EP0185966A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entstaubung eines feste oder flüssige Partikel in Suspension enthaltenden Gasstromes mittels eines elektrischen Feldes - Google Patents

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EP0185966A1
EP0185966A1 EP85115221A EP85115221A EP0185966A1 EP 0185966 A1 EP0185966 A1 EP 0185966A1 EP 85115221 A EP85115221 A EP 85115221A EP 85115221 A EP85115221 A EP 85115221A EP 0185966 A1 EP0185966 A1 EP 0185966A1
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particles
gas stream
partial
enriched
electric field
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Baldur Dr. Eliasson
Marcel Dr. Escudier
Michael Dr. Hirth
Jakob Dr. Keller
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
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Definitions

  • the invention is based on a method for dedusting a gas stream containing solid or liquid particles in suspension according to the preamble of claim 1 and on a device according to the preamble of claim 14.
  • electrostatic filters Devices for dedusting gas streams using electrical fields (so-called electrostatic filters) are known in numerous embodiments. They are all based on the principle that the particles suspended in the gas flow are first electrostatically charged in some way (mostly according to the principle of the corona effect), in order to then be attracted and held by an oppositely charged electrode (precipitation electrode). The final removal (discharge) of the particle layer deposited on the precipitation electrode is usually carried out periodically in a mechanical manner by tapping or vibrating the generally plate-shaped precipitation electrodes. (See Lueger, Lexikon dertechnik, Bd. 6 Energytechnik and power machines, keyword “electrostatic precipitators", pp. 286-292, Stuttgart 1965).
  • DE-PS 24 38 670 and DE-OS 27 44 556) particle agglomeration (for example DD-PS 144 509; EP-A 0 009 857), pulsed electrical fields (DE-OS 3 004 474 Al), arrangement of sieves in front of the precipitation electrode (JP document 56-136668), AC operation with an insulating screen to increase the breakdown voltage (DE-OS 3 039 639), combination of Electrofilter and cyclone (DE-OS 3 235 953 Al).
  • the conventional methods and devices for dedusting by means of electric fields leave something to be desired.
  • the electrostatic precipitators are voluminous and rarely have the optimal efficiency to be aimed for. While tapping and vibrating the precipitation electrodes, part of the dust that has already been separated is whirled up again and thrown back into the gas stream. The layer of dust already deposited on the electrode is charged, which can lead to electrical breakdowns with "back-spray effects”: some of the dust is thrown back into the gas stream.
  • the electric field strength that is decisive for dust separation is limited, since the breakdown voltage due to inhomogeneous field distribution compared to that of a homogeneous field is greatly reduced. All of these factors lead to a reduction in filter performance and a deterioration in dust separation.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a device for dedusting a gas stream containing solid or liquid particles in suspension by means of electrical fields, the electrical field strength determining the loading and migration of the particles being significantly increased in the interest of rapid and efficient dust separation can without having to accept the usual limitations due to the corona voltage of the electrodes.
  • both the ionization of the stream and the discharge of the dust particles are to be made simpler and more effective, while avoiding harmful repercussions such as re-whirling up already separated particles, breakdown due to electrical breakdowns, influences of the conductivity of the particles, etc. for electrostatic precipitators to be drastically reduced in terms of both costs and volume.
  • the basic principle of the invention is that by completely local and functional separation of the space necessary for the electrical charging of the particles to generate ions (ionization space) high homogeneous electric fields are made possible from the actual migration and concentration space for the charged particles (separation space) in order to accelerate the particle migration across the flow direction. This significantly shortens the required cleaning distance in the direction of flow. Furthermore, the bipolar charging forces the particles of the same name to migrate in opposite directions and thus to concentrate, neutralize, agglomerate and coagulate in a preferred zone of the gas phase.
  • the gas stream enriched with particles in this way can be branched off and completely dedusted with simple downstream means with a fraction of the effort required for conventional filters.
  • Fig. 1 the electrodes and the electrical field relationships of an electrostatic filter with separate, independent ionization and separating spaces are shown schematically
  • 1 is the gas stream (vectorial representation), which is perpendicular to the drawing plane and is loaded with particles in suspension is (raw gas flow).
  • 2 is the electrical field expended for ionizing the gas (shown vectorially as ionization field strength E 1 ), while 3 means the electrical field required for the separation or migration of the particles (shown vectorially as deposition field strength E Z ).
  • 4 represents the ionization space formed by E 1 , 5 the separation space for charged particles formed by E2.
  • 6 is the negative spray electrode, which mostly has tips and / or wires for producing the corona effect
  • 7 the positive separation electrode, which is usually designed as a plate.
  • the space between 6 and 7 is subdivided into spaces 4 and 5 by an additional electrode 8 in the form of a sieve, grid, etc. 9 is a negative particle charged by ions, which travels from the additional electrode 8 to the positive deposition electrode 7 (indicated by arrows) and is deposited there.
  • a flow of additional gas directed towards the viewer is available Improvement of the ionization in the ionization space 4 indicated.
  • This additional gas 10 is to be understood as optional.
  • 11 and 12 are the electrical voltages U 1 and U 2 corresponding to the field strengths 2 (E 1 ) and 3 (E2), respectively.
  • the polarities of the electrodes 6 and 7 can also be reversed, i.e. Spray electrode 6 positive, deposition electrode 7 negative.
  • the level of the additional electrode 8 is practically reduced to the level of the level of the negative spray electrode 6.
  • the additional electrode 8 is provided in the same way as the spray electrode 6 with elements with a small radius of curvature (tips, wires) for the escape of the electrical charges. These tips or wires are preferably for 6 and 8 in one plane.
  • the corresponding electric field 2 (vector E 1 ) is then set perpendicular to the electric field 3 (deposition field strength E2).
  • the actual spray electrodes 6 and 8 have elements with the same radius of curvature in the present case. All other reference numerals correspond geometrically and functionally to those in FIG. 1.
  • FIG. 3 schematically shows a part of an electrostatic filter with separate ionization and deposition spaces using dissimilar ionization electrodes in the ionization space.
  • the deposition electrode and the deposition space are not shown.
  • the electrode 6 here has elements with a larger radius, the electrode 8 with a smaller radius of curvature.
  • This real Lichen pointed or wire-shaped electrodes are designated 14 and 13 respectively.
  • both the polarity and the ratio of the rounding radii of 13 and 14 can also be carried out in reverse. Depending on the situation, positive or negative charges then appear on the more pointed electrode in accordance with the corona effect.
  • the remaining reference numerals correspond to those in FIG. 2.
  • Fig. 4 shows schematically a part of an electrostatic filter with separate ionization and separation spaces with wart-shaped ionization electrodes embedded in an insulating body.
  • 6 and 8 are the electrodes, similar to FIGS. 2 and 3
  • 17 is the insulating body in which the leads to the actual discharge electrodes 15 and 16 are embedded.
  • these wart-shaped electrodes which sit on the surface of the insulating body, some are designed with a small (19), the other with a large (16) radius of curvature.
  • the statements made under FIG. 3 apply to the polarity of 15 and 16 or 6 and 8.
  • a variable additional voltage 18 (pulsed voltage U3JL) is used to generate the field strength 2 (vector E 1 ), which acts periodically in the ionization space 4.
  • This additional voltage 18 is superimposed on the DC voltage 12 to form the periodically effective ionization voltage 11 (corona voltage U 1 ).
  • the actual ionization space 4 is virtually delimited from the deposition space 5 by the dash-dotted line.
  • the ionization is introduced at the actual tip-shaped or wire-shaped electrodes 19 for intermittent corona effect, which are provided with a suitable radius of curvature. All other reference numerals correspond to those of the previous figures.
  • FIG. 6 schematically shows an electrostatic filter which has both a positive and a negative ionization space and an intermediate neutralization zone, but no actual deposition electrode.
  • the electrostatic filter consists of two symmetrically opposite devices according to FIG. 3, but one of them has the reverse polarity of the electrodes as the other.
  • the deposition electrode is missing.
