DE3740068A1 - Elektrofilter fuer die abscheidung von in einem gasstrom suspendierten festen oder fluessigen partikeln - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Elektrostatische Filter zur Abscheidung von festen und flüssigen Partikeln finden in der metallurgischen und chemischen Indu­ strie sowie in Kraftwerksanlagen zahlreiche Verwendung. Die Staubabscheidung und Gasreinigung hat insbesondere im Zusammen­ hang mit den Umweltschutz-Bestimmungen an Bedeutung zugenommen.

Die Erfindung bezieht sich auf die Weiterentwicklung, Ver­ besserung und Vereinfachung der elektrostatischen Staubabschei­ dung sowie auf die Verringerung des damit zusammenhängenden apparativen Aufwandes.

Insbesondere betrifft sie ein Elektrofilter für die Abscheidung von in einem Gasstrom suspendierten festen oder flüssigen Partikeln, wobei in einem den Gasstrom führenden Kanal min­ destens eine Ionenquelle, eine in Strömungsrichtung liegende Aufladestrecke und eine gegenüber der Strömungsrichtung quer­ gestellte Auffangeinrichtung vorhanden sind.

Stand der Technik

Es wird versucht, die für die Staubabscheidung in Elektro­ filtern herrschenden Bedingungen derart zu verbessern, um zu wirksamerer Abscheidung und zu kleinerem apparativen Aufwand zu kommen. Im Gegensatz zu konventionellen elektrostatischen Filtern, in denen meistens ein quer zur Strömungsrichtung stehendes elektrisches Feld die geladenen Partikel in der Querrrichtung zur flächenförmigen Niederschlagselektrode (oft Kanalwand) hin beschleunigt (vgl. H.J. White, Entstaubung industrieller Gase mit Elektrofiltern, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1969), ist bereits vorgeschla­ gen worden, ein im wesentlichen in der Strömungsrichtung liegen­ des elektrisches Feld und quergestellte Niederschlagselektroden zu verwenden (vgl. CH-Patentanmeldung Nr. 1210/86-8).

In der beschriebenen Vorrichtung wird wohl der in konventionellen Filtern verhältnismässig lange Weg der elektrisch geladenen Partikel bis zur Niederschlagselektrode beträchtlich verkürzt, der Abscheidegrad der Partikel bleibt jedoch unbefriedigend. Es besteht daher ein Bedürfnis, die bisher bekannten Apparate zur elektrostatischen Staubabscheidung weiterhin zu verbessern, zu vereinfachen und im Bauvolumen zu reduzieren.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrofilter zur Abscheidung von festen oder flüssigen Partikeln in einem Gasstrom anzugeben, das bei geringstmöglichem Bauvolumen den höchstmöglichen Abscheidegrad erreicht, einfach im Aufbau und Betrieb ist und eine einwandfreie Reinigung ermöglicht. In einer weiter entwickelten Ausgestaltung soll die Vorrichtung möglichst für kontinuierlichen Betrieb ausgelegt sein.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im eingangs erwähnten Elektrofilter die Auffangeinrichtung aus mindestens zwei in Strömungsrichtung gesehen hintereinander liegenden, je in einer Ebene angeordneten Reihen von als Elektroden wirkenden Bauelementen besteht, wobei die Bauelemente ein und derselben Reihe jeweils das gleiche elektrische Potential aufweisen und jede Reihe gegenüber der benachbarten Reihe ein verschie­ denes Potential aufweist, dergestalt, dass im Raum zwischen benachbarten Reihen eine die geladenen Partikel auf die jeweils in Strömungsrichtung nachfolgende Reihe beschleunigende elektri­ sche Feldstärke von mindestens 1 kV/cm herrscht.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 den schematischen Längsschnitt durch ein Elektrofilter mit Ionenquellen und einer Auffangeinrichtung,

Fig. 2 den schematischen Längsschnitt durch ein Elektrofilter mit Sprühelektroden und Abscheideelektroden,

Fig. 3 den schematischen Längsschnitt durch ein Elektrofilter mit einer Sprühelektrode und zwei Reihen von Abscheide­ elektroden,

Fig. 4 ein Strömungsbild des Partikel im Bereich der Abscheide­ elektroden für eine Anordnung gemäss Fig. 3,

Fig. 5 den schematischen Längsschnitt durch ein Elektrofilter mit Leitelektroden und Abscheideelektroden und einem elektrischen Feld senkrecht zur Strömungsrichtung in der Aufladestrecke,

Fig. 6 den schematischen Längsschnitt durch ein Elektrofilter mit Leitelektroden und Abscheideelektroden und einem beschleunigenden elektrischen Feld in Strömungsrichtung in der Aufladestrecke,

Fig. 7 den schematischen Längsschnitt durch ein Elektrofilter mit Leitelektroden und Abscheideelektroden und einem Wechselfeld in Strömungsrichtung in der Aufladestrecke,

Fig. 8 den Teil-Längsschnitt durch ein Elektrofilter mit als Konfusor und Diffusor ausgebildetem Kanal im Bereich der Leitelektroden und der Abscheidelektroden.

