DE1457340C - Elektrischer Abscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Abscheider mit Emissionselektroden, die im Abstand von Sammelelektroden angeordnet und zur gegenseitigen elektrischen Trennung über Widerstände an eine gemeinsame Spannungsquelle angeschlossen sind.

Elektrische Abscheider der vorgenannten Art sind seit langem bekannt (USA.-Patentschrift 1 968 330). Bei Auftreten einer Entladung zwischen einer Emissionselektrode und der gegenüberliegenden Sammelelektrode bricht die an der Emissionselektrode anliegende Spannung zusammen, wobei durch den Widerstand verhindert wird, daß auch die an den anderen Emissionselektroden anliegende Spannung zusammenbricht.

Der Widerstand dämpft auch die an der zugeordneten Elektrode auftretenden Entladungen und begünstigt dadurch die Ausbildung von Glimm- und Büschelentladungen, die im Vergleich zu einem normalen Funkenüberschlag verhältnismäßig lange dauern und daher die Arbeitsweise der Emissionselektrode verhältnismäßig lange beeinträchtigen, was natürlich unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abscheider der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß eine gegebenenfalls an einer Emissionselektrode auftretende Entladung nur von ganz kurzer Dauer ist und die Emissionselektrode daher wieder innerhalb kürzester Zeit auf Betriebspotential liegt. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem elektrischen Abscheider der eingangs genannten Art dadurch, daß jede Emissionselektrode einen vorbestimmten Anteil emittierender Oberfläche und einen vorbestimmten Anteil nicht emittierender Oberfläche aufweist und die nicht emittierenden Oberflächenbereiche mit den gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der Sammelelektrode eine zusätzliche Kapazität bilden, durch die die Gesamtkapazität der Emissionselektrode auf einen einen kurzzeitigen Überschlag ergebenden Wert gebracht wird. Auf Grund der erhöhten Gesamtkapazität der Emissionselektrode ergbit sich bei einer gegebenenfalls auftretenden Entladung ein hoher Entladestrom, so daß der Spannungsabfall an der Entladungsstrecke sehr groß und daher die Dauer der Entladung sehr kurz wird.

Emissionselektroden mit einem Anteil emittierender Oberfläche und einem vorbestimmten Anteil nicht emittierender Oberfläche sind bekannt (USA.-Patentschriften 3 046 716 und 2 711234), jedoch wirken bei den bekannten Anordnungen die nicht emittierenden Oberflächenbereiche der Emissionselektrode nicht mit gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der Sammelelektrode kapazitv im Sinne einer Erhöhung der Gesamtkapazität zusammen, sondern die nicht emittierenden Bereiche sind vielmehr gegenüber der Sammelelektrode abgeschirmt oder sollen Entladungen zwischen geerdeten Abstützelementen und der Emissionselektrode verhindern. Es wurden auch bereits (deutsche Patentschrift 393 996) in die Stromzuleitungen zu den Emissionselektroden Kapazitäten und/oder Induktivitäten eingeschaltet, um bei Kurzschlüssen ein starkes Anwachsen der Stromstärke zu verhindern. Weiterhin ist es bekannt (britische Patentschrift 477 177), den Stromversorgungskreis für eine Emissionselektrode derart auszugestalten, daß im Falle einer kurzschlußartigen Entladung der Entladestrom exponentiell mit einer so geringen Änderungsgeschwindigkeit abnimmt, daß die induzierte Gegenspannung verhältnismäßig gering ist. Im Gegensatz dazu wird jedoch erfindungsgemäß eine hohe Entladungsstromstärke angestrebt, um eine möglichst kurzzeitige Entladung zu erzielen. Untersuchungen haben ergeben, daß eine Elektrodenanordnung, bei der eine drahtförmige Elektrode mit einem Durchmesser von 2,67 mm zwischen zwei im Abstand von 228,6 mm angeordneten plattenförmigen Elektroden liegt, eine Kapazität von

ίο 9,8 Pikofarad pro Meter aufweist. Falls die einzelne Elektrode eine Kapazität von 70 Pikofarad besitzt, ergeben sich unter normalen Bedingungen verhältnismäßig kurzzeitige Spannungsüberschläge. Falls jedoch die drahtförmige Elektrode als Emissionselektrode bei oder oberhalb der Koronaentladungsspannung in einer staubhaltigen Gasatmosphäre betrieben wird, findet man, daß der Kapazitätswert ungefähr auf die Hälfte absinkt und bei einer gegebenenfalls auftretenden Entladung daher ein ver-

ao hältnismäßig langdauernder Spannungszusammenbruch erfolgt. Wird nun erfindungsgemäß der bei Koronaentladungsbedingungen in einer staubhaltigen Atmosphäre auftretende Spannungsabfall durch Schaffung zusätzlicher Kapazität ausgeglichen, dann

as ergeben sich bei auftretenden Entladungen kurzzeitige Spannungszusammenbrüche in der Größenordnung von 5 bis 10 Millisekunden. Eine Gesamtkapazität von unter 50 Pikofarad reicht zur Erzielung kurzzeitiger Überschläge nicht aus, während eine Gesamtkapazität von über 70 Pikofarad zwar nicht nötig, jedoch auch nicht nachteilig ist.

