DE19613720C2 - Staubabscheidevorrichtung und Verfahren zum Staubabscheiden für einen Elektrofilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Staubabscheidevorrichtung und ein Verfahren zum Staubabscheiden für einen Elektrofilter nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 14.

Eine Staubabscheidevorrichtung ist aus der DE 31 49 469 A1 bekannt. Diese Vorrichtung besteht aus aufrecht gespannten Wolframdrähten als Sprühelektrode und in Strömungsrichtung im Abstand hiervon errichteten aus Lamellen bestehenden Niederschlagselektroden. Zur Reinigung der Niederschlagselektroden ist ein in Länge der Elektrode sich erstreckendes achsparalleles quer in der Elektrodenebene verschiebbares Verteilerrohr angeordnet. Dieses Verteilerrohr ist mit Düsen versehen, welche mit Druckluft beaufschlagbar sind. Sobald der abgeschiedene Staub eine bestimmte Schichtdicke erreicht hat und eine Reinigung erforderlich ist, wird ein Reversiermotor zur Bewegung des Verteilerrohres eingeschaltet und Druckluft über die Düsen in scharfem Strahlkegel in die Luftdurchtrittsspalte zwischen den Niederschlagselektroden geblasen. In dem nachfolgenden verschlossenen Kammerabschnitt werden die mitgerissenen Staubteilchen durch Aufprall an Klappen abgebremst. Dabei ist der Reinigungsgrad von der Entfernung des Verteilerrohres von den Niederschlagselektroden abhängig, so daß unter Umständen der Druckluftstrahl nicht ausreicht, um auch die weiter entfernt liegenden Bereiche der Niederschlagselektroden ausreichend zu reinigen. Außerdem weist der Luftkegel nur einen geringen Winkel gegenüber der längs sich erstreckenden Wandfläche der Niederschlagselektrode auf, so daß der Abstreifeffekt nur gering ist und ein etwas fest haftender Staub nicht oder nur unvollkommen ablösbar ist.

Da sich die Reinigungsvorrichtung vor dem elektrischen Feld befindet, kann nur ein kurzer Abschnitt des Niederschlagsfeldes (in Strömungsrichtung gesehen) gereinigt werden, so daß dieses Verfahren für längere Niederschlagsfelder ungeeignet ist. Außerdem muß für die Reinigung der Absaugprozeß unterbrochen werden, so daß dieses Verfahren industriell nur bedingt einsetzbar ist. Der Reinigungsprozeß ist zeitaufwendig, da die Reinigungsvorrichtung bewegt und positioniert werden muß, um jede Gasse abzureinigen. Damit ist das Verfahren für größere Anlagen ungeeignet.

In der DE-PS 4 48 690 ist ein Verfahren zur Elektrodenreinigung bei elektrischen Gasreinigern offenbart. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß sowohl für die als Hohlraumelektrode ausgebildete Sprühelektrode als auch für die ebenfalls als Hohlraumelektrode ausgebildete Niederschlagselektrode pulsierend Gas in die Elektrode ein- bzw. aus ihr ausgeführt wird. Dazu ist in der jeweiligen Hohlelektrode ein Kolbenelement angeordnet, daß relativ zur Elektrode bewegt wird, wobei wahlweise entweder das Kolbenelement oder die Elektrode mit einem feststehenden Isolator verbunden ist. Durch die Relativbewegung wird abwechselnd Über- und Unterdruck erzeugt, so daß der Staub zuerst fest an die Elektrode angesaugt wird, wobei er seine Gashülle und Ladung verliert und anschließend bei Umkehrung des Gasstromes abgeblasen wird. Bei diesem Verfahren kann je nach Porengröße beim Ansaugen Staub in die Hohlelektrode gelangen, der schwer wieder zu entfernen ist. Außerdem ist durch die zylindrische Ausbildung der Hohlelektrode die in Gasströmung liegende Erstreckung sehr gering, so daß bei entsprechendem zu reinigendem Gasaufkommen die Anzahl der anzuordnenden Hohlelektroden sehr hoch ist. Die Relativbewegung zwischen Kolbenelement und Hohlelektrode verursacht entsprechenden Verschleiß, der eine mit einem nicht zu vernachlässigenden Aufwand erforderliche Demontage und Austausch bedeutet. Das vorgeschlagene Verfahren ist allenfalls für Laborzwecke verwendbar, industriell aber nicht verwertbar.

