DE19751984A1 - Verfahren zum Reinigen einer Abscheideelektrode eines Elektrofilters - Google Patents
Verfahren zum Reinigen einer Abscheideelektrode eines ElektrofiltersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen einer
Abscheideelektrode eines Elektrofilters, mit dem
Verunreinigungen aus einem Gasstrom abgeschieden werden.
Es ist seit langem bekannt, Gase, vor allem aus
Verbrennungsanlagen, in Elektrofiltern zu entstauben. Dabei
werden unter optimalen Bedingungen Abscheidegrade von über
99.9% erreicht. Da Energiebedarf und Druckverlust sehr
niedrig liegen, werden Elektrofilter vor allem zur Reinigung
großer Gasmengen eingesetzt.
In üblichen Elektrofiltern werden die zu entstaubenden Gase
durch Filtergasse von etwa 30 bis 40 cm Breite geleitet. Die
Filtergasse ist dabei im allgemeinen beiderseits von
plattenförmigen Abscheideelektroden begrenzt. Etwa mittig
zwischen diesen Abscheideelektroden sind drahtförmige
Koronaelektroden angeordnet. Zwischen Koronaelektroden und
Abscheideelektroden wird eine Gleichspannung angelegt, die von
kurzen Spannungspulsen gleicher Polung überlagert ist. Die
Koronaelektroden liegen dabei auf negativem Potential, die
beiden Abscheideelektroden auf demselben positiven Potential.
Während der Spannungspulse bilden sich in der Regel an den
drahtförmigen Koronaelektroden durch das inhomogene Feld
sogenannte Koronaentladungen. Diese Entladungen erzeugen
negative Ladungsträger, die sich an die in der Gasse
strömenden Staubpartikel anlagern. Die so geladenen
Staubpartikel wandern unter dem Einfluß des elektrischen
Feldes zu den positiven Abscheideelektroden, wo sie sich als
Filterstaub anlagern. Nach einiger Zeit bildet sich an den
Abscheideelektroden ein Staubkuchen, der in regelmäßigen
Abständen abgelöst werden muß. Dies geschieht etwa dadurch,
daß die Abscheideelektroden mechanisch in Schwingung versetzt
werden (Klopfung). Alternative Reinigungsmethoden beruhen auf
dem Abbürsten bewegter Elektrodenteile oder dem Einsatz von
Ultraschallquellen. Der abgelöste Staubkuchen fällt in eine
Sammelrinne, aus der er z. B. mittels einer Schnecke
abtransportiert wird. Eine Filteranordnung des beschriebenen
Aufbaus ist z. B. aus der Broschüre S. Matts, "Fläkt
Electrostatic Precipitators" der ABB Asea Brown Boweri,
bekannt.
Bei gattungsgemäßen Elektrofiltern treten bestimmte typische
Schwierigkeiten auf. Eine davon ist das sogenannte
Rücksprühen. Vor allem bei hochohmigen Filterstäuben mit einem
spezifischen Widerstand ρ ≧ 1010 Ω cm, wie sie etwa bei der
Verbrennung schwefelarmer Kohle entstehen, treten in der
angelagerten Staubschicht sehr hohe Feldstärken auf. Diese
können zu Durchschlägen im Staubkuchen und damit zur Bildung
positiver Ionen führen. Die positiven Ionen neutralisieren
einen Teil der negativ geladenen Teilchen in der Filtergasse
und führen zu einer reduzieren Abscheideleistung des
Elektrofilters.
Eine gute Reinigung der Abscheideelektroden verzögert das
Einsetzten des nachteiligen Rücksprühens. Der Aufwand für das
in bekannten Elektrofiltern eingesetzte mechanische Klopfen
der Abscheideelektroden ist jedoch recht hoch. Darüber hinaus
macht die mechanische Klopfung auch weitergehende Maßnahmen
bei der Konstruktion der Elektroden notwendig, damit diese den
beträchtlichen mechanischen Belastungen standhalten.
