DE4307808A1

DE4307808A1 - Anordnung zur Entladung von Staubteilchen in elektrischen Gasreinigungsanlagen

Info

Publication number: DE4307808A1
Application number: DE19934307808
Authority: DE
Inventors: Rickard Andersson; Enrico Perissinotto; Kjell Porle; Olivier Dr Riccius
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1994-09-15

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Entladung von Staubteilchen in elektrischen Gasreinigungsanlagen, um fassend ein Elektrofilter mit Sprüh- und Niederschlagselektro den, wobei die Sprühelektroden auf Hochspannungspotential und die Niederschlagselektroden auf Erdpotential liegen, einer stromaufwärts des Elektrofilters angeordneten Auf- und Umlade stufe mit einem quer zur Strömung liegenden ersten Gitter, das elektrisch mit den Sprühelektroden verbunden ist.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

Zum Abscheiden von Staubteilchen aus einem Gasstrom werden seit Jahren Elektrofilter mit Sprüh- und Niederschlagselek troden eingesetzt.

Arbeitet das Elektrofilter beispielsweise so, daß die Sprüh elektroden an negativer Hochspannung liegen, während die Nie derschlagselektroden geerdet sind, so wirkt das Filter in der Art, daß die Gasmoleküle und die Staubpartikel negativ aufge laden und durch elektrische Kräfte nach den Niederschlagselek troden transportiert werden.

Sind in diesem Beispiel die Gasmoleküle und der Staub durch Ursachen, die in den vorgeschalteten Mahlanlagen, Feuerungen und dergl. liegen können, positiv vorgeladen, so muß das Elektrofilter selbst zunächst die Entladung von positiver Spannung bewirken, bevor Staub und Gasmoleküle negativ auf geladen werden können.

Zur Entladung von Staubteilchen mit hoher Vorladung ist des halb vorgeschlagen worden, zur Erleichterung und Verbesserung der Abscheidung zusätzliche Auf- und Umladestufen vorzusehen. So ist es aus der DE-PS 11 03 899 bekannt, dem Elektrofilter ein Gitter zur Entladung falschpolig aufgeladener Gase und Stäube vorzuschalten und diese Gitter gemeinsam mit den Sprüh elektroden an deren Hochspannungszuleitung aufzuhängen und vor dem Gitter eine zur Gasverteilung dienende, auf Erdpotential liegende Lochwand so anzuordnen, daß der Abstand zwischen Gitter und Lochwand etwa 1- bis 2mal so groß wie der Abstand zwischen Sprüh- und Niederschlagselektroden ist. Auf diese Weise bildet sich zwischen Lochwand und Gitter ein elektri sches Feld aus, dessen Kraftwirkung den in das Elektrofilter einströmenden Gasen entgegengerichtet ist.

Die Maschenweite des vorgeschalteten Gitters liegt zwischen 5 und 10 mm. Damit soll einerseits eine möglichst gute Berührung zwischen den Staubteilchen und Drähten stattfinden, anderer seits soll sich auf diese Weise das Gitter nicht durch stär kere Staubbeläge zusetzen.

Neuere Untersuchungen haben nun ergeben, daß die Feldvertei lung und auch der Ionenstrom in der Auf- und Umladestufe nicht die optimale Größe und Homogenität aufweist. Der Ionenstrom in Richtung Lochwand ist bei der bekannten Anordnung ver gleichsweise gering. Dadurch konzentriert sich die Auf- und Umladung auf die Stirnseiten des Elektrofilters, so daß in den dahinterliegenden Abschnitten eine ausreichende Ionen stromdichte nicht gewährleistet ist.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf gabe zugrunde, eine Anordnung zur Entladung von Staubteilchen in elektrischen Gasreinigungsanlagen zu schaffen, die in den Auf- und Umladestufen neben einer homogenen Feldverteilung auch eine gleichmäßige und ausreichend hohe Ionenstromdichte über den gesamten Strömungsquerschnitt ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Strömungsrichtung gesehen hinter dem ersten Gitter ein zweites Gitter vorgesehen ist, das auf dem Potential der Abscheide elektroden liegt.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß nunmehr die Feldverteilung in den Auf- und Umladestufen ausreichend homogenen ist und genügend hohe Stromdichten er zielbar sind. Ferner wird dadurch auch eine ausreichende Io nenstromdichte über den gesamten Strömungsquerschnitt im Elek trofilter erzielt. Wählt man darüber hinaus die Gittergeome trie so, daß das auf Hochspannungspotential liegende erste Gitter eine um den Faktor 5 bis 10 größere Maschenweite hat als das auf Erdpotential liegende zweite Gitter, so weist das elektrische Feld zwischen den beiden Gittern auch eine genügend große Feldkomponente quer zur Strömungsrichtung des durch die Gitter strömenden Gases auf, wodurch möglichst viele Partikel des Gases mit den erzeugten Ionen in Wechselwirkung treten können.