In Fig. 1 ist der schematische Längsschnitt durch ein Elektro­ filter mit Ionenquellen und einer Auffangeinrichtung dargestellt. Der mit abzuscheidenden Partikeln 3 beladene Gasstrom 1 (durch Pfeile angedeutet) wird in einem Kanal 2 geführt. Die Trajek­ torie 4 der Partikel ist durch eine gestrichelte Linie angedeu­ tet. Mit 5 sind die Ionenquellen bezeichnet, welche im allge­ meinsten Fall unabhängig von die Aufladung der Partikel för­ dernden oder die letzteren beschleunigenden elektrischen Feldern sein können. 6 ist die Aufladestrecke, innerhalb welcher mög­ lichst alle Partikel 3 im Gasstrom 1 mit Ionen beladen werden sollen, damit ein hoher Abscheidegrad erreicht werden kann. 7 ist eine Auffangeinrichtung für die Partikel 3, im vorliegenden Fall durch mehrere gegeneinander versetzte Reihen von als Stäbe oder Rohre ausgebildete Elektroden unterschiedlichen Potentials schematisch angedeutet.

Fig. 2 stellt den schematischen Längsschnitt durch ein Elektro­ filter mit Sprühelektroden und Abscheideelektroden dar. 1 ist der Gasstrom, 2 der Kanal, 3 die Partikel, 4 deren Trajekto­ rien. Als Ionenquellen sind aus Spitzen oder dünnen Drähten bestehende Sprühelektroden 8 vorgesehen. Die Auffangeinrichtung besteht aus Abscheideelektroden 9 in Form von mehreren, in parallelen Ebenen angeordneten Reihen von Stäben oder Rohren, wobei die in einer Ebene liegenden Elektroden jeweils das gleiche, benachbarte Reihen gegeneinander jedoch ein verschie­ denes Potential aufweisen. In der Aufladestrecke 6 werden die Partikel 3 durch das in Strömungsrichtung liegende elek­ trische Feld 10 (Feldstärke E ₁) beschleunigt.

Fig. 3 zeigt den schematischen Längsschnitt durch ein Elektro­ filter mit einer Sprühelektrode und zwei Reihen von Abscheide­ elektroden. Es handelt sich im wesentlichen um einen Spezial­ fall der Ausführung nach Fig. 2. Die in Strömungsrichtung gesehen 1. Reihe der Abscheideelektroden 9 hat gegenüber der Sprühelektrode 8 das Potential Φ _I, die nachfolgende 2. Reihe der Abscheidelektroden 9 das Potential Φ _II. Im Raum der Auflade­ strecke 6 herrscht ein mittleres beschleunigendes elektrisches Feld 10 von der Feldstärke E ₁, während im Raum zwischen benach­ barten Abscheideelektroden 9 zwischen der 1. und 2. Reihe ein mittleres elektrisches Feld II von der Feldstärke E ₁₂ herrscht. Um eine gute Ablagerung der Partikel 3 auf den Ab­ scheideelektroden 9 der 2. Reihe zu erhalten, soll E ₁₂ möglichst ebenso gross wie E ₁ sein, mindestens aber den Wert von 1 kV/cm erreichen.

In Fig. 4 ist ein Strömungsbild der Partikel im Bereich der Abscheideelektroden unter idealisierten Bedingungen für eine Anordnung gemäss Fig. 3 dargestellt. Der eigentliche Gasstrom ist der Uebersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. Die Strömungsrichtung weist von oben nach unten. Als Abscheide­ elektroden 9 sind runde Stäbe vom Radius r in zwei Reihen, um eine halbe Teilung versetzt, angeordnet. Die erste, auf dem Potential Φ _I befindliche Reihe besteht aus zwei, die zweite, auf dem Potential Φ _II befindliche Reihe aus bloss einem, in der Mitte des Kanals 2 liegenden Stab. Im Raum vor der ersten Reihe herrscht das Feld 10 (Feldstärke E ₁), im Raum zwischen einem Stab der ersten und dem Stab der zweiten Reihe das Feld 11 (Feldstärke E ₁₂). Die Potentiale Φ _I und Φ _II bzw. die Felder 10 und 11 sind derart aufeinander abgestimmt, dass insgesamt ein Maximum der Menge der Partikel 3, im vorliegenden Fall 100% auf den beiden Reihen der Abscheidelektroden 9 abge­ lagert werden. Dieser Zustand ist in der Figur durch den Verlauf der Trajektorien 4 festgehalten. Abgesehen von den Randeffekten an der linken Seite des Kanals 2 enden die Trajektorien auf den Abscheidelektroden 9. Unterhalb der letzteren werden keine Partikel 3 mehr festgestellt.

