DE3324803A1

DE3324803A1 - Staubabscheidegeraet

Info

Publication number: DE3324803A1
Application number: DE19833324803
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Current assignee: BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Priority date: 1983-07-09
Filing date: 1983-07-09
Publication date: 1985-01-17
Also published as: DE3324803C2

Description

BESCHREIBUNG:
Die Erfindung bezieht sich auf ein Stababscheidegerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.
Staubabscheidegeräte dieser Art sind in ihrem grundsätzlichen Aufaufbau bekannt und beispielsweise in "ULLMANNS Encyklopädie der Technischen Chemie", Band 1, 1951, Seiten 379/380 beschrieben. Danach ist in die Kammer ein als Sprühelektrode ausgebildeter Draht einqehängt. Die Kammer ist stehend angeordnet und wird vom zu reinigenden Gas von unten nach oben durchströmt. Der Draht ist mit einer Isolierung abströmseitig befestigt, während sein zur Einströmseite gelegenes Ende ein Gewicht trägt, welches den Draht gespannt in der Mitte der Kammer hält. Die Kammer ist im wesentlichen als ein yeerdetes Metallrohr ausgeführt, an dessen Innenwand sich der Staub niederschlägt, während der negativ gespannte Draht mit einer Hochspannungsmaschine auf etwa 30 bis 80 kV gehalten ist. Die sich beim Betrieb einstellende Feldstärke verläuft hyperbolisch und wäre bei einem Drahtdurchmesser von 0 der Drahtachse unendlich hoch.
In der Praxis besteht indes auch noch in Nähe der Oberfläche eine zur Stoßionisation der staubführenden Gase genügende hohe Feldstärke, so daß zugleich Ozon und Stickoxide gebildet werden, wenn das staubführende Gas Luft ist.
Ein derartiges Staubabscheidegerät ist für ortsfeste Produktionsanlagen vorgesehen und aus mehreren Gründen für die Entnahme lediglich von Staubproben ungeeignet. Es ist nämlich nicht transportabel und macht eine beträchtliche Hochspannung erforderlich, die sich bei einem handlichen, von einer Bedienungsperson tragenden Gerät nicht erzeugen läßt. Darüber hinaus führt die Bildung von Ozon und Stickoxiden zu einer gesundheitlichen Schädigung der Bedienungsperson. Grundvoraussetzung für ein Probenahmegerät, welches für Untersuchungen eingesetzt werden muß, die eine zuverlässige Aussage über die Staubkonzentration des Gases ermöglichen sollen, ist ferner ein möglichst hoher qiantita,i.et r5r . -In Verbindung mit einer Herabsetzung der elektris(:EIf!n Stromstärke kann man nach einem Vorschlag von Penney zu einem zweistufigen Prinz 1) it Abscheidung vom Staub in zwei Abschnitten an Platten kommen, die allerdings in ihrer Gesamtheit eine große Fläche aufweisen. Ein derartiges Verfahren hat zum Beispiel für die Staubfreihaltung von Räumen größerer Bedeutung und arbeitet umso besser, je größer die Plattenfläche ist. Um aber eine quantitative Staubermittlung zuverlässig durchführen zu können, muß die spezifische Beladung der Abscheidungsfläche mit Staub möglichst hoch sein. Dies zwingt zur Herabsetzung der Abscheidefläche, die nach dem erwähnten Prinzip nicht mehr erreichbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Staubabscheidegerätes, welches sich vor allem für die Staubprobenahme eignet und demgemäß die dafür erwähnten Eigenschaften haben soll, wobei das Gerät als Staubsammelgerät oder als Vorabscheider vor Analysengeräten verwendet werden soll.
Dies wird bei dem als gattungsgemäß bekannt vorausgesetzten Staubabscheidegerät nach dem Vorschlag gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 ermöglicht, für welchen die Vorschläge der Unteransprüche 2 bis 9 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.
Man kommt auf diese Weise prinzipiell bei einem röhrenartigen Staubabscheidegerät zu einem Ablauf der Staubabscheidung in zwei Teilen.
Im ersten Teil, welcher durch den dünnen Abschnitt der Elektrode gekennzeichnet ist, wirkt letztere als Sprühelektrode und führt zur Aufladung und bereits zu einer weitgehenden Abscheidung des Staubes.
Hierfür ist der hohe Gradient der elektritschen Feldstärke in der Umgebung des ersten Abschnittes maßgeblich, der zu diesem Zwecke möglichst dünn ausgebildet ist. Er hat insbesondere einen Querschnitt mit einem Durchmesser zwischen 0,5 bis 0,8 mm. Er kann auch mit entsprechend scharfen Sägezahnspitzen ausgeführt sein. Darüber hinaus ist dieser erste Abschnitt längenmäßig so begrenzt, daß sich auch eine auf die Länge des ersten Abschnittes bezogene, verhältnismäßig hohe Sprühstromstärke pro Längeneinheit von wenigstens 50 pA/cm ergibt, die für die vorgesehene Aufladung des abzuscheidenden Staubes gleichfalls von erheblicher Bedeutung ist.
Während im ersten Abschnitt der Gradient der elektrischen Feldstärke etwa 100 kV/cm beträgt, liegen die Verhältnisse im zweiten Abschnitt grundlegend anders, bei welchem die Feldstärke mit etwa 20 kV/cm nahezu um eine Größenordnung geringer ist. Dieser zweite Abschnitt ist lediglich für die Abscheidung im elektrostatischen Feld gestaltet. Die Fläche der Innenwand ist relativ gering und beträgt etwa 500 cm . Damit gelingt eine verhältnismäßig hohe spezifische Staubaufladung, so daß man insbesondere bei Ausführung der Kammer mit einer auswechselbaren Folie, die aus Edelstahl bestehen kann, und der auch noch zur Verbesserung der Wirkung eine Gitterzwischenelektrode vorqeschaltet sein kann, letztere nach der Probenahme entnehmen und in dn sich bekannter Weise auswerten kann.