Versuche haben gezeigt, daß die nachfolgend angegebenen Ausführungformen von Emissionselektroden, die zwischen im Abstand voneinander angeordneten plattenförmigen Sammelelektroden vorgesehen wurden, einen Kapazitätswert bei Koronaerzeugungsbedingungen ergeben, der einen kurzzeitigen Überschlag gewährleistet.

1. Stacheldraht: Die Korona ist auf die Stacheln konzentriert, und das Hauptseil ist dadurch abgeschirmt und emittiert nicht.

2. In Segmente unterteilter Draht: Bei einem 7,32 m langen und 2,67 mm im Durchmesser betragenden Draht wechseln 152,4 mm lange Bereiche von Draht mit entlang dem Draht in Abständen befindlichen Rohrelementen ab, die eine Länge von 152,4 mm und einen Durchmesser von 9,525 mm haben (Gesamtlänge der Rohrelemente 3,66 m). Dadurch werden die notwendigen 70 Pikofarad (30 Pikofarad durch den Draht und weitere 40 bis 50 Pikofarad durch die Rohrelemente) bei Bedingungen gewährleistet, unter denen Korona erzeugt wird.

3. Paarweise angeordnete Drähte: Zwei Drähte verlaufen in einem Mittenabstand von 50,8 mm parallel zueinander, so daß jeder Draht die Hälfte der Oberfläche des anderen Drahtes abschirmt und dadurch zusätzliche Kapazität geschaffen wird.

4. Stäbe oder Kabel großen Durchmessers: Ein Stab von 9,525 mm Durchmesser oder ein Kabel mit einem Durchmesser von 12,7 mm erzeugen die für einen befriedigenden Betrieb mit dem Reihenwiderstand erforderliche Kapazität. Oberflächenunregelmäßigkeiten am Stab und. am Kabel sind zur Erzeugung der Koronastellen notwendig.

Weiterhin erscheinen folgende Anordnungen geeignet:

a) Aus flachen Platten bestehende Emissionselektroden mit bestimmten Koronaentladungsstellen,

wie etwa ein Drahtgitter, eine perforierte Platte od. dgl., die einen bestimmten Betrag an Emissionsoberfläche besitzen sowie ausreichend Oberfläche, an der keine Emission stattfindet, um die erforderliche Kapazität zu schaffen. In dieser Ausführungsform kann der Betrag des Koronastromes pro Flächeneinheit zusätzlich gesteuert werden, was sehr wünschenswert ist.

b) Paarweise angeordnete aktive und passive Elektroden, bei denen zur Erzeugung der Korona ein Draht mit einem keine Korona erzeugenden Teil verhältnismäßig großen Durchmessers paarweise angeordnet ist. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch einen Abscheider nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Ansicht einer Elektrode und einen zugehörigen Widerstand des Abscheiders nach F i g. 1 und

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.

In F i g. 1 ist ein elektrischer Abscheider 10 gezeigt, der Sammelelektroden 12 und Emissionselektroden 14 enthält, die in Abstand von den Sammelelektroden 12 angeordnet sind, derart, daß eine Emissionselektrode 14 und zwei benachbart dazu befindliche Sammelelektroden 12 eine Elektrodenanordnung bilden. Die Emissionselektroden sind gemäß der Erfindung ausgestaltet.

Die erfindungsgemäßen Elektroden 14 können auch bei anders aufgebauten Abscheidern verwendet werden. Jede der Elektroden 14 ist an einem Winkeleisen 17 aufgehängt, das von einem Elektroden-Tragrahmen 16 getragen wird. Der Rahmen 16 ist unterhalb des Daches der Niederschlageinrichtung 10 aufgehängt und von ihr in der in der Technik gut bekannten Art und Weise isoliert. Jede Elektrode 14 enthält einen länglichen, im allgemeinen zylindrischen elektrischen Widerstand 20, der in dieser Ausführungsform ein keramisches Isolationsrohr ist, auf dessen-Oberfläche sich ein dünnes Band 21 aus leitendem Material befindet. Das Band 21 ist mit seinem oberen Ende mit einer Befestigungseinrichtung, wie etwa einem ösenbolzen 22, und mit seinem unteren Ende mit einem kurzen Metallrohr 24 verbunden, das fest auf dem Keramikrohr befestigt ist. Ein länglicher Draht mit emittierender Oberfläche 26 mit geringem Durchmesser ist an oder in dem unteren Ende des Rohres 24 befestigt und erstreckt sich im Abscheider abwärts zu einem länglichen hohlzylindrischen Keramikisolator 28. Der Isolator 28 ist an dem unteren Ende des Drahtes 26 etwa durch ein kurzes Rohr 29 befestigt. Am unteren Ende des Isolators 28 ist ein Gewicht 30 aufgehängt, das in seiner Stellung durch einen Rahmen 32 gehalten aber nicht getragen wird, so daß das Gewicht 30 den Draht spannt, um ihn gerade und senkrecht zu halten. Der Draht erstreckt sich durch eine Anzahl von länglichen, in Abstand voneinander befindlichen Rohrelementen 34, die in den gewünschten Abständen entlang dem Draht durch Endbereiche mit geringerem Durchmesser befestigt sind, die an dem Draht eng anliegen. Dies wird durch Gesenkschmieden oder durch entsprechende Einrichtungen erreicht, durch die die gewünschten Abstände der Rohrelemente mit nicht emittierenden Oberflächen 34 voneinander auf dem Draht aufrechterhalten werden.

