DE2006298C3 - Elektrostatischer Staubabscheider - Google Patents

Description

IV-lVderFig. 1,

F i g. 5 ist eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht, die jedoch eine andere Ausführung zeigt,

Fig.6 ist ein Querschnitt längs der Linie VI-Vl in Fig.5.

Fig.7 ist ein senkrechter Schnitt, der den unteren Teil einer anderen Ausführung der Erfindung zeigt

Der elektrostatische Staubabscheider, der in F i g. 1 bis 4 dargestellt ist, weist ein vertikal angeordnetes zylindrisches Außengehäuse 1 auf, welches an seinem unteren Ende eine zusammenlaufende Einspritzdüse 2 besitzt Diese Einspritzdüse öffnet sich vor dem zusammenlaufenden Einlaß 3 einer Venturieinheit welche einen Halsabschnitt 4 aufweist Diesem folgt ein auseinanderlaufender Abschnitt 5. Die Venturieinheit wird axial im Außengehäuse 1 von radialen Trägern 6 gehalten. Ein isolierendes Kreuzglied 7 ist im Bereich des unteren Endes oder Auslasses der Venturi-Einheit vorgesehen. Dieses Kreuzglied trägt zwei vertikale, axial angeordnete Elektroden 8 und 9. Die erste erstreckt sich nach oben durch die Venturi-Einheit und endet im Einlaß 3 derselben, d. h. oberhalb des Halses 4 dieser Einheit, während die andere Elektrode 9 sich nach unten bis über den unteren Abschnitt 5 der Einheit hinaus erstreckt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, besteht die erste Elektrode 8 oder Ionisierungselektrode aus einem Stab, der mit einer Anzahl von sich radial erstreckenden Längsrippen 10 von verminderter Dicke versehen ist, die jedoch eine relativ scharfe äußere Kante haben. Diese Rippen 10 können z. B. in Längsschlitzen angebracht sein, Hie in den Umfang des Stabes eingefräst sind und an welchem sie angelötet oder in anderer Weise befestigt sind. Die zweite Elektrode 9 oder Polarisationselektrode besieht aus einer glatten Stange von relativ großem Durchmesser, wie in F i g. 4 gezeigt ist.

Unterhalb des unteren Endes der unteren Elektrode 9 ist innerhalb des Gehäuses 1 eine ringförmige Düse 11 vorgesehen, die von einem Rohr 12 getragen wird, welches sich durch den konischen Boden 13 des Gehäuses erstreckt; das äußere Rohrende 14 ist derart ausgebildet, daß es mit einer entsprechenden Zuführung verbunden ist. Die Düse 11 ist derart angeordnet, daß sie einen leicht divergierenden ringförmigen Sprühregen erzeugt, der sich konzentrisch zur unteren Elektrode 9 in relativ geringer Entfernung hiervon ausbildet, ohne daß es eines Zwischensiebes bedarf. Dieser Sprühregen 15 trifft die Gehäusewand stromoberhalb der Sprühdüse 11. Die Sprühdüse 11 wird mit einer entsprechenden Flüssigkeit unter Druck beschickt, z. B. mit Wasser; es ist ebenfalls möglich, feste Teile zu versprühen, die sich in einem Gas, z. B. Luft, in der Schwebe befinden. Die Düse, die Flüssigkeit oder die festen Teile sind elektrisch leitend, und die Düse ist geerdet.

Der Boden 13 des Gehäuses 1 weist einen urteren Auslaß 16 auf, der durch eine entsprechende luftabsperrende Vorrichtung verschlossen ist, während ein seitlicher Auslaß 17 vorgesehen ist, der etwas überhalb des Bodens 13 vorgesehen ist.

