DE3324803C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Staubabscheidegerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Staubabscheidegerät ist nach der FR-PS 10 50 120 be­ kannt. Um dabei den dünnen Abschnitt der Elektrode zu gestalten, dem eine hohe Feldstärke zugeordnet sein soll, wird er in Form eines steifen, einendig frei bleibenden Drahtes ausgeführt. Wenn man einen derartigen Draht in horizontaler Lage des Gerätes vor­ sehen würde, bestünde die Gefahr, daß er unter der Einwirkung seines Gewichtes abbiegt, so daß keine radialsymmetrische Feld­ stärkenausbildung möglich ist. Dies begrenzt den Einsatz im Betrieb auf vertikale Anbringungen. Um die Elektrodenlage in vertikaler Anordnung weiter zu stabilisieren, ist es deshalb üblich und nach der FR-PS 9 44 147 bekannt, den Draht einendig mit einem Gewicht zu belasten, so daß er ständig unter der Einwirkung der Schwerkraft die vorgesehene Stellung einhält. Derartige Anordnungen sind im stationären Betrieb leicht zu verwirklichen, jedoch bei beweglichem Einsatz nicht mit der erforderlichen Sicherheit gewährleistet. Für die vorgesehene Abscheidung werden bei dem nach der FR-PS 10 50 120 bekannt gewesenen Gerät 10 kV bei einer Stromstärke von 200 bis 300 mA benötigt. Damit lassen sich Staubgehalte in der Größenordnung von 5 mg/l³ messen, wobei die Genauigkeit in der Größenordnung von 0,03 mg/m³ liegt.

Die Aufnahme des abzuscheidenden Staubes läßt sich nach P. Noss, "Rauchgasentstäubung" in "Brennstoff, Wärme, Kraft", 1957, 04, Seite 177, durch Vorschaltung eines Fliehkraftabscheiders verbes­ sern, so daß gröbere Staubpartikel die Abscheideleistung nicht mehr beeinträchtigen können. Man kann ferner nach der DE-PS 24 59 356 eingangsseitig Planfilter vorsehen, welchletztere in entsprechender Dimensionierung auch ausgangsseitig angebracht sein können.

Der grundsätzliche Aufbau elektrischer Staubabscheidegeräte ist in "Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie", Band 1, 1951, Sei­ ten 379-380 beschrieben. Da die Geräte ortsfest anzuordnen sind, ist deren vertikale Ausrichtung ohne Schwierigkeiten möglich, in der die zentrale Lage des dünnen Abschnittes der Elektrode durch Gewichtsbelastung eines Drahtes gewährleistet werden kann. Die für den Betrieb derartiger Geräte erforderlichen Hochspannungen be­ tragen bis zu 80 kV, so daß die Bildung von Ozon und Stickoxyden zu beachten ist.

Vom einleitend beschriebenen Stand der Technik ausgehend soll entsprechend der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß ein transportables Gerät entwickelt werden, welches nicht an die ortsfeste, vertikale Anordnung gebunden ist. Es soll sich besonders bei betrieblichen Versuchen für die Staubprobenahme eignen und kann als Sammelgerät oder auch als Vorabscheider vor Ana­ lysengeräten eingesetzt werden. Dabei muß auch die Einrichtung zur Hochspannungsversorgung eine Begrenzung erfahren, damit auch die Geräteversorgung transportabel bleiben kann. Gleichwohl soll eine hohe Leistung durch zweckmäßige Isolierung erreicht werden können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Vorschläge der Patentan­ sprüche.

Der erste, dünne Abschnitt der Elektrode erfüllt seine Funktion als Sprühelektrode für die Stoßionisation unter Beibehaltung seiner zentralen Lage bei einem Durchmesser von 0,5 bis 0,8 mm be­ friedigend. Mit entsprechend scharfen Sägezahnspitzen läßt sich seine Wirkungsweise noch steigern. In Verbindung mit der Ausschal­ tung einer Kondensatbildung durch den vorgesehenen Heizmantel können die elektrischen Möglichkeiten für die Staubabscheidung auch unter extremen Standorten des Einsatzes voll ausgeschöpft werden. Die Vorgabe einer Temperatur von etwa 200°C hat sich als zweckmäßig erwiesen, wobei die Einstellung mittels eines Thermostates erfolgt.

Die Länge des ersten Abschnittes wird zweckmäßig so begrenzt, daß sich eine auf die Länge des ersten Abschnittes bezogene, verhält­ nismäßig hohe Sprühstromstärke je Längeneinheit von wenigstens 500 µA/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 grund­ legend anders, indem die Feldstärke bei etwa 20 kV/cm um nahezu eine Größenordnung geringer ist. Der zweite Abschnitt ist lediglich für die Abscheidung im elektrostatischen Feld gestaltet. Die Fläche der Innenwand ist relativ gering und beträgt etwa 500 cm². 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 Ver­ besserung der Wirkung eine Gitterzwischenelektrode vorgeschaltet sein kann, letztere nach der Probenahme entnehmen und in an sich bekannter Weise auswerten kann.

