DE7035541U - Nass-elektrofilter zum reinigen von luft und abgasen. - Google Patents

Description

14. September 1970 189

Karl Erwin Merckle, 7107 Bad Friedrichshall, Hauptstr. 2

NaS-Elektrofilter zum Reinigen von Luft und Abgasen

Die Neuerung betrifft ein Naß-Elektrofilter zum Reinigen von Luft und Abgasen.

Bekannt sind Trocken- und Naß-Elektrofilter zur Abscheidung von Rußen, Stäuben und Aerosolen. Diese Filter arbeiten nach einem Verfahren, bei dem die Partikel der zu reinigenden Luft und Abgase durch Ionisierung negativ aufgeladen und dann von positiv wirkenden Flächen angezogen werden. Die Trocken-Elektrof il ter haben den Nachteil, daß sie für den Betrieb er.ieblich Energie benötig*m und außerdem eine verschleißanfällige Mechanik besitzen. Die Naß-Elektrofilter verbrauchen im allgemeinen ebenfalle einen verhältnismäßig hohen Energieaufwand aund arbeiter, mit relativ honen Druckverlusten oder bedürfen zur Reinigung eines zusätzlichen Waschvorganges. Die vorgenannten Naß-Elektrofilter weisen ferner eine ungünstige

aerDdynamische Luftführung sowie über den gesamten Abscheidungebereich eine gleichmäßig hohe Feldstärke zwischen Spüh- und Niederschlagselektroden auf. Schließlich sind diese Naß-Ei ektrofilter in der Erstellung und Wartung teuer sowie raumaufwendig und können nur mit erheblichem Kostenaufwand erweitert werden.

Aufgabe der Neuerung ist es daher, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und mit einfachen Mitteln sowie mit geringem Energieaufwand eine gleichmäßig hohe Abscheidungswirkung zu erzielen.

Die Lösung dieser Aufgabe erreicht die Neuerung durch ein Naß-Elektrofilter, das sich durch die Kombination der folgenden Merkmale auszeichnet:

a) zum Abscheiden der Abgasbsstandteils dient ein mit Stirnwänden versehenes Rohr;

b) von den Stirnwaänden weist die eine eine Einströmöffnung und die andere eine Ausströmöffnung auf 5

c) die Que.rschnittsflächen der Ein- und Ausströmöffnung sind kleiner als die jeweils benachbarte Querschnittsfläche des Rohres;

d) die obere Stirnwand weist einen ringförmigen Auffangkanal zum gleichmäßigen Einleiten der Berieselungsflüssigkeit auf, die einen geschlossenen Flüssigkeitsfilm an der Innenseite des Rohres bildet und als positive Niederschlagselektrode dient;

e) die da« Rohr axial durchsetzende Sprühelektrode ist mit Sprühelementen ausgestattet, deren Abstand zum Rohr unterschiedlich ist, vorzugsweise in Strömungsrichtung der Abgase abnimmt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dieses NaB-Blekxrofilter dadurch aus, daß die obere Stirnfläche des

sich konisch in Strömungsrichtung der Abgase erweiternden Rohres als untere Fläche des die Ausströmöffnung umgebenden Auffangkanals auegebildet ist und gleichzeitig als Prallfläohe zur Bildung der atauzone dient.

Ein Ausführungsbeispiel des Naß-Elektrofilters nach der Neuerung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnungsfigur zeigt einen Längsschnitt durch das Naß-Elektrofilter. In dieser sind auch unterschiedliche Ausbildungen der BerieeelungsflüaeigkeitszufUhrung dargestellt.

