DE69933211T2 - Verfahren und einrichtung zum trennen von teilchen aus einem luftstrom - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum trennen von teilchen aus einem luftstrom Download PDF

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    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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    • B03C3/00Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
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    • B01D53/323Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 by electrostatic effects or by high-voltage electric fields

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Description

  • Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und ein Gerät gemäß den Oberbegriffen der nachstehend beigefügten unabhängigen Ansprüche zum Trennen von festen oder tropfenartigen Partikeln aus zu reinigenden Luftströmungen.
  • Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein Verfahren und ein Gerät, bei denen Partikel aus einer Luftströmung oder einer entsprechenden Gasströmung in einer Separatorkammer oder dergleichen abgetrennt werden, indem die abzutrennenden Partikel elektrisch aufgeladen werden beispielsweise durch herkömmliche Hochspannungsverfahren oder Ionisation und indem diese elektrisch aufgeladenen Partikel mit der Hilfe einer geerdeten Kollektorfläche oder dergleichen abgetrennt werden. Typischerweise geschieht die Trennung in einer länglichen zylindrischen Kammer, bei der an einem Ende ein Luftströmungseinlass ausgebildet ist und an dem anderen Ende ein Auslass für die gereinigte Luftströmung ausgebildet ist, bei der die Partikel abgetrennt worden sind. Die Elektrode, die Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen, die die Partikel auflädt, ist typischerweise in dem mittleren Teil der Separatorkammer so angeordnet, dass sie sich im Allgemeinen von dem Luftströmungseinlassende zu dem Auslassende für die gereinigte Luftströmung erstreckt.
  • In herkömmlichen Separatoren auf der Grundlage der elektrischen Aufladung der Partikel und auch in elektrischen Filtern war es das Ziel, so niedrige Luftströmungsgeschwindigkeiten und so geringe Turbulenzen wie möglich zu erzielen, so dass die Staubpartikel von der Luftströmung in einer sanften und gesteuerten Weise abgetrennt werden können, und so dass verhindert wird, dass sie sich erneut mit der Luftströmung vermischen. Die Luftströmung wird typischerweise zu der Separatorkammer über eine Einlassöffnung an der Mitte an einem Ende von der Kammer gerichtet, und dann wird der Strömung gestattet, dass sie sanft in die axiale Richtung durch die Separatorkammer tritt, wodurch die Luftströmung und die abgetrennten Partikel gleichförmig die gesamte Kammer ausfüllen sowohl an der Mitte als auch in den Randbereichen. Eine derartige herkömmliche Reinigungsanlage muss relativ groß gestaltet sein, um den erwünschten Reinigungseffekt vorzusehen.
  • In herkömmlichen Separatoren werden Partikel von der zu reinigenden Luft an sämtlichen Separatorflächen, die sich in dem Strömungsweg befinden, sowohl an den Elektroden, an den Strukturen, die die Elektroden stützen, und an den Isolatoren abgetrennt, die zwischen den Elektroden und den geerdeten Kollektorflächen angeordnet sind. Die Partikel, die sich an den Flächen angesammelt haben, bewirken mit Leichtigkeit Blockierungen, die die freie Luftströmung durch die Separatorkammer beeinträchtigen. Andererseits können Anhäufungen von trockenen Partikeln, die sich an den Flächen angesammelt haben, von Zeit zu Zeit damit beginnen, dass sie sich erneut als Staubwolken bewegen, und staubige Luftmischungen ausbilden, die das erwünschte Reinigungsergebnis beeinträchtigen. Des weiteren können Lagen, die sich insbesondere an den Isolatoren angesammelt haben, einen Kurzschluss zwischen den Elektroden und den geerdeten Kollektorflächen verursachen, was den Betrieb des Isolators beeinträchtigt. Somit war aufgrund der Partikel, die sich an den Flächen angesammelt haben, die Handhabbarkeit und die Steuerung einer herkömmlichen Reinigungsanlage häufig schwierig.
  • Zusätzlich zu den kleinen Staubpartikeln kann die zu reinigende Luftströmung, die durch die Separatorkammer strömt, mitunter auch große Partikel oder Körper enthalten, die dann, wenn sie auf die Elektroden auftreffen und an den Elektrodenstützstrukturen anhaften, die Strukturen sowohl beschädigen können als auch eine Blockade bewirken können.
  • Bislang ist vorgeschlagen worden, ein Wassersprühen anzuwenden, um die Staubpartikel feucht zu machen und um sie aneinander zu binden, um ein besseres Abtrennen vorzusehen. Jedoch verdampft das Wasser relativ schnell aus dem befeuchteten Staubnebel, und somit hat dieses Benetzen nicht das erwünschte Ergebnis vorgesehen.
  • Die deutsche Druckschrift DE 533 036 C beschreibt ein Verfahren und ein Gerät, bei denen die zu reinigende Luftströmung entlang einer spiralartigen Bahn in einer Separatorkammer so gerichtet wird, dass Partikel in der Luftströmung aufgrund der Zentrifugalkraft abgetrennt werden.
