EP1286779B1 - Elektrostatischer staubabscheider - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an electrostatic dust collector for horizontal gas passage, with a housing substantially rotationally symmetrical to a central housing axis.
- Such electrostatic precipitators are known in the art and typically have vertical plate-shaped collecting electrodes arranged equidistant from each other parallel to the main axis of the housing.
- the collecting electrodes are arranged at equidistant intervals parallel to the main axis of the housing, which extends in accordance with the respective chord line length substantially over the entire available height.
- tensioned discharge electrodes are provided in frame.
- scratching devices may be provided, for example around the housing axis via the lower area of the housing wall provided with dust discharge openings, pivotable scraper devices.
- Such a dust separator is from the EP 0 252 371 A1 known.
- This dust collector has an inlet and outlet nozzle, each formed by 3 different conical sections, the conical sections are in certain size and height ratios to the housing diameter of the dust collector.
- In the middle conical section three gas distribution perforated plates are arranged.
- Dust collectors of this type are used for dry dedusting of industrial useful and exhaust gases, especially when it comes to permanently or temporarily explosive gas mixtures.
- top gases from blast furnaces which operate at an overpressure of 1.5 to 2.5 bar, dedusted in this way to relax without erosion risk for energy recovery in turbines at 40 to 80 mbar, previously the dust content to 5 must be reduced to 20 mg / m 3 .
- electrostatic precipitators with a pressure loss of 1 to 2 mbar come into consideration, because in the separation efficiency equivalent high-performance scrubbers have a pressure drop of 200 to 400 mbar.
- coal pulverizers Another field of application for such dust are coal pulverizers whose exhaust gases are explosive because of the coal dust content within certain limits. Uncontrolled changes in the gas composition due to the build-up of coal dust deposits or the ingress of false air must be avoided in any case.
- the electrostatic dust collector is provided with an expanding into a single conical section to 80 to 95% of the housing diameter inlet nozzle, the remaining extension of 5 to 20% of the housing diameter in Is formed of a step which is carried out substantially perpendicular and radially symmetrical to the housing axis, with at least two arranged in the conical section Gasver notoriousslochblechen, which are arranged substantially perpendicular to the housing axis.
- the electrostatic precipitator continues to not tend to deflagration, but that the separation efficiency is increased compared to the dust separator known from the prior art.
- the increase in the separation efficiency is based on a gas velocity profile which is largely uniformized over the cross section of the stucco separator, as a result of which the residence time distribution is likewise uniform. While these factors affect the ongoing operation of the electrostatic precipitator, a simpler and more cost-effective production is possible due to the simple construction of the dust collector according to the invention with only a single cone and a stage. Furthermore, it is also possible to convert existing dust separators into dust collectors according to the invention quickly and with little cost.
- a cylindrical section is provided between the conical section and the step-shaped extension, wherein the height (h 1 ) of the cylindrical section is 5 to 15%, preferably about 10% of the housing diameter D.
- the height h 2 of the conical section is in a certain size ratio to the housing diameter.
- a height h 2 of the conical section of 20 to 40% of the housing diameter has proven to be particularly advantageous.
- the post-ion x 1 obey to x 3 of the gas distribution perforated plates the following relationship, wherein x 1 is measured to x 3 along the housing axis, from the cross sectional plane of the stepped recess that is, from the transition stage / cone or step / cylindrical portion, opposite to the gas flow direction:
- the gas outlet side of the housing includes a stepped taper to 80 to 95% of the housing diameter, which taper is executed substantially perpendicular and radially symmetrical to the housing axis.
- step-shaped taper adjoins a conically tapering section in a single section, with at least one arranged in the conical section Gasver Collinsslochblech, which are arranged substantially perpendicular to the housing axis and wherein the height ( h 4 ) of the conical section 20 to 40% of the housing diameter D.
- a cylindrical section is arranged between step-shaped taper and outlet connection, the height ( h 3 ) of the cylindrical section being 5 to 15% of the housing diameter D.
- three gas distribution hole plates are provided in the conical section of the outlet nozzle, wherein the gas permeability of the gas distribution hole plates in the gas flow direction of 41-45% to 44- 48% and then to 47 51% increases / decreases.
- the inlet and outlet nozzles are the same, but symmetrically symmetrical.
- inlet and outlet nozzles each arranged between the conical section and step-shaped extension cylindrical portion and three each in the respective conical part arranged gas distribution hole plates.
