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Elektrostatischer Staubabscheider
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Die Erfindung betrifft elektrostatische Staubabscheider. Derartige
Vorrichtungen werden in vielen Betrieben und Fabriken verwendet, in denen der Staub
die Gefahr einer Luftverschmutzung und einer Gesundheitsschädigung der Belegschaft
mit sich bringen würde, und in denen folglich saubere Umweltbedingungen erforderlich
sind.
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Figur 1 zeigt ein Beispiel für bisher verwendete elektrostatische
Staubabscheider. Man verwendet dabei eine Mehrzahl von im Abstand zueinander liegenden
Metallstäben 1 sowie eine Mehrzahl von parallelen gleichmäßig beabstandeten Metalldrähten
ocer Entladeelektroden 3, die von den M.etallstäben 1 herabhängen. Gewichte 2 sind
an den unteren Enden der jeweiligen Entladeelektroden 3 befertigt, um letztere in
vertikaler Stellung zu halten. Zwischen den Entladeelektroden 3 und außerhalb deren
Reihe liegen Staubsammelelektroden in Form von ebenen Metallplatten 4. Die Gewichte
2 dienen dazu, den Abstand zwischen den t4etalldrdhten 3 und den Metallplatten 4
konstant zu halten.
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Im Betrieb wird eine negative Spannung cn die Metalldrähte 3 angelegt,
wshrend man die Metallplatten 4 mit einer positiven Spannung beaufschlagt. Gas oder
Luft mit Staubanteilen wird zwischen den Petallplatten 4 hindurchgeführt, und zwar
in einer Richtung, die durch einen Pfeil angedeutet ist. Zwischen den Metulidrähten
3 und den Metallplatten 4 wird eine Coronaentladung hervorgerufen, um das Gas bzw.
die Luft zu ionisieren. Der Hauptanteil der Staubpartikel lädt sich negativ auf
und wird von den positiv geladenen Metallplatten angezogen. Einige der Partikel
laden
sich jedoch mit entgegengesetzter Polarität auf, so daß sie von den Metalldrohten
3 angezogen werden. Aus diesem Grunde kann nach einer langen Betriebszeit des Abscheiders
keine ausreichend starke Coronaentladung hervorgerufen werden, wodurch sich der
Wirkungsgrad vermindert. Folglich hä.amert man die etalldrähte von Zeit zu Zeit,
um den darauf abgelagerten Staub zu entfernen.
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Dies erfordert nicht nur Hämmervorrichtungen, sondern führt auch zu
Brüchen und Kurzschlüssen der Metalldrähte.
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Ein weiteres Beispiel für bisher bekannte elektrostatische Staubabscheider
ist in Figur 2 dargestellt. Dabei handelt es sich.um eine Mehrzahl ebener,plcttenförmiger
Staubsammelelektroden 41 und um eine Mehrzahl ebener, plattenförmiger Entladeelektroden
42, wobei die Elektroden mit Abstand parallel ineinander geschachtelt sind. Eine
mehrzahl von Ilaeln 43 ist an der Einlaßseite jeder Entladeelektroae 42 vorgesehen.
Cer elektrostatische Staubabscheider nach Figur 2 arbeitet in der gleichen Weise
wie der nach Figur 1. Allerdings nimmt bei dieser Konstruktion die Intensität des
elektrischen Feldes in Richtung auf die Mitte der Staubsammelelektroden 41 ab, so
daß der Hauptanteil des Staubes in denwenigen Flächenbereichen der Staubsammelelektroden
41 und der Entladeelektroden 42 abgelagert wird, welche nahe den Nadeln 43 liegen.
Selbst wenn also große Elektroden verwendet werden, so nutzt man dementsprechend
nicht die gesamten Flächen aus. Dadurch vermindert sich der Wirkungsgrad der Staubabscheidung.
Aus diesem Grunde war es bei der Behandlung eines großen, staubhaltigen Gasvolumens
erforderlich, einen großen und teueren elektrostatischen Staubabscheider zu verwenden.
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Bei den elektrostatischen Staubabscheidern der obenbeschriebenen Art
ist es wesentlich, den Elektrodenabstand konstant zu halten.
