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Verfahren zur elektrischen Reinigung von nicht brennbaren oder nicht
explosionsfähigen Gasen oder Gasgemischen Abgesehen von Einzelfällen weisen die
bekannten Vorrichtungen zur elektrischen Gasreinigung zwei grundsätzlich verschiedene
Aufgaben erfüllende Bestandteile auf: die Sprühelektrode und die Niederschlagselektrode.
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Die starke Krümmung der Sprühelektrode, die aus einer Anzahl von Spitzen
oder aus dünnen Drähten in verschiedenartigster Anordnung bestehen kann, soll im
Verein mit der angelegten, gegebenenfalls pulsierenden Gleichspannung an der Oberfläche
dieser Krümmungen ein derart starkes elektrisches Feld entstehen lassen, daß an
diesen Stellen ein Koronadurchbruch auftritt, der zu einer Quelle von Ionen wird,
an der sich die Staubteilchen aufladen.
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Hingegen hat die Niederschlagselektrode die Hauptaufgabe, im Verein
mit der Sprühelektrode eine allgemeine Feldwirkung im Gasraum zu erzeugen, durch
die bewirkt wird, daB die geladenen Staubteilchen an ihr haftenbleiben, Es ist bekannt,
die Sprühelektrode aus den verschiedensten Stoffen herzustellen; so kennt man glasumhüllte
Metalldrähte (um eine bessere Verteilung der Korona zu erzielen), es gibt ferner
Stäbe, die mit Spitzen besetzt sind, dünne Fäden aus nichtleitendem Material, die
durch feuchten Niederschlag leitend gemacht sind, aber auch dicke Stäbe, die mit
einer leitenden Flüssigkeit, z. B. Wasser, berieselt werden und unter der Einwirkung
des elektrischen Feldes kleine leitende Wasserspitzen bilden, an deren äußerst geringem
Krümmungsradius eine sehr wirksame Korona auftritt.
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Es ist nun einerseits ein dünner Draht oder eine sehr feine Spitze,
die zu'den besten Ausströmern gehören, ein in bezug auf Festigkeits- und Korrosionseigenschaften
sehr gebrechliches Gebilde von begrenzter Lebensdauer, und nicht zuletzt aus diesem
Grunde sind die vorerwähnten Konstruktionen mit dicken Stäben u. dgl. entstanden.
Andererseits ist es oft unerwünscht, Feuchtigkeit irgendwelcher Art in den elektrischen
Reiniger hineinzubringen; oft ist dies überhaupt nicht möglich, z. B. wenn bei hohen
Gastemperaturen sofort eine Verdampfung eintreten würde.
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Um nun auch in solchen Fällen stabile mechanische Gebilde verwenden
zu können, die andererseits so kleine leitende Krümmungen aufweisen, daß eine starke
Koronawirkung daran entstehen kann, und die weder in
bezug auf mechanische
Festigkeit noch auf Korrosionsfähigkeit irgend etwas zu wünschen übriglassen, wird
nach der Erfindung zur. elektrischen Abscheidung von festen oder flüssigen Schwebekörpern
aus nicht brennbaren oder nicht explosionsfähigen Gaseh oder Gasgemischen mit Hilfe
von Sprüh- unci#@ Niederschlagelektroden das folgende Verfahren gewählt.
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Es ist bekannt, daß die Bahn eines Funkens eine lineares leitendes
Gebilde von äußerst geringem Krümmungsradius darstellt. Wenn man nun zwischen Elektroden,
die einen solchen Funken hervorrufen und aufrechterhalten, und einer dritten gegenpoligen
Elektrode, die der Funkenbahn z. B. parallel ist, ein starkes elektrisches Gleichstromfeld
herstellt, so wird infolge des geringen Krümmungsradius der leitenden Funkenbahn
an dieser Bahn selbst eine Gleichstromkorona entstehen, ohne daß ein körperlicher
dünner Draht oder eine Spitze in der Nähe der beiden Hilfselektroden vorhanden ist.
