EP0504452B1 - Verfahren und Einrichtung zur Aufladung von Partikeln - Google Patents

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EP0504452B1
EP0504452B1 EP19910104307 EP91104307A EP0504452B1 EP 0504452 B1 EP0504452 B1 EP 0504452B1 EP 19910104307 EP19910104307 EP 19910104307 EP 91104307 A EP91104307 A EP 91104307A EP 0504452 B1 EP0504452 B1 EP 0504452B1
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Andreas Kwetkus
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ABB AB
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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    • B03C7/006Charging without electricity supply, e.g. by tribo-electricity, pyroelectricity

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Aufladung von Partikeln gemäss dem einleitenden Teil des Anspruchs 1.
  • TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
  • Bei der elektrostatischen Separation von Partikeln, z.B. Kohleteilchen, werden in einem Reibungsauflader (TRIBO-Auflader) fein gemahlene Partikel durch Stösse an Festkörpern, z.B. Wänden, aufgeladen. Reibungsauflader dieser Art sind beispielsweise im Prospekt "ESB Elektrostatik-Automatik-Pulverbeschichtungs-Systeme", Seite 13, der Firma ESB, Meersburg (BRD), undatiert, beschrieben. Diese Aufladung hängt stark von den dielektrischen Eigenschaften der Partikel ab. So wird in der DE-C-744 361 darauf hingewiesen wird, dass durch Bestrahlung mit UV-Licht die Dielektrizitätskonstante von Oberflächen beeinflusst werden kann, um einen elektrostatischen Trennprozess zu unterstützen. Ein guter Isolator wird dabei anders als ein schlechter aufgeladen, sodass man das gute Isolatormaterial vom schlechten in einem elektrischen Feld trennen kann. Je nach Kombination der zu trennenden Materialien können sogar Aufladungen mit verschiedener Polarität vorkommen. Durch mehrere Stösse werden weitere Ladungen auf die Partikel gebracht; jedoch nicht mehr so viele wie bei früheren Stössen, weil schliesslich eine Sättigung erreicht wird. Effiziente Reibungsauflader sollen durch möglichst wenig Stösse diese "maximale" Ladungsdichte erreichen.
  • Aus der EP-A-0 241 555 ist es bekannt, in Luft suspendierte Partikel mit UV-Licht zu bestrahlen und anschliessend in einem elektrostatischen Filter abzuscheiden.
  • Es ist auch schon lange bekannt, (DE-C-394 577), die in Gasen schwebenden Partikel durch Bestrahlung mit Licht von geeigneter Wellenlänge, für welche sie lichtelektrisch empfindlich sind, positiv zu laden und unmittelbar hinter dem Bestrahlungsraum durch ein hinreichend starkes elektrisches Feld abzuscheiden.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einrichtung zur effizienten Aufladung von Partikeln anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den Patentnasprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
  • Die erfindungsgemässe Einrichtung ermöglicht eine hohe Effizienz der Aufladung. Darüber hinaus ändert sich der physikalische Mechanismus (die Austrittsarbeit der Elektronen aus dem Material) des Ladungsübergangs in positiver Weise für vorgeladene Partikel im Reibungsauflader. Bei Substratkombinationen, bei denen Aufladung verschiedener Polarität vorkommt, kann z.B. bei positiver Vorab-Aufladung die erzielte Ladungsdifferenz zwischen den Partikeln beim Stoss mit der neutralen Wand (im Reibungsaulader) besonders verstärkt werden, weil sich die eine Polarität entlädt, während die andere zusätzliche Ladungen erhält. Dadurch wird eine bessere Selektivität erzielt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Voraufladung mittels eines UV-Excimerstrahlers erfolgt, wie er beispielsweise in der US-Patentschrift 4,837,484 oder der EP-A-0 254 111 beschrieben ist. Diese neuen UV-Excimerstrahler erzeugen energiereiche UV-Strahlung in einem wohldefinierten Wellenlängenbereich und lassen sich hinsichtlich ihrer Geometrie leicht dem Prozess anpassen. Der Hauptvorteil dieser Strahler liegt darin, dass die Strahlung sehr schmalbandig (monochromatisch) ist, so dass ganz spezifische Energien der Photonen abgestrahlt werden. Damit kann sehr effektiv und selektiv aufgeladen werden.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Aufladung der Partikel im Reibungsauflader durch ein elektrische Feld unterstützt wird und die aufgeladenen Partikel nach Verlassen des Reibungsaufladers durch Einwirken eines elektrischen Feldes umgekehrter Polarität von den ungeladenen separiert werden.