  • 20 is a positive spray electrode, which has 6 tips or wires in an analogous manner to the negative spray electrode. Accordingly, the positively charged particles 21 are generated on the one side and the negatively charged particles 9 on the opposite side.
  • the respective ionization space 4 is followed on each side by a corresponding migration zone 22 for charged particles. In between is the neutralization zone 23 for the particles to be discharged, where agglomeration or coagulation can also take place.
  • Such a neutral particle consisting of a negative and positive part, is indicated by the symbol 9/21.
  • FIG. 7 shows a diagram of the course of the ion currents in the electrical field space between symmetrically arranged bipolar ion sources and intermediate neutralization zone according to the structure according to FIG. 6.
  • the in'Fig. 6 electrodes shown in detail and their ionization spaces are shown here generally in block form.
  • 24 generally represents a negative ion source, simultaneously the negative field electrode, 25 the corresponding positive ion source, simultaneously the positive field electrode.
  • 26 represents the course of the negative ion current (measured as arrow I - ), 27 that of the positive ion current (measured as arrow I + ) over the x-axis perpendicular to the ion sources 24 and 25, which are intended as plates.
  • the ion currents 26 and 27 are simultaneously a measure of the corresponding currents of negatively and positively charged particles.
  • baffle 8 shows a schematic representation of an electrostatic filter with symmetrically acting bipolar ion sources, the neutralization zone being limited laterally by baffles.
  • the neutralization zone 23 located in the middle is laterally separated from the adjacent rooms by baffles 28 ′ in the form of sieves, grids or perforated flow baffles.
  • FIG. 9 schematically shows an electrostatic filter with asymmetrically acting bipolar ion sources.
  • the neutralization zone is practically defined by the space between the latter and the positive ion source 25, which simultaneously positive field electrode is formed.
  • Such an arrangement can be designed to be functional by suitable formation of the ion sources 24 and 25 and potential control of 24, 25 and 28.
  • FIG. 10 schematically shows a longitudinal section (plan view, top view) through a device for electrical dedusting having several stages with return of partial gas flows while maintaining a constant electrode spacing and a constant deposition voltage.
  • the gas stream (raw gas stream) 1 loaded with particles enters the electrostatic filter on the left (inlet 29).
  • the ionization sources 24 and 25 in combination with the electric field 3 (E2) effect in a first stage an electrical loading of at least some of the particles (9 and 21) and a concentration thereof towards the center (electric field 3, vector E2) .
  • means 13 are provided for separating and discharging a partial gas stream 31 enriched with particles - here designed as a "funnel".
  • the partial gas stream 31 of the first stage is branched off from the partial gas stream 32 depleted of particles as a residual gas stream 37 loaded with particles and removed from the cleaning system at the outlet 38.
  • the remaining partial gas flows 32 are successively further purified in an analogous manner. For the sake of clarity, particles 9 and 21 of the first stage are not shown here.
  • the corresponding partial gas streams 31 are fed back to the previous stage via fans 34 and return lines 35. This is indicated by the corresponding arrows. An alternative return line 39 is shown in dashed lines.
  • the remaining clean gas stream 36 leaves the electrostatic precipitator at the outlet 30. All other reference characters can be found in the previous figures.
  • FIG. 11 schematically shows a longitudinal section (floor plan) through a device for electrical dedusting, which has several stages, with a gradually decreasing electrode spacing and corresponding different deposition voltage.
  • the raw gas stream 1 loaded with particles enters the device on the left (inlet 29), is ionized by the ion sources 24 and 25 and is charged electrically bipolar.
  • the effective electric field 3 (vector E2) pushes the charged particles 9 and 21 successively towards the center. This concentration is indicated in the drawing by point-by-point representation of the particles 9 and 21.
  • a partial clean gas stream 40 is branched off in the vicinity of the ion sources 24 and 25, the leading edges of the laterally offset ion sources 24 and 28 of the 2nd stage providing the means 33 for separating and diverting the partial gas stream 31 enriched in particles - here towards the middle - mean.
  • Each stage narrows the cross-section of the partial gas stream 31 enriched in particles and extends that of the portion which is depleted in particles and has now become part of the clean gas stream 40.
  • the residual gas stream 37 loaded with particles is branched off and discharged at 38. 41 is a neutral boundary wall for the partial clean gas flow 40.
  • the remaining reference numerals correspond to those in FIG. 10.
  • FIG. 13 schematically shows a longitudinal section (plan view, top view) through a device for electrical dedusting having several stages with electrodes and ionization sources arranged obliquely with respect to the flow direction.
  • the distance between the ion sources 24 and 25 decreases continuously in the progressive flow direction.
  • the deposition voltage is also adjusted accordingly.
  • the ion sources 24 and 25 are each arranged approximately in one plane. However, this need not be the case. Seen in plan, the ion sources 24 and 25 can also be on one Curve, for example an exponential function.
  • their boundary surfaces representing an electrode in each step can be curved surfaces. Otherwise, the reference numerals correspond functionally to those of FIG. 11.
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of the use of a new electrical dedusting device without a separation electrode, for example according to FIG. 11 or FIG. 13 as a prefilter for a conventional electrostatic filter.
  • the incoming raw gas stream 1 is pre-cleaned, with a partial clean gas stream 40 being branched off, while the partial gas stream 31 enriched with particles and greatly reduced in its quantity (for example to 1/2 or 1/3 of the raw gas flow rate) in one with separation electrodes and one Knocking device 44 provided conventional electrostatic filter 43 is ready cleaned.
  • 45 represents the discharge of the dust particles.
  • the clean gas streams 36 can be combined or discharged outdoors.
  • the remaining reference numerals correspond to those of the previous figures.
  • FIG. 15 schematically shows a new electrical dedusting device without a separation electrode together with a cyclone as a prefilter and for discharging the dust particles.
  • the raw gas stream 1 laden with particles enters the cyclone 46, where it is pre-cleaned.
  • the pre-cleaned gas stream 47 leaves the cyclone 46 and is finished cleaned in a new electrostatic precipitator without a separation electrode (eg according to FIG. 13).
  • the partial clean gas streams 40 are separated and leave the electrostatic filter together as clean gas stream 36.
  • the maximum residual gas flow 37 loaded with particles is about a blower 34 is fed back into the lower part of the cyclone 46, where its particles are discharged at 45 in addition to the primarily separated particles. If necessary, a further cyclone can be connected between the fan 34 and the cyclone 46 to improve the degree of cleaning. All other reference symbols can be seen from previous figures.
  • the 16 shows a new electrical dust removal device without deposition electrode together with a cyclone or a conventional electrostatic filter for the discharge of the dust particles.
  • the raw gas stream 1 enters the new electrostatic precipitator while the clean gas stream 36 leaves the same.
  • the maximum residual gas stream 37 loaded with particles is fed via a blower 34 to a cyclone 46, where the dust particles are discharged at 45.
  • a conventional electrostatic filter 43 with a discharge 45 can also be used. This is indicated in the drawing with dashed lines.
  • the partial gas stream 48 is returned to the feed point (entry into the new electrostatic filter) and mixed with the raw gas stream 1. All other reference numerals can be found in the previous figures.
  • FIG. 17 is a stereometric illustration of an electrostatic filter with ionization spaces delimited by tip electrodes and metal grids and an intermediate neutralization zone.
  • the viewer looks from above into the main elements arranged in vertical planes, so that the plane of the drawing represents the floor plan (top view).
  • the raw gas stream 1 loaded with particles in suspension enters the device horizontally on the left.
  • the partial gas enriched in particles stream 31 is located in the central area of the device and leaves it horizontally on the right edge of the figure.
  • the partial gas streams 32 which are connected to the partial gas stream 31 on both sides and are depleted of particles are also continued horizontally parallel to the former.
  • the negative (6) and the positive (20) spray electrodes are each designed as a metallic, vertically arranged flat plate and equipped with wire pins 49 standing vertically on their plane, which have a tip at their projecting ends.
  • the additional electrodes 8 arranged on each side in a plane parallel to 6 and 20 are each designed as a metal grid (wire mesh) supported by a frame 50.
  • this frame 50 consists of a metal tube.
