DE1960097A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von feindispersen Stoffen aus Gasen - Google Patents

Description

• Patentbe schreibung Titel: Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von feindispersen Stoffen aus Gasen (Fliehkraftentstauber mit elektrostatischer Agglomeriereinrichtung und pulsierender Gasströmung) 1. Fliehkraftentstauber mit elektrostatischer Agglomeriereinrichtung Die Erfindung betrifft die Abscheidung von feindispersen Stoffen aus Gasen, wobei die Abscheidung durch Fliehkraftwirkung und elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den Feststoffteilchen bewirkt wird.
• Es ist bekannt, daß Fliehkraftentstauber, auch Zyklone genannt, besonders zur Abscheidung verhältnismäßig grober Staubteilchen geeignet sind, während elektrostatische Entstauber, auch Elektrofilter genannt, besonders wirkungsvoll verhältnismäßig feine Staubteilchen abscheiden. Mit elektrostatischen Entstaubern lassen sich zwar sehr feine Staubteilchen abtrennen, doch muß der spez. Widerstand der Teilchen etwa zwischen 104 und 2 1010 Ohm cm liegen. Stäube mit spez.
• Widerständen unter 10 Ohm cm werden wegen ihres geringen Widerstandes zu schnell an den Niederschlagselektroden des Entstaubers entladen und gelangen durch den Verlust ihrer elektrostatischen Haftkräfte wieder in den Gasstrom zurück, so daß sie ohne den Einsatz besonderer Hilfsmittel nicht abgeschieden werden können.
• Stäube mit spez. Widerständen über 2 . 10 Ohm cm dagegen entladen sich an den Niederschlagselektroden eines elektrostatischen Entstaubers so langsam, daß es zur Ansammlung sehr hoher Ladungen auf der dem Gasstrom zugekehrten Oberfläche der Staubschicht kommt.
• Wird die Durchb ruchsfeldstärke dieser Staubs chicht überschritten, so fließen die angesammelten Ladungen in einem Ionisationskanal zur Niede rschlags elektrode ab. Hierbei gehen die elektrostatischen An -ziehungskrafte zwischen Staubteilchen und Niederschlagselektrode verloren, so daß die Staubteilchen in den Gasstrom zurückgelangen. Diese Durchschlagserscheinungen in der Staubschicht werden als Rücksprühen bezeichnet und können den Betrieb eines elektrostatischen Entstaubers zum Erliegen bringen.
• Aufgabe: Die vorliegende Erfindung dient in erster Linie dazu, Stäube, die sich wegen ihres hohen spezifischen Widerstandes nicht mehr ohne die Erscheinungen des Rücksprühens in elektrostatischen Entstaubern abscheiden lassen, unter Ausnutzung elektrostatischer Anziehungskräfte zwischen den Staubteilchen in Fliehkraftentstaubern abzuscheiden. Weiter können auch solche Stäube mit der Erfindung besser abgeschieden werden, deren spezifischer Widerstand unter 2 ' 1 10 Ohm cm liegt.
• Entscheidend für die Verbesserung der Abscheidung ist nur, daß die Entladung der Staubteilchen so langsam erfolgt, daß bis zum Ende des Abscheidevorganges noch genügend hohe elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den Staubteilchen wirksam sind.
• Lösung: Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient ein herköininlicher axialer Fliehkraftentstauber, dem eine Ionisierungs zone (Koronaentladung) für die elektrische Aufladung der Staubteilchen vorzugsweise vorgeschaltet ist. Es sind verschiedene Anordnungen bekannt, bei denen die Wirkungen der Fliehkraft zusammen mit den Wirkungen einer Koronaentladung zur besseren Abscheidung von Feststoffteilchen aus Gasen ausgenutzt werden. Die vorliegende Erfindung hat gegenüber diesen Anordnungen folgende Vorteile: 1. Durch den einfachen Aufbau der Ionisierungszone wird die Gasströmung nicht gestört, wodurch zusätzliche Strömungswiderstände vermieden werden.
• 2. Durch die kurze Verweilzeit des Staubes in der Ionisierungszone findet keine Abscheidung von Staub an der geerdeten Gegenelektrode statt, so daß die Gefahr des Rücksprühens ausgeschaltet ist.
• 3. Durch die gleichmäßige Feststoffverteilung in der Aufladezone ist eine gezielte Aufladung der Staubteilchen nach Höhe und Polarität möglich.
• 4. Durch die Anordnung des Fliehkraftentstaubers als Axialzyklon ohne Gasumkehr liegt nur im unteren Teil des Abscheideraumes eine nach innen gerichtete Senkenströmung vor. Hierdurch wird erreicht, daß sowohl feine als auch grobe Staubteilchen unmittelbar hinter dem axialen Leitrad an die Zyklonaußenwandung geschleudert werden, wo sie in einer Staubsträhne genügend hoch konzentriert sind, um aufgrund ihrer unterschiedlichen elektrischen Ladungen elektrostatische Haftagglomerate zu bilden.
