EP1539359A1 - Ionisator und seine verwendung in einer abgasreinigungsanlage für tropfenbeladene und/oder kondensierende feuchtgase - Google Patents

Ionisator und seine verwendung in einer abgasreinigungsanlage für tropfenbeladene und/oder kondensierende feuchtgase

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EP1539359A1
EP1539359A1 EP03807751A EP03807751A EP1539359A1 EP 1539359 A1 EP1539359 A1 EP 1539359A1 EP 03807751 A EP03807751 A EP 03807751A EP 03807751 A EP03807751 A EP 03807751A EP 1539359 A1 EP1539359 A1 EP 1539359A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
ionizer
electrode
gas
plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03807751A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas WÄSCHER
Hanns-Rudolf Paur
Andrei Bologa
Werner Baumann
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Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Karlsruhe GmbH filed Critical Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Publication of EP1539359A1 publication Critical patent/EP1539359A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/10—Ionising electrode has multiple serrated ends or parts

Definitions

  • the invention relates to an ionizer in an exhaust gas purification system for drop-laden, condensing moist gases.
  • the ionizer is used to charge liquid and solid particles in process gases, which is why a wet electrostatic filter or dry electrostatic precipitator is used.
  • DE 101 13 582 describes a system for electrostatically cleaning gas, namely a wet electrostatic filter system.
  • the system is built into the gas flow channel, in which the gas to be cleaned flows into the system from above. If the system is turned over so that the gas flow flows from bottom to top, it is observed that a water film is pushed up from the lower nozzle part to the upper nozzle part and the cross section is narrowed. This causes flashovers before the high voltage reaches such a value that sufficient ionization current can flow. This effect occurs especially with condensing and drop-laden gases at speeds of around 3 m / s from bottom to top through the nozzle. In addition, it is observed that the negatively charged center electrode bulges the water film, which hovers practically weightlessly on the edge, inwards and causes flashovers.
  • No. 4,449,159 describes a conical cylinder nozzle, a so-called Venturi nozzle, which is oriented horizontally and into which the electrode is deeply immersed down to the throat.
  • the electrode pin carries the ionization disk, on the circumference of which the corona current flows through the gas to the anode.
  • the thicker electrode pin also serves as the focusing electrode.
  • the horizontal Venturi nozzle from US Pat. No. 4,449,159 is not suitable for drip-laden, wet gas, since a film of water is always entrained in the nozzle or, at lower speeds, water drips in the throat from above onto the ionizer disc and causes flashovers.
  • the disc must be adjusted very precisely to evenly distribute the current over the circumference. This is practically not possible in rough operation. Since the electrode pins have to be immersed in the nozzle, assembly is complex.
  • the spray disks from US Pat. No. 4,247,307 have the task of strengthening the ionization along its circumference, while the ionization along the wire becomes smaller. Particle separation is to be improved by disks lined up along the flow direction on the wire.
  • the ionizer is constructed in such a way that the nozzle plate is flowed from below and the high-voltage electrode with its pins and one star each sits in the gas stream behind it, i.e. above the nozzle plate ; this is usually the case with flue gas flows from boilers, wash columns, filters etc., before entering the chimney.
  • the circular ionization streams flowing parallel from bottom to top nozzles have a diameter such that the gas velocity remains below 4 m / s, but preferably below 3 m / s.
  • the height of an ionization nozzle is not significantly larger or, for the sake of simplicity, just the same size as the thickness of the nozzle plate. Except for an edge chamfer or edge rounding at the top and bottom, the nozzle has no profile in the direction of flow.
  • the electrode is above the nozzle when viewed in the direction of flow. The lowest point of the electrode is still above the highest elevation of the nozzle.
  • the electrode is split in a star shape at the lower end, with the star tips pointing in the direction of the nozzle circumference pointing horizontally or evenly downwards at the end. The number of peaks is greater than 1 and is preferably odd.
  • the number of peaks is determined in such a way that the ionization current that can be achieved with the stable ionization voltage becomes just so large that per hour operating gas gas flowing through the nozzle has an electrical output of 0.01 to 0.5, preferably 0 , 05 to 0.3 watts is consumed.
  • the distance between the tips and the edge of the nozzle is determined by the stable ionization voltage, which results from the type of gas as well as from the absolute pressure and the absolute temperature (see description of the exemplary embodiment, there the distance is 15 mm for flue gas with approx. 50 vol% water vapor at 75 ° C and 1000 mbar and 13 kV).
  • vertical drainage tubes are inserted in the imaginary center of gravity of 3 nozzles in holes in the nozzle plate.
  • the tubes look out about 1 to 10 plate thicknesses below the nozzle plate.
  • the intake area of the tubes on the top of the nozzle plate is extended by an approximately 5 - 30 ° funnel-shaped chamfer.
  • the tube preferably consists of a smooth plastic material with little wall adhesion, for example polytetrafluoroethylene, PTFE.
  • the nozzle is assigned a central electrode with several tips oriented in a star shape towards the edge. This enables the nozzle for a higher gas throughput as well as for heavier ionizable gases, e.g. B. air-water vapor mixtures to operate so that the power required for particle charging can still be introduced.
