DE664835C

DE664835C - Device for the electrical pre-separation of suspended particles from aerosols

Info

Publication number: DE664835C
Application number: DES121752D
Authority: DE
Inventors: Walther Deutsch
Original assignee: PATENTVERWERTUNG; Siemens Lurgi Cottrell Elektrofilter GmbH
Current assignee: PATENTVERWERTUNG; Siemens Lurgi Cottrell Elektrofilter GmbH
Priority date: 1936-02-29
Filing date: 1936-02-29
Publication date: 1938-09-08

Description

Vorrichtung zum elektrischen Vorabscheiden von Schwebeteilchen aus Aerosolen Gase, die Schwebeteilchen enthalten und einer Koronaentladung ausgesetzt werden, können bei ein und derselben Koronaspannung sehr verschiedenen Stromdurchgang gestatten, wenn die Zahl der Schwebeteilchen im Kubikzentimeter größenordnungsmäßig derjenigen Zahl von Ionen nahekommt, die (las reine Gas ohne Schwebeteilchen bei der gleichen Spannung ergeben würde; in diesem Fall sinkt der Strom sehr rasch mit zunehiüender Teilchenzahl bis auf den Wert Null herab, und das mit solchen Schwebeteilchen behaftete Gas ist zu einem hochisolierenden Aerosol geworden.Device for the electrical pre-separation of suspended particles Aerosols Gases that contain suspended particles and are exposed to a corona discharge can lead to very different currents at one and the same corona voltage allow if the number of suspended particles in the cubic centimeter is of the order of magnitude comes close to the number of ions that (read pure gas without suspended particles would result in the same tension; in this case the current drops very quickly increasing number of particles down to the value zero, and that with such suspended particles contaminated gas has become a highly insulating aerosol.

Solche hochisolierenden Aerosole bieten der praktischen Durchführung des Elektrofilterverfahrens oft ganz erhebliche Schwierigkeiten, weil den Schwebeteilchen die zu ihrer Abscheidung notwendige Ladung nicht mehr zugeführt werden kann. So hat sich bei der Abscheidung von sehr feinem und trockenem Braunkohlenstaub, der sich in der Größenordnung von roll Teilchen im Kubikzentimeter aus den Förder- und Siebeinrichtungen von Brikettfabriken entwickelt, gezeigt, daß er bei der üblichen Elektrofilterung, bei der in gewömImlicher Luft ebenfalls etwa roll Ionen/ccm entstehen, das Gas zu einem fast völligen Nichtleiter macht. Ähnliche Erfahrungen haben sich auch bei der Abscheidung von Teer ergeben, insbesondere dann, wenn die Kondensation-der teerigen Bestandteile plötzlich vor sich geht, so daß sich, wieder in der angegebenen Größenordnung, eine äußerst große Zahl von Kondensationskeimen bildet.Such highly insulating aerosols offer practical implementation The electrostatic precipitator process often has considerable difficulties because of the suspended particles the charge necessary for their separation can no longer be supplied. So has proven itself in the separation of very fine and dry lignite dust, the on the order of roll particles in cubic centimeters from the conveyor and Screening devices developed by briquette factories, shown to be used in the usual Electrostatic filtration, which also produces about roll ions / ccm in ordinary air, which makes gas an almost complete non-conductor. We have had similar experiences also result in the deposition of tar, especially if the condensation-the tarry ingredients suddenly going on, so that, again, in the specified Order of magnitude, forms an extremely large number of condensation nuclei.

