DE19650585C2 - Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Aufladung und Abtrennung schwierig abzuscheidender Partikel aus einem Gasfluid - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung bei denen mit Hilfe der elektrostatischen Aufladung und Abscheidung mittels einer Hochspannungsversorgung für eine Hochspannungszone schwierig abzuscheidende Partikel aus einem Gasfluid entfernt werden. Die Partikel werden innerhalb der Hochspannungszone nacheinander ionisiert und abgeschieden und sowohl im Ionisierungsbereich als auch im Abscheidebereich durch nur an einer Hochspannungsversorgungsquelle angeschlossenen negativen Sprühelektroden ionisiert und abgeschieden. Dabei ist die Feldstärke des Ionisierungsbereiches kleiner als die Feldstärke des Abscheidebereiches.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrostatischen Aufladung und Abscheidung schwierig abzuschei­ dender Partikel aus einem Gasfluid nach den Oberbegriffen der Pa­ tentansprüche 1 bzw. 5.

Bei den nach dem sogenannten Cottrell-Prinzip arbeitenden Elektro­ filtern erfolgt bekanntlich Aufladung und Transport der abzuschei­ denden Partikel sowie deren Anlagerung an gegebenenfalls speziell geformte Niederschlagselektroden gleichzeitig in einem elektrischen Feld, wobei die Partikel nach ausreichender Ansammlung bzw. Ag­ glomeration entweder durch mechanische Erschütterung (trockene Abreinigung) oder durch Spülung (nasse Abreinigung) von der Nie­ derschlagselektrode entfernt werden. Nötigenfalls werden mehrere der vorbeschriebenen elektrischen Felder in Serie oder auch parallel geschaltet, um die gewünschte Gesamt-Abscheideleistung zu erzie­ len.

Die Ursache für die Problematik schwierig abzuscheidender Partikel kann sowohl auf die elektrischen Eigenschaften der Partikel zurück­ zuführen sein, die aufgrund ihrer chemisch/physikalischen Beschaf­ fenheit an den Niederschlagselektroden zu einer isolierenden Schicht führen und/oder darauf, dass aufgrund der elektrischen Strömungs­ turbulenz bzw. des sogenannten elektrischen Windes bei hoher Stromdichte als Folge der Gasionisierung im Bereich zwischen den Auflade- und Abscheideelektroden insbesondere der Anteil der Parti­ kel im Kornbereich < 10 µm zunehmend schwieriger an die Nieder­ schlagselektroden anzulagern ist. Dabei ist bekannt, dass als Folge der physikalisch wirksamen Auflademechanismen, nämlich der so­ genannten 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 geschalte­ ten getrennten elektrischen Feldern erfolgen. Die räumlich notwendi­ ge Trennung der Stufen und deren unterschiedliche elektrische Hochspannungsversorgung ist dabei problematisch.

Die Erfindung betrifft einen elektrostatisch arbeitenden Abscheider zum Entstauben von Industrieabgasen. Der erfindungsgemäße Abscheider arbeitet mit einem negativen Sprühsystem. Aus dem Stand der Technik sind Luftfilter für die Reinigung von Atemluft bekannt, die für Haushalte, Lokale und Hörsäle bestimmt sind. Für derartige Luft­ filter sind vollständig andere Voraussetzungen als für große Indus­ trie-E-Filter zu erfüllen. Folglich sind Luftfilter und Industriefilter nicht miteinander vergleichbar.

Es sind Luftfilter bekannt (DE-OS 20 28 153 bzw. Haustechnische Rundschau, Heft 5, 1971, Seite 131), die jeweils mit einem positiven Sprühsystem und zwei Hochspannungen arbeiten. Beide Luftfilter weisen einen Gleichrichter mit zwei Ausgängen für die Ionisierung und Abscheidung auf. Die Feldstärken bei den bekannten Luftfiltern sind im Ionisierungs- und Abscheidebereich gleich, aber mit unterschiedlichen Spannungspo­ tentialen versehen. Beide Bereiche müssen voneinander elektrisch isoliert ausgeführt werden. Außerdem sind bei den bekannten Filtern im Ionisierungsbereich positive Sprühelektroden vorgesehen, die ei­ ne moderate Ionisierung bewirken.

Mit den bekannten Luftfiltern können nur Feinstpartikel abgeschieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Probleme der vorbe­ schriebenen 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 durch­ geführt wird und in der Folge der Transport der aufgeladenen Partikel und deren Abscheidung an die entgegengesetzt gepolten Abschei­ deelektroden bei ausreichend hoher Feldstärke erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 5 angege­ benen Merkmaie gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4 bzw. 6 bis 9.

Dies bedeutet, dass einem Bereich extremer Ionisierung mit entspre­ chend hoher elektrischer Turbulenz bzw. elektrischem Wind quer zur Gasströmung ein weitestgehend beruhigter praktisch laminarer Be­ reich - im wesentlichen ohne elektrische Turbulenz - folgt, in wel­ chem die Abscheidung der schwierig abzuscheidenden aufgelade­ nen Partikel hocheffizient und ungehindert erfolgen kann.

