DE4132874C1

DE4132874C1 - Dry electrostatic cleaning of exhaust gas containing dust and toxic material - using electrostatic precipitator with plate-shaped electrodes, and cyclically pulsing with defined current density

Info

Publication number: DE4132874C1
Application number: DE19914132874
Authority: DE
Inventors: Wigand Mount Waverley Au Schaletzki; Janusz Oakleigh Au Syga; Jan 4788 Warstein De Oelscher
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: MG Technologies AG
Priority date: 1991-10-03
Filing date: 1991-10-03
Publication date: 1992-12-03
Anticipated expiration: 2011-10-04
Also published as: AU644310B2; AU2610492A

Abstract

Plate-shaped electrostatic precipitator electrodes are arranged in the path of the exhaust gas and the electrodes are excited with DC energy. The energy is supplied pulses, possibly superimposed upon a steady DC voltage. The pulsing cycle has pause times of several times the time span of a pulse. A current density of 0.25 to 5 mA/sq m is used and an electrode separation of 200 to 500 mm. ADVANTAGE - Improved cleaning. Can remove dust and toxic content like acid vapour and sublimated non-ferrous vapour.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur trockenen elektrostatischen Reinigung staub- und schadstoffhaltiger Abgase in einem elektrostatischen Abscheider, in welchem plattenförmige Niederschlagselektroden angeordnet sind und bei dem die Energiezufuhr durch Gleichspannungsimpulse oder Gleichspannung mit überlagerten Pulsen erfolgt und Zyklen, bestehend aus Pulszeiten mit einem Puls und Pausenzeiten mit der Dauer von mehreren Pulsen, vorgesehen sind.The invention relates to a method for dry electrostatic cleaning containing dust and pollutants Exhaust gases in an electrostatic precipitator, in which plate-shaped precipitation electrodes are arranged and in which the energy supply through DC voltage pulses or DC voltage with superimposed pulses and Cycles consisting of pulse times with one pulse and Break times with the duration of several pulses are provided are.

In der DE-PS 35 26 009 wird ein Verfahren zur Optimierung der Energiezufuhr bei einem elektrostatischen Abscheider beschrieben, bei dem die Energiezufuhr durch Gleichspannungsimpulse oder Gleichspannung mit überlagerten Pulsen erfolgt und Zyklen, bestehend aus Pulszeiten mit einem Puls und Pausenzeiten mit der Dauer von mehreren Pulsen, vorgesehen sind. Bei diesem Verfahren wird die größtmögliche Abklingzeit bei größtmöglichem Wirkungsgrad des elektrostatischen Abscheiders bestimmt, wobei unter der Abklingzeit diejenige Zeit zu verstehen ist, innerhalb der die Pulsspannung Û bis auf eine vorgegebene Restspannung U_R abgefallen ist. Im Gegensatz zur normalen Betriebsweise eines elektrostatischen Abscheiders werden beim Pulsbetrieb nur soviele Gleichspannungsimpulse zur Sprühelektrode durchgeschaltet, daß gerade genügend Ladungsträger für die Abscheidung des im Rohgasstrom vorhandenen Staubes bzw. der im Rohgasstrom vorhandenen Schadstoffe erzeugt werden. Anschließend wird für eine Zeitspanne von 20-400 ms der Thyristor gesperrt, wobei die Abscheiderspannung exponentiell absinkt, bis die nächsten Gleichspannungsimpulse durchgeschaltet werden. Zwischen den einzelnen Gleichspannungsimpulsen wird dabei die Abscheiderspannung auf einem optimalen unteren Grenzwert gehalten, um ein zu starkes Absinken der Abscheiderspannung zu vermeiden.DE-PS 35 26 009 describes a method for optimizing the energy supply in an electrostatic precipitator, in which the energy is supplied by direct voltage pulses or direct voltage with superimposed pulses and cycles consisting of pulse times with one pulse and pause times with the duration of several pulses , are provided. In this method, the greatest possible decay time with the greatest possible efficiency of the electrostatic precipitator is determined, the decay time being understood to mean the time within which the pulse voltage Û has dropped to a predetermined residual voltage U _R. In contrast to the normal operation of an electrostatic precipitator, only so many direct current pulses are switched through to the spray electrode during pulse operation that just enough charge carriers are generated for the separation of the dust present in the raw gas stream or the pollutants present in the raw gas stream. The thyristor is then blocked for a period of 20-400 ms, the separator voltage falling exponentially until the next DC voltage pulses are switched through. The separator voltage is kept at an optimal lower limit between the individual DC voltage pulses in order to prevent the separator voltage from dropping too much.