Wird ein solches Gas einer Sprühentladung ausgesetzt, so nehmen die in ihm enthaltenen Schwebestoffe die zugeführten Ionen auf. Diese bilden eine Raumladung und verhindern dadurch die weitere Ionisierung. Wenn daher die Zahl der in einem Gas enthaltenen Schwebekörper der Zahl der gebildeten Ionen, bezogen auf die Raumeinheit, nahekommt oder sie gar überschreitet, so kann sich das Staubteilchen nicht wie im Fall der üblichen elektrischen Gasreinigung mittels sprühender Ausströmer und nichtsprühender Sammelelektroden bis zur Sättigung aufladen, sondern kann nur einige wenige Ionen adsorbieren. Ein mittleres Staubteilchen würde in einem normalen Gas beim Betrieb der herkömmlichen elektrischen Gasreinigung etwa rooo Ionen aufnehmen und sich daher mit etwa rooo Elementarladungen sättigen. Im Gegensatz dazu entsteht unter sonst gleichen Voraussetzungen in hochisolierenden Aerosolen nur eine mittlere Aufladung von wenigen Elementarladungen. Beim Eintritt eines solchen hochisolierenden Gases in ein Elektrofilter werden daher die in dein Gas enthaltenen Schwebeteilchen schlagartig in einem geringen Bruchteil einer Sekunde bis zu dieser geringen Höhe aufgeladen und bewirken auf dem weiteren Gasweg durch ihre Raumladung die vollständige Unterdrückung jeder -weiteren Ionisation. Die Stromdichte ist auf diesem Wege gleich Null, der Ausströmer sprüht nicht mehr, und die scheinbare Anfangsspannung des Ausströmers ist auf einen entsprechend hohen Wert gestiegen. Die schlecht aufgeladenen Teilchen wandern entsprechend ihrer geringen Aufladung langsam an die Sammelelektrode und werden dort abgeschieden. Erst wenn sich ihre Zahl so weit verringert hat, daß eine mengenmäßige Konkurrenz zwischen den Teilchen und den erzeugten Ionen nicht mehr vorhanden ist, kann die normale Stromdichte wieder durchbrechen, da dann das Aerosol leitend geworden ist. Diese V orabscheidung macht in praktischen Fällen etwa 8o bis 9o °/o des gesamten Staubinhaltes des Aerosols aus. Die weitere Reinigung des nunmehr leitfähigen Gases macht jetzt keine Schwierigkeiten mehr.If such a gas is exposed to a spray discharge, the suspended matter contained in it on the supplied ions. These form a space charge and thereby prevent further ionization. Therefore, if the number of in one Gas-containing float the number of ions formed in relation to the unit of space, comes close or even exceeds it, the dust particle cannot move as in Case of the usual electrical gas cleaning by means of spraying vents and non-spraying Collecting electrodes charge to saturation, but can only charge a few ions adsorb. A medium dust particle would be found in a normal gas during operation the conventional electrical gas purification take up about rooo ions and therefore themselves saturate with about rooo elementary charges. In contrast, under otherwise the same prerequisites in highly insulating aerosols, only a medium charge of a few elementary charges. When such a highly insulating gas enters In an electrostatic precipitator, therefore, the suspended particles contained in your gas suddenly become in a fraction of a second to this minor Height charged and effect on the further gas path through their space charge the full Suppression of any further ionization. The current density is the same in this way Zero, the vent no longer sprays, and the apparent initial voltage of the vent has risen to a correspondingly high value. The badly charged particles migrate slowly to the collecting electrode and according to their low charge are deposited there. Only when their number has decreased so much that one There is no longer any quantitative competition between the particles and the ions produced is present, the normal current density can break through again, because then the aerosol has become conductive. This pre-separation makes about 8o in practical cases up to 90% of the total dust content of the aerosol. The further cleaning of the Now conductive gas now no longer causes problems.

