DE2102333C2 - Elektroabscheider für einen Staubgasstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektroabscheider für einen Stabgasstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die elektrostatische Abscheidung von Staubteilchen, wie etwa der Flugasche in industriellen Abgasen wird typischerweise nach dem Stand der Technik in Abscheidern durchgeführt, in denen der Staub auf eine Vielzahl fester Sammeiplaiten niedergeschlagen wird, die entlang einem Gasdurchstromkanal angeordnet sind. Insbesondere dort, wo eine hohe Teilchenkonzentration herrscht, oder wo ein voller Größenbereich von Teilchengrößen vorhanden ist, entfernen die bekannten Systeme den Staub aus dem Gasstrom nicht wirksam genug. Der vielfach unbefriedigende Wirkungsgrad beruht teilweise auf der Sättigung des Oberflächenbereiches der Sammclplattcn mit niedergeschlagenem Staub, die zur l-'olgc hat. daß die Lade- und/oder Abscheidefelder so stark gedämpft sind, daß eine weitere Teilchenansatvmilung verzögert wird. Darüber hinaus sind die bekannten Abscheider mit einem Durchmesser von weniger als 1 μιη wegen inhärenter Begrenzungen weniger wirksam als für größere Teilchen. Kleinere Teilchen werden weniger wirksam gesammelt, weil sie dann, wenn sie einer Sprühemladung ausgesetzt werden, elektrische Ladung viel langsamer als größere Teilchen aufnehmen. Infolge hiervon ist die Beweglichkeit der kleinen Teilchen verschiedener Größenordnung geringer als die der größeren Teilchen und somit sind ihre Auswanderungsgeschwindigkeiten in einem elektrischen Abscheidel feld entsprechend geringer. Kleine Teilchen strömen daher häufig durch Abscheider üblicher Art hindurch und werden /iisamiuen mn dem Ci.issiiom _in die Aul.lenlult abgegeben.

Weilerhin stellt die Reinigung der Sar.iniLipianen hei den geschilderten bekannten Systemen em ei nsiUilt'.-s Problem dar, da nicht verhindert weiden kann. ι·.ιΓ. > ine beträchtliche Menge von bereits abgeschiedenem Staub vom Ciasstrom wieder mitgerissen wird. I Jbhchci weise

wird die Entfernung des Staubes von den Platten so diTchgeführt, daß die Sammlerplatten an Ort und Stelle in Vibration versetzt werden, um die Staubteilchen zu lösen, die dann durch ihre Schwerkraft in Trichter fallen, die unter den Platten angeordnet sind. Wesen der Nähe der Platten zum Gasdurchflußkanal werden jedoch einige der abgeschüttelten Teilchen wieder in den Gasstrom eingeführt. Die wieder mitgerissenen Teilchen müssen erneut aufgeladen und gesammelt werden, um eine wirksame Peinigung des Gasstromes zu erreichen. Dies macht eine Verlängerung der Sammelzeit notwendig, um das Wiedermitreißen bereits abgeschiedener Teilchen während des Abschüttelvorganges auszugleichen.

Frühere Versuche, den Wirkungsgrad der bekannten Systeme zu verbessern, umfaßten die Verwendung von zusätzlichen Sammlerplatten in dem Gasdurchflußkanal, um den Oberflächenbereich zu erhöhen, der zur Ablagerung des Staubes zur Verfügung steht. Obwohl eine gewisse Erhöhung des Wirkungsgrades und der Länge der Betriebszeiten zwischen dem Reinigen erreicht wird, rührt dieses Vorgehen zu beträchtlichen Vergrößerungen der Gesamtabmessungen und zu einer größeren Kompliziertheit der Abscheider; die erzielten Ergebnisse sind daher nicht zufriedenstellend.

Es wurden auch Abscheider vorgeschlagen, bei denen die Teilchensammeioberflächen die Form endloser Bänder haben, die sich kontinuierlich durch die Sammeizonc bewegen. So werden z. B. gemäß der US-PS 25 79 440 oder gemäß der US-PS 18 22 074 Staubteilchen auf sieb bewegenden Bändern gesammelt, die mit einer Polarität geladen wurden, die der den Staubteilchen vermittelten Polarität entgegengesetzt ist. Die Staubteilchen werden von den Bandoberflächen an einem Punkt entfernt, der vom Gasstrom entfernt liegt. Solche Geräte haben jedoch den Nachteil, daß die Ladungen, die den Oberflächen der Bänder vermittelt werden, durch die geladenen Staubteilchen vom Band weggezogen werden. Wenn dies geschieht, werden die betroffenen Staubteilchen nicht aus dem Gasstrom entfernt und zusätzlich wird das Abscheidefeld geschwächt, weil die von den Bändern getragene Ladung verringert wird.

Eine weitere Schwierigkeit, die sich für derartige Geräte ergibt, besteht darin, daß die Teilchen trot/, der Tatsache, daß sie von den Bändern an cinei ruhigen Stelle entfernt werden, sehr leicht vom Gasstrom wieder mitgerissen werden. Bei Berührung mit der Sammeloberfläche werden die Teilchen je nach der Reststärke der Ladungen, die den Bändern vermittelt werden, entweder neutralisiert oder in ihrer Polarität umgekehrt. In jedem Fall können sie durch die bloße Bewegung des Gasstromes oder auch durch die Anziehungskräfte der entgegengesetzt geladenen, im Gasstrom mitwandernden Staubteilchen von den Bandoberflächen abgerissen werden, weil sie auf den Bändern hauptsächlich durch nichtelektrische Wirkungen festgehalten werden.

