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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung bei elektrostatischen Naßabscheidern,
die zur Reinigung feuchter und staubbeladener Gase bestimmt sind und von der Art sind, die eine
Abscheidereinheit, einen mit der Abscheidereinheit integrierten Kühlkondensator und Emissions
elektroden einschließt welche in mehreren Sammelelektroden angeordnet sind, welche sich durch
die Kühlanordnung erstrecken.
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Elektrostatische Abscheider werden beispielsweise zur Reinigung von staubbeladenen Gasen
verwendet, die unter anderem aus Schwefelsäureherstellungsverfahren, Metallschmelzverfahren
und Kohleverbrennungs- und Abfallverbrennungsanlagen stammen.
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Wenn die feuchten und staubbeladenen Gase einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt besitzen,
hat der elektrostatische Abscheider vorzugsweise die Form eines sogenannten elektrostatischen
Naßabscheiders. Leider verursachen die feuchtigkeitsgesättigten Gase Korrosionsprobleme.
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Im Falle von elektrostatischen Naßabscheidern, die beispielsweise zur Behandlung
feuchtigkeitsgesättigter Prozeßgase und Abgase bestimmt sind, welche Cl&supmin;, F&supmin;, SO&sub2;, SO&sub3; usw. und
andere hochkorrosive Komponenten enthalten, war es bisher erforderlich, insbesondere jene
Komponenten und Teile des Abscheiders, die dem Korrosionsangriff ausgesetzt sind, aus Blei
oder Kunststoffmaterial herzustellen. Diese Materialien erwiesen sich in vielen Fällen aus der Sicht
der Korrosion als zufriedenstellend, obwohl sie leider offensichtliche Beschränkungen haben oder
in vielen Fällen äußerst ungeeignet in Bezug auf die Erfüllung anderer Eigenschaften und
Charakteristiken waren, die die Funktion des Abscheiders bestimmen. Die Bildung von Rissen ist
ein Beispiel der Probleme, die aus der Verwendung von Blei und Kunststoffmaterial resultieren,
obwohl auch andere Probleme auftreten. Ein anderes Beispiel ist jenes, daß die Oberfläche von
Abscheiderteilen aus einem Kunststoffmaterial wasserabstoßend (hydrophob) ist, was die Bildung
eines gleichmäßig dispergierten Flüssigkeitsfilmes beispielsweise auf den Sammelelektroden
verhindert.
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Stahl zeigt klare Vorteile aus funktioneller Sicht. Stahlkonstruktionen sind verschleißbeständig,
dimensionsbeständig und können leicht inspiziert und geprüft werden. Außerdem besitzt das
Material gute elektrische Eigenschaften und hydrophile Oberflächeneigenschaften, d. h.
Eigenschaften, die direkt entscheidend für die funktionellen Eigenschaften und die Leistung
beispielsweise von elektrostatischen Naßabscheidern sind.
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Die Verwendung eines hochlegierten rostfreien Stahles beispielsweise in elektrostatischen
Naßabscheidern ist begrenzt durch das Ausmaß, in dem der Stahl der unangenehmen
Arbeitsumgebung widerstehen kann, die durch feuchtigkeitsgesättigtes Gas und erhöhte
Temperaturen erzeugt wird, ohne zu schnell korrodiert zu werden. Verbesserte
Korrosionsbeständigkeit kann durch Auswahl bestimmter rostfreier Stahllegierungen hoher Legierungsgehalte
erreicht werden. Solche hochlegierten Stähle unterliegen jedoch auch Korrosion und in vielen
Fällen einem unannehmbar hohen Korrosionsgrad, wenn die Temperatur des gesättigten Gasses
beginnt, beispielsweise 40 bis 60ºC zu überschreiten.
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Um eine verbesserte korrodierende Umgebung für Stahl zu bekommen, ist es besonders
geeignet, eine kondensierende Kühleinrichtung in die tatsächliche Abscheidereinheit des
elektrostatischen Abscheiders zu integrieren. Das Vorsehen einer getrennten Einrichtung zum
Kühlen des Abgases, bevor dieses Gas in die Abscheidereinheit des elektrostatischen Ascheiders
eintritt, stellt eine wesentlich teurere Lösung aus wirtschaftlicher Sicht dar.
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Elektrostatische Naßfilter mit integrierten kondensierenden Kühleinrichtungen sind seit langer
Zeit bekannt. Die GB-B-136 464 und die FR-A-727 090 beschreiben die ältesten Einrichtungen,
die einfach für Luftkühlung konstruiert sind, um kondensierende Bedingungen zu erhalten.