Bei dem bereits bekannten Verfahren der Elektrofilterung schwebekörperhaltiger Gase, bei dem das Gas zuerst unipolar aufgeladen und dann einem sprühentladungsfreien statischen Feld zugeführt wurde, war man stets bestrebt, die Aufladung so hoch wie möglich zu halten. Deshalb hat man den Ionisierungsteil so bemessen, daß alle Schwebeteilchen für die darauffolgende Abscheidung bis zu ihrer Sättigung aufgeladen werden können. Das erforderte Ionisationsvorrichtungen, die in ihrer Größenabmessung an die Abmessungen von Elektrofiltern, die in üblicher Weise aus Sprüh- und Niederschlagselektroden bestehen, herankommen. Der Ionisationsteil hielt sich daher mindestens in derselben Größenordnung wie der Abscheidungsteil. Einen Unterschied zwischen hochisolierenden und den üblichen, verhältnismäßig gut zu ionisierenden Aerosolen hat man dabei nicht gemacht und übersehen, daß die eben erwähnte Maßnahme bei dem ersteren Verfahren zweckwidrig ist.In the already known method of electrostatic filtering, it contains float Gases in which the gas is first charged in a unipolar manner and then a non-spray discharge static field was applied, the aim was always to keep the charge as high as possible to keep. Therefore one has dimensioned the ionization part so that all suspended particles for the subsequent deposition can be charged up to their saturation. This required ionization devices that were dimensioned to match the dimensions of electrostatic precipitators, which in the usual way consist of spray and precipitation electrodes exist, approach. The ionization part therefore held at least in the same Same order of magnitude as the separation part. A difference between highly insulating and the usual aerosols, which are relatively easy to ionize, are not used made and overlooked that the measure just mentioned in the former procedure is inappropriate.

Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung, die das Leitendmachen von hochisolierenden Aerosolen und die Vorabscheidung von Schwebekörpern daraus auf elektrischem Wege in .,weitaus einfacherer Weise bewerkstelligt, als dies bisher möglich erschien. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß während des ganzen oben beschriebenen Vorganges der Vorabscheidung nur eine ganz kurze augenblickliche Ionisierung stattgefunden hat, während auf dem weiteren Gaswege eine sprühlose Abscheidung vorhanden war. Die letztere ist aber in höchst unwirtschaftlichem Maße erfolgt, weil die Feldstärke, die zwischen einem Koronaausströmer und einer Sammelektrode bei der üblichen Elektrofilterung vorhanden ist, nur wenige tausend Volt/cm beträgt. Die Erfindung besteht also zum Teil darin, daß man das an sich bekannte Verfahren der räumlichen Trennung zwischen einem unipolar ionisierenden Teil und einem daran anschließenden sprühentladungsfreien Abscheideteil für den Teilvorgang des Leitendmachens von hochisolierenden Aerosolen verwendet. Dadurch ist es nämlich möglich, die Größe des sprühentladungsfreien Abscheideteiles weitaus kleiner zu halten als bisher, weil die Wanderungsgeschwindigkeit infolge des stärkeren Feldes (in kalter Luft ist theoretisch eine Feldstärke bis in die Nähe von 3o kV/cm möglich) in entsprechendere Maße vergrößert wird. Die Erfindung besteht ferner darin, daß entsprechend der spontanen Ionisierung, die bei derartigen Gasen auftritt, der ionisierende Teil der Vorrichtung nur wenige Tausendstel der Größe des Abscheideteils mißt.The invention now relates to a device which makes the conductive of highly insulating aerosols and the pre-separation of floating bodies from them accomplished by electrical means in a far simpler way than before seemed possible. The invention is based on the knowledge that during the whole The pre-separation process described above is only a very brief instantaneous Ionization has taken place, while on the further gas path there is a spray-free deposition was present. The latter, however, took place to a highly uneconomical extent, because the field strength between a corona emitter and a collecting electrode is present with the usual electrostatic precipitator, is only a few thousand volts / cm. The invention therefore consists in part of using the process known per se the spatial separation between a unipolar ionizing part and one on it subsequent spray discharge-free separating part for the partial process of making conductive used by highly insulating aerosols. This makes it possible to change the size to keep the spray discharge-free separator part much smaller than before, because the migration speed as a result of the stronger field (in cold air a field strength close to 3o kV / cm is theoretically possible) in more appropriate Dimensions is enlarged. The invention also consists in that according to the spontaneous Ionization that occurs with such gases is the ionizing part of the device measures only a few thousandths of the size of the separating part.

