EP0342539B1 - Elektrostatischer Staubabscheider - Google Patents

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EP0342539B1
EP0342539B1 EP89108577A EP89108577A EP0342539B1 EP 0342539 B1 EP0342539 B1 EP 0342539B1 EP 89108577 A EP89108577 A EP 89108577A EP 89108577 A EP89108577 A EP 89108577A EP 0342539 B1 EP0342539 B1 EP 0342539B1
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EP
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electrode
flow
dust
electrodes
deposition
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Gottfried Kneifel
Sven Kneifel
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Cs Kneifel KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
    • B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
    • B03C3/14—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by the additional use of mechanical effects, e.g. gravity
    • B03C3/145—Inertia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
    • B03C3/04—Plant or installations having external electricity supply dry type
    • B03C3/12—Plant or installations having external electricity supply dry type characterised by separation of ionising and collecting stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/40—Electrode constructions
    • B03C3/45—Collecting-electrodes
    • B03C3/51—Catch- space electrodes, e.g. slotted-box form

Definitions

  • the invention relates to an electrostatic precipitator for electrical dedusting (electrical flue gas cleaning), formed from a grounded housing, dirty gas inlet and flue gas outlet connection piece, in which in the gas flow one behind the other a high-voltage pulsating direct current preionization electrode and one or more opposite polarity from the gas flow Precipitation electrode (s) through which flow can be arranged and slide along the (s) precipitation electrode (s) solids, which discharge the dust-like particles carried in the dirty gas stream and clean the precipitation electrode.
  • a spray field is formed in the vicinity of the pre-ionization electrode. If a dust-laden flue gas stream gets into this spray field, the dust particles carried in it are ionized, which means that negative gas ions are created which negatively charge the individual dust particles. If these negatively charged dust particles enter the positively charged precipitation electrode, they are bound to it by the electric field forces. The dust particles agglomerate, which creates an increasingly thick layer that significantly reduces the effectiveness of the device.
  • the deposited dirt particles are removed by shaking, the vertically standing plate electrodes being set in vibration so that the agglomerated dust is detached.
  • the disadvantage of these devices is that complete cleaning, especially of the fine dust, is not possible. Rather, these re-enter the clean gas stream by shaking, which significantly reduces the degree of filter separation.
  • the plate electrodes are therefore mostly switched off or cleaned using special wet processes. However, this can only be done in discontinuous operation, which is considered to be very disadvantageous.
  • electrostatic filters are known in which solids flow along the precipitation electrodes and clean them. The dust-like particles are removed with the solids.
  • a solid-state bed surrounds the precipitation electrode and the bed is delimited by ring-shaped cylindrical units which are at ground potential.
  • the precipitation electrode is located in the middle of the filter bed. The field strength increases from the outside to the precipitation electrode. The highest voltage potential is therefore directly at the precipitation electrode.
  • a special position in these electrostatic filters, which are equipped with a solid, is provided by a device in which the precipitation electrode located in the middle of the filter bed is additionally cleaned by temporarily supplying it with AC voltage.
  • a disadvantage of these fixed bed electrostatic precipitators is that they also have difficulties in separating very fine dusts in grain sizes of approximately 0.001 to 0.01 mm. Due to the poor flow conditions at the precipitation electrodes, which are always in the middle of the filter bed, and the unfavorable electrical field distribution, these very fine dusts mostly return to the clean gas flow, so that the filter efficiency also drops significantly here.
  • the precipitation electrode consists of a frame which is insulated in the housing and is located on the opposite polarity to the preionization electrode.
  • This frame is formed by a cylindrical electrode, in which a wire-shaped counter electrode is housed centrally.
  • this electrostatic filter also has the disadvantages already described above.
  • the invention is therefore based on the object of avoiding the disadvantages described above, that is to provide an electrostatic filter which can be operated continuously and in which dust or dirt particles with a particle size of 0.01 to 0.001 mm are also reliably separated.
  • the precipitation electrode of such an electrostatic precipitator consists of an essentially flat-lying S-shaped inner side of a frame which is arranged in the direction of flow of the gas flow and is opposite one another at a distance from one another profiled electrode plates on which and in the space between which solids flow from an overlying pouring device to a cleaning and regeneration unit arranged below.
  • the solids should have a diameter of approximately between 3 mm and 8 mm.
  • the entire precipitation electrode is therefore under voltage with a potential opposite to the pre-ionization electrode.
