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Rohr-Elektrofilter
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohr-Elektrofilter vertikaler Bauart
zur Entstaubung von Gasen aus Produktionsprozessen in der chemischen Industrie,
der Ilüttenindustrie, der Inergetik u. dgl., insbesondere bei der Herstellung von
Schwefelsäure, mit Niederschlagelektroden aus Sechskant- oder Kreisrohren und Vorrichtungen
zum Abspülen oder Abschütteln des Staubes sowie einem Trenngitter für das zu entstaubende
Gas.
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Es sind bekannt und werden angewandt nasse und trockene Rohr-Elektrofilter,
die zur Entstaubung von heißen oder kalten Gasen
in Temperaturbereichen
von OOC bis 4800C bestimmt sind.
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Die Niederschlagelektroden in diesen Elektrofiltern sind in der Form
von senkrecht hängenden Kreisrohren ausgeführt, die in den Öffnungen des oberen
Siebbodens befestigt sind, oder in der Form von Sechskantrohren, die entlang ihrer
Kanten dauerhaft zu einem monolithischen Satz mit Wabenstruktur verbunden und am
oberen Traggitter aufgehängt sind.
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Die Elektrofilter, die heiße Gase im Temperaturbereich von 150C bis
480C entstauben, haben eine mechanische Vorrichtung zum Abschütteln des Staubes
von den Niederschlag- und Sprühelektroden und werden als trockene Elektrofilter
bezeichnet. Hingegen sind die Elektrofilter, die unterhalb von 100°C arbeiten, mit
einem Flüssigkeitssystem zum Auswaschen der Niederschlag- und Sprühelektroden ausgestattet
und werden als nasse Elektrofilter bezeichnet.
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In nassen Rohr-Elektrofiltern sind oberhalb des Tragrahmens für die
Sprühelektroden die Wasserzerstäubungsdüsen zum periodischen Abspülen des sich auf
den Elektroden sammelnden Niederschlages angebracht.
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Einen Nachteil der bekannten Elektrofilterkonstruktionen bildet die
Notwendigkeit der Verwendung eines oberen Tragelementes, des Siebbodens oder des
Gitters, das durch den hängenden Niederschlagelektrodensatz beschwert ist. Eine
solche Lösung limitiert den Elektrofilterdurchmesser in Anbetracht der begrenzten
Festigkeit des Tragelementes praktisch auf 5 rn und beschränkt demgemäß die Menge
des durch den Elektrofilter strömenden Gases. Der monolithische Röhrensatz, insbesondere
in Wabenanordnung, erschwert den Austausch oder die Reparatur der einzelnen Niederschlagelektroden
oder schließt diese sogar aus.
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Einen weiteren Mangel der bekannten nassen Rohr-Elektrofilter bildet
die unzulängliche Lösung des Problems der Aus spülung der Niederschlag- und der
Sprühelektroden. Die oberhalb des oberen Aufhängerahmens für die Sprühelektroden
angebrachten Wasserzerstäubungsdüsen stellen kein gleichmäßiges Abspülen des Niederschlages
von den Elektroden sicher. Deswegen verlängert sich die Waschzeit des Elektrofilters,
was die allgemeine Entstaubungswirksamkeit beeinträchtigt.
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Infolge der mechanisch erzeugten Stöße, die auf die Niederschlagelektroden
übertragen werden, erfordert die Staubbeseitigung in den trockenen Rohr-Elektrofiltern
eine Aufhängung dieser Elektroden, die freie, sich über die ganze Elektrode ohne
Dämpfung ausbreitende Schwingungen sicherstellt. Daher muß der Niederschlagelektrodensatz
in getrennt schwingende Sätze von kleinen Massen eingeteilt werden, die eine senkrecElte
und waagerechte Bewegungsfreiheit haben.
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Diesen Anforderungen sind die bekannten trockenen Rohr-Elektrofilterkonstruktionen
nicht gewachsen, da der monolithische Niederschlagelektrodensatz von großer Maße
es unmöglich macht, freie Schwingungen dieses Satzes zu erreichen. Aus diesem Grunde
ist die Beseitigung des Staubes von den Niederschlagelektroden durch die Erzeugung
mechanischer Stöße, die auf die Niederschlagelektroden übertragen werden, ausgeschlossen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrofilter der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, welches einfach im Aufbau und in der Wartung und
gut und schnell zu reinigen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Niederschlagelektroden
miteinander zu separaten, monolithischen, dicht nebeneinander angeordneten Sätzen
verbunden sind, und daß jeder dieser Sätze auf einer eigenen, zentralen Tragsäule
angebracht ist und einen Entstaubungssatz bildet.
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Alternativ wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein
aus schraubenförmig gewickelten Rohren ausgeführter Wärmetauscher den unteren Teil
des Satzes der Niederschlagelektroden bildet.
