DE3524861A1 - Elektrofilter - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrofilter für die
Entstaubung von Gasen mit einem Druck bis zu 30 bar und
einer Temperatur bis zu 500°C.
Beispiel für die Anwendung einer Gasentstaubung in dem
genannten Druck- und Temperaturbereich sind Kohle-Druckver
gasung und Kohle-Schwelprozesse. Die dabei unter hohem
Druck und hoher Temperatur als Reaktionsprodukt anfallenden
Gase werden zweckmäßigerweise ohne Druck- und Temperatur
verluste weiterverarbeitet bzw. weiterausgenutzt, wobei
jedoch zuvor Verunreinigungen abgetrennt werden müssen. Bei
der Kohle-Druckvergasung führt das Produktgas verfahrensbe
dingt Ascheteilchen mit, die entfernt werden müssen; beim
Schwelprozeß ist häufig eine Trockengasreinigung im Wirbel
bett mit anschließender Entstaubung im Elektrofilter erfor
derlich. Es leuchtet ein, daß für solche Anwendungen beson
ders gestaltete Elektrofilter erforderlich sind.
Soweit ersichtlich, ist bisher noch kein Elektrofilter
bekanntgeworden, bei dem alle konstruktiven und funktionel
len Schwierigkeiten im Hinblick auf das Druck- und Tempera
turniveau befriedigend gelöst werden konnten. Es ist zwar
schon vorgeschlagen worden, Gase mit hohem Druck in einem
Elektrofilter zu reinigen, bei dem das Gehäuse selbst aus
einem dickwandigen Rohr besteht und als Niederschlagselek
trode dient (DE-PS 5 65 063) oder Gase hoher Temperatur
mittels rohrförmiger Niederschlagselektroden zu reinigen,
die für den Durchfluß eines Kühlmittels vorgesehen sind
(DE-OS 27 55 059). Der erste Vorschlag ist nicht unbedingt
für hohe Temperaturen geeignet und außerdem für größere
Gasmengen unwirtschaftlich. Der zweite Vorschlag ist nicht
für den Fall konzipiert, daß gleichzeitig ein hoher Druck
vorliegt und außerdem mit unnötig hohen Temperaturverlusten
verbunden.
Es besteht somit die Aufgabe, ein Elektrofilter vorzuschla
gen, daß für die Entstaubung von Gasen mit einem Druck von
30 bar und einer Temperatur bis 500 °C geeignet ist und das
mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand zu realisieren und
zu betreiben ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Elektro
filter gelöst, das gekennzeichnet ist durch
- a) ein sich vertikal erstreckendes, zylindrisches Druck gehäuse mit einem unteren Raum zur Aufnahme der Nie derschlagselektroden und der Sprühelektroden, einem oberen Raum für den Anschluß der Gasleitungen und die Anordnung der Isolatoren sowie einem konisch verjüng ten Staubsammelbunker,
- b) zwei Bündel von rohrförmigen Niederschlagselektroden, die vom Gasstrom nacheinander von oben nach unten und dann von unten nach oben durchströmt werden, und einer entsprechenden Anzahl zentrisch in den Niederschlags elektroden angeordneten, mittels Gewichten gespannten Sprühelektroden im unteren Raum,
- c) eine vertikal durchgehende Wand zur Trennung der Gas eintritts- von der Gasaustrittsseite und eine hori zontale Wand mit Durchbrechungen für die Tragelemente der Sprühelektroden zur Abschirmung der Isolatoren vom Gasströmungsbereich im oberen Raum sowie
- d) außerhalb des Druckgehäuses eine gasdichte Umkleidung für die spannungsführenden Teile zwischen Hochspan nungsanlage und Isolatoren.
Zweckmäßigerweise besteht das zylindrische Druckgehäuse aus
zwei miteinander verbundenen Teilen, wobei der obere Teil
des Druckgehäuses im Bereich der Isolatoren innen und
außen, der Staubsammelbunker im Bereich des Auslasses außen
Heizeinrichtungen aufweisen können. Außerdem kann auf der
Außenseite des Druckgehäuses und der Umkleidung zur Vermei
dung von Wärmeverlusten eine Isolierung aufgebracht sein.