In Fig. 5 ist der schematische Längsschnitt durch ein Elektro­ filter mit Leitelektroden und Abscheideelektroden und einem elektrischen Feld senkrecht zur Strömungsrichtung in der Auf­ ladestrecke dargestellt. Der Gasstrom 1 wird im Kanal 2 geführt. Die Partikel 3 werden im Raum der Aufladestrecke 6 mit aus den Ionenquellen 5 stammenden Ionen beladen. Am Ende der Auf­ ladestrecke 6, in Strömungsrichtung gesehen, sind die ein aerodynamisches Kopfprofil mit geringem Widerstandsbeiwert aufweisenden Leitelektroden 12 vorgesehen. In einer, in Strö­ mungsrichtung gesehen, nachfolgenden Ebene sind die mit rinnen­ förmigem Kopfprofil ausgestalteten Abscheideelektroden 9 an­ geordnet. Zwischen den Abscheideelektroden 9 und den Leitelek­ troden 12 befindet sich eine Gleich-Hochspannungsquelle 16, welche ein elektrisches Feld 17 mit Feldstärke E ₃ im Raum zwischen den Leitelektroden 12 und den Abscheideelektroden 9 bereitstellt. Die Ionenquellen 5 und die Leitelektroden 12 befinden sich auf dem gleichen Potential. Im Raum der Auf­ ladestrecke 6 sind zwei sich gegenüberliegende Seiten des Kanals 2 durch Elektroden 13 für ein elektrisches Feld 15 senkrecht zur Strömungsrichtung ersetzt. Die Elektroden 13 sind an eine Hochspannungsquelle 14 angeschlossen. Diese kann eine Gleich- oder eine Wechselspannungsquelle sein. Demzufolge ist das elektrische Feld 15 mit Feldstärke E ₂ ein Gleich- oder ein Wechselfeld, was durch den ausgezogenen Pfeil nach rechts und den darunterliegenden gestrichelten nach links angedeutet ist. In beiden Fällen findet im Raum der Auflade­ strecke 6 keine Beschleunigung der Partikel 3 in Strömungs­ richtung statt. Das elektrische Feld 15 dient lediglich der Unterstützung der Partikelaufladung. Im Falle, dass 15 ein Gleichfeld ist, findet eine Drift der Partikel 3 quer zur Strömungsrichtung statt. Die Bahn des Gasstromes 1 ist durch eine mit Pfeilen versehene ausgezogene Linie, die Trajektorie 4 der Partikel im Raum zwischen den Leitelektroden 12 und den Abscheideelektroden 9 durch eine gestrichelte Linie ange­ deutet. Die Partikel 3 unterliegen in diesem Raum ausser elektro­ statischen Kräften zusätzlich den dort herrschenden Massenträg­ heitskräften, was zu einer Verbesserung des Abscheidegrads führt.

Fig. 6 zeigt den schematischen Längsschnitt durch ein Elektro­ filter mit Leitelektroden und Abscheideelektroden und einem beschleunigenden elektrischen Feld in Strömungsrichtung in der Aufladestrecke. Der Aufbau der Vorrichtung ist ähnlich demjenigen der Fig. 5. Die Leitelektroden 12 und die Abscheide­ elektroden 9 sowie die dazwischen liegende Gleich-Hochspannungs­ quelle 16, welche das elektrische Feld 17 erzeugt, sind genau gleich wie in Fig. 5 ausgebildet. Zwischen den Leitelektroden 12 und den Ionenquellen 5 befindet sich eine Gleich-Hochspan­ nungsquelle 18, welche im Raum der Aufladestrecke 6 ein, in Strömungsrichtung gerichtetes, die Partikel 3 beschleunigendes elektrisches Feld 10 mit der Feldstärke E ₁ erzeugt. Ausser der Unterstützung der Aufladung erleiden die Partikel 3 im Raum der Aufladestrecke 6 gegenüber dem Gasstrom 1 eine zusätz­ liche Drift in Strömungsrichtung.

Fig. 7 zeigt den schematischen Längsschnitt durch ein Elektro­ filter mit Leitelektroden und Abscheideelektroden und einem Wechselfeld in Strömungsrichtung in der Aufladestrecke. Der Aufbau der Vorrichtung ähnelt demjenigen der Fig. 5 und 6. Die Bezugszeichen 12, 9, 16 und 17 entsprechend genau denjeni­ gen der Fig. 5. Die Gleich-Hochspannungsquelle 18 der Fig. 6 ist hier jedoch durch die Wechsel-Hochspannungsquelle 19 ersetzt. Sie erzeugt im Raum der Aufladestrecke 6 ein elektrisches Wechselfeld 20 mit Feldstärke E ₄ in Strömungsrichtung. (Durch wechselweisen Doppelpfeil angedeutet.) Das elektrische Feld 20 dient nur der Unterstützung der Partikelaufladung. Es findet keine zusätzliche Drift der Partikel 3 in Strömungsrichtung statt.