Hier setzt die Erfindung an. Es soll ein Verfahren zum
Reinigen der Abscheideelektroden eines Elektrofilters
geschaffen werden, das die genannten Nachteile vermeidet,
insbesondere die mechanischen Belastung der Elektrodenplatten
reduziert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das
Verfahren zum Reinigen einer Abscheideelektrode eines
Elektrofilters des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zum Reinigen einer
Abscheideelektrode eines Elektrofilters die an der
Abscheideelektrode angelagerte Staubschicht durch kurze, in
den normalen Betrieb eingeschobene Reinigungs-Spannungspulse
zumindest teilweise von der Abscheideelektrode gelöst. Die
übliche mechanische Beanspruchung der Elektrode entfällt
somit. Dies bedeutet eine signifikante Erleichterung bei der
Konstruktion der Elektrodenplatten und bedingt deutliche
Verbesserungen im Hinblick etwa auf Gewicht,
Materialanforderungen und Wartungsfreundlichkeit.
Bevorzugt wird der Elektrofilter im normalen Betrieb mit einer
in der Höhe veränderbaren Gleichspannung betrieben, der
Spannungspulse gleicher Polung überlagert sind. Die
Gleichspannung ist dabei so bemessen, daß sie keine
Koronabildung verursacht. Da ein hohes elektrisches Feld die
Abscheiderate verbessert, wird die Gleichspannung vorteilhaft
gerade unterhalb der Schwelle der Koronabildung gewählt. Die
Pulshöhe und Pulsdauer der überlagerten Spannungspulse wird
vorteilhaft so gewählt, daß während der Spannungspulse an
zumindest einer der Elektroden zusätzliche Ladungsträger
erzeugt werden. Dabei soll allerdings während der Pulse kein
Durchschlag erfolgen. Die Pulsfolgefrequenz wird so
eingestellt, daß einerseits die aufgeladenen Staubpartikel
genügende Zeit haben, im homogenen Feld zwischen den Pulsen
zu einer Abscheideelektrode zu wandern, daß andererseits durch
die Pulse genügend Ladungsträger erzeugt werden um eine
effektive Aufladung der Staubpartikel zu gewährleisten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Reinigungs-
Spannungspulse eine der Gleichspannung des normalen Betriebs
entgegengesetzte Polarität auf. Durch die Umkehrung der
Spannung während der Reinigungspulse wird in der an der
Elektrode angelagerten Staubschicht eine abstoßende Kraft
induziert. Die Amplitude, Anzahl und/oder Dauer der
Spannungspulse werden so gewählt, daß dadurch ein möglichst
großer Teil der Staubschicht von der Elektrode gelöst wird.
Dazu genügen meist einige wenige Spannungspulse. Vorteilhaft
wird nach einem Reinigungs-Spannungspuls für einige Zeit eine
Spannung nahe Null an den Elektrofilter angelegt, damit die
abgelöste Staubschicht in einen Auffangbehälter fallen kann,
ohne daß sie durch elektrische Kräfte auf eine der Elektroden
hingedrückt wird.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung haben die
Reinigungs-Spannungspulse dieselbe Polarität wie die
Gleichspannung des normalen Betriebs, weisen allerdings eine
höhere Amplitude als die überlagerten Spannungspulse zur
Ladungserzeugung auf. Die starken Reinigungs-Spannungspulse
induzieren in dem angelagerten Staubkuchen kurzzeitig ein
intensives Rücksprühen. Dabei wird zumindest ein Teil, im
Extremfall sogar die gesamte angelagerte Staubschicht von der
Abscheideelektrode gelöst. Auch hier genügen zumeist wenige
Reinigungs-Spannungspulse. Ebenso wird auch hier mit Vorteil
nach einem Reinigungs-Spannungspuls für einige Zeit eine
Spannung nahe Null an den Elektrofilter angelegt, um der
abgelösten Staubschicht Gelegenheit zu geben, nahezu
unbeeinflußt in einen Auffangbehälter zu fallen.
Es ist oftmals vorteilhaft, den Übergang von der Reinigungs-
Spannung zu der nachfolgenden Spannung nicht abrupt
auszuführen, sondern die Spannung allmählich auf den neuen
Wert zu führen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher
erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 Draufsicht eines waagrechten Schnitts durch eine
schematische Darstellung eines Elektrofilters nach
dem Stand der Technik;
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Filterspannung bei einem
ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Filterspannung bei einem
zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Ein üblicher Elektrofilter weist mehrere Abscheideelektroden
10 auf (Fig. 1), welche in einem Abstand von typischerweise 30
bis 40 cm nebeneinander angeordnet sind und z. B. aus drei 5 m
langen nebeneinander angeordneten Stahlplatten bestehen. Je
zwei gegenüberliegende Abscheideelektroden 10 bilden zwischen
sich eine Filtergasse 14, in welcher ein mit den
abzuscheidenden Verunreinigungen beladenes Gasstrom in
Pfeilrichtung fließt. Zwischen den Abscheideelektroden 10 ist
mittig eine oder mehrere drahtförmige Koronaelektroden 12
angeordnet. In Fig. 1 ist ein Schnitt durch die Mittelebene
eines üblichen Elektrofilters gezeigt. Die Koronaelektroden 12
sind somit als Punkte dargestellt. Die vorliegende Erfindung
ist aber auch bei Elektrofiltern anwendbar, deren
Koronaelektroden eine andere Form bzw. Anordnung als die in
Fig. 1 gezeigte aufweisen.
