DE102017003855A1

DE102017003855A1 - Vorrichtung zur Erhöhung der Stabilität am unteren Erdungsring bei Elektrofiltern

Info

Publication number: DE102017003855A1
Application number: DE102017003855.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2018-10-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlagengeometrie mit einer robusten Erdungsausführung zur Reduktion der Schäden von Überschlägen zum Erdungsring von Nasselektrofiltern. Dabei wird die untere Erdung als massiver Metallring / als Metallplatte ausgeführt. Durch die massive Ausführung kann die Wärme besser abgeleitet werden und es steht mehr Material für eine Abtragung zur Verfügung. Eine solche Erdung kann natürlich auch als obere Erdung genutzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrofilter zum Abscheiden von Partikeln aus einem Gasstrom, mit einer Sprühelektrode und einer Niederschlagselektrode, die mit einer Hochspannungsquelle verbindbar sind und zwischen denen ein mit Partikeln beladenes Gas hindurchführbar ist, wobei die Sprühelektrode in einem von der Hochspannungsquelle erzeugten elektrischen Feld Ladungsträger emittiert, durch welche die Partikel aufgeladen werden, so dass sie zu der Niederschlagselektrode wandern.
In einem solchen Elektrofilter erfolgt die Partikelabscheidung durch die Wirkung elektrostatischer Kräfte. Die an den beiden Elektroden anliegende hohe Spannung bewirkt eine Koronaentladung. Durch diese Koronaentladung bilden sich an der Sprühelektrode Ionen, die sich an den Staubpartikeln anlagern, so dass diese aufgeladen werden und dann aufgrund der Coulomb - Kraft im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Gases zur Niederschlagselektrode transportiert und so aus dem Gasstrom ausgeschieden werden.
Elektrofilter dieser Art sind seit Langem bekannt und werden in großem Umfang z.B. zur Reinigung von Rauchgasen eingesetzt. Einschlägiger Stand der Technik findet sich beispielsweise in DE 102 45 902 A1 und DE 37 23 545 A1 , in denen auch der Mechanismus des Reinigungsvorganges erläutert wird. Als Stand der Technik ist ferner die Literaturstelle Görner - Hübner (Hrsg.) „Gasreinigung und Luftreinhaltung“, Springer - Verlag Berlin, Heidelberg, 2002 (ISBN 3-540-42006-1), Seiten F-32 bis F-41, zu nennen.
Bei den Elektrofiltern werden zwei wesentliche Funktionstypen unterschieden. Es gibt Trockenfilter und Nassfilter. Entsprechend dem Namen wird beim Nassfilter mit gesättigtem oder übersättigtem (Rauch)Nassgas gearbeitet. Diese Erfindung bezieht sich auf Nassfilter.
Bei Nassfiltern wird normalerweise mit koaxialen Elektrodenanordnungen (Hochspannungselektrode = Sprühelektrode in Form eines Stabes mit oder ohne Dornen in der Mitte und Massepotential in Form einer runden Wand = Niederschlagselektrode in einem bestimmten Abstand um den Stab herum) gearbeitet. Zur Realisierung großer Strömungsquerschnitte für große Gasmengen werden mehrere dieser Anordnungen nebeneinander in Form von Wabenbündeln betrieben. Die Oberfläche der Niederschlagselektrode kann zur Sicherstellung der elektrischen Leitfähigkeit beispielsweise mit Wasser benetzt werden. Am oberen und / oder unteren Ende befindet sich die Erdung. Über die Erdung wird das Massepotential bereitgestellt, das sich über den Wasserfilm an der Oberfläche der Niederschlagselektrode verteilt. Über den Wasserfilm und die Erdung werden die erzeugten Ladungsträger wieder aus dem System entfernt. Der Wasserfilm wird gleichzeitig dazu genutzt, um die abgeschiedenen Partikel abzuleiten und mittels Schwerkraft aus dem System zu befördern.
Die Erdung selbst ist in verschiedenen Ausführungen bekannt. Es wurden Drähte (beispielsweise aus Platin oder Alloy) oder Graphitkordeln in die Unterseite der Niederschlagselektrode eingeflochten. Aktuell werden überwiegend Graphitplatten oder Graphitringe verbaut.
Das nach unten fließende Wasser sorgt an der Unterkante der Waben für eine Tropfenbildung, die in Kombination mit der anliegenden Hochspannung zu ungewollten Überschlägen von der Sprühelektrode zum unteren Erdpotential führt. Durch diese Überschläge wird die Erdung beschädigt. Dies betrifft sowohl die Drähte / Kordeln als auch die Graphiterdung. Durch die Überschläge werden Erdverbindungen unterbrochen, so dass der gewünschte Effekt einer niederohmigen Verbindung zum Erdpotential nicht mehr gegeben ist. Aktuelle Graphiterden werden durch PP - Material abgedeckt. Dieses ist allerdings mehr ein mechanischer Schutz / Halt. Die Überschläge gehen direkt auf das Graphit und zerstören dieses. Während Schäden an den Drähten / Kordeln bei einer Inspektion gut sichtbar sind, sind die Schäden an einer Graphiterdung durch die Abdeckung mit PP - Material nicht mehr sichtbar, so dass eine die Kontrolle der Erdverbindung sehr erschwert wird.
Eine Beschädigung der Erdung führt zu hohen Reparaturkosten und Stillstandszeiten.