Abstandsänderungen im Bereich der Hochspannungsanlage wer
den vorteilhafterweise dadurch vermieden, daß die Hoch
spannungsanlage auf Konsolen aufgestellt ist, die mit dem
oberen Teil des Druckgehäuses verbunden sind. Ferner sind
im Druckgehäuse in an sich bekannter Weise eine Vorrichtung
zur Abreinigung der Niederschlagselektroden mittels Klopf
schlägen und außerhalb des Druckgehäuses eine Antriebsein
richtung dafür vorgesehen. Die Bewegung der Vorrichtung zur
Abreinigung der Niederschlagselektroden wird berührungsfrei
in das Innere des Druckgehäuses übertragen. Für die Abrei
nigung der Sprühelektroden ist außerhalb des Druckgehäuses
eine Vorrichtung zum Abreinigen mittels Klopfschlägen vor
gesehen, deren Impulse mechanisch durch die Isolatoren auf
die Tragelemente der Sprühelektroden übertragbar sind.
Die im oberen Raum vorgesehene horizontale Wand ist zweck
mäßigerweise isoliert und weist sich von ihr nach unten
erstreckende, die Tragelemente konzentrisch umgebende, an
den Enden trompetenförmig erweiterte Schutzrohre auf.
Schließlich ist noch vorgesehen, daß am oberen Teil des
Druckgehäuses oberhalb der horizontalen Wand Anschlüsse für
die Zu- und Abfuhr eines Spülgases angeordnet sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgedankens
werden anhand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei
spiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellungsweise einen
Vertikalschnitt durch einen Elektrofilter gemäß der Erfin
dung. Das sich vertikal erstreckende zylindrische Druckge
häuse 1 weist einen unteren Raum 2 zur Aufnahme der Nieder
schlagselektroden 9, 10 und der Sprühelektroden 11 auf, die
mittels Gewichten 12 gespannt sind. Das Druckgehäuse 1
weist ferner einen oberen Raum 3 für den Anschluß der Gas
leitungen 4, 5 und die Anordnung der Isolatoren 6, 7 auf.
Außerdem ist ein sich konisch verjüngender Staubsammel
bunker 8 vorgesehen. Die rohrförmigen Niederschlagselektro
den 9, 10 sind in zwei Bündel aufgeteilt, die vom Gasstrom
nacheinander von oben nach unten und dann von unten nach
oben durchströmt werden. Die Sprühelektroden 11 sind wie
üblich zentrisch zu den Niederschlagselektroden 9, 10 ange
ordnet und wie bereits erwähnt mittels Gewichten 12
gespannt. Der obere Raum 3 weist eine vertikal durchgehende
Wand 13 zur Trennung der Gaseintritts- von der Gasaus
trittsseite auf und eine horizontale Wand 14 mit Durch
brechungen für die Tragelemente 15 der Sprühelektroden 11
zur Abschirmung der Isolatoren 6, 7 vom Gasströmungsbereich.
Außerhalb des Druckgehäuses ist eine gasdichte Umklei
dung 16 für die spannungsführende Teile zwischen Hoch
spannungsanlage 17, 18 und Isolatoren 6, 7 vorgesehen.
Das zylindrische Druckgehäuse 1 besteht aus zwei miteinan
der verbundenen Teilen 1 a und 1 b. Der obere Teil des Druck
gehäuses 1 ist im Bereich der Isolatoren 6, 7 innen und
außen mit einer Heizeinrichtung 19 a und 19 b versehen; der
Staubsammelbunker 8 weist im Bereich des Auslasses außen
eine Heizeinrichtung 19 c auf. Außerdem ist das gesamte
Druckgehäuse 1 und die Umkleidung 16 außenseitig mit einer
Isolierung 20 versehen, die in Fig. 1 nur stellenweise an
gedeutet ist. Die Hochspannungsanlage 17, 18 ist auf Kon
solen 21, 22 aufgestellt, die mit dem oberen Teil 1 a des
Druckgehäuses 1 verbunden sind. Auf diese Weise wird ver
mieden, daß sich Materialdehnungen infolge Druck- oder Tem
peratureinflüsse als Abstandsänderungen zwischen dem geer
deten und hochspannungführenden Teil auswirken und hier zu
unerwünschten Überschlägen oder gar Kurzschlüssen führen.
Im Druckgehäuse ist außerdem eine Vorrichtung 23 zur Abrei
nigung der Niederschlagselektrode 9, 10 mittels Klopfschlä
gen und außerhalb des Druckgehäuses 1 eine Antriebseinrich
tung 24 dafür vorgesehen. Die Durchführung der Antriebsbe
wegung durch das Druckgehäuse ist berührungsfrei und erfor
dert daher keine besondere Abdichtung. Außerhalb des Druck
gehäuses 1 ist ferner eine Vorrichtung 25 zum Abreinigen
der Sprühelektrode 11 mittels Klopfschlägen vorgesehen,
deren Impulse mechanisch durch die Isolatoren 6, 7 auf die
Tragelemente 15 der Sprühelektroden 11 übertragen werden.