  • heavier ionizable gases e.g. B. air-water vapor mixtures
  • the electrode star can be exchangeably attached to the end of the central electrode. If for changed operating conditions, e.g. B. other temperatures,
  • the number of tips has to be adjusted, it is sufficient to replace only the electrode star. With just one electrode tip, it would have been necessary to change the number of nozzles beforehand.
  • the nozzle no longer has to be milled out of a thicker plate or assembled using cylindrical, separately manufactured parts, but the slightly gripped or rounded edge of a normally drilled or water-jet cut metal plate is sufficient. Because the nozzle has no bead at the edge, liquid that collects on the top of the nozzle plate can simply drip down through the nozzle.
  • the lowest point of the central electrode with the star electrode still protrudes approx. 3 - 6 mm above the upper edge of the nozzle plate. Therefore, the nozzle plate can be pulled out horizontally under the grid plate that holds the electrodes, which makes installation and removal much easier.
  • the central adjustment tolerance of the central electrode is correspondingly larger due to the enlarged nozzle diameter, so that practical advantages result in particular with large-area nozzle plates. Deposits on the edge of the nozzle, due to the larger nozzle diameter, result in a smaller distortion of the current-voltage characteristic.
  • the drainage tube which is inserted into the center of each nozzle between 3 nozzles, ensures that liquid that collects on the top of the plate can also drain off here.
  • the inside diameter of the tube is selected so that, on the one hand, no significant amount of gas flows through in the short circuit, but on the other hand, the water that collects can run off freely.
  • droplets hanging down here preferentially collect on the tube and can thus drip down the outside of the tube.
  • the ionizer is used in the flow channel of a filter system together with a tube bundle separator, in such a way that it precedes it in the flow direction.
  • the gas / air to be cleaned which is electrically charged in the ionizer, flows to the cone-shaped indented or bulged outflow face of the tube bundle separator after passage.
  • the tube bundle separator is spatially above the ionizer and has the conical concave or convex flow face, so that the water running down the separator runs down the face towards the wall or towards the center and is directed away from there and does not drip onto the ionizer, otherwise its electrical properties would be impaired or canceled.
  • the ionizer In addition to the cleaning of moist air / gas from drying processes and exhaust gases from combustion processes, the ionizer also cleans damp or natural gas displaced with drop swarms, i.e. the gas to be cleaned is already mixed with drop swarms before entering the cleaning system due to the previous usage process or is forcibly displaced by spraying through nozzles protruding into the flow channel.
  • a filter system constructed in this way thus even cleans / scrubs gas / air that is mixed with gaseous pollutants, such as HC1, S0 2 , S0 3 , NOX.
  • Figure 1 is a plan view of three immediately adjacent nozzles.
  • Fig. 2 shows the side view
  • Fig. 3 shows the seat of the ionizer in the flow channel.
  • the installation of the ionizer is mechanically and insulation technology in the structure of the same as shown and described in DE 101 32 582.
  • the material for the electrode depends on the gas to be processed and the components contained therein and their chemical reaction properties.
  • the material can for example be copper or brass, each also covered with a protective metal, or stainless steel or titanium or alloyed titanium.
  • the electrically conductive plate 4 is installed horizontally in the vertical gas duct.
  • the bores 3, the nozzles, are arranged regularly, here in such a way that three immediately adjacent bores with their centers point the corners of an equilateral one Form triangle, through the triangular center of gravity is the axis of the drainage tube 6, which protrudes from the plate 8 against the stream 8 and has a funnel-shaped chamfer 7 of 30 ° on the downstream side of the nozzle plate 4 (see FIG. 2).
  • the gas stream 8 flows onto this nozzle plate 4 from below and passes through the nozzles 3.
  • the bores are advantageously at a uniform distance from one another or are arranged in a uniform division pattern.
  • the electrode grid 5, here a gas-permeable and conductive electrode holder plate 5, is located downstream in the flow direction and above the plate 4 at a distance which is approximately one and a half to five times the bore diameter.
  • the electrode holder plate 5 is fastened horizontally in the gas duct via insulators and connected to a negative high voltage compared to plate 4 (see DE 101 32 582).
  • the electrode holder plate 5 When projected exactly in the center of the holes in the plate 4, the electrode holder plate 5 carries the central electrodes or electrode pins 1, which are directed downward and counter to the direction of flow toward the center of the associated nozzle 3.
  • the lower end of the central electrode 1 ends approximately 0.05 to 0.2 times the nozzle bore diameter above the plate 4.
  • the lower end of the respective central electrode 1 tapers or is spread out in a star shape, the individual ends at an angle project from 60 - 90 ° from the longitudinal axis of the associated electrode pin 1.
  • the circle diameter, which the split ends describe as a star, is approximately 0.1 to 0.9 times the diameter of the nozzle bore.
  • the number of tips is approximately the circumference of the hole in mm divided by 10 to 50 mm, so that an integer is rounded up or down. Odd numbers are preferred.