  • Die amerikanische Patentveröffentlichung US 4 388 089 zeigt einen verbesserten Separator, in den zu reinigendes Gas in der tangentialen Richtung von oben geliefert wird, so dass das Gas dazu gebracht wird, dass es durch den Separator in einer im Allgemeinen spiralartigen Bahn um eine glatte und einfache Drahtelektrode an der Mittelachse von dem Separator tritt, wodurch die Zentrifugalkraft automatisch einen Teil der Partikel zu den geerdeten Wänden von dem Separator richtet. Es ist des weiteren ein Wasserfilm an den Separatorwänden eingerichtet, der von oben nach unten strömt, und mit diesem Film wird beabsichtigt, in einer gesteuerten Weise die Partikel, die sich an den Separatorwänden abgetrennt haben, von dem Separator wegzuführen, und ein anderes Ziel ist es, zu verhindern, dass die Partikel mit der Gasströmung erneut vermischt werden.
  • Das Leistungsvermögen von einem Separator, der mit einer einfachen Drahtelektrode versehen ist, ist relativ niedrig. In dem vorstehend beschriebenen Fall ist die Anwendung von anderen effizienteren Elektroden unter anderem durch die Tatsache eingeschränkt, dass Partikel sich leichter an deren Oberflächen ansammeln, was die vorstehend erwähnten Blockadeprobleme bewirkt, oder dass das elektrische Feld in ihrem mittleren Teil so gering sein kann, dass die Staub enthaltene Luft, die in dem mittleren Teil nach unten strömt, hindurchtritt, ohne gereinigt zu werden. Insbesondere dann, wenn die zu reinigende Gasströmung groß ist, kann es schwierig sein, zu verhindern, dass die Partikel in dem mittleren Teil von dem Separator und bei einem Abstand von dem Wasserfilm dem Gas nach unten zu der Reinigungsgasabgabe an dem Boden des Separators folgen. Bereits aufgrund der Schwerkraft neigen die Partikel dazu, dass sie sich direkt nach unten ausbreiten.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein neues Verfahren und ein neues Gerät zu schaffen, die besser als die zuvor bekannten sind, um Partikel aus einer Luftströmung abzutrennen.
  • Die Aufgabe ist es, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, bei denen insbesondere die vorstehend erwähnten Nachteile minimal gestaltet sind. Außerdem ist es eine Aufgabe, insbesondere ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, die das Ansammeln der Partikel, die von der Luftströmung abgetrennt worden sind, an den Elektroden, an den Strukturen, die die Elektroden stützen, und an den Isolatoren minimal zu gestalten, und die die durch das Ansammeln bewirkten Probleme minimal gestalten.
  • Eine Aufgabe ist es, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, die die Anwendung von effektiven Elektroden für das Aufladen der Partikel in dem Separator ermöglichen.
  • Um die vorstehend erwähnten Aufgaben zu lösen, sind das Verfahren und das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung durch die in den kennzeichnenden Teilen der unabhängigen Ansprüche aufgezeigten Merkmale gekennzeichnet.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für das Abtrennen von festen oder tropfenartigen Partikeln aus zu reinigenden Luftströmungen in Verbindung mit der Herstellung von Papier, Karton, Pulpe oder dergleichen gut geeignet.
  • Bei einer typischen Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die zu reinigende Luftströmung so eingerichtet, dass sie entlang einer spiralartigen Bahn durch eine längliche vertikale Separatorkammer von einem Einlass an ihrem Bodenende zu einem Auslass an ihrem oberen Ende läuft, wodurch die Separatorkammer als ein Separator wirkt, bei dem sowohl elektrische Kräfte als auch die Zentrifugalkraft an den Partikeln einwirken und die Partikel zu einer geerdeten Kollektorfläche an dem Umfang der Kammer richten. Die Kollektorfläche ist typischerweise durch die Wand der Separatorkammer ausgebildet und die Wand ist geerdet.
  • Ein typischer Separator gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine vertikale zylindrische Separatorkammer, in deren mittleren Teil eine längliche Elektrode, eine Ionisiereinrichtung oder eine ähnliche Einrichtung mit einem offenen Aufbau axial angeordnet ist, wobei diese Einrichtung die zu trennenden Partikel elektrisch aufladen kann. Die verschiedensten derartigen Elektroden können in Frage kommen, bei denen der horizontale offene Abschnitt der Elektrode eine große Fläche hat, vorzugsweise über 90%. Die Elektrode kann beispielsweise aus vertikalen Drahtelektroden oder dergleichen ausgebildet sein, die benachbart zueinander bei kurzen Abständen zueinander in der Form eines Kreises angeordnet sind, aus einem Netz, das durch Drahtelektroden ausgebildet ist und zu der Form eines Zylinders gebogen ist, oder aus einem glatten schmalen Zylinder bestehen, der mit scharfen Punkten oder Zapfen versehen ist, die die Entladung initiieren.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die zu reinigende Luftströmung so eingerichtet, dass sie um eine Elektrode oder dergleichen entlang einer spiralartigen Bahn läuft, die von dem Boden nach oben gerichtet ist. Dann werden die Partikel von der Luftströmung abgetrennt, wenn sie der Wirkung der Zentrifugalkraft ausgesetzt sind und/oder wenn sie elektrisch aufgeladen sind und zu den Wänden der Separatorkammer gerichtet werden. Bei einer bevorzugten Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Luftströmung so eingerichtet, dass sie spiralartig entlang den Wänden der Separatorkammer nach oben tritt, so dass die Partikel oder Körper in der Luftströmung über die Elektroden, die Strukturen, die die Elektroden stützen, und die Isolatoren so treten, dass sie im Großen und Ganzen diese nicht berühren.