In der in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführung ist die obere Düse 2 mit einem Ver~;^:l 18 versehen, welches als Schmetterlingsventil aubgcuudet ist und dessen Klappe oberhalb einer horizontalen Querachse schwenkbar ist. Dieses Ventil, Welches einen elliptischen Umriß hat, hat einen solchen Durchmesser, daß es in seiner horizontalen Stellung (siehe F i g. 2) nicht völlig schließt, sondern es läßt einen ringförmigen Gasdurchlaß 19 zwischen seinem Umfang und der Innenseite dieser Düse frei.

Beide Elektroden 8 und 9 sind durch nicht dargestellte Mittel mit einer entsprechenden Hochspannungsquelle verbunden, die ebenfalls nicht dargestellt ist

Während des Betriebes tritt das staubgeladene Gas durch die Düse 2 in das Gerät ein; Ventil 18 ist, wie :n F i g. 1 gezeigt vollständig offen. Das Gas strömt in Form eines Strahls durch den konvergierenden Einlaß 3, durch den Hals 4 und den sich verbreiternden Abschnitt 5 nach unten. Hierdurch erhält man einen Düseneffekt wodurch das Gas von dem ringförmigen Spalt welcher die Venturieinheit umgibt angesaugt wird. Die in dieser Weise erhaltene Gasmenge strömt mit hoher Geschwindigkeit entlang der Ionisationselektrode 8 nach unten. Der Wasserdampf, den das Gas enthält, kondensiert an den Staubteilchen im Halsabschnitt 4 auf bereits bekannte Art An den scharfen Außenkanten der Rippen 10 kommt es an der Elektrode 8 durch die dort angelegte Hochspannung zu einer funkenlosen elektrischen Entladung, die allgemein Koronaeffekt genannt wird und zwischen der Elektrode und den umgebenden Wänden der Venturieinheit stattfindet, wobei die in Schwebe befindlichen Teilchen stark ionisiert werden. Ein wesentlicher Teil des Gases, der aus dem unteren Ende der Venturieinheit heraustritt, strömt nach oben zurück zwischen diese Einheit und dem Gehäuse 1 zusammen mit den Teilchen, die sich in der Schwebe befinden infolge des Düseneffekts der Düse 2. Die gasförmige Masse, die durch die Venturieinheit strömt, ist daher sozusagen mit bereits ionisierten Teilchen durchsetzt, die die Rolle eines Kerns spielen, an welchem sich die anderen Teilchen anzusetzen trachten. Dieses fortschreitende Wachstum der in der Schwebe befindlichen Teilchen erleichtert ihre Trennung.

Der Rest des Gases, der aus der Venturieinheit heraustritt, strömt nach unten durch den Auslaß 17 rund um die Polarisierungselektrode 9 und durch den Sprühregen 15 mit relativ groben Teilchen, die aus der Spritzdüse 11 austreten. Diese groben Teilchen werden elektrisch aufgeladen, wenn sie aus der Düse 11 heraustreten, da sie sich in der Nähe der Hochspannungs-Polarisationselektrode 9 befinden, welche infolge ihrer weichen Außenfläche keinen Koronaeffekt aufweist. Der Austritt aus der Düse 11 erfolgt derart, daß das Gas durch eine Zone strömt, welche grobe Teilchen enthält, die relativ zur lonisationsladung eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Diese groben Teilchen ziehen daher elektrostatisch die feineren ionisierten Teilchen an, die sich in dem Gas in der Schwebe befinden und halten sie fest; dieselben begeben sich also zum Boden 13 des Gehäuses 1, von wo aus sie schubweise durch die luftabschließende Vorrichtung oder entsprechende Ventilvorrichtung im Auslaß 16 nach außen abgegeben werden. Natürlich können auch einige dieser groben Teilchen zusammen mit dem Gas durch den Auslaß 17 nach außen abgeführt werden, jedoch lassen sich dieselben infolge ihrer Größenordnung leicht mit Hilfe eines üblichen Rohrschiebers, einer Zentrifuge oder ähnlichen Gerätes trennen, zusammen mit den feineren Teilchen, die zurückgehalten werden.