- FIG. 1 schematically an inlet nozzle 1 for a dust collector according to the invention with a substantially cylindrical housing 2 and a central housing axis 3 is shown.
- the inlet port 1 expands in a single conical section 10 to about 90% of the diameter D of the housing 2 of the dust collector and the height h 2 of the conical section 10 is about 35% of the housing diameter D.
- At the conical portion 10 includes a cylindrical section. 4 whose height h 1 is about 5% of the housing diameter D.
- the remaining 10% of the diameter extension of the housing diameter D are formed in the form of a stepped, radially symmetrical recess 5.
- FIG. 2 schematically, an inventive dust collector 8 is shown with an inlet nozzle 1, a housing 2 and an outlet nozzle 9, wherein the arrow 7 again illustrates the gas flow direction.
Landscapes
- Electrostatic Separation (AREA)
- Cyclones (AREA)
- Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Elektrostatischen Staubabscheider für horizontalen Gasdurchgang, mit einem zu einer zentralen Gehäuseachse im wesentlichen rotationssymmetrischen Gehäuse.
- Solche Elektrofilter sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen üblicherweise vertikale plattenförmige Niederschlagselektroden auf, die in äquidistanten Abständen parallel zur Hauptachse des Gehäuses angeordnet sind. Die Niederschlagselektroden sind dabei in äquidistanten Abständen parallel zur Hauptachse des Gehäuses angeordnet, die sich entsprechend der jeweiligen Kreissehnenlänge im wesentlichen über die gesamte verfügbare Höhe erstreckt. Zwischen den Niederschlagselektroden sind in Rahmen gespannte Sprühelektroden vorgesehen. Zusätzlich kann, um abgeschiedenen Staub von der Gehäuseinnenwand zu entfernen, Kratzeinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise um die Gehäuseachse über den unteren, mit Staubaustragsöffnungen versehenen Bereich der Gehäusewandung, schwenkbare Kratzeinrichtungen.
- Ein derartiger Staubabscheider ist aus der
EP 0 252 371 A1 bekannt. Dieser Staubabscheider weist einen Eingangs- und Ausgangsstutzen auf, die jeweils von 3 unterschiedlichen konischen Abschnitten gebildet werden, wobei die konischen Abschnitte in bestimmten Größen- und Höhenverhältnissen zum Gehäusedurchmesser des Staubabscheiders stehen. In dem mittleren konischen Abschnitt sind drei Gasverteilungslochbleche angeordnet. - Staubabscheider dieser Bauart werden zur trockenen Entstaubung industrieller Nutz- und Abgase eingesetzt, insbesondere wenn es sich um dauernd oder zeitweise explosive Gasgemische handelt. So werden beispielsweise Gichtgase aus Hochöfen, die mit einem Überdruck von 1,5 bis 2,5 bar arbeiten, auf diese Weise entstaubt, um sie ohne Erosionsgefahr zur Energierückgewinnung in Turbinen auf 40 bis 80 mbar entspannen zu können, wobei zuvor der Staubgehalt auf 5 bis 20 mg/m3 reduziert werden muss. Im Hinblick auf ein möglichst hohes ausnutzbares Druckgefälle, kommen hierfür nur Elektrofilter mit einem Druckverlust von 1 bis 2 mbar in Betracht, denn in der Abscheideleistung gleichwertige Hochleistungswäscher weisen einen Druckverlust von 200 bis 400 mbar auf.
- Ein weiteres Anwendungsgebiet für derartige Staubabscheider sind Kohlemahlanlagen, deren Abgase wegen des Kohlestaubgehalts in bestimmten Grenzen explosiv sind. Unkontrollierte Änderungen der Gaszusammensetzung durch Aufwirbelung von Kohlestaubablagerungen oder durch Einbruch von Falschluft, müssen hier auf jeden Fall vermieden werden.
