elektrisch geladen. In dem elektrostatischen „Einfeld"-Abscheider gelangt
der aerosolbeladene Gasstrom durch die Ionisierungsstufen
1 und
2 oder
1,
2,
4,
5,
abhängig
von der Bauweise des Abscheiders in den Eintrittsbereich der Kollektoreinrichtung
3.
Da beim Eintritt in die Kollektoreinrichtung, über den lichten Quer schnitt
gesehen, nicht mehr eine einseitige, zur gegenüber liegenden Wand hin abnehmende
Raumladungsdichteverteilung vorliegt, tritt im Kollektor eine viel
wirkungsvollere Sammlung der elektrisch geladenen Partikel ein. Diese über den
lichten Querschnitt vorteilhafte, vorzugsweise zur Abscheiderachse
symmetrische, also nicht mehr einseitig abnehmende Verteilung der Raumladung
führt zu
der wesentlich effektiveren Ablagerung, die nur durch die Entgegenströmung und gleichgerichtete
Umlenkung zweier Gasteilströme zustande
kommt.
-
Zur
Bauweise des Kollektors wird auf den Stand der Technik verwiesen,
beispielsweise auf
DE 102 59
410 , in der auch ein Sprühsystem zur Wäsche vorgestellt
wird.
-
Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Abscheiders
ist die prozessunterstützende
Nutzung des Eintrittsbereichs der Kollektoreinrichtung. Dadurch
kann die Baugröße der Kollektoreinrichtung
erheblich reduziert werden und das Kollektorgehäuse kleiner gebaut werden.
So ist eine kompakte Bauweise des Abscheiders gegeben, insbesondere
springt das an der beispielsweisen Ausgestaltung gemäß den 7a bis 8b hervor. Einher damit geht die Kostenreduzierung
zum Bau des Raumladungsabscheiders und damit Investitionskosten.
-
- 1
- Ionisierungsstufe
- 2
- Ionisierungsstufe
- 3
- Kollektoreinrichtung
- 4
- Ionisierungsstufe
- 5
- Ionisierungsstufe
- 6
- Ringkanal
- 7
- Ionisierungsstufe/n
- 8
- Düse
- 9
- Flansch
- 10
- Kollektor,
Außenkollektor
- 11
- Kanalstück