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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Abreinigen von Elektroabscheidern sowie ein Verfahren zum Betreiben
der Vorrichtung.
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Elektroabscheider werden eingesetzt,
um Aerosole aus Gasen abzuscheiden. Soweit es sich dabei um feste
Aerosole (Stäube)
handelt, müssen die
Niederschlagselektroden zur Entfernung der abgeschiedenen Stäube regelmäßig abgereinigt
werden, da zu starke Staubablagerungen die Funktion des Elektroabscheiders
beeinträchtigen.
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Aus der Literatur sind verschiedene
Verfahren zur Abreinigung der Niederschlagselektrode bekannt.
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Bekannt und verbreitet sind insbesondere mechanische
Verfahren zur Abreinigung, bei denen der Staub von der Niederschlagselektrode
durch eine mechanische Erschütterung,
z.B. durch Anschlagen mit einem Hammer, entfernt wird [Harn J. White:
Industrial Electrostatic Precipitation, Pergamon Press, Oxford 1963].
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Daneben enthält die bekannte Patentliteratur Hinweise
auf eine große
Zahl von anderen Verfahren zur Abreinigung, z. B. durch Spülen oder
Besprühen der
Niederschlagselektrode mit einer Flüssigkeit, durch eine kurzzeitige
Umpolung der anliegenden Hochspannung, oder durch Beaufschlagung
mit einem grobkörnigen
Material. Ebenfalls bekannt ist eine Anzahl von Verfahren, bei denen
die Abreinigung auf trockenem Wege mittelbar oder unmittelbar durch
eine Gasströmung
erfolgt.
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Die
DE 3117124 A beschreibt ein Verfahren, bei
dem die Niederschlagselektrode zur Abreinigung durch periodisches
Anblasen mit einem Gasstrahl in eine Pendelbewegung versetzt wird,
wobei die Abreinigung mittelbar erfolgt, indem die pendelnde Elektrode
mit einem feststehenden Anschlag zusammenprallt.
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Die
DE 3149469 A beschreibt eine Vorrichtung zum
Staubabscheiden. Diese besteht aus senkrecht gespannten Wolframdrähten als
Sprühelektroden
und in Strömungsrichtung
im Abstand hiervon errichteten, aus Lamellen bestehenden Niederschlagselektroden.
Zur Reinigung der Niederschlagselektroden dient ein bewegliches
Verteilerrohr mit Düsen. Sobald
eine Abreinigung erforderlich ist, wird das Verteilerrohr mit den
Düsen entlang
der Niederschlagselektroden bewegt, während gleichzeitig Druckluft über die
Düsen in
die Luftaustrittsspalte zwischen den Niederschlagselektroden geblasen wird.
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Die Patentschrift
DE 196 13 720 C beschreibt
einen Elektrofilter, bei dem die plattenförmigen Abscheideelektroden
sowie die Sprühelektroden als
Hohlelektroden ausgeführt
sind. Durch ein von innen nach außen strömendes Fluid, das durch die
poröse
Oberfläche
der Elektroden austritt, wird der abgeschiedene Staub in regelmäßigen Abständen entfernt.
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Ein bei den meisten trockenen Verfahren
zur Abreinigung von Elektroabscheidern bekanntes Problem ist der
Austrag von bereits abgelöstem
Staub durch die Strömung.
Die dadurch entstehenden hohen Staubemissionen während der Abreinigung haben
zur Folge, dass die meisten Elektroabscheider vergleichsweise hohe
Emissionswerte besitzen. Einige Verfahren zur trockenen Abreinigung
sind jedoch speziell so konzipiert, dass die Emission von Stäuben während der
Abreinigung möglichst
unterbunden wird.
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Die
DE 19728369 A beschreibt ein Verfahren, bei
dem die auf den Niederschlagselektroden befindliche Staub abgesaugt
wird mit Hilfe von Absaugeflachdüsen,
die über
die Oberfläche
der Abscheideelektroden bewegt werden.