In der Vergangenheit wurde versucht, stromlinienförmige oder verhältnismäßig glatte Fließoberflächen innerhalb der Sammelabschnitte von elektrostatischen Abscheidern aufrechtzuerhalten, um eine möglichst geringe Wirbelbildung zu bewirken und dadurch das Wiedermitreißen von auf den Oberflächen ruhenden Teilchen durch aerodynamische Kräfte zu verhüten.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Elektroabscheider der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß der Abscheidewirkungsgrad erhöht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefaßten Merkmale vor.

Den erfindungsgemäßen Maßnahmen liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Wirkungsgrad eines Elektroabscheider dadurch erhöht werden kann, daß mit Hilfe einer gezielten Wirbelbildung im Staubgasstrom die Wanderungsgeschwindigkeit der Teilchen zu den Sammelflächen erhöht und gleichzeitig dafür gesorgt wird, daß einmal an einer Sammelfiäche abgeschiedene Teilchen durch elektrostatische Kräfte so fest an diese ίο Fläche gebunden bleiben, daß sie trotz der Wirbel und Turbulenzen nicht wieder in den Gasstrom hineingespült werden. Es werden also die günstigen Auswirkungen der Wirbelbildung mit verbesserten Sammelflächen kombiniert, an denen die elektrostatischen Feldkräite, is die auf die abgeschiedenen Teilchen einwirken, über die gesamte Fläche hinweg stark genug sind, um den größten Teil der Teilchen abzufangen und festzuhalten, die die Gasstromgrenze erreichen.

Die gezielte Wirbelbildung im Gasstrom wird gemäß der Erfindung mit Hilfe einer gleichzeitig zum Aufladen der Teilchen dienenden Koronaentladung bewirkt, die eine wesentliche Komponente in Gegenrichtung zum Gasstrom besitzt. Die dielektrische Sammeifläche wird mit Hilfe einer Aufladungselektrode auf eine der Staubladung entgegengesetzte Polarität aufgeladen. Somit erzeugt sie zusammen mit dem durch die geladenen Teilchen im Gasstrom gebildeten Raumladungsfeld ein elektrisches Abscheidefeld senkrecht zur Sammelfläche, das auf die geladenen Teilchen so einwirkt, daß diese jo sich zur Berührung mit der Sammelfläche bewegen, wobei die gezielten Turbulenzen in wesentlichem Maß zu einer Steigerung der Geschwindigkeit dieser Bewegung beitragen. Zwischen der dielektrischen Sammelfläche und dem an ihrer Rückseite, d. h. außerhalb des Gasstro-J5 mes befindlichen elektrischen Leiter wird ein starkes elektrisches Feld aufrechterhalten, das einen Wert besitzt, der den des elektrischen Abscheidefeldes überschreitet. Dadurch wird erreicht, daß selbst dann, wenn die Ladung der auf der Sammelfläche abgeschiedenen Teilchen beim Abscheiden stark verringert oder umgepolt wird, diese Teilchen durch die Wirbel des Gasstromes und/oder die Kräfte des Raumladungsfeldes nicht wieder von der Sammeifläche abgerissen werden können. Die gesammelten Teilchen. di<- auf diese Weise fest elektrostatisch an die Sammelfläche gebunden sind, können durch die Bewegung der Sammelfläche aus dem Sammclbereieh ausgetragen und außerhalb des Gasstromes entfernt werden.

Gemäß Weiterbildungen der Erfindung umfaßt die Korona-Entladungseinrichtung eine durchlässige abschirmende Anziehungsclektrode, die im Strömungsweg angeordnet und allgemein U-förmig und in Strömungsrichtung der Teilchen länglich ausgebildet ist, wobei das offene Ende des U stromabwärts zeigt. Weiterhin ist eine aus dielektrischem Werkstoff bestehende konvorgierende-divergierende Düse im Gasströmungsweg angeordnet, wobei der Einschnürungsteil der Düse ganz allgemein neben dem stromabwärtigen Ende der U-Abschirmung vorgesehen ist. Weiter sind mehrere W) Sprühelektroden stromab eines Teils der Abschirmung vorgesehen und innerhalb des länglichen Abschnittes der Abschirmung voneinander beanstandet angeordnet. Durch diese Anordnung werden zur Korona-Entladungseiiiridiumg geführte Staubteilchen aufgrund des b^ri Venturi-Effektcs mit hoher Geschwindigkeit hindurchgezogen, wodurch verhindert wird, daß ionisierte Teilchen zur An/iehungs-Elcktrode der Abschirmung treten. Weiter dient die Düse als elekirogasdynamischer

Generator, um hohe Konzentrationen geladener Teilchen mit hoher Geschwindigkeit dem .Sammlerteil des Abscheiders zuzuführen, wodurch hohe Raumladungsdichten erreicht werden, die für einen optimalen Betrieb und einen optimalen Gesamtwirkungsgrad des F.lektroabscheiders erwünscht sind.

