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"Niederschlagelektrode für elektrische Gasreiniger" Die Erfindung
betrifft eine Niederschlagelektrode für elektrische Gasreiniger, die auch schwierig
abzuscheidende Staubarten anlagern und aus dem Gasstrom entfernen kann.
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Bei der elektrischen Gasreinigung ist die von den Staubteilchen aufgenommene
und zur Niederschlagelektrode transportierte elektrische Ladung nur ein sehr kleiner
Anteil des gesamten zwischen den Elektroden fließenden Ladungsstrom; die von Gasionen
transportierte Ladung ist us ein Vielfaches grdßer. Ist der spezifische Widestand
der an der Niederschlagelektrode angelagerten Staubschicht kleiner als ca 5.1010#
cm, so wird die Ladung der Gasionen schnell genug durch die Staubschicht hindurch
entladen. Bei größeren Widerstand bauen die Gasionen auf der Schicht ein so hohes
Potential auf, daß es zu Gasentladungen in den Poren der Staubschicht kommt. Es
entstehen hier neue Ladungsträger - Elektronen, negative und positive Gasionen;
der vom Elektrofilter aufgenommene Strom steigt dann mit zunehmender Spannung steil
an. An vielen Stellen der Staubschicht zeigt sich das sogenannte Rücksprühen, eine
büchelförmige Entladung mit weit in den Elektrodenraum vorstoßenden leuchtenden
Stromfäden. Der schon angelagerte Staub wird an solchen Stellen weggeschleudert
und es entstehen kleine Krater in der Schicht, in denen besonders gute Bedingungen
für das Einsetzen der impulsstarken Leuchtfadenentladungen gegeben sind. Bei dieser
Entladungsform erfolgt der Durchschlag - die Überbrückung der Elektrodenstrecke
durch
einen stromstarken Lichtboden - - schon bei sehr niedrigen
Spannungswerten, weil die Entladungskanäle in ein Gebiet itt ansteigender Feldstärke
vorstoßen und somit die Bedingungen für die Entstehung von Lawinen neuer Ladungsträger
durch Stoß.
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und Photoionisation zunehmend günstiger werden. Das Rücksprühen ist
um so stärker, je höher der spezifische Widerstand des Staubes und Je dicker die
an der Niederschlagelektrode angelagerte Staubschicht ist, Je länger also die einzelnen
Entladungskanäle in der Schicht sind. Die Staubabscheidung in einen Elektrofilter
wird durch dies For@ der Gasentladung erheblich verschlechtert, da die Staubteilchen
wegen der Anwesenheit von negativen u n d positiven Gasionen im gesamten Raum zwischen
den Elektroden nur eine geringe elektrische Ladung aufnehmen können; obendrein erfolgt
der Zusammenbruch der Elektrodenspannung schon bei niedrigen Spannungswerten.
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Die aus der angelagerten, schlecht leitenden Staubschicht austrentenden
Büschelentladungen können in einem großen Spannungsbereich vermieden werden, wenn
vor der Niederschlagelektrode ein elektrischer Schirm angeordnet wird, der die Gasströmung
und die darin schwebenden Staubteilchen ungehindert durchläßt, die Gasionen Jedoch
abfängt und entlädt. Der Schirm verhindert so, daß die Gasionen auf die angelagerte
Staubschicht auftreffen und dort ein hohes Potential aufbauen. Besetzt man z.B.
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die Niederschlagelektrode mit vielen in Feldrichtung stehenden Spitzen,
so wird das sonst recht homogene Feld Tor der Niederschlagelektrode in der Nähe
jeder einzelnen Spitze stark inhomogen. Da die Spitzenoberfläche das gleiche Potential
wie die Niederschlagelektrode hat, steigt die Feldstärke in Richtung zu den einzelnen
Spitzen erheblich an, während sie in des Raum zwischen den Spitzen und der Niederschlagelektrode
stark geschwächt wird. Die von der Sprühelektrode kommenden Gasionen, deren Bewegung
von der Gasströmung praktisch nicht beeinflußt wird, können den Richtungsänderungen
des Feldes in inhomogenen Bereich leicht folgen und wandern daher bevorzugt zu den
Stellen erhöhter Feldstärke an den Spitzen und geben dort ihre Ladung ab. Die Gasionendichte
steigt in Spitzennähe wesentlich an und es bildet sich hier eine starke Raumladung,
die das Feld
zu den Spitzen verstärkt und in Richtung zur Sprühelektrode
schwächt. nie geladenen Staubtellchen können wegen ihrer größeren Masse den Anderungen
der Feldrichtung nicht so leicht folgen wie die Gasionen, zumal ihre Bewegung auch
von der çasströmung beeinflußt wird. Staubteilchen, die in den Bereich der hohen
Feldstärke an den Spitzen gelangen, werden dort Jedoch angelagert. Hat dieser Staub
aber einen sehr hohen spezifischen Widerstand, so kommt es an den Spitzen su Entladungen,
durch die die hier angelagerten Staubteilohen wieder weggeschleudert werden. Im
Bereich der hohen Feldstärke bleibt die Oberfläche der Spitzen praktisch staubfrei.
Die hier beetehende starke Raumladung der Gasionen stößt obendrein die eine Ladung
gleicher Polarität tragenden Staubteilchen ab. Diese Raumladung kann bei ausreichender
Dichte an den Spitzen wohl eine ruhig brennende Glimmentladung stunden; sie verhindert
aber eine Büschelentladungen mit weit in den Elektrodenraum vorstoßenden Entladungskanälen,
durch die ein Lichtbogen schon beiniedriger Spannung gezündet wird. Der Durchschlag
der Elektrodenstrecke erfolgt vielmehr aus der Glimmentladung heraus bei wesentlich
erhöhter Spannung.