  • the connection technology for the high-voltage electrode 1, 2, 5 is here a detachable one, the electrode pin 1 is screwed at one end to the electrode plate and the star 2 is free at the other.
  • the dimensions here are as examples:
  • a droplet separation stage according to FIG. 3 is connected downstream.
  • FIG. 3 shows the ionizer stage according to FIG. 1 and accommodated in the vertical channel section 18. 2. Downstream of the flow and located above the ionizer stage, the channel section 19 is arranged, which contains an inwardly indented, conical or pyramid-shaped support grid (12 in section, 13 shown in plan view), on which there are separator pipes 16 combined into a tube bundle. The lower circumference of the support grid 12, 13 near the wall is surrounded by a drainage channel 14 with a slight slope (here to the right). This collects the drip that runs down from the pipes water, which is collected by the support grid and discharged to the duct wall 19 due to the action of gravity.
  • an inwardly indented, conical or pyramid-shaped support grid (12 in section, 13 shown in plan view)
  • the lower circumference of the support grid 12, 13 near the wall is surrounded by a drainage channel 14 with a slight slope (here to the right). This collects the drip that runs down from the pipes water, which is collected by the support grid and discharged to the duct wall 19
  • the pyramid or cone angle ⁇ is preferably less than 90 °.
  • the grid division of the support grid 12, 13 is preferably square or rectangular, the individual grid struts not running horizontally, but preferably at an angle of 45 ° to the horizontal and vertical plane.
  • 8.1 is the gas, which is still heavily loaded with partially electrically charged drops, after passing through the ionizer stage.
  • the clean gas largely freed from the drops and harmful gases is designated with 8.2.
  • the electrical fastening of the electrode grid 5 fastened to the hanging device 10 and insulated from the gas to be processed is denoted by 11 and described elsewhere.
  • the high drop concentration in the gas can be achieved in addition to the naturally existing one by feeding pure water in the flow direction upstream of the ionizer stage.
  • the pure water is able to physically absorb harmful gases and vapors as in the case of e.g. B. HCl or NOx. If a soluble or insoluble basic reagent is added to the pure water, many other acidic harmful gases can also be chemically sorbed, e.g. B. S0 2 .

Abstract

Der Ionisator in einer Abgasreinigungsanlage für tropfenbeladene, kondensierende Feuchtgase besteht aus: einer über den Querschnitt des Strömungskanals angebrachten, elektrisch leitenden, an ein elektrisches Bezugspotential gelegten Düsenplatte mit einer in einem konzentrischen Querschnittsgebiet regelmässigen über dieses Querschnittsgebiet gleichverteilten Anordnung von kreisförmigen Düsen. In Strömungsrichtung schliesst sich ein Hochspannungs-Elektrodengitter an, das über dem Querschnitt konzentrisch im Strömungskanal steht und in der Kanalwand elektrisch isoliert verankert ist. Jeder Elektrodenstift ist an seinem freien Ende sternförmig ausgestaltet und steht der Gasströmung entgegen. Die Düsenplatte und die Baugruppe aus Hochspannungs-Elektrodengitter, Elektrodenstifte mit jeweils zugehörigen Elektrodenspitzen sind aus einem für die Prozessumgebung inerten, elektrisch leitenden Material. Die Gasströmung läuft im Ionisator gegen die Erdanziehung.

Description

Ionisator und seine Verwendung in einer Abgasreinigungsanlage für tropfenbeladene und/oder kondensierende Feuchtgase
Die Erfindung betrifft einen Ionisator in einer Abgasreinigungsanlage für tropfenbeladene, kondensierende Feuchtgase.
Der Ionisator wird zur Aufladung von flüssigen und festen Partikeln in Prozessgasen verwendet, dem entsprechend ist von einem Nasselekt- rofilter oder Trockenelektrofilter die Rede.
In der DE 101 13 582 wird eine Anlage zum elektrostatischen Reinigen von Gas beschrieben, und zwar eine Nasselektrofilteranlage . Die Anlage ist in den Gasstromkanal eingebaut, in dem das zu reinigende Gas von oben in die Anlage einströmt. Wird die Anlage umgedreht, so dass der Gasstrom von unten nach oben strömt, wird beobachtet, dass ein Wasserfilm vom unteren Düsenteil zum oberen Düsenteil hochgedrückt wird und den Querschnitt verengt. Hierdurch kommt es zu Überschlägen, noch bevor die Hochspannung einen solchen Wert erreicht, dass genügend Ionisationstrom fließen kann. Dieser Effekt tritt vor allem bei kondensierenden und tropfenbeladenen Gasen bei Geschwindigkeiten ab etwa 3 m/s von unten nach oben durch die Düse auf. Außerdem wird beobachtet, dass zusätzlich die negativ geladene Mittelelektrode den praktisch gewichtslos am Rand schwebenden Wasserfilm wulstartig nach innen zieht und Überschläge verursacht.
In der US 4,449,159 wird eine konische Zylinderdüse, eine sogenannte Venturidüse, beschrieben, welche waagerecht orientiert ist und in die die Elektrode bis zur Kehle tief eintaucht. Der Elektrodenstift trägt die Ionisationsscheibe, an deren Umfang der Koronastrom über das Gas zur Anode abfließt. Der dickere Elektrodenstift dient gleichzeitig als Fokussierungselektrode.