- Besonders kritisch ist auch die Entstaubung von Abgasen aus Stahlkonvertern, weil der Staubabscheider wegen der diskontinuierlichen Betriebsweise abwechselnd von brennbaren Gasen und von lediglich nur leicht mit Staub und Gasen vermischter Umgebungsluft durchströmt wird. Die brennbaren Gase werden nach der Entstaubung in Behältern gesammelt oder in Gasversorgungssysteme eingespeist, während die intermittierend ausserhalb der eigentlichen Blasphasen des Konverters anfallenden Gase nach der Entstaubung über einen Kamin in die Atmosphäre abgegeben werden. Dazu dient eine Umschaltvorrichtung stromab vom Staubabscheider, die zeitlich bzw. in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung gesteuert wird. Von dieser Umschalteinrichtung, vom Konverter und auch durch Verpuffungen stromauf vom Staubabscheider, können Druckstösse im Gasstrom initiert werden, durch die Staubansammlungen im Staubabscheider oder im stromauf gelegenen Kanalsystem abgelöst und in dem Gasstrom verwirbelt werden können. Solche "Staubstösse" beeinträchtigen einerseits die Abscheideleistung des Staubabscheiders und sind andererseits mit einer erhöhten Verpuffungsgefahr verbunden.
- Aufgrund der heutigen immer strengeren Umweltgesetzgebung ist es allerdings nicht mehr ausreichend, Staubabscheider einzusetzen, bei denen lediglich die Gefahr von Staubstößen und Verpuffungen minimiert ist. Mit einschlägigen, aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der
EP 0 252 371 A1 bekannten Elektrofiltern ist es kaum mehr möglich, die heutigen gesetzlichen Auflagen bezüglich des Staubgehaltes des Reingases zu erfüllen. Ein weiterer Nachteil des aus derEP 0 252 371 A1 bekannten Elektrofilters besteht darin, dass die drei konischen Abschnitte des Ein- und Ausgangsstzutzens technisch schwierig und aufwändig zu realisieren sind. - Es ist daher die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, einen elektrostatischen Staubabscheider vorzuschlagen, welcher eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Abscheideeffizienz aufweist und kostengünstiger herzustellen ist, wobei aber die aus dem Stand der Technik bekannte geringe Neigung zu Verpuffungen aufrechterhalten bleiben soll.
- Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß durch die Kombination der folgenden Merkmale gelöst: dass der elektrostatische Staubabscheider mit einem sich in einem einzigen konischen Abschnitt bis auf 80 bis 95% des Gehäusedurchmessers erweiternden Eingangsstutzen versehen ist, wobei die verbleibende Erweiterung von 5 bis 20% des Gehäusedurchmessers in Form einer Stufe ausgeführt ist, welche im wesentlichen senkrecht und radialsymmetrisch zur Gehäuseachse ausgeführt ist, mit zumindest zwei in dem konischen Abschnitt angeordneten Gasverteilungslochblechen, welche im wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse angeordnet sind.
- Überraschenderweise gelingt es durch diese Merkmalskombination, dass der Elektrofilter auch weiterhin nicht zu Verpuffungen neigt, dass aber die Abscheideeffizienz gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Staubabscheider erhöht ist. Die Erhöhung der Abscheideeffizienz beruht dabei auf einem über den Querschnitt des Stuababscheiders weitgehend vergleichmäßigten Gasgeschwindigkeitsprofil, wodurch die Verweilzeitverteilung ebenfalls vergleichmäßigt ist. Während diese Faktoren den laufenden Betrieb des Elektrofilters beeinflussen, ist aufgrund des einfachen Aufbaus des erfindungsgemäßen Staubabscheiders mit nur einem einzigen Konus und einer Stufe eine einfachere und kostengünstigere Herstellung möglich. Es ist weiterhin auch möglich, bestehende Staubabscheider rasch und wenig kostenintensiv in erfindungsgemäße Staubabscheider umzurüsten.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, welche zur weiteren Optimierung der Gasgeschwindigkeitsverteilung beiträgt, ist zwischen dem konischen Abschnitt und der stufenförmigen Erweiterung ein zylindrischer Abschnitt vorgesehen, wobei die Höhe (h1) des zylindrischen Abschnittes 5 bis 15 %, bevorzugterweise etwa 10 % des Gehäusedurchmessers D beträgt.
- Um eine optimale Gasverteilung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, dass die Höhe h 2 des konischen Abschnittes in einem bestimmten Größenverhältnis zum Gehäusedurchmesser steht. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Höhe h2 des konischen Abschnittes von 20 bis 40 % des Gehäusedurchmessers erwiesen.
- Es hat sich weiters als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest drei, bevorzugterweise genau drei Gasverteilungslochbleche in dem konischen Abschnitt des Eingangsstutzens vorgesehen sind, wobei die Gasdurchlässigkeit der Gasverteilungslochbleche in Gasströmungsrichtung von 51 - 47 % auf 48 - 44% und dann auf 45 - 41 % zu/ab-nimmt.