In der Zeitschrift "Staub, Reinhaltung der Luft", Bd. 45, 1985, Nr. 10, Seiten 484 bis 486 wird ein Horizontalelektroabscheider schrieben, der kontinuierlich, also nicht im Pulsbetrieb, betrieben wird. In diesem Horizontalelektroabscheider sind plattenförmige Niederschlagselektroden mit einem Gassenabstand von 433 mm angeordnet. Als Hochspannungserzeuger dienen pro Abscheider zwei thyristorgesteuerte Anlagen mit einem Nenngleichstrom von 460 mA, einem Spannungsmittelwert von 70 kV und einem Spannungsscheitelwert von 117 kV. Bei einer Stromdichte von 0,3 mA/m² konnten Reingasstaubgehalte zwischen 10 und 20 mg/m³ meßtechnisch nachgewiesen werden.In the magazine "Staub, Reinhaltung der Luft", vol. 45, 1985, no. 10, pages 484 to 486, a horizontal electro-separator is written which is operated continuously, ie not in pulse mode. Plate-shaped precipitation electrodes with a gap of 433 mm are arranged in this horizontal electrical separator. Two thyristor-controlled systems with a nominal direct current of 460 mA, a mean voltage value of 70 kV and a peak voltage value of 117 kV serve as high-voltage generators for each separator. At a current density of 0.3 mA / m ² , clean gas dust contents between 10 and 20 mg / m ³ could be detected by measurement.

In der Zeitschrift "Verfahrenstechnische Berichte", 1990, 6. Woche, Seite 431 wird ein Zwei-Feld-Pilotfilter, das im Pulsbetrieb betrieben wird, beschrieben, bei dem der Abstand der angeordneten plattenförmigen Niederschlagselektroden 300 mm beträgt. In diesem Artikel wird darauf hingewiesen, daß eine Zusammenfassung aller Meßergebnisse ein relativ heterogenes Bild ergibt, so daß vor einem breiten Einsatz weitere und genauere Unterlagen vorliegen sollten.In the journal "procedural reports", 1990, 6th week, page 431, a two-field pilot filter, which in the Pulse operation is described, in which the distance of the arranged plate-shaped precipitation electrodes 300 mm is. This article points out that a Summary of all measurement results a relatively heterogeneous picture results, so that before a wide use further and more precise Documents should be available.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Emission an Staub- und Schadstoffen im Reingas eines im Pulsbetrieb arbeitenden elektrostatischen Abscheiders weiter zu verringern.The object underlying the invention is the emission of dust and pollutants in the clean gas pulse electrostatic precipitator further decrease.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der elektrostatische Abscheider mit einer Stromdichte von 0,25 bis 5 mA/m² betrieben wird und daß der Abstand der plattenförmigen Niederschlagselektroden voneinander 200 bis 500 mm beträgt.The object on which the invention is based is achieved in that the electrostatic separator is operated with a current density of 0.25 to 5 mA / m ² and in that the distance between the plate-shaped precipitation electrodes is 200 to 500 mm from one another.