In Fig. 8 ist der Teil-Längsschnitt durch ein Elektrofilter mit als Konfusor und Diffusor ausgebildetem Kanal im Bereich der Leitelektroden und der Abscheideelektroden dargestellt. Der Uebersichtlichkeit halber ist die den Gasstrom 1 begrenzende Seitenwand des Kanals 2 weggelassen worden. Ausserdem befinden sich die Fusspunkte der Gleich-Hochspannungsquelle 16 und der Wechsel-Hochspannungsquelle 19 in Vereinfachung der Schal­ tung auf gemeinsamem Erdpotential. Grundsätzlich wird dadurch am Aufbau und an der Funktionsweise der Vorrichtung nichts geändert. Die Leitelektroden 12 mit aerodynamischem Kopfprofil mit geringem Widerstandsbeiwert sind derart gestaltet und einander zugeordnet, dass der vom Gasstrom 1 durchsetzte Raum zwischen zwei benachbarten Leitelektroden 12 zur Beschleunigung des Gasstromes 1 und der geladenen Partikel 3 einen Konfusor 21 mit hohem aerodynamischem Wirkungsgrad bildet. Die Unterseite der Leitelektroden 12, in Strömungsrichtung gesehen, sowie das gesamte Profil der Abscheideelektroden 9 ist derart gestal­ tet, dass der vom Gasstrom 1 durchsetzte Raum zwischen zwei Leitelektroden 12 und einer benachbarten Abscheideelektrode 9 sowie zwischen zwei benachbarten Abscheideelektroden 9 zur kontinuierlichen Verzögerung des Gasstromes 1 und zum Druck­ aufbau einen aerodynamischen Diffusor 22 bildet. Das Verjüngungs­ verhältnis des Konfusors 21 ist so bemessen, dass, gemessen am Querschnitt des Gasstromes 1 im Raum der Aufladestrecke 6, am Eintritt ein Querschnitt von 40 bis 60% und an der engsten Stelle ein solcher von 5 bis 10% vorhanden ist. Dem­ entsprechend weist der Diffusor am Eintritt einen Querschnitt von 15 bis 25%, an der durch zwei benachbarte Abscheideelek­ troden 9 gebildeten Teil im ersten Abschnitt an der engsten Stelle einen solchen von 15 bis 30%, an seinem Uebergang zum zweiten Abschnitt einen solchen von 40 bis 60% und an seinem Ende einen solchen von 95 bis 100% auf. Der Gasstrom 1 wird zweimal um einen Winkel von annähernd 90° scharf umgelenkt, wie durch die ausgezogene, mit Pfeilen versehene Linie an­ gedeutet ist. Infolge der elektrostatischen Anziehung und der Massenträgheitskräfte werden die geladenen Partikel 3 im Bereich der stärksten Krümmung der Stromfäden des Gasstromes 1 in die rinnenförmige Vertiefung der Abscheideelektroden 9 geschleudert. Dies ist durch als gestrichelte Linie gezeich­ nete Trajektorie 4 der Partikel angedeutet. Die übrigen Bezugs­ zeichen entsprechen genau denjenigen der Fig. 7.

Ausführungsbeispiel I Siehe Fig. 3!

In einem aus Isoliermaterial bestehenden vertikalen Kanal 2 von quadratischem Querschnitt (Seitenlänge 50 mm) wurde in der Mitte des Querschnitts eine Sprühelektrode 8 als Ionen­ quelle in Form einer in Strömungsrichtung des Gasstromes 1 gerichteten Spitze eingebaut. 50 mm unterhalb der Sprühelek­ trode 8 (entsprechend der Aufladestrecke 6) befanden sich die oberen Begrenzungsflächen der ersten Reihe von Abscheide­ elektroden 9. Diese stellten parallele Drähte aus rostfreiem Stahl von 2 m Durchmesser und 4 mm Mittenabstand dar. Eine zweite Reihe von parallelen Drähten, um eine halbe Teilung horizontal verschoben, war in einem derartigen Abstand angeord­ net, dass die in der Diagonale einander gegenüberliegenden benachbarten Oberflächen der Drähte der verschiedenen Reihen um 2,5 mm auseinander lagen (Mittenabstand 4,5 mm). Die Drähte einer Reihe waren je in einem quadratischen Metallrahmen einge­ spannt, de Rahmen durch eine Mylarfolie gegenseitig voneinander elektrisch isoliert. Die erste Reihe der Abscheideelektroden 9 lag an Erde, die Sprühelektrode an einer Gleich-Hochspannungs­ quelle von -35 kV. Im Raum der Aufladestrecke 6 herrschte somit ein elektrisches Feld 10 mit einer mittleren Feldstärke E ₁ von ca. 7 kV/cm. Die zweite Reihe der Abscheideelektroden 9 lag an einer Gleich-Hochspannungsquelle von +2 kV, deren negativer Pol an Erde lag. Diese entsprach einem Feld 11 mit einer mittleren Feldstärke E ₁₂ von ca. 8 kV/cm. Gegenüber der Sprühelektrode 8 befand sich somit die erste Reihe der Abscheidelektroden 9 auf einem Potential Φ _I, von 35 kV, die zweite Reihe auf einem Potential Φ _II von 37 kV.

Die Vorrichtung wurde mit Luft von Raumtemperatur (Gasstrom 1) beaufschlagt, in welcher durchschnittlich ca. 5-10⁴ Partikel/cm³ suspendiert waren. Die Partikel 3 bestanden aus Wachs mit einer Dichte von 0,9 g/cm³ und hatten einen mittleren Durchmesser von 3 µm. Die mittlere Geschwindigkeit des Gasstromes 1 im Raum der Aufladestrecke 6 betrug 2 m/s, im engsten Querschnitt zwischen benachbarten Abscheideelektroden 9 ein und derselben Reihe ca. 4 m/s.

Mit dieser Vorrichtung wurde unter den angegebenen Betriebs­ bedingungen ein Abscheidegrad von ca. 30% erzielt. Wurde die Gleich-Hochspannungsquelle der zweiten Reihe von Abscheide­ elektroden 9 abgeschaltet und letztere an Erde gelegt, d.h. Φ _I = Φ _II und E ₁₂ = 0 gemacht, betrug der Abscheidegrad ledig­ lich 15%. Durch die Potentialsteuerung konnte der Abscheide­ grad also auf das Doppelte erhöht werden.