  • FIG. 18 shows a schematic illustration of an electrostatic filter according to FIG. 11 (viewed from a single stage) or FIG. 17 with the associated high-voltage supply device.
  • 51 is a high-voltage source for providing the ionization voltage 11 (represented by DC voltage vector U 1 in the present case).
  • the tips 49 of the spray electrode 6 of the negative ion source 24 are negative with respect to the additional electrode 8, those of the spray electrode 20 of the positive ion source 25 with respect to the corresponding other additive electrode 8 positively charged.
  • 52 is a high-voltage source for supplying the additional electrodes 8 with the deposition voltage 12 (represented in the present case by DC voltage vector U 2 ).
  • the electric fields 2 and 3 belonging to the voltages 11 and 12 correspond exactly to those in FIGS. 11 and 17.
  • the gas streams 1, 31 and 32 are designated by arrows pointing from left to right.
  • the dust particles are indicated by rows of points densely packed in the direction of flow. The rest of the figure explains itself.
  • the voltage 11 (DC voltage U 1 ) of the high-voltage sources 51 for ionization was 20 kV, so that an average virtual ionization field strength E 1 was achieved in the area of the electrical fields 2, which was 20 kV / cm and thus clearly above the value required for the corona effect lay.
  • the total deposition voltage 12 (DC voltage U 2 ) of the high voltage source 52 was 120 kV. In the present case, it was provided by connecting two high-voltage devices, each with 60 kV, in series, the middle, ie an opposite pole, being connected to earth. The constant field strength prevailing in the deposition and concentration space reached the value of 3 kV / cm.
  • a raw gas stream 1 loaded with particles was blown into the device with an average flow velocity in the deposition space of 2 m / s.
  • the particles are composed of particles from tobacco smoke with a diameter of ⁇ 1 ⁇ m and limestone with an average particle diameter of approx. 30 ⁇ m.
  • the total loading of gas stream 1 with particles in suspension was 20 g / m '.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment.
  • the device for dedusting it is possible in principle to combine all of the method steps and construction principles explained in the figure description (FIGS. 1 to 18) in accordance with the operational requirements.
  • the essence of the invention consists in being able to provide the highest possible and as homogeneous an electric field as possible with the greatest possible freedom of movement of the type and arrangement of the ion sources / field electrodes in order to impart a high rate of migration to the charged particles.

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Abstract

Ein feste oder flüssige Partikel in Suspension enthaltender Gasstrom (1) wird mittels eines elektrischen Feldes (3) entstaubt, indem er Quellen elektrischer Elementarteilchen, vornehmlich Ionenquellen (24, 25), welche gleichzeitig Feldelektroden sind, entlanggeführt wird, wobei die suspendierten Partikel bipolar aufgeladen werden, derart, dass ungefähr zur Hälfte positive (21) und negative (9) Partikel vorliegen, welche durch das elektrische Feld (3) zu einer Querwanderung in eine bevorzugte Neutralisationszone (23) gezwungen werden, wo sie konzentriert, entladen, zum Teil agglomeriert und koaguliert werden. Anschliessend werden die derart gebildeten, an Partikeln angereicherten bzw. verarmten Teilgasstrome getrennt und in der Folge nach Massgabe der betrieblichen Anforderungen weiterbehandelt. Dabei wird der mit Partikeln maximal angereicherte Restgasstrom (37) einer Abscheidevorrichtung (43, 46) zugeführt, wo der Austrag (45) stattfindet. Beträchtliche Verringerung des bis zur Feinreinigung mitzuschleppenden Gasvolumens. Verkleinerung des apparativen Aufwandes des Elektrofilters um den Faktor 2 oder mehr.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Entstaubung eines feste oder flüssige Partikel in Suspension enthaltenden Gasstromes nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und von einer Vorrichtung nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 14.
  • Vorrichtungen zur Entstaubung von Gasströmen mit Hilfe elektrischer Felder (sogenannte Elektrofilter) sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Sie beruhen alle auf dem Prinzip, dass zunächst die im Gasstrom suspendierten Partikel auf irgend eine Weise (meistens nach dem Prinzip des Korona-Effekts) unipolar elektrostatisch aufgeladen werden, um dann von einer entgegengesetzt geladenen Elektrode (Niederschlagselektrode) angezogen und festgehalten zu werden. Die endgültige Entfernung (Austragung) der auf der Niederschlagselektrode abgelagerten Partikelschicht erfolgt meist periodisch auf mechanische Art und Weise durch Abklopfen oder Vibrieren der in der Regel plattenförmigen Niederschlagselektroden. (Vergl. Lueger, Lexikon der Technik, Bd. 6 Energietechnik und Kraftmaschinen, Stichwort "Elektrofilter", S. 286-292, Stuttgart 1965).
  • Die Weiterentwicklung der Elektrofilter hat zu zahlreichen Verfeinerungen in der Anordnung und Betriebeführung geführt, die zum Teil ziemlich komplizierte und aufwendige Konstruktionen zur Folge hatten. Erwähnt seien hier örtliche und funktionelle Trennung von Ionisationsquelle und abzuscheidendem elektrischen Feld, Verwendung zusätzlicher Elektroden (Vergl. DE-PS 24 38 670 und DE-OS 27 44 556), Partikel-Agglomeration (z.B. DD-PS 144 509; EP-A 0 009 857), gepulste elektrische Felder (DE-OS 3 004 474 Al), Anordnung von Sieben vor der Niederschlagselektrode (JP-Schrift 56-136668), Wechselspannungsbetrieb mit Isolierschirm zur Erhöhung der Durchschlagsspannung (DE-OS 3 039 639), Kombination von Elektrofilter und Zyklon (DE-OS 3 235 953 Al).
  • Trotz der vorgenannten Verfeinerungen und der damit erzielten teilweisen Verbesserungen lassen die herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen zur Entstaubung mittels elektrischer Felder zu wünschen übrig. Die Elektrofilter sind voluminös und besitzen selten die anzustrebende optimale Effizienz. Während des Beklopfens und Vibrierens der Niederschlagselektroden wird ein Teil des bereits abgeschiedenen Staubes wieder aufgewirbelt und in den Gasstrom zurückgeschleudert. Die an der Elektrode bereits niedergeschlagene Staubschicht wird aufgeladen, wobei es zu elektrischen Durchschlägen mit "Rücksprüh-Effekten" kommen kann: Ein Teil des Staubes wird wieder in den Gasstrom zurückgeworfen. Ferner ist die für die Staubabscheidung massgebende elektrische Feldstärke begrenzt, da die Durchschlagsspannung zufolge inhomogener Feldverteilung gegenüber derjenigen eines homogenen Feldes stark reduziert ist. Alle diese Faktoren führen zu einer Verringerung der Filterleistung und zu einer Verschlechterung der Staubabscheidung.
  • Es besteht daher ein grosses Bedürfnis, die konventionelle Elektrofilter-Technologie zu verbessern, zu vereinfachen und zu verbilligen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Entstaubung eines feste oder flüssige Partikel in Suspension enthaltenden Gasstromes mittels elektrischer Felder anzugeben, wobei die für die Beladung und Wanderung der Partikel massgebende elektrische Feldstärke im Interesse einer raschen und effizienten Staubabscheidung wesentlich gesteigert werden kann,ohne die üblichen Begrenzungen durch die Koronaspannung der Elektroden in Kauf nehmen zu müssen. Gleichzeitig soll sowohl die Ionisation des Gesstromes wie der Austrag der Staubpartikel einfacher und wirksamer gestaltet werden, unter Vermeidung schädlicher Rückwirkungen wie Wiederaufwirbeln von bereits abgeschiedenen Partikeln, Zusammenbruch durch elektrische Durchschläge, Einflüsse der Leitfähigkeit der Partikel etc. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, den Aufwand für Elektrofilter sowohl kosten- wie volumenmässig drastisch zu senken.
  • Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 14 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Das grundlegende Prinzip der Erfindung besteht darin, dass durch vollständige örtliche und funktionelle Trennung des für die elektrische Aufladung der Partikel notwendigen Raumes zur Erzeugung von Ionen (Ionisationsraum) vom eigentlichen Wanderungs- und Konzentrationsraum für die aufgeladenen Partikel (Abecheidungsraum) hohe homogene elektrische Felder zwecks Beschleunigung der Partikelwanderung quer zur Strömungsrichtung ermöglicht werden. Dadurch wird die erforderliche Reinigungsstrecke in Strömungsrichtung wesentlich abgekürzt. Ferner werden durch die bipolare Aufladung die ungleichnamig geladenen Partikel zur Wanderung in entgegengesetzten Richtungen und somit zur Konzentration, Neutralisation, Agglomeration und Koagulation in einer bevorzugten Zone der Gasphase gezwungen. Der auf diese Weise an Partikeln angereicherte Gasstrom kann abgezweigt und mit einfachen nachgeschalteten Mitteln mit einem Bruchteil des für konventionelle Filter notwendigen Aufwandes vollständig entstaubt werden.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren und des Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung der Elektroden und der Feldverhältnisse eines Elektrofilters mit getrennten Ionisations- und Abscheideräumen durch Unterteilung mittels siebartiger Zusatzelektrode,
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Elektrofilters mit getrennten Ionisations- und Abscheideräumen unter Verwendung von gleichartigen Sprühelektroden im Ionisationsraum,
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Elektrofilters mit getrennten Ionisations- und Abscheideräumen unter Verwendung von ungleichartigen Ionisationselektroden im Ionisationsraum,
    • Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Teils eines Elektrofilters mit getrennten Ionisations- und Abscheideräumen unter Verwendung von in einem Isolierkörper eingebetteten warzenförmigen Ionisationselektroden im Ionisationsraum,
    • Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Elektrofilters mit getrennten Ionisations- und Abscheideräumen unter Benutzung überlagerter elektrischer Felder mittels einer gepulsten Spannung,
    • Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Elektrofilters mit positivem und negativem Ionisationsraum und dazwischenliegender Neutralisationszone, jedoch ohne Abscheidungselektrode,
    • Fig. 7 ein Diagramm des Verlaufs der Ionenströme zwischen symmetrisch angeordneten bipolaren Ionenquellen und dazwischenliegender Neutralisationszone, ohne Abscheidungselektrode,
    • Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Elektrofilters mit symmetrisch wirkenden bipolaren Ionenquellen und mittels Schikanen begrenzter Neutralisationszone,
    • Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Elektrofilters mit asymmetrisch wirkenden bipolaren Ionenquellen und mittels Schikane einerseits und Ionenquelle andererseits begrenzter Neutralisationszone,
    • Fig. 10 einen schematischen Längsschnitt (Grundriss) durch eine mehrere Stufen aufweisende Vorrichtung zur elektrischen Entstaubung mit Rückführung von Teilgasströmen und konstantem Elektrodenabstand sowie konstanter Abscheidungsspannung,
    • Fig. 11 einen schematischen Längsschnitt (Grundriss) durch eine mehrere Stufen aufweisende Vorrichtung zur elektrischen Entstaubung mit sich stufenweise verringerndem Elektrodenabstand sowie unterschiedlicher Abscheidungsspannung,
    • Fig. 12 einen schematischen Längsschnitt (Grundriss) durch eine mehrere Stufen aufweisenden Vorrichtung gemäss Fig. 11 mit bevorzugter geometrischer Anordnung der Elektroden,
    • Fig. 13 einen schematischen Längsschnitt (Grundriss) durch eine mehrere Stufen aufweisende Vorrichtung zur elektrischen Entstaubung mit zur Strömungsrichtung schief angeordneten Elektroden mit sich kontinuierlich verringerndem Abstand sowie unterschiedlicher Abscheidungsspannung,
    • Fig. 14 eine schematische Darstellung der Verwendung einer elektrischen Entstaubungsvorrichtung ohne Abscheidungselektrode als Vorfilter zu einem konventionellen Elektrofilter,
    • Fig. 15 eine schematische Darstellung einer elektrischen Entstaubungsvorrichtung ohne Abscheidungselektrode mit einem Zyklon als Vorfilter und zum Austrag der Staubpartikel,
    • Fig. 16 eine schematische Darstellung einer elektrischen Entstaubungsvorrichtung ohne Abscheidungselektrode mit einem Zyklon oder einem konventionellen Elektrofilter für den Austrag der Staubpartikel,
    • Fig. 17 eine stereometrische Darstellung eines Elektrofilters mit durch Spitzenelektroden und Metallgitter begrenzten Ionisationsräumen und dazwischenliegender Neutralisationszone,
    • Fig. 18 eine schematische Darstellung eines Elektrofilters gemäss Fig. 11 und Fig. 17 mit zugehöriger Hochspannungs-Speisevorrichtung.
  • In Fig. 1 sind die Elektroden und die elektrischen Feldverhältnisse eines Elektrofilters mit getrennten, voneinander unabhängigen Ionisations- und Abscheideräumen schematisch dargestellt, 1 ist der senkrecht auf der Zeichnungsebene stehende, auf den Betrachter gerichtete Gasstrom (vektorielle Darstellung), welcher mit Partikeln in Suspension beladen ist (Rohgasstrom). 2 ist das zur Ionisation des Gases aufgewendete elektrische Feld (als Ionisationsfeldstärke E1 vektoriell dargestellt), während 3 das zur Abscheidung bzw. Wanderung der Partikel notwendige elektrische Feld (als Abscheidungsfeldstärke EZ vektoriell dargestellt) bedeutet. 4 stellt den durch E1 gebildeten Ionisatiensraum, 5 den durch E2 gebildeten Abscheidungsraum für geladene Partikel dar. 6 ist die meist Spitzen und/oder Drähte zur Erzeugung des Korona-effekts aufweisende negative Sprühelektrode, 7 die meist als Platte ausgebildete positive Abscheidungselektrode. Der sich zwischen 6 und 7 befindliche Raum wird durch eine Zusatzelektrode 8 in Form eines Siebes, Gitters etc. in die Räume 4 und 5 unterteilt. 9 ist ein durch Ionen aufgeladenes negatives Partikel, welches von der Zusatzelektrode 8 nach der positiven Abscheidungselektrode 7 wandert (durch Pfeile angedeutet) und sich dort niederschlägt. Mit 10 ist ein auf den Betrachter gerichteter Strom von Zusatzgas (vektorielle Darstellung) zur Verbesserung der Ionisation im Ionisationsraum 4 angedeutet. Dieses Zusatzgas 10 ist fakultativ zu verstehen. 11 und 12 sind die den Feldstärken 2 (E1) bzw. 3 (E2) entsprechenden elektrischen Spannungen U1 bzw. U2.
  • Selbstverständlich können die Polaritäten der Elektroden 6 und 7 auch umgekehrt sein, d.h. Sprühelektrode 6 positiv, Abscheidungselektrode 7 negativ.
  • In Fig. 2 sind die Elektroden und die elektrischen Feldverhältnisse eines Elektrofilters mit getrennten Ionisations- und Abscheideräumen unter Verwendung von gleichartigen Sprühelektroden im Ionisationsraum dargestellt. Hier ist die Ebene der Zusatzelektrode 8 praktisch bis auf die Höhe der Ebene der negativen Sprühelektrode 6 zurückgenommen. Die Zusatzelektrode 8 ist in gleicher Weise wie die Sprühelektrode 6 mit Elementen mit kleinem Krümmungsradius (Spitzen, Drähte) zum Austritt der elektrischen Ladungen versehen. Diese Spitzen bzw. Drähte liegen vorzugsweise für 6 und 8 in einer Ebene. Das entsprechende elektrische Feld 2 (Vektor E1) stellt sich dann senkrecht zum elektrischen Feld 3 (Abscheidungsfeldstärke E2) ein. Die eigentlichen Sprühelektroden 6 und 8 haben im vorliegenden Fall Elemente mit gleichem Abrundungsradius. Alle übrigen Bezugszeichen entsprechen geometrisch und funktionell denjenigen der Fig. l.