Das auf diese Weise leitend gemachte und vorgereinigte Aerosol kann dann durch an sich bekannte Elektrofilter fein gereinigt werden. Die Erfindung soll auch den Fall einschließen, daß während des Vorabscheidens mehrere spontan wirkende Ionisatoren eingeschaltet werden, um Teilchen, die bei dem ersten Vorgang zufällig der Ionisierung entgangen sind, noch nachträglich aufzuladen.The aerosol made conductive and pre-cleaned in this way can then finely cleaned by known electrostatic precipitators. The invention aims to also include the case that several spontaneously acting during the preseparation Ionizers are turned on to remove particles that are random during the first process have escaped ionization, can still be charged later.

Die Wiederholung des Vorganges Ionisierung und darauffolgende sprühlose Abscheidung ist zwar an sich bekannt; doch ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung eine solche Wiederholung deshalb vorteilhaft, weil im Falle der punktförmigen Ionisierung eine besonders große Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß einzelne der Schwebeteilchen überhaupt keine Ladung erhalten und daher im darauffolgenden statischen Abscheidefeld nicht erfaßt werden.The repetition of the ionization process and subsequent sprayless Deposition is known per se; but is in the device according to the invention Such a repetition is advantageous because in the case of punctiform ionization there is a particularly high probability that some of the suspended particles received no charge at all and therefore in the subsequent static separation field cannot be detected.

Die Zeichnung veranschaulicht noch näher die beschriebene Wirkungsweise. Abb. i stellt den Längsschnitt eines aus Sprühelektrode und Sammelelektrode bestehenden Elektrofilters dar. Abb.2 zeigt im Zusammenhang zu Abb. i die darin auftretenden Strom-, i, und Staubverhältnisse g. Abb. 3 zeigt schematisch eine. besondere Anordnungsweise der neuen Vorrichtung im Längsschnitt und Abb. q. wieder die dazugehörigen Strom- und Staubverhältnisse.The drawing illustrates the described mode of operation in more detail. Fig. I shows the longitudinal section of a spray electrode and collector electrode Electrostatic precipitators. Fig.2 shows in connection with Fig. I the occurring therein Current, i, and dust conditions g. Fig. 3 shows schematically a. special arrangement of the new device in longitudinal section and Fig. q. again the associated electricity and dust conditions.