  • Des weiteren ist ein kontinuierlicher Wasserfilm oder eine Wasserhaut in der Separatorkammer vorzugsweise so eingerichtet, dass er oder sie entlang den Wänden der Kammer strömt und unmittelbar die Staubpartikel oder anderen Partikel, wenn sie mit dem Wasser in Kontakt gelangen, bindet. Die Turbulenz, die sich in der spiralartig nach oben strömenden Luftströmung ergibt, unterstützt, dass die Partikel mit dem Wasserfilm in Kontakt gelangen, wodurch sogar ein kleiner Wasserfilm, der entlang den Wänden strömt, zum Binden des Staubs ausreichend ist. Die Partikel, die mit dem Wasserfilm in Kontakt gebracht werden, werden nass gemacht bzw. benetzt und mit dem Wasserfilm gebunden, und sie können sich nicht mit der Luftströmung erneut vermischen und können keine schädlichen Staub-Luft-Gemische ausbilden. Der Wasserfilm strömt nach unten und bewegt die Verunreinigungen, die an ihm anhaften, in den unteren Teil der Separatorkammer und gibt diese von dem Separator ab.
  • Die Drehbewegung der Luftströmung in der Separatorkammer führt dazu, dass der hauptsächliche Teil von der Luftströmung, die mit den Elektroden mit den Strukturen, die die Elektroden stützen, und mit den Isolatoren in Kontakt gebracht wird, relativ rein ist und keine wesentliche Ansammlung von Schmutz an den Strukturen bewirkt. Durch die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, sicherzustellen, dass die Elektroden und die anderen Flächen an der Mitte von der Separatorkammer sauber gehalten werden, indem Bedingungen in dem mittleren Teil der Separatorkammer um die Elektrodenflächen oder dergleichen herum für eine nach unten gerichtete Strömung von reinem Gas geschaffen werden, die die Elektroden wäscht. Die Elektroden oder Elektrodenoberflächen sind mit einem derartigen Aufbau gestaltet, dass sie die Gasströmung an dem Bereich der Elektroden nicht wesentlich behindern, jedoch ermöglichen, dass das reine Gas in dem mittleren Teil des Separators von der Oberseite der Separatorkammer nach unten strömt. Das reine Gas kann annähernd gerade nach unten strömen oder in einer kleinen Spirale nach unten strömen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wurde in überraschender Weise realisiert, dass der Umstand genutzt wird, dass in einem Separator, bei dem das gelieferte Gas dazu gebracht wird, dass es spiralartig nach oben strömt, an der Mitte von der spiralartigen Strömung eine nach unten gerichtete Strömung von sauberem oder reinem Gas ausgebildet ist, solange ein offener Raum für die reine Gasströmung in dem mittleren Teil des Separators eingerichtet ist. Bei der Lösung der vorliegenden Erfindung ist der offene Raum in dem mittleren Teil des Separators eingerichtet, indem an dem mittleren Teil des Separators derartige Elektroden angeordnet sind, die einen Querschnitt haben, der so offen wie möglich ist, was in anderen Worten in der Strömung eine Behinderung bewirkt, die so gering wie möglich ist. In dem Fall gemäß der vorliegenden Erfindung ist der offene Bereich von der Elektrodenfläche vorzugsweise größer als 90%.
  • Somit wird bei der Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung sichergestellt, dass die Elektroden sauber gehalten werden, indem eine Luftströmung in der Separatorkammer so eingerichtet ist, dass an der Mitte von der spiralartigen nach oben strömenden Luftströmung zwischen der Elektrode oder dergleichen und der Wand der Separatorkammer die Erzeugung einer kleineren nach unten gerichteten Strömung von reiner Luft ermöglicht wird. Die nach unten strömende saubere Luft wäscht die Oberflächen der Elektroden, die in dem mittleren Teil der Separatorkammer angeordnet sind, und entfernt jegliche Partikel, die sich an diesen angesammelt haben und richtet diese Partikel nach unten zu der Partikelabgabe und/oder richtet sie zu der spiralartigen Luftströmung nach außen, bei der die Partikel einem neuen Abtrennprozess ausgesetzt werden. Die Strömung der reinen Luft ist geringer als 30% von der zu reinigenden Luftströmung. Häufig ist eine wesentlich kleinere Reinluftströmung ausreichend, um die Elektrodenoberflächen rein zu halten.
  • Um den offenen Bereich sicherzustellen, können die Elektroden vorzugsweise aus Drahtelektroden gestaltet sein, indem sie bei kurzen Abständen zueinander angeordnet sind oder indem sie zu Elektrodenbaugruppen mit einer erwünschten Form, beispielsweise einer Netzform, gebogen werden, wobei jedoch ein Raum zwischen den Elektrodenoberfläche für die Gasströmung belassen bleibt, oder indem scharfe Punkte oder Zapfen der Elektroden ausgebildet werden, die an der Stützstruktur an der Mitte des Isolators befestigt sind.
  • Die spiralartige Strömung der zu reinigenden Luft wird beispielsweise vorgesehen, indem die Luftströmung in einer tangentialen Richtung in die Separatorkammer von einem Einlass an dem Bodenteil der Kammer geliefert wird. Andererseits kann die Luftströmung auch axial von einer Einlassöffnung oder einem Einlasskanal geliefert werden, die oder der an der Mitte der Kammer angeordnet ist, wenn ein oder mehrere Flügel oder dergleichen in der Öffnung oder in dem Kanal angeordnet sind, wodurch diese Flügel die Luftströmung dazu bringen, dass sie entlang einer spiralartigen Bahn in der Kammer um die imaginäre Achse der Kammer tritt.