Die Ausbildung der Korona-Entladungseinrichiung dient auch dazu, ein längliches Koronaentladungs-Feld über den Sirömungswcg und in Gegenrichtung zum Strom der Teilchen auszubilden, wodurch die Teilchen augeladen werden und simultan Turbulenz im Ga ;strom erzeugt wird. Diese Verlängerung des Koronaentladungs-Feldes übt auf die ankommenden Teilchen einen verstärkten lonen-Beschuß derart aus, daß sic cine hohe, sich nahe dem Sättigungspegel befindliche elektrische Ladung erreichen, wodurch ein verbesserter elektrostatischer Abscheidungs-Wirkungsgrad erreicht wird. Zuzüglich verbessert die in den Gasstrom durch die rückwärts gerichtete Koronaentladung induzierte Turbulenz die Verweilzeit der Teilchen im F.ntladebereich, wodurch das Wandern der Klcinstteilchen zur Sammelfläche verbessert wird, so daß der Wirkungsgrad des Elektroabscheider über einen großen Teilchengrößen-Bercich hinweg erhöht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer in den schematischen Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform des Elektroabscheider* nach der Erfidung,

F i g. 2 ist eine vergrößerte Einzelunsieht der sich bewegenden Bänder und der Gegenelektrode nach F i g. I,

F i g. J ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer zweiten Ausführungsforni,

F ig. 4 ist eine waagrechte Schnittansicht längs der Linie 4-4 in F i g. 3 in Richtung der Pfeile gesehen.

F ι g. 5 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform.

F ι g. 6 -.st eine waagrechte Schniitansichi iangs der Linie b-6 aus F i g. 5 in Richtung der Pfeile gesehen,

F i g. 7 ist eine vergrößerte Einzelansicht des sich bewegenden Bandes und einer Gegcnelekirode gemäß F i g. b.

F i g. 8 ist eine vergrößerte Einzelansicht einer Teilchen-Aufiadecinrichtung gemäß der Erfindung, und

F i g. 9 ist eine Schnitlansicht längs der Linie 9-9 in F i g. 8 in Richtung der Pfeile gesehen.

Die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform besitzt zwei

ll_ D:

ClIUlUiL UiII !

sehen gegenüberliegend angeordneten Gruppen von elektrisch geerdeten Rollen 22 und 24 erstrecken, eine stationäre Gegenelektrode 26. die im gleichen Abstand zwischen den Bändern 20 liegt. Bürsien 28 zum Reinigen der Bänder 20 und Trichter 30 zur Aufnahme des Staubes von den Bändern.

Jedes Band 20 besteht aus einem schichtförmigen Dielektrikum 32 mit einem hohen elektrischen Widerstandswert und aus einem elektrischen Leiter 34 in Form einer Metallplatte oder eines Überzuges (siehe Fig. 2). Die Gegenelektrode 26 ist ähnlich aufgebaut und weist eine metallische Mittelschicht 36 auf. die auf beiden Seiten mit einer dielektrischen Beschichtung 38 versehen ist. Sowohl der Leiter 34 als auch die Mittelschicht 36 sind vorzugsweise geerdet, aber sie können auch auf jeder gewünschten Bczugsspannung gehalten werden.

Die eine oder die andere der beiden Rollen 22 und 24 sind antreibbar, um die Bänder 20 an der Gegenelektrode 26 vorbeizubewegen. Die Richtung, in der die Bänder im Verhältnis zum Gasstrom angetrieben werden, ist unwichtig, d. h. sie können in Richtung der Strömung s des Gasstromes oder entgegengesetz! oder auch quer hierzu beweg! werden.

Die Bänder 20 bilden zusammen mit der Gegenelektrode 26 zwei Gaskanäle 40 für den Staubgassirom. Neben den F.ingangsenden der Kanäle 40 und in Uberein-

Ki Stimmung mit jedem der Bänder 20 ist eine Vielzahl von drahtförmigen Aufladungselek'roden 42 hoher Spannung angeordnet, um den Sammeloberflächen 44 der Bänder Oberflächenladungen zu vermitteln. Zusätzliche Gruppen von drahtförmigen Aufladungsclektroden 42' und 42 ' sind in vorher bestimmten Abständen entlang den Kanälen angeordnet, um die Sammell'lächen 44 wieder aufzuladen, wenn dies notwendig werden sollte.

Wie schematisch in F i g. 1 dargestellt, sind die Aufladungselektroden 42 mit einer Energiequelle 43 verbunden, um eine Entladung zwischen den Aufladungselekirodcn und den Sammelflächen 44 zu bewirken. Die zur erneuten Aufladung dienenden Aufladungselektroden 42' und 42" sind vorzugsweise mit der gleichen Energiequelle 43 verbunden. Gewünschtenfalls können sie aber auch mit getrennten Energiequellen verbunden werden. In Fig. 1 sind für jede Gruppe von Aufladungselektroden 42,42' und 42" jeweils nur drei Drähte wiedergegeben; dies geschieht jedoch nur zu Darstellungszwecken und es kann jede beliebige Anzahl von Elektroden ver-

jo wendet werden.

Die hereinkommenden Staubteilchen gelangen in die Gaskanüle 40 durch eine Korona-F.ntladungseinrichtung 46. die eine zunächst konvergierende und dann wieder divergierende Düse 48 umfaßt. Diese Düse bil-

J¹) del einen Haisteil und liegt am Eingang zu den Gaskanälen 40. Beim Durchlaufen dieser Korona-Entladungseinrichlung wird den Teilchen eine stark wirbelnde und/ oder elektrostatische Beweglichkeit vermittelt.