Zum weiteren Schutz des Isolator-Durchführungsbereiches
gegen Temperatureinflüsse aus dem Gasströmungsraum ist die
horizontale Wand 14 mit einer Isolierung 20 a versehen. Die
Tragelemente 15 sind von Schutzrohren 25, 26 konzentrisch
umgeben, die sich von der horizontalen Wand 14 nach unten
erstreckt und an den Ende trompetenförmig erweitert sind.
Auf diese Weise kann der Querschnitt zwischen den hoch
spannungführenden Tragelementen 15 und den sie umgebenden
Teilen des geerdeten Gehäuses auf ein Minimum reduziert
werden, was für die thermische Abschottung zwischen Gas
führungsraum und dem Bereich der Isolator-Durchführung von
großer Bedeutung ist. Dem gleichen Zweck dienen am oberen
Teil 1 a des Druckgehäuses 1 oberhalb der horizontalen Wand
angeordnete Anschlüsse 27, 28 für die Zu- und Abfuhr eines
Spülgases. Oberhalb der Wand 14 wird auf diese Weise ein
Überdruck gegenüber dem Druck im Gasführungsraum aufrecht
gehalten, so daß über den Zwischenraum zwischen den Trag
elementen 15 und den Schutzrohren 25, 26 keine heißen Gase
in den oberen Teil eindringen können. Die Konzeption gemäß
Fig. 1 hat den Vorteil, daß in einem Druckgehäuse zwei
elektrische Felder angeordnet werden können, die im Wechsel
von oben nach unten und dann von unten nach oben durch
strömt werden. Die Gaszu- und Gasableitungen liegen dabei
in einer Ebene. Die vertikal durchgehende Wand 13 im Ober
raum 3 gewährleistet die Trennung der beiden Felder vonein
ander und sorgt so für die angegebene Gasführung.
Die Isolatoren 6, 7 werden durch den Einbau der isolierten
horizontalen Wand 14 im oberen Raum 3 des Druckgehäuses 3
und durch den Einsatz eines Spülgases auf einer Temperatur
unterhalb von 200 °C gehalten, so daß die isolierende
Durchführung der Hochspannung durch den geerdeten Mantel
des Druckgehäuses 1 mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand
möglich ist. Die unvermeidbaren freien Querschnitte
zwischen den Tragelementen 15 und den sie konzentrisch
umgebenden Schutzrohren 25, 26 werden durch Einstellung
eines entsprechend höheren Druckes im Spülgasraum für den
Durchtritt von Prozeßgas gesperrt. Die Heizeinrich
tung 19 a, 19 b sind vorgesehen, um Taupunktunterschreitung an
den Oberflächen der Isolatoren 6, 7 zu vermeiden, die zu
Feuchtigkeitsablagerungen und infolgedessen zu einer Min
derung der Isolationsfähigkeit führen können.
Die Schutzrohre 25, 26 mit ihrem trompetenförmig erweiterten
Ende ermöglichen es, wie bereits erwähnt, die Öffnungen für
einen möglichen Durchtritt von Prozeßgas in den Isolator
raum auf ein Mindestmaß zu beschränken und sorgen somit für
eine Beschränkung des Spülgasverbrauchs. Letztere können
z. B. aus Stickstoff, Kohlensäure oder aber auch aus Brenn
gasen bestehen, die auf beispielsweise 180 °C vorgeheizt
oder aber heruntergekühlt sind.
Auch die außerhalb des Druckgehäuses 1 vorgesehene gas
dichte Umkleidung 16 für die spannungsführenden Teile
zwischen Hochspannungsanlagen 17, 18 und Isolatoren 6, 7 wird
zweckmäßigerweise unter geringem Überdruck mit Inertgas
gehalten, um zu verhindern, daß sich Staub oder sonstige
Verunreinigungen auf der Oberfläche der Isolatoren 6, 7
ablagern können. Die Inert- und Spülgaszu- und abfuhr wird
zweckmäßigerweise durch Strömungsmesser überwacht, damit
eventuelle Störungen sofort bemerkt werden können.
Bei höheren Gasdrücken müssen Elektrofilter mit höheren
Betriebsspannungen betrieben werden. Dem muß außerhalb des
Druckbereiches durch entsprechende Wahl der Abstände
zwischen den hochspannungsführenden Teilen und den geerde
ten Schutzeinrichtungen Rechnung getragen werden, um Entla
dung zu vermeiden. Die Verbindungen zwischen der Hoch
spannungsanlage 17 a und den Isolatoren 6, 7 sind daher als
großflächige metallische Zylinder bzw. metallische Kugel
hälften ausgebildet, denen die geerdete Schutzhaube gegen
übersteht.
