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Verfahren zur elektrischen Abscheidung von nicht oder schlecht leitenden
Schwebeteilchen aus Gasen oder Gasgemischen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren
zum Betrieb von Elektrofiltern, das die Vermeidung der sogenannten Staubionisation
zum Ziel hat.
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Der Begriff der Staubionisation ist in der 1?lektrofilterteclinik
bekannt und sei nachstehend näher erläutert. Bei Elektrofiltern, die nicht oder
schlecht leitende Schwebeteilchen aus Gasen oder Gasgemischen abzuscheiden haben,
haben sich bekanntlich störende Erscheinungen bemerkbar gemacht, die auf den hohen
Isolationswert der abgeschiedenen und an den Niederschlagselektroden haftenden Teilchen
zurückzuführen sind. Im einzelnen äußern sich diese störenden Erscheinungen folgendermaßen:
a) Infolge sehr hohen Widerstandes der niedergeschlagenen Teilchen nimmt das Elektrofilter
nur einen außergewöhnlich niedrigen Strom auf.
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b) Durch Kondensatorwirkung treten an der Niederschlagsschicht hohe
Spannungen auf, welche elektrische Durchschläge an dieser Schicht hervorrufen, .denen
häufig elektrische Überschläge zwischen den Elektroden des Elektrofilters, z. B.
Sprüh- und Niederschlagselektroden, folgen.
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c) Ebenfalls durch Kondensatorwirkung an der Niederschlagsschicht
entsteht das bekannte Rücksprühen an den mit isolierenden Teilchen behafteten Niederschlagselektroden.
In Abb. i ist dies an einem Beispiel erläutert. Infolge der isoliereiiiden
Eigenschaft
der an der Niederschlagselektrode i haftenden Staubschicht 2 und der dadurch entstehenden
Kondensatorwirkung sammelt sich auf der Seite dieser Staubschicht, die der an der
Hochspannungsgleichstromquelle 4 liegenden Sprühelektrode 3 zugekehrt .ist, eine
der Sprühelektrode gleichnamige, im Beispielsfall also eine negative elektrische
Ladung an. Bei genügend hoher Feldstärke an dieser Stelle tritt eine Ionisierung
der umgebenden Gasteile ein, als deren Folge negative Ladungsträger zur Niederschlagselektrode
wandern, was in einer erhöhten Anzeige des Milliamperemeters 5 sich bemerkbar macht,
und positive Ionen auf die Sprühelektrode zu getrieben werden. Die Entstehung der
positiven Ionen und ihr Abwandern in .der Höhe der Niederschlagselektrode äußert
sich in der bekannten Erscheinung des positiven Rücksprühens.
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Die praktische Folge jeder Erscheinungsform der Staubionisation ist
eine ungenügende Absoheidung der im Gas vorhandenen Schwebekörper.
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Staubionisation tritt in erster Linie an Elektrofiltern auf, die mit
Gleichspannung betrieben werden, bei mit Wechselspannung betriebenen Anlagen nur
dann, wenn die Zeitspanne des Verlaufs einer Teilwelle einer der beiden Polaritäten
zur Ausbildung der Staubionisation ausreicht bzw. wenn die von den Teilwellen der
einen Polarität erzeugte Staubionisation .durch die Gegenwirkung der Teilwellen
der anderen Polarität nicht aufgehoben wird. Das Verfahren nach der Erfindung bezieht
sich nur auf Elektrofilter, die mit Gleichspannung betrieben werden.
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Man hat die Staubionisation bisher in der Hauptsache durch von der
eigentlichen Elektrofilterung getrennte Behandlung der Gase oder der Sch«-ebeteilchen
bekämpft, so beispielsweise durch Befeuchtung der Gase und damit des Niederschlages
mittels einer in das Gas eingeführten z. B. eingedüsten Flüssigkeit, durch Berieselung
der Elektroden, durch Zugabe von Wasser- oder Säuredämpfen in das Gas, durch Kühlung
der Niederschlagselektroden zwecks Kondensation der in den Gasen enthaltenen Dämpfe
und dadurch eintretende Befeuchtung des isolierenden Niederschlages oder durch Einführung
gut leitender Teilchen in die Gase. Auf diese Weise sollte dem Staubansatz eine
erhöhte Leitfähigkeit gegeben werden. jedoch traten hierbei alle Umständlichkeiten
auf, die mit der feuchten Vorbehandlung eitles zu trennenden, aus Gasen und Schwebeteilchen
bestehenden Gemenges verbunden sind, z. B. Zwang zur Aufstellung von Kühlern und,
Pumpen und zur Bereitstellung des zuzugebenden Stoffes bzw. des Kühlwassers, Anfall
des zweckmäßigerweise trocken niederzuschlagenden Gutes völlig oder teilweise als
Schlamm, Verklebung der Elektroden, Verstopfung der 1#-ebeldüsen, Korrosion der
Bauteile usw. Hinzu kommt noch, daß sich viele Gase bei der betrieblich vorliegenden
Temperatur schlecht zur Übertragung von Flüssigkeitsnebeln an die Schwebekörper
eignen und außerdem manche Stäube von Natur aus so flüssigkeitsabweisend sind, daß
sie sich nur sehr schwer befeuchten lassen.