Durch geeignete Anpassung von Strömungsgeschwindigkeit, Geo­ metrie der Abscheideelektroden 9 (Radius r, Mittenabstand, vgl. Fig. 4), Potential Φ _I und Φ _II bzw. Feldstärke E ₁ und E ₁₂ an den Durchmesser der Partikel 3 kann der Abscheidegrad weiter gesteigert werden. Letzten Endes ist für die praktische Ausle­ gung die Wirtschaftlichkeit entscheidend. Dabei spielt das Verhältnis von örtlicher Strömungsgeschwindigkeit zu örtlicher elektrischer Feldstärke in jedem Punkt der Trajektorie 4 für die Güte der Abscheidung der Partikel 3 eine wesentliche Rolle.

Ausführungsbeispiel II Siehe Fig. 6 und 8!

In einem aus Isoliermaterial bestehenden vertikalen Kanal 2 von quadratischem Querschnitt mit 50 mm Seitenlänge wurde in der Mitte des Querschnitts eine als Ionenquelle 5 wirkende Sprühelektrode 8 (vgl. Fig. 3) in Form einer abwärts gerichteten Spitze eingebaut. Die Strömungsrichtung des Gasstromes 1 war senkrecht von oben nach unten. 50 mm unterhalb der Spitze der Sprühelektrode 8, was der Aufladestrecke 6 entspricht, befanden sich die oberen Begrenzungsflächen zweier Leitelektroden 12. Letztere waren als Stäbe aus Aluminium mit je einer symmetri­ schen Hälfte des Profils gemäss Fig. 8 ausgeführt und an zwei gegenüberliegenden Seiten des Kanals 2 derart befestigt, dass ihre aerodynamische gestalteten Profilhälften in den Raum vorkragten und für den Gasstrom 1 in der Mitte des Kanals 1 einen freien Raum zum Durchtritt freiliessen. Die Halbprofile dieser Leitelektroden 12 hatten eine Breite von je 23,75 mm, eine Dicke von 10 mm und eine Profilhöhe von 15 mm, so dass der engste Spalt des Konfusors 21 eine Breite von 2,5 mm auf­ wies. Unterhalb der Leitelektroden 12, in Strömungsrichtung gesehen, befand sich in der Mitte eine symmetrisch angeordnete Abscheideelektrode 9 mit einem Profil gemäss Fig. 8 von 42 mm Breite und 50 mm totaler Höhe. Ihr vertikaler Abstand von den Leitelektroden 12 war so bemessen, dass die engste Stelle am Eintritt des ersten, annähernd horizontalen Teils des Diffu­ sors 22 eine Durchflussweite von 3,5 mm aufwies. Die engste Stelle des ersten Abschnitts des vertikalen Teils des Diffu­ sors 22 mass 4 mm, diejenige am Uebergang zum zweiten, stärker erweiterten Abschnitt 11 mm. Die Abscheideelektrode 9 war mit dem positiven, an Erde liegenden Pol einer Gleich-Hoch­ spannungsquelle 16 von 3 kV, die Leitelektroden 12 mit dem entsprechenden negativen Pol verbunden. An der engsten, 3,5 mm messenden Stelle des Diffusors 22 betrug die mittlere elektri­ sche Feldstärke E ₃ ca. 8,6 kV/cm. Die Leitelektroden 12 sowie der negative Pol von 16 waren mit dem positiven Pol einer Gleich-Hochspannungsquelle 19 von 35 kV, die Sprühelektrode (entsprechend Ionenquelle 5 in Fig. 6) mit dem entsprechenden negativen Pol verbunden. Im Raum der Aufladestrecke 6 herrschte somit ein in Strömungsrichtung liegendes, beschleunigendes elektrisches Feld mit einer mittleren Feldstärke E ₁ von ca. 7 kV/cm.

Als Gasstrom 1 diente Luft von Raumtemperatur in welcher Wachs mit einer Dichte von 0,9 g/m³ in Form von Partikeln 3 (ca. 5 × 10⁴ Partikel/cm³) suspendiert waren. die mittlere Geschwin­ digkeit des Gasstromes 1 im Raum der Aufladestrecke 6 betrug 2 m/s, am engsten Querschnitt des Konfusors 21 ca. 40 m/s. Der Durchmesser der Partikel 3 konnte innerhalb verhältnis­ mässig enger Toleranzen im Bereich von 0,5 bis 5 µm für ver­ schiedene Versuchsserien variiert werden. Für Partikel 3 mit einem mittleren Durchmesser von ca. 1 µm betrug der Ab­ scheidegrad über 62%, für solche mit einem mittleren Durch­ messer von ca. 1,5 µm annähernd 90%. Partikel 3 von mehr als 1,75 µm Durchmesser wurden zu 100% abgeschieden.

Ausführungsbeispiel III Siehe Fig. 5 und 8!