  • Die Luftströmung wird in den Separator von seinem unteren Teil so geliefert, dass die Luftströmung sich an der Innenfläche von dem Zylinder dreht. Die Luft läuft in einer Schraubbewegung von dem Einlass zu dem Auslass. Die Drehbewegung stellt eine stabile Strömung sicher und stellt die gleiche Retentionszeit in dem Separator für die gesamte Luftströmung sicher. Jegliche großen Körper in der Luftströmung treffen an der Wand von dem Zylinder, die als eine Kollektorfläche wirkt, unmittelbar dann auf und haften an dieser, wenn sie in den Separator gelangen, ohne dass irgendein Schaden bewirkt wird.
  • Aufgrund der Drehbewegung der Luftströmung ist die Entfernung, die die Luftströmung in der Separatorkammer läuft, ein Vielfaches, typischerweise das 3- bis 6-fache, im Vergleich zu der Länge der Separatorkammer oder im Vergleich zu der Entfernung, die die Luftströmung in herkömmlichen Separatoren läuft, die mit einer axialen Strömung arbeiten.
  • Die vorliegende Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
  • 1 zeigt ein Beispiel einer Darstellung von einem Reinigungsgerät, das einen Separator gemäß der vorliegenden Erfindung anwendet.
  • 2 zeigt in schematischer Weise und teilweise offen einen beispielartigen Separator gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt schematisch einen Querschnitt von einem anderen beispielartigen Separator gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt in schematischer Weise eine Abwandlung von dem Separator gemäß 3.
  • Die 5 bis 7 zeigen in schematischer Weise Elektroden, die für einen Separator gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
  • 1 zeigt ein Luftreinigungsgerät 10, das in Verbindung mit einer Papiermaschine angeordnet ist, bei dem Staubpartikel von der Luft abgetrennt werden, in dem die Partikel elektrisch durch herkömmliche Hochspannungsverfahren, durch elektrische Ionisierverfahren oder irgendein anderes entsprechendes Verfahren aufgeladen werden. Das Luftreinigungsgerät hat einen Separator 12, ein Einlassrohr 14 für die zu reinigende Luft, ein Abgaberohr 16 für die gereinigte Luft, ein Abgaberohr 18 für die abgetrennten Partikel, eine Energiequelle 20 und ein Sprühwasserrohr 22.
  • Der Separator 12, d.h. der eigentliche Luftreiniger hat eine vertikale zylindrische Separatorkammer 24, die einen Einlass 26 für die zu reinigende Luft, einen Auslass 28 für die gereinigte Luft und eine Abgabeöffnung 30 für die abgetrennten Partikel hat. Die Separatorkammer hat typischerweise eine Höhe von 2 bis 9 m, geeigneterweise 3 bis 7 m, und einen Durchmesser von 0,5 bis 3 m, geeigneterweise 1 bis 2 m, und ist im Allgemeinen eine Kammer, die aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, mit einem maximalen Durchfluss von ungefähr 0,3 bis 10 m3/s, typischerweise 1 bis 5 m3/s.
  • In dem mittleren Teil des Separators ist eine Elektrode oder Ionenerzeugungseinrichtung 32 angeordnet, die mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte 34 aufweist, wobei an jedem von diesen eine Vielzahl an Punkten zum Erzeugen einer Koronaentladung angebracht ist. Die Elektrode ist mit einer Energiequelle 20 durch einen Leiter 36 verbunden, wobei die Spannung der Energiequelle beispielsweise 100 bis 150 kV beträgt. Die Wand 38 von dem Separator ist geerdet, wodurch ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode und der geerdeten Wand erzeugt wird, wobei dieses Feld die Partikel, die sich in dem elektrischen Feld bewegen, auflädt, und die Partikel dazu bringt, dass sie sich zu der Wand hin bewegen.
  • Zu reinigende Luft wird zu dem Separator von verschiedenen Orten 40, 40' beispielsweise in einer Papiermaschine wie beispielsweise von einer Siebpartie, von der Trockenpartie, von der Rollenschneidmaschine und von der Beschichtungsmaschine so geliefert, dass die Luft von unter anderem Wassertropfen, Faserpulpe, Additiven oder anderem Staub gereinigt wird. Es ist häufig erforderlich, Staub und auch Wassertropfen aus der Luft zu entfernen, bevor diese wiederverwendet wird oder in die Umgebung abgegeben wird. Auch sogenannte reine externe Luft kann in einem Separator gemäß der vorliegenden Erfindung gereinigt werden. Die zu reinigende Luft wird durch den Separator mit der Hilfe eines Gebläses 42 befördert, das in dem Abgaberohr 16 für die gereinigte Luft angeordnet ist.
  • In dem Separator gemäß der vorliegenden Erfindung, der in 1 gezeigt ist, wird die zu reinigende Luft in der tangentialen Richtung in den Separator so geliefert, dass die Luftströmungen entlang einer spiralartigen Bahn in der Separatorkammer 24 entlang ihren Wänden 38 von dem Einlass 26 an ihrem unteren Teil zu dem Auslass 28 an ihrem oberen Teil gelangen. Die Luftströmung kann zu dem Separator bei einer hohen Geschwindigkeit von 10 bis 20 m/s, typischerweise 15 m/s, gerichtet werden, wodurch die Geschwindigkeit der Luftströmung wesentlich höher als die Luftströmungsgeschwindigkeit in herkömmlichen entsprechenden Separatoren ist, in denen sie maximal 3 bis 4 m/s, sogar weniger als 1 m/s ist. Andererseits ist die Retentionszeit von der Luftströmung in dem Separator im Allgemeinen so lang wie in den herkömmlichen Separatoren.