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Die Patentschrift
DE 3722193 C beschreibt ein
Verfahren, bei dem die Abreinigung erfolgt durch die zyklisch wiederholte
mechanische Erschütterung einzelner
Niederschlagselektrodenwände
bei gleichzeitiger Absperrung des Gasdurchgangs in den beiderseits
der erschütterten
Niederschlagselektrodenwand liegenden Gasgassen mittels eines zur
Gasströmungsrichtung
entgegengesetzt gerichteten Treibgasstroms, wobei jeweils die in
Gasströmungsrichtung
fluchtend hintereinander angeordneten einzelnen Niederschlagselektrodenwände aller
Felder gleichzeitig abgereinigt werden. Dabei werden die beiderseits
zugehörigen
Gasgassen aller Felder gesperrt, indem in diesen Gasgassen durch
den Treibgasstrom eine entgegengesetzt zur normalen Gasströmung fliessende
Gasströmung
erzeugt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
trockene Abreinigung von Elektroabscheidern ohne die Gefahr von
Emissionen zu ermöglichen,
wobei eine im Vergleich zu bekannten Elektroabscheidern wesentlich
einfachere Bauart verwirklicht werden soll. So soll auf die Verwendung
von beweglichen Düsen
wie bei
DE 19728369
A oder auf die Kombination einer mechanischen Abreinigung
durch Klopfen mit einer Absperrung der Durchströmung durch den Treibgasstrom
wie bei Patentschrift
DE 3722193
C verzichtet werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die
Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besondere Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird das Rohgas mit dem abzuscheidenden
Staub durch einen oder mehrere parallele Abscheidekanäle geleitet.
Jeder Kanal enthält
eine Sprühelektrode
zur Aufladung der Staubteilchen und zur Erzeugung des elektrischen
Feldes, wobei die Kanalwand zugleich als Niederschlagselektrode
dient. Der abgeschiedene Staub haftet an der Kanalwand an. Wichtig
ist, dass die Umfangslinie des Abscheidekanals eine geschlossene
Querschnittsfläche
definiert, die von dem zu reinigenden Gasstrom durchströmt wird.
Die Form des Strömungsquerschnitts
soll vorzugsweise kompakt sein, also z.B. rund, quadratisch oder
sechseckig, um ein günstiges
Verhältnis
zwischen Strömungsquerschnittsfläche und
Durchströmungswiderstand
zu erreichen, aber auch andere geschlossene Querschnittsformen sind
möglich.
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Zur Abreinigung wird mit Hilfe eines
Injektors ein starker, kurzzeitiger Druckluftstoß aufgegeben, der in mehrfacher
Weise wirksam wird: Durch den aufgegebenen Druckluftstoß werden
starke Druckschwankungen und hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Abscheidekanal
erzeugt, wodurch der an der Kanalwand abgeschiedene Staub abgelöst wird. Weiterhin
wird mit dem Abreinigungsimpuls eine Umkehr der Strömungsrichtung
erzeugt, durch die der abgereinigte Staub in den Rohgaskanal zurück befördert wird.
Es wird also bereits gereinigtes Gas in den Abscheidekanal zurückgesaugt,
und der abgelöste Staub
wird auf der Rohgasseite aus dem Abscheidekanal ausgetragen.
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Die Ablösung des Staubs kann noch unterstützt werden,
wenn die Kanalwand durch den Druckluftstoß zu Schwingungen angeregt
werden kann. Dies kann z.B. erreicht werden, indem der Abscheidekanal
aus einem leicht deformierbaren Material (z. B. Gummi oder Textil
mit ausreichender elektrischer Leitfähigkeit) hergestellt wird.
Durch den Druckstoß der
Abreinigung wird das Material in Schwingungen versetzt, was bereits
bei einer geringen Intensität
der Abreinigung zu einem Abwerden der Staubschicht führt. Eine ähnliche
Wirkung kann erreicht werden, wenn ein starrer Abscheidekanal mit
einer lose eingehängten
Auskleidung, z.B. einem dünnen
Blech, einem Gummihemd oder einem Kettenvorhang versehen wird. Eine
andere Möglichkeit
besteht darin, den Kanalquerschnitt so zu gestalten, dass der Kanal durch
den Innendruck leicht deformiert werden kann, indem man z.B. die
Kanalwand aus dünnwandigem Blech
herstellt und einen ovalen oder anderen nichtrunden Querschnitt
verwendet.
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Der Injektor zur Erzeugung des Abreinigungsimpulses
wird vorzugsweise am reingasseitigen Ende des Abscheidekanals angebracht,
da durch die im lnjektor erzeugten Turbulenzen eine besonders gute
Abreinigungswirkung erreicht wird. Es können aber auch mehrere Injektoren über die
Länge des
Abscheidekanals verteilt werden, wenn z.B. ein sehr langer Abscheidekanal
abzureinigen ist.
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Für
die Injektordüse
sind verschiedene Ausführungen
möglich.