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Andernfalls konzentriert sich die Coronaentladung auf einige Abschnitte,
oder aber es entstehen Funkenentladungen, wodurch der Wirkungsgrad der Staubabscheidung
in wesentlichem Umfang vermindert wird. Hinzu kommt, daß es bei plattenförmigen
Elektroden schwierig ist, diese absolut parallel zueinander, d.h., mit gleichförmigen
Abständen, herzustellen und zu installieren. Da große Elektrodenplatten aus gewalzten
Metallplatten ausgebildet
werden, ist es aufgrund ihrer Materialspannungen
schwierig, eine tatsachlich ebene Installation zu erzielen. Auch unterliegen plattenförmige
Elektroden beträchtlichen Deformaticnen durch Wärmespannungen, die während des Getriebes
entstehen. Ebene, plattenförmige Elektroden werden leicht durch äußere Kräfte verformt,
die rechtwinklig auf sie einwirken. Erzeugt man also ein intensives elektrisches
Feld zwischen den Elektroden, so kommt es zu bedeutenden Verformungen.
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Aus den vorstehend beschriebenen Gründen ist es äußerst schwierig,
einen gleichförmigen Abstand zwischen den plattenförmigen Elektroden über deren
gesamte Flachen aufrecht zu erhalten. Folglich läßt man derzeit beträchtliche Fehlertoleranzen
zu. Dadurch sinkt der tstsuchliche Abscheide-irkungsgrad seträchtlicn unter den
theoretisch erzielbaren Wert.
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Der Erfindung liegt dementsprechena die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten
elektrostatischen Staubabscheider zu schaffen, der eine ausreichende Coronaentlaung
ermöglicht und dadurch eine hohe Staubcbscneideleistur.g UDer lange Zeiträume sicherstellt.
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Der Staubabscheider nach cer Erfindung soll einen verbesserten Abscheide-Wirkungsgrad
besitzen. Auch soll er kleiner sein als die bisher verwendeten Vorrichtungen.
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Die Erfindung schafft einen elektrostotischen Staubabscheider mit
einer Staubsammel-Elektrodenanordnung und einer Entlade-Elektrodencnordrung, die
der Staubsammel-Elektrodenanordnung in bestimmtem Abstand gegenüberliegt, wobei
die Elektrodenanordnungen mit einer gleichgerichteten Spannung entgegengesetzter
Polarität beaufschlagt sind. Diese Vorrichtung ist dadrch gekennzeichnet, daß die
Entlade-Elektrodenanordnung eine Mehrzahl von stobförmigen parallelen Elektroden
mit einem beträchtlichen Flächenbereich und mit Entladeelementen aufweist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfaßt die Entlade-Elektrodenanordnung
mindestens einen dünnen Metalldraht, der an
der Gaseinlaßseite parallel
zu anderen, stobfärmigen Entladeelektroden angeordnet ist. Einige der mittleren
stabförmigen Entladeelektroden können ebenfalls durch dünne Metalldrähte ersetzt
sein.
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Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind einige
oder alle stabförmigen parallelen Elektroden mit Stiften versehen, die zugespitzte
Enden aufweisen und sich in Strömungsrichtung des mit Staub beladenen Gases erstrecken.
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Die Staubsammel-Elektrodenanordnung umfaßt erfindungsgemäß eine Mehrzahl
paralleler stab- oder rohrförmiger Elektroden bzw. ebene Platten.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden
Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in: Figur 1 und 2 schematische, perspektivische Ansichten
zweier Beispiele für bisher bekannte c-lektrostatische Staubabscheider; Figur 3
eine perspektivische Ansicht einer Entlade-Elektrodenanordnung nach der Erfindung;
Figur 4 in vergrößertem Maßstab eine Detaildarstellung einer Entladeelektrode gemäß
Figur 3; Figur 5 und 6 perspektivische Ansichten weitere Ausführungsformen nach
der Erfindung.
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Gemäß Figur 3 und 4 umfaßt die Entlade-Elektrodenanordnung nach der
Erfindung eine mehrzahl von parallelen, vertikalen Metallstäben 5 sowie ein Paar
von Metallstangen 6 und 7, die jeweils die oberen und unteren Enden der Metallstäbe
5 halten. Nach Figur 4 ist jeder etallstab 5 mit gleichförmig beabstandeten Öffnungen
8 versehen, die parallel zu den etallstangen 6 und 7 liegen. In diese Öffnungen
sind Metallstifte 9 mit zugespitzten Enden 9a
eingesetzt. Sie sind
beispielsweise durch Verstemmen gesichert.
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Die Entlade-Elektrodenanordnung dient als Ersatz für die etclldrähte
3 nach Figur 1. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Metallstifte 9 zwischen
11100 und 50/100 des Abstandes zwischen den Metallstiften 9 und einer benachbarten
Metallplatte 4. Wenn der Stiftdurchmesser unter 1/100stel dieses Abstandes liegt,
kann es zu einem Durchbiegen der Stifte kommen. Liegt der Durchmesser hingegen über
50/100 des Abstandes, so vermindert sich der Abstand zwischen dem Metallstab 5 und
der benachbarten Platte 4, wodurch es häufig zu Funkenentladungen kommt.
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Während des Betriebes erzeugt man Coronaentladungen zwischen den zugespitzten
Enden 9a der Stifte 9 und den ebenen t»1etcllplstten 4.
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Da die Wirbeleffekte ganz beträchtlich sind, hindern sie den positiv
geladenen Staub, der von den Stiften 9 angezogen wird, daran, sich an den zugespitzten
Enden 9a abzulagern. Vielmehr wird der meiste Anteii des Staubes auf den Hauptkörpern
der Stifte 9 oder auf den Seitenflächen der Metallstäbe 5 niedergeschlagen. Da diese
Abschnitte im Gegensatz zu den zugespitzten Enden nicht zur Coronaentladung beitragen,
wird der Wirkungsgrad det Staubabscheidung nicht durch den dort abgelagerten Staub
beeinträchtigt.
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Selbst bei einem lang andauernden Betrieb des Staubabscheiders kann
man also eine ausreichend starke Coronaentladung hervorrufen und hohe Wirkungsgrade
sicherstellen.
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Werden die Stifte 9, wie oben beschrieben, mit den Metallstäben 5
verstemmt, so besteht die Möglichkeit,, die Stiftbefestigung einfacher durchzuführen,
als es beispielsweise beim Schweißen oder Löten der Fall ist. Ferner verhindert
man beim Verstemmen eine Oxydation und ein Durchbiegen der Metallstäbe 5, wozu es
sonst unter der Hitzeeinwirkung beim Befestigen der Stifte 9 kommen würde.
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Nach Wunsch kann left zusätzlich zu den beschriebenen Entladeelektroden
anders ausgebildete Entladeelektroden hinzunehmen.
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Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Elektroden an Stelle kreisförmiger
Stäbe 5 auch aus hohlen Rohren oder aus Stäben von
polygonale G:erschnitt
bestehen können. Kreisförmige Rohre oder Stäbe sind jedoch vorzuziehen.
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Das abgewsndelte Ausführungsbeispiel nach Figur 5 besteht aus einer
Mehrzahl von Staubsammel-Elektroden 14a bis 14d und aus einer Mehrzahl von Entladeelektroden
15a bis 15d. Diese Elektroden sind im Abstand zueinander parallel ineinander geschachtelt.
Jede der Staubsanmel-Elektroden besteht aus einer Mehrzahl von hohlen l1etallrohren
16, die in vertikaler Richtung parallel angeordnet sind, und aus Stützrahmen 17,
die sich in Richtung des staubbeladenen Gasstromes erstrecken und jeweils die oberen
und unteren Enden der Rohre 16 halten. Ein Block der Entladeanordnung umfaßt Entladeelemente
21, ferner eine Mehrzahl (im vorliegenden Falle S) von Metall rohren oder -stangen
20, die zwischen benachbarten Entladeelementen 21 liegen, und schließlich Tragrahmen
22, die sich in Richtung ces staubbeladenen Gasstromes entsprechend dem Pfeil A
erstrecken. Jedes Entladeelement 21 stimmt in seiner Konstruktion mit der Darstellung
nach den Figuren 3 und 4 überein. Es umfaßt also eine Mehrzahl von Stiften 18, die
an einem Metallrohr 19 befestigt sind.
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Im Betrieb werden die Staubsammel-Elektroden 14a bis 14d und die Entladeelektroden
15a - 15d derart mit einer starken Gleichspannung beaufschlagt, daß die Staubsammelelektroden
eine positive Polarität erhalten. Dadurch erzeugt man Coronaentladungen zwischen
den zugespitzten Enden der Stifte 18 und den Staubsammel-Elektroden 14a - 14d. Dies
führt zu einer Ionisierung des zwischen den Elektroden hindurchgehenden Gases. Die
Staubpartikel werden mit negativen Ionen geladen und lagern sich an den Metallstäben
16 ab, die zu den Staubsammelelektroden gehören. Positiv geladene Staubteilchen
hingegen schlagen sich an den Flächen der benachbarten Metallrohre 20 nieder. Staubpartikel,
die nicht in der frühen Stufe gesammelt werden, lagern sich in den nachfolgenden
Stufen ab.
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Da die Staubsammel-Elektroden 14a - 14d und die Entladeelektroden
15a
- 15c eine Anordnung von beabstandeten, parallelen Metallstangen oder -rohren 16
und 20 aufweisen, werden die effektiven Staubsammel-Flächenbereiche dieser Elektroden
ganz betrachtlich vergrößert. Bei einem Staubabscheider mit einem Tragerabstand
(stay distance) von 2,02m, was der Länge der Staubsammel-Elektroden entspricht,
ist der Gesamtabstand der Staubsammelelektroden gleich der Summe der Längen beider
Flächen der Staubsammel-Elektroden. Dies entspricht dem doppelten Wert des Trägerabstandes.
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Der Gesamt abstand der Entladeelektroden ist gleich dar Summe der
Langen beider Flächen der Entladeelektroden. Bei bisher bekannten Konstruktionen
mit einem Trcgerabstand von 2,02m beträgt der Gesamtabstand zwischen den Staubsammel-Elektroden
4,04m, während der Gesamtabstand zwischen den Entladeelektroden gleich 1,15m ist.
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Dies ergibt eine Summe von 5,19m. Bei dem Staubabscheider, bei dem
57 tetallstäbe mit einem Durchmesser von 25mm parallel zueinander mit einem Abstand
von 10mm angeordnet sind, beträgt der Gesamtabstand der 57 Staubsammel-Elektroden
0,025m x 3,14 x 57 + 0,010 x 56 = 5,04 m. Der Gesamtabstand von 25 Entladeelektroden
ist gleich 2,16 m. Dies ergibt insgesamt 7,2m. Dieser Wert liegt um 2,01m (etwa
40 %) höher als der der bisher bekannten Konstruktionen.
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Wenn sich die Staubpartikel aufeinanderfolgend auf den Metollstäben
ablagern, so wird schließlich der Raum zwischen den Metallstäben von den Staubpartikeln
gleichen Potentiales ausgefüllt.
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Dementsprechend wirkt der nur zwischen den Metallståben als wirksame
Staubsammelflächen. Da die Staubsammel-Elektroden und die Entladeelektroden runde
Flächen besitzen, können zwischen diesen Elektroden nur schwer elektrische Entladungen
stattfinden. Aus diesem Grunae besteht die Möglichkeit, den Abstand zwischen den
Staubsasmel- und den Entladeelektroden zu vermindern und damit ein intensives elektrisches
Feld zwischen ihnen zu erzeugen. Ferner sind Metallrohre oder Stäbe widerstandsfähig
gegen in senkrechter Richtung aufgebrachte au3ere Kräfte. Sie können also denjenigen
Deformationen standhalten, die von einem intensiven elektrischen Feld hervorgerufen
werden. Der Abstand zwischen den Staubsammel-
Elektroden und den
Entladeelektroden bleibt also konstant. Hinzu kommt, daß derartige Eletailstube
oder -rohre durch Extrudieren hergestellt werden. Sie besitzen also keine inneren
Spannungen, so daß Deformationen vermieden werden können, wie sie sonst beim Einbau
oder unter Wärmeeinwirkung auftreten. Man erhält also einen gleichförmigen Abstand
zwischen den Elektroden.
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Da der Staubabscheider in einfacher Weise zusammengesetzt werden kann,
in dem man lediglich die Metallstäbe oder -rohre auf den Tragrahmen montiert, besteht
nicht die Notwendigkeit, plattenförmige Elektroden sorgfältig und verbiegungsfrei
zu handhaben, wie es bei bisher bekannten Konstruktionen der Fall war. Dadurch vereinfacht
sich in beträchtlichem Umfange die Herstellung und die Montage. Es ergeben sich
also verminderte Kosten für den elektrostatischen Staubabscheider.
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Es sei darauf hingewiesen, daß eines der mit Stiften 18 versehenen
Entladeelemente 21 am Einlaßende des staubbeladenen Gases vorgesehen sein kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 entspricht dem nach Figur 5,
abgesehen davon, daß die Entladeelemente 21 durch dünne Metalldrähte 23 ersetzt
sind, die in der gleichen Weise arbeiten wie die zugespitzten Stifte 18, um eine
Coronaentladung hervorzurufen.
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Schließlich besteht noch die Möglichkeit, die Elektroden dichter anzuordnen,
als es in der Zeichnung dargestellt ist.