Wassergekühlte Einrichtungen sind in der DE-B-1 013 622 und der FR-A-944 543 beschrieben,
wobei erstere eine stranggepreßte Konstruktion von Blei oder Kupfer vorschlägt die sowohl
Kühlröhren als auch Sammelelektroden umfaßt, und die letztere einen Kühlmantel vorschlägt der
alle Sammelelektroden umgibt. In der DE-B-2 743 292 werden die Korrosionsprobleme durch
Verwendung von Sammeloberflächen aus Glas oder Hart-PVC gelöst. Die DE-A-2 340350 schlägt
ein Lufteinblasen in den unteren Teil der Kondensierkammer außerhalb und um die
Sammelelektroden vor, um die Bildung einer Staubkruste innerhalb derselben zu vermeiden. Die Luft wird
dann durch Öffnungen um den oberen Teil der Außenwand der Kondensierkammer abgeführt.
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Leider findet man ernsthafte Korrosionsprobleme auch in Verbindung mit elektrostatischen
Naßfiltern mit integrierten kondensierenden Kühleinrichtungen, da als ein Ergebnis variierender
Grade von Ungleichmäßigkeit im Kühlen der Heißgase die innere Oberfläche der
Sammelelektroden, die die Emissionselektroden umgeben und die beispielsweise die Form von hohlen Röhren
haben, das flüssige Kondensat aus dem in dem elektrostatischen Abscheider zu reinigenden
feuchtigkeitsbeladenen Gas aufnimmt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und brauchbare Anordnung zu
bekommen, mit Hilfe derer ein Kühlen der Gase in der integrierten Kühleinrichtung in dem
elektrostatischen Naßabscheider gleichmäßig bewirkt wird. Ein weiteres Ziel ist es, eine
Anordnung zu erhalten, die die Verwendung von hochlegiertem Stahl, besonders in
Bauelementen, die einer korrodierenden Atmosphäre ausgesetzt wird, durch Verminderung der
Korrosionsgeschwindigkeit ermöglicht, und/oder eine Anordnung zu erhalten, die die Verwendung eines
billigeren Stahls minderer Qualität, d. h. von Stahl mit niedrigeren Legierungsgehalten, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Anordnung mit den charakteristischen Merkmalen gelöst, welche
in den nachfolgenden Ansprüchen aufgeführt sind.
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Die erfinderische Anordnung ergibt somit einen wichtigen Vorteil von wirtschaftlichem
Charakter, da die Anordnung die technische Lebensdauer des elektrostatischen Naßabscheiders
verlängert, wenn beispielsweise die Sammelelektroden, welche die Emissionselektroden umgeben
und zum Beispiel aus Röhrenkonstruktionen bestehen, aus einem bestimmten legierten Stahl
gemacht werden. Die erfinderische Anordnung liefert auch einen anderen wirtschaftlichen Vorteil,
da es möglich ist, einen niedriglegierten Stahl für die Herstellung der Sammelelektroden
auszuwählen und dennoch gute Korrosionsbeständigkeit und eine verlängerte technische
Lebensdauer der Sammelelektroden zu bekommen. Die erfinderische Anordnung ermöglichst auch
die wirksame Reinigung hochproblematischer Rauchgase, die sonst nicht in einer
Stahlkonstruktion ohne die Notwendigkeit einer Verwendung beispielsweise von Blei- oder
Kunststoffkonstruktionen mit den damit verbundenen Nachteilen behandelt werden konnten.
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Die Erfindung wird nun weiter im einzelnen unter Bezugnahme auf beispielhafte
Ausführungsformen derselben beschrieben, welche in der beigefügten Zeichnung erläutert sind, in welcher
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Fig. 1 eine teilweise transparente perspektivische Darstellung eines elektrostatischen
Abscheiders für die Reinigung von feuchten Gasen, d. h. eines sogenannten
elektrostatischen Naßabscheiders mit einer darin integrierten kondensierenden Kühlanordnung
ist,
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Fig. 2 eine schematische Längsschnittdarstellung eines mit der erfinderischen Anordnung
vorgesehenen elektrostatischen Naßabscheiders ist,
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Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung der in Fig. 2 gezeigten Anordnung entang der Linie III-III in
dieser Figur ist,
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Fig. 4 eine Querschnittsanordnung der in Fig. 2 gezeigten Anordnung entlang der Linie IV-IV in
dieser Figur ist und
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Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 2 angegebenen Schnittes V ist.