  • Fig: 3 zeigt schematisch einen Teil eines Elektrofilters mit getrennten Ionisations- und Abscheidungsräumen unter Verwendung von ungleichartigen Ionisationselektroden im Ionisationsraum. Die Abscheidungselektrode und der Abscheidungsraum sind nicht dargestellt. Die Elektrode 6 weist hier Elemente mit grösserem, die Elektrode 8 solche mit kleinerem Abrundungsradius auf. Diese eigentlichen spitzen- oder drahtförmigen Elektroden sind mit 14 bzw. mit 13 bezeichnet. Selbstverständlich kann sowohl die Polarität wie das Verhältnis der Abrundungsradien von 13 und 14 auch umgekehrt ausgeführt werden. Je nachdem treten dann an der spitzeren Elektrode entsprechend dem Koronaeffekt positive oder negative Ladungen auf. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 2.
  • Fig. 4 zeigt schematisch einen Teil eines Elektrofilters mit getrennten Ionisations- und Abscheideräumen mit in einen Isolierkörper eingebetteten warzenförmigen Ionisationselektroden. 6 und 8 sind die Elektroden, ähnlich Fig. 2 und 3, 17 ist der Isolierkörper, in welchem die Zuleitungen zu den eigentlichen Entladungselektroden 15 und 16 eingebettet sind. Von diesen warzenförmigen, an der Oberfläche des Isolierkörpers sitzenden Elektroden sind die einen mit kleinem (19), die anderen mit grossem (16) Abrundungsradius ausgeführt. Für die Polarität von 15 und 16 bzw. 6 und 8 gilt das unter Fig. 3 Gesagte.
  • In Fig. 5 ist ein Elektrofilter mit getrennten Ionisations- und Abscheidungsräumen schematisch dargestellt, wobei für die elektrischen Felder eine Ueberlagerung mittels gepulster Spannung benutzt wird. Die Abscheidungsspannung 12 ist durch eine Gleichspannung U2= gegeben. Zur Erzeugung der Feldstärke 2 (Vektor E1), welche im Ionisationsraum 4 periodisch wirkt, wird eine variable Zusatzspannung 18 (gepulste Spannung U3JL) zu Hilfe genommen. Diese Zusatzspannung 18 überlagert sich der Gleichspannung 12 zur periodisch wirksamen Ionisationsspannung 11 (Koronaspannung U1). Der eigentliche Ionisationsraum 4 wird durch die strichpunktierte Linie virtuell gegenüber dem Abscheidungsraum 5 abgegrenzt. Die Ionisation wird an den eigentlichen spitzen- oder drahtförmigen Elektroden 19 für intermittierenden Koronaeffekt eingeleitet, welche mit einem dafür geeigneten Abrundungsradius versehen sind. Alle übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der vorangegangenen Figuren.
  • In Fig. 6 ist ein Elektrofilter schematisch dargestellt, welches sowohl einen positiven wie einen negativen Ionisationsraum und eine dazwischenliegende Neutralisationszone, jedoch keine eigentliche Abscheidungselektrode aufweist. Grundsätzlich besteht das Elektrofilter aus zwei sich symmetrisch gegenüber stehenden Vorrichtungen gemäss Fig. 3, wobei jedoch die eine gerade die umgekehrte Polarität der Elektroden aufweist wie die andere. Die Abscheidungselektrode fehlt. 20 ist eine positive Sprühelektrode, welche in analoger Weise zur negativen Sprühelektrode 6 Spitzen oder Drähte aufweist. Entsprechend werden auf der einen Seite die positiv geladenen Partikel 21 und auf der gegenüberliegenden Seite die negativ geladenen Partikel 9 erzeugt. Dem jeweiligen Ionisationsraum 4 schliesst sich auf jeder Seite eine entsprechende Wanderungszone 22 für geladene Partikel an. Dazwischen befindet sich die Neutralisationszone 23 für die zu entladenden Partikel, wo ausserdem eine Agglomeration oder Koagulation stattfinden kann. Ein derartiges, aus einem negativen und positiven Teil bestehendes neutrales Partikel ist durch das Symbol 9/21 angedeutet. Für die übrigen Bezugszeichen siehe vorangegangene Figuren!
  • Fig. 7 gibt ein Diagramm des Verlaufs der Ionenströme im elektrischen Feldraum zwischen symmetrisch angeordneten bipolaren Ionenquellen und dazwischenliegender Neutralisationszone gemäss Aufbau nach Fig. 6 wieder.
  • Die in'Fig. 6 im Detail dargestellten Elektroden und ihre Ionisationeräume sind hier ganz allgemein in Blockdarstellung gezeichnet. 24 stellt generell eine negative Ionenquelle, gleichzeitig die negative Feldelektrode, 25 die entsprechende positive Ionenquelle, gleichzeitig die positive Feldelektrode dar. 26 repräsentiert den Verlauf des negativen Ionenstroms (als Pfeil I- gemessen), 27 denjenigen des positiven Ionenstroms (als Pfeil I+ gemessen) über der auf den als Platten gedachten Ionenquellen 24 und 25 senkrecht stehenden x-Achse. Die Ionenströme 26 und 27 sind gleichzeitig ein Mass für die entsprechenden Ströme negativ und positiv geladener Partikel. Diese erreichen in der Nähe der Ionenquellen (Feldelektroden) 24 und 25 je ein Maximum und fallen dann innerhalb der Neutralisationszone 23 zufolge gegenseitiger sukzessiver Entladung der Partikel steil ab. Dadurch kommt es zur Konzentration und unter gewissen günstigen Voraussetzungen auch zur Koagulation und Agglomeration der nun entladenen Partikel in der Neutralisationszone 23. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Figur 6.
  • Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung ein Elektrofilter mit symmetrisch wirkenden bipolaren Ionenquellen, wobei die Neutralisationszone durch Schikanen seitlich begrenzt ist. Die sich in der Mitte befindende Neutralisationszone 23 wird seitlich durch Schikanen 28'in Form von'Sieben, Gittern oder durchbrochenen Strömungsleitblechen von den angrenzenden Räumen getrennt.
  • In Fig. 9 ist ein Elektrofilter mit asymmetrisch wirkenden bipolaren Ionenquellen schematisch dargestellt. Es ist nur eine Schikane 28 vorhanden. Die Neutralisationszone wird praktisch durch den Raum zwischen letzterer und der positiven Ionenquelle 25, welche gleichzeitig positive Feldelektrode ist, gebildet. Eine derartige Anordnung kann durch geeignete Ausbildung der Ionenquellen 24 und 25 und Potentialsteuerung von 24, 25 und 28 funktionsfähig gestaltet werden.
  • Fig. 10 zeigt schematisch einen Längsschnitt (Grundriss, Draufsicht) durch eine mehrere Stufen aufweisende Vorrichtung zur elektrischen Entstaubung mit Rückführung von Teilgasströmen unter Einhaltung eines konstanten Elektrodenabstands sowie einer konstanten Abscheidungsspannung. Von oben betrachtet tritt der mit Partikeln beladene Gasstrom (Rohgasstrom) 1 links in das Elektrofilter ein (Eintritt 29). Die Ionisationsquellen 24 und 25 im Verein mit dem elektrischen Feld 3 (E2) bewirken in einer 1. Stufe eine elektrische Beladung wenigstens eines Teils der Partikel (9 und 21) und eine Konzentration derselben gegen die Mitte zu (Elektrisches Feld 3, Vektor E2). Am Ende dieser Stufe sind Mittel 13 zur Trennung und Ableitung eines an Partikeln angereicherten Teilgasstromes 31 - hier als "Trichter" ausgebildet - vorgesehen. Der Teilgasstrom 31 der ersten Stufe wird als mit Partikeln maximal beladener Restgasstrom 37 vom an Partikeln verarmten Teilgasstrom 32 abgezweigt und beim Austrag 38 aus dem Reinigungssystem entfernt. In einer 2. und 3. Stufe werden die verbliebenen Teilgasströme 32 sukzessive in analoger Weise weitergereinigt. Der Uebersicht halber sind hier die Partikel 9 und 21 der ersten Stufe nicht eingezeichnet. Die entsprechenden Teilgasströme 31 werden über Gebläse 34 und Rückführungsleitungen 35 jeweils der vorangegangenen Stufe wieder zugeführt. Dies ist durch entsprechende Pfeile angedeutet. Eine alternative Rückführungsleitung 39 ist gestrichelt eingezeichnet. Der verbleibende Reingasstrom 36 verlässt beim Austritt 30 das Elektrofilter. Alle übrigen Bezugszeichen können aus den vorangehenden Figuren entnommen werden.