Da im zweiten Abschnitt auf die Stoßionisation verzichtet werden kann, läßt sich die Elektrode hier vorteilhaft mit erheblicher Dicke aus­ bilden, 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 größer 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 Hoch­ spannungserzeugung 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 Kondensatbildung 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 ein­ setzen, wobei ihm eintrittsseitig Staubvorabscheider, wie ein Impaktor, ein Zyklon oder eine Zentrifuge, vorgeschaltet sein können. Austritts­ seitig 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 Ver­ schlußkopf 11 ist eine isolierte Durchführung 12 vorgesehen, an die sich außen ein Hochspannungsstecker 13 anschließt, der zum nicht zeich­ nerisch dargestellten Hochspannungsteil führt und an den eine Hoch­ spannung von etwa 20 kV angeschlossen ist. In die isolierte Durchführung 12 ist das abströmseitige Ende einer Elektrode 1 eingesetzt, so daß die Elektrode 1 leicht entnommen werden kann. Die genannte Elektrode 1 ist in der bereits beschriebenen Weise in Abschnitte 4 und 3 aufge­ teilt, wobei der Abschnitt 4 einen Durchmesser von etwa 10 mm besitzt, während der Abschnitt 3 einen Durchmesser von etwa 0,5 mm aufweist. Ein abströmseitiges Planfilter 7 ermöglicht die Erfassung des Rest­ staubgehaltes.

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 einer die Innenwand der Kammer 2 verkleidenden Folie 5, die aus Metall besteht, und die man nach einer bestimmten Abscheidungszeit ent­ nehmen kann. Man kann die in beträchtlicher Dicke abgeschiedene Staub­ menge leicht durch Auswägen quantitativ erfassen und sodann weiterhin physikalisch und chemisch untersuchen. Die Folie 5 kann im übrigen auch aus anderen Werkstoffen bestehen.

Ein schematisch dargestellter Heizmantel 6 erlaubt die Einstellung auf eine Temperatur innerhalb der Kammer, bei der Taupunktsunterschrei­ tungen nicht auftreten können.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel hat für die Kammer 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 Auf­ teilung 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 für Teilchen zwischen 0,1 µm und 10 µm, gegebenenfalls auch noch über 10 µm 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 eines Zyklons 14 am Eingang in die Kammer dargestellt ist, bewirkt, wohingegen das Staubabscheidefilter am Austritt der Kammer die fein­ sten Fraktionen erfaßt.

Claims (8)

1. Staubabscheidegerät mit einer in ihrer Längsrichtung von dem staubabführenden Gas durchsetzbaren, insbesondere zylindrischen, beidendig mit Fluidanschlüssen versehenen Kammer und mit einer sich in ihrer axialen Richtung erstreckenden, negativ gespannten Elektrode, zwischen welcher und der Kammerinnen­ wand ein elektrisches Hochspannungsfeld besteht, in dem durch Stoßionisation der staubführenden Gase die Stäube negativ aufge­ laden und an der positiven Kammerinnenwand abgeschieden werden, wobei die Elektrode in einen ersten eine hohe Feldstärke auf­ weisenden und zur Einströmseite gerichteten dünnen Abschnitt und in einen zweiten dickeren Abschnitt aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) im Längenverhältnis von etwa 1 : 2 in ihren dünnen Abschnitt (3) und ihren mindestens 10-fach dickeren Abschnitt (4) aufgeteilt ist, daß bei einer Elektrodenspannung von etwa 20 kV der erste Ab­ schnitt (3) die für die Stoßionisation und der zweite Abschnitt (4) die für das elektrostatische Abscheidefeld ausreichende Feldstärke erzeugt, und daß die Kammer (2) mittels eines Heizmantels (6) jeweils auf eine Tempe­ ratur oberhalb des jeweiligen Taupunktes des Gases ein­ stellbar 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 Strom­ stärke pro Längeneinheit von wenigstens 50 µA/cm be­ steht.

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 bestehen­ den Folie (5) eine Gitterzwischenelektrode vorgeschaltet ist.

7. Staubabscheidegerät nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer (2) eintrittsseitig eine Einrichtung zur Grobstaubabscheidung, wie ein Impaktor, ein Zyklon oder eine Zentrifuge vorgeschaltet ist.

8. Staubabscheidegerät nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kammer (2) austrittsseiti9 ein Staubab­ scheidefilter (7), wie ein Plan-, ein Membran-, Falten­ filter oder ein Staubsack, eingesetzt ist.