In einem aus Isoliermaterial (PVC) bestehenden vertikalen Kanal 2 von rechteckigem Querschnitt (100 mm Breite × 400 mm Tiefe) wurde in der Mittenebene der Schmalseite eine Reihe von Sprühelektroden 8 (vgl. Fig. 3) in einem gegenseitigen Abstand von durchschnittlich 70 mm als Ionenquelle 5 angeordnet. Auf der Höhe der nach unten in Strömungsrichtung weisenden Spitzen der Sprühelektroden waren Elektroden 13 von 80 mm Höhe und 400 mm Tiefe an den gegenüberliegenden Breitseiten des Kanals 2 angebracht. 100 mm unterhalb der Unterkante der Elektroden 13 befanden sich die oberen Begrenzungsflächen der in einer Ebene, mit ihren Längsachsen parallel zur Breit­ seite des Kanals 2 angeordnetem stabförmigen Leitelektroden 12 aus Aluminium. Das Profil dieser Leitelektroden 12 war gemäss Fig. 8 und gleich wie in Beispiel 2 angegeben, ausge­ führt. In einem Abstand von 3,5 mm an der engsten Stelle des Diffusors 22 waren, um eine halbe Teilung versetzt, die als Stäbe ausgebildeten Abscheideelektroden 9 unterhalb der Leit­ elektroden 12 gleich wie in Beispiel 2 angeordnet. Die Ab­ scheideelektroden 9 waren mit dem positiven, an Erde liegenden Pol einer Gleich-Hochspannungsquelle 16 von 3 kV, die Leitelek­ troden 12 mit dem negativen Pol verbunden. Die mittlere elek­ trische Feldstärke ₃ an der engsten Stelle des Diffusors 22 betrug ca. 8,6 kV/cm. Die seitlichen Elektroden 13 im Raum der Aufladestrecke 6 waren - in Abweichung zu Fig. 5 - beide an Erde sowie an den positiven Pol einer Gleich-Hochspannungs­ quelle 14 von 30 kV gelegt. Deren negativer Pol war mit den Sprühelektroden verbunden. Die von den letzteren ausgehenden symmetrischen, entgegengesetzt gerichteten, senkrecht zur Strömungsrichtung stehenden elektrischen Felder hatten somit eine mittlere Feldstärke ₂ von 6 kV/cm. In dieser Anordnung lag daher eine Kombination von Ionenquelle mit die Aufladung förderndem elektrischen Feld senkrecht zur Strömungsrichtung vor.

Die Vorrichtung wurde mit einem Gasstrom 1 in Form von Luft bei einer Temperatur von 200°C beaufschlagt. Die Partikel 3 bestanden aus Kalkstein (CaCO₃) und wurden dem Luftstrom in einer Anzahl von ca. 5 × 10⁴ Partikel/cm³ zugegeben. Der Partikeldurchmesser wurde zwischen 0,5 und 10 µm variiert. Die mittlere Gasgeschwindigkeit im Raum der Aufladestrecke 6 betrug durchschnittlich 3 m/s, am engsten Querschnitt des Konfusors 21 ca. 60 m/s. Für Partikel 3 mit einem mittleren Durchmesser von ca. 2 µm betrug der Abscheidegrad über 85%. Partikel 3 von 5 µm Durchmesser und mehr wurden zu 100% ab­ geschieden.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die detaillierte Auslegung der Vorrichtung hängt von den örtli­ chen Betriebsbedingungen, vom Staubgehalt des Rohgases, der Partikelgrösse und deren Verteilung, dem geforderten Abschei­ degrad und der Abscheideleistung, der Temperatur des Gasstromes etc. ab. Es ist darauf zu achten, dass im Raum zwischen benach­ barten Reihen von als Elektroden wirkenden Bauelementen der Auffangeinrichtung eine elektrische Feldstärke (E ₁₂; E ₃) von mindestens 1 kV/cm herrscht.

Bei der Ausführung mit reinen Abscheideelektroden soll das zwischen benachbarten Reihen herrschende elektrische Feld eine Feldstärke (E ₁₂) aufweisen, die mindestens ebenso gross ist wie diejenige (E ₁) im Raum der Aufladestrecke in Strömungs­ richtung. Im einfachsten Fall kann die Ionenquelle als Anord­ nung von einer oder mehreren, in Strömungsrichtung weisenden Spitzen oder als Anordnung von einem oder mehreren Drähten bestehen.