  • In Fig. 11 ist schematisch ein Längsschnitt (Grundriss) durch eine mehrere Stufen aufweisende Vorrichtung zur elektrischen Entstaubung mit sich stufenweise verringerndem Elektrodenabstand und entsprechender unterschiedlicher Abscheidungsspannung dargestellt. Der mit Partikeln beladene Rohgasstrom 1 tritt links in die Vorrichtung ein (Eintritt 29), wird durch die Ionenquellen 24 und 25 ionisiert und elektrisch bipolar aufgeladen. Das dabei wirksame elektrische Feld 3 (Vektor E2) drängt die geladenen Partikel 9 und 21 sukzessive zur Mitte hin. Diese Konzentration ist in der Zeichnung durch punktweise Darstellung der Partikel 9 und 21 angedeutet. Am Ende der 1. Stufe wird in der Nähe der Ionenquellen 24 und 25 je ein Teil-Reingasstrom 40 abgezweigt, wobei die Eintrittskanten der seitlich versetzten Ionenquellen 24 und 28 der 2. Stufe die Mittel 33 zur Trennung und Ableitung des an Partikeln angereicherten Teilgasstromes 31 - hier zur Mitte hin - bedeuten. Jede Stufe engt den Querschnitt des an Partikeln angereicherten Teilgasstromes 31 mehr ein und erweitert denjenigen des an Partikeln verarmten, nun zum Teil-Reingasstrom 40 gewordenen Anteils. Am Ende der letzten Stufe wird der mit Partikeln maximal beladene Restgasstrom 37 abgezweigt und bei 38 ausgetragen. 41 ist eine neutrale Begrenzungswand für den'Teil-Reingasstrom 40. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Figur 10.
  • In Fig. 12 ist ein Längsschnitt (Grundriss) durch eine mehrere Stufen aufweisende Vorrichtung gemäss Fig. 11 schematisch dargestellt, wobei die Elektroden eine bevorzugte geometrische Anordnung aufweisen. Unter der Voraussetzung, dass die elektrische Feldstärke 3 (Vektor E2) in allen Stufen den gleichen konstanten Wert aufweist, folgt die Spannung 12 (U21; U22; U23 ...) sowie der vertikale Abstand 42 (dl; d2; d3 ...) vorzugsweise dem nachfolgenden Gesetz:
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
    wobei
    • d. = Elektrodenabstand der Stufe i,
    • Ui = Spannung zwischen den Elektroden der Stufe i,
    • γ = Verhältnis der Breite des an Partikeln angereicherten Gasstromes (~ Breite der Neutralisationszone) zu jeweiligem Elektrodenabstand.
  • Die übrigen Bezugszeichen entsprechen genau denjenigen der Fig. 11.
  • Fig. 13 stellt schematisch einen Längsschnitt (Grundriss, Draufsicht) durch eine mehrere Stufen aufweisende Vorrichtung zur elektrischen Entstaubung mit zur Strömungsrichtung schief angeordneten Elektroden und Ionisationsquellen dar. Der Abstand der Ionenquellen 24 und 25 verringert sich in fortschreitender Strömungsrichtung kontinuierlich. Entsprechend ist auch die Abscheidungsspannung angepasst. Zwischen zwei in Strömungsrichtung benach barten Ionenquellen 24 bzw. 25 befindet sich jeweils ein Spalt für die Abtrennung eines Teil-Reingasstromes 40. Im vorliegenden Beispiel sind die Ionenquellen 24 bzw. 25 je ungefähr in einer Ebene angeordnet. Dies braucht jedoch nicht der Fall zu sein. Im Grundriss gesehen, können die Ionenquellen 24 und 25 auch auf einer Kurve, beispielsweise einer Exponentielfunktion angeordnet sein. Desgleichen können ihre, in jeder Stufe eine Elektrode darstellenden Begrenzungsflächen gekrümmte Flächen sein. Im übrigen entsprechen die Bezugszeichen funktionell denjenigen der Fig. 11.
  • Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung der Verwendung einer neuen elektrischen Entstaubungsvorrichtung ohne Abscheidungselektrode, beispielsweise gemäss Fig. 11 oder Fig. 13 als Vorfilter zu einem konventionellen Elektrofilter. Der eintretende Rohgasstrom 1 wird vorgereinigt, wobei ein Teil-Reingasstrom 40 abgezweigt wird, während der an Partikeln angereicherte, in seiner Menge stark reduzierte (z.B. auf 1/2 oder 1/3 der Rohgas-Durchflussmenge) Teilgasstrom 31 in einem mit Abscheidungselektroden und einer Klopfvorrichtung 44 versehenem konventionellen Elektrofilter 43 fertiggereinigt wird. 45 stellt den Austrag der Staubpartikel dar. Die Reingasströme 36 können je nach Verwendungszweck zusammengefasst oder ins Freie entlassen werden. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der vorangegangenen Figuren.
  • Fig. 15 stellt schematisch eine neue elektrische Entstaubungsvorrichtung ohne Abscheidungselektrode zusammen mit einem Zyklon als Vorfilter und zum Austrag der Staubpartikel dar. Der mit Partikeln beladene Rohgasstrom 1 tritt in den Zyklon 46 ein, wo er vorgereinigt wird. Der vorgereinigte Gasstrom 47 verlässt den Zyklon 46 und wird in einem neuen Elektrofilter ohne Abscheidungselektrode (z.B. gemäss Fig. 13) fertiggereinigt. Die Teil-Reingasströme 40 werden abgetrennt und verlassen zusammen als Reingasstrom 36 das Elektrofilter. Der mit Partikeln maximal beladene Restgasstrom 37 wird über ein Gebläse 34 in den unteren Teil des Zyklon 46 zurückgeführt, wo seine Partikel bei 45 zusätzlich zu den primär abgeschiedenen Partikeln ausgetragen werden. Gegebenenfalls kann zur Verbesserung des Reinigungsgrades zwischen das Gebläse 34 und den Zyklon 46 ein weiterer Zyklon geschaltet werden. Alle übrigen Bezugszeichen sind aus vorangegangenen Figuren ersichtlich.
  • In Fig. 16 ist eine neue elektrische Entstsubungsvorrichtung ohne Abscheidungselektrode zusammen mit einem Zyklon oder einem konventionellen Elektrofilter für den Austrag der Staubpartikel schematisch dargestellt. Der Rohgasstrom 1 tritt in das neue Elektrofilter ein, während der Reingasstrom 36 dasselbe verlässt. Der maximal mit Partikeln beladene Restgasstrom 37 wird über ein Gebläse 34 einem Zyklon 46 zugeführt, wo die Staubpartikel bei 45 ausgetragen werden. Statt eines Zyklons 46 kann dafür auch ein konventionelles Elektrofilter 43 mit Austrag 45 verwendet werden. Dies ist in der Zeichnung mit gestrichelten Linien angedeutet. Der Teilgasstrom 48 wird an die Aufgabestelle (Eintritt in das neue Elektrofilter) zurückgeführt und dem Rohgasstrom 1 beigemischt. Alle übrigen Bezugszeichen können aus den vorangegangenen Figuren entnommen werden.