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Fig. 1 erläutert einen elektrostatischen Abscheider in der Form eines elektrostatischen
Naßabscheiders, der mit einer integrierten kondensierenden Kühlanordnung ausgestattet ist. Der
erläuterte elektrostatische Naßabscheider 1 enthält eine Hochspannungsquelle 2 und Isolatoren
3, die mehrere Emissionselektroden 4 über eine Rahmenkonstruktion tragen. Jede
Emissionselektrode 4 ist von einer Sammelelektrode 5 umgeben, die zweckmäßig eine Röhrenkonstruktion ist.
Die Spannungsquelle 2 arbeitet so, daß sie einen Potentialunterschied zwischen den
Emissionselektroden 4 und den umgebenden Sammelelektroden 5 erzeugt um so ein elektrisches Feld in
einem Bereich 6 zwischen diesen Elektroden zu erzeugen. Das mit Feuchtigkeit und Staub
beladene Gas fließt durch den Bereich 6, und die Staub- und Feuchtigkeitsteilchen werden durch
das elektrische Feld so beeinflußt, daß sie sich primär auf den inneren Oberflächen der
Sammelelektroden 5, d. h. den inneren Oberflächen der Röhren absetzen, so daß das Gas im
wesentlichen von Feuchtigkeit und Staubteilchen gereinigt ist, wenn es den Staubabscheider
verläßt. Der Fluß von mit Feuchtigkeit und Staub beladenem Gas in den elektrostatischen
Naßabscheider 1 ist durch den Pfeil 8 symbolisiert, während das den Abscheider 1 verlassende
gereinigte Gas durch den Pfeil 9 symbolisiert ist.
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Wie oben erwähnt, strömt das mit Feuchtigkeit und Staub beladene Gas aufwärts durch die
röhrenförmigen Sammelelektroden 5, und der Potentialunterschied, vorzugsweise in der Form
einer Gleichstromspannung, der zwischen den Sammelelektroden 5 und den Emissionselektroden
4 erzeugt wird, führt zu einer Glüh- und einer Koronaentladung, wodurch die maximalo
Abscheidung auf die einzelnen Feuchtigkeits- und Staubteilchen, die von dem Gas mitgetragen
werden, und damit die maximal mögliche Gasreinigungswirkung ausgeübt wird, wobei die Teilchen
von Feuchtigkeit und Staub im wesentlichen auf den inneren Oberflächen der Röhren 5
gesammelt werden und aus dem Abscheider 1 in der Richtung des Pfeils 10 abwärts fallen.
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Wenn anwendbar, wurden die Teile der Darstellung in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen
wie jene, die in Fig. 1 verwendet wurden, versehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Abscheidereinheit oder Trenneinheit 20 des
elektrostatischen Naßabscheiders 1 eine kondensierende Kühleranordnung 21, die einen Einlaß
22 für Kühlmedium 23 hat, wobei dieses Kühlmedium ein flüssiges Kühlmittel, wie beispielsweise
Wasser, ist. Die Kühlanordnung 21 enthält auch einen Auslaß 24 für Kühlmedium. Die
Kühlanordnung 21 ist außen durch Metallverschalungsplatten 25, eine Bodenplatte 26 und eine
obere Platte 27 begrenzt. Die Bodenplatte 26 und die obere Platte 27 sind mit Löchern zur
Unterbringung der röhrenförmigen Sammelelektroden 5 versehen, und eine Verbindung, die gegen
ein Auslecken von Kühlmedium gesichert ist, z. B. eine Schweißverbindung, ist zwischen den
Röhren 5 und den Platten 26 und 27 vorgesehen. So füllt, wie in den Fig. 2 bis 4 angegeben ist,
das zirkulierende Kühlmedium 23 den zwischen den Außenoberflächen der Röhren 5 und dem
Außengehäuse des Kühlers begrenzten Raum, wobei das Außengehäuse von den
Schalungsplatten 25, der Bodenplatte 26 und der oberen Platte 27 gebildet wird.
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Ziehstäbe 30 sind vorzugsweise zwischen den Verschalungsplatten 25 aus Gründen der
mechanischen Festigkeit angeordnet.
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Die erfinderische Abscheidereinheit 20 enthält somit die Sammelelektroden 5, die
Emissionselektroden 4, welche mittig in und koaxial zu den Sammelelektroden angeordnet sind, und die
kondensierende Kühlanordnung 21.