Die Ladungen, die den Sammelflächen und den Staubteilchen vermittelt werden, können positiv oder negativ sein, wobei es lediglich erforderlich ist, daß sie entgegengesetzt sind, was durch die Wahl einer geeigneten Polarität für die Korona-Entladungseinrichtung 46 und die Aufladungseiektroden 42 erzieh werden kann. Zu Illustrationszwecken sind in F i g. 2 die Sammelflächen 44 als positiv und die Staubteilchen 50 als negativ geladen gezeigt.

Das Vorhandensein der positiven Ladungen auf der Sammelfläche 44 des Dielektrikums 32 schafft in diesem

~>\\ D'elckirikiim esn stärke*-. elektrische Feici zw!^cch^pn Ηργ Sammelfläche 44 und dem geerdeten Leiter 34 und erzeugt überdies ein elektrisches Raumladungsfeid zwischen der Sammeifläche 44 und der passiven Gegenelektrode 26 bei der Bewegung von geladenen Teilen der Bänder 20 in eine Stellung gegenüber der Gegenelektrode 26. Wegen des geringen Abstandes zwischen dem elektrischen Leiter 34 und der aufgeladenen Sammelfläche 44 ist das elektrische Feld zwischen diesen Teilen wesentlich stärker als das Raumladungsfeid, das

bo in den Gaskanälen 40 aufgebaut ist. Demgemäß werden die positiven Ladungen, die den Sammelflächen 44 vermittelt werden, elektrostatisch auf den Oberflächen gegen die Anziehungskraft dieser beiden Felder gehalten. Der Widerstand des Dielektrikums 32 der Bänder sollte daher genügend hoch sein, damit die Aufladung nicht durch Kriechströme zum elektrischen Leiter 34 abgebaut werden kann.

Für einen optimalen Wirkungsgrad sollte die Gesamt-

aufladung, die anfänglich den Sammelflächen 44 vermittelt wird, wesentlich größer sein als die Gesamlladung, die in die Gaskanäle 40 durch die Staubteilchen eingebracht wird, so daß restliche positive Ladungen stets auf den Sammelflächen verbleiben, um das Raumladungsfeld aufrechtzuerhalten, und allen auf den Sammelflächen abgelagerten Teilen eine deutlich positive Aufladung zu geben. Das heißt, es sollten stets genügend Restladungen auf den Sammelflächen verbleiben, um die Polarität der entgegengesetzt geladenen Teilchen umzukehren, wenn sie mit den Sammelflächen in Berührung gebracht werden. Dies ist schematisch in F i g. 2 dargestellt, wo die negativ geladenen Teilchen 50, die in dem Gasstrom mitgenommen werden, nach ihrem Auftreffen auf die Sammelflächen 44 als positiv aufgeladen dargestellt sind.

Nachdem mehr und mehr Teilchen angesammelt werden, wird die Gesamtladung auf den Sammelflächen 44 verringert und z. B. dann, wenn extrem hohe Staubkonzentrationen in den Gasströmen vorhanden sind, ist es gelegentlich wünschenswert, die Sammelflächen innerhalb der Gaskanäle 40 ein oder mehrmals wieder aufzuladen, wie dies mit Hilfe der zusätzlichen Aufladungselektroden 42' und 42" geschehen kann. Wenn sich die Schicht der angesammelten Teilchen stärker aufbaut, macht ein periodisches Wiederaufladen der Sammelflächen die Verwendung von niedrigeren Bandgeschwindigkeiten und höheren Gasströmungsgeschwindigkeiten möglich und verbessert so die Wirksamkeit der Abscheidung.

Weil die abgeschiedenen Teilchen eine eindeutig positive Ladung annehmen, werden sie auf den Sammelflächen 44 infolge der vom geerdeten elektrischen Leiter 34 ausgehenden Anziehung festgehalten. Es kann gezeigt werden, daß das Feld zwischen den Teilchen und dem elektrischen Leiter 34 beträchtlich stärker ist als die elektrostatischen Kräfte, die das Bestreben haben, die Teilchen wieder abzureißen, solange genügend positive Aufladungen auf den Sammelflächen 44 vorhanden sind, um die Polarität der angesammelten Teilchen umzukehren. Für eine typische Anlage gelten beispielsweise folgende Werte: Die Oberflächenladung auf der Sammelfiäche 44 beträgt 1,33 ■ 10-³ Coulomb/m^!, die Dicke des Dielektrikums 32 ist 0,508 mm, die Weite des Gaskanals 40 ist 1,27 cm, die Stärke des Abscheidefeldes beträgt 2 · 10^b Volt/m und die Stärke des Feldes zwischen den Teilchen und dem elektrischen Leiter 34 beträgt 50 ■ 10^b Volt/m; damit ist der Haltedruck, der das Bestreben hat, die Teilchen auf der Samm'elfläche 44 zu halten, ungefähr 85,5 mb. Somit werden die gesammelten Teilchen sicher auf den Sammelflächen 44 gegen ein Abreißen sowohl durch die elektrostatischen Felder in den Gaskanälen 40 als auch durch die Bewegung des Gasstromes entlang der Sammelflächen gehalten. So wird tatsächlich ein Lösreißen und Wiedereintreten der Staubteilchen in den Gasstrom in sehr starkem Maße verhindert In den seltenen Fällen, in denen sich ein Staubteilchen doch wieder von der Sammelfläche löst, wird es dank seines Beibehaltens einer positiven Aufladung automatisch wieder abgeschieden.