Infolge der Durchsetzung des einströmenden Gases mit bereits ionisierten Teilchen, welche von dem zurückgeführten Gas mitgenommen werden, tritt die Ionisationswirkung innerhalb der Venturieinheit äußerst rasch auf. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch die Einheit kann daher sehr hoch sein. Der Durchsatz von gefiltertem Gas ist daher wichtig, und außerdem können sich Teilchen aus dem Gas nicht an den Innenwänden der Venturieinheit absetzen, wodurch

es unnötig wird, dauernd Reinigungsarbeiten auszuführen, wie sie im allgemeinen bei üblichen elektrostatischen Abscheidern anfallen. Infolge der besonderen Konstruktion der Ionisationselektrode 8 kann der Gasstrom zwischen den aufeinanderfolgenden Radialflossen frei zirkulieren, wodurch an diesen Radialflossen Staubteilchen nicht festgehalten werden können. Wenn der Strom des ankommenden staubgeladenen Gases zu klein ist, so daß die Geschwindigkeit des Gasstrahles ungenügend wird, welcher aus der Düse 2 austritt; dann ist es möglich, den wirksamen Querschnitt dieser Düse zu verringern, indem man das Ventil 18 schließt (oder genauer, indem man es in die horizontale Lage bringt), wodurch sich natürlich die Geschwindigkeit des Gasstrahls erhöht.

Es muß ferner bemerkt werden, daß das zurückgeführte Gas einem plötzlichen Richtungswechsel am Auslaß der Venturieinheit unterworfen wird, wie es in F i g. 1 durch Pfeile angezeigt wird. Dadurch ergibt sich eine ganz bemerkenswerte Zentrifugalbeschleunigung, die verursacht, die großen Teile aus dem Gasstrom auszuscheiden. Mit anderen Worten: die unmittelbar an der Venturi-Einheit befindliche Zone wirkt wie ein Zentrifugal-Abscheider für die Teile in dem zurückgeführten Gasstrom, jene Teile, die durch Ansammlung und Festhalten kleinerer Teile innerhalb der Venturieinheit gewachsen sind, werden ausgeschieden und nach unten durch die Spritzdüse 11 geschleudert. Es ist augenscheinlich, daß das Schmetterlingsventil 18 nutzlos ist, wenn der Fluß (Menge pro Zeiteinheit) von staubgeladenem Gas, welches gefiltert werden soll, im wesentlichen konstant bleibt. Der Einlaßteil oder der Hals der Venturieinheit könnte mit spiralförmigen Flügeln versehen werden, die dem Gasstrom eine Drehbewegung mit hoher Winkelgeschwindigkeit erteilen, um die größten Teilchen auszusondern. In diesem Fall sollten die Flossen 10 ebenfalls spiralförmig ausgebildet sein, damit sie den Gasdurchfluß zwischen sich nicht behindern; ebenso müßten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, daß die Flossen nicht die axial angeordnete Elektrode kurzschließen (letztere müßte eine verkürzte Länge haben oder die Blätter müßten aus Isoliermaterial hergestellt sein). Zur besseren Trennung der groben Teilchen von dem Gas, bevor letzteres den Auslaß 17 erreicht, könnte das Gerät eine tiefergelegene Kammer großen Umfangs zum Setzen der Teilchen haben, damit sich die groben Teilchen besser trennen, bevor das Gas den Auslaß 17 erreicht. Das Absprühen der elektrisch geladenen Teilchen unter der Venturieinheit kann auf alle mögliche Art erreicht werden. Die Innenwände der Venturieinheit könnten mit Flossen oder Blättern versehen sein, um die Ionisation hereinkommender Staubteilchen zu vergrößern. In manchen Fällen könnte man auf die Wiederzurückführung des Gases verzichten.