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Unter anderem deswegen, weil saure und ionenhaltige Aerosole, die in den Abgasen
vorhanden sind, in den röhrenförmigen Sammelelektroden 5 abgeschieden werden, ist es oftmals
erforderlich, die röhrenförmigen Sammelelektroden aus einem teuren hochlegierten Stahl oder aus
einem noch korrosionsbeständigeren Material zu konstruieren, was zu relativ hohen Kosten in
Bezug auf den elektrostatischen Naßabscheider 1 führt. Die oben genannte äußere Kühlung der
Röhren 5 wird somit die Temperatur der Röhren senken und eine Kondensation auf den inneren
Oberflächen der Röhren verbessern. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Geschwindigkeit, mit
welcher die Röhren 5 als Ergebnis der korrionsfördernden Schichten von Kondensat, das sich auf
den inneren Oberflächen der Röhren bildet, korrodieren. Eine spezielle Anordnung bekommt man
gemäß der Erfindung zum Zwecke einer gleichmäßigen Kühlung aller röhrenförmigen
Sammelelektroden 5. Die erfinderische Anordnung ermöglicht es, daß alle Röhren 5, die
Elektroden in dem Abscheider 20 einschließen, gleichmäßig gekühlt werden. Dies erreicht man,
indem man Einrichtungen in der Form beispielsweise mehrerer Verteilerleitungen 50 und 60
sowohl im oberen als auch im unteren Endteil der Abscheidereinheit 20 vorsieht.
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Es ist verständlich, daß die Anzahl der Verteilerröhren 50 und 60 von der Anzahl der
Sammelelektroden 5 abhängt, und im Falle der beispielhaften Ausführungsformen, die in den Fig.
2 bis 5 erläutert sind, sind drei solcher Verteilerröhren sowohl im oberen als auch im unteren
Endteil der Abscheidereinheit vorgesehen.
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Wie aus Fig. 4 ersichtiich ist, sind die Einlaßverteilerröhren 5 in dem unteren Endteil der
Abscheidereinheit 20 angeordnet und vorzugsweise parallel verbunden, so daß das in den Einlaß
22 eintretende Kühlmedium parallel in allen Einlaßverteilerröhren 50 über einen Verteilerkanal 51
verteilt wird. Die Einlaßverteilerröhren 50 sind an ihren freien Enden 52 verschlossen oder
versiegelt und sind entlang ihren oberen Oberflächen mit mehreren Kühlmediumauslaßlöchern 53
versehen.
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Die Auslaßverteilerleitungen 60 sind in Fig. 3 gezeigt. Die freien Enden 62 der Leitungen 60
sind verschlossen oder versiegelt und mehrere der Einlaßöffnungen 63 entlang der
Bodenoberfläche entsprechender Leitungen verteilt. Die Auslaßverteilerleitungen 60 stehen in Verbindung
mit einem Kanal 61, der seinerseits in Verbindung mit dem Kühlmediumauslaß 24 steht.
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Es ist verständlich, daß der Einlaß 22 und der Auslaß 24 in Verbindung mit einem äußeren
Kühlkreis in einer Weise stehen, daß von den Sammelelektroden 5 aufgenommene Wärmeenergie
zurückgewonnen wird, wobei diese zurückgewonnene Energie für irgendeinen brauchbaren Zweck
verwendet wird.
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Aus der vergrößerten Darstellung von Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Verteilerröhren 60 an ihrem
einen Ende 62 verschlossen oder versiegelt sind. Dies gilt natürlich sowohl für die
Einlaßverteilerleitungen 50 als auch für die Auslaßverteilerleitungen 60.
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Wie verständlich ist, können die Anzahl und die Abmessungen der Öffnungen 53 und 63 bei
den Verteilerleitungen 50 und 60 entlang der Länge der betreffenden Leitungen in einer Weise
variieren, daß der in den Leitungen auftretende Druckabfall kompensiert wird und so Flüssigkeit
gleichmäßig entlang der gesamten Lange der Leitungen eintritt und autritt. Aus Stabilitätsgründen
können die geschlossenen oder abgedichteten Enden 52 und 62 jeweiliger Leitungen 50 und 60
in Bezug auf ihre Umgebung fixiert sein.
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Ein besonderer Vorteil wird erreicht, wenn der Flüssigkeitseinlaß 22 im unteren Teil der
Abscheidereinheit und der Flüssigkeitsauslaß 24 im oberen Teil dieser Einheit angeordnet sind,
da dann ein Zusammenwirken mit der Bewegung des Wärmemediums erreicht wird. Es ist jedoch
verständlich, daß es innerhalb des Erfindungsgedankens liegt, diese Stellen des Einlasses 22 und
des Auslasses 24 umzuschalten.
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Es wird auch verständlich sein, daß die Löcher oder Öffnungen 53 und 63, die in den
Verteilerleitungen 50 und 60 angeordnet sind, in wechselweise unterschiedlichen Richtungen
ausgerichtet sein können, um so eine optimal Verteilung von Kühlmittel in der Kühlmittelanordnung
21 zu bekommen.
