EP1691931A1 - Vorrichtung zur elektrostatischen partikelabscheidung in gasströmen - Google Patents

Vorrichtung zur elektrostatischen partikelabscheidung in gasströmen

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EP1691931A1
EP1691931A1 EP04789813A EP04789813A EP1691931A1 EP 1691931 A1 EP1691931 A1 EP 1691931A1 EP 04789813 A EP04789813 A EP 04789813A EP 04789813 A EP04789813 A EP 04789813A EP 1691931 A1 EP1691931 A1 EP 1691931A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
flue gas
free
hanging
particle separation
Prior art date
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Application number
EP04789813A
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English (en)
French (fr)
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EP1691931B1 (de
Inventor
Volker Schmatloch
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Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
EMPA
Original Assignee
Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
EMPA
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Publication date
Application filed by Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA, EMPA filed Critical Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA
Publication of EP1691931A1 publication Critical patent/EP1691931A1/de
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Publication of EP1691931B1 publication Critical patent/EP1691931B1/de
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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
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/68—Control systems therefor
    • 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
    • B03C3/41—Ionising-electrodes
    • 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
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/10—Ionising electrode has multiple serrated ends or parts

Definitions

  • EP 1 193 445 A2 of the E PA presents a device for flue gas cleaning on small fire rings, which can be installed in the existing flue gas duct of such a furnace.
  • Either this flue gas duct is electrically conductive, in that the stovepipe is made of sheet steel, chrome steel or aluminum, or the chimney is made entirely of stone and masonry or of plastic.
  • the device forms a cover which can be placed gas-tight on an associated opening on the flue gas duct.
  • a spray electrode is held on the inside of this cover via insulators.
  • the device also includes a high-voltage generator for establishing a direct voltage between this spray electrode and the inner wall of the electrically conductive flue gas duct section.
  • a section of an electrically conductive tube is mounted on the lid to form a collector surface.
  • the typical connection value of the electrode is between 10 and 50VA and it can be operated with 220V / 50Hz or 110V / 60Hz alternating current.
  • the spray electrode can be charged negative or positive to earth.
  • the collector part can be easily cleaned by hand after removing the electrode wire with the holder.
  • the object of the present invention is therefore to provide a device for electrostatic particle separation in gas streams, which is particularly suitable for flue gas cleaning on small furnaces, and which enables efficient separation of the finest particles by means of a rod-shaped spray electrode, that is, particles with a diameter ⁇ 10 ⁇ m, and can achieve an efficiency of up to 90%.
  • this device should come up with reasonable purchase and operating costs and should be easy to monitor and clean by the operator even at sufficiently long intervals. It should also be retrofittable in a flue gas pipe and this also in the living area, where there are many such furnaces.
  • the device is intended to overcome the disadvantages of a rod-like spray electrode described above and to greatly reduce or even completely prevent its oscillation.
  • the device takes advantage of the fact that the chimney previously acted as a separating surface in small combustion systems, but not consistently as a result of an electrical charge.
  • the chimney previously acted as a separating surface in small combustion systems, but not consistently as a result of an electrical charge.
  • chrome steel or aluminum in sheet steel, chrome steel or aluminum, as are widely built today, there is already an electrically conductive separating surface.
  • a chrome steel pipe can be retrofitted lengthways into the flue gas duct over a certain distance.
  • the immediately obvious advantages of this device are that it is an electrostatic precipitator that has no separate separator plates, that does not require a flue gas fan, does not result in a significant narrowing of the flue gas duct, and that its separating zone can be dimensioned as required.
  • Figure 1 A device for installation in a straight, vertical section of an electrically conductive stovepipe with an electrode tapering towards the ends;
  • Figure 2 A device with schematically drawn active electrode stabilization
  • Figure 3 The device of Figure 2 seen in a cross section through the flue gas pipe, with the associated controller for the variation of the collector voltages;
  • Figure 4a A device with an electrode without its stabilization
  • Figure 4b A device with a schematically shown passive electrode stabilization.