Die DD 1 15 857 zeigt eine Sprüheinrichtung für Elektroabscheider. Diese ist als Hohlelektrode ausgebildet mit Austrittsöffnungen zum Durchtritt des Spülmediums. Dieses Verfahren erfordert einen hohen Verbrauch an Spülmedium, da die Spülung während der gesamten Reinigungsphase erfolgt. Gleichzeitig wird die Spülung als Kühlung benutzt. Der aufzubringende Spülstrom ist hoch, da die Abstandsbereiche zwischen zwei benachbarten Öffnungen vom Spülstrom miterfaßt werden müssen. Die große Spülluftmenge, die kontinuierlich strömt, breitet sich punktuell und über das ganze Feld aus und der jeweilige Luftstrahl wirbelt den Staub auf den Niederschlagselektroden auf, so daß dadurch der Abscheidevorgang stark beeinträchtigt wird. Der Staub auf dem Sprühelektrodenrahmen (Schaft) kann nicht entfernt werden, lagert sich ab und wird verkrusten, je nach chemischer Zusammensetzung des Staubes sogar zementieren. Die Staubablagerungen werden zudem nach kurzer Zeit die Spülluftöffnungen überdecken und das elektrische Feld bricht zusammen. Wird das Spülmedium zum Kühlen der Elektroden eingesetzt, kann es an den Elektrodenoberflächen zu örtlichen Taupunktunterschreitungen (Wasser- oder Säuretaupunkt) kommen. Dies ist häufig der Fall, wenn Betriebsstörungen auftreten. Die zuvor erwähnte Überdeckung der Spülluftöffnungen wird dann beschleunigt einsetzen. Zur Beseitigung des an den Niederschlagselektroden anhaftenden Staubes gibt es in dieser Schrift keine Aussage.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Staubabscheidevorrichtung für einen Elektrofilter anzugeben, die unabhängig von der Länge des Filters und vom Bindegrad des Staubes mit einem hohen Wirkungsgrad gut zu reinigen ist.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren zur Staubabscheidung anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit den, in den Patentansprüchen 1 bzw. 14 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist sowohl die Sprüh- als auch die Niederschlagselektrode als Hohlraum-Elektrode ausgebildet, wobei die Hohlräume beider Elektroden mit mindestens je einem Anschluß für ein unter Druck stehendes Fluid versehen sind. Im Regelfall ist das Fluid Druckluft, es kann aber z. B. ebenso auch Wasser oder ein reaktives Medium wie z. B. NH₃ sein. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik streicht das Fluid also nicht außen parallel zur Wand der Niederschlagselektrode entlang, sondern wird vom Hohlraum aus, d. h. von innen heraus in Dickenrichtung durch den Abscheidekörper gedrückt, so daß die darauf abgelagerte Staubschicht quasi von der Oberfläche weggedrückt wird. Dies hat den Vorteil, daß bei entsprechend guter Verteilung des Fluids im Hohlraum die Elektrode über die gesamte Querschnittsfläche auf beiden Seiten gleichmäßig gereinigt wird. Damit ist unabhängig von der Länge des Elektrofilters ein guter Wirkungsgrad für die Reinigung gewährleistet. Eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Fluids kann man beispielsweise durch eine entsprechende Perforation des Lochbleches der Hohlraumelektroden erreichen. Im Bereich der Anschlußleitungen wird die Öffnungsgröße geringer gewählt, im weiter entfernt liegenden Bereich größer. Eine andere Möglichkeit besteht darin, im Hohlraum ein vom Abzweig bis sich in den Bodenbereich der Elektrode erstreckendes Rohr anzuordnen, das auf seiner Mantelfläche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Die Anschlußleitung kann oberhalb und 1 oder unterhalb der Elektrode angeordnet sein, vorzugsweise wird sie parallel zur Elektrode liegen. In Sonderfällen kann es auch vorteilhaft sein, mehrere parallel liegende Anschlußleitungen vorzusehen, um unterschiedliche Fluide gleichzeitig oder zeitversetzt transportieren zu können. Der Querschnitt der Anschlußleitungen wird der Größe der Querschnittsfläche der Elektrode angepaßt, ebenso die Anzahl der davon sich erstreckenden Abzweige. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß durch den erfindungsgemäßen Druckimpuls, vergleichbar wie beim mechanischen Abklopfen, mittels der Druckspitze die sich abgelagerte Staubschicht bzw. der Filterkuchen quasi von innen heraus abgeschlagen wird. Im Regelfall weisen die Niederschlagselektroden ebene Flächen für den Abscheidekörner auf. Sie können aber auch gewölbt (konkav) sein, wobei die Krümmungsachse senkrecht zur Gasströmung liegt. Hierdurch wird vor dem jeweiligen Abscheidekörper eine nahezu strömungsfreie Zone aufrechterhalten, wodurch ein Mitreißen von bereits abgeschiedenen Partikeln verhindert werden kann.