Zwischen die Abscheideelektroden 10 und die Koronaelektroden
12 wird durch den Hochspannungsgenerator 16 eine von
Spannungspulsen überlagerte Gleichspannung angelegt. Die
Koronaelektroden 12 liegen dabei auf negativem Potential, die
Abscheideelektroden 10 auf positivem Potential. Die Höhe U0 der
Gleichspannung ist so gewählt, daß nirgends eine
Koronaentladung auftritt und kann beispielsweise 40 kV
betragen. Der Gleichspannung sind kurze Spannungspulse der
Höhe U1 mit gleicher Polung überlagert (Fig. 2, 3). Die
Spannung U1 kann beispielsweise 80 kV betragen. Während der
Spannungspulse bildet sich durch das inhomogene Feld an den
Koronaelektrode 12 eine Koronaentladung, die negative
Ladungsträger in die Filtergasse emittiert. Die negativen
Ladungsträger laden die in dem Gasstrom befindlichen
Staubpartikel auf, so daß diese sich unter der Wirkung der
Gleichspannung zu den Abscheideelektroden wandern.
Die Dauer der kurzen Spannungspulse liegt typischerweise
zwischen 50 µs und 1 ms, ihre zeitlicher Abstand zwischen 10 ms
und einigen Sekunden. Diese Werte, wie auch die Beträge der
Spannungen U0 und U1 hängen unter anderem vom Abstand der
Abscheideelektroden und dem spezifischen Widerstand des
abzuscheidenden Staubs ab. Die Gleichspannung U0 zusammen mit
den überlagerten Spannungspulsen U1 bilden die angelegte
Filterspannung des normalen Betriebs.
Im Abscheidebetrieb treffen die geladenen Staubpartikel auf
den an der Abscheideelektrode angelagerten Staubkuchen auf und
geben ihre Ladung an dessen Oberfläche ab. Die Ladung fließt
dann von der Oberfläche des Staubkuchens zur
Abscheideelektrode. Dieser Stromfluß bewirkt eine
Flächenladungsdichte σ, deren Größe vom Stromfluß, dem
spezifischen Widerstand ρ der Staubschicht und der
verstrichenen Zeit abhängt. Die Flächenladungsdichte σ bewirkt
eine auf den Staubkuchen wirkende Haltekraft
F = σE
wobei E die auf diese Schicht wirkende elektrische Feldstärke
ist. Das elektrische Feld des Elektrofilters übt demnach eine
Kraft auf den geladenen Staubkuchen auf, die den Staubkuchen
zur Elektrode hindrückt.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in
den Verlauf der Filterspannung des normalen Betriebs in
festgelegten Zeitabständen positive Reinigungs-Spannungspulse
der Amplitude U3 eingeschoben (Fig. 2). Die Reinigungs-
Spannungspulse sind von so kurzer Dauer, daß sich der
Staubkuchen in dieser Zeit nicht umladen kann. Wegen des
invertierten elektrischen Feldes erzeugen diese Spannungspulse
eine abstoßende Kraft zwischen Staubkuchen und
Abscheideelektrode. Die Dauer der Reinigungs-Spannungspulse,
ihre Amplitude und Häufigkeit sind je nach Staub
experimentell zu ermitteln. Einige wenige Pulse genügen bei
den meisten Stäube, um einen nennenswerten Teil der
Staubschicht von der Abscheideelektrode zu lösen. Im
Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist ein einzelner Reinigungs-
Spannungspuls gezeigt. Nach diesem Spannungspuls wird die
Spannung für einige Zeit auf einen kleinen positiven Wert U2
zurückgefahren. Während dieser kleinen abstoßenden Spannung
hat die abgelöste Staubschicht Zeit, in die dafür vorgesehenen
Auffangbehälter (in Fig. 1 nicht gezeigt) zu fallen. Danach
wird der normale Betrieb mit Gleichspannung und überlagerten
Spannungspulsen fortgesetzt. In anderen erfindungsgemäßen
Verfahren erfolgt der Übergang von U3 zu U2 am Ende des
Reinigungs-Spannungspulses nicht abrupt, sondern durch
allmähliches Absenken der positiven Spannung bis auf den Wert
U2.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden der