In der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform der Venturieinheit ist dieselbe durch einen zylindrischen Zwischenmantel 20 von wesentlich größerem Durchmesser umgeben (etwa 2 mal der Durchmesser des Halsabschnittes 4 der Venturieinheit). Dieser Zwischenmantel hat einen solchen Abstand von dem äußeren Hauptgehäuse 1, daß ein ringförmiger Durchlaß für den rückgeführten Gasstrom bleibt Die Ober- und Unterkanten des Zwischenmantels 20 sind mit dem oberen bzw. unteren Ende der Venturieinheit derart verbunden, so daß dieselben ein Einzelteil darstellen, welches einen inneren, geschlossenen ringförmigen Raum aufweist; dieses Einzelteil wird von radialen Tragarmen 6 gehalten. Innerhalb des geschlossenen Raumes zwischen der Venturieinheit und dem Zwischenmantel 20 sind radial angeordnete Trennwände, wie 21, angebracht. Diese Trennwände, ebenso wie der Zwischenmantel, die Venturieinheit selbst und die Tragarme 6 sind aus leitendem Material, z. B. Metall hergestellt. Der geschlossene Raum kann ferner mit einer leitenden Substanz, wie Wasser, gefüllt sein.

In einer solchen Anordnung ist die Venturi-Einheit

ίο lediglich mit dem Zwischenmantel 20 elektrisch verbunden, der Mantel selbst ist durch die Arme 6 geerdet.

Unter solchen Bedingungen wird die Venturieinheit aufgeladen, wenn eine hohe Spannung an die obere Elektrode 8 gelegt wird, das heißt, daß elektrische Ladungen entgegengesetzter Polarität relativ zur Elektrode 8 an der inneren Oberfläche anliegen, während Ladung anderer Polarität frei aus der Venturieinheit zum Zwischenmantel 20 durch die radialen Trennwände 21 abfließen kann (und ebenfalls durch den leitfähigen Körper, der den Hohlraum zwischen der Venturieinheit und dem Zwischenmantel ausfüllt, falls eine derartige Füllung vorgesehen ist). Infolge der Entfernung zwischen der Venturieinheit und dem Zwischenmantel ist das elektrostatische Feld, welches sich zwischen der Venturieinheit und der oberen Elektrode 8 bildet, viel stärker. Außerdem kann der lonisationsstrom, welcher zwischen der Elektrode und der Venturieinheit fließt, frei nach dem Zwischenmantel 20 abfließen, ohne an der Innenfläche der Venturieinheit auf lokalisierte elektrische Ladungen zu treffen, die den lonisationseffekt verringern würden.

Es ist klar, daß ähnliche Betrachtungen mit der unteren Düse 15 angestellt werden können. Um nämlich die elektrostatische Wirkung zu vergrößern, könnte man die Spritzdüse 11 durch eine Verbindung entsprechender Länge erden. Im vorliegenden Fall besteht die besagte Verbindung aus einem schrägen Rohr 12, welches man entsprechend lang vorsehen kann, ohne daß es für diesen Zweck einer besonderen Anordnung bedarf.

In der Ausführungsform nach F i g. 7 ist eine weitere Venturieinheit 22—23 vorgesehen, die unterhalb des Auslasses des Ablenkteils 5 der Hauptventurieinheit angeordnet ist, mit welcher dieselbe durch eine gelochte Zwischenzone 24 verbunden ist. Diese Zone kann ein Gitter sein. Die Spritzdüse 11 ist axial innerhalb der zusätzlichen Venturieinheit 22—23 angeordnet und ist sorgfältig stromlinienförmig gehalten, wie dargestellt.