In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles die erfindungsgemäße Staubabscheidevorrichtung sowie das Verfahren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 In einer perspektivischen Darstellung als Prinzip einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Elektrofilters,

Fig. 2 im Querschnitt eine Sprühelektrode,

Fig. 3 im Querschnitt eine Niederschlagselektrode,

Fig. 4 im Querschnitt eine Niederschlagselektrode mit Verteilungsrohr.

In Fig. 1 ist in einer perspektivischen Darstellung als Prinzip ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Elektrofilters wiedergegeben. Es besteht aus plattenförmig ausgebildeten Niederschlagselektroden 1, 1′, 2, 2′, die im Abstand voneinander parallel zueinander angeordnet sind. Je nach benötigter Länge des Elektrofilters sind mehrere solcher plattenförmiger Niederschlagselektroden in Reihe geschaltet. bzw. übereinander angeordnet. Mittig zwischen den Niederschlagselektroden 1, 1′, 2, 2′ sind Sprühelektroden 3, 3′ angeordnet. Beide Elektroden sind unabhängig voneinander an je eine Druckluftleitung 4 bis 6 angeschlossen, die mindestens einen oder auch mehrere Abzweige 7, 8, 13 zu den Elektroden aufweist. Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, sind beide Elektroden, d. h. die Sprühelektrode 3, 3′ als auch die Niederschlagselektroden 1, 1′, 2, 2′ erfindungsgemäß als Hohlraum-Elektroden ausgebildet. Die Niederschlagselektroden 1, 1′, 2, 2′ weisen einen als rechteckigen Rahmen ausgebildeten Stützkörper 10 auf, der zwei parallel im Abstand zueinander angeordnete Lochbleche 11, 11′ umfaßt. An der oben liegenden Seite des Rahmens ist mindestens eine Öffnung 12′ vorgesehen, die mit dem Abzweig 7 verbindbar ist. Die Sprühelektrode weist einen zylindrisch geformten Stützkörper 9 auf, der den hülsenförmig ausgebildeten Lochblechkörper 18 einfaßt. An der oben liegenden Seite des Stützkörpers 9 ist eine Öffnung 12 vorgesehen, die mit dem Abzweig 13 verbindbar ist. Der Querschnitt der zuführenden Druckluftleitung 4 bis 6 richtet sich im wesentlichen nach der Größe der Querschnittsfläche der zu reinigenden Elektrode. Auf den Lochblechen 11, 11′, 18 sind die eigentlichen Abscheidekörper 14, 14′, 19 befestigt. Der Abscheidekörper besteht aus porösem, stromleitfähigem Material, z. B. aus feinstperforiertem Blech, aus Metallgewebe oder gesintertem Material. Die Sprühelektrode 3, 3′ kann zusätzlich mit Sprühspitzen 15 versehen werden, die sich durch das Niederschlagselement 19 erstrecken und mit dem Lochblech 18 verbunden sind. Zwecks Reinigung des Innenraumes der Elektroden 1, 1′, 2, 2′, 3, 3′ sind im unteren Teil des Stützkörpers 9, 10 Öffnungen 17, 17′ vorgesehen.

Das zu reinigende Gas strömt, wie in Fig. 1 als Pfeil 16 gekennzeichnet, parallel zu den Elektroden 1, 1′, 2, 2′. Dies hat zur Folge, daß in Strömungsrichtung 16 gesehen der Grad der Staubabscheidung unterschiedlich ist. Aus diesem Grunde wird weiterbildend vorgeschlagen, die Elektroden 1, 1′, 2, 2′ in Strömungsrichtung 16 gesehen in Zonen zu unterteilen, so daß in Abhängigkeit vom Abscheidegrad die Reinigung entsprechend erfolgen kann. Anders ausgedrückt wird man in der Zone mit einem hohen Abscheidegrad häufiger eine Reinigung der Elektrode durchführen als in Zonen mit geringerem Staubanfall.

Fig. 4 zeigt im gleichen Querschnitt wie Fig. 3 eine Variante einer Niederschlagselektrode 20, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet worden sind. Um eine günstige Verteilung des über die Leitung 4 zugeführten Fluids im Innenraum der Elektrode 20 zu erreichen, erstreckt sich von der Öffnung 12′ bis in den Bodenbereich ein unten verschlossenes Rohr 21. Die Mantelfläche des Rohres 21 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 22 versehen, so daß sich das zugeführte Fluid über den gesamten Innenraum verteilen kann. Die Pfeile 23 sollen diese Verteilung verdeutlichen. Vergleichbar wie bei den Lochblechen ist es auch hier möglich, entsprechend den Druckverhältnissen im Rohr 21 die Größe der Öffnungen 22 diesen anzupassen.