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Die verbesserte Gleichmäßigkeit der Verteilung des Kühlmittelmediums, die man gemäß der
vorliegenden Erfindung erzielt, führt auch als Sekundärwirkung zu einer verbesserten
Energieausnutzung.
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Die erfinderische Anordnung ergibt somit ein besonders wirksames und gleichmäßiges Kühlen
aller Sammelelektroden 5, was gemäß dem oben Gesagten im wesentlichen zu einer geringeren
Korrosionsgeschwindigkeit in Bezug auf die Sammelelektroden führt, und zwar als ein Ergebnis
der Kondensation, die sich auf den inneren Oberflächen dieser Elektroden bildet. In Verbindung
hiermit kann die Lebensdauer des elektrostatischen Naßabscheiders erhöht werden, und/oder die
Sammelelektroden können aus billigerem Stahl mit einem niedrigeren Legierungsgehalt als bisher
möglich hergestellt werden.
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Beispielsweise können die äußeren Verschalungsplatten 25 der Kühlanordnung 21 aus einer
unlegierten Stahlplatte bestehen.
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Die folgenden nicht beschränkenden Beispiele können erwähnt werden, um die mit der
vorliegenden Erfindung erzielten Vorteile weiter zu erläutern.
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Die Aerosoltröpfchen, die beispielsweise in einem Aufstromwaschturm gebildet werden und in
den elektrostatischen Abstromnaßabscheider eintreten, haben oft sehr hohe Konzentrationen z.
B. an H&sub2;SO&sub4;. Andererseits ist die Menge von Flüssigkeit/H&sub2;SO&sub4; in dem Aerosol klein. Es sei
angenommen, daß diese 1 g/Nm³ betragen kann.
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Es sei weiterhin angenommen, daß ein elektrostatischer Naßabscheider etwa 20 000 Nm³ Gas
je Stunde verarbeitet. Dies ergibt 20 000 x 0,001 = 20 kg Flüssigkeit, die beispielsweise 35 %
H&sub2;SO&sub4; enthält, welche auf den inneren Oberflächen der röhrenförmigen Sammelelektroden je
Stunde abgeschieden wird.
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Wenn das Gas abkühlt, kondensiert Wasserdampf auf den Kühloberflächen/Wänden der
Filtereinheiten. Die Menge an Wasserdampf, die so abgeschieden wird, liegt normalerweise
zwischen 500 und 1500 l/h.
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Es wird angenommen, daß das Gas eine Sättigungstemperatur von 60ºC hat und daß 1000
l Gas je Stunde gekühlt werden.
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Die Schwefelsäure (20 kg x 0,35 = 7,0 kg) wird dann mit weiteren 1000 l Wasser verdünnt.
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Die tatsächliche Schwefelsäurekonzentration fällt somit von 35 % auf 7 kg/1,013 kg etwa 0,7%
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Dieses Kühl-/Kondensierverfahren bedeutet, daß der neue Arbeitspunkt für den Stahl in den
Sammelelektroden teilweise infolge der niedrigen Temperatur des Stahls und teilweise wegen der
radikal veränderten Säurekonzentration bewegt wird, wodurch die Korrosionsgeschwindigkeit des
Stahls gesenkt wird.
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Aus der obigen Beschreibung wird verständlich, daß die Mittel, die gemäß der Erfindung
vorgesehen sind, um ein gleichmäßiges und wirksames Kühlen der Sammelelektroden zu
bewirken, sehr wichtige Vorteile ergeben und daß die bauliche Gestaltung dieser Mittel leicht an
die Konstruktion der Abscheidereinheit angepaßt werden kann und daß diese Mittel somit nicht
von der Anzahl der vorhandenen Sammelelektroden oder ihrer Form und Gestaltung abhängen.
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In jenen Fällen, wo es beispielsweise bevorzugt ist, die Abscheidereinheit 10 mit kreisförmigen
Außenumrissen oder kreisförmiger Querschnittsform zu gestalten, so daß die Verschalungsplatten
25 der Kühlanordnung 21 im Prinzip durch eine relativ große Röhre ausgetauscht werden können,
ist es bevorzugt daß wenigstens bestimmte der Verteilerleitungen 50, 60 eine an den oben
erwähnten Kreisumriß angepaßte Biegung erhalten.
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Die Erfindung ist somit nicht auf die erläuterten und beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt, da Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Gedankens der folgenden
Ansprüche vorgenommen werden können.