In der US 4,247,307 werden die vertikalen Sprühdrähte eines Röhren- Naßelektrofilters längs der Strömungsrichtung mit hintereinanderge- schalteten Sprühscheiben versehen. Diese können am Umfang sägezahnar- tig aufgeteilt sein. Weiter wird in der US 5,254,155 ein zentrales Sprührohr in einem Sechskantrohr mit 6-zackigen Ringen versehen, deren Spitzen in Richtung der Ecken des Sechskantrohres zeigen. In der JP 2001198488 wird beschrieben, dass abwechselnd Scheiben und 8- zackige Sterne auf den zentralen Sprühdraht gezogen werden.
Die waagerechte Venturidüse aus der US 4,449,159 ist für tropfenbela- denes, nasses Gas nicht geeignet, da ein Wasserfilm immer in die Düse mit hineingerissen wird bzw. bei kleineren Geschwindigkeiten Wasser in der Kehle von oben auf die lonisatorscheibe tropft und Überschläge verursacht. Die Scheibe muß zur gleichmäßigen Stromverteilung über dem Umfang sehr genau justiert werden. Dies ist im rauhen Betrieb praktisch nicht realisierbar. Da die Elektrodenstifte in die Düse eingetaucht werden müssen, ist die Montage aufwendig. Die Sprühscheiben aus der US 4,247,307 haben die Aufgabe, die Ionisation an ihrem Umfang zu verstärken, während die Ionisation längs des Drahtes kleiner wird. Durch längs der Strömungsrichtung am Draht aufgereihte Scheiben soll die Partikelabscheidung verbessert werden. Die Scheiben, verbunden mit der dort erhöhten Ionisation, führen jedoch zu erhöhter Turbulenz und erneuter Quervermischung, was insbesondere die Feinsttropfen-Abscheidung nicht verbessert. Wird die Scheibe am Umfang sägezahnartig in viele Ionisationsspitzen aufgeteilt, ist der zusätzliche Ionisationseffekt nur unwesentlich, weil die in kurzer Entfernung gleichsinnig aufgeladenen Zonen sich gegenseitig abstoßen. Im übrigen ist die, bezogen auf die Gas-Strömungsrichtung, Hintereinanderschaltung von Ionisationszonen nicht effektiv, da Partikel, die sich bereits in der Nähe der Wand der Abscheideelektrode befinden, durch die Turbulenz und den elektrischen Wind neu vermischt werden und letzten Endes die Wahrscheinlichkeit der Abscheidung nicht zunimmt. In der US 5,254,155 werden anstelle von zylindrischen Röhren Sechskantrohre verwendet und längs der Gas-Strömungsrichtung hinter- einandergeschaltete 6-zackige Ringe, damit steht man vor dem selben Problem. Für das in der JP 2001198488 Beschriebene gelten die bereits genannten Argumente ebenfalls, der Gegenstand unterscheidet sich nur dadurch, dass 8-zackige Sterne, abwechselnd mit Scheiben, genommen werden. Versuche haben gezeigt, dass die Gasgeschwindigkeit in der Düse auf
Werte unter 3 m/s bei gleichzeitiger Durchmesservergroßerung und Verringerung der Düsenanzahl reduziert werden kann, wenn gleichzeitig die Elektrode von einer einzelnen Spitze auf eine Mehrfach- Spitzenanordnung, z. B. 7-Stern-Elektrode geändert wird. Werden zum Beispiel 1.600 Betriebskubikmeter pro Stunde, kurz Bm3/h, nasses Gas durch 166 konische Zylinderdüsen mit dem Durchmesser von 24 mm geschickt, so resultiert hieraus eine mittlere Dusen-Gasgeschwindigkeit von 5,9 m/s und eine maximale Spannung an der Elektrode von 9 kV und etwa 30 μA Ionisatorstrom pro Düse, entsprechend einem Gesamtstrom von 5 mA. Pro Bm3/h Gas können so nur ca. 0,028 Watt Ionisatorleistung eingebracht werden. Infolge des oben beschriebenen Effektes des aufsteigenden Wasserfilms kommt es ab ca . 9 kV zu Überschlagen, die die Ionisation unterbrechen und das Hochspannungs-Netzteil stark belasten.
Daraus ergibt sich die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt: ein an der Duseninnenwand aufsteigender Wasserfilm soll verhindert werden.
Die Konsequenz daraus ist: wird der Dusendurchmesser deshalb vergrößert, muß gleichzeitig der Ionisatorstrom, der durch den jetzt größeren Abstand: Nadelspitze - Dusenrand, kleiner wird, wegen des größeren zu ionisierenden Gasvolumens ebenfalls größer werden.