• 5. Durch die verhältnismäßig kurze Verweilzeit in der Trennzone (Ort der Senkenströmung) können die verhältnismäßig leicht mechanisch zerstörbaren elektrostatischen Haftagglomerate ohne Wiederauflösung ausgetragen werden. Außerdem findet durch die kurze Verweilzeit in der Trennzone auch bei Stäuben mit spezifischen Widerständen unter 2 1010 Ohm cm nur eingeringer Ladungsausgleich in den elektrostatischen Haftagglomeraten statt, so daß auch diese Stäube besser abgeschieden werden können.
• 6. Durch die Verwendung eines elektrisch nichtleitenden Materials für das Zyklonaußenrohr wird sowohl eine vorzeitige Entladung der Staubteilchen als auch ein Ansetzen von Staub an der Zyklonwandung vclhinde rt.
• Beschreibung von Ausführungsbeispielen Eine bevorzugte Form der Ausführung der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Fig. 2 bis 7 stellen weitere Ausführungsformen und Einzelheiten dar. Fig. 8 dient zur Erklärung der Wirkungsweise des neuen Entstaubers.
• Der strömungstechnische Teil des Entstaubers nach Fig. 1 ist ein herkömmlicher axialer Fliehkraftentstauber, der aus dem Zyklonaußenrohr 1 und dem hierzu konzentrisch angeordneten Reingasrohr 2 sowie dem mehrschaufeligen axialen Leitrad 3 besteht. Der abgeschiedene Staub kann aus dem Ringraum 4 kontinuierlich oder diskontinuierlich abgezogen werden.
• Hinter dem Rohgaseintritt 5 befindet sich die Ionisierungszone, die bevorzugt aus einer Sprühelektrode 6 und einer konzentrisch dazu angeordneten Ringelektrode 7 besteht. Die Sprühelektrode, die wahlweise als einfache Drahtspitze 8 oder als Sprühstern 9 ausgebildet sein kann, Fig. 2, befindet sich auf einem in der Achse des Entstaubers angeordneten Elektrodenhalter 10. Der Elektrodenhalter 10 ist entweder auf der Nabe des axialen Leitrades 3, gemäß Fig. 1, oder gemäß Fig. 3 am Zyklonaußenrohr 1 befestigt.
• In der Ausführung nach Fig. 1 ist das Zyklonaußenrohr 1, das Reingasrohr 2 und das axiale Leitrad 3 aus elektrisch nichtleitendszi Werkstoff gefertigt.
• Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Zyklon aus elektrisch leitendem Werkstoff gefertigt ist, ist in Fig. 4 dargestellt. Zur Verhinderung der Entladung von Staubteilchen am Zyklonaußenrohr 1 ist dieses auf der dem Gasstrom zugekehrten Seite mit einer elektrisch nichtleitenden Schicht 11 ausgekleidet. Wird das axiale Leitrad 3 aus elektrisch leitendem Werkstoff gefertigt, so ist ebenfalls ein Verzug aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff erforderlich.
• Die elektrische Zuleitung zur Sprühelektrode kann, wie nach Fig. 4, durch das Zyklonaußenrohr 1 unter Verwendung einer hochspannungsfesten Durchführung 12 oder von oben auf der Zyklonachse (nicht gezeichnet) erfolgen.
• Die Ionisierungszone kann auch hinter dem axialen Leitrad 3 angebracht werden, Fig. 5. Doch besteht bei dieser Anordnung die Gefahr, daß die Staubteilchen an der Ringelektrode aufgrund der Umlaufbewegung der Gasströmung entlanggleiten und dort einen Teil ihrer Ladungen verlieren.
• Zum Betriebe der Ionisierungszone eignet sich besonders hohe Wechselspannung, deren Frequenz bei den in Fliehkraftentstaubern üblichen Gasgeschwindigkeiten vorzugsweise bei 50 Hz liegt. Die ungleichnamige Aufladung des Rohgasstaubes kann auch mit gleichgerichteter Hochspannung erfolgen, wobei die Anordnung nach Fig. 6 hierfür verwendet wird. Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 6 und läßt die auf der Innenseite des als nichtleitend ausgebildeten Zyklonaußenrohrs 1 angeordneten nagelförmigen Sprühspitzen 13 erkennen, die durch einen leitenden Ring 14 elektrisch miteinander verbunden sind, Die geerdete Ringelektrode 15 teilt den Strömungsquerschnitt des Rohres in zwei Teile und dient als Gegenelektrode für die innere und äußere Ionisierungszone.
• Wirkungsweise: Die Rohgasströmung wird in bekannter Weise am Rohgaseintritt 5 dem Entstauber zugeführt, Fig. 8. Vor Eintritt in das axiale Leitrad 3 werden die Staubteilchen in der Ionisierungszone 16 etwa jeweils zur Hälfte positiv und negativ aufgeladen. Nach Verlassen des Leitrades 3 führt die Gas strömung eine Umlaufbewegung aus, wobei die im Gas enthaltenen Feststoffteilchen an das Zyklonaußenrohr 1 geschleudert werden. Durch die unterhalb des Leitrades 3 herrschende hohe Staubkonzentration in der wandnahen Zone 17 bilden die Staubteilchen aufgrund ihrer unterschiedlichen Ladungen elektrostatische Haftagglomerate, die sich aufgrund ihrer größeren Masse leichter in der eigentlichen Trenn- oder Sichtzone am unteren Teil des Entstaubers (Ort der Senkenströmung 18) durch die Wirkung der Fliehkraft abscheiden lassen. Das vom Staub gereinigte Gas verläßt den Entstauber am Reingasaustritt 19.