- Zusätzlich gehorchen die Postionen x 1 bis x 3 der Gasverteilungslochbleche der nachstehenden Beziehung, wobei x 1 bis x 3 entlang der Gehäuseachse gemessen wird, und zwar von der Querschnittsebene des stufenförmigen Rücksprungs also vom Übergang Stufe/Konus bzw. Stufe/zylindrischer Abschnitt, entgegen der Gasströmungsrichtung:
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform schließt gasausgangsseitig des Gehäuses eine stufenförmige Verjüngung auf 80 bis 95% des Gehäusedurchmessers an, welche Verjüngung im wesentlichen senkrecht und radialsymmetrisch zur Gehäuseachse ausgeführt ist.
- Es ist weiters zweckmäßig, wenn an die stufenförmige Verjüngung ein sich in einem einzigen Abschnitt konisch verjüngender Abschnitt anschließt, mit zumindest einem in dem konischen Abschnitt angeordneten Gasverteilungslochblech, welche im wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse angeordnet sind und wobei die Höhe (h 4) des konischen Abschnitts 20 bis 40% des Gehäusedurchmessers D beträgt.
- Konischer Abschnitt und stufenförmige Verjüngung bilden dabei zusammen einen Ausgangsstutzen des erfindungsgemäßen Staubabscheiders.
- Vorteilhaft ist dabei zwischen stufenförmiger Verjüngung und Ausgangsstutzen ein zylindrischer Abschnitt angeordnet ist, wobei die Höhe (h 3) des zylindrischen Abschnittes 5 bis 15 % des Gehäusedurchmessers D beträgt.
- Bevorzugterweise sind drei Gasverteilungslochbleche im konischen Abschnitt des Ausgangsstutzens vorgesehen, wobei die Gasdurchlässigkeit der Gasverteilungslochbleche in Gasströmungsrichtung von 41 - 45 % auf 44 - 48 % und dann auf 47 51 % zu/ab-nimmt.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Staubabscheiders sind Eingangs- und Ausgangsstutzen gleich, aber spiegelverkehrt symmetrisch ausgeführt.
- Besonders bevorzugt sind dabei für Ein- und Ausgangsstutzen jeweils der zwischen konischem Abschnitt und sprungförmiger Erweiterung angeordnete zylindrische Abschnitt und jeweils drei iim jeweiligen konischen Teil angeordnete Gasverteilungslochbleche.
- Die Tatsache an sich, Ein- und Ausgangsstutzen gleichartig und spiegelverkehrt auszuführen ist zwar aus dem Stand der Technik bekannt, nicht aber die erfindungsgemäße Kombination von Konus, sprungförmiger Erweiterung und Gasverteilungslochblechen.
- Während bisher die Abscheideleistung eines Elektrofilters auf der letzten Wegstrecke vor dem Ausgangsstutzen stark abnimmt, gelingt durch die erfindungsgemäße Ausführung des Ausgangsstutzens auch in diesem Bereich eine über den Querschnitt vergleichmäßigte Gasgeschwindigkeitsverteilung und damit eine über die gesamte Länge des Staubabscheiders konstante Abscheideleistung.
- Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Staubabscheider anhand der in den Zeichnungen
Fig. 1 undFig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. -
Fig. 1 : Eingangsstutzen mit Gasverteilungslochblechen -
Fig. 2 : erfindungsgemäßer Staubabscheider - In
Fig. 1 ist schematisch ein Eingangsstutzen 1 für einen erfindungsgemäßen Staubabscheider mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 2 und einer zentralen Gehäuseachse 3 dargestellt. Der Eingangsstutzen 1 erweitert sich in einem einzigen konischen Abschnitt 10 auf etwa 90% des Durchmessers D des Gehäuses 2 des Staubabscheiders und die Höhe h2 des konischen Abschnittes 10 beträgt etwa 35 % des Gehäusedurchmessers D. An den konischen Abschnitt 10 schließt ein zylindrischer Abschnitt 4 an, dessen Höhe h1 etwa 5 % des Gehäusedurchmessers D beträgt. Die restlichen 10 % der Durchmessererweiterung auf den Gehäusedurchmesser D sind in Form eines stufenförmigen, radialsymmetrischen Rücksprungs 5 ausgebildet. In dem konischen Abschnitt 10 sind Gasverteilungslochbleche 6,6',6" in den Abständen x1 bis x3 angeordnet, wobei die Abstände x1 bis x3 von der Ebene des stufenförmigen Rücksprungs 5 gemessen werden. Mit dem Pfeil 7 ist die Gasströmungsrichtung angedeutet. - In
Fig 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Staubabscheider 8 mit einem Eingangsstutzen 1, einem Gehäuse 2 und einem Ausgangsstutzen 9 dargestellt, wobei der Pfeil 7 wiederum die Gasströmungsrichtung verdeutlicht. - Die in dem Gehäuse 2 vorhandenen Einbauten, wie Niederschlags- und Sprühelektroden, Kratzeinrichtungen, etc., sind - weil erfindungsunwesentlich - zeichnerisch nicht dargestellt.