Daa Naß-Elektrofilter zum Reinigen von Luft und Abgasen - im

■ folgenden zusammenfassend mit Abgase bezeichnet - weist einen

[ Grundbehälter 1 auf, in den durch ein Zuleitungsrohr 2 die zu

[ reinigenden Abgase eingeleitet, werden. Der Grundbehälter 1

j ist in seinen Abmessungen so ausgelegt, daß eine Beruhigung

und Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit der Abgase eintritt. Gleichzeitig wird eine Erhöhung der positiven Vorionisierung dieser Abgase, wie sie durch die Reibung in den Zuleitungsrohren 2 entsteht, vermieden. In dem Grundbehäiter 1 können Einrichtungen zum Vorbehandeln der Abgase eingebaut sein. Diese Einrichtungen können beispielsweise aus einer Anlage 24 zur Bedüsung einströmender Abgase mit Wasser bestehen, wodurch eine Kühlung und eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes des Rohgases sowie eine grobe Vorabscheidung erreicht werden. Durch die Befeuchtung werden die für eine Reaktion geeigneten gasförmigen Bestandteile als Aerosole gebunden und die festen Bestandteile befeuchtet, wodurch eine gleichmäßige Aufladung im nachfolgenden Hochspannungsfeld gewährleistet ist. Es lassen sich bei der Bedüsung auch chemische Lösungen ausbringen, um den gleichen Zweck zu erreichen. Weiterhin können zur Erhöhung der Vorabscheidung Filtergewebe verwendet werden, aus denen die aufgefangenen Partikel mit Sprühwasser in den Grundbehälter 1 abgeschwemmt und anschließend durch

-4-

eine Fördereinrichtung ausgebracht werden. Die Rohgasruführung in den G-rundbehälter 1 kann durch einen Ventilator 3 und/oder durch Schieber gesteuert werden.

An den G-rundbehälter 1 schließen sich in vertikaler Richtung ein oder mehrere Filtereinheiten 4 an, von denen jede im wesentlichen aus einem, vorzugsweise als konisches, mit sich in Strömungsrichtung der Abgase erweiternder Querschnittefläche ausgebildeten Rohr 5 besteht, das an beiden Enden mit Stirnwänden 6 und 7 versehen ist. Von diesen weist die unten liegende Stirnwand 6 eine Einströmöffnung 8 und die oben liegende Stirnwand 7 eine Ausströmöffnung 20 auf. Die Querschnittsflächen dieser Durchströmöffnungen 8 und 20 sind vorzugsweise gleich groß, jedoch kleiner als die jeweils benachbarte Quer-8chnittsflache de^r Rohres 5, so daß also an dessen beiden Enden ein Flächensprung vorhanden ist. der die Abgasströmung beeinflußt. Dae im Grundbehälter 1 vorbehandelte Abgas gelangt durch die Einströmöffiiung 8 in das Rohr 5. Durch die gegenüber dem G-rundbehälter 1 kleinere Querschnittsfläche der Einströmöffnung 8 erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase kurzzeitig. Anschließend wird im eingangsseitigen Bereich des Rohres 5 der Abgasstrom verwirbelt und ein Teilstrom einer Turbulenzzone 9 zugeführt. Bei der konischen Erweiterung des Rohres 5 in Strömungsrichtung der Abgase reduziert sich deren Strömungsgeschwindigkeit, wodurch sich die Verweilzeit in der PiItereinheit 4 und damit die Abscheidungswirkung erhöht. Außerdem wird durch die konische Erweiterung des Rohres 5 der Abgasstrom teilweise zur Niederschlagselektrode geleitet.

Die Stirnwand 7 bildet mit ihr^r Ausströmöffnung 20 gegenüber dem größeren Querschnitt des Rohres 5 eine erhebliche Querschnittsverengung und bewirkt dadurch eine Stauzone 15 mit einer Verwirbelung, durch die die Abgase längere Zeit in der Abscheidungszone gehalten werden. Dadurch erhöht sich wiederum die Abscheidungswirkung.

-5-

Die Stirnwand 7 des Rohres 5 ist mit einem ringförmigen Auffangkanal 10 atisgestattet, in dsm eine Berieselungsflüssigkeit 23 gesammelt und gleichmV^-.ig nieder so nach innen geleitet wird, daß sich an der Innenserta des Rohres 5 ein geschlossener Flüssigkeitsfilm bildet, der als Niederschlagselektrode wirkt. Das Rohr 5 kann bei höheren Abgastemperaturen wegen dieser flüssigen Niederschlagselektrode auch aus elektrisch nichtleitendem Material, beispielsweise aus Kunststoff, bestehen. Die Berieselungsflüssigkeit 23 dient gleichzeitig zum Reinigen der Innenwand des Rohres 5. Zur gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung kann körniges Gut 11, z.B. Steine oder Schaumstoffe, in den Auffangkanal 10 gefüllt sein. Zusätzlich oder für sich allein können auch eine Anzahl von Röhrchen 12 vorgesehen sein, die die Berieselungsflüssigkeit 23 unmittelbar an der Innenseite des Rohres 5 gleichmäßig verteilen. Im Auffangkanal 10 erfolgt ferner eine Verwirbelung der Berieselungsflüssigkeit 23» um die auf deren Oberfläche haftenden, aus den Abgasen ausgeschiedenen Partikel mit der Berieselungsflüssigkeit 23 zu vermengen. Weiterhin kann die Stirnwand 7 in den Auffangkanal 10 einbezogen sein und seine untere Fläche bilden, die wiederum die Stauzone 15 erzeugt.

