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Reibungselektrofilter In den als Elektrofilter bekannten Vorrichtungen
zur Ausscheidung von staubförmig verteilten festen oder flüssigen Beimengungen aus
Gasen oder Dämpfen werden die zwischen elektrisch geladenen Staubteilchen wechselseitig
oder gegenüber Elektroden wirkenden Kräfte dazu benutzt, die Teilchen aus dem Gasstrom
herauszuführen und an den Elektroden anzulagern.
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Eine bekannte Bauart besteht z. B. aus einem kreiszylindrischen stehenden
Rohr mit metallischer geerdeter Rohrwand als Niederschlagselektrode und mit einer
in der Rohrachse isoliert aufgehängten drahtförmigen Sprühelektrode, an der eine
Gleichstromhochspannung von beispielsweise 5okV liegt. In dem starken elektrischen
Feld zwischen Sprühdraht und Rohrwand werden die vom Gasstrom durch das Rohr getragenen
Staubteilchen elektrisch aufgeladen; sie werden teils zur Niederschlags-, teils
zur Sprühelektrode getrieben und lagern sich dort an..
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In einer anderen Bauart von Elektrofiltern werden die Staubteilchen
beim Durchgang des Gas-Staub-Gemisches durch ein Gitter von Glühelektroden aufgeladen;
sie sollen sich in einer anschließenden Kammer an entgegengesetzt geladenen Niederschlagselektroden
absetzen. Das gleiche Ziel verfolgen auch jene Vorrichtungen, in denen die Staubteilchen
beim Aufprallen auf oder beim Gleiten über passend gewählte Strömungsbegrenzungsflächen
reibungselektrisch aufgeladen werden.
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Bei diesen Vorrichtungen ergeben sich wesentliche Schwierigkeiten,
wenn die Niederschlagselektrodenflächen gleichzeitig die Aufgabe von Führungsflächen
des Gasstroms zu erfüllen haben.
Für bereits abgelagerte Staubteilchen
besteht dann die Gefahr, von dem vorbeistreichenden Gasstrom wieder losgerissen
und aus dem Bereich herausgetragen zu werden, in dem sie elektrisch beeinflußbar
sind. Diese Gefahr ist bekanntlich in jenen Betriebsphasen in erhöhtem Maße gegeben,
in denen der Staub von den Elektroden von selbst abrutscht oder durch Rütteln zum
Absacken in den darunterliegenden Bunker gebracht wird.
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Dieser Gefahr suchen in den bekannten Elektrofiltern sehr verschiedene
bauliche oder betriebliche Maßnahmen zu begegnen. Es werden z. B. die Niederschlagselektroden
mit Auffangtaschen versehen, in denen der Staub der Einwirkung des vorbeistreichenden
Gases entzogen ist oder beim Abfallen rasch entzogen wird. Oder die Elektroden werden
bespült. Oft wird auch der Gasstrom kurzzeitig in jenem Teil des Elektrofilters
unterbrochen, dessen Niederschlagsflächen gerüttelt werden sollen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden fein
zerstäubter fester oder flüssiger, während ihres Durchganges durch die Vorrichtung
reibungselektrisch aufzuladender Schwebeteilchen aus Gasen und Dämpfen und besteht
darin, daß ein- rohrförmiger Kanal einen zwischen dem Rohgasraum und dem Reingasraum
liegenden Staubsammelraum überbrückt, daß ferner seine Innenwand in an sich bekannter
Weise hinsichtlich Werkstoff: und Oberflächenbeschaffenheit den jeweiligen reibungselektrischen
Eigenschaften des Staubes angepaßt ist, und daß in seiner Wand nach dem Staubsammelraum
ausmündende Loch-oder schlitzartige Austrittsöffnungen für die an der Rphrwand reibungselektrisch
aufgeladenen Staubteilchen vorgesehen sind. Hierdurch- wird eine Abschirmung des
abgelagerten Staubes in vollkommener Weise erreicht. Die an der Rohrinnenwand gleichsinnig
aufgeladenen Staubteilchen streben auseinander und suchen deshalb durch die Loch-oder
schlitzartigen Austrittsöffnungen der Rohrwand in die Staubsammelkammer überzutreten.
Der Gasstrom strebt aus der Aufladezone dem Reingasaustritt des Gehäuses zu, der
mit dem Staubsammelraum außer den erwähnten Staubaustrittsöffnungen keinen strömungsmäßigen
Zusammenhang hat. -In dem Staubsammelraum für die aus den Austrittsöffnungen der
Rohrwand kommenden Staubteilchen können zusätzlich Niederschlagselektroden angeordnet
sein, deren elektrische Ladung das entgegengesetzte Vorzeichen von jener der Staubteilchen
hat. Die Niederschlagselektroden erleichtern den Austritt der Staubteilchen durch
die Öffnun-. gen der Rohrwand, und ihre Aufgabe ist von jener der Gasführung durch
die Anordnung in dem Staubsammelraum grundsätzlich getrennt. Gegebenenfalls kann
auch zur Steigerung der Austrittstendenz der Staubteilchen durch die Schlitze der
Rohrwand ein kleiner Gasteilstrom aus der Staubsammelkammer abgezweigt und in das
der Vorrichtung zugeführte Rohgas zurückgeleitet werden. Ferner kann die Austrittstendenz
der Teilchen durch die Öffnungen der Rohrwand dadurch erhöht werden, daß man das
Gas-Staub-Gemisch mit einem Drall durch den rohrförmigen Kanal strömen läßt.