Eine noch weitergehende Homogenisierung und Verbesserung der Um- und Aufladung läßt sich erreichen, wenn dem ersten Gitter ein drittes Gitter vorgeschaltet ist, das auf Erdpotential liegt. Auf diese Weise wird das auf Hochspannungspotential liegende erste Gitter auch stromaufwärts abgeschirmt, so daß sich zwischen ersten und dritten sowie erstem und zweiten Git ter ein ausreichend homogenes Feld ausbilden kann, das nicht durch die Sprüh- oder Abscheideelektroden beeinflußt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu tert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sche matisch dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Ge stalt eines aus zwei Filterfeldern aufgebauten Elek trofilters mit integrierten Auf- und Umladestufen in stark vereinfachter Darstellung;

Fig. 2 eine detailliertere Dastellung einer Auf- und Umla destufe mit drei Gittern im Schnitt;

Fig. 3 ein erstes Strom/Spannungsdiagramm für ein Einzel gitter für unterschiedliche Maschenweiten;

Fig. 4 ein zweites Strom/Spannungsdiagramm für eine Doppel gitteranordnung für unterschiedliche Maschenweiten.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Das Elektrofilter mit integrierten Auf- und Umladestufen ge mäß Fig. 1 umfaßt eine quaderförmiges Gehäuse 1 mit einem Gaseinlaß 2 und einem Gasauslaß 3. Im Gehäuse 1 sind zwei Gruppen plattenförmiger Niederschlagselektroden 4 und zwei Gruppen von beispielsweise stabförmigen Sprühelektroden 5 an geordnet. Jede Gruppe 4, 5 bildet dabei ein Filterfeld 6 bzw. 7. Die Niederschlagselektroden 5 jedes Filterfeldes sind mit dem Gehäuse 1 elektrisch und mechanisch verbunden und liegen auf Erdpotential. Die Sprühelektroden 5 beider Filterfelder sind gruppenweise parallelgeschaltet und mit dem Hochspan nungsanschluß einer Hochspannungsquelle 8 verbunden, deren anderer Pol am Gehäuse und damit auf Erdpotential liegt. In soweit sind Elektrofilter bekannt und in der einschlägigen Literatur, z. B. in der eingangs zitierten deutschen Patent schrift 11 08 899, beschrieben. Aus diesem Grunde wird auch auf konstruktive Einzelheiten, wie Abstützung der Sprühelek troden 5, Klopfvorrichtungen für die Niederschlagselektroden 4 etc. nicht eingegangen, weil sie zum Stand der Technik zu zäh len sind.

Den beiden Filterfeldern 6 und 7 sind paarig angeordnete Git ter 9 und 10 vorgeschaltet. Eine solche Doppelgitteranordnung ist auch hinter dem zweiten Filterfeld 7 vorgesehen. Sie hat in erster Linie die Aufgabe, kleinste Partikel auf- und umzu laden.

Erfindungsgemäß ist das erste Gitter 9 mit dem Hochspannungs anschluß der Hochspannungsquelle 8 verbunden, liegt als auf dem selben elektrischen Potential wie die Sprühelektroden 5. Das zweite Gitter 10 hingegen liegt auf Erdpotential und ist mit den Niederschlagselektroden 4 zumindest elektrisch ver bunden.

Die Gitter 9 und 10 liegen planparallel zueinander und er strecken sich im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Gehäuses 1. Die Gitter 9 und 10 bestehen aus dünnen Stäben oder dünnen Drähten oder auch aus Maschendraht, Streckmetall oder aus ähnlichen Stoffen, die dem strömenden Gas einen ge ringen Widerstand bieten.