Die Aufgabe wird durch einen Ionisatoraufbau gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben. Anspruch 8 schließlich beansprucht die Verwendung des Ionisators in einer speziellen Filteranlage: Der Ionisator ist so aufgebaut, dass die Dusenplatte von unten her angeströmt wird und die Hochspannungselektrode mit ihren Stiften und je einem Stern am freien Ende im Gasstrom dahinter, also oberhalb der Dusenplatte, sitzt; das ist bei Abgasströmen aus Kesseln, Waschkolonnen, Filtern etc, vor Eintritt in den Kamin meistens der Fall. Die parallel von unten nach oben angeströmten, kreisförmigen Ionisations- düsen weisen einen solchen Durchmesser auf, dass die Gasgeschwindigkeit unter 4 m/s, bevorzugt jedoch unter 3 m/s bleibt. Die Höhe einer Ionisationsdüse ist nicht wesentlich größer oder der Einfachheit halber gerade genauso groß wie die Dicke der Düsenplatte. Außer einer Randfase oder Randabrundung oben und unten weist die Düse in Strömungsrichtung kein Profil auf. Die Elektrode befindet sich in Strömungsrichtung gesehen oberhalb der Düse. Die tiefste Stelle der E- lektrode befindet sich noch oberhalb der höchsten Erhebung der Düse. Die Elektrode ist am unteren Ende sternförmig aufgespalten, wobei die in Richtung des Düsenumfangs weisenden Sternspitzen am Ende waagerecht oder gleichmäßig schräg nach unten weisen. Die Anzahl der Spitzen ist größer als 1, sie ist bevorzugt ungerade. Die Anzahl der Spitzen ermittelt sich so, dass der bei der stabilen Ionisationsspannung erzielbare Ionisationsstrom gerade so groß wird, dass pro Betriebskubikmeter pro Stunde Gas, das durch die Düse strömt, eine e- lektrische Leistung von 0,01 bis 0,5, bevorzugt 0,05 bis 0,3 Watt verbraucht wird. Der Abstand der Spitzen zum Düsenrand wird durch die stabile Ionisationsspannung bestimmt, die sich aus der Gasart sowie aus dem Absolutdruck und der Absoluttemperatur ergibt (siehe Beschreibung des Ausführungsbeispiels, dort beträgt der Abstand 15 mm bei Rauchgas mit ca. 50 Vol% Wasserdampf bei 75 °C und 1000 mbar und 13 kV) .
Um die Wasserablagerung auf der Düsenplatte weiter zu vermindern, sind senkrechte Ablaufröhrchen jeweils im gedachten Schwerpunkt von jeweils 3 Düsen in Bohrungen der Düsenplatte gesteckt. Die Röhrchen schauen unterhalb der Düsenplatte etwa 1 bis 10 Plattendicken nach unten heraus. Der Einzugsbereich der Röhrchen auf der Oberseite der Düsenplatte ist durch eine etwa 5 - 30° trichterförmige Anfasung erweitert. Das Röhrchen besteht vorzugsweise aus einem glatten Kunst- stoff aterial mit geringer Wandhaftung, beispielsweise Polytetraflu- orethylen, PTFE.
Durch diesen Aufbau und die Anströ ung von unten nach oben mit, in Strömungsrichtung gesehen, zuerst der Düsenplatte und dann der Elekt- rode, wird verhindert, dass größere Wassermengen, der sogenannte
Tropfenschwall, von oben auf die Ionisatorstufe fallen und Kurzschlüsse verursachen kann. Durch die der Schwerkraft entgegengesetzten Strömungsrichtung können nur kleinere Tropfenschwärme, die von der Strömung mitgetragen werden, die Düsenplatte erreichen. Wiederum der größere Teil hiervon wird bereits an der Düsenplatte abgeschieden und läuft nach unten ab.
Während bei der Anströmung von oben nach unten mm-große Tropfen auf die Düsenplatte fallen können, erreichen im umgekehrten Strömungsfall bei ' den meist vorliegenden Kanalgeschwindigkeiten von 0,5 - 2 m/s nur Tropfengrößen von max. etwa 0,1 - 0,3 mm die Düsenplatte. Durch die verringerte Gasgeschwindigkeit in der vergrößerten Düse wird ein Wasserfilm am Innenrand der Düse nicht mehr hochgedrückt, aufgestaut und nach innen gezogen.
Bisher wurde jeder Düse nur eine Elektrode mit einer Ionisationsspitze zugeordnet. Jetzt wird der Düse eine Zentralelektrode mit mehreren sternförmig zum Rand hin orientierten Spitzen zugeordnet. Dies ermöglicht, die Düse für einen höheren Gasdurchsatz sowie für schwerer ionisierbare Gase, z. B. Luft-Wasserdampfgemische, so zu betreiben, dass trotzdem die zur Partikelaufladung erforderliche Leistung eingebracht werden kann.
Am Ende der Zentralelektrode kann der Elektrodenstern auswechselbar befestigt sein. Falls für geänderte Betriebsbedingungen, z. B. andere Temperaturen,
Drücke und Gaszusa mensetzungen, die Anzahl der Spitzen angepasst werden muß, reicht es aus, nur den Elektrodenstern auszuwechseln. Mit nur einer Elektrodenspitze wäre es vorher nötig gewesen, auch die Anzahl der Düsen zu ändern.