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In der Zeichnung sind zwei solche neuartige Elektrofilter in beispielsweiser
Anordnung schematisch dargestellt, und zwar zeigen die Abb. i und 2 ein Filter in
liegender Anordnung, die Abb. 3 ein stehendes Filter.
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Im einzelnen ist Abb. i ein Längsschnitt gemäß der Linie I-I in Abb.
2, während die linke Bildhälfte von Abb. 2 einen Querschnitt nach II-II, die rechte
Bildhälfte einen solchen nach III-III in Abb. i darstellt. Die Abb. 3 zeigt einen
Längsschnitt durch die Achse des kreiszylindrischen stehenden Elektrofilters.. Die
Wirkungsweise - ist folgende: Im rechteckigen Gehäuse i des liegenden Elektrofilters
(Abb. i und 2) ist die vom Eintrittsstutzen :z gespeiste Rohgaskammer 3 von der
Beingaskammer 5 mit ihrem Reingasaustrittstutzen 6 durch die dazwischenliegende
Staubsammelkammer q. getrennt. Von der Trennungswand 7 zur Trennungswand 8 ist ein
röhrenförmiger Gaskanal 9 angeordnet; die Rohrwand wird bezüglich Werkstoff und
Oberflächenbehandlung in bekannter Weise den jeweiligen reibungselektrischen Eigenschaften
des Staubes angepaßt, so daß ein Höchstmaß der Aufladung jener Staubteilchen erreicht
wird, die beim Durchfluß des Gas-Staub-Gemisches mit der -Rohrinnenwand in Berührung
kommen.
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Die an der Rohrinnenwand gleichsinnig aufgeladenen Staubteilchen streben
auseinander; sie suchen deshalb auch durch die loch- oder schlitzartigen Öffnungen
io der Rohrwand in die Staubsammelkammer q. überzutreten, wo sie sich aus dem beruhigten
Gas absetzen können, um schließlich im Bunker ii anzufallen, der durch den Stutzen
i2 entleert werden kann.
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Der Austritt der Staubteilchen durch die Öffnungen io der Rohrwand
wird erleichtert, wenn in der Staubsammelkammer q. Niederschlagselektroden 13 angeordnet
werden, die - isoliert vom Gehäuse i - eine elektrische Ladung von jenem Vorzeichen
tragen, das dem Vorzeichen der Teilchenladung entgegengesetzt ist. Dabei können
diese Niederschlagselektroden 13 ihre Ladung entweder von einer äußeren Spannungsquelle
erhalten, oder sie werden - wesentlich einfacher - mit der Rohrwand 9, die gleichfalls
vom Gehäuse i isoliert ist, elektrisch leitend verbunden.
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Nicht nur die reibungselektrische Aufladung der Staubteilchen an der
Rohrwand 9, sondern auch die Austrittstendenz -der Teilchen durch die Öffnungen
io wird wesentlich erhöht, wenn das Gas-Staub-Gemisch mit Drall durch das Rohr 9
strömt. Die Fliehkräfte treiben und pressen die Teilchen kräftig an die> Rohrwand,
sie suchen die Teilchen auch durch die Öffnungen io in die Kammer 4 zu trägen. Dem
Eintrittsquerschnitt des Rohres 9 wird deshalb zweckmäßig eine Vorrichtung 1q. vorgeschaltet,
die ähnlich einem Turbinenleitapparat
dem Gasstrom im Rohr eine
tangentiale Geschwindigkeitskomponente, einen Drall erteilt.
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Schließlich kann dem Austritt der Staubteilchen durch die Öffnungen
io noch dadurch vorteilhaft nachgeholfen werden, daß aus der Staubsammelkammer 4
ein kleiner Gasteilstrom durch eine Leitung 15 abgezogen wird. Dieser Teilstrom,
der selbstverständlich auch Staub aus der Kammer entführt, kann je nach den Betriebsverhältnissen
z. B. durch einen Hilfslüfter 16 in die Rohgaskammer 3 zurückgegeben werden; er
kann unter Umständen auch in einer besonderen sekundären Entstaubungsvorrichtung
vom mitgeführten Staub befreit oder in einfacheren Fällen ins Freie ausgestoßen
werden.