  • Die erfindungsgemässe Einrichtung eignet sich insbesondere zur selektiven Aufladung aschebildender und schwefelhaltiger Bestandteile in pulverisierter Kohle, weil diese Bestandteile als Partikel unterschiedlich aufgeladen werden, die praktisch zur Gänze nur aus Kohle bestehen.
  • Die Erfindung sowie weitere mit ihr erzielbare Vorteile werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In der Zeichnung zeigt
  • Fig.1
    in schematisierter Form eine Einrichtungen zur elektrostatischen Aufladung von Partikeln, bestehend aus einem UV-Strahler mit nachgeschaltetem Reibungsauflader;
    Fig.2
    einen Querschnitt durch die Einrichtung nach Fig.1 längs deren Linie AA;
    Fig.3
    eine Abwandlung der Einrichtung nach Fig.1 mit einem feldunterstützen Reibungsauflader.
    DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die in Fig.1 dargestellte Einrichtung zur Aufladung von Partikeln umfasst eine UV-Bestrahlungseinrichtung 1 und einen sich unmittelbar daran anschliessenden Reibungsauflader 2. Die UV-Bestrahlungsvorrichtung besteht aus zwei konzentrischen Quarzrohren 3, 4, die zwischen sich einen ringförmigen Raum, den Entladungsraum 5, freilassen. Das äussere Quarzrohr 3 ist aussen mit einer Metallisierung 6 versehen, welche als Aussenelektrode dient. Anstelle eines mit einer Metallisierung 6 versehenen Quarzrohres 3 kann auch ein Metallrohr oder Metallgitter verwendet werden.
  • Auf der dem Entladungsraum 5 abgewandten Innenwand des inneren Rohres 4 ist eine für UV-Strahlung transparente Innenelektrode 7 in Gestalt eines Drahtnetzes angeordnet. An die beiden Elektroden 6 und 7 ist eine Hochspannungsquelle 8 angeschlossen, derart, dass die Innenelektrode 7 auf Erdpotential liegt. Ein Schutzrohr 9 aus Quarz deckt die Innenelektrode 7 nach innen ab. Das Innere des Schutzrohrs 9 bildet den Bestrahlungsraum 10.
  • Der Entladungsraum 5 ist mit einem unter Entladungsbedingungen Excimere bildenden Gas bzw. Gasgemisch gefüllt. UV-Excimerstrahler der beschriebenen Art sind bekannt und Gegenstand der eingangs genannten Europäischen Patentanmeldung, wo auch die Gase bzw. Gasgemische im Entladungsraum 5 in Relation zur Wellenlänge der erzeugten UV-Strahlung detailliert beschrieben sind.
  • Neben der dargestellten Ausführungsform des UV-Strahlers 1 eignen sich auch andere Konfigurationen, z.B. UV-Excimerstrahler wie sie in den deutschen Offenlegungsschriften DE-A-40 10 190 oder 40 22 279 beschrieben sind.
  • Der Reibungsauflader 2 besteht im wesentlichen aus einem geerdeten Metallrohr 11. Weil die Kontaktaufladung von Festkörpern (und Partikeln) stark von den elektrischen Eigenschaften des Wandmaterials (des Rohres 11) abhängig ist, besteht das Metallrohr 11 aus einer Legierung von Metall mit seltenen Erden (La,Ce,Ce-Eisen) oder es weist einen Einsatz aus einem solchen Material auf.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Reibungsaufladers ergibt sich, wenn die Reibungsaufladung durch ein zusätzliches elektrisches Feld unterstützt wird. Ein derartiger Auflader ist in Fig.3 beispielsweise veranschaulicht.