Aktuell wird mit Hilfe spezieller Isolierungen die Elektrode geschützt. Exemplarisch seien hier Schutzrohre zum Schutz der Elektroden genannt. Durch die Isolierung kann ein Teil der Überschläge verhindert werden. Die verbliebenen Überschläge sind allerdings deutlich energiereicher, so dass trotzdem eine zerstörende Wirkung vorliegt.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine robuste Anordnung für die Erdung zu präsentieren. Diese Aufgabe wird mit einer Anlagengeometrie nach den Ansprüchen 1 und 2 gelöst.
Hauptelement der robusten Ausführung ist ein Metallring. Dieser kann aus bekannten und chemisch beständigen Werkstoffen, z.B. Alloy, V4A, Platin oder Titan, bestehen. Durch die stabile Form eines Metallringes im Vergleich zu einer Graphitfolie muss keine Abdeckung mehr mit PP - Material erfolgen, so dass der Zustand bei jeder Inspektion sofort ersichtlich ist. Durch die massivere Ausführung wird auch eine Verlängerung der Haltbarkeit erzielt, da bei jedem Überschlag einerseits eine deutlich geringer Menge an Material herausgelöst wird (die Wärme kann besser abgeleitet werden) und andererseits mehr Material vorhanden ist.
Damit der Metallring während des Betriebes nicht nach unten herausfällt muss er in der Wabe befestigt werden. Für die Befestigung sind beispielsweise Schraubverbindungen oder Nieten möglich. Auf diese Weise kann die Durchkontaktierung benachbarter Waben (Metallringe) erfolgen.
Zur Vereinfachung der Montage ist es auch möglich den Ring in einer Segmentform (Halbringe) oder als geschlitzter Ring zu nutzen. Dies ist insbesondere bei der Nach- / Umrüstung in bestehenden Anlagen sinnvoll, da dort einerseits die exakten Durchmesser nicht immer bekannt sind und andererseits die Waben nicht mehr exakt rund sein müssen. Hierbei gilt es zu berücksichtigen, dass Kanten generell im Hochspannungsfeld ungünstig sind. In diesem Fall werden aber die Überschläge hauptsächlich von den Wassertropfen initiiert, so dass ein oder zwei Kanten über den Umfang verteilt akzeptabel sind.
Zur Reduktion der Überschlagsneigung ist es zudem möglich, dass der Metallring nicht mit der Unterkante der Wabe abschließt, sondern ober halb der Unterkante endet / montiert wird. Dies erhöht den Widerstand bei einem Überschlag und reduziert somit den Schaden.
Bei der Dimensionierung des Metallringes ist auf dessen Gewicht zu achten. Ein Wabenbündel besteht aus bis zu 100 Waben. Das Nasselektrofilter besteht aus mehreren Wabenbündeln. Das Gewicht eines einzelnen Metallringes multipliziert sich mit der Anzahl der Waben und steuert somit einen nicht unerheblichen Teil zum Gesamtgewicht des Wabenbündels bei. Dies ist bei der Stabilitätsbetrachtung sowohl der einzelnen Waben (Rohre) als auch bei den Wabenbündeln (Tragplatte) als auch bei der Gesamtanordnung (Träger, Auflagen) zu berücksichtigen. Bei einer Nach- / Umrüstung sind die Gewichte und somit die Stabilität genau zu prüfen.
Neben der Ausführung als Ring ist auch die Ausführung als Platte möglich. Auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Plaste und Metall sollte statt einer massiven Platte auf mehrere Streifen / Segmente zurückgegriffen werden, die ihrerseits über seitlich angebrachte Verbindungselemente miteinander verbunden sind.
Die bisherigen Ausführungen beziehen sich auf die Unterkante. Der Metallring ist natürlich auch als Erdung im oberen Bereich (obere Erdung) anwendbar.
Die bisherigen Ausführungen bezogen sich auf einen runden Querschnitt der Waben. In der Praxis sind auch andere Querschnittsformen, z.B. sechseckig, bekannt. Der Metallring ist auch in diesen Querschnittsformen anwendbar, wobei er sich natürlich an die Querschnittsform angepasst wird. Im Falle einer sechseckigen Querschnittsform kann der Metallring aus einem sechseckigen Stück Flachmaterial oder aus mehreren Segmenten Flachmaterial bestehen.
Neben der verbesserten Sichtbarkeit, der erhöhten Stabilität und der vereinfachten Montage (kein Plasteschweißen mehr nötig) kann dieser Ring insbesondere aus finanzieller Sicht sinnvoll sein. Je nach verwendetem Material ist ein Metallring preiswerter als aktuell verwendete Erdungsmaterialien. Auch die reduzierte Montagezeit trägt zur Kostensenkung bei. Neben den reinen Montagekosten kann insbesondere durch eine Reduktion der Stillstandskosten (durch eine schnellere Montage) Geld beim Kunden gespart werden.
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

DE 10245902 A1 [0003]
DE 3723545 A1 [0003]

Claims

Anlagengeometrie für eine robuste Erdung dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallring als Erdung verwendet wird.
Anlagengeometrie für eine robuste Erdung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Metallring aus Segmenten besteht.
Anlagengeometrie für eine robuste Erdung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Metallringe mit Nieten oder Schrauben miteinander verbunden sind.
Anlagengeometrie für eine robuste Erdung dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallplatte als Erdung verwendet wird.
Anlagengeometrie für eine robuste Erdung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatte aus Segmenten besteht.