Bei der Ausführung mit Leitelektroden und gesonderten Abscheide­ elektroden werden die ersteren mit aerodynamischem Kopfprofil mit niedrigem Widerstandsbeiwert (abgerundet), die letzteren mit rinnenförmigem Kopfprofil (meist V-Form) zur Aufnahme der abgeschiedenen Partikel ausgeführt. Zwischen den Leitelek­ troden und den Abscheideelektroden befindet sich eine Gleich­ Hochspannungsquelle, wobei die Potentialdifferenz so gewählt ist, dass mindestens 70% der geladenen Partikel auf den Ab­ scheideelektroden abgelagert werden. Eine vorteilhafte Ausbil­ dung besteht darin, dass der Raum zwischen den Leitelektroden als aerodynamischer Konfusor mit hohem Wirkungsgrad, derjenige zwischen Leitelektroden und benachbarten Abscheideelektroden und zwischen benachbarten Abscheideelektroden unter sich als aerodynamischer Diffusor mit hohem Druckrückgewinnungsverhält­ nis ausgebildet sind. In einer speziellen Ausführung sind die Leitelektroden im Raume fest und die Abscheideelektroden in der Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung in Richtung ihrer Längsachsen beweglich angeordnet. Letztere können vorteilhaft als unterteilte Stäbe, welche Glieder einer Kette sind, ausge­ führt werden. Die Bewegung erfolgt dann senkrecht zur Strömungs­ richtung und senkrecht zur Profilebene der Abscheideelektroden. Die Vorderseite (Kopfseite) der Leitelektroden kann mit einer elektrisch isolierenden Oberflächenschicht versehen sein. Das elektrische Feld im Raum der Aufladestrecke kann ein in Strömungsrichtung liegendes Gleichfeld oder ein zu dieser senkrecht liegendes Gleich- oder Wechselfeld oder ein in Strö­ mungsrichtung liegendes Wechselfeld sein. Das Potential der Abscheideelektroden wird gegenüber demjenigen der Leitelektroden vorteilhafterweise derart abgestimmt, dass die geladenen Parti­ kel von den Leitelektroden abgestossen und von den Abscheide­ elektroden angezogen werden. Die Ionenquelle befindet sich auf dem gleichen Potential wie die Leitelektroden oder wie die Abscheideelektroden im Falle, dass in der Aufladestrecke ein auf der Strömungsrichtung senkrecht stehendes Gleich- oder Wechselfeld vorhanden ist. Im Falle eines die geladenen Partikel beschleunigenden, in Strömungsrichtung in der Auflade­ strecke herrschenden elektrischen Feldes liegt die Ionenquelle an einem von den Leitelektroden verschiedenen Potential. Im Falle eines im Raume der Aufladeelektrode liegenden Wechsel­ feldes hat letzteres vorteilhafterweise eine Frequenz von 0,1 kHz bis 10 kHz mit einer Feldstärke von mindestens 1 kV/cm Scheitelwert. Das entsprechende Gleichfeld zwischen Leitelek­ troden und Abscheideelektroden soll mindestens 1 kV/cm betragen.

Der Nullpunkt der Gleich-Hochspannungsquelle oder der Wechsel- Hochspannungsquelle, welche das elektrische Feld im Raum der Aufladestrecke sowie das Potential der Ionenquelle bestimmt, kann der Einfachheit halber statt an der Leitelektrode auch direkt an Erde liegen.

Claims (15)

1. Elektrofilter für die Abscheidung von in einem Gasstrom (1) suspendierten festen oder flüssigen Partikeln (3), wobei in einem den Gasstrom (1) führenden Kanal (2) min­ destens eine Ionenquelle (5), eine in Strömungsrichtung liegende Aufladestrecke (6) und eine gegenüber der Strö­ mungsrichtung quergestellte Auffangeinrichtung (7) vor­ handen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangein­ richtung (7) aus mindestens zwei in Strömungsrichtung ge­ sehen hintereinander liegenden, je in einer Ebene angeord­ neten Reihen von als Elektroden wirkenden Bauelementen besteht, wobei die Bauelemente ein und derselben Reihe jeweils das gleiche elektrische Potential aufweisen und jede Reihe gegenüber der benachbarten Reihe ein verschie­ denes Potential aufweist, dergestalt, dass im Raum zwischen benachbarten Reihen eine die geladenen Partikel (3) auf die jeweils in Strömungsrichtung nachfolgende Reihe beschleu­ nigende elektrische Feldstärke (E ₁₂; E ₃) von mindestens 1 kV/cm herrscht.

2. Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufladestrecke (6) ein die von Ionen beladenen Partikel (3) beschleunigendes, in Strömungsrichtung gerich­ tetes elektrisches Feld (10) mit der Feldstärke (E ₁) vorgese­ hen ist, dass die Bauelemente der Auffangeinrichtung (7) als Abscheideelektroden (9) ausgebildet sind und dass das Poten­ tial (Φ _II) einer Reihe von Bauelementen gegenüber demjeni­ gen (Φ _I) der in Strömungsrichtung vorgeschalteten benach­ barten Reihe derart abgestimmt ist, dass zwischen benach­ barten Bauelementen verschiedener Reihen mindestens eine ebenso grosse mittlere elektrische Feldstärke (E ₁₂) herrscht wie im Raum (E ₁) der Aufladestrecke (6).

3. Elektrofilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenquelle (5) aus mindestens einer als Spitze oder Draht ausgebildeten, auf dem Koronaeffekt beruhenden Sprühelektrode (8) besteht und dass als Abscheideelektro­ den (9) mindestens zwei um eine halbe Teilung gegeneinander versetzte Reihen parallel angeordneter zylindrischer Stäbe vorgesehen sind.

4. Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung gesehen die Bauelemente der ersten Reihe der Auffangeinrichtung (7) als Leitelektroden (12) von aerodynamischem Kopfprofil mit niedrigem Widerstands­ beiwert und diejenigen der zweiten Reihe der Auffangein­ richtung (7) als Abscheideelektroden (9) mit rinnenförmigem Kopfprofil ausgebildet sind und dass zwischen den Leit­ elektroden (12) und den Abscheideelektroden (9) eine Gleich- Hochspannungsquelle (16) derart vorgesehen ist, dass das Potential der Abscheideelektroden (9) gegenüber demjenigen der Leitelektroden (12) so abgestimmt ist, dass die mit Ionen beladenen Partikel (3) mindestens zu 70% auf den Abscheideelektroden (9) abgelagert werden.

5. Elektrofilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Gasstrom (1) durchsetzte Raum zwischen zwei benachbarten Leitelektroden (12) zur Beschleunigung des Gasstromes (1) und der geladenen Partikel (3) als Konfusor (21) mit hohem aerodynamischen Wirkungsgrad ausgebildet ist, und dass der vom Gasstrom (1) durchsetzte Raum zwischen zwei Leitelektroden (12) und einer benachbarten Abscheide­ elektrode (9) sowie zwischen zwei benachbarten Abscheide­ elektroden (9) zur kontinuierlichen Verzögerung des Gas­ stromes (1) und zum Druckaufbau als aerodynamischer Diffusor (22) mit hohem Druckrückgewinnungsverhältnis ausgebildet ist.

6. Elektrofilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass gemessen am Querschnitt des Gasstromes (1) im Raum der Aufladestrecke (6) der Konfusor (21) am Eintritt einen Querschnitt von 40 bis 60% und an seiner engsten Stelle einen solchen von 5 bis 10% aufweist, dass sein Verjüngungs­ verhältnis 4:1 bis 12:1 beträgt, und dass der durch eine Leitelektrode (12) und eine benachbarte Abscheideelektrode (9) gebildete Teil des Diffusors (22) am Eintritt einen Querschnitt von 15 bis 25% aufweist, dass sein Erweiterungs­ verhältnis 1:1,1 bis 1:1,4 beträgt, und dass der durch zwei benachbarte Abscheidelektroden (9) gebildete Teil des Diffusors (22) im ersten Abschnitt am Eintritt einen Querschnitt von 15 bis 30% und an seinem Uebergang zum zweiten Abschnitt einen solchen von 40 bis 60% aufweist, dass sein Eweiterungsverhältnis 1:1,33 bis 1:4 beträgt, und dass der durch zwei benachbarte Abscheideelektroden (9) gebildete Teil des Diffusors (22) im zweiten Abschnitt am Uebergang einen Querschnitt von 40 bis 60% und an seinem Ende einen solchen von 95 bis 100% aufweist und dass sein Erweiterungsverhältnis 1:1,6 bis 1:2,5 beträgt.

7. Elektrofilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden Stäbe sind und dass die Profile der Leitelektroden (12) und der Abscheideelektroden (9) sowie des dazwischenliegenden Raumes im wesentlichen nach Fig. 8 ausgestaltet sind.

8. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelektroden (12) im Raume fest und die Abscheideelektroden (9) in der Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung in Richtung ihrer Längsachsen beweglich angeordnet sind.

9. Elektrofilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Abscheidelektrode (9) für sich aus mehreren, in der Profilebene unterteilten Stäben besteht, welche Glieder einer Kette darstellen, und dass die Gesamtheit der Abscheideelektroden (9) in einer Richtung, welche senk­ recht auf der Strömungsrichtung und senkrecht auf der Profil­ ebene steht, beweglich angeordnet ist.

10. Elektrofilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite jeder Leitelektrode (12), in Strömungs­ richtung gesehen, mit einer elektrisch isolierenden Ober­ flächenschicht versehen ist.

11. Elektrofilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Potential der Abscheideelektrode (9) gegenüber demjenigen der Leitelektroden (12) derart abgestimmt ist, dass die mit Ionen beladenen Partikel (3) von den Leitelek­ troden (12) abgestossen und von den Abscheidelektroden (9) angezogen werden.

12. Elektrofilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenquelle (5) auf dem gleichen Potential wie die Leitelektroden (12) oder auf dem gleichen Potential wie die Abscheideelektroden (9) liegt und dass im Raum der Aufladestrecke (6) ein auf der Strömungsrichtung senk­ recht stehendes elektrisches Gleich- oder Wechselfeld (15) der Feldstärke (E ₂) vorgesehen ist.

13. Elektrofilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenquelle (5) auf einem gegenüber den Leitelek­ troden (12) verschiedenen Potential an einer Gleich-Hoch­ spannungsquelle (18) liegt, dergestalt, dass im Raum der Aufladestrecke (6) ein die geladenen Partikel (3) beschleu­ nigendes, in Strömungsrichtung gerichtetes elektrisches Feld (10) der Feldstärke (E ₁) vorhanden ist.

14. Elektrofilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenquelle (5) an einer Wechsel-Hochspannungs­ quelle (19) mit einer Frequenz von 0,1 kHz bis 10 kHz liegt, derart, dass im Raum der Aufladestrecke (6) zwecks Förderung der Aufladung der Partikel (3) durch die Ionen ein in Strömungsrichtung gerichtetes elektrisches Wechsel­ feld (20) mit Scheitelwerten der Feldstärke (E ₄) von minde­ stens 1 kV/cm, gemittelt über die ganze Aufladestrecke (6) herrscht, und dass die Leitelektroden (12) an einer Gleich- Hochspannungsquelle (16) und die Abscheideelektroden (9) an Erde liegen, derart, dass zwischen den Leitelektroden (12) und den Abscheideelektroden (9) ein elektrisches Feld der Feldstärke (E ₃) von mindestens 1 kV/cm, gemittelt über den ganzen mittleren Abstand Leitelektrode/Abscheideelektrode herrscht.

15. Elektrofilter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Nullpunkt der Gleich-Hochspannungsquelle (18) oder der Wechsel-Hochspannungsquelle (19) an Erde liegt.