  • the flue gas stream flows through this precipitation electrode, this flue gas stream entering the S-shaped profiled electrode sheets on the one hand, passing between these electrode sheets into the free space between the opposing S-shaped profiled electrode sheets, and then S-shaped on the other side profiled electrode sheets emerges from the precipitation electrode.
  • a dirty gas inlet connector for introducing the dirty gas flow (9) and on the other side a smoke gas outlet connector for removing the cleaned smoke gas (6).
  • a pre-ionization electrode (3) and a precipitation electrode (13) are accommodated on insulators (4) in the interior of the housing (8).
  • the precipitation electrode is formed from S-shaped electrode sheets (1) arranged in a frame (2), between which a fixed bed stream consisting of fixed bed bodies flows from an overhead pouring device (7) to a collecting container (10) located below. Below the collecting container (10) there is a cleaning and regeneration unit (11) which frees the fixed bed body from adhering dirt and dust and regenerates it for reuse. From there, the fixed bed bodies get back into the pouring device (7) by a lifting device (not shown).
  • the S-shaped profiled electrode sheets (1) are housed flat in the frame (2) and, as indicated by the markings (x) or as shown in Fig.3, the flue gas flows through them.
  • the S-shaped electrode sheets (1) arranged in the frame (2) on its inner sides enclose a space (5) between them, which the fixed bed moves from above can hike down below.
  • the S-shaped profiled electrode sheets (1) are connected to a positive voltage between 1,500 and 4,000 V; the pre-ionization electrode has a potential of approximately minus 50,000 V (50 kV). This voltage potential between the two electrodes and the resulting electrical field strengths cause the pre-ionized dust particles to adhere to the electrode sheets (1) and the ionized solids.
  • the specially designed Newtonian fluid of the solid body firstly cleans the S-shaped electrode plates (1) and the solid particles of the edge zone (12), which are heavily loaded. Due to the special flow conditions in the middle of the precipitation electrode (13), solids and dust particles are removed to the cleaning and regeneration unit (11).
  • FIG. 4 shows the flow conditions of the solid bed again as quasi Newtonian fluid.
  • the solids which have an irregular shape, are under the weight (F N ).
  • the static force sigma at right angles to the weight also acts on them.
  • the solid current between the S-shaped profiled electrode sheets (1) has the speed (v1), in the edge zone (12) the speed (v2).
  • This different speed or the relative speeds between v1 and v2 result in different rotational speeds (v rot ).
  • the solids located at the edge zone rotate faster (v rot2 ) than those towards the center of the fixed bed flow .
  • the shear stress tau which results from the static pressure sigma together with the shape of the S-shaped profile of the electrode sheet (1), is also shown in FIG.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Elektrofilter zur Elektroentstaubung (Elektro-Rauchgasreinigung), gebildet aus einem an Masse liegenden Gehäuse, Schmutzgaseintritts- und Rauchgasaustritts-Stutzen, in dem im Gasstrom hintereinander eine an hochgespanntem pulsierenden Gleichstrom liegende Vorionisationselektrode und eine oder mehrere an entgegensetzter Polarität liegende vom Gasstrom durchströmbare Niederschlagselektrode(n) angeordnet sind und an der (den) Niederschlagselektrode(n) Festkörper entlanggleiten, die die im Schmutzgasstrom mitgeführten staubförmigen Partikel austragen und die Niederschlagselektrode reinigen.
  • Infolge des auf minus 50 kV hochgespannten pulsierenden Gleichstromes bildet sich in der Umgebung der Vorionisationselektrode ein Sprühfeld aus. Gelangt ein staubbeladener Rauchgasstrom in dieses Sprühfeld, so werden die in ihm mitgeführten Staubteilchen ionisiert, das heißt, es entstehen negative Gasionen, die die einzelnen Staubteilchen negativ aufladen. Treten nun diese negativ aufgeladenen Staubteilchen in die positiv geladene Niederschlagselektrode ein, werden sie durch die elektrischen Feldkräfte an diese gebunden. Dabei agglomerieren die Staub- partikel, wodurch eine immer dicker werdende Schicht entsteht, die die Effektivität der Einrichtung deutlich vermindert.