Das Druckgehäuse kann bis zu 10 m hoch sein, so daß infolge
Wärme- und Druckbeanspruchung Längenänderungen auftreten
können, die sich im Bereich der Isolatoren 6, 7 am stärksten
auswirken. Zur Vermeidung von Relativbewegungen zwischen
Hochspannungsanlage 17, 18 und Druckgehäuse 1 ist die Hoch
spannungsanlage deshalb auf Konsolen 21, 22 gelagert, die
direkt mit dem oberen Teil des Gehäuses 1 verbunden sind.
Aus den genannten Einzelheiten wird ersichtlich, daß das
erfindungsgemäße Elektrofilter allen Anforderungen genügt,
die bei der Entstaubung von Gas mit einem Druck bis 30 bar
und einer Temperatur bis 500 °C zu beachten sind. Die
Gesamtkonzeption ermöglicht eine betriebssichere und wirt
schaftliche Lösung der gestellten Aufgabe.
Claims (10)
1. Elektrofilter für die Entstaubung von Gasen mit einem
Druck bis zu 30 bar und einer Temperatur bis zu 500°C,
gekennzeichnet durch,
- a) ein sich vertikal erstreckendes, zylindrisches Druck gehäuse (1) mit einem unteren Raum (2) zur Aufnahme der Niederschlagselektroden (9, 10) und der Sprühelek troden (11), einen oberen Raum (3) für den Anschluß der Gasleitungen (4, 5) und die Anordnung der Isola toren (6, 7) sowie einen konisch verjüngten Staub sammelbunker (8),
- b) zwei Bündel von rohrförmigen Niederschlagselektro den (9, 10), die vom Gasstrom nacheinander von oben nach unten und dann von unten nach oben durchströmt werden, und einer entsprechenden Anzahl zentrisch in den Niederschlagselektroden angeordneten, mittels Gewichten (12) gespannten Sprühelektroden (11) im unteren Raum (2),
- c) eine vertikal durchgehende Wand (13) zur Trennung der Gaseintritts- von der Gasaustrittsseite und eine horizontale Wand (14) mit Durchbrechungen für die Tragelemente (15) der Sprühelektroden (11) zur Abschirmung der Isolatoren (6, 7) vom Gasströmungs bereich im oberen Raum (3) sowie
- d) außerhalb des Druckgehäuses (1) eine gasdichte Umkleidung (16) für die Spannungsführenden Teile zwischen Hochspannungsanlage (17, 18) und Isolato ren (6, 7).
2. Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das zylindrische Druckgehäuse (1) aus zwei miteinan
der verbundenen Teilen (1 a,1 b) besteht.
3. Elektrofilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der obere Teil (1 a) des Druckgehäuses (1)
im Bereich der Isolatoren (6, 7) innen und außen und der
Staubsammelbunker (8) im Bereich des Auslasses außen
Heizeinrichtungen (19 a bis c) aufweisen.
4. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des Druckge
häuses (1) und der Umkleidung (16) eine Isolierung (20)
aufgebracht ist.
5. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hochspannungsanlage (17, 18) auf
mit dem oberen Teil (1 a) des Druckgehäuses (1) verbun
denen Konsolen (21, 22) aufgestellt ist.
6. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß im Druckgehäuse (1) eine Vorrich
tung (23) zur Abreinigung der Niederschlagselektroden
(9, 10) mittels Klopfschlägen und außerhalb des Druckge
häuses (1) eine stopfbuchsenfreie, berührungslose An
triebseinrichtung (24) dafür vorgesehen ist.
7. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß außerhalb des Druckgehäuses (1) eine
Vorrichtung (25) zum Abreinigen der Sprühelektroden (11)
mittels Klopfschlägen vorgesehen ist, deren Impulse
mechanisch durch die Isolatoren (6, 7) auf die Tragele
mente (15) der Sprühelektroden (11) übertragbar sind.
8. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die horizontale Wand (14) isoliert
ist.
9. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß sich von der horizontalen Wand (14)
nach unten, die Tragelemente (15) konzentrisch umgeben
de, an den Enden trompetenförmig erweiterte Schutzrohre
(25, 26) erstrecken.
10. Elektro- und Reinigungsfilter nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am
oberen Teil (1 a) des Druckgehäuses (1) oberhalb der
horizontalen Wand (14) Anschlüsse für die Zu- und
Abfuhr (27, 28) eines Spülgases angeordnet sind.
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