DE868634C - Verfahren zur Erzeugung hoher elektrostatischer Aufladungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Erzeugung hoher elektrostatischer Aufladungen In der Dampfelektrisiermaschine von Armstrang lädt sich der Dampfkessel negativ, der unter Druck ausströmende Dampf positiv auf. In neuerer Zeit sind Hochspannungsstaubgeneratoren mit Selbsterregung, also ohne Sprüh- und Glühelektroden, entwickelt worden, in denen z. B. Mg0-haltige Staubluft durch eine Düse aus MgO gedrückt wird; an einem isolierten Gitter wird eine Spannung bis zu 9ooo V gemessen. In einer anderen bekannten Anordnung wird ein Luftstrom mit beispielsweise 3 bis q. m/s Geschwindigkeit, der mit Kieselerdestaub beladen ist, durch mehrere Kupferröhren gedrückt, die leitend mit einer diese Röhren umgebenden Hohlkugel verbunden sind. Mit dieser Anordnung werden schon höhere Aufladungen erzielt, bei Entnahmeströmen in der Größenordnung von (5o bis ioo) i o-6 A.
• Es sind auch Anordnungen bekannt, in denen staubhaltige Luft mit überschallgeschwindigkeit durch Lavaldüsen getrieben wird, worauf sie an Sprüh- oder Glühelektroden vorbeigeführt und dadurch aufgeladen wird. Es handelt sich dabei aber um einen von der Selbsterregung physikalisch vollkommen verschiedenen Vorgang.
• Bei der Selbsterregung entsteht nämlich die elektrische Aufladung durch einen reibungselektrischen Effekt der Staubteilchen infolge Berührung mit der inneren Oberfläche der durchströmten Röhre. Gemäß: der Erfindung können durch diese Selbsterregung erheblich größere und vor allem hinreichend schwankungsfreie Aufladungen der Staubteilchen im Gasstrom sowie der Rohrwand dadurch erzielt werden, daß. dem in das Rohr eintretenden Gasstrom ein Drall erteilt wird, der bewirkt, daß ein: möglichst großer Anteil seiner staubförmig verteilten Beimengungen von den an ,ihnen angreifenden Fliehkräften an die innere Oberfläche des Rohres getrieben wird und mit dieser in innige Berührung kommt.
• Der für die Aufladung maßgebende Unterschied in den Dielektrizitätskons.tanten der Staubteilchen Lind der Rohrwand kann erforderlichenfalls dadurch vergrößert werden, daß die staubberührte Rohrwand mit einem Stoff belegt wird, dessen Dielektrizitätskonstante zu jener. des Staubes einen möglichst großen Unterschied zeigt.
• Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Abscheiden fein zerstäubter Beimengungen aus Gasen oder Dämpfen durch gleichzeitig oder aufeinanderfolgende Einwirkung von Fliehkräften und Coulombschen Kräften auf die elektrostatisch, aufgeladenen auszuscheidenden Teilchen.
• In die im wesentlichen kreiszylindrische Schleuderkammer der unter dem Namen Zyklon bekannten Abscheider tritt das: zu trennende Gas-Staub-Gemisch mit einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente ein. Aus dem kreisenden Gemischstrom wandern spezifisch schwerere Gemischteile unter der Einwirkung von Fliehkräften nach außen und unter der Mitwirkung von Nebenströmungen in einen Staubsammelraum, während. das gereinigte Gas die Schleuderkammer durch einen mittigen axialen Auslaßstutzen der Kammerstirnwand verläß@t. Unvermeidliche Abweichungen vom idealen Schleudervorgang haben zur Folge, daß der Wirkungsgrad eines solchen Zyklons kleiner als eins ist, d. h. daß ein mehr oder weniger großer Anteil des in die Schleuderkammer eingetretenen Staubes, anstatt in den Staubsammelraum ausgeschieden zu werden-, die Kammer mit dem abziehenden Gas: verläßt, In anderen, unter dem Namen Elektrofilter bekannten Vorrichtungen wird das Gas-Staub-Gemisch zwischen den geerdeten Wandungen einer Abscheidekammer entlang geführt. Durch die Sprühentladung eines dazwischen isoliert gespannten Sprühdrahtes werden die auszuscheidenden Teilchen elektrisch aufgeladen; sie wandern unter der Einwirkung der angelegten Spannung an die als Anode dienende Kammerwand, und sie gelangen von dort im wesentlichen unter dem Einfluß der Schwerkraft in einen Staubsammelraum. Auch der Wirkungsgrad dieser Elektrofilter ist naturgemäß, kleiner als eins. Unter sonst ähnlichen Bedingungen erfassen sie aber im allgemeinen noch feinere Beimengungen als der Zyklon; sie scheiden auch im Gegensatz zu dem selektiv wirkenden Zyklon die gröberen und feineren Staubteilchen annähernd gleich gut aus, sind aber gegen hohen Staubgehalt des Gases empfindlicher als die Fliehkraftabscheider.