  • Bei den bekannten Elektro-Plattenfiltern geschieht das Entfernen der abgelagerten Schmutzpartikel durch Rütteln, wobei die vertikal stehenden Platten-Elektroden so in Schwingung versetzt werden, daß ein Ablösen des agglomerierten Staubes erfolgt. Nachteilig ist bei diesen Einrichtungen, daß eine vollständige Abreinigung, insbesondere der Feinstäube, nicht möglich ist. Diese treten durch das Abrütteln vielmehr wieder in den Reingasstrom ein, wodurch der Filterabscheidegrad erheblich sinkt. Um diesem Nachteil zu begegnen, beziehungsweise um eine vollständige Reinigung der Elektroden zu erhalten, werden daher die Plattenelektroden zumeist abgeschaltet oder über spezielle Naß-Verfahren gereinigt. Dies kann allerdings nur im diskontinuierlichen Betrieb, der als sehr nachteilig angesehen wird, erfolgen.
  • Des weiteren sind Elektrofilter bekannt, bei denen Festkörper an den Niederschlagselektroden entlangströmen und diese reinigen. Mit den Festkörpern werden die staubförmigen Partikel ausgetragen. Gemeinsam ist diesen Einrichtungen, daß ein Festkörperbett die Niederschlagselektrode umgibt und das Bett durch ringförmige zylindrische Einheiten, welche auf Massepotential liegen, begrenzt sind. Die Niederschlagselektrode befindet sich hierbei inmitten des Filterbettes. Damit nimmt die Feldstärke von außen her bis zur Niederschlagselektrode hin zu. Das höchste Spannungspotential liegt also direkt an der Niederschlagselektrode.
  • Eine Sonderstellung bei diesen mit einem Festkörper ausgestatteten Elektrofiltern nimmt eine Einrichtung ein, bei der die inmitten des Filterbettes liegende Niederschlagselektrode durch zeitweise Speisung mit Wechselspannung zusätzlich gereinigt wird. Hierbei werden die negativ ionisierten Staubteilchen, die sich durch die umgekehrte Polarität an der Niederschlagselektrode angesetzt haben, durch die Wechselspannung von der Niederschlagselektrode losgelöst und sodann von dem Festkörper-Filterbett ausgetragen.
  • Als Nachteil ist bei diesen Festbett-Elektrofiltern wiederum festzustellen, daß auch bei Ihnen Schwierigkeiten bei der Abscheidung von Feinststäuben in Korngrößen von etwa 0,001 bis 0,01 mm auftreten. Diese Feinststäube gelangen durch die schlechten Strömungsverhältnisse an den stets inmitten des Filterbettes befindlichen Niederschlagselektroden und die ungünstige elektrische Feldverteilung zumeist wieder in den Reingasstrom zurück, sodaß auch hier der Filterwirkungsgrad deutlich absinkt.
  • Weiter bekannt, nach der WO 81/00 524, ist ein Elektrofilter, bei dem die Niederschlagselektrode aus einem im Gehäuse isoliert angeordneten, an der zur Vorionisationselektrode entgegengesetzten Polarität liegenden Rahmen besteht. Dieser Rahmen wird durch eine zylindrische Elektrode gebildet, in der zentral eine drahtförmige Gegenelektrode untergebracht ist. Auch diesem Elektrofilter hängen jedoch die oben bereits beschriebenen Nachteile an.
  • Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden, also einen Elektrofilter anzugeben, der kontinuierlich betrieben werden kann und bei dem auch Staub beziehungsweise Schmutzteilchen einer Korngröße von 0,01 bis 0,001 mm zuverlässig abgeschieden werden. Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß die Niederschlagselektrode eines derartigen Elektrofilters aus in einem in Durchströmungsrichtung des Gasstroms gegenüberliegenden Innenseiten eines Rahmens angeordneten, mit Abstand voneinander gegeneinander gerichteten, im wesentlichen flachliegenden S-förmig profilierten Elektrodenblechen besteht, auf denen und in dem Raum zwischen denen Festkörper von einer darüber angeordneten Schüttvorrichtung zu einer darunter angeordneten Reinigungs- und Regenerierungseinheit fließen. Hierbei sollen die Festkörper einen etwa zwischen 3 mm und 8 mm liegenden Durchmesser aufweisen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung steht demnach die gesamte Niederschlagselektrode unter Spannung mit einem, zu der Vorionisationselektrode entgegengesetzten Potential. Außerdem wird diese Niederschlagselektrode von dem Rauchgasstrom durchströmt, wobei dieser Rauchgasstrom einerseits bei den S-förmig profilierten Elektrodenblechen eintritt, zwischen diesen Elektrodenblechen hindurch in den freien Raum zwischen den gegenüber stehenden S-förmig profilierten Elektrodenblechen gelangt und sodann bei den jenseits angeordneten wiederum S-förmig profilierten Elektrodenblechen aus der Niederschlagselektrode austritt. Dadurch entsteht ein Effekt, der noch bei keinem derartigen Elektrofilter bekannt wurde, nämlich, daß sich die im Rauchgasstrom mitgeführten Staubpartikel zum größten Teil eingangsseitig an den dortigen S-förmig profilierten Elektrodenblechen beziehungsweise an den Festbettkörperchen ablagern, daß aber sodann ausgangsseitig eine nochmalige Nachreinigung stattfindet, bei der insbesondere die Fein- und Feinststäube aus dem Rauchgasstrom an den ausgangsseitigen wiederum S-förmigen Elektrodenblechen ausgeschieden werden. Insbesondere ist dies der Feldverteilung innerhalb der Niederschlagselektrode zu verdanken, die ja eingangs- und ausgangsseitig die höchste Feldstärke aufweist.