Die Düse muß nicht mehr aus einer dickeren Platte herausgefräst oder mittels zylindrischer, separat gefertigter Teile zusammengesetzt werden, sondern der leicht gefasste oder gerundete Rand einer normal gebohrten oder wasserstrahlgeschnittenen Metallplatte ist ausreichend. Dadurch, dass die Düse am Rand keinen Wulst aufweist, kann Flüssigkeit, die sich auf der Oberseite der Düsenplatte sammelt, einfach durch die Düse nach unten abtropfen.
Die Zentralelektrode mit der Sternelektrode ragt mit der tiefsten Stelle noch ca. 3 - 6 mm über die Oberkante der Düsenplatte hinaus. Deshalb kann die Düsenplatte waagerecht unter der Gitterplatte, die die Elektroden hält, herausgezogen werden, das erleichtert den Ein- und Ausbau wesentlich.
Die mittige Justiertoleranz der Zentralelektrode ist durch den vergrößerten Düsendurchmesser entsprechend größer, so dass sich insbesondere bei großflächigen Düsenplatten praktische Vorteile ergeben. Ablagerungen am Düsenrand bewirken, wegen des jetzt größeren Düsendurchmessers relativ gesehen, eine kleinere Verzerrung der Strom- Spannungs-Kennlinie .
Durch die mittig jeweils zwischen 3 Düsen in eine Bohrung der Düsenplatte gesteckten Ablaufröhrchen wird erreicht, dass Flüssigkeit, die sich auf der Plattenoberseite ansammelt, auch hier ablaufen kann. Dabei ist der Innendurchmesser des Röhrchens so gewählt, dass einerseits keine nennenswerte Gasmenge im Kurzschluss durchströmen, dass aber andererseits das sich sammelnde Wasser frei ablaufen kann. Auf der Unterseite der Düsenplatte, aus der das Röhrchen herausguckt, ergibt sich der Vorteil, das sich hier herunterhängende Tropfen bevorzugt am Röhrchen sammeln und so außen am Röhrchen heruntertropfen können.
Der Ionisator wird im Strömungskanal einer Filteranlage zusammen mit einem Rohrbündel-Abscheider verwendet, und zwar derart, als er diesem in Strömungsrichtung vorangeschaltet ist. Das/Die im Ionisator elektrisch aufgeladene, zu reinigende Gas/Luft strömt nach Durchtritt die kegelförmig eingebuchtete oder ausgebuchtete Anströmstirn des Rohrbündelabscheiders an. Der Rohrbündelabscheider steht räumlich also oberhalb des Ionisators und hat die kegelförmig konkave oder konvexe Anströmstirn deshalb, damit das im Abscheider runterlaufende Wasser an der Stirnfläche zur Wand hin oder zur Mitte hin abläuft und von dort weggeleitet wird und nicht auf den Ionisator tropft, da sonst seine elektrischen Eigenschaften betriebsschädlich beeinträchtigt bzw. aufgehoben werden würden.
Der Ionisator leistet neben der Reinigung von Feuchtluft/-gas aus Trocknungsprozessen und Abgasen aus Verbrennungsprozessen darüber hinaus auch die Reinigung von mit Tropfenschwärmen natürlich- oder zwangsversetztem Feuchtgas, d. h. das zu reinigende Gas ist vor Eintritt in die Reinigungsanlage schon mit Tropfenschwärmen aufgrund des vorangegangenen Nutzungsprozesses versetzt oder wird durch Besprühung über in den Strömungskanal hineinragende Düsen zwangsweise damit versetzt. Eine solchermaßen aufgebaute Filteranlage reinigt/wäscht somit sogar Gas/Luft, das/die mit gasförmigen Schadstoffen, wie HC1, S02, S03, NOX, versetzt ist.
Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung besteht aus den Figuren 1 bis 3, die im einzelnen zeigen:
Fig. 1 die Draufsicht auf drei unmittelbar benachbarte Düsen; Fig. 2 die Seitenansicht dazu, Fig. 3 den Sitz des Ionisators im Strömungskanal.
Der Einbau des Ionisators ist mechanisch und isolationstechnisch in der Struktur der gleiche wie in der DE 101 32 582 dargestellt und beschrieben.
Das Material für die Elektrode richtet sich nach dem zu prozessierenden Gas und der darin befindlichen Bestandteile und ihrer chemischen Reaktionseigenschaft. Das Material kann beispielsweise Kupfer oder Messing, jeweils auch mit einem Schutzmetall überzogen, oder Edelstahl oder Titan oder legiertes Titan sein.