• Es ist weiterhin bekannt, bei größerer Staubkonzentration beide Verfahren derart zu vereinigen, daß das Elektrofilter durch ein vorgeschaltetes. Fliehkraftfilter entlastet wird. Ein solches kombiniertes Fliehkraftelektrofilter besteht dann aus zwei getrennten, durch einen Gaskanal verbundenen Kammersystemen, von denen das eine - den Schleuderraum bzw.. die Schleuderräume, das andere den Aufladungsraum bzw. die Aufladungsräumz enthö.lt. Es sind aber auch kombinierte Filter bekannt, bei denen z. B. die Schleuderkammerwand selbst als Niederschlagsanode dient und der Sprühdraht isoliert in der Achse der Schleuderkammer gespannt ist.
• Um solche kombinierte Filter im Wettbewerb mit selbständigen, hochwertigen Fliehkraftfiltern wirtschaftlich zu gestalten, muß der elektrische Teil der Vorrichtung einfach und billig sein.
• Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Bedingungen besser als die bekannten Bauarten, indem an die Stelle der Aufladung der Staubteilchen mittels Sprühentladung der reibungselektrische Effekt der Staubteilchen bei der Berührung mit einem Teil der Strömungsberandung im Zyklon gesetzt wird.
• Für einen solchen in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel schematisch eingezeichneten Zyklon liegen vor allem im Reingasabzugsrohr 7 besonders günstige Voraussetzungen vor, weil das Gas mit dem Reststaub aus der Schleuderkammer i in dieses, Rohr mit hoher Geschwindigkeit eintritt, und weil sich dieser Reststaub infolge des vorangehenden Ausscheidungsprozesses in der Schleuderkammer i schon in unmittelbarer Wandnähe des Auslaßrohrs 7 bewegt und unter der Wirkung der Fliehkräfte in innige Berührung mit dieser Rohrwand 7 kommt.
• Eine wirksame Berührungsfläche im Sinne der Aufladung der Staubteilchen läßt sich aber auch an anderen Wandungsstellen des Fliehkraftabscheiders z. B. dort gewinnen; wo bei 2. das Gas in diesen eintritt. Auch-können besondere Mittel zur Steigerung des reibungselektrischen Effektes herangezogen werden; beispielsweise kann das Gas-Staub-Gemisch im Eintrittsquerschnitt der Schleuderkammer oder im Auslaßstutzen 7 durch ein nicht dargestelltes Gitter von passend gewählter Lichtweite geführt oder hinter dem Auslaßstutzen 7 auf eine quer gestellte, nicht dargestellte diffusorartige Platte gelenkt werden. Und schließlich ist der Baustoff des für die Aufladung maßgebenden, von der übrigen Zyklon, wand bei 6 elektrisch isolierten Teils 7 der Strömungsberandung entsprechend- den reibungselektrischen Eigenschaften der Staubteilchen zu wählen oder diesen Eigenschaften durch-geeignete, an sich bekannte Oberflächenbehandlung anzupassen.' Die aufgeladenen, Staubteilchen werden anschließend in Raum ii in bekannter Weise an einer Niederschlag selektrode i4 gesammelt, deren Potential das dem eigenen Potential der Teilchen entgegengesetzte Vorzeichen aufweist.
• Die Erfindung betrifft außerdem eine weitere Aus gestaltung und Verbesserung der zur Abscheidung fein zerstäubter Beimengungen aus Gasen oder Dämpfen dienenden Vorrichtung durch die gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Einwirkung von Fliehkräften und Coulombschen Kräften auf die elektrisch aufgeladenen, auszuscheidenden Teilchen, wodurch diese auseinanderstreben und nach außen an die Elektroden gelenkt werden, wobei sie ihre Ladung abgeben und sich dadurch aus dem strömenden Gas-Staub-Gemisch abscheiden.