Für die optimale Voraufladung ist die Geometrie der Gitter 9 und 10 und ihr gegenseitiger Abstand maßgeblich. Das auf Erd potential liegende Gitter 10 sollte genügend engmaschig sein, kann im Grenzfall sogar ein Lochblech sein. Der effektive Strömungsquerschnitt ist dabei so bemessen, daß er das durch strömende Gas nicht wesentlich behindert. Auch muß vermieden werden, daß sich die mitgeführten Partikel nicht schon an diesem Gitter 10 anlagern. Ein Gitter aus kreuz und quer ver laufenden gespannten Drähten von 0,5 bis 3,0 mm Durchmesser und einer Maschenweite von 10 bis 20 mm hat sich für diesen Zweck als vorteilhaft erwiesen. Das auf Hochspannungspotential liegende Gitter 9 hingegen soll eine um etwa den Faktor 5 bis 10 größere Maschenweite von 20 bis 150 mm, vorzugsweise zwi schen 50 und 100 mm aufweisen, mit einem Drahtdurchmesser von vorzugsweise 0,5 bis 1 mm.

Durch diese besondere Auswahl der Maschenweiten - kleine Ma schenweite am Gitter 10, große am Gitter 9 - "sieht" das auf Hochspannungspotential liegende Gitter 9 das auf Erdpotential liegende Gitter 10 quasi als flächige Gegenelektrode. Der Io nenstrom vom Gitter 9 zum Gitter 10 breitet sich kegelartig von den Kreuzungspunkten des Gitters 9 hin zum Gitter 10 aus, wobei sich auch eine genügend große Feldkomponente quer zur Strömungsrichtung des durch die Gitter 9 und 10 strömenden Gases ergibt, so daß die erzeugten Ionen mit möglichst vielen Partikeln im Gasstrom in Wechselwirkung treten können.

Der Abstand d₁ zwischen den beiden Gittern beträgt typisch 50 bis 150 mm, vorzugsweise 75 bis 100 mm. Der Abstand d₂ zwi schen Sprühelektroden 5 und Niederschlagselektroden 4 ist er findungsgemäß um vorzugsweise den Faktor 2 größer als der Ab stand d₁ zwischen den Gittern 9 und 10.

Aus dem Vergleich der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Strom/Spannungs-Diagramme mit der Maschenweite m als Parameter geht klar die vorteilhafte Wirkung einer Doppelgitteranordnung gemäß der Erfindung hervor. Während bei einem Einzelgitter (Fig. 3) der Gitterstrom I_G erst oberhalb oberhalb von U_G = - 55 kV einsetzt und nicht über I_G = - 45 µA ansteigt, ist der Gitterstrom I_G am Doppelgitter (Fig. 4) um eine Größenordnung höher, einfacher zu regeln und schon bei sehr viel niedrigeren Spannungen erreichbar.

Die beschriebene Doppelgitteranordnung gewährleistet neben ei ner homogenen Feldverteilung zwischen den Gittern 9 und 10 auch eine ausreichend gleichmäßige Ionenstromverteilung über den gesamten Strömungsquerschnitt. Auf diese Weise kann die Auf- und Umladung den jeweiligen Verhältnissen in optimaler Weise angepaßt werden. Doppel und Dreifachgitter der be schriebenen Art können grundsätzlich in allen Elektrofiltern verwendet werden, insbesondere in Filteranlagen von fossilen Kraftwerken, Zementwerken, Müllverbrennungsanlagen, Papiermüh len. Maschenweite der Gitter und ihr gegenseitiger Abstand so wie die anzuwendenden Spannungen werden dabei im wesentlichen von der Korngrößenverteilung und der Leitfähigkeit bestimmt.

Die vorgeschlagene Doppelgitteranordnung läßt sich aufgrund ihres geringen Platzbedarfs sowohl bei Neukonstruktionen von Elektrofiltern als auch im Rahmen von Retrofit-Projekten an bestehenden Elektrofiltern verwenden, da in der Regel am Ein gang des Filters und/oder zwischen den einzelnen Filterfeldern genügend Platz vorhanden ist, um die vorzugsweise als Bauein heit ausgebildete Doppelgitter ohne große Anpassungsarbeiten einbauen zu können.