In Abb. i bedeutet i den drahtförmigen Ausströmer, 2 die rohrförmige Sammelelektrode eines Elektrofilters, in das das hochisolierende Aerosol in der Richtung des Pfeiles eintritt. In Abb. 2 bedeuten die Ordinaten der voll ausgezogenen Kurve in übertriebenem Maßstab die jeweilige Stromdichte an den betreffenden (Querschnitten der Vorrichtung nach Abb. i. Das hochisolierende Aerosol ladet sich schlagartig am Querschnitt 3 auf. In Abb. 2 ist das durch die Stromspitze 4, die in einem geringen Bruchteil einer Sekunde anschwillt und wieder auf Null sinkt, zu erkennen. Während der ganzen Periode zwischen den Querschnitten 3 und 5 bleibt die Stromstärke gleich Null, um dann in verhältnismäßig kurzer Zeit auf den vollen Wert 6 (Abb.2) bis zum Ende der Reinigung im Querschnitt 7 (Abb. i) zu gelangen. Die Ordinaten der gestrichelten Kurve in Abb.2 zeigen die im Gas vorhandene Anzahl der Schwebekörper an. Gemäß der Abscheidung im Teil 3-5 sinkt diese Zahl annähernd geradlinig, um im Teil 5-7 exponentiell abzusinken. Bis zum Querschnitt 5 haben sich dabei etwa 85 % abgeschieden, bis zum Querschnitt 7 beispielsweise 99 Die Erfindung erstreckt sich nun auf den Reiniger zwischen den Querschnitten 3 und 5. Das durch den Stromanstieg bei 5 gekennzeichnete Leitendwerden des Gases soll durch eine weitaus billigere und zweckmäßigere Vorrichtung bewirkt werden, die schematisch in Abb. 3 dargestellt ist. Zu diesem Zweck ist eine eigene Ionisierung für den Querschnitt 3 (Abb. i) vorgesehen, der z. B. in einer sprühenden Spitze oder in einem kurzen Stück eines Sprühdrahtes oder auch in einem anderen Ionisator bestehen kann und durch den Punkt 8 angedeutet ist. Dieser Teil der Vorrichtung kann äußerst klein sein, und es ergab sich, daß für ffie Größe dieses Ionisatorteils wenige Promille der Größe des gesamten Abscheiders genügen. Zur Feldverstärkung ist der weitere Teil zwischen dem Querschnitt 3 und 5 durch einen an sich bekannten sprühlosen Abscheider, der in Abb. 3 aus zwei konzentrischen Rohrelektroden 9 und io besteht, ersetzt. Die Elektrode 9 kann zur Verhinderung der Feldstärkenvergrößerung entsprechende Abrundungen besitzen. Gegenüber der Vorrichtung nach Abb. i tritt infolge des verstärkten Feldes bei gleichem Reinigungsgrad von 85 % eine erhebliche Verringerung des Raumquerschnittes für den Gasströmungsweg auf. Für den weiteren Teil der Vorrichtung nach Abb. 3 könnte der Teil 5-7 der Abb. i gewählt werden. Es ist jedoch auch hier von dem Prinzip der räumlichen Trennung zwischen Ionisationsfeld i i (schematisch) und Abscheidungsfeld iz (schematisch) in bekannter Weise Gebrauch gemacht, so daß ebenfalls eine räumliche und bauliche Verkleinerung eintritt. Die Stromdichte im Vorreiniger ist durch die Ordinaten der ausgezogenen Kurve der Abb. 4 zu ersehen; sie verläuft genau in der gleichen Weise wie diejenige in Abb. 2 bis zum Querschnitt 5. Ebenso fällt der Staubinhalt des Gases in gleicher ` Weise etwa linear nach der in Abb., 4 ausgezogenen Kurve ab bis zu einer Abscheidüng von etwa 85 °@o. Die Geschwindigkeit. `ü Ionisator i i ist so hoch gewählt, daß im' Ionisator nur äußerst geringe Mengen des Staubes anfallen, d. h. der exponentielle Abfall der Staubkurve q ist in diesem Teil sehr gering, ist aber dann im Abscheider 12 sehr steil, so daß in dem gegenüber der Strecke 5-7 kurzen Teil des Abscheiders 12 ein hoher Reinheitsgrad erreicht wird.In Fig. I i denotes the wire-shaped outflow, 2 the tubular collecting electrode of an electrostatic precipitator, into which the highly insulating aerosol enters in the direction of the arrow. In Fig. 2, the ordinates of the full curve denote, on an exaggerated scale, the respective current density at the relevant (cross-sections of the device according to Fig. I. The highly insulating aerosol is suddenly charged at cross-section 3. In Fig , which swells in a small fraction of a second and then sinks back to zero. During the entire period between the cross-sections 3 and 5, the current strength remains zero, and then in a relatively short time to the full value 6 (Fig.2) to reach the end of the cleaning in cross section 7 (Fig. i). The ordinates of the dashed curve in Fig. 2 show the number of floats in the gas in part 5-7, about 85 % have deposited up to cross section 5, for example 99 up to cross section 7. The invention now extends to the cleaner between n the cross-sections 3 and 5. The fact that the gas becomes conductive, marked by the increase in current at 5, is to be brought about by a far cheaper and more expedient device, which is shown schematically in FIG. For this purpose, a dedicated ionization is provided for the cross section 3 (Fig. I), the z. B. can exist in a spraying tip or in a short piece of a spray wire or in another ionizer and is indicated by the point 8. This part of the device can be extremely small, and it has been found that a few parts per thousand of the size of the entire separator are sufficient for the size of this ionizer part. To strengthen the field, the further part between the cross-sections 3 and 5 is replaced by a sprayless separator known per se, which in FIG. 3 consists of two concentric tubular electrodes 9 and 10. The electrode 9 can have corresponding roundings to prevent the field strength from increasing. Compared to the device according to Fig. I, a considerable reduction in the cross-section of the space for the gas flow path occurs due to the increased field with the same degree of purification of 85%. For the further part of the device according to Fig. 3, the part 5-7 of Fig. I could be selected. However, here too the principle of spatial separation between ionization field ii (schematic) and deposition field iz (schematic) is used in a known manner, so that spatial and structural reduction also occurs. The current density in the pre-cleaner can be seen from the ordinates of the solid curve in Fig. 4; it runs exactly in the same way as that in Fig. 2 up to cross section 5. Likewise, the dust content of the gas falls in the same way approximately linearly according to the curve drawn in Fig. 4 down to a separation of about 85 ° @ o . The speed. `ü Ionizer ii is selected so high that only extremely small amounts of dust occur in the 'ionizer, ie the exponential drop in the dust curve q is very small in this part, but is then very steep in the separator 12, so that in the opposite of the Distance 5-7 short part of the separator 12, a high degree of purity is achieved.