Die auf den Bändern 20 festgehaltenen Teilchen werden aus den Gaskanälen 40 herausgeführt und anschließend von den Sammelflächen 44 durch die Bürsten 28 abgeschabt Durch diese Art der Reinigung der Sammelflächen ergibt sich eine minimale Menge von Staubteilchen, die aufgrund des Reinigungsvorganges im Gasstrom zurückbleibt Wie bereits erwähnt, wird ein Wiederloslösen und Mitreißen der Teilchen infolge der Gasströmung entlang der Sammelflächen in wirksamer Weise auch durch das starke elektrische Feld verhütet, das /wischen den abgeschiedenen Teilchen und dem elektrischen Leiter J4 besteh!. Demgemäß können Gasgeschwindigkeilcn verwendet werden, die etwa viermal größer als in den üblichen Abscheidern sind. Dies ist ein wesentlicher Gesichtspunkt der crfindungsgcniäßcn Vorrichtung, da es die Verwendung einer Turbulenzen erzeugenden Aufladevorrichtung mit langer Verweilzeit zum Laden der Staubteilchen erleichtert und daher beträchtlich zur Gesamterhöhung des Wirkungsgrades der Abscheider beiträgt.

Nach dem Reinigen werden die Sammelflächen erneut an den Aufladungselektroden 42 vorbeigeführt, wiederum aufgeladen und so weiierbewegi, daß sie ihre Sammclfunktion aufnehmen können. Es sind daher ständig ungesättigte Sammelflächen zur Aufnahme von Staubteilchen vorhanden, die aus der Korona-Entladungseinrichtung 46 stammen, und der schwächende Einfluß abgeschiedener Staubteilchen auf das Abscheidefeld, wie er in Platienabscheidern mit festen Sammelflächen nach dem Stand der Technik üblich ist, wird wesentlich verringert.
Wenn der abgeschiedene Staub nicht elektrisch leitend ist. können die Bürsten 28 am besten aus Metall bestehen und, wie in F i g. 1 gezeigt, geerdet sein. Wenn die Staubteilchen jedoch elektrisch leitend sind, werden Bürsten bevorzugt, die entweder aus dielektrischem Material bestehen oder elektrisch isoliert sind. Wahlweise können leitende Staubteilchen direkt vor dem Abbürsten mit einem Sprühentladungsstrom entfernt oder neutralisiert werden. Die Trichter 30 sind vorzugsweise geerdet, so daß die Staubteilchen bei Berührung mit den Trichtern in jedem Fall entladen werden.

J5 Eine weitere Ausführungsform ist in den F i g. 3 und 4 dargestellt und umfaßt eine Vielzahl von Bändern 120, die im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Bänder 20 in den Fig. 1 und 2 und somit insbesondere eine dielektrische Oberflächenschicht besitzen und sich zwisehen Gruppen von geerdeten Antriebsrollen 122 und 124 erstrecken. Die Gasströme bewegen sich waagrecht durch die Gaskanäle 140 in einer Richtung quer zu den aufgeladenen Sammelflächen 144, wie dies durch die Pfeile in F i g. 4 dargestellt ist. Zwei Gruppen von Aufladungselckiroden 142 sind vorgesehen, um die einzelnen Sammelflächen 144 aufzuladen, wobei eine dieser Gruppen nahe einer jeden der unteren und oberen Rollen 122 und 124 an einem Punkt angeordnet ist. der unmittelbar vor dem Einlauf der Bänder in die Gaskanäle 140 liegt.

Wenn die Bänder 120 in einer anderen Richtung angetrieben werden, müssen die Aufladungselektrodcn entsprechend versetzt werden.

Eine passive Gegenelektrode 126 ist zwischen benachbarten Bändern 120 angeordnet, so daß ein Abscheidefeld über die Gaskanäle 140 aufgebaut wird. Die zur Aufladung des Staubes dienenden Korona-Entladungseinrichtungen 146 mit den Düsen 148, von denen eine für je zwei Gaskanäle vorgesehen ist, erstrecken sich in senkrechter Richtung quer über die Eingangsen-

bo den der Gaskanäle.

Bürsten 128 sind in der Nähe der unteren Rollen montiert, um die gesammelten Teilchen von den Sammelflächen zu entfernen. Ein gemeinsamer Trichter 152 liegt unter den Bürsten 128, um die von den Bändern abfallenden Teilchen aufzunehmen. Der Trichter ist vorzugsweise geerdet, um die Teilchen zu entladen.

Vorzugsweise ist der Trichter 152 an seinem oberen Ende mit einem Gehäuse 154 verbunden, das das Aus-

füllgerät umschließt um cine vollständige Einheit zu bilden. Das Gehäuse 154 umfaßt Prallplatten 156, die die oberen und unteren Grenzen der Gaskanälc 140 bilden und auch als Gasfallen dienen, um zu verhindern, daß Teilchen, die von den Sammelfiächcn durch die Bürsten 128 abgestreift wurden, wieder in den Gasstrom eintreten. Gewünschtenfalls können die Korona-F.ntladungseinrichtungen 146 von den Prallplatten gehalten werden.

Eine weitere Ausführungsform des Elektroabscheider ist in den F i g. 5 bis 7 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird ein einziges endloses Band 220 mit dielektrischer Oberfläche in Serpentinenform über wechselweise beabstandete Rollen 222 und 224 geführt und bildet mit den Gegenelektrode!¹. 226 eine Vielzahl von Gaskanälen 240. Dieser Aufbau gestattet es, daß beide Seiten des Bandes als Sammelflächen verwendet werden, was beträchtliche Vorteile bietet, wenn hohe Staubkonzentrationen im Gasstrom vorhanden sind. Demgemäß besitzt das Band 220 einen Schichtaufbau mil zwei dielektrischen Schichten 232 und einem dazwischenliegenden elektrischen Leiter 234, der geerdet oder in anderer Weise mit einer Bezugsspannung verbunden isi(Fig. 7).

