DE19650585A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Aufladung und Abtrennung schwierig abzuscheidender Partikel aus einem Gasfluid - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Aufladung und Abtrennung schwierig abzuscheidender Partikel aus einem GasfluidInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem mit Hilfe der elektrostatischen
Aufladung und Abscheidung schwierig abzuscheidende Partikel innerhalb eines oder
mehrerer Bereiche bzw. Felder aus einem Gasfluid entfernt werden und wobei nur eine
einzige Hochspannungsversorgungsquelle für dieses Hochspannungsfeld verwendet wird.
Dies gilt insbesondere für solche Partikel, die sich aufgrund ihrer physikalisch/
chemischen Beschaffenheit der ansonsten hocheffizienten Abscheidung in einem üblichen
nach dem Cottrell-Prinzip arbeitenden Elektrofilter teilweise oder überwiegend
entziehen.
Bei den nach dem sogenannten Cottrell-Prinzip arbeitenden Elektrofiltern erfolgt
bekanntlich Aufladung und Transport der abzuscheidenden Partikel sowie deren
Anlagerung an gegebenenfalls speziell geformte Niederschlagselektroden gleichzeitig in
einem elektrischen Feld, wobei die Partikel nach ausreichender Ansammlung bzw.
Agglomeration entweder durch mechanische Erschütterung (trockene Abreinigung) oder
durch Spülung (nasse Abreinigung) von der Niederschlagselektrode entfernt werden.
Nötigenfalls werden mehrere der vorbeschriebenen elektrischen Felder in Serie oder auch
parallel geschaltet, um die gewünschte Gesamt-Abscheideleistung zu erzielen.
Die Ursache für die Problematik schwierig abzuscheidender Partikel kann sowohl auf die
elektrischen Eigenschaften der Partikel zurückzuführen sein, die aufgrund ihrer
chemisch/physikalischen Beschaffenheit an den Niederschlagselektroden zu einer
isolierenden Schicht führen und/oder darauf, daß aufgrund der elektrischen
Strömungsturbulenz bzw. des sogenannten elektrischen Windes bei hoher Stromdichte
als Folge der Gasionisierung im Bereich zwischen den Auflade- und Abscheideelektroden
insbesondere der Anteil der Partikel im Kornbereich <10 µm zunehmend schwieriger an
die Niederschlagselektroden anzulagern ist. Dabei ist bekannt, daß als Folge der
physikalisch wirksamen Auflademechanismen, nämlich der sogenannten Stoß- oder
Feldaufladung und der Diffusionsaufladung, ein mehr oder minder ausgeprägtes
Minimum der Partikel-Fraktionsabscheideleistung auftritt. Um den Problemen
elektrischer Strömungsturbulenz infolge des elektrischen Windes zu begegnen, wurden
auch sogenannte 2-Stufen-Elektrofilter entwickelt, bei denen Aufladung und
Abscheidung der Partikel in nacheinander geschalteten getrennten elektrischen Feldern
erfolgen. Nachteile dieser Vorgehensweise sind gegeben durch die räumlich notwendige
Trennung der Stufen und deren unterschiedliche elektrische Hochspannungsversorgung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorbeschriebenen
Elektrofilter-Verfahren zu vermeiden und ein Verfahren zu entwickeln, bei dem mit Hilfe
nur einer Hochspannungsquelle in jedem elektrischen Feld eine effiziente Aufladung der
Partikel durchgeführt wird und in der Folge der Transport der aufgeladenen Partikel und
deren Abscheidung an die entgegengesetzt gepolten Abscheideelektroden bei
ausreichend hoher Feldstärke erfolgt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zu reinigenden Fluide innerhalb des
Hochspannungsfeldes nacheinander ionisiert und abgeschieden werden, wobei die
Feldstärke des Ionisierungsbereiches kleiner als die Feldstärke des Abscheidebereiches
ist.
Dies bedeutet, daß einem Bereich extremer Ionisierung mit entsprechend hoher
elektrischer Turbulenz bzw. elektrischem Wind quer zur Gasströmung ein weitestgehend
beruhigter praktisch laminarer Bereich - im wesentlichen ohne elektrische Turbulenz -
folgt, in welchem die Abscheidung der schwierig abzuscheidenden aufgeladenen Partikel
hocheffizient und ungehindert erfolgen kann.
Die effiziente Aufladung der Partikel wird bei einer angelegten Hochspannung
durchgeführt, die im nachfolgenden Abscheidebereich eine Feldstärke erzeugt, die für
den Transport und die Abscheidung der Partikel ausreichend ist.
