DE3535826A1 - Staubabscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ab­ scheidung von Stäuben mit einer mittleren Korngröße klei­ ner 100 µm, vorzugsweise kleiner 50 µm, aus Abgasen mit einer Temperatur bis 500°C auf einen Reingasstaubgehalt von weniger als 10 mg/Nm³.

Zur Abscheidung von Stäuben aus Abgasen werden in großem Umfang elektrostatische Staubabscheider benutzt. Ihre Wir­ kung beruht darauf, daß die Staubteilchen elektrisch auf­ geladen, im elektrostatischen Feld quer zur Gasströmungs­ richtung abgelenkt und schließlich auf den Niederschlags­ elektroden abgeschieden werden. Meist sind mehrere, in Gasströmungsrichtung hintereinander geschaltete Abscheide­ felder erforderlich, um die Reduzierung des Staubgehalts auf vorgegebene Reingaswerte zu erreichen. Dabei werden zuerst die groben Staubfraktionen abgeschieden und zuletzt die feinen. Eine nennenswerte Abscheidung der feinen Staubfraktionen kann nicht erfolgen, solange die Abschei­ deleistung von den gröberen Staubfraktionen absorbiert wird.

Elektrostatische Staubabscheider haben im Vergleich zu anderen Staubabscheidern einen sehr niedrigen Druckverlust (Größenordnung 20 mm WS). Sie werden insbesondere bei der Reinigung großer Gasmengen, beispielsweise für die Ent­ staubung der Abgase aus Kraftwerkskesseln benutzt. Sie er­ fordern aber bei der Abscheidung von Feinstäuben sehr große Abscheideflächen, haben dann einen verhältnismäßig großen Platzbedarf und sind mit hohen Investitionskosten verbunden. Je nach Staubart können bestimmte Reststaubge­ halte im Reingas mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nicht unterschritten werden.

Für die Abscheidung von Stäuben aus Abgasen werden außer­ dem vielfach filtrierende Abscheider eingesetzt. Dabei wird das Abgas durch ein feinporiges Netz, Gewebe etc. oder durch eine Granulatschüttung geleitet, wobei der Staub infolge Sieb- und/oder Adhäsionswirkung abgeschieden wird. Mit derartigen Abscheidern lassen sich sehr viel niedrigere Reststaubgehalte erreichen als bei elektrosta­ tischen Staubabscheidern. Sie benötigen für eine bestimmte Abscheideleistung im allgemeinen weniger Platz als ein elektrostatischer Staubabscheider, sie haben aber auch einen sehr viel größeren Strömungswiderstand (im Bereich von 80 bis 150 mm WS), insbesondere dann, wenn sehr feine Staubfraktionen abgeschieden werden müssen. Je nach Art des Filtermaterials sind sie auch nur bis zu bestimmten Temperaturen einsetzbar.

Da beide erwähnten Abscheidertypen unterschiedliche Vor­ teile aufweisen, hat man schon vorgeschlagen, ihre Ab­ scheidewirkungen kombiniert einzusetzen.

Aus der DE-PS 27 21 528 ist eine elektrostatische Filter­ vorrichtung zur Reinigung von Gasen bekanntgeworden, bei der ein Aktivkohlefilter als Entladepol für eine stromauf angeordnete Ionisierungseinrichtung dient. Diese bekannte Filtervorrichtung ist sowohl in den Anlagekosten (Aktiv­ kohle) als auch in den Betriebskosten (Druckverlust) für große Abgasmengen zu aufwendig.

Aus der DE-OS 32 37 780 ist ferner eine elektrostatische Hochleistungs-Filteranordnung bekanntgeworden, bei der in Strömungsrichtung gesehen auf einen Ladebereich ein Ab­ scheidebereich folgt, der aus einem quer zur Gasströmungs­ richtung meanderförmig angeordnetem Filtermedium und so­ wohl stromaufwärts als auch stromabwärts in die Meander­ windungen hineinragende Separatorelektroden besteht. Auch diese Filteranordnung ist für große Gasmengen zu aufwendig.

Schließlich ist aus der DE-OS 31 34 148 eine Ausstattung von Filterelementen zur Feststoffabscheidung bekanntgewor­ den, bei der die gelochten Filterelemente aus dünnwandigen Materialien mit einem mittleren Lochdurchmesser von 5 bis 200 µm und einem Verhältnis von Lochabstand zu Lochdurch­ messer von vorzugsweise 4 bis 5 besteht. Zur Verhinderung von Staubspitzen während des Betriebsanfangs können entwe­ der die Filterelemente oder der abzuscheidende Staub elek­ trisch aufgeladen werden.