Als elektrostatische Abscheider können trocken arbeitende Elektroabscheider verwendet werden. Unter der Stromdichte ist allgemein die sich im Betrieb einstellende Stromstärke pro wirksamer Niederschlagsfläche der Niederschlagselektroden zu verstehen. Beim Pulsbetrieb ist mit der Stromdichte die sich im Betrieb einstellende Stromstärke pro wirksamer Niederschlagsfläche der Niederschlagselektroden während des Pulses mit der Pulsspannung Û gemeint. Wird die Stromdichte von 0,25 mA/m² in einem elektrostatischen Abscheider, der nicht im Pulsbetrieb arbeitet, überschritten, und enthält das zu reinigende Abgas Staub mit einem hohen spezifischen Widerstand, so kommt es beim Durchfließen des Sprühstroms durch die an den Niederschlagselektroden abgeschiedene Staubschicht zu elektrischen Entladungen, bei denen positive und negative Ionen entstehen. Während die negativen Ionen von der Niederschlagselektrode absorbiert werden, wandern die positiven Ionen in den Gasstrom zurück und vermindern dort die negative Ladung der Staubpartikel. Dieser Vorgang, den man auch als "Rücksprühen" bezeichnet, hat eine Verschlechterung des Abscheidegrades des elektrostatischen Abscheiders zur Folge. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß ein Rücksprühen in einem elektrostatischen Abscheider im Pulsbetrieb vermieden werden kann, sofern der elektrostatische Abscheider mit einer Stromdichte von 0,25 bis 5 mA/m² betrieben wird, wobei der Abstand der plattenförmigen Niederschlagselektroden voneinander 200 bis 500 mm beträgt. Dabei läßt sich die Emission an Staub- und Schadstoffen im Reingas im Vergleich zu einem nicht im Pulsbetrieb arbeitenden elektrostatischen Abscheider um 30 bis 90% verringern. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorteilhaft, daß Abgase von Schadstoffen, wie HF, SO₂, SO₃ sowie HCl, und den im Abgas dampfförmig, gasförmig bzw. in sublimierter Form vorliegenden Nichteisenmetallen, wie Pb, Cd, Hg und As, und von Stäuben gereinigt werden können, deren spezifischer Staubwiderstand größer als 2 · 10¹⁰ Ω · cm ist.Dry electrostatic precipitators can be used as electrostatic precipitators. The current density is generally to be understood as the current intensity that occurs during operation per effective precipitation area of the precipitation electrodes. In pulsed operation, the current density means the current intensity during operation per effective precipitation area of the precipitation electrodes during the pulse with the pulse voltage Û. If the current density of 0.25 mA / m ^{2 is} exceeded in an electrostatic precipitator, which does not operate in pulsed mode, and if the exhaust gas to be cleaned contains dust with a high specific resistance, the spray current flows through the precipitated electrodes which are deposited on the precipitation electrodes Dust layer for electrical discharges, in which positive and negative ions are created. While the negative ions are absorbed by the precipitation electrode, the positive ions migrate back into the gas stream and reduce the negative charge of the dust particles there. This process, which is also known as "back spraying", results in a deterioration in the degree of separation of the electrostatic precipitator. It has surprisingly been found that back-spraying in an electrostatic separator in pulsed operation can be avoided if the electrostatic separator is operated with a current density of 0.25 to 5 mA / m ² , the distance between the plate-shaped precipitation electrodes being 200 to Is 500 mm. The emission of dust and pollutants in the clean gas can be reduced by 30 to 90% compared to an electrostatic separator that does not operate in pulse mode. It is advantageous in the process according to the invention that exhaust gases from pollutants, such as HF, SO ₂ , SO ₃ and HCl, and the non-ferrous metals in the exhaust gas in gaseous or sublimed form, such as Pb, Cd, Hg and As, and from dusts can be cleaned, the specific dust resistance is greater than 2 · 10 ¹⁰ Ω · cm.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Abstand der plattenförmigen Niederschlagselektroden voneinander 300 bis 500 mm beträgt. Durch diese Maßnahme wird ein besonders hoher Abscheidegrad des elektrostatischen Abscheiders erreicht.A preferred embodiment of the invention consists in that the distance of the plate-shaped Precipitation electrodes 300 to 500 mm apart is. This measure makes a particularly high one Degree of separation of the electrostatic precipitator reached.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (Fig. 1) näher erläutert.The object of the invention is explained below with reference to the drawing ( Fig. 1).

Fig. 1 zeigt die Abscheiderspannung als Funktion der Zeit t. Fig. 1 shows the separator voltage as a function of time t.

In Fig. 1 ist die Abscheiderspannung als Funktion der Zeit t dargestellt, sofern das Abgas Staub mit einem hohen spezifischen Staubwiderstand enthält. Auf die Pulszeit t_P für einen Puls mit der Pulsspannung Û folgt die Sperrzeit t_Sp und danach die Nachladezeit t_N. Aus der Summe dieser drei Zeiten ergibt sich die Zeit t_Z eines Zyklus, an den sich ein nächster Zyklus anschließt. Während der Sperrzeit t_Sp sinkt die Abscheiderspannung exponentiell auf eine Restspannung U_R ab. Innerhalb der Nachladezeit t_N pulsiert die Spannung zwischen der vorgebenen Restspannung U_R und einer ebenfalls vorgegebenen Nachladespannung U_N, um ein zu starkes Absinken der Abscheiderspannung und damit der treibenden Kraft für die Wanderung der geladenen Staubpartikel zur Niederschlagselektrode zu vermeiden. Eine Erhöhung der Stromdichte hat eine Erhöhung der Abscheiderspannung zur Folge, so daß sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die Pulsspannung Û vergrößern läßt, was eine Erhöhung des Abscheidegrades des elektrostatischen Abscheiders bewirkt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher beschrieben:In Fig. 1 the separator voltage is shown as a function of time t if the exhaust gas contains dust with a high specific dust resistance. The pulse time t _P for a pulse with the pulse voltage Û is followed by the blocking time t _Sp and then the reload time t _N. The sum of these three times gives the time t _{Z of} a cycle, which is followed by a next cycle. During the blocking time t _Sp , the separator voltage drops exponentially to a residual voltage U _R. Within the reloading time t _N , the voltage pulsates between the specified residual voltage U _R and a likewise specified recharge voltage U _N in order to avoid an excessive drop in the separator voltage and thus the driving force for the migration of the charged dust particles to the precipitation electrode. An increase in the current density results in an increase in the separator voltage, so that the pulse voltage Û can be increased by the method according to the invention, which causes an increase in the degree of separation of the electrostatic separator. The invention is described in more detail below using an example:

