DE3524861A1 - Elektrofilter - Google Patents

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.