Anhand von Fig. 2, die einen teilweise Querschnitt durch eine als Baueinheit oder Modul ausgeführte Auf- und Umladestufe zeigt, soll dies verdeutlicht werden. Abweichend zu Fig. 1 ist hier die Doppelgitteranordnung durch ein vorgeschaltetes drit tes Gitter 11 erweitert. Dieses zusätzliche Gitter schirmt quasi das erste Gitter 9 gegenüber den Niederschlagselektroden 4 und Sprühelektroden 5 ab und sorgt für eine noch weiterge hende Homogenisierung des elektrischen Feldes. Das Gitter 11 - sein Aufbau und seine Abmessungen entsprechen den Gittern 9 und 10 - ist planparallel zum ersten Gitter 9 im Abstand d₃ angeordnet, wobei dieser Abstand ebenfalls etwa 50 bis 150 mm, vorzugsweise 75 bis 100 mm, beträgt. Es liegt wie das zweite Gitter 10 auf Erdpotential. Das auf Hochspannungspotential liegende erste Gitter 9 ist mittels isolierender Distanzstücke 12 zwischen den beiden anderen Gittern 10 und 11 befestigt. Es ist von der Gehäusewand 1 distanziert. Die Halterung dieses Moduls, der sich vor das erste Filterfeld 6 bzw. zwischen die ses und das zweite Filterfeld 7 einschieben läßt, erfolgt mit Halterungen 13, die an der Gehäusewand befestigt sind, die gleichzeitig die Verbindung zu dem auf Erdpotential liegenden Gehäuse herstellen (können).

Selbstverständlich läßt sich eine Auf- und Umladestufe mit nur zwei Gittern in ähnlicher Weise wie eine Dreigitteranord nung gemäß Fig. 2 aufbauen.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Gaseinlaß
3 Gasauslaß
4 Niederschlagselektroden
5 Sprühelektroden
6, 7 Filterfelder
8 Hochspannungsquelle
9 erstes Gitter
10 zweites Gitter
11 drittes Gitter
d₁ Abstand zwischen Gitter 9 und 10
d₂ Abstand zwischen 4 und 5
d₃ Abstand zwischen 9 und 11

Claims

1. Anordnung zur Entladung von Staubteilchen in elektrischen Gasreinigungsanlagen, umfassend ein Elektrofilter mit Sprühelektroden (5) und Niederschlagselektroden (4), wo bei die Sprühelektroden (5) auf Hochspannungspotential und die Niederschlagselektroden (4) auf Erdpotential lie gen, einer stromaufwärts des Elektrofilters angeordneten Auf- und Umladestufe mit einem quer zur Strömung liegen den ersten Gitter (9), das elektrisch mit den Sprühelek troden (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung gesehen hinter dem ersten Gitter (9) ein zweites Gitter (10) vorgesehen ist, das auf dem Po tential der Abscheideelektroden (4) liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gitter (9,10) aus kreuz und quer verlaufenden Dräh ten mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 1,5 mm beste hen, wobei die Maschenweite des ersten Gitters (9) um den Faktor 5 bis 10 größer ist als die Maschenweite des zweiten Gitters (10).

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite des ersten Gitters zwischen 20 und 150 mm, vorzugsweise zwischen 50 und 100 mm, beträgt, dieje nige des zweiten Gitters zwischen 10 und 20 mm.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß dem ersten Gitter (9) ein drittes Git ter (11) vorgeschaltet ist, das auf Erdpotential liegt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gitter (9, 10, 11) als vormontierte Baugruppe ausgebildet sind (Fig. 2).

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gitter in das Elektrofilter inte griert sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem ersten (9) und zweiten Gitter (10) bzw. dem ersten (9) und dritten Gitter (11) kleiner ist als der Abstand der Sprühelek troden (5) von den Niederschlagselektroden (4).

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem ersten (9) und zweiten Gitter (10) bzw. dem ersten (9) und dritten Gitter (11) zwischen 50 und 150 mm, vorzugsweise zwischen 75 und 100 mm, beträgt.

9. Anordnung nach einem Ansprüche 1 bis 8 mit einem Elektro filter, das aus mehreren hintereinandergeschalten, unter sich gleichartigen Filterfeldern (6, 7) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß vor, zwischen und/oder nach jedem Filterfeld eine Auf- und Umladestufe vorgesehen ist.