  • Aufgrund des tangentialen Einlasses treffen große Partikel in der Luftströmung an der Separatorwand unmittelbar an dem unteren Teil des Separators auf, wo sie von der Luftströmung abgetrennt werden. Luft und jegliche kleineren Partikel, die in ihr belassen bleiben, strömen weiter nahe zu der Wand 38 in dem elektrischen Feld zwischen der Elektrode 32 und der geerdeten Wand 38. Die Partikel in der Luftströmung werden in dem elektrischen Feld aufgeladen, wodurch die Kombination aus der Zentrifugalkraft und dem elektrischen Feld bewirkt, dass die Partikel aus der Luftströmung und aus ihrem Transport zu dem geerdeten Außenumfang des Separators anders ausgedrückt seine Wand abgetrennt werden, und an der Wand anhaften. Da die Luftströmung so gerichtet wird, dass sie entlang der geerdeten Wand läuft, und da keine anderen Strukturen zwischen der Wand und der Luftströmung vorhanden sind, können die aus der Luftströmung abgetrennten Partikel sehr leicht laufen entweder aufgrund der Zentrifugalkraft oder aufgrund der elektrischen Kräfte oder aufgrund ihres kombinierten Effektes, so dass sie mit der geerdeten Wand in Kontakt gelangen und an dieser anhaften. Die gereinigte Luft, die frei von Partikeln ist, wird aus dem Auslass 28 abgegeben.
  • Die Partikel, die an der Wand 38 anhaften, werden durch Waschwasserstrahlen 44 in Verbindung mit dem Wasserrohr 22 entfernt, wodurch die Strahlen einen kontinuierlichen Wasserfilm ausbilden, der entlang der Wände 38 nach unten strömt, und sicherstellen, dass die Partikel aus der Luftströmung abgetrennt werden. In der Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es im Allgemeinen nicht erforderlich, dass die Luft, die Partikel enthält und in der Separatorkammer strömt, mit Wasserstrahlen oder einem Wassersprühnebel benetzt wird. Das Wasser wird hauptsächlich direkt zu den Wänden der Separatorkammer gesprüht, wo das Wasser einen Wasserfilm ausbildet, der die Partikel an der Wand bindet. Der Wasserfilm und die Partikel in ihm werden aus dem Separator durch die Öffnung 30 abgegeben, die an der Mitte von dem Boden 46 in dem Separator ausgebildet ist. Das Abgeben der Partikel von dem Boden 46 des Separators kann effektiver gestaltet werden durch ein von Zeit zu Zeit erfolgendes Sprühen von Wasser an dem Boden beispielsweise während ungefähr 30 Sekunden in einem Intervall von ungefähr 20 Minuten aus Sprühdüsen 48, die an dem Boden angeordnet sind und außerdem mit dem Wasserrohr 22 verbunden sind. In vielen Fällen ist es möglich, Reinwasser als Waschwasser anzuwenden.
  • 2, in der die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet sind, wo dies anwendbar ist, zeigt einen typischen Separator gemäß der vorliegenden Erfindung, der teilweise geöffnet ist. Fünf Elektrodenabschnitte 34 sind in dem Separator axial montiert, wobei die Abschnitte durch ringartige Stützstrukturen, die koaxial an der Achse des Separators montiert sind und durch eine Vielzahl an beispielsweise 4 bis 20 radial angeordneten Stiftelektroden 50 ausgebildet sind. Über einen Leiter 36 ist die Elektrode mit der Energiequelle 20 und mit einer Steuereinrichtung verbunden, die nicht detaillierter gezeigt ist. Der Leiter ist gegenüber der geerdeten Wandstruktur 38 durch einen Isolator 52 geschützt.
  • Der Einlass 26 von der zu reinigenden Luft ist an dem Umfang des Separators so eingerichtet, dass er die zu reinigende Luft in einer tangentialen Richtung in den Separator richtet. In dem Einlass wird die zu reinigende Luftströmung zu einer spiralartigen Bewegung gebracht, wodurch die Partikel in der Luftströmung zu den Wänden 38 des Separators gerichtet werden und nicht in irgendeiner nennenswerten Menge mit den Abschnitten 34 der Elektrode in Kontakt gelangen, die somit rein und intakt bleibt. Außerdem ist der Isolator 52 frei von Partikeln gehalten, und es besteht kein Risiko eines Zündens von den Elektroden 50 über den Isolator 52 zu der geerdeten Wand 38.
  • Waschwasser wird an den Separatorwänden von einem ringartigen Wasserrohr 54 gesprüht, das mit Sprühdüsen 44 versehen ist und koaxial zu dem Separator in dem oberen Teil des Separators angeordnet ist. An dem Boden des Separators ist außerdem ein ringartiges Wasserrohr 56 angeordnet, von dem Waschwasser von Zeit zu Zeit gesprüht werden kann, um die Partikel, die sich an dem Boden 46 angesammelt haben, zu der Partikelabgabeöffnung 30 zu richten. Um die Partikel abzugeben, ist es nicht unbedingt erforderlich, dass ein winkliges Wasserrohr an dem Boden vorhanden ist, sondern es kann eine erforderliche Anzahl von beispielsweise 3 separaten Wasserdüsen für das Sprühen von Waschwasser angeordnet sein.