• In jener Vorrichtung wird die Wirkung der zur Ausnutzung der Fliehkräfte dienenden Schleuderkammer i dadurch erhöht, daß die auszuscheidenden Teilchen an einem von den übrigen. Strömungsberandungsteilen elektrisch isolierten Wandungsteil 7 des Fliehkraftabscheiders durch Reibung elektrisch aufgeladen und dann anschließend, also in einem Raum i i unmittelbar hinter dem Austrittsende des Fliehkraftabscheiders bzw. seiner Reingasaustrittsröhre 7, an als Entnahmemittel dienenden Niederschlagselektroden 14 gesammelt werden, gegenüber denen die Staubteilchen eine Potentialdifferenz aufweisen.
• Um hinreichende Potentialdifferenzen bzw. Anziehungskräfte zwischen den Staubteilchen und den Niederschlagselektroden zu erreichen, -,verden bei dem bekannten Cottrellverfahren, bei dem die Rufladung der Teilchen mittels Sprühelektroden erfolgt, an letztere sehr hohe Spannungen, z. B. in der Größenordnung von 5o ooo V gegenüber den geerdeten Niederschlagselektroden gelegt.
• Andere Elektrostaubabscheider gewinnen die erforderliche Potentialdifferenz dadurch, daS die isolierten Niederschlagselektroden ihrerseits auch an einer äußeren Spannungsquelle liegen.
• Hierbei können geerdete oder an einer äußeren Spannungsquelle liegende Niederschlagselektroden Verwendung finden.
• Eine bedeutende Vereinfachung und Verbilligung wird aber, gemäß vorliegender Erfindung dadurch erzielt, daß die Rufladung des isolierten Strömu-ngsberandungsteils 7, die das entgegengesetzte Vorzeichen wie jene der Staubteilchen führt, dazu benutzt wird, Niederschlagselektroden 14 unter Spannung zu setzen, indem der isolierte Strömungsberandungsteil 7 mit diesen Niederschlagselektroden 14 leitend verbunden wird.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung hoher elektrostatischer Rufladungen durch Selbsterregung, bei dem ein mit staubförmig verteilten Beimengungen beladener Gas- oder Dampfstrom durch eine Röhre getrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem in die Röhre eintretenden Gas-Staub-Gemisch ein Drall erteilt wird, und daß den mit der Drallströmung aus dem Rohr ausgetretenen Staubteilchen durch geeignet angeordnete Entnahmemittel die Aufladung wieder entzogen wird.
2. 2. Verfahren nach. Anspruch i, gekennzeichnet dadurch, daß die staubberührte Rohrwand mit einem Stoff belegt wird, dessen Dielektrizitätskonstante zu jener des Staubes einen möglichst großen Unterschied zeigt.
3. 3. Vorrichtung zur Abscheidung feinverteilter Beimengungen aus Gasen oder Dämpfen, die in einer Aufladungen der Beimengungen erzeugenden Weise mit Drall durch eine Röhre hindurchgeführt werden, nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung anschließend an die Röhre derart ausgestaltet ist, daß die aufgeladenen Beimengungen unter der gleichzeitigen oder aufeinanderfolgenden Einwirkung von Flieh- und. Coulombschen Kräften zum Zweck der Abscheidung auseinanderstreben und unter Abgabe ihrer Ladungen an dabei als Niederschlagselektroden wirkende Entnahmemittel abgeschieden werden. q.. Vorrichtung zur Abscheidung feinzerstäubter Beimengungen aus Gasen oder Dämpfen durch die Einwirkung von Fliehkräften und von Coulombschen Kräften auf die elektrisch aufgeladenen Staubteilchen, insbesondere nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß: ein Teil der Strömungsberandung zwischen dem Eintritt in die Vorrichtung und dem Austritt aus der Vorrichtung von den übrigen Strömungsberandungsteilen elektrisch isoliert wird und bei der Berührung der Staubteilchens mit dem dergestalt isolierten Strömungsberandungsteil dem Zweck des Elektronenaustauschs zwischen diesen beiden Stoßpartnern, d. h. der Rufladung der Staubteilchen, dient. 5. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch i bis q., dadurch. gekennzeichnet, daß der von den übrigen Strömungsberandungsteilen elektrisch isolierte, zur reibungselektrischen Rufladung der Staubteilchen dienende Wandungsteil des Fliehkraftabscheiders mit Niederschlagselektroden für die aufgeladenen Staubteilchen leitend verbunden ist.