  • In einem auf Erdpotential liegenden ersten Rohr 11 ist eine in Rohrlängsrichtung verlaufende erste Elektrode 12 angeordnet, die gegenüber Erdpotential Negativ-Potential aufweist. Am unteren Ende des Rohres 11 schliesst sich ein siebartiger Ansatz 13 an, der ein trichterförmiges Ende 14 mit einer Austrittsöffnung 15 aufweist. Die erste Elektrode 12 ragt bis in das trichterförmige Ende 15 des Ansatzes 13 hinein.
  • Eine zweites Rohr 16 umgibt unter Belassung eines Ringspaltes 17 koaxial den siebförmigen Ansatz 13 und dient als zweite, auf Positiv-Potial liegende Elektrode. Durch diesen Ringspalt 17 ist ein durch Pfeile symbolisierter Gasstrom 18 in den Ringraum 17 einleitbar.
  • Unter der Austrittsöffnung 15 ist ein Auffangtrichter 19 vorgesehen. Am unteren Ende des zweiten Rohres 16 und innerhalb desselben ist eine rotationssymmetrische Leiteinrichtung 20 angeordnet.
  • Das erste Rohr 11 besteht aus einem für optimale Reibungsaufladung geeigneten Material. In Frage kommen dabei besonders Legierungen von Metallen mit seltenen Erden, wie Lanthan, Cer, Cer-Eisen, oder mit seltenen Erden beschichtete oder bedampfte Metallteile. Besonders vorteilhaft ist es, in das Rohr 11 einen Einsatz 21 aus einem derartigen Material einzusetzen. Im Beispielsfall besteht der Einsatz 21 aus einem spiralig gewundenen Metallband oder Metalldraht, die überall an der Innenwand des Rohres 11 anliegen oder von dieser distanziert und auswechselbar sind. Auf diese Weise wird der Abrieb des speziellen Materials verringert und die Wartungsfreundlichkeit der Anlage erhöht. Liegen die einzelnen Windungen des Einsatzes 21 nicht aufeinander, ergibt sich eine Vergrösserung der "aktiven" Oberfläche des Einsatzes.
  • Die Wirkungsweise des im vorstehenden beschriebenen Einrichtung geht aus folgendem hervor:
    Das die zu ladenden Partikel enthaltende Gemenge wird am oberen Ende des Rohres 11 in Pfeilrichtung zugeführt. Die Partikel werden durch Kontakt mit den Rohrwänden negativ aufgeladen. Die niedrige Austrittsarbeit der seltenen Erden gewährleistet eine hohe negative Aufladung der Partikel. Die so aufgeladenen Teilchen werden im siebförmigen Ansatz unter Einfluss des zwischen der Innenelektroden 12 und Aussenelektrode 16 wirkenden Feldes zur (positiven) Aussenelektrode 16 abgelenkt und durch die Maschen 22 des siebartigen Ansatzes 13 befördert. Vor dem Erreichen der positiven Elektrode (Rohr 16) werden die Teilchen durch den äusseren Gasstrom 18 mit geeigneter Strömungsgeschwindigkeit mitgerissen und ausgetragen. Negativ geladene Teilchen, welche die positive Elektrode erreichen, verlieren ihre Ladung, können durch geeignete Vorrichtungen, z.B. Klopfvorrichtungen, Bürsten o.ä., von der Elektrode entfernt und dem Auflader erneut zugeführt werden. Gleiches gilt für Partikel, die im Auflader keine ausreichende Aufladung erhalten haben. Diese gelangen durch den unteren Teil des trichterförmigen Endes 14 in den Auffangtrichter 19 und werden ebenfalls zurückgeführt oder separiert. Dadurch wird am Ausgang des Aufladers ein negativ geladener Partikelfluss erzeugt, der wenige oder keine ungeladenen Partikel mehr enthält.