  • Äußerst bedeutsam und noch bei keiner derartigen Einrichtung bekannt ist die Ausführung der durchströmten Niederschlagselektrode, mit den in dem Rahmens angeordneten S-förmig profilierten Elektrodenblechen auf denen und zwischen denen die Festkörper "fließen". In der Ausführung der S-förmig profilierten Elektrodenbleche liegt konkrete Forschungsarbeit. Sie sind so berechnet und in Versuchsreihen so optimiert worden, daß der durch die Niederschlagselektrode führende Festbettstrom ein quasi Newton'sches Fluid bildet. Hierbei wurde erreicht, daß die Festkörperteilchen Rotationsarbeit leisten, die sich aus dem Differential der Coulomb-Reibung und dem Differential der Arbeit der Stoßvorgänge im Festkörperbett zusammensetzen. Durch die Form der Elektrodenbleche bedingt tritt am Rande der Bleche für die Festkörper eine Schubspannung auf, die wiederum eine spezielle Rotation der Festkörper zur Folge hat. Dadurch wird folgendes erreicht:
    • 1. Die Festkörper, insbesondere diejenigen der Randzone, vergrößern ihre schmutzaufnehmende Oberfläche durch die Rotation um etwa 40%. Daraus ergibt sich eine gute Abscheidung an den Stellen, die vom Staub besonders stark belastet sind.
    • 2. Durch unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten der Festbettkörperchen folgen unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten, was zur Folge hat, daß die Festkörper der Randzone sehr schnell von anhaftendem Staub befreit werden. Die Festkörper in der Mitte des Festkörperbettes jedoch rotieren nur in sehr geringem Maße, sodaß dort der Staub gut haften kann und damit mit den Festkörpern sicher abtransportiert wird.
  • Insgesamt ergibt sich damit ein Elektrofilter, der wie gefordert kontinuierlich betrieben werden kann und nicht nur höchst effektiv ist, sondern auch Fein- und Feinststäube sicher aus dem Rauchgasstrom aufnimmt.
  • Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Elektrofilters nach der Erfindung schematisch dargestellt und zwar zeigen
    • Fig.1 den Elektrofilter in Ansicht, teilweise geschnitten,
    • Fig.2 den Feldstärkeverlauf,
    • Fig.3 einen Schnitt durch die Niederschlagselektrode und
    • Fig.4 eine Teilansicht bei den S-förmig profilierten Elektrodenblechen.
  • An einem Gehäuse (8) ist einerseits ein Schmutzgaseintrittsstutzen zum Einführen des Schmutzgasstromes (9) und jenseits ein Rauchgasaustrittsstutzen zum Abführen des gereinigten Rauchgases (6) angebracht. Im Innern des Gehäuses (8) sind auf Isolatoren (4) eine Vorionisationselektrode (3) und eine Niederschlagselektrode (13) untergebracht. Die Niederschlagselektrode wird gebildet aus in einem Rahmen (2) angeordneten S-förmig profilierten Elektrodenblechen (1), zwischen denen ein aus Festbettkörperchen bestehender Festbettstrom von einer oben liegenden Schüttvorrichtung (7) zu einem unten liegenden Sammelbehälter (10) hindurch strömt. Unterhalb des Sammelbehälters (10) befindet sich eine Reinigungs- und Regenerie rungseinheit (11), die die Festbettkörper von anhaftendem Schmutz und Staub befreit und zur Wiederverwendung regeneriert. Von dortaus gelangen die Festbettkörper durch eine (nicht eingezeichnete) Hebevorrichtung wieder in die Schüttvorrichtung (7).