Der Auffangkanal 10 hat vorwiegend die Aufgabe, insbesondere bei mehreren übereinander gesetzten Filtereinheiten 4 die Strömungsgeschwindigkeit der herabgeflossenen Berieselungsflüssigkeit 23 herabzusetzen und diese dann mit ihrer Anfangsgeschwindigkeit dem unteren Rohr 5 zuzuleiten. Diese verhindert das Abreißen des Flüssigkeitsfilmea. Jede Filtereinheit 4 kann eine eigene Zuführung 13 und eine Ableitung 14 für die Berieselungsflüssigkeit 23 besitzen, wie die rechte Hälfte der Zeichnungsfigur zeigt. Es kann auch die gleiche Berieselungsflüssigkeit 23 für mehrere oder alle Filtereinheiten 4 verwendet werden, wie in der linken Hälfte der Figur dargestellt ist. Schließlich läßt sich die Berieselungsflüssigkeit 23 vom unteren Rohr 5 direkt in den Grundbehälter 1 leiten und dort sammeln, um dann durch ein Abflußrohr 21 abzufließen.

I · r t ι j # ι

■ B · ·

-6-

Die an der Innenseite des RoInrs 5 in entgegengesetzter Richtung des Abgasstromes abfließende i*erieselungsflüssigkeit 23, welche als Niederschlagselektrode wirkt, erzeugt einen Sog·, der die radiale Wandergeschwindigkeit der ionisierten Äugasbest andteiIe im Bereich der Niederschlagselektrode günstig erhöht.

Das erforderliche elektrische Spannungsfeld wird zwischen der positiv aufgeladenen Niederschlagselektrode, also dem durch Massenschluß geerdeten Berieselungsfilm 23, und einer in der Längsachse der Rohres 5 freihängenden und negativ aufgeladenen Sprühelektrode 16 erzeugt, die von außerhalb des Rohres 5 angebrachten Isolatoren 17 getragen wird. Die Sprühelektrode 16 besteht aus einem Längsträger 18, der gegebenenfalls mit Spitzen oder dergleichen versehen ist und zwischen dem und dem als Niederschlagselektrode dienenden Berieselungsfilm ein elektrisches Grundfeld gebildet wird. Am Längsträger 18 sind mehrere Sprühelemente 19 befestigt, die im wesentlichen ringförmig ausgebildet und in ihrem Durchmesser so abgestimmt sind, daß der Abstand zwischen dem Sprühelement 19 an der Einströmöffnung 8 und dem Rohr 5 größer ist als der Abstand zwischen dem Sprühelement 19 an der Austrittsöffnung 20 und dem Rohr 5. Die Abstandsabnahme kann gleichmäßig oder ungleichmäßig verlaufen. Durch diese Anordnung werden im Rohr 5 das Grundfeld überlagernde Abscheidungsζonen 22 mit unterschiedlichen elektrischen Feldstärken gebildet. Infolge der oben erläuterten aerodynamischen Abgasführung werden alle Abgasbestandteile, also auch die wesentlich träger reagierenden kleinen Abgasbestandteile in den Wirkungsbereich dieser Absehe idungszonen 22 mit den unterschiedlichen, insbesondere wachsenden Feldstärken gebracht und somit einer erhöhten radialen Wandergeschwindigkeit nach außen und damit einer verstärkten Abscheidungswirkung unterworfen.