Insbesondere kann der Injektor ausgeführt werden:
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- – in
Form eines Ringspalts, der entgegen der gewöhnlichen Strömungsrichtung
des Abscheidekanals ausbläst
und am Umfang des Abscheidekanals entlangläuft;
- – in
Form eines Kranzes von einzelnen kleinen Düsen, die entgegen der gewöhnlichen
Strömungsrichtung
des Abscheidekanals ausblasen und auf der Umfangslinie des Abscheidekanals verteilt
sind oder als abnehmbarer Düsenkranz auf
die Mündung
des Abscheidekanals aufgesetzt werden;
- – in
Form von Düsenspalten
oder Einzeldüsen, die
mit der Hochspannungselektrode verbunden sind. Dabei kann es besonders
vorteilhaft sein, die am Abreinigungsinjektor benötigte Luft über einen
Vorschalt-Injektor berührungslos
in die Hochspannungselektrode einzuführen.
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Die Hochspannungselektrode wird in
der auch sonst bei Elektroabscheidern üblichen Form ausgeführt, z.
B. als Drahtelektrode, die durch ein Gewicht gespannt werden kann.
Um eine Pendelbewegung der Elektrode zu verhindern, kann es auch sinnvoll
sein, eine Elektrode mit hoher Steifigkeit zu verwenden, die über eine
einseitige Halterung fixiert wird. Eine besonders vorteilhafte Ausführung sieht vor,
dass der Querschnitt der Hochspannungselektrode so variiert wird,
dass die Hochspannungselektrode zusammen mit der umgebenden (zylindrischen) Niederschlags elektrode
einen strömungstechnisch günstigen
Diffusor bildet, der die Wirkung des Injektors optimiert.
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Zur bestmöglichen Unterstützung des
Austrags des abgelösten
Staubs aus dem Abscheidekanal wird dieser vorzugsweise vertikal
angeordnet, wobei das Rohgas von unten. eintritt und das Reingas
oben austritt. Aber auch eine horizontale oder eine schräge Anordnung
der Abscheidekanäle
kann vorteilhaft sein, um größere Anlagen
mit einer Vielzahl von parallelen Abscheidekanälen bei einem geringen Bedarf
an Grundfläche
zu errichten.
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Die Hochspannungsversorgung kann
während
des Abreinigungsimpulses kurzzeitig unterbrochen werden, um die
Ablösung
des Staubkuchens von der Niederschlagselektrode zu erleichtern.
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In der Regel befindet sich der durch
den Druckstoß ausgetragene
Staub in einem agglomerierten Zustand, so dass der Staub sehr leicht
aussedimentiert. Die rohgasseitige Abscheidung des Staubs erfolgt
daher in der Regel durch Sedimentation, kann aber auch durch geeignete
Maßnahmen, zum
Beispiel durch strömungsberuhigte
Zonen oder durch eine zirkulierende Strömung (Zyklonströmung) unterstützt werden.
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Auf der Rohgasseite befindet sich
eine geeignete Vorrichtung zum Sammeln und Austragen des Staubs,
z.B. ein Staubsammeltrichter mit Zellenradschleuse.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen.
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1 zeigt
Messergebnisse für
einen typischen Abreinigungsimpuls, der zur Abreinigung eines runden
Abscheidekanals mit 120 mm Durchmesser und 1 m Länge in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
eingesetzt wurde. Dabei sind untereinander aufgetragen: Die Ventilöffnungszeit
für die
Erzeugung des Druckluftstoßes,
die Strömungsgeschwindigkeit
in Richtung des Abscheidekanals während des Abreini gungsvorgangs,
sowie die vom Gas aufgrund dieser Strömungsgeschwindigkeit entgegen der
normalen Strömungsrichtung
zurückgelegten Strecke.
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Es wird deutlich, dass der Abreinigungs – Druckstoß nur sehr
kurze Zeit dauert, so dass auch der Verbrauch an Druckluft nur gering
ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der gesamte Abreinigungsvorgang
sehr schnell abläuft,
so dass der Abscheidekanal nach sehr kurzer Unterbrechung schon wieder
für die
Aerosolabscheidung zur Verfügung steht.
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2 und 3 zeigen zwei Beispiele für die Gesamtausführung eines
druckstoßabreinigbaren Elektroabscheiders,
wobei hier mehrere Abscheidekanäle
parallel angeordnet sind. Im Einzelnen besteht die Konstruktion
aus den horizontal oder vertikal angeordneten Abscheidekanälen 1 mit
den Injektordüsen 3 und
Hochspannungselektroden 5, sowie einem Rohgasraum 7 und
einem Reingasraum 9. Die Zufuhr der Druckluft zu den Injektordüsen erfolgt über hier
nicht eingezeichnete Druckluftleitungen. In die Druckluftleitungen
sind außerdem
ansteuerbare Ventile eingebaut, durch die der Abreinigungsvorgang
für jeweils
einen einzelnen Abscheidekanal oder eine Gruppe bzw. eine Reihe
von mehreren Abscheidekanälen
ausgelöst
werden kann. Der Rohgasraum umfasst eine Vorrichtung zum Sammeln
der abgereinigten Stäube,
z. B. einen Staubsammeltrichter 75, und eine Austragsvorrichtung
für Stäube 77,
z.B. eine Zellenradschleuse.