  • 3 zeigt einen anderen typischen Separator gemäß der vorliegenden Erfindung zum Entfernen von Partikeln aus einer Luftströmung. Die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 sind angewendet, sofern dies auch in 3 anwendbar ist. In der Separatorkammer 24 der 3 ist die Lufteinlassöffnung 26' axial an der Mitte von dem Boden 46 des Separators angeordnet. Um die Luftströmung zu einer spiralartigen Bewegung zu bringen, sind Flügel 58 in einem Kanal 26'' angeordnet, der in der Einlassöffnung 26' angeordnet ist, wobei diese Flügel die Luftströmung zu einer Drehbewegung bringen. Aufgrund der Flügel hat die Luftströmung in diesem Separator eine spiralartige Form wie in den Separatoren, die in den 1 und 2 gezeigt sind. In dem Separator 12 bewegt sich die Luftströmung um die Elektroden 32 herum, so dass die Partikel im Allgemeinen nicht mit der Elektrode oder den Strukturen, die die Elektrode stützen, in Kontakt gelangen. In der Lösung gemäß 3 ist die Partikelabgabeöffnung 30' in dem unteren Teil der Separatorwand 38 oder in dem Boden 46, d.h. benachbart zu der Einlassöffnung 26' für die Luftströmung ausgebildet.
  • 3 zeigt außerdem die Luftströmung 57, die zu reinigen ist, die in einer Spiralströmung nach oben gerichtet wird und von der Partikel abgetrennt werden und zu der Wand 38 transportiert werden aufgrund des Effektes von entweder der Zentrifugalkraft oder der elektrischen Kraft. 3 zeigt außerdem an der Mitte der spiralartig nach oben strömenden Luftströmung, die zu reinigen ist, eine andere wesentlich kleinere Reinluftströmung 59, die in einer spiralartigen Strömung nach unten läuft, wobei diese Reinluftströmung die Elektrode 32 wäscht, um sie sauber zu halten. Die waschende Reinluftströmung ist wesentlich kleiner als die zu reinigende Luftströmung, typischerweise ist ihr Volumen geringer als 30% der zu reinigenden Luftströmung. Die Anwendung von einer Waschluftströmung ermöglicht die Anwendung von vielen verschiedenen effektiven Elektrodenaufbauarten, da das Luftwaschen verhindert, dass sich Staub an ihren Oberflächen ansammelt. Ein ähnliches Elektrodenwaschen ist in vorteilhafter Weise auch in den Geräten gemäß der vorliegenden Erfindung eingerichtet, die in den 1 und 2 gezeigt sind.
  • 4 zeigt einen Separator 12 gemäß 3, wobei jedoch nunmehr der Separator zwei Abschnitte 60, 62 so hat, dass die Elektrode 32 lediglich in dem oberen Abschnitt 60 von dem Separator montiert ist, wobei der untere Abschnitt 62 von dem Separator lediglich als ein Zentrifugalseparator arbeitet. Flügel 58 sind in der Einlassöffnung montiert, die in dem unteren Teil des Separators ausgebildet ist, wobei die Flügel die Luftströmung, die zu dem Separator geliefert wird, zu einer spiralartigen Bewegung bringen. Außerdem werden in dem unteren Abschnitt 62 von dem Separator Partikel, die aus der Luftströmung durch die Zentrifugalkraft abgetrennt werden können, abgetrennt, und die kleineren Partikel folgen der Luftströmung in den oberen Abschnitt 60 von dem Separator. In dem oberen Abschnitt des Separators werden die kleineren Partikel elektrostatisch abgetrennt, wenn die Luftströmung zwischen der Elektrode 32 und der geerdeten Wand 38 läuft, wie dies in Verbindung mit den 1 bis 3 beschrieben ist.
  • In diesem Fall ist es möglich, einen separaten Auslass 64 für grobe Partikel in dem unteren Abschnitt 62 und einen Auslass 66 für Feinpartikel im oberen Abschnitt 60 von dem Separator anzuordnen, wobei Partikel unterschiedlicher Art voneinander getrennt werden können, was in einigen Fällen nützlich sein kann.
  • Die 5 bis 7 zeigen verschiedene Elektroden, die denkbar in einer Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden können. Die zylindrische Elektrode von 5 ist durch eine zylindrische Fläche 70 ausgebildet, bei der Punkte 72 ausgebildet sind, um eine Koronaentladung zu erzeugen. Die Elektrode 74 aus 6 ist aus dünnen Drahtelektroden 76 ausgebildet, die zu einer Netzform kombiniert sind. Das Netz ist zu der Form eines Zylinders gebogen. Die Elektrode 78 aus 7 ist durch eine Anzahl an vertikalen Drahtelektroden 80 ausgebildet, die benachbart zueinander an einem zylindrischen Umfang so verbunden sind, dass sie axial gerichtet sind. Die Elektroden haben einen offenen Aufbau, so dass sie die Anwendung einer vertikalen Waschluftströmung an der Mitte von dem Separator ermöglichen, um die Elektroden rein zu halten.