Das bei der Verbrennung von Steinkohle entstehende Abgas hat eine Temperatur von 170°C, einen Taupunkt von 35°C, einen Staubgehalt von 18,25 g/m³ und fällt in einer Menge von 178 680 m³/h an. Die Niederschlagsfläche des elektrostatischen Abscheiders beträgt 7434 m², wobei plattenförmige Niederschlagselektroden verwendet werden, die im Abstand von 400 mm angeordnet sind. Bei einer Feldstärke im Bereich von 2,3 bis 2,6 KV/cm zum Zeitpunkt der Pulsspannung Û und einer Stromdichte von 0,5 mA/m² wurde ein Restgehalt an staubförmigen Stoffen im Reingas von 22 mg/m³ gemessen. Während des Betriebs des im Pulsbetrieb arbeitenden elektrostatischen Abscheiders kam es trotz der gewählten Stromdichte von 0,5 mA/m² nicht zu dem Vorgang des "Rücksprühens". Die Emissionswerte für staubförmige anorganische Stoffe gemäß der Klasseneinteilung der staubförmigen anorganischen Stoffe nach der TA Luft vom 27.2.1986 lagen für die Klasse I (Cd, Hg usw.) unter 0,2 mg/Nm³, für die Klasse II (As, Ni usw.) unter 1,0 mg/Nm³ und für die Klasse III (Pb, F, Sn usw.) unter 5 mg/Nm³. Die Grenzwerte für dampf- oder gasförmige anorganische Stoffe - insbesondere für SO₂ mit 500 mg/Nm³ - wurden in dem Versuch nicht überschritten.The exhaust gas generated during the combustion of hard coal has a temperature of 170 ° C, a dew point of 35 ° C, a dust content of 18.25 g / m ³ and occurs in an amount of 178 680 m ³ / h. The precipitation area of the electrostatic precipitator is 7434 m ² , whereby plate-shaped precipitation electrodes are used, which are arranged at a distance of 400 mm. With a field strength in the range of 2.3 to 2.6 KV / cm at the time of the pulse voltage Û and a current density of 0.5 mA / m ² , a residual dust-like content in the clean gas of 22 mg / m ^{3 was} measured. During the operation of the electrostatic precipitator operating in the pulse mode, the process of "back-spraying" did not occur despite the selected current density of 0.5 mA / m ² . The emission values for dusty inorganic substances according to the classification of the dusty inorganic substances according to TA Luft from February 27th, 1986 were less than 0.2 mg / Nm ³ for class I (Cd, Hg etc.), for class II (As, Ni etc.) below 1.0 mg / Nm ³ and for class III (Pb, F, Sn etc.) below 5 mg / Nm ³ . The limit values for vaporous or gaseous inorganic substances - especially for SO ₂ with 500 mg / Nm ³ - were not exceeded in the test.

Claims

1.Procedure for dry electrostatic cleaning of dust and pollutant-containing exhaust gases in an electrostatic precipitator, in which plate-shaped precipitation electrodes are arranged and in which the energy is supplied by direct voltage pulses or direct voltage with superimposed pulses, and cycles consisting of pulse times with a pulse and pause times with the Duration of several pulses are provided, characterized in that the electrostatic separator is operated with a current density of 0.25 to 5 mA / m ² and that the distance between the plate-shaped precipitation electrodes is 200 to 500 mm from one another.

2. The method according to claim 1, characterized in that the distance between the plate-shaped precipitation electrodes from each other is 300 to 500 mm.