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Das Verfahren nach der Erfindung hat nun den Vorzug, die zugrunde
liegende Aufgabe nicht von der Gas- und Staubseite her, sondern auf elektrischem
Wege zu lösen. Bei der Erfindung kommt es darauf an, daß die Schwebeteilchen teils
mit negativer und teils mit positiver Elektrizität aufgeladen werden, und zwar entweder
erstens abwechselnd oder zweitens gleichzeitig.
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Die abwechselnd positive und negative Rufladung wird durch kontinuierliche,
zweckmäßigerweise selbsttätige Umpolung der Sprühelektroden und der Niederschlagselektroden,
und die gleichzeitige Beeinflussung mit beiden Polaritäten durch Trennung der Sprühelektroden
in zwei Gruppen erzielt, von denen die eine negativ und die andere positiv sprüht.
Die Niederschlagselektrode ist dabei entweder einfach gitterförmig ausgebildet oder
besteht im ganzen aus zwei oder drei Gittern, die voneinander elektrisch isoliert
sind. Die Niederschlagselektrode kann je nach ,der Art ihrer Ausbildung im ganzen
isoliert aufgehängt oder aber ganz oder teilweise geerdet «-erden.
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Im Fall i gelangen im Verlauf des hlektrofilterbetriebes verschiedene
positiv und negativ aufgeladene Niederschlagsschichten aufeinanderfolgend an die
Niederschlagselektroden.. Da bekanntlich die elektrischen Ladungen von Schwebeteilchen
an deren Oberfläche sitzen, so findet bei der Berührung der verschiedenen positiv
und negativ geladenen Schichten ein Ladungsausgleich statt. Infolgedessen können
sich niemals hohe Feldstärken der einen Polarität auf der Stauboberfläche ausbilden,
so daß eine Kondensatorwirkung unmöglich ist und auch deren Folgen, wie Durchschläge
der Staubschicht und Überschläge zwischen den Elektroden des Elektrofilters sowie
Rücksprühen nicht eintreten können.
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Außerdem fällt eine elektrisch neutrale Staubmasse erheblich leichter
von den Niederschlagselektroden ab als eine elektrisch geladene Schicht. Hierdurch
wiederum wird auch die Dicke der an den Niederschlagselektroden haftenden Staubschicht
geringer, so daß deren Widerstand sinkt.
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Im Fall 2 wird jede Niederschlagselektrode, die jeweils in der Mitte
zwischen zwei Sprühsystemen liegt, von denen das eine negativ und das andere positiv
sprüht, von zwei Seiten her mit aufgeladenen Schwebeteilchen verschiedenen Ladungsvorzeichens
beaufschlagt. Alle Niederschlagselektroden sind, wie schon erwähnt, sieb- oder gitterförmig
ausgebildet, so daß die von der einen Seite ankommenden negativ geladenen Teilchen
und die von der anderen Seite ankommenden positiv geladenen Teilchen irgendwie einander
berühren und ihre entgegengesetzten Ladungen ausgleichen können. Auf diese Weise
scheiden sich an den Niederschlagselektroden elektrisch neutrale Staubmassen a1),
die auf Grund eben dieser Neutralität von selbst von den Niederschlagselektroden
abfallen oder durch Klopfvorrichtungen leicht zum Ablösen gebracht werden können,
so daß sich
dickere Schichten nicht ansetzen können. Eine unmittelbare
1# olge der geringeren Stärke der Staubschicht und damit des geringeren elektrischen
Widerstandes dieser Schicht ist eine höhere Stromaufnahme des Elektrofilters. Außerdem
können infolge der ständigen Neutralität des Staubniederschlages Kondensatorwirkungen
und deren Folgeerscheinungen nicht auftreten.
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In der Zeichnung ist an verschiedenen Beispielen i chematisch \-eran,#chaulicht.
wie die Erfindung ausgeführt werden kann.