  • Die S-förmig profilierten Elektrodenbleche (1) sind flachliegend in dem Rahmen (2) untergebracht und werden, wie durch die Markierungen (x) angedeutet, beziehungsweise wie in Fig.3 gezeigt, vom Rauchgas durchströmt. Die in den Rahmen (2) an seinen Innenseiten angeordneten S-förmig profilierten Elektrodenbleche (1) schließen zwischen sich einen Raum (5) ein, den das Festbett von oben nach unten durchwandern kann. Die S-förmig profilierten Elektrodenbleche (1) liegen hierbei an einer positiven Spannung zwischen 1.500 und 4.000 V; die Vorionisationselektrode weist ein Potential von etwa minus 50.000 V (50 kV) auf. Durch dieses Spannungspotential zwischen den beiden Elektroden beziehungsweise durch die sich hierbei ergebenden elektrischen Feldstärken lagern sich die vorionisierten Staubteilchen an den Elektrodenblechen (1) und den ionisierten Festkörpern an.
  • Durch das speziell ausgebildete Newton'sche Fluid der Festkörper werden zum einen die S-förmig profilierten Elektrodenbleche (1) und die Festkörperteilchen der Randzone (12), welche stark belastet sind, gereinigt. Durch die speziellen Strömungsverhältnisse inmitten der Niederschlagselektrode (13) werden Festkörper und Staubpartikel zur Reinigungs- und Regenerierungseinheit (11) abtransportiert.
  • In Fig.4 sind die Strömungsverhältnisse des Festkörperbettes als quasi Newton'sches Fluid nochmals dargestellt. Die Festkörperchen, die eine unregelmäßige Form aufweisen, stehen unter der Gewichtskraft (FN). Weiter wirkt auf sie die rechtwinklig zu der Gewichtskraft liegende statische Kraft sigma. Der Festkörperstrom zwischen den S-förmig profilierten Elektrodenblechen (1) weist die Geschwindigkeit (v1), in der Randzone (12) die Geschwindigkeit (v2) auf. Durch diese unterschiedliche Geschwindigkeit beziehungsweise die Relativgeschwindigkeiten zwischen v1 und v2 folgen unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten (vrot). Dies hat zur Folge, daß die an der Randzone befindlichen Festkörper schneller rotieren (vrot2) als diejenigen zur Mitte des Festbettstromes hin. Dadurch ergibt sich der erwünschte Effekt, daß die Festkörper der Randzone (12) schneller von anhaftendem Staub und Schmutz befreit werden, während die Festkörper innerhalb des Festbettstromes, also die Festkörper, die sich im Raum (5) befinden, den Schmutz und Staub sicher nach unten zur Reinigungs- und Regenerierungseinheit (11) befördern.
  • Eingezeichnet in Fig.4 ist auch die Schubspannung tau, die sich aus dem statischen Druck sigma zusammen mit der Form des S-förmigen Profils der Elektrodenbleehe (1) ergibt.

Claims (2)

1. Elektrofilter zur Elektroentstaubung gebildet aus einem an Mase liegenden Gehaüse (8) mit Schmutzgaseintritts- (9) und Rauchgasaustrittsstutzen (6), in dem im durchströmenden Gasstrom hintereinander eine an hochgespannten pulsierenden Gleichstrom liegende Vorionisationselektrode (3) und eine oder mehrere an zu dieser Vorionisationselektrode (3) entgegengesetzter Polarität liegende, aus einem im Gehaüse (8) isoliert angeordneten Rahmen (2) bestehende vom Gasstrom durchströmbare Niederschlagselektrode(n) (13) angeordnet ist (sind) und an der (den) Niederschlagselektrode(n) (13) entlanggleitbaren Festkörpern, die die im Schmutzgasstrom mitgeführten staubförmigen Partikel austragen und die Niederschlagselektrode(n) (13) reinigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagselektrode (13) aus an den in Durchströmungsrichtung des Gasstroms gegenüberliegenden Innenseiten des Rahmens (2) angeordneten, mit Abstand voneinander gegeneinander gerichteten im wesentlichen flachliegenden S-förmig profilierten Elektrodenblechen (1) besteht, auf denen und in dem Raum zwischen denen Festkörper von einer darüber angeordneten Schüttvorrichtung (7) zu einer darunter angeordneten Reinigungs- und Regenerierungseinheit (11) fließen.
2. Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper einen zwischen 3 mm und 8 mm liegenden Durchmesser aufweisen.
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