Bei filtrierenden Abscheidern werden die Loch- bzw. Poren­ durchmesser im allgemeinen deutlich größer gewählt als die Durchmesser der abzuscheidenden Staubpartikel, weil sich anderenfalls die Filterelemente im Laufe der Zeit zusetzen würden und eine Abreinigung nicht oder nur mit verhältnis­ mäßig hohem Aufwand möglich wär. Durch abgeschiedene Staubpartikel werden über den Löchern Brücken gebildet, die zu einer Verengung des Strömungsquerschnitts und damit zu einem feinporigeren Filterelement, aber auch zu einem höheren Druckverlust führen. Die Filterelemente werden periodisch abgereinigt, wobei kurzfristig der ursprüng­ liche Zustand hergestellt wird, d.h. größerer freier Strö­ mungsquerschnitt und weniger Druckverlust, aber auch ein größerer Reststaubgehalt im Reingas. Wegen der bei der Ab­ reinigung der Filterelemente auftretenden "Staubspitzen" kann der über die Zeit gemittelte Reststaubgehalt nicht beliebig reduziert werden. Auch die schon länger bekannte und in der DE-OS 31 34 148 erneut vorgeschlagene Aufladung der Staubpartikel hat hier keine nennenswerte Verbesserung gebracht.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die eingangs genannten Bedingungen eine Vorrichtung zur Abscheidung von Stäuben vorzuschlagen, bei der die Beeinträchtigung des zeitlich gemittelten Reststaubgehaltes durch die perio­ disch bei der Abreinigung auftretenden Staubspitzen deut­ lich herabgesetzt ist, bei der also praktisch beliebig kleine Reststaubgehalte im Reingas eingehalten werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß a) in einem Gehäuse eine Mehrzahl sich von der Gaseintrittsseite zur Gasaustrittsseite erstreckender, gasdurchlässiger Fil­ terelemente in Form von Lochblechen oder dergleichen ange­ ordnet ist, b) die von den Filterelementen gebildeten Gas­ gassen alternierend eingangs- und ausgangsseitig für den Gasdurchgang gesperrt sind und c) in den ausgangsseitig offenen Gasgassen an Hochspannung liegende Sprühelektroden vorgesehen sind.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß mit einem auf der Abströmseite angeordneten elektrostatischen Feld die bei der Abreinigung von als Lochblech ausgebildeten filtrierenden Staubschichten unvermeidlichen Staubspitzen sehr stark herabgesetzt werden können. So beträgt bei­ spielsweise der über eine halbe Stunde gemittelte Rest­ staubgehalt im Reingas unter sonst gleichen Bedingungen 8 oder 52 mg/Nm³, je nachdem ob abströmseitig vom Filter­ element eine an Hochspannung liegende Sprühelektrode ange­ ordnet ist oder nicht. Mit anderen Worten, der Reingas­ staubgehalt kann durch die erfindungsgemäße Anordnung von an Hochspannung liegenden Sprühelektroden auf der Abström­ seite von gasdurchlässigen Filterwänden auf etwa 15% des ursprünglichen Wertes gesenkt werden.

Bisher konnte noch nicht eindeutig geklärt werden, worauf diese Verbesserung zurückzuführen ist. Möglicherweise übt der im Bereich der Durchtrittsöffnung der Filterwand ent­ gegengesetzt zur Gasströmung gerichtete Elektronenstrom auf die Staubpartikel eine Sperrwirkung aus, so daß einmal durch die abgereinigten, freien Lochquerschnitte weniger Staubpartikel hindurchtreten können und zum anderen die aus Staubpartikeln bestehenden Brücken schneller wieder aufgebaut und somit die volle Filterwirkung nach einer Ab­ reinigung eher wieder erreicht wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Er­ findungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 be­ schrieben.

Weitere Einzelheiten und Vorteile werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungs­ gemäßen Staubabscheider für horizontalen Gasdurchgang.

Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Horizontalschnitt durch eine Variante gemäß Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt des Staub­ abscheiders gemäß Fig. 1.