Die effiziente Aufladung der Partikel wird bei einer angelegten Hoch­ spannung durchgeführt, die im nachfolgenden Abscheidebereich ei­ ne Feldstärke erzeugt, die für den Transport und die Abscheidung der Partikel ausreichend ist.

Dies wird im Prinzip für verschiedene Eleltrofilter-Ausführungsformen einerseits dadurch realisiert, dass für eine Hochspannungsquelle im Ionisierungsbereich größere geometrische Sprühabstände gegen­ über der geerdeten Niederschlagelektrode eingestellt werden als im Abscheidebereich, sowie andererseits dadurch, dass die Geometrien der normalerweise negativ gepolten Sprühelektroden für Ionisier- und Abscheidebereich entsprechend ihrer Aufgabenstellung unterschied­ lich ausgeführt werden. So wird für den Ionisierbereich eine hoch stromintensive Sprühelektrodenform gewählt, während für den Ab­ scheidebereich eine weitestgehend stromarme bzw. spannungsin­ tensive Sprühelektrodenform eingesetzt wird.

Gegebenenfalls können im Prinzip mehrere Abschnitte für Ionisie­ rung und Abscheidung innerhalb eines Elektrofilterfeldes angeordnet werden, wenn die einmalige Partikel-Aufladung nicht ausreichend sein sollte.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung 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 Oionisierungsbereich,

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 mittels einer Hochspannungsversorungsquelle für eine Hochspannungszone schwierig abzuscheidende Parti­ kel aus einem Gasfluid entfernt werden, wobei die Partikel in­ nerhalb der Hochspannungszone nacheinander ionisiert und abgeschieden werden und der Ionisierungsbereich mit einem größeren geometrischen Sprühabstand gegenüber der Nieder­ schlagselektrode im Abscheidebereich eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abscheidung von Stäu­ ben aus Industriegasen die Partikel aus dem Gasfluid sowohl im Ionisierungsbereich als auch im Abscheidebereich durch zu­ sammenhängende, an nur einer Hochspannungsversorgungs­ quelle mit nur einem Ausgang angeschlossenen negativen Sprühelektroden ionisiert und abgeschieden werden, wobei die Feldstärke des Ionisierungsbereiches kleiner als die Feldstärke des Abscheidebereiches ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Partikel aus dem Fluid innerhalb einer Hochspannungszone in einer Art Reihenschaltung zwei oder mehrmals nacheinander ionisiert und abgeschieden werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Partikel der zu reinigenden Fluide in einer vergrößerten Gasse mit einer kleineren Feldstärke ionisiert und danach in zwei oder mehreren anschließenden Gassen mit grö­ ßerer Feldstärke abgeschieden werden, wobei die Feldstärken umgekehrt proportional zu den Sprühabständen sind.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die geerdeten Elektroden des Ionisierungsberei­ ches gekühlt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 bis 4, in einem elektrostatisch arbeitenden Filter mit einer Hochspannungszone, die eine Ionisierungs- und einen nachgeschalteten Abscheidebereich aufweist, wobei der Ionisierungsbereich mit einem größeren geometrischen Sprühabstand gegenüber der Niederschlagselektrode ausgebildet ist, gekenn­ zeichnet durch ein Filter zum Abscheiden von Stäuben aus In­ dustriegasen, wobei das Filter ein oder mehrere Hochspan­ nungszonen aufweist, wobei jede dieser Zonen mit einer Hoch­ spannungsversorgungsquelle versehen ist, und wobei sowohl der Ionisierungsbereich (4) als auch der Abscheidebereich (5) jeweils mit negativen Sprühelektroden (6, 7) versehen sind, die zusammenhängend an einer Hochspannungsversorgungsquelle (1) mit nur einem Ausgang angeschlossen sind und dabei im Io­ nisierungsbereich (4) der geometrische Sprühabstand von den Sprühelektroden (6) zu den Niederschlagselektroden (3) größer ist als der geometrische Sprühabstand von den Sprühelektro­ den (7) zu den Niederschlagselektroden (3) im Abscheidebe­ reich (5).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehreren Gassen (13) für die Abscheidung eine Gasse für die Ionisierung vorgeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geometrien der negativ gepolten Sprühelek­ troden (6 + 7) für den Ionisier- (4) und den Abscheidebereich (5) unterschiedlich ausgeführt sind, wobei für den Ionisierbereich (4) hochstromintensive Sprühelektrodenformen (6) und für den Ab­ scheidebereich (5) weitestgehend stromarme bzw. spannungsin­ tensive Sprühelektrodenformen (7) eingesetzt sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einer Hochspannungszone mehrere Ioni­ sierungs- (4, 4a) und Abscheidebereiche (5, 5a) in Fließrichtung der Fluide hintereinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Niederschlagselektroden (9) des Ionisie­ rungsbereiches (4) mit Kühlkammern (10) versehen sind.