DE102009030804A1

DE102009030804A1 - Elektrostatischer Abscheider zur Partikelabscheidung

Info

Publication number: DE102009030804A1
Application number: DE200910030804
Authority: DE
Inventors: Andrei Dr. Bologa; Hanns-Rudolf Dr. Paur; Klaus Woletz
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2009-06-27
Filing date: 2009-06-27
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2029-06-28
Also published as: EP2266703A1; EP2266703B1; DE102009030804B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrostatischen Abschjeider zur Partikelabscheidung aus Rauchgasen. Elektrostatische Abscheider umfassen eine Hochspannungsversorgung und einen Hochspannungsisolator. Ein steiler Temperaturgradient zwischen dem einströmenden Rauchgas und dem Hochspannungsisolator führt zu Verwirbelungen, die eine vermehrte Anlagerung von Ruß- und Aschepartikeln an dem Isolator zur Folge haben. Dadurch wird die Effizienz des elektrostatischen Abscheiders verringern. Bei dem erdindungsgemäßen elektrostatischen Abscheider ist der Hochspannungsisolator mit einer Abdeckkappe umgeben, wobei diese Abdeckkappe in das Reingasrohr hineinragt. Das Rauchgas tritt mit einer Temperatur T1 in den Abscheider und wird von Partikeln gereinigt. Nach dem Abscheidevorgang tritt das gereinigte Gas durch den Reingasaustritt mit einer zweiten Temperatur T2 in das Reingasrohr. Durch Wärmetausch zwischen dem Gas mit der Temperatur T2 im Reingasrohr und dem von der Abdeckkappe bedeckten Hochspannungsisolator wird der Temperaturgradient zwischen dem partikelgeladenen Rauchgas mit der Temperatur T1 und dem Hochspannungsisolator gesenkt. Die Verwirbelungen und resultierende Verschmutzungen durch Ruß- und Aschepartikel werden verringert.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Abscheider zur Partikelabscheidung, wie sie zum Beispiel in Verbrennungskammern, Holzöfen oder anderen Holzverbrennungsanlagen anfallen.
Elektrostatische Abscheider werden ganz allgemein zur Reinigung von Rauchgas durch Partikelabscheidung eingesetzt. Das zu reinigende Rauchgas wird in den elektrostatischen Abscheider eingeleitet, der eine Ionisierungsstufe, zur elektrischen Ladung der Partikel, und eine Kollektorstufe, zum Abscheiden der geladenen Partikel, umfasst. In der Ionisierungsstufe strömt das zu reinigende Gas durch das elektrische Feld zwischen einer Hochspannungselektrode und einer auf einem Bezugspotential, meist Erdpotential, liegenden Elektrode, in dem die im Rauchgas enthaltenen Partikel über Koronaentladung an der Hochspannungselektrode elektrisch geladen werden. Beim anschließenden Durchströmen der Kollektorstufe werden die Partikel dort auf der auf Bezugspotential liegenden Oberfläche abgeschieden und elektrisch neutralisiert.
Der Mechanismus der Abscheidung über Raumladung ist aus: „J. R. Melcher, K. S. Sachar, E. P. Warren, Overview of Electrostatic Devices for Control of Submicrometric Particles, Proceedings of the IEEE, vol. 65, No. 12, 1977, p. 1659–1669" bekannt. Die Entwicklung und Anwendung der Raumladungsabscheider zur Aufsammlung von Partikeln aus Verbrennungsgasen wird in der CH 649 645 vorgestellt. Ein Nachteil des dort beschriebenen elektrostatischen Abscheiders ist die konstruktionsbedingte Notwendigkeit aufwändiger Montage- und Demontageschritte, um die Anlage von Rückständen zu bereinigen.
Ein Nachteil der bekannten elektrostatischen Abscheideanlagen ist die Verschmutzung des Hochspannungsisolators, der in die vom Gas durchströmte Kammer hineinragt mit Partikeln aus z. B. Flugasche oder Ruß die in dem zu reinigenden Rauchgas enthalten sind. Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist bekannt, dass ein steiler Temperaturgradient zwischen dem einströmenden Rauchgas und dem Isolator zu Verwirbelungen führt, die eine vermehrte Anlagerung von Ruß- und Aschepartikeln an dem Isolator zur Folge haben. Dadurch kommt es zu Spannungsüberschlägen, die die Effizienz des elektrostatischen Abscheiders verringern.
In diesem Zusammenhang sind dem allgemeinen Stand der Technik Lösungen zu entnehmen, die auf der Beheizung des Isolators beruhen. Das Beheizen des Isolators erhöht jedoch den Energiebedarf des elektrostatischen Abscheiders insgesamt und zusätzliche Heizelemente erhöhen den Konstruktionsaufwand.
Ausgehend davon ist die Aufgabe der Erfindung die genannten Nachteile zu vermeiden und einen elektrostatischen Abscheider anzugeben, der eine effiziente Rauchgasreinigung bei verlängerter Betriebsdauer sichert. Insbesondere soll die Verschmutzung des Hochspannungsisolators durch Ruß- und Aschepartikel vermieden werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung an.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein elektrostatischer Abscheider vorgeschlagen, bei dem der Hochspannungsisolator mit einer Abdeckkappe umgeben ist, wobei diese Abdeckkappe in das Reingasrohr hineinragt und von dem von Partikeln gereinigte Gas umströmt wird.
Das zu reinigende Rauchgas strömt mit einer ersten Temperatur (T1) in die Ionisierungsstufe des elektrostatischen Abscheiders. Dort werden die sich in dem Rauchgas befindlichen Partikel elektrisch geladen und scheiden sich auf den umliegenden, auf einem Bezugspotential liegenden Oberflächen ab. Das von Partikeln gereinigte Rauchgas tritt danach durch den Reingasaustritt mit einer zweiten Temperatur (T2) in das Reingasrohr. Diese zweite Temperatur weist einen Wert auf, der unterhalb der ersten Temperatur T1 liegt, jedoch weit oberhalb der Umgebungstemperatur. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Reingasrohres, wird demnach die Abdeckkappe des Hochspannungsisolators von dem Reingas umströmt und erwärmt. Das Material der Abdeckkappe ist dabei vorzugsweise ein guter Wärmeleiter und durch Wärmeübertragung wird der von der Abdeckkappe umgebende Isolator erwärmt. Der Temperaturgradient zwischen dem partikelgeladenen Rauchgas und dem Hochspannungsisolator wird auf diese Weise verringert.
Die Erfindung wird mit einem Ausführungsbeispiel anhand der 1 näher erläutert. 1 zeigt eine schematische Ansicht des elektrostatischen Abscheiders mit einer geeigneten Anordnung des Reingasrohres.
Der elektrostatische Abscheider umfasst ein Abscheidergehäuse 1 mit einer seitlich angeordneten Einlassöffnung 2 für das Rauchgas und einer ebenfalls seitlich angeordneten Öffnung für den Austritt des Reingases 3. Das Abscheidergehäuse 1 umfasst eine Ionisierungsstufe 4 und eine Kollektorstufe 5. Ein Hochspannungsisolator 6 ist unterhalb einer Abdeckkappe 7 und oberhalb der Einlassöffnung 2 angeordnet.
Das Rauchgas strömt mit einer Temperatur T1 in durch die Einlassöffnung 2 in die Ionisierungsstufe 4 und die im Rauchgas enthaltenen Partikel werden elektrisch geladen. Nachfolgend werden die Partikel an den umgebenden Oberflächen und in der Kollektorstufe 5 abgeschieden. Das von Partikeln gereinigte Gas tritt mit einer Temperatur T2 durch die Öffnung für den Reingasaustritt 3, welcher die Abdeckkappe 7 umgibt. Durch Wärmeleitung und Wärmeübertragung, wird der Hochspannungsisolator 6 auf die Temperatur T2 erwärmt, wobei T2 einen geringeren Wert als T1 hat. T1 und T2 sind jedoch wesentlich höher als die Umgebungstemperatur, wodurch sich der Temperaturgradient zwischen dem Rauchgas und dem Hochspannungsisolator 6 wesentlich verringert.
Bezugszeichenliste