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsge­ mäßen Staubabscheider für vertikalen Gasdurchgang.

Der Staubabscheider gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1 mit Gaseintrittsseite 2 und Gasaus­ trittsseite 3, in dem Filterelemente 4 und Sprühelektro­ den 5 im wesentlichen parallel zur Gasströmungsrichtung angeordnet sind und bei dem sich unten zwei Staubsammel­ bunker 6 anschließen. Mit 14 ist die Gaszufuhrleitung und mit 15 die Gasabfuhrleitung bezeichnet. Während die Fil­ terelemente 4 an der Deckenkonstruktion 1 aufgehängt und damit geerdet sind, werden die in einem Rahmen 11 gespann­ ten Sprühelektroden 5 über Spannungszuführungen 12 und Isolatoren 13 abgetragen.

Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt längs der Linie A-A durch den Staubabscheider gemäß Fig. 1. Erfindungsgemäß sind die Filterelemente 4 als im wesentlichen ebene verti­ kale Wände 8 ausgebildet und die von je zwei Wänden 8 gebildeten Gasgassen 7 alternierend eingangs- bzw. aus­ gangsseitig für den Gasdurchgang durch sich über die ge­ samte Höhe der Wände 8 erstreckende Sperrelemente 10 abge­ sperrt. Sprühelektroden 5 sind nur in den ausgangsseitig (rechts) offenen Gasgassen 7 b angeordnet. Durch die Pfeile ist der Verlauf der Gasströmung angegeben.

Fig. 3 zeigt eine Alternative für die Anordnung der als Wände 8 ausgebildeten Filterelemente 4. Dabei sind die Wände 8 in Gasströmungsrichtung gesehen abwechselnd kon­ vergierend und divergierend angeordnet, wodurch sich ste­ tig verengende Gaseintrittsgassen 7 a und sich in gleichem Maße stetig erweiternde Gasaustrittsgassen 7 b gebildet werden. Um in den Gasaustrittsgassen 7 b überall ein gleichmäßiges elektrostatisches Feld zu erreichen, müssen die Sprühelektroden 5 in zwei divergierenden Reihen mit äquidistantem Abstand zu den Wänden 8 angeordnet werden. Der gleiche Effekt kann auch erreicht werden, wenn nur eine Reihe von Sprühelektroden mittig angeordnet wird, deren Sprühverhalten dem sich in Strömungsrichtung ver­ größernden Abstand von den Wänden 8 entsprechend angepaßt ist.

In Fig. 4 ist noch ein perspektivischer Ausschnitt eines Staubabscheiders gemäß den Fig. 1 und 2 dargestellt. Die als Wände 8 ausgebildeten Filterelemente 4 begrenzen Gasgassen 7 und erstrecken sich nach unten bis in die Staubsammelbunker 6. Diese Gasgassen sind eingangsseitig alternierend durch sich über die gesamte Höhe der Wände 8 erstreckende Sperrelemente 10 abgesperrt (strichpunktiert gekreuzte Flächen) bzw. alternierend oben durch gasdichte Deckenelemente 9 überdeckt. Auf diese Weise wird verhin­ dert, daß die zu reinigenden Gase - außer durch die Wände 8 selbst - von der einen in die benachbarte Gasgasse übertreten. In den eingangsseitig abgesperrten, nach oben offenen Gasgassen sind die Sprühelektroden 5 angeordnet und zwar wie üblich in Rahmen 11 gespannt, die ihrerseits über die Spannungszuführungen 12 und Isolatoren 13 abge­ tragen werden. Die Wände 8 sind am unteren Ende an die pyramidenförmig nach unten spitz zulaufenden Staubsammel­ bunker 6 angepaßt. Sie können in diesem Teil gasundurch­ lässig ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich die Rah­ men für die Sprühelektroden so auszubilden, daß auch die in den Staubsammelbunker hineinreichenden Teile der Wände 8 ganz oder teilweise für den Gasdurchgang benutzt werden können.