- Der Eingangsstutzen 1 und der Ausgangsstutzen 9 sind in
Fig. 2 identisch aufgebaut, so dass h1 = h3 und h2 = h4. Weiters sind auch die jeweiligen Abmessungen x1 bis x3 des Ein- und Ausgangsstutzens gleich groß.
Claims (10)
- Elektrostatischer Staubabscheider (8) für horizontalen Gasdurchgang, mit einem zu einer zentralen Gehäuseachse (3) im wesentlichen rotationssymmetrischen Gehäuse (2) mit konusförmigem Eingangsstutzen (1) und mit zumindest zwei in dem Eingangsstutzen (1) angeordneten Gasverteilungslochblechen (6,6', 6"),
welche im wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse (3) angeordnet sind, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale : mit
einem sich in einem einzigen konischen Abschnitt (10) bis auf 80 bis 95% des Gehäusedurchmessers (D) erweiternden Eingangsstutzen (1), wobei die
verbleibende Erweiterung von 5 bis 20% des Gehäusedurchmessers (D) in Form einer Stufe (5) ausgeführt ist, welche im wesentlichen senkrecht und radialsymmetrisch zur Gehäuseachse (3) ausgeführt ist,. - Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem konischen Abschnitt (10) und der stufenförmigen Erweiterung (5) ein zylindrischer Abschnitt (4) vorgesehen ist.
- Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h1) des zylindrischen Abschnittes (4) 5 bis 15 %, bevorzugterweise etwa 10% des Gehäusedurchmessers (D) beträgt.
- Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h2) des konischen Abschnittes (10) 20 bis 40 % des Gehäusedurchmessers (D) beträgt.
- Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Gasverteilungslochbleche (6,6', 6") in dem konischen Abschnitt (10) vorgesehen sind.
- Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass drei Gasverteilungslochbleche (6,6', 6") im konischen Abschnitt (10) des Eingangsstutzens (1) vorgesehen sind, wobei die Gasdurchlässigkeit der Gasverteilungslochbleche (6,6', 6") in Gasströmungsrichtung (7) von 51-47% auf 48-44% und dann auf 45-41 % zu/abnehmend ausgeführt ist.
- Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass gasausgangsseitig des Gehäuses (2) eine stufenförmige Verjüngung des Gehäuses (2) auf 80 bis 95% des Gehäusedurchmessers anschliesst, welche Verjüngung im wesentlichen senkrecht und radialsymmetrisch zur Gehäuseachse (3) ausgeführt ist.
- Elektrostatischer Staubabscheider(8) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die stufenförmige Verjüngung ein sich in einem einzigen Abschnitt konisch verjüngender Abschnitt anschliesst, mit zumindest zwei in dem konischen Abschnitt angeordneten Gasverteilungslochblechen, welche im wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse angeordnet sind und wobei die Höhe(h4) des konischen Abschnittes 20 bis 40 % des Gehäusedurchmessers D beträgt.
- Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen stufenförmiger Verjüngung und Ausgangsstutzen ein zylindrischer Abschnitt angeordnet ist, wobei die Höhe (h3) des zylindrischen Abschnittes 5 bis 15 % des Gehäusedurchmessers D beträgt.
- Elektrostatischer Staubabscheider (8) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass drei Gasverteilungslochbleche im konischen Abschnitt des Ausgangsstutzens vorgesehen sind, wobei die Gasdurchlässigkeit der Gasverteilungslochbleche in Gasströmungsrichtung von 41-45 % auf 44-48 % und dann auf 47-51 % zu/abnehmend ausgeführt ist.
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