Die Gegenelektroden 226 besitzen den gleichen Aufbau wie die Elektrode 26 in Fig. 1, einschließlich einer metallischen Mittelschicht 236, die auf beiden Seilen mit dielektrischen Schichten 238 abgedeckt ist. Da die Seitenwände 254' des Gehäuses 254 als Gegenelektroden für die benachbarten Abschnitte des Bandes dienen, besitzen sie vorzugsweise einen dielektrischen Überzug auf ihren inneren Oberflächen und sind ebenfalls mit einer Bezugsspannung verbunden. Eine Gruppe von sich senkrecht erstreckenden, eine Sprühentladung bewirkenden Aufladungselektroden 242 isi auf jeder Seite des Bandes 220 in der Nähe derjenigen Punkte angeordnet, an denen das Band in die Gaskanäle 240 eintritt. Somit werden die Sammelflächen 244 auf beiden Seilen des Bandes 220 für jeden Durchlauf durch den Gasstrom wieder aufgeladen.

Die Staubteilchen 250 werden durch die Gaskanäle 240 in senkrechter Richtung hindurchgeführt, wie durch den Pfeil in Fig. 5 angegeben, und werden an den Einlaßenden der Gaskanäle in sich waagrecht erstrckkcnden Korona-Entladungscinrichtungen 246 aufgeladen, die ähnlich wie die in Fig. 1 dargestellte Korona-Entladungseinrichtung aufgebaut sind. Da nur ein Band verwendet wird, genügt ein einzelnes Paar Bürsten 228, um die abgeschiedenen Teilchen von den Sammelflächen 244 zu entfernen. Ein Trichter 252 ist mit dem Gehäuse 254 in senkrechter Ausrichtung mit den Bürsten verbunden und ein Paar Rollen 258 trägt drehbar das Band 220 über dem Trichter 252, so daß durch die Bürsten vom Band abgestreifte Teilchen direkt in den Trichter fallen. Prallplatten sind im Gehäuse 254 einwärts jeder der Rollen 222 und 224 angeordnet, um die Gasströme zu begrenzen und die Gaskanäle 240 vom Bereich der Bürsten 228 zu trennen. Wenn der gesammelte Staub leitend ist, werden die Rollen 222, 224 und 258, die das Band tragen, vorzugsweise von Masse elektrisch isoliert, so daß keinerlei Entladungspfad für Ladungen auf den gesammelten Teilchen vorhanden ist.

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen wurden die Gegenelektroden 26, 126 und 226 als auf Massepotential befindlich dargestellt und beschrieben. Dies ist möglich, weil den Sammelflächen eine Gesamtaufladung mit einer Größe vermittelt und auf den Sammelflächen gehalten werden kann, die ausreicht, um ein Abscheidclcld bestimmter Stärke zu entwickeln. Weiterhin ergibt dies den Vorteil, daß keine besondere Energiezuleitung vorgesehen werden muß, um den Gegenelektroden eine Spannung zu geben. Daher werden beträchtli-■> ehe Kostenersparnisse erzielt. Wenn ein stärkeres Abscheidefeld gewünscht wird, kann jedoch eine Energiezuführung verwendet werden, um die Gegenelektroden auf die erforderliche Spannung zu bringen. In diesem Fall ist die den Gegenelektroden vermittelte Spannung lü in ihrer Polarität der der Bänder entgegengesetzt.

Weil die oben beschriebenen Ausführungsformen der sich bewegenden Sammelflächen erhöhte Gasgeschwindigkeiten gestatten, werden sie gemäß der Erfindung in Kombination mit einer Staub-Aufladeeinrichtung verwendet, die gleichzeitig im Gasstrom Ti!rbu!en7en erzeugt, die Staubteilchen elektrisch auflädt und die Geschwindigkeit des Teilchenstromes erhöht. Dies ist besonders nützlich beim Abscheiden von Teilchen mit stark veränderlichen Größen. Die Einführung einer 2(i Wiibclbildung in den Gasstrom und die Erhöhung der Staubteilchengeschwindigkeilen sind bedeutsame Faktoren, um ein wirksames Abscheiden der Staubteilchen zu erreichen, die sich normalerweise in industriellen Abgasen finden.

In den F i g. 8 und 9 weist die als Korona-Entladungseinrichtung aufgebaute Aufladeeinrichtung im wesentlichen eine metallische Abschirmung 300, eine Vielzahl von im Abstand voneinander liegenden lonisationselektroden 302 und eine aus dielektrischem Material bestehendende konvergierende-divergierende Düse 48 auf. Die Abschirmung wird geerdet und die lonisationselektroden werden dadurch auf einer bestimmten Spannung gehalten, daß sie mit einer Stromversorgung 304 verbunden sind, wobei die genaue Spannung an den Ionisalionselektroden vom Abstand der Elektroden von der Abschirmung und von den Gasdurchflußbedingungen abhängt. Die Öffnungsgröße der Abschirmung 300 ist ebenfalls in Abhängigkeit von den Bedingungen veränderlich. Beispielsweise wurde eine Abschirmung mit 18 öffnungen je 2,54 cm erfolgreich angewendet.