In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßer Staubabscheider für vertikalen Gasdurchgang dargestellt. In dem Gehäuse 1 mit unterer Gaseintrittsseite 18 und oberer Gasaustritts­ seite 19 sind Filterelemente in Form zylindrischer Wände 16 vorgesehen, die unten (gaseintrittsseitig) für den Gasdurchtritt gesperrt sind. Zentrisch in den zylin­ drischen Wänden 16 sind Sprühelektroden 21 angeordnet, die oben über einen Rahmen 11, Stromzuführungen 12 und Isola­ toren 13 abgetragen sind und durch unten angeordnete Ge­ wichte 20 gespannt werden. Zur Abfuhr des außen auf den zylindrischen Wänden 16 abgeschiedenen und periodisch ab­ gereinigten Staubes sind Staubsammeleinrichtungen 17 vor­ gesehen, die einen trichterförmigen Einlauf 23 von etwas größerem Durchmesser als die zylindrischen Wände 16 auf­ weisen und den Staub durch geschlossene Rohre oder Ka­ näle 24 in größere Sammelbehälter 25 abführen.Die zylin­ drischen Wände 16 werden von außen von den staubbeladenen Gasen angeströmt. Die Zwischenräume zwischen den zylin­ drischen Wänden 16, die gaseintrittsseitig offen sind, sind gasaustrittsseitig durch eine Art Rohrboden 22 für den Gasdurchtritt gesperrt.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Abscheidung von Stäuben mit einer mittleren Korngröße kleiner 100 µm, vorzugsweise klei­ ner 50 µm, aus Abgasen mit einer Temperatur bis 500°C auf einen Reingasstaubgehalt von weniger als 10 mg/Nm³, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) in einem Gehäuse (1) eine Mehrzahl sich von der Gaseintrittsseite (2) zur Gasaustrittsseite (3) erstreckender, gasdurchlässiger Filterelemente (4) in Form von Lochblechen oder dergleichen angeord­ net ist,
• b) die von den Filterelementen (4) gebildeten Gasgas­ sen (7) alternierend eingangs- und ausgangsseitig für den Gasdurchgang gesperrt sind und
• c) in den ausgangsseitig offenen Gasgassen (7 b) an Hochspannung liegende Sprühelektroden (5) vorgese­ hen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß,

• a) das Gehäuse (1) für horizontalen Gasdurchgang aus­ gelegt ist,
• b) die Filterelemente (4) aus im wesentlichen ebenen, vertikalen Wänden (8) bestehen und
• c) sich unten an das Gehäuse (1) ein oder mehrere Staubsammelbunker (6) anschließen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wände (8) nach unten bis in die Staub­ sammelbunker (6) erstrecken und daß jeweils die zwei Wände (8), die eine eingangsseitig offene Gasgas­ se (7 a) bilden, oben durch ein gasdichtes Deckenele­ ment (9) überdeckt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wände (8) parallel zueinander ange­ ordnet sind und daß die Gasgassen (7) alternierend eingangs- bzw. ausgangsseitig durch sich über die gesamte Höhe der Wände (8) erstreckende Sperrelemen­ te (10) abgesperrt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wände (8) in Gasströmungsrichtung gesehen abwechselnd konvergierend und divergierend angeordnet sind, wodurch sich stetig verengende Gas­ eintrittsgassen (7 a) und sich in gleichem Maße stetig erweiternde Gasaustrittsgassen (7 b) gebildet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den sich stetig erweiternden Gasaustrittsgas­ sen (7 b) zwei Reihen von Sprühelektroden (5) in äqui­ distantem Abstand zu den Wänden (8) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Gehäuse (1) für vertikalen Gasdurchgang ausge­ legt ist,
• b) die Filterelemente (4) aus zylindrischen Wän­ den (16) bestehen und
• c) Staubsammeleinrichtungen (17) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Gehäuse (1) eine untenliegende Gaseintritts­ seite (18) und eine obenliegende Gasaustritts­ seite (19) aufweist,
• b) die zylindrischen Wände (16) gaseintrittsseitig für den Gasdurchgang gesperrt sind und
• c) innerhalb der zylindrischen Wände (16) zentrisch Sprühelektroden (21) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (4) in an sich bekannter Weise aus einem Rahmenwerk und darüber gespanntem feinporigen Filtermaterial bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Poren etwa 5 mal so groß ist, wie die mittlere Korngröße des Staubes.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial aus einem durch galvanische Abscheidung erzeugten Lochblech besteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochblech Durchgänge im Bereich von 5 bis 200 µm aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial ganz oder teil­ weise aus katalytisch aktivem Material besteht oder mit solchem Material ganz oder teilweise belegt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abreinigung der Filterele­ mente (4) eine oder mehrere Schallquellen vorgesehen sind.