Im senkrecht verlaufenden Gaskanal ist waagerecht die elektrisch leitfähige Platte 4 eingebaut. Die Bohrungen 3, die Düsen, sind regelmäßig angeordnet, hier derart, dass drei unmittelbar benachbarte Bohrungen mit ihren Mittelpunkten die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks bilden, durch den Dreiecksschwerpunkt geht die Achse des Ab- laufröhrchens 6, das dem Strom 8 entgegen aus der Platte ragt und auf der stromabgewandten Seite der Düsenplatte 4 eine trichterförmige Fase 7 von hier 30° hat (siehe Figur 2) . Der Gasstrom 8 strömt diese Düsenplatte 4 von unten an und tritt durch die Düsen 3 hindurch. Die Bohrungen haben vorteilhafterweise gegenseitig einen gleichmäßigen Abstand bzw. sind in einem gleichmäßigen Teilungsmuster angeordnet. In Strömungsrichtung nachgeschaltet und oberhalb der Platte 4 befindet sich in einem Abstand, der etwa das einhalb- bis fünffache des Bohrungsdurchmessers beträgt, das Elektrodengitter 5, hier eine gasdurchlässige und leitfähige Elektrodenhalterplatte 5. Die Elektroden- halterplatte 5 ist über Isolatoren waagerecht im Gaskanal befestigt und an eine gegenüber der Platte 4 negative Hochspannung angeschlossen (siehe DE 101 32 582). In Projektion genau mittig zu den Bohrungen der Platte 4 trägt die Elektrodenhalterplatte 5 die Zentralelektroden oder Elektrodenstifte 1, die nach unten und entgegen der Strömungsrichtung auf den Mittelpunkt der zugehörigen Düse 3 gerichtet sind. Das untere Ende der Zentralelektrode 1 endet etwa mit dem 0,05- bis 0,2-fachen des Düsen-Bohrungsdurchmesser oberhalb der Platte 4. Das untere Ende der jeweiligen Zentralelektrode 1 läuft spitz zu oder ist sternförmig aufgespreizt, wobei die einzelnen Enden im Winkel von 60 - 90° von der Längsachse des zugehörigen Elektrodenstifts 1 wegstehen. Der Kreisdurchmesser, den die aufgespaltenen Enden als Stern beschreiben, beträgt etwa das 0,1- bis 0,9-fache des Düsen- Bohrungsdurchmessers. Die Anzahl der Spitzen beträgt etwa Bohrungsum- fang in mm dividiert durch 10 bis 50 mm, so dass sich auf- oder abgerundet eine ganze Zahl bildet. Bevorzugt sind ungerade Zahlen. Die Verbindungstechnik für die Hochspannungselektrode 1, 2, 5 ist hier eine lösbare, der Elektrodenstift 1 ist mit seinem einen Ende an die Elektrodenplatte geschraubt und der Stern 2 an das andere freie. Die Maße sind hier beispielhaft folgende:
Bohrungsdurchmesser 48 mm Plattendicke 5 mm
Sterndurchmesser 20 mm Abstand Platte-Stern 3 mm
Anzahl Spitzen 7
Gasgeschwindigk .eit 2,9 m/s
Temperatur 75°C
Gasfeuchte 50 Vol%
Hochspannung 13 kV
Strom 120 μA
Leistung 1, 6 Watt spez. Leistung o, 085 Wh/m3
Werden gemäß obigem Beispiel 1 600 Bm3/h nasses Gas durch 85 Flachdüsen mit dem Durchmesser von 48 mm geschickt, so resultiert hieraus eine mittlere Düsen-Gas-Geschwindigkeit von 2,9 m/s und bei einer 7- Stern-Elektrode mit 20 mm Spitzendurchmesser eine maximale Spannung von 13 kV und etwa 120 μA lonisatorstrom pro Düse, entsprechend einem Gesamtstrom von 10 mA. Pro Bm3/h Gas können jetzt 0,81 Watt eingebracht werden. Durch die geringere Gasgeschwindigkeit wird kein Wasserfilm am Düsenrand hochgedrückt und die Hochspannung kann auf den für die Ionisation erforderlichen Wert erhöht werden, ohne dass es zu Überschlägen kommt.
Da jetzt größere Tropfenkonzentrationen im Gas bis etwa 2.000 mg/m3 mit einem maximalen Tropfendurchmesser bis etwa 0,3 Millimeter die Ionisatorstufe von unten nach oben passieren können, ohne dass es vorzeitig zu Überschlägen kommt, ist eine Tropfenabscheidestufe nach Fig. 3 nachgeschaltet.
Fig. 3 zeigt die im senkrechten Kanalabschnitt 18 untergebrachte Ionisatorstufe nach Fig. 1 u. 2. In Strömungsrichtung nachgeschaltet und über der Ionisatorstufe befindlich ist der Kanalabschnitt 19 angeordnet, der ein nach innen eingebuchtetes, kegel- oder pyramidenförmiges Traggitter (12 im Schnitt, 13 in der Draufsicht dargestellt) enthält, auf dem zu einem Rohrbündel zusammengefasste Abscheiderohre 16 stehen. Der untere, wandnahe Umfang des Traggitters 12, 13, ist von einer mit leichtem Gefälle (hier nach rechts) Ablaufrinne 14 ein- gefasst. Diese sammelt das nach unten aus den Rohren laufende Tropf- wasser, das vom Traggitter aufgefangen und infolge der Schwerkraftwirkung zur Kanalwand 19 ableitet wird. Aus der Rinne 14 läuft das Tropfwasser in einen Ablaufstutzen 15, wo es, mit Feststoffpartikeln und absorbierten Gasen und Dämpfen beladen, entnommen werden kann. Der Pyramiden- oder Kegelwinkel α ist vorzugsweise kleiner 90°. Die Gitterteilung des Traggitters 12, 13 ist vorzugsweise quadratisch o- der rechteckig, wobei die einzelnen Gitterstreben nicht waagerecht, sondern bevorzugt im Winkel von 45° zur waagerechten und senkrechten Ebene verlaufen.