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4 zeigt
eine Variante, bei der ein Injektorspalt 31 in die Wand
des Abscheidekanals 1 eingelassen ist. Besonders vorteilhaft
ist die tangentiale Zuführung 33 der
Druckluft zum Injektorspalt. Durch die Fliehkraftwirkung auf die
aus dem Spalt austretende, rotierende Strömung wird die Strömung in
der Nähe
der Niederschlagselektrode gehalten, was für die Abreinigung besonders
wirksam ist.
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5 zeigt
eine Ausführung,
bei der der Injektor in Form eines abnehmbaren Düsenkranzes 35 ausgeführt ist.
Diese Ausführung
hat den Vorteil, dass der Aufwand für die Fertigung sehr viel geringer ist
als für
den Injektorspalt. Auch hier kann durch die Ausrichtung der Düsen eine
Rotationsbewegung der Strömung
während
der Abreinigung erzeugt werden.
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6 zeigt
einen in die Hochspannungselektrode 5 integrierten zweistufigen
Injektor. Der Vorschalt-Injektor 41 wird über eine
geerdete Treibdüse 42 betrieben,
die sich in ausreichendem Abstand von dem Hochspannung führenden
Diffusor 43 befindet. Alternativ können die Treibdüse und /
oder der Diffusor aus isolierenden Materialien gefertigt sein. Der Haupt-Injektor
wird in Form eines Ringspalts oder eines Düsenkranzes 35 in der
Hochspannungselektrode realisiert. Auch hier ist eine mehrstufige
Ausführung
der Hochspannungselektrode möglich.
Im vorliegenden Beispiel wird eine zweistufige Hochspannungselektrode
gezeigt, wobei der obere, reingasseitig gelegene Teil 51 die
Luftzuführung
zum Hauptinjektor enthält
und zugleich als Feldelektrode für
die zweite Abscheiderstufe dient. Der untere Teil der Hochspannungselektrode
ist als Sprühelektrode 52 ausgeführt und
dient der Aufladung des Aerosols in der ersten Abscheiderstufe.
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7 zeigt
eine strömungstechnisch
günstige
Form der Hochspannungselektrode, wobei die Hochspannungselektrode
zweistufig mit Sprüh-
und Feldelektrode ausgeführt
wird. Dabei bildet die Feldelektrode 51 gemeinsam mit dem oberen
Teil des umgebenden Abscheidekanals 11 einen Diffusor,
der die Wirkung des Injektors optimiert.
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Um die Ablösung des Staubs von der Kanalwand
zu erleichtern, kann die Wand des Abscheidekanals insgesamt oder
in Teilen flexibel hergestellt werden. 8 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführung, bei
der der untere Abschnitt des Abscheidekanals 12 aus einem
flexiblem Material besteht. Durch der Druckstoß der Abreinigung wird das
Material in Schwingungen versetzt, was bereits bei einer geringen
Intensität
der Abreinigung zu einem Abwerfen der Staubschicht führt. Eine ähnliche
Wirkung kann erreicht werden, wenn ein starrer Abscheidekanal mit
einer lose eingehängten
Auskleidung 13, z.B. einem dünnen Blech, einem Textil- oder
Gummihemd oder einem Kettenvorhang versehen wird.
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Weiterhin werden anhand von 2 und 3 zeigen zwei vorteilhafte Konstruktionen
erläutert,
mit denen der abgereinigte Staub auf der Rohgasseite aus der Anlage
ausgetragen werden kann. In 2 wird
ein Gitterrost 81 eingesetzt, um einen strömungsberuhigten
Raum 8 zu schalten, in dem der abgereinigte Staub sedimentieren
kann. In 3 ist der Rohgasraum 7 unterhalb
der Abscheidekanäle 1 so
gestaltet, dass das Rohgas durch einen tangentialen Stutzen 76 eintritt.
Dadurch entsteht eine rotierende Strömung im Staubsammeltrichter 75,
in der der abgereinigte, agglomerierte Staub ähnlich wie in einem Zyklon
abgeschieden wird.