Dies wird im Prinzip für verschiedene Elektrofilter-Ausführungsformen einerseits
dadurch realisiert, daß für eine Hochspannungsquelle im Ionisierbereich größere
geometrische Sprühabstände gegenüber der geerdeten Niederschlagselektrode eingestellt
werden als im Abscheidebereich, sowie andererseits dadurch, daß die Geometrien der
normalerweise negativ gepolten Sprühelektroden für Ionisier- und Abscheidebereich
entsprechend ihrer Aufgabenstellung unterschiedlich ausgeführt werden. So wird für den
Ionisierbereich eine hoch stromintensive Sprühelektrodenform gewählt, während für den
Abscheidebereich eine weitestgehend stromarme bzw. spannungsintensive
Sprühelektrodenform eingesetzt wird.
Gegebenenfalls können im Prinzip mehrere Abschnitte für Ionisierung und Abscheidung
innerhalb eines Elektrofilterfeldes angeordnet werden, wenn die einmalige Partikel-
Aufladung nicht ausreichend sein sollte.
Mehrere Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend
näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 das Partikel-Abscheideverhalten in einem Elektrofilter,
Fig. 2 eine schematische Übersichtsanordnung der Erfindung,
Fig. 3 eine weitere Übersichtsanordnung,
Fig. 4 ein Horizontalfeld mit einem Ionisierungsbereich,
Fig. 5 ein Horizontalfeld mit zwei Ionisierungsbereiche,
Fig. 6 ein Horizontalfeld mit gekühlten Niederschlagselektroden
im Ionisierungsbereich,
Fig. 7 ein Einfeld-Vertikalfilter.
Das erfindungsgemäße elektrische Abscheideverfahren ist in praktisch allen Elektrofilter-
Bauarten bzw. Ausführungsformen anwendbar.
Um eine möglichst hohe elektrische Feldstärke im Abscheidebereich zu erzielen, wird
deshalb für die Anwendung im horizontal durchströmten Elektrofilter die Nutzung von
mehr als einer benachbarten Filtergasse für den Ionisierbereich vorgeschlagen. Durch
diese Anordnung können die elektrischen Erfordernisse von Ionisierung und
Abscheidung mit Hilfe nur einer Hochspannungs-Versorgungseinheit je Filterfeld in
idealer Weise aufeinander abgestimmt werden.
Fig. 1 zeigt das Partikel-Abscheideverhalten in einem Elektrofilter. Als Folge der
physikalisch wirksamen Auflademechanismen, nämlich der sogenannten Stoß- oder
Feldaufladung und der Diffusionsaufladung, tritt ein mehr oder minder ausgeprägtes
Minimum der Partikel-Fraktionsabscheideleistung auf. Dies ist mit der dargestellten
Kurve deutlich zu erkennen.
Fig. 2 zeigt die Übersicht einer einzelnen Abscheidegasse mit einer vorangestellten
vergrößerten Ionisierungsgasse. Die benachbarten Gassen sind nicht dargestellt. An einer
Hochspannungsstromquelle 1 ist ein Hochspannungssystem 2 angeschlossen, das mit
stromintensiven Sprühelektroden 6 und spannungsintensiven bzw. stromarmen
Sprühelektroden 7 versehen ist. Die Sprühelektroden 6 befinden sich in einem
Ionisierungsbereich 4, der von Niederschlagselektroden 3 gebildet ist. Die
Sprühelektroden 7 befinden sich in einem Abscheidebereich 5, der von geerdeten
Niederschlagselektroden 3 gebildet ist. Mit 11 ist das gesamte Hochspannungsfeld
gekennzeichnet. Der Ionisierungsbereich 4 und der Abscheidebereich 5 sind geometrisch
dermaßen ausgebildet, daß die Sprühabstände im Ionisierungsbereich größer sind, als die
Sprühabstände im Abscheidebereich. In dem vergrößerten Ionisierungsbereich 4 wird
eine ausreichende Aufladung der Partikel erreicht, die dann in dem folgenden
Abscheidebereich 5 mit reduzierten Turbulenzen bzw. nahezu fehlendem elektrischen
Wind optimal abgeschieden werden.
Wenn die einmalige Partikelaufladung für eine optimale Abscheidung nicht ausreicht,
kann gemäß Fig. 3 dem Ionisierungsbereich 4 und dem Abscheidebereich 5 ein weiterer
Ionisierungsbereich 4a mit einem Abscheidebereich 5a nachgeschaltet werden.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines horizontal angeordneten Elektrofilters.