• Da auf die Staubteilchen im Abscheideraum keine auf das Zyklonaußenrohr 1 gerichtete Feldkraft infolge eines elektrischen Feldes wirkt, bleibt dieses frei von Staubablagerungen. Die Gebrauchslage des Fliehkraftentstaubers mit elektrostatischer Agglomeration ist beliebig.
• 2. Fliehkraftentstauber mit pulsierender Gasströmung Die Erfindung betrifft die Abscheidung von feindispersen Stoffen aus Gasen, wobei die Abscheidung durch Fliehkraftwirkung bei pulsierender Gasströmung erfolgt. Es ist bekannt, daß in einem Gas dispergierte Feststoffteilchen beliebiger Struktur und Dichte (also auch Tröpfchen) durch Zusammenstöße Agglomerate bilden können, die sich aufgrund ihrer größeren Masse- leichter aus dem Gasstrom austragen lassen, Bei der Ultraschallflockung werden z. B. verhältnismäßig feine Feststoffteilchen dadurch zusammengeführt, daß diese je nach ihrer Teilchengröße einer der Gasströmung überlagerten hochfrequenten Schwingung im Ultraschallbereich folgen. Durch die unterschiedliche Schwingbewegung der verschieden großen Teilchen eines Feststoffsystems werden Zilsammenst6ße verursacht, die bei sehr feinen Teilchen i. a.
• zur Bildung von abscheidefähigen Agglomeraten führen. Weiter wird durch die pulsierende Gas strömung die Bildung von Feststoffsträhnen, bzw. die Bildung von Feststoffwolken gefördert, die sich mit höherem Wirkungsgrad in Fliehkraftentstaube rn abscheiden lassen.
• Aufgabe: Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, gröbere Feststoffteilchen, die sich mit Ultraschallbehandlung nicht mehr agglomerieren lassen, mit Hilfe erzwungener Gasschwingungen mit Frequenzen unterhalb des Ultraschallbereichs in herkömmlichen Gasentstaubern wirksamer abzuscheiden.
• Lösung: Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient ein herkömmlicher Gasentstauber (z. B. Tangential- oder Axialzyklon), dem eine Vorrichtung zur Erzeugung einer pulsierenden Gasströmung vor- oder nachgeschaltet wird. Als Pulsationsvorrichtung wird vorzugsweise eine periodisch öffnende und schließende Absperrvorrichtung mit Fremdantrieb verwendet, deren Frequenz fest eingestellt werden kann.
• Beschreibung von Ausführungsbeispielen Eine Form der Ausführung der Erfindung ist in Fig. 9 und Fig. 11 dargestellt. In Fig. 9 ist ein herkömmlicher Tangentialzyklon 20 (Zyklon mit tangentialer RohgaszuflErung) als Entstauber verwendet, dem entweder auf der Rohgasseite 21 oder bevorzugt auf der Reingasseite 22 eine periodisch öffnende und achließende Absperrvortichtung 23 zugeschaltet ist. Ms Absperrvorrichtung 23 dient bevorzugt eine angetriebene Absperrscheibe, die den in Fig. 10 als kreisförmig angenommener Strömungsquerschnitt ganz 24 oder nur teilweise 25 ausfüllt, Der Antrieb der Absperrscheibe kann gleichförmig oder ungleichförmig erfolgen.
• Eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 9 ist in Fig. 11 dargestellt, jedoch ist hier der Tangentialzyklon 20 durch einen Axialzyklon 25 (Zyklon mit axialem Rohgaseintritt) ersetzt.
• 3. Fliehkraftentstaube r mit elektrostatischer Agglomerie reinrichtung und pulsierender Gasströmung Die Erfindung betrifft die Abscheidung von feindispersen Feststoffen aus Gasen wobei die Abscheidung durch Fliehkraftwirkung, durch elektrostatische Agglomeration und bei pulsierender Gas strömung erfolgt.
• Aufgabe: Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, feindisperse Stoffe durch die Wirkung elektrostatischer Anziehungs kräfte zwischen den Staubteilchen bei gleichzeitig pulsierender Gasströmung in Fliehkraftentstaubern wirksamer abzuscheiden.
• Lösung: Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient z. B. ein herkömmlicher axialer Fliehkraftentstauber, dem eine Ionisierungszone für die Aufladung der Staubteilchen eingebaut ist und - dem eine Vorrichtung zur Erzeugung einer pulsierenden Gasströmung vor- oder nachgeschaltet wird.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abscheidung von feindispersen Stoffen aus Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem elektrisch nichileitenden Gehäuse (Zyklonaußenrohr 1), Fig. 1, am unteren Teil ein dazu konzentrisches Reingasrohr 2 befindet, über welchem ein axiales Leitrad 3 aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff zur Erzeugung einer Umlaufbewegung der Gas strömung angeordnet ist und auf dessen Nabe ein Elektrodenhalter 10 mit einer Sprühelektrode 6 angeordnet ist, die von einer dazu konzentrisch angebrachten Ringelektrode r umgeben ist.