Die Abschirmung 300 ist vorzugsweise U-förmig und ihr offenes Ende ist stromabwärts gerichtet und wird von der Düse 48 in etwa an dem Punkt getragen, an welchem die Düse ihre kleinste Weite besitzt, d. h. ungefähr am Mittelpunkt der Düse. Somit werden die Staubpartikel 50, die sich der Entladungseinrichtung 46 nähern, wegen des Venturi-Effektes mit einer erhöhten Geschwindigkeit durch die poröse Abschirmung 300 an den lonisationselektroden 302 vorbeigezogen und dann von der Düse im Bereich des Abscheidefeldes ausgestoßen, das zwischen den sich bewegenden Bändern 20 und der Gegenelektrode 26 aufgebaut ist. Infolge der Koronaentladungen zwischen den einzelnen lonisationselektroden 302 und der sie umgebenden Abschirmung wird ein längliches Koronaentladungsfeld über den Pfad des Stromes der Teilchen 50 und zumindest teilweise der Strömungsrichtung der Teilchen entgegengerichtet aufgebaut, während die Teilchen sich durch die Düse hindurchbewegen. Die Teilchen 50 werden daher elekbo trisch aufgeladen, wie dies in F i g. 8 schematisch dargestellt ist: gleichzeitig wird im Gasstrom eine Wirbelbildung hervorgerufen, weil dem Gasstrom durch die poröse Abschirmung 300 überall ein »elektrischer Wind« entgegenwirkt, der durch die Koronaentladungen von den lonisationselektroden 302 zur Abschirmung hin entsteht.

Diese besondere Anordnung der Korona-Entladungscinrichtung ist besonders geeignet, um einen ho-

Π

hen Wirkungsgrad des Abscheidens von Staubteilchen durch die Verwendung einer Koronaentladung entgeverschiedener Größe zu erzielen. gen dem Gasstrom die Wanderung der kleinen Teilchen

Dieses Ergebnis wird erreicht, weil die Verlängerung zu den Samnielflächen hin beträchtlich erhöht wird, des Koronaentladungsfcldes in Richtung des Teilchen- Auch die kleinen Teilchen erreichen eine gewisse

Stromes die hereinkommenden Teilchen 50 über einen ■; elektrische Aufladung und weiden in entsprechendem längeren Zeitraum hinweg der lonenbesehießung aus- Ausmaß durch die elektrostatischen Felder beeinflußt, setzt, d. h. die Teilchen haben eine lange Verwcil/.eit im Insbesondere wird vermutet, daß die elektrostatischen Aufladungsfeld, so daß sie eine hohe elektrische Ladung Felder wirksam sind, um die Teilchen durch die dünne aufnehmen können. Außerdem verursachen die Wirbel- schichtförmige Grenzschicht hindurchzutreiben, die an ströme, die in dem Gasstrom durch den rückwärts ge- κι den Sammclflächen vorhanden sein kann. Diese Wirrichteten Bestandteil der Koronaentladungsfelder er- kung kann aber auch bei größeren Teilchen eintreten, zeugt wird, eine ungeordnete Bewegung der Teilchen Aus den Beispielen ergibt sich, daß der erfindungsgemämit dem Ergebnis, daß die Teilchen länger im Aufla- ße Elektroabscheider sich besonders für eine große dungsfeld verbleiben und dadurch eine größere Ladung Vielzahl von Anwendungsfiillen unabhängig davon eig- und Beweglichkeit erreichen. Dies ist besonders wichtig ii net, ob kleine oder große Staubkonzentrationen oder für die Teilchen mit einer Größe über 10 ' mm. da die kleine oder große Teilchengrößen oder irgendeine vorherrschenden Kräfte, die auf die größeren Teilchen Kombination dieser Faktoren vorliegt.

wirken, um sie zu einer Abscheidung zu veranlassen,

elektrostatischer Natur sind, d. h. vom elektrischen Ab- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

scheidefeld und vom Raumladungsfeld stammen, die im Sammelteil des Elektroabscheiders vorhanden sind. Es ist daher wünschenswert, daß die größeren Teilchen Ladungsniveaus in der Nähe der Sättigung erreichen und die verlängerte Verweilzeit aufgrund des verlängerten Koronaentladungsfeldes in der Entladungseinrichtung 46 dient zu diesem Zweck.

Im allgemeinen sollten genügend drahtförmige lonisationselektroden 302 in der Entladungseinrichtung vorgesehen werden, um ein K.oronaentladungsfeld der benötigten Länge aufzubauen. Die tatsächlich erforderliehe Anzahl wird durch die Umstände eines gegebenen Anwendungsfalles bestimmt einschließlich von Faktoren wie Größenbereich der abzuscheidenden Teilchen, Geschwindigkeit des Gasstromes und Abmessungen der Entladungseinrichtung. J5