Ihre ringförmige Sprühdüse ist derart gerichtet, daß sie nach oben spritzt und durch die perforierte Zone oder das Gitter hindurchreicht Das untere Ende oder der Auslaß der zusätzlichen Venturieinheit ist nach außen hin mit einem nach außen stehenden Flansch 25 versehen, um den ringförmigen Raum zwischen besagter Venturieinheit und dem Außengehäuse zu schließen, abgesehen von einigen Löchern 26 mit verringertem Querschnitt

Während des Betriebes wird der Gasstrom, der aus dem Abschnitt 5 der Hauptventurieinheit heraustritt, in dem zusammenlaufenden Einlaß 22 der zusätzlichen Venturieinheit beträchtlich beschleunigt Unter diesen Bedingungen wird die Aufprallwirkung zwischen den Staubteilchen oder Anhäufungen von Staubteilchen und den groben Flüssigkeitsteilchen der Spritzdüse 11 in hohem Maße vergrößert Die groben Teilchen sammeln sich zwischen der zusätzlichen Venturieinheit und dem Außengehäuse zusammen mit den Staubteilchen, die sie

mitgenommen haben, und die Flüssigkeit fließt durch die Löcher 26 zum Gehäuseboden 1, wo sie durch die luftabschließende Vorrichtung 16 nach außen abgeführt werden.

Der von der Düse 11 erzeugte Sprühregen 25 hat in der Gitterzone 24 relativ zur Apparateachse einen Winkel vorzugsweise von weniger als 45 Grad. Der zurückfließende Gasstrom wird durch das Gitter 24 geleitet, wie die Pfeile 27 zeigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrostatischer Staubabscheider mit einer in einer Venturieinheit axial angeordneten Hochspannungselektrode zur Ionisation der Staubteilchen des in der Venturieinheit strömenden Gases, wobei diese Hochspannungselektrode jenseits des Auslasses der Venturieinheit durch einen Teil als Polarisationselektrode von gleicher Polarität in einen Bereich verlängert ist, in dem ein Hilfsstoff zerstäubt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in Verlängerung der Elektrode (8) stromab der Venturieinheit liegende Elektrode (9) auf ihrer ganzen Oberfläche zur ausschließlichen Polarisierung der Teilchen des Hilfsstoffes und zur zu den aus der Venturieinheit austretenden Teilchen gegenpoligen Aufladung glatt ausgebildet ist, und weiterhin durch eine mit der Verlängerung (9) der Elektrode gleichachsige Düse (11) von Kxeisquerschnitt, aus der der Hilfsstoff im Gegenstrom zu dem aus der Venturieinheit austretenden Gas in Richtung auf die Gehäusewand (1) ausströmt.

2. Elektrostatischer Staubabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode (8) aus einem glatten Stab besteht, der innerhalb der Venturieinheit (4,5) kleine radiale Rippen (10) als Ausströmer hat.

3. Elektrostatischer Staubabscheider nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Rückführung eines Teiles des Gases vom Auslaß des Venturis zu dessen Einlaß (3).

4. Elektrostatischer Staubabscheider nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Düse (2) mit Einlaß (3) benachbart dem Venturiauslaß zur Ansaugung des rückgeführten Gasteils.

5. Elektrostatischer Staubabscheider nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Düse (2) ein Ventil (18) mit einem solchen Durchmesser angeordnet ist, daß bei völligem Ventilschluß das zu entstaubende Gas nur in einem Kreisringquerschnitt dem Venturieinlaß (3) zuströmt.

6. Elektrostatischer Staubabscheider nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (1), in dem der Venturi derart axial gelagert ist, daß bei geschlossenem Kreislauf das Gas in einem Kanal mit Kreisringquerschnitt zurückgeführt wird.

7. Elektrostatischer Staubabscheider nach den Ansprüchen 1, 3 und 6, gekennzeichnet durch einen Innenmantel (20), der sich längs des Außenmantels (1) und dem Venturi erstreckt, und gegenüber dem Einlaß und Auslaß dieses Venturi gasdicht abgeschlossen ist und der Verbindungsmittel zum Anschluß des Venturis an den Innenmantel (20) enthält, derart, daß der Venturi, diese Anschlußstükke und der Innenmantel elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

8. Elektrostatischer Staubabscheider nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Zusatzventuri (22, 23), dessen Einlaß sich unter Einschaltung einer Gitterzone (24) an den Auslaß des ersten Venturis anschließt und derart angeordnet ist, daß die zerstäubten Hilfsstoffe (15) die Gitterzone (24) durchtreten und die ausgeschiedenen Staubteilchen durch den Ringraum zwischen dem Zusatzventuri (23) und dem Gehäuse (1) zu den Löchern (26) führen.

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Staubabscheider mit einer in einer Venturieinheit axial angeordneten Hochspannungselektrode zur Ionisaticn der Staubteilchen des in der Venturieinheit strömenden Gases, wobei diese Hochspannungselektrode jenseits des Auslasses der Venturieinheit durch einen Teil als Polarisationselektrode von gleicher Polarität in einem Bereich verlängert ist, in dem ein Hilfsstoff zerstäubt wird.

Durch die US-PS 33 63 403 ist bereits ein elektrostatischer Staubabscheider mit einer in einer Venturieinheit axial angeordneten Hochspannungselektrode zur Ionisation der Staubteilchen eines die Venturieinheit durchströmenden Gases bekanntgeworden. Aus der DE-AS i0 25 390 ist eine rotationssymmetrische Anordnung eines Spritzkopfes bekannt der einen als Niederschlagselektrode wirkenden Flüssigkeitsfilm erzeugt, der frei von der rohrförmigen Wand der Anordnung zunächst einen Zusammenhang aufweist, dann aber in eine Vielzahl von Tropfen zerfällt, die sich mit dem zu reinigenden Gas vermischen.

Die Verwendung aufgeladener Hilfsstoffe zur Ausscheidung von Schwebekörpern aus Gasen ohne Einsatz einer Ionisationselektrode ist aus der DE-PS 3 00 589 bekannt Als Stand der Technik ist noch die US-PS 25 67 709 zu nennen, in der ein Elektroabscheider mit einer Hochspannungselektrode zur ionisation von Staubteilchen sowie Auswaschen und Umstäuben der Hochspannungselektrode mit Hilfsstoffen beschrieben ist.

Diese bekannten Staubabscheider sind in ihrer Wirkungsweise entweder unbefriedigend oder in ihrem Aufbau sehr aufwendig und damit kostspielig.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrostatischen Staubabscheider zu schaffen, der in Weiterentwicklung des in der US-PS 33 63 403 beschriebenen Staubabscheiders in Verbindung mit einer Venturieinheit einen hohen und stark verbesserten Wirkungsgrad erzielt bei einfacher baulicher rotationssymmetrischer Ausgestalte tung, die eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Gases zuläßt.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem elektrostatischen Staubabscheider der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die Verlängerung der Hochspannungselektrode stromab der Venturieinheit auf ihrer ganzen Oberfläche zur ausschließlichen Polarisierung der Teilchen des Hilfsstoffes und zur ,tu den aus der Venturieinheit austretenden Teilchen gegenpoliger Aufladung glatt ausgebildet ist und weiterhin durch eine

so mit der Verlängerung der Elektrode gleichachsige Düse von Kreisquerschnitt, aus der der Hilfsstoff im Gegenstrom zu dem aus der Venturieinheit austretenden Gas in Richtung auf die Gehäusewand ausströmt
Die Hochspannungselektrode besteht zweckmäßigerweise aus einem glatten Stab, der innerhalb der Venturieinheit kleine radiale Rippen als Ausströmer hat Ein Teil des aus dem Auslaß der Venturieinheit heraustretenden Gases wird vorzugsweise zu dessen Einlaß zurückgefördert. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Staubabscheiders werden nun anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. In den Zeichnungen ist

F i g. 1 ein allgemeiner senkrechter Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Staubabscheider,

F i g. 2 der vergrößerte obere Teil der F i g. 1, jedoch mit dem Schmetterlingsventil in seiner Querstellung,
F i g. 3 und 4 je ein Schnitt längs der Linien III-III und