Über die Erzeugung der Spannungen für die einzelnen Felder ist hier nichts bemerkt worden; es ist in der Tat nur eine Frage der jeweiligen Umstände, ob man die gleiche Spannung für den Ionisatorteil wie für den Abscheideteil verwendet oder nicht. Es ist indessen auch möglich, die geringe für den Vorreiniger notwendige Ionisation überhaupt nicht durch Sprühentladungen, sondern in bekannter Weise durch eine fremde Ionisationsquelle herzustellen.About creating the voltages for each field is here nothing has been noticed; in fact it is only a matter of circumstances whether the same voltage is used for the ionizer part as for the separator part or not. However, it is also possible to use the small amount necessary for the pre-cleaner Ionization not at all by spray discharges, but in a known manner to produce a foreign ionization source.

Die Länge des Abscheideteils (z. B. 9 und io in Abb.3), die durch die Abscheidung bis zum Leitendwerden des Gases gegeben ist, kann man leicht rechnerisch oder durch Versuche bestimmen, wenn die Zahl der in einem Kuhikzentimeter vorhandenen Schwebeteilchen bekannt ist. Die Verfahren zur versuchsmäßigen Bestimmung sind bekannt. Es wird z. B. durch einen Vorversuch die scheinbare Erhöhung der Anfangsspannung einer in das Gas gehaltenen Koronastrecke gemessen. Durch eine einfache bekannte Formel kann man daraus mit genügender Genauigkeit auf die Raumladung und damit auf die notwendige Länge des Abscheiders bis zum Leitendwerden des Gases schließen.The length of the separation part (e.g. 9 and io in Fig.3), which goes through the separation is given until the gas becomes conductive, can easily be calculated or by experiment to determine if the number of existing in a cow centimeter Suspended particles is known. The methods for experimental determination are known. It is z. B. the apparent increase in the initial voltage through a preliminary test measured a corona segment held in the gas. By a simple known The formula can be used with sufficient accuracy on the space charge and thus on close the necessary length of the separator until the gas becomes conductive.

Claims

PATEN TA NS PR ÜCIIE: i. Device for making highly insulating aerosols conductive and for pre-separating suspended particles from such gases by electrical means, characterized in that it consists in a known manner of a unipolar ionizing part and an adjoining spray-discharge-free separating part and furthermore the ionizing part is only a few thousandths of its size of the separation part.

2. Device according to claim i, characterized in that that several such devices are known per se for electrostatic precipitators Arrangement are connected in series.