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Am günstigsten besteht jeder Niederschlagelektrodensatz aus sechs
Sechskant- oder Kreisrohren, die rings um die Tragsäule dicht miteinander verbunden
angeordnet sind und ist weiter mit einem individuellen Flüssigkeitssystem zum Abspülen
des Niederschlages oder mit einer bekannten Stoßvorrichtung zum Abschütteln des
Staubes ausgestattet.
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Das Trenngitter für das zu entstaubende Gas ist vorteilhaft mit Spiraleinsätzen
versehen. Die spitzen Sprühelektroden haben zweckmäßig Ringnuten, die auf der Länge
dieser Elektroden in dem Radius der Niederschlagelektroden annähernd gleichen Abständen
angeordnet sind.
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In den mehrsektionalen Elektrofiltern befindet sich vorteilhaft in
deren unterem Teil eine für alle Sektionen gemeinsame untere Gaskammer für das zu
entstaubende Gas, während die obere re Gaskammer für das entstaubte Gas mit dichten,
senkrechten Scheidewänden in einzelne Sektionen aufgeteilt ist.
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Der Vorteil des Elektrofilters gemäß der Erfindung besteht in der
erheblicl1en Vereinfachung der Konstruktion durch Ausscheiden der bisller verwendeten
oberen Tragelemente (Siebböden oder Gitter) für den Niederschlagelektrodensatz.
Die Verwendullq getrennter, selbsttragender Niederschlagelektrodensätze ermc)£I-licht
den Bau eines Elektrofilters von unbegrenztem Durchmesser und den einfachen Austausch
der Elektroden, z.B. bei Reparaturen u. dgl. Die Einführung voii Sechskantrohren
al ii (?-derschlagelektroden ermöglicht eine doppelseitige Ausnutzung der Wände
dieser Rohre als Staubabsetzfläche.
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Die Verwendung des teilweise aus den Rohren gewickelten Niederschlagelektrodensatzes,
in denen der Wärmeträger umläuft, erlaubt den Elektrofilter gleichzeitig als Gasabkühlungs-
und Dampferzeugungskessel auszunutzen. Diese Lösung kann zur unmittelbaren Abkühlung
und Entstaubung von Ofenabgasen angewandt werden.
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Die Absatzgeschwindigkeit von Staubteilchen im unteren Teil der Niederschlagelektroden
wird infolge des im Trenngitter erzeugten Dralls des zu entstaubenden Gases wesentlich
beschleunigt. Das Elektrofilter arbeitet nämlich etwa nach dem Prinzip des Zyklons
und des elektrischen Feldes.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 ein
nasses Rohr-Elektrofilter in säurebeständiger Ausführung, Fig. 2 ein trockenes Rohr-Elektrofilter
im senkrechten Halbschnitt, Fig. 3 Elektrofilter in Viertelschnitten entlang der
Linien A - A und C - C in Fig. 1 sowie der angezeigten Linien B - B und D - D in
Fig. 2, Fig. 4 ein Teilstück eines Trenngitters in Draufsicht, Fig. 5 den Aufriß
der Durchlaufkanäle des Trenngitters, Fig. 6 eine spitze Sprühelektrode in Seitenansicht,
Fig. 7 einen Querschnitt der spitzen Sprühelektrode,
Fig. 8 einen
Niederschlagelektrodensatz des nassen Elektrofilters im HalDschnitt und ffalbdraufsicht,
Fig. 9 einen Niederschlagelektrodensatz in Stirnansicht gemäß Pfeil E in Fig. 8,
Fig. 10 einen Niederschlagelektrodensatz des trockenen Elektrofilters im Halbschnitt
und Halbdraufsicht, Fig. 11 einen Niederschlagelektrodensatz im Querschnitt entlang
der Linie F - F in Fig. 10.
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Wie in den Zeichnungen dargestellt, besteht das Rohr-Elektrofilter
aus einem senkrechten Körper 1, der auf einem waagerechten Boden 2 im nassen Elektrofilter
oder einem Sattelboden 3 für jede Sektion im trockenen mehrsektionalen Elektrofilter
aufgesetzt ist.
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Der Körper 1 ist mit einem Dach 4 abgedeckt und mit einem säurebeständigen
Belag 5 ausgekleidet. Im Körper 1 ist der Entstaubungssatz angebracht, bestehend
aus dicht nebeneinande aufgestellten Sätzen 6 von Niederschlagelektroden 7 und Sprühelektroden
8, die mit der Hochachse fluchten.
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Jeder Satz 6 ist aus sechs rohrförmigen Niederschlagelektroden 7 mit
kreisförmigem oder Sechskantquerschnitt aufgebaut, die konzentrisch rings um ein
Zentralrohr 9, das zugleich als Tragsäule dieses Satzes dient, angebracht sind.
Die Niederschlagrohre 7 sind miteinander dauerhaft verbunden, z.B. zusammengeschweißt,
und sind an dem Rohr 9 mittels Platten 10 befestigt.
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Die Sprühelektroden 8 sind am oberen Rahmen 11 aufgehängt und mit
dem unteren Rahmen 12 beschwert. Diese Elektroden sind als Spitzenelektroden oder
als glatte Elektroden ausgeführt. Die
Spitzenelektroden haben quer
eingeschnittene Nuten 13, die sich in dem Radius der Niederschlagelektroden 7 gleichen
Abständen befinden. Dies stellt die Stabilisierung der Koronaentladung auf der Oberfläche
der Sprühelektroden 8 sicher und vergrößert die Homogenität des elektrischen Feldes.
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Unterhalb des Rahmens 12 für die Sprühelektroden 8 befindet sich ein
Trenngitter 14 zum Ausgleich des Geschwindigkeitsfeldes des aus den Niederschlagelektroden
7 austietenden Gases.
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Das Gitter 14 hat Spiraleinsätze 15, die das Gas anstauen und dessen
Teilchenwirbelung bewirken. Das Gitter 14 ist an den Rohren 9 befestigt.
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In jedem Satz der Niederschlagelektroden 7 des nassen Elektrofilters
ist ein Stutzen 16 angebracht, der Spülflüssigkeit. z.
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B. Wasser, den am Ende des Rohres 9 radial gelegenen Düsen 17 zuführt.
Die Stutzen 16 der einzelnen Sätze 6 sind an eine Wasserversorgungsanlage 18 angeschlossen.
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Im unteren Teil des Körpers 1 befindet sich ein Stutzen 19 zur Flüssigkeitsableitung,
z.B. von Spülwasser.
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Im trockenen Elektrofilter sind die Rohre 9 auf federnden Kissen 20
abgestützt und sind im oberen oder unteren Teil mit einer bekannten Stoß-Abschüttelvorrichtung
21 versehen, die Sätze 6a von Niederschlagelektroden 7a periodisch in vertikale
Schwingungen versetzt. Zur Ableitung des abgeschüttelten Staubes sind Förderer 22
bestimmt, z.B. schneckenartige, die auf den in den Körper 1 eingelassenen Stutzon
23 angebracht sind.
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In einer anderen Lösung (Fig. 2) wirken die trockenen Elektrofilter
gleichzeitig als Abgasdampfkessel zur Erzeugung von Hochdruckdampf. In dieser Lösung
werden die Sätze 6a von Niederschlagelektroden 7a verwendet, deren unteren Teil
an das tragende Rohr 9 angeschlossene, schraubenförmig gewickelte Rohre
25
bilden. Durch Einsetzen von Scheidewände 26 und 27 wirkt das Rohr 9 als Einlaufsammler
für den flüssigen Wärmeträger, z.B. für Wasser, das durch einen Stutzen 28 zugeführt
wird, und als Auslaufsammler für den verdampften Wärmeträger, der durch eine in
das tragende Rohr 9 eingelassene Leitung 29 abgeführt wird. An den Stutzen 28 und
an die Leitung 29 ist eine Anlage 30 für die Wärmeträger, entsprechend Flüssigkeit
und Dampf, angeschlossen.
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Der Satz 6a der Niederschlagelektroden 7a ist am tragenden Rohr 9
mittels Rippen 31 befestigt, die an die Niederschlagelektroden 7a und an das Rohr
9 angeschweißt sind. Das obere Ende des Rohres 9 ist mit einem Deckel 32 abgeschlossen.
Die oberen Enden der Niederschlagelektroden 7a sind zu Sechskantendstücken aufgeweitet.
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Der Sattelboden 3 jeder Sektion der trockenen Elektrofilter ist mit
einem Zentraltrichter 33 zum Sammeln des abgeschüttelten Staubes abgeschlossen.
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Im Dach 4 ist ein Gaseinlaufstutzen 34 und ein Auslaufstutzen 35 angebracht,
der mit einem vertikalen Gassammler 36 verbunden ist. Im Raum zwischen dem Einlaufstutzen
34 und dem Sammler 36 befinden sich Drehregler 37. Darüber hinaus sind im Dach 4
Isolationskasten 38 angebracht, die Träger 39 des oberen Rahmens 11 der Sprühelektroden
8 festhalten.
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Die Anwendung der sechsrohrigen Sätze 6 bzw. 6a von Niederschlagelektroden
7a bzw. 7 ermöglicht den Aufbau von ein-, drei-, sechs- und zwölfsektionalen Elektrofiltern.
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In Elektrofiltern mit mehreren Sektionen ist die obere Gaskammer K1
oberhalb des Entstaubungssatzes mit dichten senkrechten Scheidewänden 40 aufgeteilt,
die einzelne Sektionen des Elektrofilters
trennen. Der Auslauf
jeder der Sektionen zum Gassammler 36 ist mit dem Drehregler 37 abgesperrt. Die
untere Gaskammer K2, die sich unterhalb des Entstaubungssatzes befindet, ist für
alle Sektionen gemeinsam.
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Im mittleren Teil des Elektrofilters ist ein Rohr 41 angebracht, das
den seitlichen Gaseinlauf zu den einzelnen Sektionen abdeckt und das staubhaltige
Gas unter das Trenngitter 14 zuführt. Das Rohr 41 bildet die Verlängerung des Einlaufstutzens
34.
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Die Rohr-Elektrofilter können einen seitlichen Einlauf für das staubhaltige
Gas durch einen Stutzen 42 haben (in Fig. 1 mit einer Strichlinie angedeutet), der
in die untere Kammer K2 des Elektrofilters, unter das Trenngitter 14, eingelassen
wird.
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Die Wirkung des Rohr-Elektrofilters gemäß der Erfindung ist wie folgt:
Das staubhaltige Gas wird über den Stutzen 34 und das mittlere Rohr 41 zur unteren
Kammer K2 des Elektrofilters unterhalb des Trenngitters 14 zugeführt, auf dem eine
Anstauung und Strömungsausgleich sowie teilweise eine Wirbelung auf den Spiraleinsätzen
15 erfolgt. Danach gelangt das Gas ins elektrische Feld zwischen die Niederschlagelektroden
7 bzw. 7a und die Sprühelektroden 8, wo sich infolge von Gasionisation auf den Staub-
und Nebelteilchen elektrische Ladungen ansammeln.
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Das Gas, durch den Zwischenelektrodenraum strömend, setzt auf der
Oberfläche der Niederschlagelektroden 7 bzw. 7a die elektrisch geladenen Teilchen
ab, was dessen Entstaubung zur Folge hat. Das gereinigte Gas fließt in die obere
Kammer K1 des Elektrofilters und wird von dort über den Stutzen 35 nach außen abgeführt.
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In nassen Elektrofiltern wird der auf den Niederschlagelektroden 7
und den Sprühelektroden 8 gesammelte Niederschlag periodisch mit dem von der Wasseranlage
18 über den Stutzen 16 zur Düse 17 geförderten Wasser abgespült. In trockenen Elektrofiltern
werden die Sätze 6a mittels der Stoß-Abschüttelvoirichtunqen 21 in vertikale Schwingungen
versetzt, infolgedessen das Abschütteln des Staubes von der Elektrodenoberfläche
auf den Sattelboden 3 der einzelnen Sektionen erfolgt, von wo der Staub über die
Förderer 22 zum Zentraltricher 33 abgeführt wird.
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In der Lösung des trockenen Elektrofilters mit Abgasdampfkessel (Fig.
2) sammelt sich der aus dem Gas abgeschiedene Staub zusätzlich auf den Rohren 25,
die einen schraubenförmigen Wärmetauscher bilden, und wird von dort periodisch,
mittels der Abschüttelvorrichtung, auf oben beschriebene Weise beseitigt.
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Infolge des Wärmeaustausches zwischen dem die Rohre 25' umspülenden
Gas und dem flüssigen Medium, z.B. Wasser, das die Rohre durchströmt, wird Hochdruckdampf
erzeugt und das Gas wird abgekühlt.
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Kurz umrissen umfaßt die Erfindung ein Rohr-Elektrofilter vertikaler
Bauart, bestimmt zur Entstaubung von Gasen aus Produktionsprozessen in der chemischen
Industrie, der Hüttenindustrie, der Energetik u. dgl., insbesondere bei der Herstellung
von Schwefelsäure. Den Entstaubungssatz des Elektrofilters bilden separate monolithische,
dicht nebeneinander aufgestellte Sätze 6, 6a der Niederschlagelektroden 7, 7a. Jeder
dieser Sätze ist auf eigener zentralen Tragsäule 9 angeordnet, beinhaltet sechs
Sechskant- oder Kreisrohre, die rimgs um die Tragsäule 9 angeordnet und dicht miteinander
verbunden sind und ist mit einem individuellen Flüssigkeitssystem zum Abspülen des
Niederschlages oder mit der bekannten Stoßvorrichtung 21 zum Abschütteln des Staubes
versehen.
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In einer anderen Lösung des trockenen Elektrofilters bildet ein aus
schraubenförmig gewickelten Rohren 25 ausgeführter Wärmetauscher den unteren Teil
des Satzes 6a der Niederschlagelektroden.
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L e e r s e i t e