-7-

Das ""aß-IBlektrofilter besteht aus mindestens einer Filtereinhei⁴-' -*.ie durch einen Grundbehälter 1 -und weitere Filtereini η 4 je nach Bedarf vertikal und/oder parallel nebenein.,·.-r erweitert werden kann. Die einzelnen Bauteile dieser Naß-Ei ektrofilteranlage, wie Gütereinheit 4 und Grundbehälter 1, sind typisiert, so daß mit gleichen Bauelementen Abscheidungsanlagen in jeder praktisch ausführbaren Größe und jedem erforderlichen Umfang ohne gioße vorherige Planungsarbeit errichtet werden können. Erweiterungen können nach dem Baukastensystem mit den montagefertig angelieferten Bauelementen innerhalb kurzer Zeit durchgeführt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Neuerung kann das Rohr 5 eine beliebig geformte Querschnittsfläche und/oder auch zylindrisch oder nahezu zylindrisch ausgebildet sein. Das Rohr 5 kann außen mit radialem Abstand von einem geschlossenen Mantel 25 umgeben sein, so daß ein an beiden Enden offener Rirgraum 26 entsteht. Durch die Erwärmung der in diesem Ringraum 26 vorhandenen Luft bildet sich eine nach oben gerichtete Luftströmung, die das Rohr 5 kühlt.

Die mit der leuerung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß

a) die Abgase nicht gleichmäßig durch das Filter strömen, sondern in den Turbulenz- und Stauzonen langer verweilen,

b) durch die aerodynamisch günstige Abgasführung die schwer

zu beeinflussenden kleinen Abgasbestandteile in die Abscheidungszonen mit höheren Feldstärken geleitet werden.

Dur das Zusammenwirken dieser Merkmale wird mit einem geringen Herstellungs- und Energieaufwand eine hohe Abscheidungswirkung erreicht.

-8-

Claims (5)

1. Sohutzansprüche

   1, Naß-Elektrofilter zum Reinigen von Luft und Abgasen, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) zum Abscheiden der Abgasbestandteile ein mit Stirnwänden (6,7) versehenes Rohr (5) dient,

   b) von den Stirnwänden (6,7) die eine (6) eine Einström- * ■*. -- -

   ' öffnung (8) und die andere (7) eine Ausströmöffnung

   (20) aufweist;

   c) die Querechnittsflachen der Bin- und Ausströmöffnung (8,20) kleiner als die jeweils benachbarte Querschnittsfläche des Rohres (5) sind;

   d) die Stirnwand (7) einen ringförmigen Auffangkanal (10) zum gleichmäßigen Einleiten der Berieselungsflüssigkeit (23) aufweist, die einen geschlossenen Plüssigkeitsfilm an der Innenseite des Rohres (5) bildet und als positive Niederschlagselektrode dient;

   e) die das Rohr (5) axial durchsetzende Sprühelektrode (16) mit Sprühelementen (19) ausgestattet ist, deren Abstand zum Rohr (5) unterschiedlich ist, vorzugsweise in Strömungsrichtung der Abgase abnimmt.
2. 2. Naß-Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Stirnfläche (7) des sich konisch in Strömungsrichtung der Abgase erweiternden Rohres (5) als untere Fläche des die Ausströmöffnung (20) umgebenden Auffang-

   '■- kanals (10) ausgebildet ist und gleichzeitig als Prallflä-■ ehe zur Bildung der Stauzone (15) dient.

   -9-

   -S-
3. 3. K aß-EleJttrofilter nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) mit seinen Stirnflächen (6,7), dem AuffangVanal (10) und der Sprühelektrode (16) eine Filtereinheit (4) bildet, von der mehrere baukastenförmig vertikal und parallel zusammenftL^bar sind.
4. 4. Naß-Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter einheit (4) auf einem Grundbehälter (1) angeordnet ist, in dem die Abgase einer Vorbehandlung, z.B. einer Flüssigkeitsbesprühung, ausgesetzt sind und in dem gleichzeitg die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase herabgesetzt wird.
5. 5. Naß-Elektrofilter nach Anspruch 1, da»v>roh gekennzeichnet, daß das Rohr (5) außen mit radialem Abstand von einem geschlossenen Mantel (25) umgeben ist, wodurch ein an beiden Enden offener Ringraum (26) gebildet wird.