Mit verlängerten Verweilzeiten ergibt sich jedoch das Problem, daß die aufgeladenen Teilchen zur Abschirmung 300 gezogen und entladen werden. Dies wird bei der vorliegenden Korona-Entladungseinrichtung dadurch überwunden, daß die konvergierende-divergierende Düse 48 benutzt wird, die den Teilchen eine Geschwindigkeit verleiht, die genügend groß ist, um die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen und der Abschirmung zu überwinden. Die dielektrische Düse 48 dient zusätzlich als ein eiektro-gasdynamischer Generator insofern, als große Konzentrationen von aufgeladenem Staub bei hohen Geschwindigkeiten dem Sammlerteil des Abscheiders zugeführt werden, wo die Energie des hereinkommenden Staubes in bekannter Art und Weise durch den Widerstand des Raumladungsfeldes, das von den aufgeladenen Teilchen aufgebaut wird, in elektrische Potentialenergie umgewandelt wird. Da hohe Raumladungsdichten zur optimalen Leistung erforderlich sind, wird der Gesamtwirkungsgrad des Abscheiders hierdurch erhöht

Da Teilchen kleiner 10~³ mm eine elektrische Aufladung wesentlich langsamer erreichen als die größeren Teilchen, werden sie von den elektrostatischen Kräften des Abscheidefeides und des Raumladungsfeldes nicht in dem gleichen Ausmaß beeinflußt, wie die größeren «i Teilchen. Demgemäß ist die auf elektrostatischen Kräften beruhende Wanderungsgeschwindigkeit der kleineren Teilchen zu den Sammelfiächen hin entsprechend geringer. Umgekehrt hat sich gezeigt, daß diese Teilchen wesentlich stärker als die größeren Teilchen durch b5 die Turbulenzen im Gasstrom beeinflußt werden. Es wurde weiterhin gefunden, daß durch Erzeugung einer kontrollierten Größe der Turbulenzen im Gasstrom

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Elektroabscheider für einen Staubgasstrom mit einer eingangsseitigcn Düse (48), mindestens einer sich bewegenden Sammelfläche (44; 144; 244) neben der Gasstrom-Grenze, einer parallel zum Gasstrom verlaufenden Gegenelektrode (26; 126; 226) und einer elektrischen Sammel- und Aufladeeinrichtung für den Staub, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der Düse (48) eine Korona-Entladungseinriichtung (46) vorgesehen ist, deren Ionisationselektrode (302) zur Abbremsung und Verwirbelung des Staubs gegen die Gegenelektrode (26; 126; 226) gerichtet ist, daß zwischen der Sammelfläche (44; 144; 244) und der Gegenelektrode (26; 126; 226; nahe der Sammelfläche (44; 144; 244) mindestens eine Aufladungselektrode (42, 42', 42"; 142; 242) angebracht ist, deren Polarität der der Staubladung entspricht, und daß ,die Sammelfläche (44; 144; 244) die Oberfläche eines auf einen Leiter (34; 234) aufgeschichteten Dielektrikums (32; 232) ist.

2. Elektroabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des zwischen der Sammelfläche (44; 144; 244) und dem Leiter (34; 234) herrschenden Feldes größer ist als die Stärke des elektrostatischen Abscheidcfeldes zwischen der Wolke geladener Staubteilchen und der Sammelfläche (44; 144; 244). JO

3. Elektroabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bewegende dielektrische Sammelfläche (44; 144; 244) die Oberfläche mindestens eines umlaufenden endlosen Bandes (20; 120; 220) ist.

4. Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei dielektrische Sammelflächcn (244) auf die beiden Außenflächen eines dazwischenliegenden elektrischen Leiters (234) aufgeschichtet sind.

5. Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Korona-Entladungseinrichtung (46; 146; 246) eine für die Staubteilchen (50; 250) im Gasstrom durchlässige Abschirmung (300) aufweist, die als Elektrode ausgebildet ist, deren lonisationsclektrodc (302) stromabwärts vorgesehen ist.

fa. Elektroabscheider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungseinrichtung für die Bewegung der aufgeladenen Teilchen (50; w 250) zur lonisationselcktrode (302) vorgesehen ist.

7. Elektroabscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung zur Aufnahme des Gasstroms durch die lonisalionselektrode (302) durch eine aus dielektrischem Werkstoff gebildete konvergierende-divcrgicrcnde Düse (48) im Gasstrom gebildet ist.

8. Elektroabscheider nach Anspruch b oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung zumindest teilweise /wischen dem Korona- wi eniladungslVid und der sich bewegenden Sanimelfläche(44; 141; 244).ingeoidnei ist

^. l-.lekiroabseheidcr nach einem der Ansprüche bis 8. dadurch gekennzeichnet, dall die gasdurchlässige Abschirmung (500) in Gassiromungsriehtung h-> verlängert ist und daß mehrere lonisaiionselekiroden (302) in Sirömungsrichiung vorgesehen sind, um 1111 Gasstrom mehrere Koronaentladungen zu errei

10. Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (300) im wesentlichen U-förmig mit stromabwärts gerichtetem offenen Ende ausgebildet ist. wobei die gegebenenfalls mehreren lonisationselektrodcn (302) innerhalb der U-Abschirmung (300) in Richtung des Gasstroms gegebenenfalls beabstandet angeordnet sind.

11. Elektroabscheider nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (48) zumindet teilweise zwischen dem stromabwärts gerichteten Ende der U-Abschirmung (300) und der sich bewegenden Sammelfläche (44) angeordnet ist.

1?.. Elektroabscheider nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärts gerichtete Ende der U-Abschirmung (300) nahe der engsten Stelle der drosselnden Düse (48) vorgesehen ist.

13. Elektroabscheider nach einem der Anspruches bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung als Anziehungs-Elektrode und die lonisationselektrode (302) als Sprühelektrode mit einer Stromversorgung (304) zur Koronaentladung von der lonisationselektrode (302) zur Abschirmung (300) verbunden sind.