Die Funkenbahn ersetzt in diesem Falle den üblichen dünnen Draht. Es tritt dann
noch weiter folgende Erscheinung auf: Das Gleichstromfeld zieht infolge der elektrostatischen
Wirkung die Funkenbahn gegen die dritte Elektrode und entzieht sie daher noch außerdem
der Schutzwirkung der beiden den Funken bildenden Elektroden. Nachdem sich die Koronawirkung
an dein Funkenfaden ausgebildet hat, setzt auch noch der elektrische Wind ein, der
die Form der Funkenbahn im Sinne einer zusätzlichen günstigen Koronawirkung verzerrt.
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Die Funken können mit Gleichstrom oder Wechselstrom erzeugt werden,
und es genügt in den meisten Fällen eine Spannung von einigen iooo Volt. Da es günstiger
ist, eine große Zahl von feinfädigen Funken zwischen den beiden Elektroden zu erzeugen
statt Leines stärkeren Funkens von lichtbogenartigem Charakter, ist es vorteilhaft,
den Hilfselekti-odenstrom durch einen hochohmigen Widerstand zu begrenzen, wie er
an sich für Ausströmelektroden bekannt ist, die aus einem Draht oder ähnlichem bestehen.
Noch besser ist es, diesen hochohmigen Widerstand auf dieElektroden selbst gleichmäßig
zu verteilen, z. B. die eine oder beide Hilfselektroden, wie an sich nicht neu,
mit einem Isolierstoff zu bekleiden.
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Die Erfindung beruht also, kurz gesagt, in dein Ersatz eines körperlichen
dünnen Koronaausströmers von Elektrofiltern zur Reinigung nicht brennbarer oder
nicht explosionsfähiger Gasgemische durch eine dünne leitende Funkenbahn, woben
der Funken zwischen stabilen, nicht korrodierenden Elektroden hervorgerufen sein
kann. Die Entladung selbst, die zwischen den beiden Hilfselektroden vor sich geht,
hat dabei mit der Entladung, die zwischen Hilfselektrodenpaaren und Niederschlagselektrode
durch die Gleichstromkorona .an den Hilfsfunken entsteht, nicht das mindeste zu
tun. Die Korona selbst wird einzig und allein vom Gleichstromfeld bestritten, und
die Ionen, die zur Ladung der Schwebeteilchen benutzt werden, entstammen ausschließlich
dieser Gleichstromkorona, die Entladung zwischen den Hilfselektroden jedoch geht
gänzlich ungestört vor sich. Alle Elektroden und Ionen, die von der einen Hilfselektrode
ausgehen, erreichen den anderen Pol des Hilfselektrodenpaares und umgekehrt. Besteht
z. B. zwischen dem Hilfselektrodenpaar eine Wechselspannung, so sind die von dieser
Wechselspannung hervorgerufenen alternierenden, zwischen den beiden Hilfselektroden
vom Wechselfeld erzeugten Elektronen und Ionen dieselben, ob das Gleichstromfeld
nun hinzukommt oder nicht. Diese Entladung hat einzig und allein die Aufgabe, ein
dünnfädiges, leitendes Gebilde als Ersatz der Spitzenelektrode zu erzeugen.
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Auf der Zeichnung ist an mehreren Beispielen veranschaulicht, wie
das Verfahren nach der Erfindung ausgeführt werden kann.
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In Abb. i sind i und z die Hilfselektroden, bestehend aus metallischen
Stäben, Kugeln o. dgl., zwischen denen eine Funkenentladung 3 aufrechterhalten wird.