  • BEZEICHNUNGLISTE [Kein Teil der Anmeldung - nur zur Information]
  • 1
    UV-Excimer-Strahler
    2
    Reibungsauflader
    3,4
    Quarzrohre
    5
    Entladungssraum
    6
    Metallisierung von 3
    7
    Innenelektrode
    8
    Hochspannungsquelle
    9
    Schutzrohr
    10
    Bestrahlungsraum
    11
    erstes Rohr
    12
    Innenelektrode
    13
    siebartiger Ansatz
    14
    trichterförmiges Ende von 13
    15
    Austrittsöffnung an 11
    16
    zweites Rohr (Aussenelektrode)
    17
    Ringspalt zwischen 13 und 16
    18
    Gasstrom
    19
    Auffangtrichter
    20
    Leiteinrichtung
    21
    Einsatz in 11
    22
    Maschen von 13 bzw. 14

Claims (10)

  1. Einrichtung zur Aufladung von Partikeln in einem Reibungsauflader, dem eine elektrostatische Trennvorrichtung zur Separation von ungeladenen Partikeln nachgeschaltet ist, gekennzeichnet durch im wesentlichen einen UV-Strahler (1), vorzugsweise einen UV-Excimer-Strahler, welcher Strahler unmittelbar dem Reibungsauflader (2) vorgeschaltet ist, und durch dessen Bestrahlungsraum (10) der zu bestrahlende Partikelstrom hindurchleitbar ist, und dass der UV-Strahler als Zylinder-Innenstrahler ausgebildet, mit zwei konzentrischen, voneinander distanzierten Rohren (3,4), von denen das dem Bestrahlungsraum (10) zugewandte innere Rohr (4) aus für UV-Strahlung transparentem dielektrischem Material, vorzugsweise Quarz, besteht, die dem Bestrahlungsraum (10) zugewandte Oberfläche des inneren Rohres (4) mit einer für die UV-Strahlung transparenten Elektrode (7) versehen ist, und das äussere Rohr mit einer Aussenelektrode (6) versehen ist oder aus Metall besteht.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der Aufladung der Partikel im Reibungsauflader ein elektrische Feld vorgesehen ist und die aufgeladenen Partikel nach Verlassen des Reibungsaufladers (2) durch Einwirken eines elektrischen Feldes umgekehrter Polarität von den ungeladenen separiert werden.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erzeugung eines Zusatzluftstroms (18) vorgesehen sind, der ausserhalb des Reibungsaufladers (2) geführt wird und erst nach der Reibungsaufladung auf die geladenen Partikel einwirkt.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Reibungsauflader (2) mit im wesentlichen einem geerdeten zylindrischen Rohr (11) mit mindestens einem auf Negativ-Potential liegenden sich in Rohrlängsrichtung erstreckenden ersten Elektrode (12) und mindestens einer auf Positiv-Potential liegenden zweiten Elektrode (16), die in Strömungsrichtung der Partikel gesehen stromab des genannten Rohres (11) angeordnet ist.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil des besagten Rohres (11) als Sieb ausgebildet ist oder einen siebartigen Ansatz (13) aufweist, welche als Trennzone wirken, wobei diese Trennzone im Wirkungsbereich des elektrischen Feldes zwischen der ersten (12) und zweiten Elektrode (16) angeordnet ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Rohr (11) aus einem Material mit geringer Austrittsarbeit, vorzugsweise seltenen Erden besteht, oder innen mit einem solchen beschichtet oder bedampft ist.
  7. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im zylindrischen Rohr (11) ein Einsatz (21), vorzugsweise in Gestalt einer Spirale, aus einem Material mit geringer Austrittsarbeit, vorzugsweise seltenen Erden besteht, oder mit einem solchen beschichtet oder bedampft ist, welcher Einsatz (21) an der Innenwandung des Rohres (11) anliegt oder von ihr distanziert angeordnet ist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Material Lanthan, Cer oder Cer-Eisen oder eine diese Substanzen enthaltende Legierung ist.
  9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrode (12) im mittigen Bereich des genannten Rohres (11) angeordnet ist, und dass eine zweite Elektrode (16) gleichfalls rohrförmig mit einem Durchmesser grösser als derjenige des Rohres ausgebildet ist und sich unmittelbar an das stromabwärtsseitige Ende des ersten Rohres (11) anschliesst.
  10. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ringraum (17) zwischen den beiden Rohren (11,16) eine Hilfsströmung (18) in Strömungsrichtung der Partikel einleitbar ist.
EP19910104307 1991-03-20 1991-03-20 Verfahren und Einrichtung zur Aufladung von Partikeln Expired - Lifetime EP0504452B1 (de)

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