2. Vorrichtung wie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode 6 als Spitze 8 oder Stern 9, gemäß Fig. 2, ausgebildet ist.

3. Vorrichtung wie nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter 10 nicht auf der Nabe des axialen Leitrades 3, sondern an der Wandung des Zyklonaußenrohrs l, gemäß Fig. 3, befestigt ist.

4. Vorrichtung wie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lonisierungszone, bestehend aus Sprühelektrode 6 und Ringelektrode 7, gemäß Fig. 5, hinter dem axialen Leitrad 3 angeordnet ist.

5. Vorrichtung wie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zyklonaußenrohr 1, gezn Fig. 4, aus elektrisch leitendem Werkstoff gefertigt und mit einem tberzug 11 aus elektrisch nicbtleitendem Werkstoff unterhalb der Ionisierungszone 16 ausgekleidet ist und daß eine hochspannungsfeste Durchführung 12 oder ein auf der Rohrachse im gohgagatutzen herausgettlhrter (hier nicht eingezeich neter) Elektrodenhalter 10 die Sprühelektrode 6 aufnimmt,

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnest, daß die Ionisierungsvorrichtung mit Wechselspannung betrieben wird,

7. Vorrichtung wie nach Ansprüchen 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungszone, gemäß Fig, 6, aus zwei zueinander konzentrischen Zonen besteht, wobei die innere Ionisierungszone aus der Sprühelektrode 6 und der Ringelektrode 15 besteht, wäh -rend die äußere Ionisierungszone von den auf dem Umfang des Zyklonaußenrohres 1 angeordneten Sprühspitzen 13 und der Ringelektrode 15 gebildet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisie rungsvorrichtung mit Gleichspannung betrieben wird, wobei die innere und äußere Ionisierungszone entgegengesetzte Polarität haben.

9. Verfahren zur Abscheidung von feindispersen Stoffen aus Gasen.

dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung in Gasentstäubern bei einer Gasströmung mit künstlich erzeugter Pulsation stattfindet.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Gasentstauber, z. B. bei einem Tangentialzyklon,gemäß Fig. 8, eine periodisch öffnende und schließende Absperrvorrichtung 23 mit gleichförmigem oder ungleiebförmigem Antrieb auf der Rohgasseite 21 oder bevorzugt auf der Reingasseite 22 angebracht wird.

11. Vorrichtung wie nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasentstauber ein Axia1yk1on, gemäß Fig. 11, verwendet ford,

12. Vorrichtung zur Absperrung eines Rohrquerschnittes, gemäß Fig. 10, bestehend aus einer den Strömungsquerschnitt ganz 24 oder teilweise 25 ausfüllenden Absperrscheibe, die von einem drehzahlverstellbaren Antrieb 26 in Rotation versetzt wird.

13. Verfahren zur Abscheidung von feindispersen Stoffen aus Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheidung in Fliehkraftentstaubern eine elektrostatische Agglomeration der Staubteilchen überlagert wird und die Abscheidung bei einer Gasströmung mit künstlich erzeugter Pulsation stattfindet.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprüche 1 bis 8 gleichzeitig mit den Ansprüchen 9 bis 12 angewandt werden.

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