Hier sind innerhalb eines Filtergehäuses 8 mit der Erdung 12 mehrere Reihen
Niederschlagselektroden 3 vorgesehen, die im Abscheidebereich 5 mehrere
Abscheidegassen 13 bilden. In jede dieser Abscheidegassen sind spannungsintensive
Sprühelektroden 7 vorgesehen. In Strömungsrichtung der zu reinigenden Fluide gesehen,
sind jeweils einem Ionisierbereich 4 mit der stromintensiven Sprühelektrode 6 mit den
Sprühelektroden 7 zwei Abscheidegassen 13, nachgeschaltet. Punktierte Linien 14
deuten an, daß sich weitere Gassen 13 anschließen können.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wonach einem Ionisierungsbereich 4 drei
Gassen 13 nachgeschaltet sind. Hier wird also das Gas in einem Ionisierungsbereich
aufgeladen und in drei Gassen innerhalb des Abscheidebereiches 5 abgeschieden.
Außerdem zeigt dieses Ausführungsbeispiel, daß dem Ionisierungsbereich 4 ein weiterer
Ionisierungsbereich 4a mit einem Abscheidebereich 5a nachgeschaltet ist.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Ionisierungsbereich 4, bei dem die
geerdeten Niederschlagselektroden 9 als Hohlkörper dargestellt sind, die von einem
Kühlmittel 10 durchströmt werden. Mit dieser Kühlung wird eine Rückionisierung
aufgrund eines extremen elektrischen Partikelwiderstandes vermieden.
Fig. 7 zeigt das Ausführungsbeispiel eines vertikalen Einfeld-Röhrenfilters. Hier sind
zwischen einem Eintrittsgehäuse 15 und einem Austrittsgehäuse 16 mehrere Rohre 17
vorgesehen, die im Eingangsbereich einen vergrößerten Querschnitt 18 aufweisen. An
der Hochspannungs-Stromversorgung 1 ist über einen Isolator 19 das
Hochspannungssystem 2 angeschlossen. Der erweiterte Rohrquerschnitt 18 bildet mit
den stromintensiven Sprühelektroden 6 den Ionisierungsbereich 4 und die Rohre 17
bilden mit den spannungsintensiven Sprühelektroden 7 den Abscheidebereich 5. Die
Rohre 17 mit dem erweiterten Querschnitt 18 bilden gleichzeitig die geerdeten
Niederschlagselektroden.
Mit den Ausführungsbeispielen ist das Wesen der Erfindung deutlich aufgezeigt, nämlich
innerhalb eines Hochspannungsfeldes 11 mit nur einer Hochspannungsstromquelle 1 in
einem vergrößerten Ionisierbereich 4 eine optimale Aufladung zu erreichen und dann in
den nachfolgenden kleineren Einzelgassen die Partikel aus dem zu reinigenden Fluid
abzuscheiden.
Claims (9)
1. Verfahren, bei dem mit Hilfe der elektrostatischen Aufladung und Abscheidung
schwierig abzuscheidende Partikel innerhalb eines oder mehrerer Bereiche bzw.
Felder aus einem Gasfluid entfernt werden und wobei nur eine
Hochspannungsversorgungsquelle für diese Hochspannungszone verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Fluide innerhalb der
Hochspannungsfelder nacheinander ionisiert und abgeschieden werden, wobei die
Feldstärke des Ionisierungsbereiches kleiner als die Feldstärke des
Abscheidebereiches ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluide innerhalb des
Hochspannungsfeldes zwei- oder mehrmals nacheinander ionisiert und
abgeschieden werden.
3. Verfahren nach den Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu
reinigenden Fluide in einer vergrößerten Gasse ionisiert und danach in zwei oder
mehreren anschließenden Gassen abgeschieden werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
geerdeten Elektroden des Ionisierungsbereiches gekühlt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, mit
einem elektrostatisch arbeitenden Filter, mit einer
Hochspannungsstromversorgung, mit Gassen bildenden Niederschlagselektroden
und darin vorgesehenen Sprühelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder
mehreren Gassen für die Abscheidung eine Gasse für die Ionisierung vorgeschaltet
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem
Hochspannungsfeld der Ionisierbereich mit einem größeren geometrischen
Sprühabstand gegenüber der geerdeten Niederschlagselektrode eingestellt ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Geometrie der normalerweise negativ gepolten Sprühelektroden für Ionisier- und
Abscheidebereich unterschiedlich ausgeführt sind, wobei für den Ionisierbereich
eine hochstromintensive Sprühelektrodenform und für den Abscheidebereich eine
weitestgehend stromarme bzw. spannungsintensive Sprühelektrodenform
eingesetzt ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem
Feld mehrere Ionisierungs- und Abscheidebereiche in Flußrichtung der Fluide
hintereinander angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Niederschlagselektroden des Ionisierungsbereiches gekühlt sind.
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