Da im zweiten Abschnitt auf die Stoßionisation verzichtet werden kann, läßt sich die Elektrode hier vorteilhaft mit erheblicher Dicke ausbilden, so daß die durch den zweiten Abschnitt der Elektrode und die gegenüberliegende Kammerinnenwand gegebene Feldstärke im Interesse einer möglichst weitgehenden Abscheidung sehr hoch gewählt werden kann.
Je größer der Durchmesser im zweiten Abschnitt gewählt wird, umso großer ist die Abscheidefläche und damit die auf die aufgeladenen Staubteilchen wirkende Kraft und die Kapazität, wobei die damit verbundene Verringerung des Abstandes zwischen dem zweiten Abschnitt der Elektrode der Innenwand zur Steigerung der Feldstärke führt.
Das neue Staubabscheidegerät wird mit einer Hochspannung von lediglich ca. 20 kV betrieben, womit die für industrielle Geräte üblichen Spannungswerte erheblich unterschritten werden, so daß die ochspannungserzeugung in das Transportgerät einbezogen werden kann. Auch setzt dies den Isolationsaufwand herab.
Mit den benannten Werten des Gradienten der elektrischen Feldstärke im ersten und zweiten Abschnitt und der Stromstärke im ersten Abschnitt wurden sehr gute betriebliche Ergebnisse erzielt, wobei der erste Abschnitt der Elektrode freitragend vom zweiten Abschnitt derselben konzentrisch gehalten und der zweite Abschnitt als ein etwa 10 mm dickes Rohr ausgeführt war.
Zur Vermeidung einer die Staubprobe beeinträchtigenden Kondensatbi 1 dung von zum Beispiel Wasser ist es von-weiterem Vorteil, die Kammer mittels eines Heizmantels zu temperieren. Dabei hat sich eine Temperatur von etwa 200"C als zweckmäßig erwiesen, wobei die Einstellung mittels eines Thermostaten erfolgte.
Das neue Staubabscheidegerät ist somit eine sehr kompakte, handliche und lageunabhängig mit einem nicht sehr ins Gewicht fallenden Netzteil zu betreibende Einheit. Es läßt sich mit besonderem Vorteil als Modul einsetzen, wobei ihm eintrittsseitig Staubvorabscheider, wie ein Impaktor, ein Zyklin oder eine Zentrifuge, vorgeschaltet sein können. Austrittsseitig läßt es sich mit einem ergänzenden Staubabscheidefilter versehen.
Weitere ergänzende Einrichtungen, wie eine Durchflußmeßeinrichtung und eine Gaspumpe bzw. ein Gebläse gestatten den Ausbau einer kompletten Staubmeßeinrichtung.
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf ein Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnung Bezug genommen.
Die Zeichnung veranschaulicht das neue Staubabscheidegerät in schematischer, geschnittener Längsansicht.
Man erkennt eine zylindrische Kammer 2, die von einem starkwandigen Isoliermantel 8 umgeben ist. Das rechte Ende der Kammer ist mit einem Gasanschluß 9 für den Eintritt des staubabführenden Gases ausgeführt, wohingegen die gegenüberliegende Abströmseite 10 einen Gasanschluß 15 für die Ableitung des gereinigten Gases aufweist. Die Abströmseite 10 ist mit Hilfe eines Verschlußkopfes 11 abgeschlossen. Zentral im Verschlußkopf 11 ist eine isolierte Durchführung 12 vorgesehen, an die sich außen ein Hochspannungssteckerl3 anschließt, der zum nicht zeichnernsch dargestellten Hochspannungsteil führt und an den eine Hochspannung von etwa 20 kV angeschlossen ist. In die isolierte Durchführung 12 ist das abströmseitige Ende der Elektrode 1 eingesetzt, so daß die Elektrode 1 leicht entnommen werden kann. Die genannte Elektrode 1 ist in der bereits beschriebenen Weise in die Abschnitte 4 und 3 aufgeteilt, wobei der Abschnitt 4 einen Durchmesser von etwa 10 mm besitzt, während der Abschnitt 3 einen Durchmesser von etwa 0,5 mm aufweist.
Das abströmseitige Planfilter 7 ermöglicht die Erfassung des Reststaubgehal tes.
Das einströmende Gas wird somit im Bereich des Abschnittes 3 ionisiert, während der Staub aufgeladen und teilweise abgeschieden wird. Im Bereich des Abschnittes 4 erfolgt dann die nahezu vollständige Restabscheidung von der die Innenwand der Kammer 2 verkleidenden Folie 5, die aus Metall besteht, und die man nach einer bestimmten Abscheidungszeit entnehmen kann. Man kann die in beträchtlicher Dicke abgeschiedene Staubmenge leicht durch Auswägen quantitativ erfassen und sodann weiterhin physikalisch und chemisch untersuchen. Die Folie 5 kann im übrigen auch aus anderen Werkstoffen bestehen.
Der schematisch dargestellte Heizmantel 6 erlaubt die Einstellung auf eine Temperatur innerhalb der Kammer, bei der Taupunktsunterschreitungen nicht auftreten können.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel hat für die Kanmer bei einem inneren Durchmesser von 75 mm eine Länge derselben von 300 mm. Der zweite, dickere Abschnitt der Elektrode weist eine Länge von 220 mm auf. Der davon getragene, erste Abschnitt in der Elektrode ist 50 mm lang. Der anspruchsgemäß vorgeschlagene Definitionsbereich der Aufteilung der Elektrode in die Abschnitte von etwa 1 : 2 wird damit noch nicht verlassen. Die nicht dargestellte Hochspannungsversorgung liefert eine bis maximal 24 kV einstellbare Spannung negativer Polarität.
Die Staubabscheidung gelingt mit dem neuen Staubabscheidegerät praktisch vollständig. Der Abscheidungsgrad führ Teilchen zwischen 0,1 um und 10 um, gegebenenfalls auch noch über 10 um hinaus, beträgt bei den meisten Stäuben mehr als 99%. Die Ergänzung der Abscheidung bei gröberen Stäuben wird durch den Grobstaubabscheider, wie er zeichnungsgemäß in Form des Zyklons 14 am Eingang in die Kammer dargestellt ist, bewirkt, wohingegen das Staubabscheidefilter am Austritt der Kammer in die feinsten Fraktionen erfaßt.
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Claims