Mit 8.1 ist das noch stark mit teilweise elektrisch geladenen Tropfen beladene Gas nach dem Passieren der Ionisatorstufe gekennzeichnet. Mit 8.2 ist das von den Tropfen und Schadgasen weitgehend befreite Reingas bezeichnet.
Die elektrisch und vom zu prozessierenden Gas isolierte Befestigung des an der Hängevorrichtung 10 befestigten Elektrodengitters 5 ist mit 11 bezeichnet und an anderer Stelle beschrieben. Die hohe Tropfenkonzentration im Gas kann neben der natürlich vorhandenen durch Reinwassereinspeisung in Strömungsrichtung vor der lonisatorstufe erzielt werden. Das Reinwasser ist in der Lage, Schadgase und Dämpfe physikalisch zu absorbieren wie im Fall von z. B. HCl oder NOx. Wird dem Reinwasser ein lösliches oder unlösliches basisches Reagenz beigemischt, können auch viele andere saure Schadgase chemiesorbiert werden, z. B. S02.

Claims

Patentansprüche :
1. Ionisator in einer Abgasreinigungsanlage für tropfenbeladene und/oder kondensierende Feuchtgase, bestehend aus: einer über den Querschnitt des Strömungskanals angebrachten, e- lektrisch leitenden, an ein elektrisches Bezugspotential gelegten Düsenplatte (e) mit einer in einem konzentrischen Querschnittsgebiet regelmäßigen über dieses Querschnittsgebiet gleichverteilten Anordnung von kreisförmigen Düsen (3) , die von einem Rohgasstrom (8) angeströmt wird,
einem in Strömungsrichtung (8) sich anschließenden Hochspannungs- Elektrodengitter (5) , das über dem Querschnitt konzentrisch im Strömungskanal steht und in der Kanalwand elektrisch isoliert verankert ist, von dem aus entgegen der Strömungsrichtung (8) parallel zueinander ausgerichtete Elektrodenstifte (1) im Muster der Düsenanordnung senkrecht und konzentrisch Richtung jeweils zugeordneter Düse (3) ragen,
jeder Elektrodenstift (1) an seinem freien, zur zugehörigen Düse (3) gerichteten Ende sternförmig mit mehr als einer Spitze (2) , die gleich lang und gleichverteilt um die Achse des Elektrodenstifts bis maximal senkrecht zur Achse ausgestellt sind, unter Wahrung des elektrischen Isolationsabstandes ausläuft, wobei die Elektrodenspitzen (2) jedes Elektrodenstifts (1) auf den nächstliegenden Düsenrand der zugeordneten Düse (3) gerichtet sind,
die Düsenplatte (4) und die Baugruppe aus Hochspannungs- Elektrodengitter (5), Elektrodenstifte (1) mit jeweils zugehörigen Elektrodenspitzen (2) aus einem für die Prozessumgebung inerten, elektrisch leitenden Material besteht.
2. Ionisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe in der Reinigungsanlage so angeordnet ist, dass die Strömung (8) des Gases entgegen der Erdanziehung verläuft.
3. Ionisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite der Düsen (3) jeweils so groß ist, dass die resultierende mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Gases in der Düse (3) unter 4 m/s bevorzugt unter 3 m/s, bleibt.
4. Ionisator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jede Düse (3) an ihrer Eintritts- und Austrittsseite angefasst ist.
5. Ionisator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Düsenplatte (4) jeweils zentral zu drei unmittelbar benachbarten Düsen (3) Röhrchen (6) aus dielektrischem Material mit geringer Wandhaftung sitzen, die auf der stromabgewandten Seite eingelassen sind und auf der stromzugewandten Seite bis maximal 10-mal Plattendicke in den Strom (8) herausragen.
6. Ionisator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsbereich zu einem Röhrchen (6) auf der stromabgewandten Seite eine Fase (7) mit bis zu 30° hat.
7. Ionisator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe aus Hochspannungs-Elektrodengitter (5) , Elektrodenstifte (1) mit jeweils zugehörigen Elektrodenspitzen (2) in lösbarer o- der nicht lösbarer Verbindungstechnik oder einer daraus gemischten Verbindungstechnik hergestellt ist.
8. Verwendung eines Ionisators nach einem der Ansprüche 1 bis, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionisator im Strömungskanal einer Filteranlage einem Rohrbündel-Abscheider mit kegelförmiger eingebuchteter oder ausgebuchteter Anströmstirn vorgeschaltet ist und damit neben Feuchtluft aus Trocknungsprozessen und Abgasen aus
Verbrennungsprozessen auch mit Tropfenschwärmen natürlich- oder zwangversetztes Feuchtgas prozessiert werden kann.
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