DE3535826C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektro-Staubabscheider, bei dem in einem Gehäuse eine Mehrzahl sich von der Gaseintritts- zur Gasaustrittsseite erstreckender, gasdurchlässiger, vertikaler Filterelemente angeordnet ist und bei dem die von den Filterelementen gebildeten Gasgassen alternierend eintritts- und austrittsseitig für den Gasdurchgang gesperrt sind.

Zur Abscheidung von Stäuben aus Abgasen werden in großem Umfang elektrostatische Staubabscheider benutzt. Ihre Wirkung beruht darauf, daß die Staubteilchen elektrisch aufgeladen, im elektrostatischen Feld quer zur Gasströmungsrichtung abgelenkt und schließlich auf den Niederschlagselektroden abgeschieden werden. Meist sind mehrere, in Gasströmungsrichtung hintereinander geschaltete Abscheidefelder 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 Abscheideleistung von den gröberen Staubfraktionen absorbiert wird. Besonders schwierig ist die Abscheidung von Stäuben mit einer mittleren Korngröße kleiner 100 µm, vorzugsweise kleiner 50 µm, aus Abgasen mit einer Temperatur bis 500°C, wenn ein Reingasstaubgehalt von weniger als 10 mg/Nm³ verlangt 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 elektrostatischen 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.

So ist beispielsweise aus der US-PS 32 42 649 ein elektrischer Gasreiniger bekannt, der die wesentlichen Merkmale des eingangs genannten gattungsbildenden Elektro-Abscheiders aufweist. Die sich von der Gaseintrittsseite zur Gasaustrittsseite erstreckenden, gasdurchlässigen, horizontalen Filterelemente werden von einem durchgehenden Band aus flexiblem, elektrisch nicht leitendem Material gebildet, das - quer zur Gasströmungsrichtung gesehen - mäanderförmig angeordnet ist. Die Gasgassen sind eintritts- und austrittsseitig alternierend offen bzw. durch die Verbindungsabschnitte zwischen den einzelnen Filterlementen abgedeckt, wobei der Gasdurchgang nicht absolut gesperrt, sondern entsprechend der Durchlässigkeit des Materials nur erschwert ist. Zwischen den Filterelementen sind im Querschnitt W-förmige gefaltete Abstandshalter angeordnet, wodurch jede Gasgasse in ihrer gesamten Länge in zwei strömungstechnisch getrennte Hälften unterteilt wird. Die Abstandshalter bestehen aus elektrisch leitendem Material und sind alternierend mit dem Plus- bzw. Minuspol einer Spannungsquelle verbunden, wodurch zur Verbesserung der Abscheidung quer zu den Filterelementen ein elektrostatisches Feld erzeugt werden kann.

Bei dem bekannten Gasreiniger sollen das Gehäuse aus Pappe, die Filterelemente aus Papier und die Abstandshalter aus Aluminium bestehen. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß aus solchen Materialien keine Elektro-Abscheider für großindustrielle Zwecke hergestellt werden können. Aber selbst wenn man unter Beibehaltung des prinzipiellen Aufbaus auf geeignete Materialien überginge, wäre der bekannte Gasreiniger nur für solche Zwecke einsetzbar, bei denen relativ häufige Betriebsunterbrechungen toleriert werden können, denn es ist keine Staubabreinigung von den Filterelementen vorgesehen, so daß der Gasreiniger immer dann durch einen neuen ersetzt werden muß, wenn die Staubaufnahmekapazität des Filtermaterials erschöpft ist. Außerdem kann sich zwischen den flächig ausgebildeten, als Elektroden wirkenden Abstandshaltern nur ein elektrostatisches Feld ohne nennenswerte Sprühwirkung ausbilden, so daß nur eine geringere Verbesserung der Abscheideleistung erreicht wird.

Bei filtrierenden Abscheidern ist außerdem zu berücksichtigen, daß die Luft- bzw. Porendurchmesser im allgemeinen deutlich größer gewählt werden als die Durchmesser der abzuscheidenden Staubpartikel, weil sich andernfalls die Filterelemente im Laufe der Zeit zusetzen würden und eine Abreinigung nicht oder nur mit verhältnismäßig hohem Aufwand möglich wäre. 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 ursprüngliche Zustand hergestellt wird, d.h. größerer freier Strömungsquerschnitt und weniger Druckverlust, aber auch ein größerer Reststaubgehalt im Reingas. Wegen der bei der Abreinigung der Filterelemente auftretenden "Staubspitzen" kann der über die Zeit gemittelte Reststaubgehalt nicht beliebig reduziert werden.

Es besteht daher die Aufgabe unter Berücksichtigung der eingangs genannten Bedingungen einen gattungsmäßigen Elektro-Staubabscheider vorzuschlagen, bei dem die Beeinträchtigung des zeitlich gemittelten Reststaubgehaltes durch die periodisch bei der Abreinigung auftretenden Staubspitzen deutlich herabgesetzt ist, bei dem also praktisch beliebig kleine Reststaubgehalte im Reingas eingehalten werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Filterelemente elektrisch leitend sind und daß in den austrittsseitig 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/m³, je nachdem ob abströmseitig vom Filterelement 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 des Gehäuses 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 a, 7 b 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. Elektro-Staubabscheider, bei dem in einem Gehäuse eine Mehrzahl sich von der Gaseintrittsseite zur Gasaustrittsseite erstreckender, gasdurchlässiger, vertikaler Filterelemente angeordnet ist und bei dem die von den Filterelementen gebildeten Gasgassen alternierend eintritts- und austrittsseitig für den Gasdurchgang gesperrt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente elektrisch leitend sind und daß in den austrittsseitig offenen Gasgassen (7 b) an Hochspannung liegende Sprühelektroden (5) vorgesehen sind.

2. Elektro-Staubabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß,

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

3. Elektro-Staubabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wände (8) nach unten bis in die Staubsammelbunker (6) erstrecken und daß jeweils die zwei Wände (8), die eine eingangsseitig offene Gasgasse (7 a) bilden, oben durch ein gasdichtes Deckenele­ ment (9) überdeckt sind.

4. Elektro-Staubabscheider nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (8) parallel zueinander angeordnet 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. Elektro-Staubabscheider nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (8) in Gasströmungsrichtung gesehen abwechselnd konvergierend und divergierend angeordnet sind, wodurch sich stetig verengende Gaseintrittsgassen (7 a) und sich in gleichem Maße stetig erweiternde Gasaustrittsgassen (7 b) gebildet werden.

6. Elektro-Staubabscheider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den sich stetig erweiternden Gasaustrittsgassen (7 b) zwei Reihen von Sprühelektroden (5) in äquidistantem Abstand zu den Wänden (8) angeordnet sind.

7. Elektro-Staubabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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

8. Elektro-Staubabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Gehäuse (1) eine untenliegende Gaseintrittsseite (18) und eine obenliegende Gasaustrittsseite (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. Elektro-Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (4) aus einem Rahmenwerk und darüber gespanntem feinporigen Filtermaterial bestehen.

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

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

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

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

14. Elektro-Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abreinigung der Filterelemente (4) eine oder mehrere Schallquellen vorgesehen sind.