1: Abscheidergehäuse
2: Einlassöffnung für Rauchgaseintritt
3: Öffnung für Reingasautritt
4: Ionisierungsstufe
5: Kollektorstufe
6: Hochspannungsisolator
7: Abdeckkappe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- CH 649645 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „J. R. Melcher, K. S. Sachar, E. P. Warren, Overview of Electrostatic Devices for Control of Submicrometric Particles, Proceedings of the IEEE, vol. 65, No. 12, 1977, p. 1659–1669” [0003]

Claims

Elektrostatischer Abscheider zur Reinigung von partikelbeladenem Rauchgas umfassend, a) einen Rauchgaseintritt (2) b) Mittel zum elektrischen Laden von Partikeln mit einem Hochspannungsanschluss c) Abscheideflächen mit einem Bezugspotential zum Potential des Hochspannungsanschlusses für die elektrisch geladenen Partikel d) einen Hochspannungsisolator (6) zwischen Hochspannungsanschluss und Abscheideflächen e) einer Kollektorstufe mit Reingasaustritt (3, 5) dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsisolator (6) mit einer gasdichten Abdeckkappe (7) umgeben ist, die in ein Rohr hineinragt, welches mit dem Reingasaustritt (3) verbunden ist.
Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdichte Abdeckkappe (7) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.