Zu diesem Zweck sind die Elektroden i und 2 durch die Leitungen 4 und 5 an die Hochspannungsseite
eines Transformators 6 angeschlossen. Parallel zur Bahn des Funkens , 3 ist eine
flächenartige Niederschlagselektrode 7 angeordnet, die durch die Leitung 8 mit der
einen Klemme eines Transformators 9 verbunden ist, während der andere Pol des Transformators
über einen Gleichrichter io durch die Leitung ii mit der Hilfselektrode i in Verbindung
steht. Auf diese Weise ergibt sich ein Gleichstrompotential zwischen der Niederschlagselektrode
7 und den Hilfselektroden i oder 2. Die dünne Funkenbahn 3 zwischen i und 2 dient
als Sprühelektrode, an der sich die Koronaentladungen 1a zeigen.
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Die Vorschaltung eines Widerstandes vor den Hilfselektroden i und
2 kann dadurch erzielt werden, daß man entweder beide Elektroden (Abb. z ) oder
nur eine von ihnen mit einem isolierenden Körper ja, 2a, z. B. aus
Glas, bedeckt oder überzieht.
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Abb.4 zeigt das Schema einer nach der Erfindung arbeitenden Anlage,
bei der zwischen den Niederschlagsplatten 13 die zur Erzeugung der Funkenentladungen
dienenden Hilfselektroden 14 und 15 in Gestalt von abwechselnd parallel nebeneinanderliegenden
Eisenstäben im gegenseitigen Abstand von etwa io inm angeordnet sind, die, wie vorerwähnt,
von
einer Glashülle umgeben sein können. Hier ist zur Speisung der Hilfselektroden ein
Transformator 16 von etwa 8o kV-Sekundärspannung vorgesehen, an dessen Endklemme
17 die Elektroden 15 anschließen, während die Elektroden 1q. an einer z. B.
70 kV-Anzapfung 18 liegen, so daß der Spannungsunterschied zwischen den Elektroden
i-. und 15 nur io kV beträgt. Die Niederschlagselektroden 13 liegen an dem Röhrengleichrichter
i9, dessen Heizung mittels der Batterie 25 erfolgt. Es herrscht also zwischen den
Hilfselektroden 1q. und 15 ein geringerer Spannungsunterschied als zwischen den
Hilfselektroden einerseits und den Niederschla-selektroden 13 andererseits.
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Die Erfindung beruht auf Versuchen, die eine Erklärung für das Entstehen
einer Korona an der Funkenstrecke geben. Bei diesen Versuchen wurden zwei Stäbe
in V-förmiger Anordnung vereinigt, die lichtbogenartig eine Funkenstrecke entstehen
ließen, und dem einen dieser Stäbe wurde ein hochohmiger Widerstand vorgeschaltet,
der in derselben Weise wie eine Glasumhüllung den Strom des Funkens begrenzte. Je
nach Größe des Widerstandes konnte der Strom des Funkens bei gleicher Funkenspannung
verändert werden. Eine geerdete, der V-Spitze der Stäbe gegenübergestellte Elektrodenplatte
bildete die Gleichstromelektrode. Die Funkenstrecke selbst wurde mit Wechselstrom
von nur wenigen tausend Volt beschickt, während die Gleichstromspannung zwischen
den Stäben und der Platte rd. 5o ooo Volt betrug. Der Gleichstrom wurde durch Glühkathodengleichrichtung
gewonnen. Bei diesen Versuchen zeigte sich sehr deutlich folgendes: Beim Einschalten
der Gleichstromhochspannung wurde der Wechselstromfunken stark nach der Platte zu
geblasen, und es trat sofort der'positiv e Effekt der Stromvergrößerung ein. Man
konnte diese Einrichtung so einstellen, daß überhaupt kein Strom überging, wenn
nur die Gleichspannung eingeschaltet war. Wurde jetzt der Wechselstromfunken gezündet,
so trat sofort ein Strom auf, der nicht etwa dadurch entstand, daß die Gleichspannung
durch die zusätzliche Wechselspannung erhöht wurde, weil ja zwischen den beiden