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Das die Kammer 5 durch den Stutzen 6 verlassende gereinigte Gas führt
noch einen gewissen Reststaub mit sich, dessen Verhältnis zu dem durch den Stutzen
:2 zugeführten Staub den Wirkungsgrad der Vorrichtung bestimmt. Um diesen Wirkungsgrad
noch zu verbessern, kann es zweckmäßig werden, in der Kammer 5 noch eine Reinigungsstufe
anzubringen, z. B. wie in Abb. i in Gestalt von Niederschlagselektroden 17, die
wie die Elektroden 13 isoliert im geerdeten Gehäuse aufgehängt und mit einer
äußeren Spannungsquelle oder mit der Rohrwand 9 leitend verbunden sind; jedenfalls
muß ihre Ladung wieder das entgegengesetzte Vorzeichen von der Teilchenladung tragen.
Natürlich gelten auch für diese Elektroden, da sie im Gasstrom liegen, die eingangs
erwähnten Bedenken, bei den geringen praktisch in Frage kommenden Reststaubmengen
aber in viel geringerem Maße als bei Elektroden, die die Hauptlast des Staubes aufzunehmen
haben.
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Bei gewissen Betriebsbedingungen, z. B. bei sehr hohem Staubgehalt
des Gases, kann es notwendig werden, dem Elektrofilter eine Vorreinigungsstufe vorzuschalten.
Hierzu eignet sich dann ein Fliehkraftfilter (Zyklon) besonders gut, weil im Reingasrohr
eines solchen schon eine ausgeprägte Drallströmung herrscht, mit anderen Worten,
weil das Reingasabzugrohr des Zyklons unmittelbar als Aufladestrecke für die reibungselektrisch
aufzuladenden Teilchen dienen kann, wenn es auf einer gewissen Auswurfstrecke,was
an sich für Zyklone: hekannt ist, mit den erforderlichen Öffnungen in seiner Rohrwand
versehen wird. In Abb. 3 ist ein solches kombiniertes Fliehkraftelektrofilter in
stehender Anordnung schematisch dargestellt.
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Durch den Eintrittsstutzen 18 tritt das Gas-Staub-Gemisch tangential
in die Zyklonkammer ig von üblicher bekannter Bauart und Wirkungsweise. Es bezeichnet
ferner 2o den Staubsammelraum des Zyklons, 2i den Entleerungsstutzen, 22 das Reingasabzugrohr
des Zyklons, 23 die Staübaustragöffnungen in der Wand von 22; ferner ist 24 der
Staubsammelraum des Elektrofilters (entsprechend der Kammer 4 in Abb. i), 25 der
zugehörige Bunl:er mit dem Entleerungsstutzen 26.
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Konzentrisch zum gelochten Reingasabzugrohr 22 des Zyklons ist in
der Kammer 24 eine Niederschlagselektrode 27 aufgehängt, und zwar zweckmäßig wieder
isoliert vom Gehäuse, um sie je nach Bedarf an eine äußere Spannungsquelle legen
oder mit der Wand des Rohres 22 leitend verbinden zu können. Letzteres muß dann
selbstverständlich seinerseits im Gehäuse isoliert gelagert sein.
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Im übrigen gelten für den Staubaustrag durch die Öffnungen 23 in die
Kammer 24 wieder die gleichen Möglichkeiten wie im Beispiel der Abb. i und 2, d.
h. er ist bedingt durch die gegenseitige abstoßende Kraft der an der Wand von 23
reibungselektrisch aufgeladenen Teilchen, ferner durch die anziehende Kraft der
Niederschlagselektrode 27 und durch die Fliehkräfte an den in 22 kreisenden Teilchen.
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Ein den Staubaustrag durch 23 und a4 unterstützendes Druckgefälle
wird in Abb.3 in einfachster Weise dadurch gewonnen, daß die Kammer 24 durch eine
Rohrleitung 28 mit dem Wirbelkern der Zyklonkammer ig verbunden wird. Da in diesem
Wirbelkern bekanntlich ein besonders niedriger Druck herrscht, geht ein Gasteilstrom
aus. 24 durch 28 nach ig, wo durch bekannte Mittel vorzusorgen ist, daß der mitgeführte
Staub nicht nach 22 gelangt, sondern sich in 20 absetzt.
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Eine ähnliche Verbindung zwischen Staubsammelkammer 4 und Wirbelkern
des Rohres 9 zwecks Drucksenkung hinter den Staubaustragöffnungen io läßt sich natürlich
auch beim Filter nach Abb. i und 2 schaffen, als Ersatz für die Umleitung 15 und
den Hilfslüfter 16. In Abb. i ist eine solche Leitung gestrichelt angedeutet und
mit 3o bezeichnet.
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In Abb. 3 verläßt das zweistufig gereinigte, aus 22 austretende Gas
die Vorrichtung durch den Stutzen 29.
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Da in den beschriebenen Elektrofiltern die Niederschlagselektroden
13 bzw. 27 vom Gasstrom auf seinem Weg vom Eintritt zum Austritt der Vorrichtung
nicht bestrichen werden, sondern in Kammern mit nahezu stagnierendem Gasinhalt liegen,
wo sie in beliebigen zeitlichen Abständen gerüttelt werden können, leuchtet ein,
daß die eingangs geschilderte Gefahr des Wiederlosreißens abgelagerter Staubteilchen
in der Tat vermieden ist.