  • Der Vorteil der Separatorlösung gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den bislang bekannten Lösungen kann unter anderem darin gesehen werden, dass
    • – ein erneutes Vermischen der gereinigten Luft und der abgetrennten Partikel vermieden werden kann, wenn der Einlass der zu reinigenden Luft an dem unteren Teil des Separators und der Auslass von der gereinigten Luft an dem oberen Teil des Separators angeordnet ist;
    • – wenn der Lufteinlass an dem unteren Teil des Separators angeordnet ist, die zu reinigende Luft und der Wasserfilm, der entlang den Wänden des Separators strömt, so eingerichtet sein können, dass sie in entgegengesetzte Richtungen strömen, so dass die Luft, die Verunreinigungen enthält, in dem unteren Teil von dem Separator auf Wasser trifft, dass die meisten Verunreinigungen enthält, und so dass die gereinigten Luft in dem oberen Teil von dem Separator sauberes Wasser antrifft;
    • – effektivere Elektrodenlösungen als einfache Drahtelektroden als Elektroden angewendet werden können, wenn die Luftströmung so eingerichtet ist, dass ein kleiner Teil von reiner Luft axial nach unten in dem mittleren Teil des Separators strömt und die Elektroden wäscht, wobei außerdem berücksichtigt ist, dass das Leistungsvermögen der Drahtelektroden relativ gering ist; und
    • – die Anwendung von größeren Elektroden die Anwendung von Separatoren, die eine größere Größe haben, ermöglicht.
  • Die Luftströmungsreiniger gemäß der vorliegenden Erfindung, die in den 1 bis 4 gezeigt sind, arbeiten effektiv, da sie einen Oberteilseparator auf der Grundlage von Massenkräften in Kombination mit elektrischer Abtrennung nutzen. Ein Separator gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Abtrennen vorsehen, dass sogar höher als 99% beträgt, was ermöglicht, dass die zu reinigende Luft auch bei anspruchsvollen Anwendungen genutzt wird. Ein Oberteilseparator selbst kann Wassertropfen mit einer Größe von mehr als ungefähr 100 μm abtrennen. Andererseits erreicht das Abtrennvermögen von einem Separator auf der Grundlage der elektrischen Abtrennung Partikel von gut unter einem Mikrometer. Somit ist ein Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung dazu gedacht, dass es die verschiedensten Verunreinigungen aus der Luftströmung oder einer entsprechenden Gasströmung, wobei Flüssigkeitstropfen und feste Partikel umfasst sind, mit einem breiten Partikelgrößenverteilungsbereich reinigt.
  • Aufgrund des geringen Druckunterschiedes von dem Separator ist der Energieverbrauch von dem Gebläse in einem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu früheren Lösungen gering. Der Energieverbrauch, der für das elektrische Aufladen oder das Ionisieren bei einem typischen Separator gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, wird bei einer Höhe von ungefähr 1 bis 3 kW gehalten. Bei einer Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Wasserverbrauch ebenfalls gering, typischerweise ungefähr 25 bis 30 Liter/Minute, da Wasser per se für das Abtrennen von Staub aus der Luft nicht erforderlich ist, sondern lediglich für das Entfernen der Partikel aus dem Separator.
  • Die vorliegende Erfindung soll nicht auf die vorstehend aufgezeigten beispielartigen Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern im Gegensatz dazu soll sie breit innerhalb der erfinderischen Idee angewendet werden, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Trennen von festen oder tropfenartigen Partikeln aus einer Luftströmung oder dergleichen, die zu reinigen ist, wobei bei dem Verfahren – die zu reinigende Luftströmung zu einer Separatorkammer (24) geliefert wird und so gerichtet wird, dass sie entlang einer spiralartigen Bahn zumindest durch einen Teil der Separatorkammer so läuft, dass ein Teil von den Partikeln in der Luftströmung aufgrund der Zentrifugalkraft abgetrennt wird; – die Luftströmung so eingerichtet ist, dass sie durch die Separatorkammer (24) zwischen einerseits zumindest einer Elektrode, einer Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen (32) und andererseits einer geerdeten Kollektorfläche (38), die zwischen dem Einlassende von der Separatorkammer und ihrem Auslassende angeordnet sind, so strömt, dass Partikel aufgeladen werden, von der Luftströmung abgetrennt werden und an der Kollektorfläche angesammelt werden, – die zu reinigende Luftströmung so eingerichtet ist, dass sie entlang einer nach oben gerichteten Spiralbahn um die Elektrode, die Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen (32) in zumindest einem Teil der Separatorkammer strömt, gekennzeichnet durch – in der Separatorkammer erfolgendes Nutzen einer Elektrode, einer Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen mit einem offen Aufbau, wobei ermöglicht wird, dass eine geringfügige gereinigte Luftströmung nach unten in dem mittleren Teil der Spiralbahn von der zu reinigenden Luftströmung läuft, wodurch die geringfügige Luftströmung die Elektrode, die Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen wäscht.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reinigende Luftströmung in einer tangentialen Richtung in die Separatorkammer von einem Einlass (26) an ihrem Bodenteil geliefert wird, – eine gereinigte Luftströmung, die weniger als 30% der zu reinigenden Luftströmung beträgt, so eingerichtet ist, dass sie in dem mittleren Teil von der Separatorkammer in einer Spiralbahn nach unten läuft, wodurch sie die Elektrode, die Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen wäscht.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reinigende Luftströmung in die Separatorkammer durch einen Luftströmungseinlasskanal (26'') oder dergleichen geliefert wird, der hauptsächlich axial in der Separatorkammer angeordnet ist, wobei ein oder mehrere Flügel (58) oder dergleichen in dem Kanal oder dergleichen angeordnet sind, um die Luftströmung dazu zu bringen, dass sie entlang einer Spiralbahn läuft.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reinigende Luftströmung so gerichtet wird, dass sie durch die Separatorkammer entlang einer Spiralbahn hauptsächlich von dem Einlass (26, 26') an einem Ende von der Separatorkammer zu einem Auslass (28) an ihrem anderen Ende und zwischen einerseits der Elektrode, der Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen (32), die axial in der Separatorkammer angeordnet ist, und andererseits die zylindrische Wand von der Separatorkammer, die die geerdete Kollektorfläche (38) ausbildet, so läuft, dass die Entfernung, die von der Luftströmung in der Separatorkammer zurückgelegt wird, ein Vielfaches im Vergleich zu der Länge der Separatorkammer ist.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorfläche kontinuierlich mit Wasserstrahlen (44) benetzt wird, um die Partikel, die sich an der Kollektorfläche angesammelt haben, zu benetzen, und dass der Boden von der Separatorkammer zumindest von Zeit zu Zeit mit einem Wasserstrahl (48) besprüht wird, um die Partikel, die sich an dem Boden angesammelt haben, zu einer Abgabeöffnung in dem Boden zu richten.