  • Fig. 17 ist eine stereometrische Darstellung eines Elektrofilters mit durch Spitzenelektroden und Metallgitter begrenzten Ionisationsräumen und dazwischenliegender Neutralisationszone. Der Betrachter blickt dabei von oben in die in Vertikalebenen angeordneten Hauptelemente hinein, so dass die Zeichnungsebene den Grundriss (Draufsicht) darstellt. Der mit Partikeln in Suspension beladene Rohgasstrom 1 tritt links horizontal in die Vorrichtung ein. Der an Partikeln angereicherte Teilgasstrom 31 befindet sich im zentralen Bereich der Vorrichtung und verlässt dieselbe horizontal am rechten Figurenrand. Die an den Teilgasstrom 31 beiderseits anschliessenden, an Partikeln verarmten Teilgasströme 32 werden parallel zum ersteren ebenfalls horizontal weitergeführt. Die negative (6) wie die positive (20) Sprühelektrode ist je als eine metallische, vertikal angeordnete ebene Platte ausgebildet und mit senkrecht auf ihrer Ebene stehenden Drahtstiften 49 bestückt, welche an ihren vorstehenden Enden eine Spitze aufweisen. Die auf jeder Seite in einer zu 6 und 20 parallel stehenden Ebene angeordneten Zusatzelektroden 8 sind als je ein durch einen Rahmen 50 gestütztes Metallgitter (Drahtgeflecht) ausgebildet. Vorteilhafterweise besteht dieser Rahmen 50 aus einem Metallrohr. Durch diese Anordnung wird auf der negativen wie auf der positiven Seite je ein Ionisationsraum gebildet. In diesem herrscht das elektrische Feld 2 (Ionisationsfeldstärke E1). Die Gesamtheit der Bauelemente auf jeder Seite stellt die jeweilige negative (24) bzw. positive (25) Ionenquelle dar. Im Abscheidungsraum herrscht das elektrische Feld 3 (Abscheidungsfeldstärke E2), wo hauptsächlich die Aufladung und die Wanderung sowie Koagulation der Staubpartikel stattfindet.
  • In Fig. 18 ist eine schematische Darstellung eines Elektrofilters gemäss Fig. 11 (eine einzige Stufe betrachtet) bzw. Fig. 17 mit zugehöriger Hochspannungs-Speisevorrichtung wiedergegeben. 51 ist eine Hochspannungsquelle zur Bereitstellung der Ionisationsspannung 11 (im vorliegenden Fall durch Gleichspannungsvektor U1 dargestellt). Die Spitzen 49 der Sprühelektrode 6 der negativen Ionenquelle 24 sind gegenüber der Zusatzelektrode 8 negativ, diejenigen der Sprühelektrode 20 der positiven Ionenquelle 25 gegenüber der entsprechenden anderen Zusatzelektrode 8 positiv geladen. 52 ist eine Hochspannungsquelle zur Speisung der Zusatzelektroden 8 mit der Abscheidungsspannung 12 (im vorliegenden Fall durch Gleichspannungsvektor U2 dargestellt). Die zu den Spannungen 11 und 12 gehörenden elektrischen Felder 2 und 3 entsprechen genau denjenigen in den Figuren 11 und 17. Die Gasströme 1, 31 und 32 sind mit von links nach rechts gerichteten Pfeilen bezeichnet. Die Staubpartikel sind durch Reihen sukzessive in Strömungsrichtung dichter gepackter Punkte angedeutet. Der Rest der Figur erklärt sich von selbst.
    • Ausführungsbeispiel:
  • Siehe Figuren 11, 17 und 18:
    • Die Vorrichtung zur elektrischen Entstaubung wurde gemäss Fig. 17 aufgebaut. Die in die plattenförmigen, aus je einem Metallblech bestehenden Elektroden 6 und 20 eingelassenen und vernieteten, metallischen Drahtstifte 49 hatten eine axiale Länge von 20 mm. Sie waren in einem quadratischen Muster mit einer Seitenlänge (Mittenabstand von Stift zu Stift) von 20 mm angeordnet und hatten einen Durchmesser von 1,5 mm. Die Zusatzelektroden 8 bestanden aus einem Metallgewebe (Drahtgeflecht) von 0,7 mm Maschenweite (Mittenabstand der Drähte 1,0 mm) bei einem Drahtdurchmesser von 0,3 mm. Dieses Drahtgeflecht wurde durch einen aus einem Rohr von 15 mm Aussendurchmesser gebildeten rechteckigen Rahmen 50 gespannt und festgehalten. Im vorliegenden Fall war das Drahtgeflecht auf der dem Gasstrom 1 zugewandten Seite einseitig auf den Rahmen 50 aufgeschweisst, so dass im Raum zwischen den Zusatzelektroden 8 überall ein streng homogenes elektrisches Feld 3 (konstante Feldstärke E2) herrschte. Der Abstand der Zusatzelektroden 8 voneinander (lichte Weite) betrug 400 mm bei einer Tiefe quer zur Strömungsrichtung von 800 mm und einer axialen Länge in Strömungsrichtung von 2000 mm. Der Abstand der Spitzen der Drahtstifte 49 von der Ebene der Zusatzelektrode 8 betrug 20 mm.
  • Die Spannung 11 (Gleichspannung U1) der Hochspannungsquellen 51 zur Ionisierung betrug 20 kV, so dass eine mittlere virtuelle Ionisationsfeldstärke E1 im Raum der elektrischen Felder 2 erzielt wurde, die bei 20 kV/cm und somit deutlich über dem für den Koronaeffekt erforderlichen Wert lag. Die totale Abscheidungsspannung 12 (Gleichspannung U2) der Hochspannungsquelle 52 betrug 120 kV. Sie wurde im vorliegenden Fall durch Hintereinanderschaltung von zwei Hochspannungsgeräten zu je 60 kV bereitgestellt, wobei die Mitte, d.h. je ein entgegengesetzter Pol an Erde lag. Die im Abscheidungs- und Konzentrationsraum herrschende konstante Feldstärke erreichte den Wert von 3 kV/cm.
  • In die Vorrichtung wurde ein mit Partikeln beladener Rohgasstrom 1 mit einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Abscheidungsraum von 2 m/s geblasen. Die Partikel setzten sich aus von Tabakrauch stammenden Teilchen mit <1 µm Durchmesser und Kalkstein mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ca. 30 µm zusammen. Die totale Beladung des Gasstromes 1 mit Partikeln in Suspension betrug 20 g/m'.
  • Es konnte beobachtet werden, dass die Staubpartikel im Verlauf ihrer Längsströmung zu einer Querwanderung gegen die zentrale Neutralisationszone zu gezwungen wurden (Vergl. Zone 23 in Fig. 7). Die Partikel wurden geradezu gegen die Mitte geschleudert, so dass am Ausgang des Elektrofilters eine Konzentration des Staubes in einer ca. 100 mm breiten Zone festgestellt werden konnte (Teilgasstrom 31). Zu beiden Seiten dieser staubbeladenen Zone befand sich eine praktisch staubfreie Schicht (Teilgasströme 32) von je ca. 150 mm Breite. Der Reststsubgehalt des Reingasstromes lag unter 0,1 g/m'. Des weiteren konnte beobachtet werden, dass der grösste Teil der feinen Tabakrauchpartikel an die gröberen Kalkpartikel angelagert war.
  • Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Bei der Konzeption der Vorrichtung zur Entstaubung lassen sich grundsätzliche alle, in der Figurenbeschreibung (Fig. 1 bis 18) erläuterten Verfahrensschritteund Konstruktionsprinzipien nach Massgabe der betrieblichen Erfordernisse kombinieren. Der Kern der Erfindung besteht dabei darin, bei möglichst grosser Freizügigkeit der Art und Anordnung der Ionenquellen/Feldelektroden ein möglichst hohes und möglichst homogenes elektrisches Feld bereitstellen zu können, um den geladenen Partikeln eine hohe Wanderungsgeschwindigkeit zu erteilen.