Stabelektroden nur eine in bezug auf das Gleichspannungsfeld unerhebliche Potentialdifferenz
bestand. Der Wechselstromfunken hatte das Aussehen einer oder mehrerer nach unten
geblasener Spitzen, und es war daher anzunehmen, daß diese leitenden Spitzen die
Ausgangspunkte einer Stoßionisation bilden. Der Funke zog sich bei größerer Stromstärke
bis zu 25 mm unter die Stabelektroden. Der Gleichstrom mußte demgemäß etwa auf die
Größe anwachsen, die im besten Fall eine Metallspitze in derselben Entfernung von
der geerdeten Platte und bei derselben Spannung ergibt, was durch weitere Versuche
bestätigt wurde. Für diese Versuche wurden vier Anordnungen gewählt: a) eine Nadelspitze
gegenüber einer Platte, b) abgerundetes Nadelende von 6 mm -e" gegenüber einer Platte,
c) Stäbe mit Enden von 6 mm -e' in V-Anordnung, Lichtbogen i mAmp., d) wie bei c),
aber Lichtbogen 27,5 mAinp. Es ergab sich:
| An- Gleich- Wechsel- Licht- |
| ordnung Spannung Spannung bogen |
| Volt Volt m/Am . m/Amp. |
| a 50000 - - 0,0129 |
| b 50000 - - o,oo84 |
| c 50000 5000 1 0,0105 |
| d 50000 5000 27,5 0,o126 |
Man erkennt hieraus, daß sich in der Tat die Gleichstrom-Ainp., die durch Vermittlung
des Wechselstroinfunkens entstehen, um so mehr den Gleichstrom-Amp., die durch die
Koronawirkung der Spitze entstehen, nähern, je kräftiger der Wechselstromfunke ist.
Die Gleichstrom-Amp. werden daher durch Stoßionisation an den durch das Wechselfeld
hervorgerufenen Funkenspitzen erzeugt. Gleichzeitig entsteht an diesen Stellen ein
elektrischer Wind, der die elektrostatische Wirkung noch vermehrt und diese Entladung
noch mehr zu Spitzen bläst, so daß eine verstärkte Ionisation und damit ein erhöhter
Strom eintritt.
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Das Verfahren nach der Erfindung unterscheidet sich grundsätzlich
von einem älteren Vorschlag, gemäß dem einem zwischen Elektroden erzeugten, nur
zur Ionisation dienenden Feld ein anderes zur Ladung und gegebenenfalls zur Niederschlagung
von Schwebeteilchen dienendes, ebenfalls mvischen Elektroden erzeugtes elektrisches
Feld - einer anderen Spannung ganz oder teilweise überlagert wird, wobei die Ionisation
des ersten Feldes durch eine Wechselspannung und 41ie Aufladung und Abscheidung
im zweiten Feld durch eine Gleichspannung erzeugt wird. In diesem Falle sollen die
zur Aufladung und Abscheidung notwendigen Ionen einem Ionisator entnommen werden,
während es bei dein Verfahren nach der Erfindung gerade darauf ankommt, daß kein
Ionisator, sondern eine Funken- oder Lichtbogenstrecke benutzt wird, an der sich,
durch das zweite Feld hervorgerufen, eine Korona ausbildet. Während bei dem älteren
Vorschlag die Wechselstrom-Ionisierelektroden im Townsend-Gebiet, also unterhalb
der Zündspannung, arbeiten, wird gemäß der Erfindung die Zündspannung absichtlich
überschritten,
um einen leitenden Funkenkanal und mit Hilfe des
Gleichstromfeldes eine Korona an diesem Kanal zu erzeugen. Während ferner bei dem
älteren Vorschlag die Gleichstromentladung eine unselbständige Entladung ist, die
von den Ionen der Wechselstromentladung gespeist wird, handelt es sich bei der Gleichstromentladung
des Verfahrens nach der Erfindung um eine- selbständige Koronaentladung, die nur
die Form der an Stelle von Sprühdrähten o. dgl. wirkenden Funkenbahn benutzt, um
eine so hohe Feldstärke an dieser Funkenbahn zu erzeugen, daß dort eine Gleich--stromkorona
und somit eine selbständige Entladung entsteht.