Der elektrische Widerstandswert des Widerstandselementes 20 muß so groß sein, daß bei plötzlichen Potentialänderungen eine wirksame Trennung jeder Elektrode von allen anderen Elektroden gewährleistet ist. Es wurde gefunden, daß sich der Widerstandswert in der Größenordnung von 4 Megohm bewegen muß, wobei dieser Wert sich im Bereich von 3 Megohm bis zu einem Maximalwert bewegen kann, der das Fließen eines normalen Koronastromes erlaubt. In einer Ausführungsform dieser Erfindung hat der Draht einen Durchmesser von ungefähr

ίο 2,67 mm und eine Gesamtlänge von 7,32 m, wobei ■ die Rohrelemente 9,525 mm Durchmesser haben und 152,4 mm lang sind und ihre Gesamtlänge bei einer gegebenen Elektrode ungefähr 3,66 m beträgt. Es wurde gefunden, daß diese Elektrodenausbildung bei Verwendung in Verbindung mit den Elektroden 12 die gewünschten 70 Pikofarad Kapazität pro Elektrodengruppe unter Koronaerzeugungs-Bedingungen ergibt. Veränderungen der Menge und der elektrischen Natur des abzuscheidenden Staubes sowie

ao des Abstandes und der Länge der Emissions- und Sammelelektroden können eine andere Anzahl von Rohrelementen mit nicht emittierenden Oberflächen 34 sowie ihre Anbringung in anderen Abständen bedingen. Die Kapazität pro Elektrodengruppe ist

as nicht kritisch, solange sie größer als 55 Pikofarad unter Koronaerzeugungsbedingungen ist.

Der Abscheider 10 arbeitet wie die bekannten Abscheider. Der Elektrodentragrahmen wird auf einer Koronaentladung erzeugenden Spannung von 35 bis 50 Kilovolt gehalten, während die Sammelelektroden 12 geerdet sind. Staubhaltiges Gas strömt zwischen den Sammelelektroden hindurch und um die Emissionselektroden 14 in der durch die Pfeile 36 (F i g. 3) bezeichneten Richtung. Trotz des hohen Widerstandswertes der Widerstände 20 kann ein normaler Koronastrom fließen, so daß die normale Aufladefunktion der Emissionselektroden gewährleistet ist. Wenn jedoch ein Funke oder ein Überschlag zwischen einer der Emissionselektroden 14 und einer der geerdeten Sammelelektroden 12 auftritt, verhindert der Widerstandswert des Widerstandes 20 einen Einfluß des Überschlages auf die übrigen Elektroden 14. Dadurch wird durch den Überschlag nur eine einzelne Elektrode 14 entladen, und die übrigen Elektroden arbeiten in üblicher Weise. Durch die Ausbildung der Elektroden in der vorstehend beschriebenen Art wird eine Gesamtkapazität für jede Elektronengruppe von annähernd 70 Pikofarad unter Koronaerzeugungsbedingungen gewährleistet. Auf Grund dieser Kapazität addiert sich zum Furikenstrom ein Entladungstrom, so daß der insgesamt fließende Strom entlang der Entladungsstrecke einen so großen Spannungsabfall bewirkt, daß der Überschlag nur von kurzer Dauer ist und die normale Spannung innerhalb 5 bis 10 Millisekunden nach Beginn des Überschlages wieder vorhanden ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Abscheider mit Emissionselektroden, die im Abstand von Sammelelektroden angeordnet und zur gegenseitigen elektrischen Trennung über Widerstände an eine gemeinsame Spannungsquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Emissionselektrode (14) einen Anteil emittierender Oberfläche

(26) und einen vorbestimmten Anteil nicht emittierender Oberfläche (34) aufweist und daß die nicht emittierenden Oberflächenbereiche mit den gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der Sammelelektrode eine zusätzliche Kapazität bilden, durch die die Gesamtkapazität der Emissionselektrode auf einen einen kurzzeitigen Überschlag ergebenden Wert gebracht wird.

2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht emittierenden Oberflächen (34) von rohrförmigen Elementen ge-" bildet sind, die im wesentlichen in gleichen Abständen entlang der langgestreckten Emissionselektrode (14) angeordnet sind und deren Durchmesser mindestens 2Vzmal so groß ist wie der >s Durchmesser der emittierenden Oberflächen (26) der Emissionselektrode.

3. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht emittierenden Oberflächen (34) einen Krümmungsradius aufweisen, der größer ist als der bei Betriebsbedingungen zur Erzielung von Koronaemission erforderliche Radius.

4. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität bei Koronabedingungen mindestens 55 Pikofarad beträgt.

5. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe zur Emissionselektrode (14) liegende Widerstand (20) einen Wert von mindestens 3 Megohm aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen