DE3108587A1

DE3108587A1 - Elektrostatischer staubabscheider

Info

Publication number: DE3108587A1
Application number: DE19813108587
Authority: DE
Inventors: Seizi Iruma Saitama Hikizi; Tsuneo Abiko Chiba Uchiya; Hiroaki Toride Ibaraki Yabuta
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd; Hitachi Plant Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1980-03-06
Filing date: 1981-03-06
Publication date: 1982-01-14
Also published as: CA1154694A; AU543780B2; DE3108587C2; US4440552A; AU6811281A

Description

Beschreibung

Elektrostatischer Teilchenabscheider

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostatischen Teilchenabscheider, der es ermöglicht, nur schwer zu erfassende Staubteilchen unter Erzielung eines hohen Sammelwirkungsgrades aus einem Gasstrom zu entfernen.

Die Abgase, die von den verschiedensten Arten von Kesseln für industrielle und geschäftliche Zwecke, Zementkalzinieröfen und Sinterofen für metallurgische Zwecke abgegeben werden, enthalten große Mengen an Staubteilchen, und zum Beseitigen dieser Teilchen werden Filter aus Stoff, Zyklone oder elektrostatische Teilchenabscheider benutzt. Im Hinblick darauf jedoch, daß die Anforderungen der betreffenden Vorschriften über die zulässige Anzahl der Staubteilchen im Rauchgas ständig strenger werden und daß es erforderlich ist, Versuche durchzuführen, die es ermöglichen, bestimmte niedrige Staubgehaltwerte regelmäßig unter möglichst geringem Energieaufwand und während langer Zeitspannen zu erreichen, hat es sich bereits als nahezu unmöglich erwiesen, diese Aufgabe mit Hilfe von Vorrichtungen bekannter Art zu erfüllen. Beispielsweise kann man die Staubmenge, die im Rauchgas von mit Kohle beheizten Kesseln enthalten ist und in der Größenordnung von 20 g/m N oder einem Mehrfachen davon liegt, auf einen Wert in der Nähe von mehreren, tausend mg/m N verringern, indem man das Rauchgas durch einen Zyklon leitet, und eine weitere Verringerung auf etwa 50 bis 100 mg/m N ist mittels einer Behandlung mit Hilfe eines elektrostatischen Teilchenabscheiders möglich. Um den Staubgehalt des Rpuchgases noch v/eiter zu verringern, z.B.

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weniger als 20 bis 30 mg/m N, wurden zwar spezielle Maßnahmen entwickelt, z.B. das Einleiten von Ammoniakgas oder das Einspritzen von Wasser, doch erwiesen sich diese Maßnahmen nur im Laboratorium als erfolgreich; wenn man die Wirtschaftlichkeit, die Verhinderung einer sekundären Umweltverschmutzung und die erforderliche Betriebssicherheit berücksichtigt, sind diese Maßnahmen allerdings in der Praxis nicht geeignet, die genannte Aufgabe zu erfüllen.

Um den Sammelwirkungsgrad eines elektrischen Teilchenabscheiders zu verbessern, wurde bereits eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei welcher die auf den Elektroden angesammelten Staubteilchen innerhalb eines Bereichs entfernt werden, wo die Staubteilchen nicht dadurch beeinflußt werden, daß der Hauchgasstrom auf die sich bewegenden Sammelelektroden auftrifft. Als Beispiel für eine solche Vorrichtung sei die in der US-PS 3 912 467 beschriebene genannt.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine Einrichtung zum Bewegen von Sammelelektroden, wie es bei den bekannten elektrostatischen Teilchenabscheidern benutzt wird. Gemäß Fig. 1 ist eine Einrichtung 1 zum Bewegen der Sammelelektroden so ausgebildet, daß sie mehrere parallele Stränge bildet. Mit Hilfe von Haupträdern bzw. antreibenden Rädern 2 und von antreibbaren Rädern 3 werden endlose Ketten 5, an denen mehrere plattenförmige rechteckige Sammelelektroden von gleicher Größe und Form, die jeweils eine senkrechte Lage einnehmen, so befestigt, daß sie durch gleich große feste Abstände getrennt sind; mit Hilfe der Ketten 5 werden die Sammelelektroden.4 innerhalb eines umschlossenen Raums bewegt. Zwischen einander benachbarten Abschnitten der Elektroden tragenden Ketten sind Entladungselelitroden 6 angeordnet. Gemäß Fig. 1 strömt das zu behandelnde Rauchgas von links nach rechte zum hinteren Teil der Vorrichtung.

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Wenn man bei der Vorrichtung nach Fig. 1 an die Entladungselektroden 6 und die plattenförmigen Sammelelektroden 4 eine hohe Spannung anlegt, bildet der Raum, in dem sich die Elektroden 6 befinden, eine Staubsammelzone, und die von dem Rauchgas mitgeführten Staubteilchen werden auf der Oberfläche der plattenförmigen Elektroden 4 gesammelt. In dem unteren Raum, in welchem keine Elektroden 6 vorhanden sind, findet keine Abscheidung von Staubteilchen statt, und innerhalb dieser Zone werden die auf den Elektroden angesammelten Staubteilchen mit Hilfe einer Einrichtung 7 von den Elektroden abgeschabt.

In der Praxis gehört zu einem elektrostatischen Teilchenabscheider der Bauart mit bewegbaren Elektroden eine langgestreckte Führungseinrichtung mit zwei endlosen Ketten 5, die eine mehrfache Richtungsänderung erfahren; diese Ketten bilden zusammen mit den antreibbaren Rädern 3 und den plattenförmigen Elektroden 4 eine komplizierte Konstruktion, die im Vergleich zu einem Abscheider mit ortsfesten Elektroden sehr viel Raum einnimmt. Außerdem enthalten die Staubteilchen, welche von Rauchgas mitgeführt werden, das von Öfen, Kesseln und dergl. abgegeben wird, Kieselsäure und Aluminiumoxid, d.h. Stoffe, von denen aus Stahl hergestellte Bauteile stark angegriffen werden; auch die endlosen Ketten 5, die einer hohen mechanischen Spannung ausgesetzt sind, werden von solchen Staubteilchen angegriffen, und sie unterliegen ebenso wie die antreibbaren Räder 3 innerhalb kurzer Zeit einer starken Abnutzung. Bei den bekannten elektrostatischen Teilchenabscheidern mit be\^egbaren Elektroden müssen die endlosen Ketten 5 einer erheblichen mechanischen Spannung ausgesetzt werden, da sie eine große Länge haben und da mit den antreibbaren Rädern Γ. nur zwei Ketten zusammenarbeiten, um die plattenförmigen Elektroden 4 zu bewegen; im Hinblick auf die darauf zurückführende schnelle Abnutzung der Ketten ist es bis jetzt schwierig, einen solchen Abscheider während einer längeren Zeit störungsfrei zu betreiben

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und Staubteilchen zu sammeln, die einen starken Verschleiß hervorrufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrostatischen Teilchenabscheider zu schaffen, zu dem mindestens eine bewegbare Sammelelektrode gehört, die geeignet ist, unter Erzielung eines hohen Wirkungsgrades Staubteilchen, die einen hohen elektrischen Widerstand haben, oder besonders feine Staubteilchen mit Abmessungen unter einem Mikrometer aus dem zu behandelnden Rauchgas zu entfernen. Ferner soll ein solcher Abscheider geschaffen werden, der sich durch die Einfachheit seiner Konstruktion auszeichnet und möglichst wenig Raum beansprucht. Schließlich soll ein Abscheider der genannten Art geschaffen werden, der geeignet ist, während langer Zeitspannen störungsfrei zu arbeiten, und der sich auch Unterschieden bezüglich der Staubkonzentration anpaßt.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die Schaffung des im folgenden näher beschriebenen elektrostatischen Teilchenabscheiders gelöst, zu dem eine Sammelelektrode gehört, die sich längs einer endlosen Bahn zwischen einer Zone, in welcher die Staubteilchen gesammelt werden, und einer nicht zum Sammeln von Teilchen dienenden Zone bewegt, in welcher die Staubteilchen von der Sammelelektrode entfernt v/erden und wo gegenüber der Sammelelektrode Sntladungselektroden angeordnet sind, so daß in dem Zwischenraum ein Koronastrom auftritt; zu der Einrichtung, die dazu dient, die Sammelelektroden längs einer endlosen Bahn zu bewegen, gehören, wie erwähnt, Hauptantriebsräder und Hilfsräder, und zvar zwei Hauptantriebsräder und zwei antreibbare Räder, die einander paarweise gegenüber angeordnet sind; ferner sind zwei endlose Ketten vorhanden, die über die genannten Räder laufen und zwei parallele Führungen bilden, wobei nur zwei gekrümmte Bahnabschnitte jeweils an den Hauptantriebsrädern

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und den antreibbaren Hadern vorhanden sind; der Abscheider ist so ausgebildet, daß eine bestimmte Schichtdicke der auf den Elektroden gesammelten Staubteilchen nicht überschritten wird; zu diesem Zweck wird die Laufgeschwindigkeit der Sammelelektroden entsprechend geregelt; um eine möglichst raumsparende Anordnung zu erreichen, ist es erforderlich, die Abstände zwischen mehreren vorhandenen Sammelelektrodenanordnungen möglichst klein zu halten, doch wenn man eine übermäßige Verkleinerung dieser Abstände vorsieht, besteht die Gefahr, daß bestimmte plattenförmige Elektroden dort, wo die Ketten umgelenkt werden, in Berührung mit anderen Elektroden kommen; im Hinblick hierauf sind die einander benachbarten Sammelelektrodenanordnungen so eingerichtet, daß sie sich synchron bewegen, wobei jedoch zwischen benachbarten Elektrodenanordnungen ein fester Phasenunterschied aufrechterhalten wird.

Zwar wird die Erfindung im folgenden im wesentlichen bezüglich ihrer Anwendung bei Staubteilchen beschrieben, bei denen es sich um sogenannte Flugasche handelt und die sich aus dem Rauchgas von mit Kohle beheizten Kesseln nur unter großen Schwierigkeiten entfernen läßt; natürlich ist die Erfindung auch bei leichter zu entfernenden Staubteilchen anwendbar .

Im folgenden v/ird zunächst die Entwicklung beschrieben, die zu der Erfindung geführt hat. Bei den Staubteilchen, die die erwähnte Flugasche bilden und in den Rauchgasen von mit Kohle beheizten Kesseln enthalten sind, handelt es sich zu etwa 50 bis 90 Gewichtsprozent um Kieselsäure und Aluminiumoxid; der elektrische Widerstand dieser Stoffe beträgt bei 150⁰C bis zu 10¹² bis 1O¹⁵ Ohmcm, und die Teilchengröße erstreckt sich über einen großen Bereich von weniger als 1 Mikrometer bis zu 20 Mikrometer oder einem Mehrfachen hiervon. Diese Staubteilchen von hohem elektrischem

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Widerstand zeigen in dem Raum, in dem sie dem elektrischen Koronafeld ausgesetzt sind, einen unterschiedlichen Ionisierungsgrad, und sie sammeln sich auf den Elektroden in Abhängigkeit von ihrer Größe an unterschiedlichen Punkten. . Im allgemeinen lassen sich die größeren Teilchen leicht abscheiden und sammeln, da sie sich an den Elektroden in der Nähe des Rauchgaseinlasses festsetzen, während Teilchen mit einer Größe von unter 1 Mikrometer nur schwer abzuscheiden sind und sich auf den Elektroden in der Nähe des Rauchgasauslasses niederschlagen. Ferner ist bekannt, daß die Kraft, mit der kleine Teilchen an der Oberfläche der Elektroden festhaften, auf die elektrostatische Kraft zurückzuführen ist, die durch die elektrische Ladung jedes Teilchens hervorgerufen wird, und daß diese Kraft proportional zur Dicke der Schicht zunimmt, die sich ansammelt, und zwar bis zu einer Schichtdicke von weniger als einigen hundert Mikrometer. Sobald jedoch die Schichtdicke einen bestimmten Wert überschreitet und der elektrische Intensitätsgradient in der angesammelten Schicht etwa 10 kV/cm oder mehr erreicht, wird das Sammeln der Teilchen dadurch erschwert, daß eine umgekehrte Ionisation stattfindet. Es hat sich gezeigt, daß nach der naturgegebenen Entstehung einer Zone, in der eine umgekehrte Ionisation stattfindet, die Teilchenabscheidungsleistung zurückgeht, so daß es beim Abscheiden von Staubteilchen mit hohem elektrischem Widerstand erforderlich ist, die angesammelten Teilchen zu entfernen, bevor sich ein elektrischer Intensitätsgradient ergibt, der zu der Entstehung der Zone umgekehrter Ionisierung führen könnte.

Die Untersuchung von Verfahren zum Entfernen von Staubteilchen ergab, daß die Bindekraft, mit der die Staubteilchen an den Elektrodenflächen haften, proportional zur Schichtdicke des angesammelten Staubes innerhalb eines Bereichs zunimmt, der unter mehreren hundert Mikrometer liegt, und daß

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sich unterhalb voii etwa 100 Mikrometer der Staub durch einfaches Abbürsten vollständig beseitigen läßt.

Es wurde eine Versuchsausführung eines elektrostatischen Teilchenabscheiders hergestellt, der zum praktischen Gebrauch geeignet war und das Abscheiden von Staub erleichterte, wobei angestrebt wurde, das Entstehen einer Zone mit umgekehrter Ionisierung zu vermeiden; die mit Hilfe dieser Vorrichtung durchgeführten Versuche zeigten, daß sich ein sehr hoher Wirkungsgrad der Staubabscheidung erzielen läßt, wenn die Schichtdicke des gesammelten Staubes unter 100 Mikrometer und vorzugsweise im Bereich von 20 bis 60 Mikrometer liegt. Bei einem erfindungsgemäßen elektrostatischen Teilchenabscheider ist im vorderen Teil ein Abscheider vorhanden, bei dem der Staub von den Elektroden durch Abklopfen entfernt wird, während im hinteren Teil Sätze von bewegbaren Sammelelektroden untergebracht sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schrägansicht des Elektrodenteils eines elektrostatischen Teilchenabscheiders bekannter Art mit bewegbaren Elektroden;

Fig. 2 eine teilweise weggebrochen gezeichnete Schrägansicht eines elektrostatischen Teilchenabscheiders nach der Erfindung;

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der relativen Anordnung von Sammelelektroden bei dem Teilchenabscheider nach Fig. 2;

Fig. 4A eine Darstellung, die erkennen läßt, daß die Breite W der plattenförmigen Elektroden berücksichtigt werden muß,

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wenn sich die Elektroden zweier benachbarter Anordnungen nicht gegenseitig stören sollen;

Fig. 4B eine Darstellung von Teilen von Elektrodenanordnungen, bei denen die Breite W der plattenförmigen Elektroden berücksichtigt worden ist, so daß ein störungsfreier Betrieb ermöglicht wird;

Fig. 5 eine Teildarstellung eines Endes einer Staubsammelelektrode des Abscheiders nach Fig. 2;

Fig. 6 die Draufsicht einer Ausführungsform von zum Entfernen von Staub dienenden Bürsten, die zu dem Abscheider nach Fig. 2 gehören;

Fig. 7 eine Ausführungsform eines Teilchenabscheiders, bei dem die ortsfesten Sammelelektroden und die bewegbaren Sammelelektroden nach der Erfindung in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind;

Fig. 8 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen elektrostatischen Teilchenabscheideranlage für eine industrielle Verwendung; und

Fig. 9 eine teilweise weggebrochen gezeichnete Schrägansicht der Staubsammelanlage nach Fig. 8.

Die Hauptteile eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Teilchen- oder Staubabscheiders mit bewegbaren Elektroden sind in Fig. 2 dargestellt. Gemäß Fig. 2 sind an ein Gehäuse 10 ein Gaszuführungskanal 11 und ein Gasabführungskanal 12 angeschlossen, und das zu behandelnde Rauchgas strömt von links nach rechts durch das Gehäuse 10. Der gesammelte Staub wird aus dem unteren Teil des Gehäuses 10 mit Hilfe eines Trichters 13 abgeführt. Die Teilchensammelelektrode 14 setzt sich aus mehreren plattenförmigen Elektroden

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in Gestalt rechteckiger Tafeln zusammen, die mit ihren beiden Enden an den beiden endlosen Ketten 15 befestigt sind und sich jeweils zwischen einem oberen Hauptantriebsrad 16 und einem antreibbaren unteren Rad 17 bewegen. Die Entladungselektrode 18 setzt sich aus mehreren parallelen Stäben zusammen und ist gegenüber der Sammelelektrode 14 angeordnet. Die Entladungselektrode 18 ist in das Gehäuse 10 ortsfest eingebaut, und da das Abscheiden und Sammeln von Teilchen in der Zone A erfolgt, wo die Entladungselektrode 18 und die Sammelelektrode 14 einander gegenüber angeordnet sind, wird diese Zone im folgenden als Sammelzone bezeichnet, während die Zone B, die tiefer liegt als die Zone A und wo der zu behandelnde Rauchgasstrom eine geringere Stoßwirkung hervorruft, im folgenden als Auffangzone bezeichnet wird.

Das Hauptantriebsrad 16 ist durch eine Welle 19 mit einer mit variabler Drehzahl arbeitenden Antriebseinrichtung 20 gekuppelt. In der Auffangzone B ist die Einrichtung 21 angeordnet, die dazu dient, die Sammelelektrode 14 von den an ihr haftenden Staubteilchen zu befreien. Die Einrichtung 21 wird durch einen Halter 22 unterstützt und in einem Zustand schwacher Schwingungen gehalten; sie wird an die Elektrode mit Hilfe des Halters 22 mit einer einstellbaren Kraft angedrückt. Der Gasabgabekanal 12 ist mit einer Staubüberwachungseinrichtung 23 versehen, deren elektrische Signale einer Vergleichs- und Einstelleinrichtung 24 zugeführt werden, mittels deren Ausgangssignal die Drehzahl der Antriebseinrichtung 20 geregelt wird. Die Entladungselektrode 18 ist durch eine Leitung 25 mit einer Hochspannungsquelle verbunden, während die Sammelelektrode 14 an eine Erdungselektrode angeschlossen ist.

Mit dem Abscheider nach Fig. 2 wurden Teilchenabscheidungsversuche durchgeführt, wobei die Staubkonzentration in dem

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über den Einlaß 11 zugeführten Rauchgas auf 100 mg/ra N festgelegt war; die Versuche bezogen sich auf zwei Arten von Staub, von denen der eine einen elektrischen Widerstand von 1 bis 2 χ 10 Ohmcm und der andere einen Widerstand von

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1 bis 5 χ 10 Ohmcm hatte. Wenn man die Staubkonzentration in dem über den Auslaß 12 abgegebenen Rauchgas für den Fall prüft, daß die mittlere Schichtdicke des angesammelten Staubes an der Abgabestelle 40 bzw. 90 bzw. 160 Mikrometer beträgt, wobei die Schichtdicke durch Variieren der Laufgeschwindigkeit der Sammelelektrode 14 geregelt wird, erhält man die in der nachstehenden Tabelle 1 gesammelten Ergebnisse. Im vorliegenden Fall wurde an die Elektroden eine Spannung von 50 kV angelegt, und, bezogen auf die Sammelelektrode 14, betrug der Entladungsstrom 1 mA/m~.

Tabelle 1

Dicke der Staub- Staubkonzentra-

schicht an der tion im abge-

Abführungsstelle, gebenen Rauchgas,

Mikrometer mg/m³N

40+5 10

90+10 12

160 +10 9

40+ 5 12

90 + 10 26

160 +25 14 - 26

Wenn der Staub einen geringen elektrischen Widerstand hat, wird ohne Rücksicht auf die Dicke der angesammelten Staubschicht an der Abführungsstelle ein Entstaubungswirkuhgsgrad von 90% erreicht. Bezüglich eines Staubes, bei dem der elektrische Widerstand in der Größenordnung von 10 ° Ohmcm lag und der sich nur unter Schwierigkeiten abscheiden ließ, zeigt die Tabelle 1, daß sich der Staubabscheidungswirkungsgrad gut regeln läßt, wenn man die Dicke der angesammelten Staubschicht

Versuch Nr.	Elektrischer Wi derstand des Staubes, Ohmcm	X	ΙΟ⁸
1	1 ■	χ	ΙΟ⁸
2	1 -	χ X X X	ΙΟ⁸ ΙΟ¹³ ΙΟ¹³ ΙΟ¹³
3 4 5 6	HHHH fill
- 2
- 2
cn cn cn μ

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an der Abführungsstelle entsprechend regelt. Bei dem Versuch Nr. 6 trat örtlich eine umgekehrte Ionisierung auf, die auf die ungleichmäßige Beseitigung des Staubes zurückzuführen war und die eine erhebliche Verschlechterung des S taubabscheidungsv/irkungs grades zur Folge hatte.

Bei dem elektrostatischen Staubabscheider, der mit der beschriebenen Sammelolelttrode nusgorüstet ist, ermöglicht os eine geeignete Regelung der Dicke der angesammelten Staubschicht, den Staubabscheidungswirkungsgrad zu verbessern.

Genauer gesagt, v/ird bei dem Staub, dessen mittlerer olektri-

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scher Widerstand bis zu 1 χ 10 Ohmcm beträgt, die Abführung des Staubes durchgeführt, wenn sich eine Staubschicht mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometer und vorzugsweise weniger als 60 Mikrometer angesammelt hat bzw, wenn sich nur einige wenige Schichten angesammelt haben.

Um den Zeitpunkt zu variieren, in dem der Staub entfernt wird, kann man entweder eine kontinuierliche Beseitigung des Staubes in der Auffangzone durchführen, wobei die Laufgeschwindigkeit der Sammelelektrode entsprechend geregelt wird, oder man kann die Teilchen intermittierend beseitigen, indem man die Sammelelektrode intermittierend bewegt. Zwar ist die Auffangzone im unteren Teil des Gehäuses in einem geringeren Ausmaß einer StoSwirkung des Gasstroms ausgesetzt, doch wenn es sich um äußerst feine Staubteilchen handelt, läßt es sich nicht vermeiden, daß eine kleine Menge des abgeschiedenen Staubes von dem Gasstrom erneut mitgerissen wird. Die Staubteilchen neigen dazu, sich auf der plattenförmigen Elektrode anzusammeln und aneinander zu haften, so daß der Anteil der möglicherweise erneut mitgerissenen Staubteilchen geringer wird, wenn man zuläßt, daß sich eine Staubschicht von größerer Dicke bildet. Wenn man die Vorrichtung, intermittierend betreibt, indem man die Sammelelektrode, die sich zuvor im Stillstand befand, erneut

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in Bewegung setzt, um den angesammelten Staub kurze Zeit vor dem Augenblick zu entfernen, in dem die Schichtdicke des gesammelten Staubes einen Wert erreicht, bei dem eine umgekehrte Ionisitation auftreten kann, läßt sich eine Vergrößerung des Gesamtvolumens des gesammelten Staubes erzielen, und hierdurch verringern sich die Betriebskosten stärker als bei dem kontinuierlichen Entfernen des Staubes von der Sammelelektrode.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform einer Anordnung mit bewegbaren Sammelelektroden bei Betrachtung derselben in der Strömungsrichtung des Rauchgases; diese Anordnung befindet sich in dem elektrostatischen Staubabscheider nach Fig. 2. Zu jeder bewegbaren Elektrode gehören zwei Hauptantriebsräder 16 und zwei antreibbare Räder 17; in Fig. 3 sind nur die auf der Vorderseite angeordneten Kader sichtbar; über diese Räder laufen zwei endlose Ketten 15, die parallele Führungselemente bilden, welche sich jeweils nur an zwei Punkten längs gekrümmter Bahnabschnitte bewegen, und zwar gemäß Fig. 3 jeweils im Bereich der Hauptantriebsräder bzw. im Bereich der antreibbaren Räder. Auf je zwei endlosen Ketten 15 sind mehrere normalerweise eine senkrechte Lage einnehmende rechteckige plattenförmige Elektroden 26 von gleichen Abmessungen in gleich großen Querabständen montiert. Sämtliche. Hauptantriebsräder 16 sind gemäß Fig. 3 auf gleicher Höhe und auf parallelen Achsen angeordnet; sie laufen mit der gleichen Drehzahl um. Die antreibbaren Räder 17 sind gemäß Fig. 3 abwechselnd in zwei verschieden hoch liegenden Ebenen auf parallelen Achsen angeordnet, wobei der Höhenunterschied zwischen den oberen Achsen und den unteren Achsen der Hälfte der Abstände entspricht, in denen die Sammelelektroden 26 an den endlosen Ketten 15 angebracht sind. Somit unterscheiden sich die endlosen Ketten 15 der beiden Gruppen bezüglich ihrer Länge um den Abstand zwischen benachbarten Sammelelektroden. Die Elektroden sind auf den endlosen Ketten so gelagert, daß zwischen

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ihnen in Beziehung zur Drehung der Hauptantriebsräder 16 eine Phasendifferenz von 0,5'/Tauf der Basis der Umlaufzeit der Hauptantriebsräder besteht. Mit anderen Worten, die in der Drehrichtung der Hauptantriebsräder 18. einander benachbarten Elektroden sind so angeordnet und eingerichtet, daß sie jeweils mit einer Verzögerung von 90 über diese Räder hinweglaufen. Außerdem ist die Breite jeder Elektrode etwas kleiner als der Durchmesser der Hauptantriebsräder 16.

Wenn sich die Hauptantriebsräder 16 gemäß Fig. 3 synchron in Richtung der Pfeile drehen, werden die endlosen Ketten 15, die Elektroden 26 und die antreibbaren Räder 17 in der gleichen Richtung und in der gleichen Weise bewegt. Da zwischen den Elektroden 26 in Beziehung zur Umlaufzeit der Hauptantriebsräder 16 eine Phasendifferenz von 0,5 TTbesteht, kommen die Elektroden benachbarter Gruppen nicht in Berührung miteinander, während sie über die Hauptantriebsräder 16 hinweglaufen. Auch wenn die Elektroden über die antreibbaren Räder 17 hinweglaufen, besteht nicht die Möglichkeit, daß sie in Berührung miteinander kommen, da die Räder 17 abwechselnd höher bzw. tiefer angeordnet sind.

Wenn bei der in Fig. 4A dargestellten bekannten Anordnung zum Bewegen der Elektroden vermieden werden soll, daß sich die Elektroden benachbarter Anordnungen berühren, während sie über die Hauptantriebsräder 16 hinweglaufen, muß sich die Breite W der einzelnen Elektroden nach dem Abstand P zwischen den Achsen der benachbarten Hauptantriebsräder richten. Zwar könnte man dafür sorgen, daß sich die Elektroden benachbarter Anordnungen bei keiner ihrer möglichen Stellungen berühren, doch muß man zu diesem Zweck die Breite W der Elektroden entsprechend verringern. Gemäß Fig. 4B ist es dagegen bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Bewegen der Elektroden unter Einhaltung des gleichen Abstandes P zwischen benachbarten Elektrodenanordnungen möglich, für die

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Elektroden eine größere Breite zu wählen. Wählt man eine größere Breite W, kann man die Anzahl der zu jeder Anordnung gehörenden Elektroden verringern, so daß sich eine einfachere Konstruktion ergibt. Ferner ist es möglich, bei unveränderter Breite ¥ den Abstand P zu verringern, so daß sich die Abmessungen der gesamten Anordnung verkleinern.

Da die Elektroden 26 bei dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Staubabscheider zweckmäßige Abmessungen haben, neigen sie dazu, gegenüber der Entladungselektrode ein ungleichmäßiges elektrisches Feld zu erzeugen, welches elektrische Ladungen an den Staub abgibt, der einen hohen elektrischen Widerstand hat, so daß sich der Staubabscheidungswirkungsgrad erhöht. Fig. 5 zeigt in drei zueinander rechtwinkligen Teilschnitten ein Ende einer der Elektroden, die bei dem Abscheider nach Fig. 2 verwendet \\,^rerden. Zu der Elektrode 26 gehören Verstärkungsrahmen 27 und 28 von sechseckiger Cuerschnittsform, mit denen jede Elektrode am oberen und unteren Ende sowie an beiden Längskanten versehen ist; in der Mitte zwischen den Enden der Längskanten ist jeweils eine zur Unterstützung dienende Rippe 29 angeordnet, die mit der zugehörigen endlosen Kette 15 durch eine Schraube 30 verbunden ist. Bei dieser Konstruktion tragen die Verstärkungsrahmen am oberen und unteren Ende jeder Elektrode zur Erzeugung eines ungleichmäßigen elektrischen Feldes bei. . Hätten die Elektroden scharf gewinkelte Kanten, würde ein Kanteneffekt zur Entstehung von Funken führen; bei einer nahezu runden Querschnittsform der Verstärkungsrahmen würde das elektrische Feld nicht in einem ausreichenden Ausmaß ungleichmäßig werden; aus diesem Grund haben die Verstärkungsrahmen vorzugsweise eine vieleckige Querschnittsform mit stumpfen Winkeln zwischen benachbarten Seitenflächen.

Zwar könnte man den auf den Elektroden gesammelten Staub mit Hilfe eines Luftstrahls entfernen, doch ist es besonders

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zweckmäßig, zu diesem Zweck Bürsten aus Metalldraht zu verwenden. In Fig. 6 ist ein Beispiel für eine Bürstenanordnung zum Entfernen des Staubes dargestellt; diese Anordnung wird bei dem Staubabscheider nach Fig. 2 verwendet. Gemäß Fig. 6 sind zwei Bürsten einander gegenüber in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, und die Elektroden 26 werden in der Auffangzone des Abscheiders zwischen diesen Bürsten hindurchgeführt. Zu jeder Bürste gehören im wesentlichen eine Achse 31 bzw. 32 sowie Bürstendrähte 33 bzw. 34, die jeweils längs einer Schraubenlinie auf den Achsen 31 und 32 angeordnet sind. Diese Achsen sind mit einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung mit Hilfe von Kegelzahnrädern gekuppelt und werden mit der gleichen Drehzahl in entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben. Der Abstand L zwischen den Achsen 31 und 32 ist so gewählt, daß die Bürstendrähte 33 und 34 gegenüber den Elektroden eine optimale Lage einnehmen, um den Stäub zu entfernen, wenn die Elektroden zwischen den umlaufenden Bürsten hindurchgeführt werden; normalerweise ist dieser Abstand so eingestellt, daß die freien Enden der Bürstendrähte die Elektroden jeweils über eine Länge von 10 bis 20 mm berühren. Die Bürstendrähte bestehen aus einem Material, das widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen, Korrosion und Verschleiß ist und gleichzeitig eine hohe Elastizität aufweist; als Beispiele seien Draht aus nichtrostendem Stahl und Klaviersaitendraht genannt. Wenn eine andersartige Atmosphäre vorhanden ist, kann man auch Kunststoffe wie Nylon oder tierische Borsten verwenden.

Wenn die Bürstendrähte 33 und 34 auf den Achsen 31 und 32 jeweils längs einer Schraubenlinie angeordnet sind, bewegen sich die Berührungspunkte zwischen den Bürstendrähten und jeder Elektrode jeweils längs gerader Linien, und sie verden in Berührung mit den Elektroden gehalten. Auf diese Weise ist es möglich, die Druckkx-aft, die durch die Bürstendrähte auf die Elektroden ausgeübt wird, möglichst klein zu

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halten; da die Bürstendrähte ständig in Berührung mit beiden Seiten der betreffenden Elektroden stehen, werden die Elektroden stabil in ihrer Lage gehalten. Die freien Enden der Bürstendrähte gleiten während ihrer Drehbewegung über die betreffende Elektrode so hinweg, daß keine Verformung infolge eines Verschleißes eintritt, so daß eine einwandfreie Wirkung der Bürsten auch dann gewährleistet ist, wenn ihre freien Enden nach einer längeren Betriebszeit in einem gewissen Ausmaß abgenutzt sind.

Wenn es sich bei dem in dem zu behandelnden Rauchgas enthaltenen Staub um ein Gemisch aus Stoffen mit niedrigem bzw. hohem elektrischem Widerstand handelt, ist es im Hinblick auf einen wirtschaftlichen Betrieb nicht zweckmäßig, zu versuchen, die gesamte Staubmenge mit Hilfe des Abscheiders mit bewegbaren Elektroden zu entfernen; ferner ist es im Hinblick auf den Aufbau des Abscheiders zweckmäßig, die Betriebsbedingungen, insbesondere die Umlaufgeschwindigkeit der Elektroden 26, unverändert zu lassen, 's'enn die Konzentration des Staubes in dem zu behandelnden "auchgas von Zeit zu Zeit variiert, erweist es sich nicht als wirtschaftlich vorteilhaft, bei der Konstruktion einen maximalen Konzentrationswert zu berücksichtigen.

Wenn- sich Schwierigkeiten der genannten Art ergeben, kann man im vorderen Teil des Abscheiders einen Abscheider anordnen, bei dem die Elektroden ortsfest angeordnet sind und der Staub durch Abklopfen beseitigt wird, während sich im hinteren Teil der Anlage ein erfindungsgemäßer elektrostatischer Staubabscheidet befindet. In diesem Fall kann man den elektrostatischen Staubabscheider, der sich im vorderen Teil befindet, mit dem im hinteren Teil angeordneten Staubabscheider durch einen Kanal verbinden; sind die beiden Abscheider gemäß Fig. 7 in einem gemeinsamen Gehäuse 35 untergebracht, wird der Rauchgasstrom, der beim Passieren des ersten Abscheiders

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geradegerichtet wird, dem hinteren Abscheider zugeführt, so daß es möglich ist, das Auftreten von Virbein, die Entstehung von Kanälen und die Turbulenz am Einlaß des hinteren Abscheiders auf ein Minimum zu verringern, so daß^: sich eine Verbesserung des Staubabscheidungsvirkungsgrades erzielen läßt.

Bei der Anordnung nach Fig. 7 bildet das Gehäuse 35 am einen Ende den Gaseinlaßkanal 11 und am anderen Ende den Gasauslaßkanal 12; der vordere elektrostatische Staubabscheider ist auf der Eintrittsseite des Gehäuses 35 angeordnet, während der hintere Abscheider, der eine Fortsetzung des elektrostatischen Abscheiders bildet, auf der Austrittsseite angeordnet ist. Zu dem elektrostatischen vorderen Staubabscheider gehören im wesentlichen mehrere ortsfeste plattenförmige Sammelelektroden 36, die in festen Abständen voneinander und parallel zur Strömungsrichtung des zu behandelnden Rauchgases angeordnet sind, sowie mehrere langgestreckte Sntladungselektroden 18, die den Sammelelektroden 36 gegenüberstehen. Die oberen Enden der Entladungselektroden 18 werden durch eine Unterstützung 37 in ihrer Lage gehalten, und diese Unterstützung ist an die Leitung 25 einer Spannungsquelle angeschlossen. An den unteren Enden der Entladungselektroden 18 ist ein Gewicht 38 befestigt, um diese Elektroden gespannt zu halten. Unter dem vorderen Abscheider ist ein Abgabetrichter 13 angeordnet.

In der Mitte zwischen dem vorderen und dem hinteren Abscheider ist eine rahmenförmige Trennwand 39 angeordnet, die dazu dient, den Bauchgasstrom geradezurichten. Zu dem hinteren elektrostatischen Staubabscheider gehören im wesentlichen mehrere bewegbare Sammelelektroden 14, die parallel zur Strömungsrichtung des zu behandelnden Hauchgases in festen Abständen voneinander angeordnet sind, sowie mehrere langgestreckte Sntladungselektroden 13, welche den Sammelelektroden

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gegenüberstehen. Der zu behandelnde Rauchgasstrom bewegt sich innerhalb der Sammelzone des hinteren Abscheiders in einem geradegerxchteten Zustand, wie es in Fig. 7 mit gestrichelten Linien bei A angedeutet ist; hierdurch wird die Erzielung einer stabilen und wirksamen Staubabscheidung in dem elektrostatischen hinteren Abscheider erleichtert.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispielj bei dem ein erfindungsgemäßer elektrostatischer Staubabscheider einen Bestandteil einer Großanlage für industrielle Zwecke bildet. Die Quelle 40 erzeugt bei einer Temperatur von 210 C eine Gasmenge von 99 000 m^N/h. Der Staubgehalt des Rauchgases beträgt 250 +29 mg/m"N; dieser Staub enthält 28 bis 30 Gev.Z Aluminiumoxid, 63 bis 70 Gew.% Kieselsäure, 0,3 Gew.5ü Kohlenstoff und zu 0,1 Gew.% andere Stoffe, und der scheinbare

ι 3 elektrische Widerstand beträgt S bis 17 χ 10"" Ohmcm. Der erste elektrostatische Staubabscheider 41 ist auf bekannte Weise ausgebildet, d.h. der Staub wird von den Elektroden durch Abklopfen entfernt, und die Sammelelektroden dieses ersten Abscheiders haben einen Flächeninhalt von 900 m"j die angelegte Spannung beträgt 22 kV bei einem Entladungsstrom von 400 mA; die Sammelelektroden in dem zweiten Bereich haben einen Flächeninhalt von 900 m", und die angelegte Spannung beträgt 25 kV bei einem Entladungsstriom von 600 mA. Der zweite elektrostatische Staubabscheider 42 ist gemäß der Erfindung ausgebildet und mit bewegbaren Sammelelektroden ausgerüstet; Fig. 9 zeigt eine Außenansicht der Anlage nach Fig. 8. Die Temperatur des dem zweiten Abscheider 4? zugeführten Gases beträgt 20Q⁰C, und das Gas wird über den Auslaß mit einer Temperatur von 190⁰C abgeführt. Zu einem Satz von Sammelelektroden gehören acht Elektroden mit einer Gesamtfläche von 750 m^. An die Elektroden wird eine Spannung von 45 kV angelegt; der Entladungsstrom beträgt 600 mA und die Laufgeschwindigkeit der Elektroden 0,5 ra/min; die Dauer eines Arbeitsspiels der Abscheideranlage beträgt etwa 50 min. Die Anlage ist für den Betrieb bei einer Schicht-

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dicke des angesammelten Staubes von 20 hkLO Mikrometer ausgelegt.

Die Ergebnisse eines 50-tägigen Dauerversuchs mit der Anlage nach Fig. S sind im folgenden in der Tabelle 2 zusammengestellt. In der Tabelle 2 gelten die Angaben über den Vorversuch 1 für den Fall, daß der Betrieb unter der ursprünglichen Belastung durchgeführt wurde, während die Angaben über den Vorversuch 2 für den Fall gelten, daß eine Hälfte des staubhaltigen Rauchgases, das von der Quelle abgegeben wurde, unmittelbar über einen Kamin an die Atmosphäre abgegeben wurde, so daß sich die Belastung des ersten elektrostatischen Staubabscheiders auf die Hälfte verringerte,

Tabelle 2

Betriebstage Staubgehalt am Auslaß

des ersten^Abscheiders, mg/nT'N

Vorversuch 1	105
Vorversuch 2	50
3 Tage	120
10 Tage	1OS
20 Tage	98
30 Tage	92
40 Tage	80
50 Taee	90

Staubgehalt am Auslaß des zweiten Abscheiders, mg/m N

28 22 18 21 14 16

Gemäß der Tabelle 2 ermöglicht es der elektrostatische Staubabscheider nach der Erfindung, eine vollständige Beseitigung des Staubes zu erreichen, was bis jetzt mit Hilfe der bekannten Staubabscheider nicht möglich ist.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist der erfindungsgemäße elektrostatische Staubabscheider auf hervorragende Vieise

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geeignet, aus Rauchgas auch Staub zu entfernen, der sich bis jetzt nur schwer beseitigen läßt. Bei gleicher Leistung nimmt der Abscheider nur etwa die Hälfte bis ein Viertel des Raums ein, der für einen Abscheider bekannter Art benötigt wird, so daß es nicht schwierig ist, einen geeigneten Aufstellungsort zu finden.

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Claims

SCHIFF ν. FÜNER STREHL * SCSHÜßKL-iHOpr=1 -^ErBBINSHAUS FINCK MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O1 D-8OOO MÜNCHEN 95 HITACHI PLANT ENGINEERING DEA-14876 & CONSTRUCTION CO., LTD. 6. März 1981 ELEKTROSTATISCHER STAUBABSCHEIDER Patentansprüche

1. Elektrostatischer Staubabscheider, gekennzeichnet durch einen Einlaßkanal (11) zum Zuführen von Staub enthaltendem, zu reinigendem Rauchgas, einen Gasauslaß (12) zum Abführen des behandelten Gases, eine Entladungselektrode (18), eine Sammelelektrode (14), die sich aus mehreren einzelnen Platten zusammensetzt, ein Gehäuse, dessen eines Ende mit dem Gaseinlaß verbunden ist, während sein anderes Ende mit dem Gasauslaß verbunden ist, einen Trichter (13) zum Abgeben des gesammelten Staubes aus dem unteren Teil des Gehäuses, eine Spannungsquelle zum Anlegen einer hohen Spannung zwischen der Entladungselektrode und der Sammelelektrode, eine Einrichtung zum Be-" wegen der Sammelelektrode mit Hauptantriebsrädern (16), antreibbaren Rädern (17) und endlosen Ketten (15), die über die genannten Räder laufen, auf denen die Platten der Sammelelektrode montiert sind, wobei die Ketten die Platten der Sammelelektrode zwischen einer Zone (A),die von dem zu behandelnden Rauchgas durchströmt wird, und einer Zone (B) bewegt werden, wo das behandelte Rauchgas das Gehäuse nur langsam durchströmt, sowie eine Einrichtung (21) zum Entfernen des auf der Sammelelektrode gesammelten Staubes, wobei zu den genannten Rädern zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordnete Hauptantriebsräder und.zwei auf einer zweiten gemeinsamen Achse angeordnete antreibbare Räder gehören, wobei zwei endlose Ketten vorhanden sind, die über die genannten Räder laufen und parallele Unterstützungen bilden, wobei die Ketten nur dort gekrümmte Bahnabschnitte durchlaufen, wo sie mit den Hauptantriebsrädern und den antreibbaren Rädern zusammenarbeiten, und wobei die Einrichtung zum Bewegen der Sammelelektrode mit einer Einrichtung (:"?4) zum Regeln der

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Laufgeschwindigkeit versehen ist, die es ermöglicht, die Laufgeschwindigkeit der Sammelelektrode zu variieren.

2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des in dem zu behandelnden Rauchgas enthaltenen Staubes einen elektrischen Widerstand von über 1 χ 10¹³ Ohmcm hat.

3. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der mittlere elektrische Widerstand des in dem zu be-

13 handelnden Rauchgas enthaltenen Staubes über 1 χ 10 Ohmcm liegt.

4. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufgeschwindigkeit der Einrichtung (20) zum Bewegen der Sammelelektrode (14) so eingestellt ist, daß die Dicke der auf der Sammelelektrode angesammelten Staubschicht im Zeitpunkt des Entfernens der Staubschicht weniger als 100 Mikrometer beträgt.

5. Abscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufgeschwindigkeit der Einrichtung zum Bewegen der Sammelelektrode so eingestellt ist, daß die Dicke der auf der Sammelelektrode angesammelten Staubschicht im Zeitpunkt des Entfernens der Staubschicht weniger als 100 Mikrometer beträgt.

6. Abscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufgeschwindigkeit der Einrichtung (20) zum Bewegen der Sammelelektrode so eingestellt ist, daß die Dicke der auf der Sammelelektrode angesammelten Staubschicht im Zeitpunkt des Entfernens der Staubschicht weniger als 60 Mikrometer beträgt.

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7. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Einrichtung (20) zum Bewegen der Sammelelektrode (14) ermöglicht, die Sammelelektrode intermittierend zu bewegen.

8. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Platten, welche die Sammelelektrode (14) bilden, die durch einen Satz von endlosen -Ketten (15) unterstützt wird, und die Platten, welche eine Sammelelektrode bilden, die durch einen weiteren Satz endloser Ketten unterstützt wird, welcher dem ersten Satz von endlosen Ketten benachbart ist, so eingerichtet sind, daß sie mit einer Phasendifferenz von 0,5'#~ über die Hauptantriebsräder (16) hinweglaufen.

9. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Einrichtung (21) zum Entfernen des Staubes von den Platten (26) vorhanden ist, welche die Sammelelektrode (14) bilden, wobei zu dieser Einrichtung zwei Achsen (31, 32) gehören, die parallel zueinander so angeordnet sind, daß die Platten (26) der Sammelelektrode zwischen ihnen hindurchlaufen, wobei sich die Achsen in entgegengesetzten Richtungen drehen und an ihren Umfangsflächen entlang Schraubenlinien mit biegsamen bzw. elastischen Borsten (33, 34) besetzt sind.

10. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ränder jeder Platte (26), die zu einer Sammelelektrode (14) gehört, eine Querschnittsform hat, die durch stumpfe Winkel abgegrenzt wird.

11. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Entladungselektrode (18) und die Sammelelektrode (36), die einen vorderen Teil des Abscheiders bilden, parallel zueinander angeordnet sind und daß die Entladungs-

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elektrode (3.8) und die Sammelelektrode (14), welche den hinteren Teil des Abscheiders bilden, parallel zueinander in der Strömungsrichtung des zu behandelnden Gases hinter dem vorderen Teil in dem Gehäuse (35) angeordnet sind, wobei die Entladungselektrode und die Sammelelektrode des vorderen Teils des Abscheiders ortsfest angeordnet sind, während die Sammelelektrode des hinteren Teils des Abscheiders bewegbar ist, wobei die relative Anordnung der Entladungselektrode und der Sammelelektrode des hinteren Teils des Abscheiders variabel ist.

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