Filterspannung des normalen Betriebs negative Reinigungs-
Spannungspulse großer Amplitude (U4) überlagert (Fig. 3). Die
Spannung U4 ist so hoch gewählt, daß an der Abscheideelektrode
ein intensives Rücksprühen stattfindet. Erfindungsgemäß wird
das intensive Rücksprühen zeitweilig bewußt herbeigeführt,
indem temporär mehr Ladungen an der Oberfläche des
Staubkuchens deponiert werden als durch den hochohmigen
Filterstaub abgeführt werden können. Es kommt zu elektrischen
Durchschlägen im Staubkuchen, die Teile der Staubschicht
abreißen. Wählt man U4 hoch genug, werden durch das intensive
Rücksprühen große Teile der Staubschicht, im Extremfall sogar
der gesamte Staubkuchen von der Abscheideelektrode abgelöst.
Auch hier genügen wenige Pulse, im Ausführungsbeispiel von
Fig. 3 sind zwei solche Pulse gezeigt. Nach dem Ablösen wird
die Spannung auf einen kleinen Wert U2 zurückgefahren, um dem
Staubkuchen Zeit zum Sammeln in dem Auffangbehälter zu geben.
Das Zurückfahren kann wie in Fig. 3 abrupt erfolgen, oder
alternativ durch einen allmählichen Übergang. Auch in diesem
Ausführungsbeispiel sind die Dauer der Reinigungs-
Spannungspulse, ihre Amplitude und Häufigkeit je nach Staub
experimentell zu ermitteln.
10
Abscheideelektroden
12
Koronaelektrode
14
Filtergasse
16
Hochspannungsgenerator
Claims (6)
1. Verfahren zum Reinigen einer Abscheideelektrode eines
Elektrofilters,
dadurch gekennzeichnet, daß
die an der Abscheideelektrode angelagerte Staubschicht
durch kurze, in den normalen Betrieb eingeschobene
Reinigungs-Spannungspulse zumindest teilweise von der
Abscheideelektrode gelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem im normalen Betrieb an die Elektroden des
Elektrofilters eine in der Höhe veränderbare Gleichspannung
mit überlagerten Spannungspulsen gleicher Polung angelegt
wird, wobei die Gleichspannung so bemessen ist, daß sie
keine Koronabildung verursacht, und die Höhe und/oder Dauer
der Spannungspulse so bemessen ist, daß an zumindest einer
der Elektroden zusätzliche Ladungsträger erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem die Reinigungs-Spannungspulse eine der
Gleichspannung des normalen Betriebs entgegengesetzte
Polarität aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem die Reinigungs-Spannungspulse dieselbe Polarität
wie die Gleichspannung des normalen Betriebs aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
bei dem die an der Abscheideelektrode angelagerte
Staubschicht durch Rücksprühen zumindest teilweise von der
Abscheideelektrode gelöst wird.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
bei dem nach jedem Reinigungs-Spannungspuls die Spannung
für eine festgelegte Zeitspanne, in der die abgelöste
Staubschicht in einen Auffangbehälter fallen kann, nahe
Null gehalten wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997151984 DE19751984A1 (de) | 1997-11-24 | 1997-11-24 | Verfahren zum Reinigen einer Abscheideelektrode eines Elektrofilters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997151984 DE19751984A1 (de) | 1997-11-24 | 1997-11-24 | Verfahren zum Reinigen einer Abscheideelektrode eines Elektrofilters |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19751984A1 true DE19751984A1 (de) | 1999-05-27 |
Family
ID=7849641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997151984 Withdrawn DE19751984A1 (de) | 1997-11-24 | 1997-11-24 | Verfahren zum Reinigen einer Abscheideelektrode eines Elektrofilters |
Country Status (1)
Country | Link |
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Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |