DE2047210A1

DE2047210A1 - Verfahren und Naß-Elektrofilter zum Reinigen von Luft und Abgasen

Info

Publication number: DE2047210A1
Application number: DE19702047210
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. P C07d 25-02 ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-09-25
Filing date: 1970-09-25
Publication date: 1972-04-06
Also published as: GB1358713A; NL156618B; DE2047210C3; CH536658A; BE773055A; NL7113081A; DE2047210B2; FR2112986A5

Description

14. September 1970 188

Karl Erwin Merckle, 71OT Bad Friedrichehall, Hauptstraße 2 Verfahren und Naß-Elektrofilter zu» Reinigen von Luft und

Abgasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Luft

und Abgasen in einem Naß-Elektrofilter und ein Naß-Elektro- ä filter zum Durchführen dieses Verfahrens.

Bekannt sind Trocken- und Naß-Elektrofilter zur Abscheidung von Rußen, Stäuben und Aerosolen. Diese Filter arbeiten nach einem Verfahren, bei dem die Partikel der zu reinigenden Luft und Abgase durch Ionisierung negativ aufgeladen und dann von positiv wirkenden Flächen angezogen werden. Die Trocken-Blektrofliter haben den Nachteil, daß sie für den Betrieb erheblich Energie benötigen und außerdem eine verschleißanfällige Mechanik besitzen. Die Naß-Elektrofilter verbrauchen im allgemeinen ebenfalls einen verhältnismäßig hohen Energieaufwand und arbeiten mit relativ hohen Druckverlusten oder bedürfen

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zur Reinigung eines zusätzlichen Waschvorganges. Die vorgenannten Naß-Elektrofilter weisen ferner eine ungünstige aerodynamische Luftführung sowie über den gesamten Abscheidungsbereioh eine gleichmäßig hohe Feldstärke zwischen Sprüh- und Niedersohlagselektroden auf. Schließlich sind diese Naß-Elektrofilter in der Erstellung und Wartung teuer sowie raumaufwendig und können nur mit erheblichem Kostenaufwand erweitert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und mit einfachen Mitteln sowie mit geringem Energieaufwand eine gleichmäßig hohe AbScheidungswirkung zu erzielen.

Die Lösung dieser Aufgabe erreicht die Erfindung durch ein Verfahren, da· eich durch die Kombination der folgenden Merkaale auszeichnet!

a) Erhöhung der Einströmgeschwindigkeit der Abgase durch eine gegenüber der Abgaszuführung verringerte Quersohnittsflache der Einströmöffnungj

b) Verwirbelung eines Teilstromes der Abgase in einer Turbulenzzone durch Erweiterung des Durchströmquersohnittes nach der Einströmöffnung;

o) Aerodynamische Ablenkung der Abgase in die Ab&cheidungszonen mit hohen elektrischen Feldstärken;

d) Erhöhung der radialen Wandergeschwindigkeit der ionisierten Abgasbestandteile durch die Sogwirkung der entgegen der Strömungerichtung der Abgase fließenden Berieselungsflüsaigkeit, die als Niederschlagselektrode wirkt;

e) Einfuhrung der Abgase in eine Stausone, die durch eine Verringerung der Querschnittefläche der Ausströmöffnung gegenüber der Fläche des davor befindlichen Durchströmungsquerschnittes gebildet ist;

f) Stauung und Verwirbelung der Abgas« in dieser Stauzone%

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g) Bildung von Abscheidungszonen rait verschieden hohen Feldstärken.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dieses Verfahren dadurch aus, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase zwischen Ein- und Ausströmöffnung verringert und/oder die Strömungsgeschwindigkeit der Berieselungsflüssigkeit erhöht wird.

Ein Ausführungsbeispiel des Naß-Elektrofiltere nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden ä näher erläutert. Die Zeichnungefigur zeigt einen Längeechuitt durch das Naß-Elektrofilter. In dieser sind auch unterschiedliche Ausbildungen der Berieselungsflüssigkeitssuführung dargestellt.

Das Naß-Elektrofilter zum Reinigen von Luft und Abgasen - im folgenden zusammenfassend mit Abgase bezeichnet - weist einen Grundbehälter 1 auf, in den durch ein Zuleitungerohr 2 die zu reinigenden Abgase eingeleitet werden. Der Grundbehälter t ist in seinen Abmessungen so ausgelegt, daß ein· Beruhigung und Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit der Abgase eintritt. Gleichzeitig wird eine Erhöhung der positiven Vorionieierung dieser Abgase, wie sie durch die Reibung in den Zu- I leitungsrohren 2 entsteht, vermieden. In dem Grundbehälter 1 können Einrichtungen zum Vorbehandeln der Abgas« eingebaut sein. Diese Einrichtungen können beispielsweise aus einer Anlage 24 zur Bedu.sung einströmender Abgase alt Wasser bestehen, wodurch eine Kühlung und eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes des Rohgases sowie eine grobe Vorabscheidung erreicht werden. Durch die Befeuchtung werden die für eine Reaktion geeigneten gasförmigen Bestandteile als Aerosole gebunden und die festen Beetandteile befeuchtet, wodurch eine gleichmäßige Aufladung im nachfolgenden Hochspannungsfeld gewährleistet ist. Es lassen sich bei der Bedüsung auch chemisch· Lösungen

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auabringen, um den gleichen Zweck zu erreichen. Weiterhin können zur Erhöhung der Vorabeoheidung Filtergewebe verwendet werden, aus denen die aufgefangenen Partikel mit Sprühwasser in den Grundbehälter 1 abgeschwemmt und anschließend durch eine Fördereinrichtung ausgebracht werden. Die Rohgaszuführung in den Grundbehälter 1 kann durch einen Ventilator 3 und/oder durch Schieber gesteuert werden.

An den Grundbehälter 1 schließen sich in vertikaler Richtung ein oder mehrere Filtereinheiten 4 an, von denen jede im we-

■* «entliehen aus einem, vorzugsweise als konisches, mit sich in Ströraungsrichtung der Abgase erweiternder Querschnittsfläche ausgebildeten Rohr 5 besteht, das an beiden Enden mit Stirnwänden 6 und 7 versehen ist. Von diesen weist die unten liegende Stirnwand 6 eine Einströmöffnung θ und die oben liegende Stirnwand 7 eine Ausströmöffnung 20 auf. Die Querechnitteflachen dieser Durchströmöffnungen 8 und 20 sind vorzugsweise gleich groß« jedoch kleiner als die jeweils benachbarte Querschnittsfläche des Rohres 5» so daß also an dessen beiden Snden ein Flächensprung vorhanden ist, der die Abgasströmung beeinflußt. Das im Grundbehälter 1 vorbehandelte Abgas gelangt durch dl* Einströmöffnung 8 in das Rehr 5. Durch die gegenüber dem ,Grundbehälter 1 kleinere Querechnitteflache der Ein-

P strömöffnung 8 erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase kurzzeitig. Anschließend wird im eingangsseitigen Bereich des Rohres 5 der Abgasstrom verwirbelt und ein Teilstrom einer Turbulenzzone 9 zugeführt. Bei der konischen Erweiterung des Rohres 5 in Strömungerichtung der Abgase reduziert sich deren Strömungsgeschwindigkeit, wodurch sich die Verweilzeit in der Filtereinheit 4 und damit die Abscheidungswirkung erhöht. Außerdem wird durch die ,konische Erweiterung des Rohres 5 der Abgaestrom teilweise zur Niederschlagselektrode geleitet.

Die Stirnwand 7 bildet mit ihrer Ausströmöffnung 20 gegenüber dem größeren Querschnitt des Rohres 5 eine erhebliche

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Querechnittsverengung und bewirkt dadurch eine Staus one 15 mit einer Verwirbelung, durch die die Abgase längere Zelt in der Abscheidungszone gehalten werden. Dadurch erhöht eich wiederum die Abscheidungswirkung.

Sie Stirnwand 7 des Rohres 5 ist Mit einem ringförmigen Auffangkanal 10 ausgestattet, in dem eine Berieselungsflüssigkeit 23 gesammelt und gleichmäßig wieder so nach innen geleitet wird, daß sich an der Innenseite des Rohres 5 ein geschlos sener flüssigkeitsfilm bildet, der als Niederschlagselektrode wirkt. Bas Rohr 5 kann bei höheren Abgastemperaturen wegen dieser flüssigen Niederschlagselektrode auch aus elektrisch nichtleitendem Material, beispielsweise aus Kunststoff, bestehen. Die Berieselungsflüssigkeit 23 dient gleichzeitig zu» Reinigen der Innenwand des Rohres 5. Zur gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung kann körniges Gut 11, z.B. Steine oder Schaumstoffe, in den Auffangkanal 10 gefüllt sein. Zusätzlich oder für sich allein können auch eine Anzahl von Röhrchen 12 vorgesehen sein, die die Berieselungsflüssigkeit 23 unmittelbar an der Innenseite des Rohres 5 gleichmäßig verteilen. Im Auffangkanal 10 erfolgt ferner eine Verwirbelung der Serieselungsflüssigkeit 23» um die auf deren Oberfläche haftenden, aus den Abgasen ausgeschiedenen partikel mit der Berieselungeflüssigkeit 23 zu vermengen. Weiterhin kann die Stirnwand 7 in den Auffangkanal 10 einbezogen sein und seine untere Fläche bilden, die wiederum die Stauzone 15 erzeugt.

Der Auffangkanal 10 hat vorwiegend die Aufgabe, insbesondere bei mehreren übereinander gesetzten Filtereinheiten 4 die Strömungsgeschwindigkeit der herabgeflossenen Berieselung·- flüesigkeit 23 herabzusetzen und diese dann mit ihrer Anfangsgeschwindigkeit dem unteren Rohr 5 zuzuleiten. Dies verhindert das Abreißen des Flüaeigkeitafilmes. Jede Filtereinheit 4· kann eine eigene Zuführung 13 und eine Ableitung 14 für dl· Bexie8elungsflüö8igkeit 23 besitzen, wie die rechte Hälft·

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der Zeichnun£,sfigur zeigt. Ea kann auch die gleiche Serieselungsflüaaigkelt 23 für mehrere oder alle Filtereinheiten 4 verwendet werdeil, wie in der linken Half te der Figur dargestellt let. Schließlich läßt sich die Berieselungaflüsaigkeit 23 vom unteren Rohr 5 direkt in den Grundbehälter 1 leiten und dort sammeln, um dann durch ein Abflußrohr 21 abzufließen.

an der Innenseite des Rohree 5 in entgegengesetzter Richtung dee Abgasetromes abfließende Berieeeiungefliissigkeit 23, welche als Niederschlagselektrode wirkt, erzeugt einen Sog, ■t der die radiale Wandergeschwindigkeit der ionisierten Abgasbestandteile im Bereich der iriedersojalag»elektrode günstig erhöht. · ' ; '

Das erforderliche elektrische Spannungsfeld wird zwischen der positiv aufgeladenen Niedersohlageelektrode, also dem durch t liassenschluß geerdeten Berieselungsfilm 23, und einer in der Längsachse des Rohres 5 freihängenden und negativ aufgeladenen Sprühelektrode16 erzeugt, die von außerhÄlb dee Rohres 5

angebrachten Isolatoren 17 getragen wird. Die Sprühelektrode ' 16 besteht aus einem Längsträger 16, der gegebenenfalls mit ' Spitzen oder dergleichen versehen ist und zwischen dem und Ί dem als Niederschlagselektrode dienenden Berieselungafila ein elektrisches Grundfeld gebildet wird. Am Längsträger 1ö sind mehrere Sprüheleaente 19 befestigt, die im wesentlichen ringförmig ausgebildet und in ihren Durchmesser so abgestimmt sind, daß der Abstand «wischen dem Sprühelement 19 an der Einströmöffnung 8 und dem Rohr 5 größer ist als der Abstand zwischen dem SprÜhelement 19 an der Ausströmöffnung 20 und dem Rohr 5. Die Abetandeabnahine kann gleichmäßig oder ungleichmäßig verlaufen. Durch diese Anordnung werden im Rohr 5 das Grundfeld überlagernde Abscheidungszonen 22 mit untersohiedliehen elektrischen Feldstärken gebildet. Infolge der oben erläuterten aerodynamischen Abgfteführung werden alle Abgas bestandteile, also auch die wesentlich träger reagierenden

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klelnen Abgasbestandteile in den Wirkungsbereich dieser Abscheidungszonen 22 mit den unterschiedlichen, insbesondere wachsenden Feldstärken gebracht und somit einer erhöhten radialen Wandergeschwindigkeit nach außen und damit einer verstärkten Abacheidungswirkung unterworfen.

Das liaß-Elektrofilter besteht aus mindestens einer Filtereinheit 41 die durch einen Grundbehälter 1 und weitere Untereinheiten 4 je nach Bedarf vertikal und/oder parallel nebeneinander erweitert werden kann. Die einzelnen Bauteile dieser Naß-Elektrofilteranlage, wie Filtereinheit 4 und Grundbehälter | 1, sind typisiert, so daß mit gleichen Bauelementen Absehe!- dungsanlagen in jeder praktisch ausführbaren Größe und jedem erforderlichen Umfang ohne große vorherige Planungsarbeit errichtet werden können. Erweiterungen können nach dem Baukastensystem mit den montagefertig angelieferten Bauelementen innerhalb kurzer Zeit durchgeführt werden.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann das Rohr 5 eine beliebig geformte Querschnitt3fläche und/oder auch zylindrisch oder nahezu zylindrisch ausgebildet sein. Das Rohr 5 kann außen» alt radialem Abstand von einem geschlossenen Mantel 25 umgeben sein, so daß ein an beiden Enden offener Ringraum 26 entsteht. Durch die Erwärmung der in diesen " Ringraum 26 vorhandenen Luft bildet sich eine nach oben gerichtete Luftströmung, die das Rohr 5 kühlt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß

a) die Abgase nicht gleichmäßig durch das Filter strömen, sondern in den Turbulenz- und Stauzonen langer verweilen,

b) durch die aerodynamisch günstige Abgasführung die schwer

zu beeinflussenden kleinen Abgasbestandteile in die Abscheidungszonen mit höheren Feldstärken geleitet weraen.

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Durch daa Zuaaaaen*irken dieser Merkaale wird «it ein·« geringen Herstellunge- und Energieaufwand eine hphe Abscheidungswirkung erreicht.

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Claims

Patentanspriiche

/ 1./Verfahren zum Reinigen von Luft und Abgasen in einem Naß- ^~~^^ Elektrofilter, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Erhöhung der Binströageschwindigkelt der Abgas« durch •ine gegenüber der Abgaszuführung verringerte Quer-

sohnittAflache der Einstrbmöffnung (ö); |

b) Verwirbelung eines Teiletroaee der Abgase .4» einer Turbulenzaone (9) durch Erweiterung dea Durohatrömqueraohnittea nach der Einetrömöffnung (8);

c) Aerodynamische Ablenkung der Abgas· in die Abecheidung·- zonen (22) oit hohen elektrlsehen Feldstärken}

d) Erhöhung der radialen Wandergeaonwindigkeit der ionisierten Abgaabeetandteile durch die Sogwirkung der entgegen der Ströaungerichtung der Abgas· fließenden Berieaelungsflüssigkelt (23), die als Niederschlagselektrode wirkt}

e) Einführung der Abgase in eine btausone (15), die durch

eine Verringerung der Querschnittafläohe der Auaatröa- λ Öffnung (20) gegenüber der Fläche des davor befindlichen Burchatröaungsquerachnittes gebildet ist;

f) Stauung und Verwirbelung der Abgase in dieser Stauzone

(15);

g) Bildung von Abscheidungsaonen (22) ait verschieden hohen Feldstärken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase zwischen Bin- und Ausströmöffnung (8,20) verringert und/oder die Strömungsgeschwindigkeit der Berieselungsflüssigkeit (23) erhöht wird.

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3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leyleaelungeflüssigkeit (23) durch in Höhe der Ausströmöffnung (20) angeordnete Auffangringe (10) auf eine Anfaiigsgeachwindiglceit gebracht bzw. abgebreaet und mit dieser weitergeleitet wird·
4· Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oberfläche der Berieaelungeflüseigkeit (23) haftenden Partikel ia Auffangkanal (10) durch Verwirbelung mit der Berießelungeflüseigkeit (23) vermengt werden.
5. Naß-Elektrofilter sum Durchfuhren de« Verfahrens nach eines oder «ehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zum Abscheiden de? Abgas bestand teile ein mit Stirnwänden (6,7) versehenes Rohr (5) dient)

b) von den Stirnwänden (6,7) die eine (6) eine Einströmöffnung (8) und die andere (7) eine Ausströmöffnung (20) aufweist;

c) die Quersohnittsflachen der Ein- und Ausströmöffnung (8,20) !deiner als die jeweils benachbarte Querschnitt·- fläche des Rohres (5) sind;

ti) die Stirnwand (7) einen ringförmigen Auffangkanal (10) zum gleichmäßigen Einleiten der Berieselungeflüseigkeit (23) aufweist, die einen geschlossenen Flüssigkeitsfilm an der Innenseite des Rohres (5) bildet und als positive Niederschlagselektrode dient;

e) die das Rohr (5) axial durchsetzende Sprühelektrode (16) mit Sprühelementen (19) ausgestattet ist, deren Abstand zum Rohr (5) unterschiedlich ist, vorzugsweise in Strömungsrichtung der Abgase abnimmt.

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6. Kaß-Elektrofilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß.die obere Stirnfläche (7) des eich konisch in Strömungerichtung der Abgase erweiternden Rohres (5) als untere Fläche des die Ausströmöffnung (20) umgebenden Auffangkanals (10) ausgebildet ißt und gleichzeitig als Prallfläeae zur Bildung der Stauzone (15) dient.
7. Naß-Elektrofilter nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) mit seinen Stirnwänden (6,7)» dem Auffangkanal (10) und der Spühelektrode (16) eine Pil- ä tereinheit (4) bildet, von der mehrere baukastenförmig vertikal und parallel zueammenfügbar sind.
8. Naß-Elektrofilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit (4) auf einem Grundbehälter (1) angeordnet ist, in dem die Abgase einer Vorbehandlung, z.B. einer Flüasigkeitsbesprühung, ausgesetzt sind und in dea gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase herabgesetzt wird.
9. Naß-Elektr'-filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß 'ia.3 Tlo'ir (5) außen ^it radialem Abstand von einem geschlossenen Mantel (25) umgeben ist, wodurch ein an beiden I Enden offener Ringraum (26) gebildet wird.

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BAD ORIGINAL

L e e r s*e i t e