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In Abb. ->, die sich auf den vorerwähnten Fall i bezieht. sind die
Sprühelektrode des Elektrofilters finit 6 und die geerdeten Niederschlagsflächen
mit ; bezeichnet. Die Sprühelektrode 6 ist wie üblich ;in den mechanischen Flochspannungsgleichrichter
8 angeschlossen. In der Zuleitung 9 zurSprühelektrode liegen zwei vorteilhaft motorisch
z. B. mittels des Gestänges io betätigte Umschalter i t, 1 2, die mit Vorschaltwiderständen
13, 1:I versehen sein können. Mittels dieser Umschalter wird die Spriihelektrode
mit entsprechender Wirkung auf die Schwebeteilchen abwechselnd negativ und lxisitiv
geladen.
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Abb. 3 hat auf Fall 2 llezttg. Hier befindet sich zwischen einer negativ
sprühenden Elektrode 15 und einer positiv sprühenden Elektrode 16 ein isoliert aufgehängtes
Gitter 17 als Niederschlagselcktrode. An diesem Niederschlagsgitter 17 erfolgt der
Ladungsausgleich der positiv und negativ besprühten Schwebeteilchen.
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Die Schaltung nach Abb. 4 unterscheidet sich von der nach Abb. 3 nur
dadurch, daß das Niederschlagsgitter 17 geerdet ist. Ein in die Erdleitung gelegtes
Miniamperemeter 18 zeigt entweder -Null oder geringe um Null schwankende Werte an.
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Nach Abb. 5 besteht die Niederschlagselektrode ans zwei Gittern 19,
2o, die durch isolierende Zwischenlagen -21 voneinander getrennt gehalten sind.
Das Gitter t9 wird von der Elektrode i _q aus negativ und <las Gitter 20 von
der Elektrode 16 aus positiv besprüht. Der Niederschlag gleicht zwischen beiden
Gittern seine Ladungen aus und fällt in elektrisch neutralisiertem zusammengeballtem
Zustand nach unten, wo er gesammelt und abgeführt wird.
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Nach Abb. 6 liegt zwischen den elektrisch voneinander isolierten Gittern
19, 20 <leg Niederschlagselektrode ein drittes Gitter 22, (las gegen die äußeren
Gitter i9, 2o isoliert ist und entweder ungeerdet oder, wie in Abb.6 dargestellt,
unter Einschaltung eines '\lilliaml)eremeters 23 geerdet sein kann. Dieses mittlere
Gitter 22 dient als Sammelelektrode für den neutralisierten zusamtnengeflockteti
Staub.
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(n Abb. 7 und 8 ist beispielsweise dargestellt, wie die Erfindtiii-
durch etitspi-eclieiide Ausgestaltung des Elektrofilters verwirklicht werden kann.
In dem (iehäuse 2.I. (las finit dein Rohgaseinlaß 25 und dein Itein";tsatislaß 26
versehen ist, sind zwei Gruppen von Sprühelektroden untergebracht. Die Gruppe 27
li:inht an (lein Durchführungsisolator 28 und ist z. l1. an den positiven Pol der
Gleichpannung gelegt. Die zweite Sprühgruppe 29 ist. s s
z. B. negativ geladen
und wird von den Isolatoren 30 getragen. Zwischen den Sprühgruppen 27. 29
sind die gitter- oder siebartig durchbrochenen Niederschlagselektroden 31 auf Isolatoren
32 geigen das Elektrofiltergehäuse 2,4 abgestützt. Wie ersichtlich, strömt das zu
reinigende Gas von unten nach oben zwischen den auf der einen' Seite positiv, auf
der anderen negativ beaufschlahten Niederschlags-,litterit 3 t hindurch.
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Uin zu vermeiden, daß zwischen den Gehäusewänden und den äußeren Elektroden
der Sprühgruppe 2() eine nur einsinnige Staubaufladung stattfindet, kiinn,-n verschiedene
?Maßnahmen getroffen sein. Beispielsweise kann der Abstand zwischen den äußeren
Elektroden 29 und der Kammerwand größer gewählt sein als zwischen 29 und den benachbarten
Niederschlagselektroden 31, so daß in Richtung auf die Kammerwände ein für eine
wirksame Staubaufladung ausreichendes Feld nicht zustande kommt. Man kann ferner
durch entsprechend einseitige Ausgestaltung die äußeren Elektroden 29 nicht nach
den Kammerwänden ztt oder schwächer als auf die benachbarten Niederschlagsgitter
31 sprühen lassen. Ein weiteres Mittel ist der Einbau von Leitflächen 33 an der
Stelle des Gaseintritts, die das Rohgas von den äußeren Zonen 34 der l:lektrofilterkammer
möglichst fernhalten.