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Die gleiche Schirmwirkung wie bei den auf der Ni.derschlagelektrode
stehenden Spitzen kann mit scharfen Kanten an Stegen erreicht werden, die auf die
Niederschlagerte in Feldrichtung aufgesetzt werden; die Schiriwirkung der Kanten
wird noch verstärkt, wenn sie gezackt ausgeführt, also mit Spitzen versehen werden.
Wird als Niederschlagelektrode ein Gittorrost mit in Feldriohtung stehenden Stegen
verwendet, eo werden die Gasionen an der Kante der Roststäbe abgefangen, die zur
Erhöhung der örtlichen Feldstärke scharf oder gezackt aein kann. Mit einem Gitter
oder Netz aus dünnen oder scharfkantigen Drähten, das vor der Niederschlagelektrode
ausgespannt wird, kann die angelagerte Staubschicht ebenfalls abgeschirmt und so
das Rücksprilhen vermieden werden.
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Die Wirkung eines Elektrofilters, das Stäube mit hohen spezifischen
Widerstand abzuscheiden hat, wird durch den elektrischen Schirm gesteigert, da ein
Durchschlag der Elektrodenstrecke erst bei größeren Spannungswerten erfolgt und
eine höhere elektrische
Beladung der Staubteilchen erreicht wird;
auch wird die Niederschlagfläche der Elektrode vergrößert und die Anlagerungswahrscheinlichkeit
für die Staubteilohen somit erhöht.
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An den bisher üblichen Niederschlagelektroden werden zur Sprühelektrode
gerichtete Stege benutzt, um die Elektroden su versteifen und um Räume zu schaffen,
die von der Gasströmung nicht erfaßt werden. Die Kanten solcher Stege werden Jedoch
Je nach Entfernung von der Sprühelektrode sehr oder weniger abgerundet um örtlich
hohe Feldstärken zu vermeiden; auch wird aus dem gleichen Grund ein möglichst großer
Abstand solcher Kanten von den Sprühdrähten eingehalten.
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Beim elektrischen Schirm wird die elektrische Feldstä@@ an vielen,
gleichmäßig verteilten Stellen vor der Niederschlagelektrode bewußt stark erhöht,
um hier die von der Sprühelektrode kommenden Gasionen zu entladen und so ihr Auftreffen
auf die angelagerte Staubschicht zu verhindern. Die Wirkung des elektrischen Schirms
ist der einer Blitzschutzanlage ähnlich; auch hier ist die Feldstärke an den Spitzen
der aufgestellten Stangen oder an den über dem zu schützenden Objekt ausgespannten
Drahtseilen besonders hoch, so daß es dort zur Entladung einer darüber befindlichen
Gewitterwolke kommt.
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In der anliegenden Zeichnung ist in der Figur 1 mit gestrichelten
Linien das Feldbild in der Nähe einer Plattenelektrode 10 angedeutet. Die Figur
2 neigt die Veränderung dieses Feldbildes, wenn auf die Plattenelektrode 10 mit
ihr verbundene Spitzen 11 oder Stege aufgesetzt werden. Das recht homogene Feld
der Figur 1 wird sn den Spitzen und Kanten der Stege erheblich verstärkt, während
das Feld in der Nähe der Plattenelektrode 10 geschwächt wird. Die von der Sprühelektrode
kommenden Gasionen wandern daher bevorzugt su den Spitzen und scharfen Kanten.
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Eine Staubschicht 12 bildet sich sowohl an der Plattenelektrode al
auch an den Spitzen und Stegen. Hat der abzuscheidende Staub jedoch einen sehr hohen
spezifischen Widerstand, so bleiben die Spitzen und Kanten der Stege il Bereich
der hohen Feldstärke infolge der hier einsetzenden Entladung praktisch staubfrei,
wie dies in der Zeichnung angedeutet ist.
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In der Zeichnung sind auch einige der möglichen Auatührungsformen
des elektrischen Schirmes für die Niederschlagelektrode dargestellt. Die Figur 3
zeigt ein Gasen-Elektrofilter mit den Niederechlagelektroden 13 und den Sprühelektroden
14.
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Bei der oberen Niederschlagelektrode mit dem Schnitt A-B sind auf
der Elektrode viele gleichmäßig verteilte und zur Ebene der Sprühelektroden gerichtete
Spitzen 15 angebracht. Die untere Niederschlagelektrode mit dem Schnitt C-D ist
aus vielen kleinen U Profilen 16 zusammengesetzt, deren Schenkel ebenfalls in Richtung
des elektrischen Feldes zeigen Die Kanten 17 dieser Schenkel oder Stege können scharfkantig
geschnitten oder gezackt also mit Spitzen 18 versehen sein. Um einen möglichst gleichen
Strom der Gasionen zu den einzelnen Spitzen 15 und 18 oder scharfen Kanten t7 zu
erreichen, können diese im gletchmäßigen Abstand von der benachbarten Sprühelektrode
14 angeordnot werden, wie es die Figur 3 zeigt.
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Die Figur 4 neigt ein Rohrfilter mit aufgesetzten Stegen 19, deren
Kanten 20 ebenfalls scharf oder mit Spitzen 21 besetzt esein können. Um eine gleichmäßige
Schirmwirkung auch bei größerem Abstand der Stege zu erreichen, können die Spitzen
an den Stegen sägeartig verschränkt sein, wie dies bei 22 in der Figur 3 angedeutet
ist.