Staubabscheidegerät PATENTANSPROCHE: 1. Staubabscheidegerät mit einer in ihrer Längsrichtung von dem staubabführenden Gas durchsetzbaren, insbesondere zylindrischen Kammer, die beidendig mit Fluidanschlüssen versehen und mit einer sich in ihrer achsialen Richtung erstreckenden, negativ gespannten Elektrode ausgeführt ist, zwischen welcher und der Kammerinnenwand ein elektrisches Hochspannungsfeld besteht, in welchem es zur Stoßionisation der staubführenden Gase derart kommt, daß die Stäube negativ aufgeladen und an der positiven Kammerinnenwand abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) im Längenverhältnis von etwa 1 : 2 in einen ersten, möglichst dünnen Abschnitt (3) und einem zweiten, mindestens 10-fach dickeren Abschnitt (4) aufgeteilt ist, bei denen die Dicken mit der Maßgabe festgelegt sind, daß bei einer Elektrodenspannung von etwa 20 kV der erstere Abschnitt (3) eine für die Stoßionisation und der zweite Abschnitt (4) eine für ein elektrostatisches Abscheidefeld ausreichende Feldstärke erzeugt, wobei der erste Abschnitt zur Einströmseite gerichtet ist.
2. Staubabscheidegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld beim ersten Abschnitt (3) etwa 100 kV/cm und beim zweiten Abschnitt (4) etwa 20 kV/cm beträgt, während im ersten Abschnitt (3) eine Stromstärke pro Längeneinheit von wenigstens 50 pA/cm besteht.
3. Staubabscheidegerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (3) freitragend einendig vom zweiten Abschnitt (4) gehalten ist.
4. Staubabscheidegerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (4) konzentrisch abströmseitig in die Kammer (2) eingesetzt ist.
5. Staubabscheidegerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) mit einer auswechselbaren Folie (5) ausgekleidet ist.
6. Staubabscheidegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Metall, insbesondere aus Edelstahl bestehenden Folie eine Gitterzwischenelektrode vorgeschaltet ist.
7. Staubabscheidegerät nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) mittels eines Heizmantels (6) jeweils auf eine Temperatur oberhalb des jeweiligen Taupunktes des Gases einstellbar ist.
8. Staubabscheidegerät nach den,Ansorüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer eintrittsseitig eine Einrichtung zur Grobstaubabscheidung, wie ein Impaktor, ein Zyklon oder eine Zentrifuge vorgeschaltet ist.
9. Staubabscheidegerät nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kammer (2) austrittsseitig ein Staubabscheidefilter (7), wie ein Plan-, ein Membran-, Faltenfilter oder ein Staubsack, eingesetzt ist.