Claims (17)

1. Staubabscheidevorrichtung für einen Elektrofilter zur Reinigung von heißen Abgasen bestehend aus mindestens einer als Hohlraum-Elektrode ausgebildeten Sprühelektrode (3, 3′) und aus plattenartig ebenfalls als Hohlraum-Elektrode ausgebildeten Niederschlagselektroden (1, 1′, 2, 2′), deren Wände parallel oder axial zur Gasströmung (16) liegen und in festgelegten Zeitabständen der auf den Wänden sich ablagernde Staub mittels eines von innen nach außen einwirkenden und unter Druck setzbaren Fluids entfernbar ist, wobei die Hohlräume beider Elektroden (1, 1′, 2, 2′, 3, 3′) mit mindestens je einem Anschluß verbunden ist, der aus mindestens einer oberhalb und/oder unterhalb der Elektroden (1, 1′, 2, 2′, 3, 3′) angeordneten Leitung (4, 5, 6) mit mindestens einem im Hohlraum mündenden Abzweig (7, 8, 13) besteht.

2. Staubabscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (4, 5, 6) parallel zu den Elektroden (1, 1′, 2, 2′, 3, 3′) angeordnet sind.

3. Staubabscheidevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel zu den Elektroden (1, 1′, 2, 2′, 3, 3′) liegende Anschlußleitungen vorgesehen sind.

4. Staubabscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsquerschnitt der Anschlußleitungen (4, 5, 6) der Größe der Querschnittsfläche der Elektrode (1, 1′, 2, 2′, 3, 3′) angepaßt ist und für die Sprühelektrode (3, 3′) geringer ist als für die Niederschlagselektrode (1, 1′, 2, 2′).

5. Staubabscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlags-Elektrode (1, 1′, 2, 2′) ein rechteckiges Rahmenelement als Stützkörper (10) aufweist, welches zwei im Abstand voneinander liegende Lochbleche (11, 11′) umfaßt, deren jeweilige Außenseite mit dem eigentlichen Abscheidekörper (14, 14′) aus porösem, stromleitfähigen Material belegt ist und das Rahmenelement mindestens eine im Hohlraum mündende Öffnung (12′) aufweist, die mit dem Leitungsabzweig verbunden ist.

6. Staubabscheidevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochbleche (14, 14′) parallel zueinander angeordnet sind.

7. Staubabscheidevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochbleche eine konkav gekrümmte Kontur aufweisen, wobei die Krümmungsachse senkrecht zur Gasströmung (16′) liegt.

8. Staubabscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlags-Elektrode zwei im Abstand voneinander liegende feinstperforierte Lochbleche aufweist, die sowohl die Funktion als Stütz- als auch als Abscheidekörper übernehmen.

9. Staubabscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode (3, 3′) einen zylindrisch geformten Lochblechkörper (18) aufweist, dessen Außenseite mit dem eigentlichen Abscheidekörper (19) belegt ist und die Sprühelektrode (3, 3′) eine in den Hohlraum mündende Öffnung (12) aufweist, die mit dem Leitungsabzweig (13) verbunden ist.

10. Staubabscheidevorrichtung nach Anspruch 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum der Elektrode (1, 1′, 2, 2′, 3, 3′) mit mindestens einer für den Abzug des im Innenraum niedergeschlagenen Staubes geeigneten Öffnung (17, 17′) versehen ist.

11. Staubabscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 5-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochblech (11, 11′, 18) eine unterschiedliche Perforation aufweist.

12. Staubabscheidevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforation des Lochbleches (11, 11′, 18) im Bereich der Anschlußleitung (4, 5, 6) eine geringere Öffnungsgröße aufweist als der weiter von der Anschlußleitung (4, 5, 6) entfernt liegende Bereich.

13. Staubabscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlraum der Elektrode (20) vom Abzweig (7) sich ein mit Öffnungen (22) versehenes Rohr (21) bis in den Bodenbereich erstreckt.

14. Verfahren zum Staubabscheiden für einen Elektrofilter mit einer Staubabscheidevorrichtung gemäß Anspruch 1, bei dem sowohl auf die Sprühelektrode als auch die Niederschlagselektrode zeitgetaktet ein Druckimpuls eines Fluids aufgegeben wird, dessen Druckstoß von innen nach außen in Dickenrichtung der Elektrode gerichtet ist, wobei die Druckaufgabe mit unterschiedlichen Fluiden zeitgleich oder zeitversetzt erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckaufgabe in Zonen unterteilt erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Wasser ist.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein reaktives Medium ist.