  • Vorteile des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtungen:
    • - Hoher Abscheidegrad für die Staubpartikel
    • - Geringes Bauvolumen der Filter, insbesondere gegenüber konventionellen Filtern stark verkürzte Abmessungen in Strömungsrichtung
    • - Hohe energetische Leistungsdichte
    • - Geringer spezifischer Leistungsaufwand
    • - Hohe Betriebssicherheit (Freiheit von unerwünschten Durch- und Ueberschlägen an den Elektroden)

Claims (24)

1. Verfahren zur Entstaubung eines feste oder flüaeige Partikel in Suspension enthaltenden Gasstromes (1) mittels eines elektrischen Feldes (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (1) Quellen elektrisch geladener Elementarteilchen entlanggeführt wird, wobei die in ihm suspendierten Partikel bipolar ungefähr zur Hälfte positiv (21) und zur anderen Hälfte negativ (9) aufgeladen und durch ein quer zur Strömungsrichtung angelegtes elektrisches Feld (3) in je einer Wanderungszone (22) zu einer Querwanderung gezwungen werden, dergestalt, dass sie sich gegen eine bevorzugte Zone des Gasstromes (1) hin bewegen, in dieser Neutralisationszone (23) konzentriert und unter Zuhilfenahme des besagten elektrischen Feldes (3) zur Agglomeration und Koagulation (9/21) unter gleichzeitigem wenigstens teilweisen gegenseitigen Abbau ihrer Ladungen gezwungen werden, wodurch an Partikeln angereicherte und an Partikeln verarmte Zonen mit entsprechenden Teilgasströmen (31, 32) geschaffen werden, welche in der Folge voneinander getrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bevorzugte Neutralisationszone (23) des Gasstromes (1) gegen die Mitte des Strömungsquerschnitts hin gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle elektrisch geladener Elementarteilchen eine separate, vom elektrischen Feld (3) unabhängige Ionenquelle (24, 25) benutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle elektrisch geladener Elementarteilchen gleichzeitig zur Erzeugung des elektrischen Feldes (3) verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch geladenen Elementarteilchen durch Koronaeffekte unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes (2) zur Ionisation eines Gases erzeugt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasss als Quelle elektrisch geladener Elementarteilchen ein separat eingeleiteter Strom eines ionisierten fremden Zusatzgases (10) benutzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an Partikeln angereicherten Teilgasströme (31) von den restlichen übriggebliebenen Teil-Reingasströmen (40) getrennt, abgezweigt, ausgetragen und einer weiteren Entstaubung unterworfen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entstaubung in mehreren Stufen durchgeführt und die an Partikeln angereicherten Teilgasströme (31) in eine der vorangehenden Stufen in den Gasstrom (1) zurückgeführt (35) und mindestens einer der an Partikeln angereicherten Teilgasströme (31, 37) endgültig ausgetragen wird (38).
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (1) zunächst nach dem Prinzip der Zentrifugalabscheidung in einem Zyklon (46) vorgereinigt und dass mindestens einer der an Partikeln angereicherten Teilgasströme (31, 37) dem Staubaustrag (45) des zur Vorreinigung dienenden Zyklons (46) zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an Partikeln angereicherten Teilgasströme (31, 37) nach dem Prinzip der Zentrifugalabscheidung (46) oder der elektrischen Abscheidung (43) wenigstens teilweise entstaubt werden und dass dieser teilweise entstaubte Anteil in den zugeführten Gasstrom (1) zurückgeführt wird (48).
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom gesamten, mit Partikeln beladenen Gasstrom (1) in Strömungsrichtung betrachtet die bereits gereinigten Partien sukzessive als progressiv in ihrer Gesamtmenge zunehmende Teil-Reingasströme (40) abgezweigt, gesammelt und ihrem Bestimmungszweck zugeführt werden, und dass der verkleinerte, an Partikeln angereicherte Teilgasstrom (31) einer letzten gesonderten Entstaubungsvorrichtung (43) zugeführt wird und dessen Partikel schliesslich abgeschieden und ausgetragen werden (45).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das sukzessive Reinigen des Gasstromes (1) und das Abzweigen der Teil-Reingasströme (40) stufen- 'weise in einer in Kaskadenschaltung angeordneten Reihe von Vorrichtungen erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das sukzessive Reinigen des Gasstromes (1) und das Abzweigen der Teil-Reingasströme (40) feinstufig bis kontinuierlich erfolgt.
14. Vorrichtung zur Entstaubung eines feste oder flüssige Partikel in Suspension enthaltenden Gasstromes (1) unter Heranziehung eines elektrischen Feldes (3), dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (24, 25) zur Erzeugung eines quer zur Richtung des Gasstromes (1) gerichteten zeitlich konstanten oder variablen elektrischen Feldes (3) sowie Mittel (24, 25) zur bipolaren Aufladung der im Gasstrom (1) suspendierten Partikel in der Weise vorgesehen sind, dass im fortschreitenden Gasstrom (1) in einer bevorzugten Zone, der Neutralisationszone (23) eine Anreicherung der Partikel in einem Teilgasstrom (31) ermöglicht wird, und dass ferner Mittel (33) zur Abzweigung und Austragung dieses an Partikeln angereicherten Teilgasstromes (31) oder des dazu komplementären Teil-Reingasstromes (40) sowie eine separate mechanische oder elektrische Abscheideeinrichtung (46, 43) für den Austrag (45) der Partikel vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (24, 25) zur Erzeugung des elektrischen Feldes (31) im wesentlichen aus gleichartigen flächigen plattenförmigen oder zylindrischen und/oder gitterartigen metallischen Elektroden bestehen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (24, 25) zur bipolaren Aufladung der Partikel in einer Elektrode (6, 20) zur Erzeugung einer Koronaentladung aufweisenden Ionisationsvorrichtung und einem elektrischen Feld (3) bestehen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektroden (6, 20) zur Erzeugung einer Koronaentladung spitzen- oder drahtförmige Elektroden mit gleichen (6, 8) oder verschiedenen (13, 14) Abrundungsradien oder warzenförmige Elektroden (15, 16) in einem als Grundplatte dienenden Isolierkörper (17) vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (24, 25) zur bipolaren Aufladung der Partikel in separat zugeführten Strömen ionisierter fremder Zusatzgase (10) bestehen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralisationszone (23) in Querrichtung zum Gasstrom (1) einseitig oder allseitig durch Schikanen (28) in Form von Sieben, Gittern oder gelochten oder unterbrochenen Leitblechen begrenzt ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (33) zur Abzweigung des an Partikeln angereicherten Teilgasstromes (31) ein trichterförmiges Bauelement vorgesehen ist, das an eine Saugleitung zur Verbindung mit der separaten Abscheideeinrichtüng oder an eine Rückführungsleitung (35) in den zugeführten Gasstrom (1) angeschlossen ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die separate Abscheideeinrichtung aus einem 'Fliehkraftreiniger in Form eines Zyklons (46) oder einem elektrischen Abscheider in Form eines konventionellen Elektrofilters (43) besteht.
22. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehreren kaskadenartig aufgebauten Stufen mit abnehmendem Querschnitt für den an Partikeln angereicherten Teilgasstrom (31) sowie mit Oeffnungen für den Durchlass der Teil-Reingasströme (40) und einer entsprechenden Anzahl von auf unterschiedlichem Potential stehenden Ionenquellen- und Elektrodenpaaren (24, 25) besteht.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl n ebener Ionenquellen- und Elektrodenpaare (24, 25) mit stufenweise abnehmendem Abstand von je zwei ungleichnamigen gegenüberliegenden Elektroden vorgesehen ist, dergestalt, dass der Abstand di (42) und die Spannung Ui (12) folgender Formel genügen:
Figure imgb0003
Figure imgb0004
wobei
di = Elektrodenabstand der Stufe i,
Ui = Spannung der Stufe i,
γ = Verhältnis der Breite des an Partikeln angereicherten Gasstromes zu jeweiligem Elektrodenabstand.
24. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass für den an Partikeln angereicherten Teilgasstrom (31) ein Kanal mit progressiv kontinuierlich abnehmendem Querschnitt und entsprechende segmentartig geformte Ionenquellen- und Elektrodenpaare (24, 25) konstanter Potentialdifferenz (12) und variabler Feldstärke (3) oder eine Vielzahl von profilierten Ionenquellen- und Elektrodenpaaren (24, 25) variabler Potentialdifferenz (12) und annähernd konstanter Feldstärke (3) vorgesehen sind.
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