  6. Gerät zum Trennen von festen oder tropfenartigen Partikeln von einer zu reinigenden Luftströmung in Verbindung mit einer Papierherstellung oder Pulperherstellung, wobei das Gerät eine Separatorkammer (24) aufweist, die folgendes hat: – zumindest eine Elektrode, eine Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen (32), die hauptsächlich axial in der Separatorkammer angeordnet ist für ein elektrisches Aufladen von Partikeln in der Luftströmung, – zumindest eine geerdete Kollektorfläche (38) für ein Sammeln der Partikeln, die sich von der Luftströmung abgetrennt haben und die elektrisch aufgeladen worden sind, und – an einem Ende einen Einlass (26, 26') für die zu reinigende Luftströmung und einen Auslass (28) an dem andere Ende für die gereinigte Luftströmung, wobei der Einlass an dem unteren Teil der Separatorkammer angeordnet ist und eine Einrichtung hat für ein Richtung der Luftströmung in derartiger Weise, dass sie von dem Einlass zu dem Auslass entlang einer Spiralbahn um die Elektrode, die Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen herum läuft, – wobei die zumindest eine Elektrode axial in dem mittleren Teil der Separatorkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die zumindest eine Elektrode, Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen einen offen Aufbau hat, so dass sie im Wesentlichen eine Gasströmung an dem mittleren Teil von dem Separator von der Oberseite der Separatorkammer nach unten nicht behindert, und so dass sie ermöglicht, dass eine Waschluftströmung in den mittleren Teil des Separators verwendet wird, um die Elektrode, die Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen sauber zu halten, – wobei die Elektrode, die Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen dann beispielsweise ausgebildet ist durch: vertikale Drahtelektroden, die zu einer Kreis- oder Netzform angeordnet sind; einen schmalen Zylinder, der mit Punkten oder Zapfen versehen ist, die die Entladung initiieren; oder durch Nadelelektroden, die radial an dem Stützaufbau angeordnet sind.
  7. Gerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Richten der Luftströmung einen Einlass (26) für die Luftströmung aufweist, der an dem Umfang der Separatorkammer angeordnet ist, um die Luftströmung in einer tangentialen Richtung in die Separatorkammer zu richten.
  8. Gerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Richten der Luftströmung einen Einlasskanal (26'') oder dergleichen aufweist, der hauptsächlich axial an einem Ende von der Separatorkammer angeordnet ist und mit zumindest einem Flügel (58) versehen ist, der die Luftströmung dazu bringt, dass sie entlang einer Spiralbahn um die imaginäre Achse der Separatorkammer läuft.
  9. Gerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (38) von der Separatorkammer geerdet sind und dass die Einrichtung zum Richten der Luftströmung eine Einrichtung (26, 58) zum Richten der Luftströmung in derartiger Weise aufweist, dass sie entlang einer Spiralbahn entlang den Wänden (38) der Separatorkammer von einem Einlass (26) an einem Ende der Separatorkammer zu einem Auslass (28) an ihrem anderen Ende läuft.
  10. Gerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatorkammer eine vertikale zylindrische Kammer ist, an deren Mitte eine Elektrode, eine Ionenerzeugungseinrichtung oder dergleichen (32) axial angeordnet ist, wobei ein Luftströmungeinlass (26) an dem Bodenteil der Separatorkammer angeordnet ist und ein Luftströmungsauslass (28) an ihrem oberen Teil angeordnet ist.
  11. Gerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatorkammer eine vertikale Kammer ist und dass eine Abgabeöffnung (30) für ein Material, das aus der Luftströmung abgetrennt wird, an dem mittleren Teil des Bodens von der Separatorkammer angeordnet ist.
  12. Gerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatorkammer einen vertikale Kammer mit einer Höhe zwischen 2 und 9 m, wobei 3 bis 7 m am besten geeignet sind, und mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 3 m ist, wobei 1 bis 2 m am besten geeignet sind.
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