  • a first embodiment of a device for electrostatic particle separation in gas flows is shown, which is also suitable for flue gas cleaning on small furnaces. It is designed for installation in a straight section of an existing, electrically conductive stovepipe 1.
  • the device has an electrode holder 6 made of metal, preferably of stainless steel, which is provided with a bore for receiving the electrode 4.
  • the socket 6, with an electrode thickness of 0.3 mm in the socket area has a diameter of several millimeters and is held in a metallic holder 7 by a clamp or bayonet connection, as shown in the enlarged section.
  • the holder 7 is attached to a holding rod 2, which is also preferably made of stainless steel.
  • the holding rod 2 is guided through an insulator 3 into the flue gas pipe 1.
  • the insulator 3 is advantageously made of a plastic, for which polyether ether ketone (PEEK) is suitable, because this material has a certain Charge migration allows so that no charge nests can form, but charges flow continuously. In contrast, with a porcelain or ceramic insulator under DC voltage, charge nests are formed, which then migrate outwards and lead to spontaneous breakthroughs (TE).
  • the insulator 3 is firmly connected to the cover 5.
  • the socket 6 can be cylindrical or, as shown here, spherical, with a diameter of approximately 10 mm and a central bore in which the electrode 4 sits and is held.
  • the opening on the furnace tube 1 is designed so large that the holder 7 can be inserted into the furnace tube 1 by elastic bending of the wire 4, and after that the opening 1 is closed gas-tight, for which purpose suitable clamping clips, clamping levers or clamping screws are available ,
  • a high-voltage generator with a rectifier function is electrically and thermally insulated from the stovepipe 1 and is supplied with power via a mains cable.
  • the high-voltage output is passed through the insulator 3 via the socket 6 to the spray electrode 4.
  • the other pole is at earth potential and is electrically conductively connected to the stovepipe 1, which acts as a separating surface with respect to the electrode 4.
  • the wire 4 shown here were of the same thickness, it would begin to oscillate immediately after application of a high voltage, and the oscillation would be quickly rocked, because the tip of the electrode wire 4 is negatively charged, for example, during that Stove tube 1 is positively charged with respect to the wire tip.
  • the wire tip is attracted to the stovepipe wall and after reaching a maximum deflection, the electrode 4 swings back in the other direction due to its mechanical elasticity and vice versa.
  • the oscillation leads to the wire tip striking the stovepipe wall and to rapid swinging back and forth within the stovepipe 1, with frequencies of up to a few Hz, which causes unpleasant noises that can be heard in a building. Remedial action is provided by the tapering of the wire electrode 4 towards its ends, which is visible here.
  • This taper is ideally parabolic, but can also be linear. It has been shown that an electrode with a length of 25cm on both sides and a thickness of 0.3mm in the area of the socket and 0.1mm thickness at the tip hardly vibrates anymore. With a wire electrode of 30 cm length on both sides and a taper that goes from a thickness of 0.3 mm in the socket down to 0.08 mm at the tip, whereby the electrode is arranged along the center of a tube 1 of 120 mm to over 250 mm in diameter, is hardly there is more vibration of the whole electrode. Only in the area of the tip it swings back and forth by a few mm, and this also applies to voltages of up to 20kV.
  • this electrode is made of tungsten, because it has an increased modulus of elasticity compared to approximately ⁇ ogonübc ⁇ stainless steel and therefore allows a greater length than a steel wire with the same thickness. With such an electrode, namely a tapered tungsten wire, it is possible to separate up to 90% of the particles in the flue gas.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen. Die Vorrichtung ist insbesondere geeignet zum Reinigen oder Filtern des Rauchgases von Kleinfeuerungen. Bei diesen Kleinfeuerungen mit Leistungen bis zu etwa 70kW handelt es sich um verschiedene Wärmerzeuger für den Raumwärmebedarf sowie auch zum Kochen. Namentlich zählen Chemineeöfen, Kachelöfen, Zimmeröfen, Kochherde und Heizkessel, die mit Holz befeuert werden, dazu.
[0002] Die Nutzung von Holz als nachwachsender Brennstoff nimmt seit einigen Jahren wieder stetig zu. In der Schweiz zum Beispiel nahm gemäss der Schweizerischen Holzenergiestatistik [EDMZ] die jährlich genutzte Holzenergiemenge innerhalb des Jahrzehnts von 1990 bis 2000 stark zu und nimmt weiter zu. Die Anzahl von Einzelraumheizungen nimmt in der Schweiz tendenziell zu, während jene von • ganzen Gebäudeheizungen abnimmt. Die moderne, hochwärmedämmende Bauweise wird künftig diesen Trend noch verstärken. Bei Niedrigenergiehäusern muss nämlich nur noch ein kleiner Restwärmebedarf durch eine Zusatzheizung gedeckt werden und immer öfter kommt hierzu ein zentraler Holz-, Cheminee- oder Speicherofen zum Einsatz, also eine Kleinfeuerung. Das gilt auch für andere Länder, wo mit Holzfeuerungen geheizt wird. [0003] Bei all diesen Kleinfeuerungen liegt die Verantwortung für die Brennstoffqualität und die Feuerungseinstellung in erster Linie beim Betreiber. Den Optimierungsmöglichkeiten der anlagenseitigen Feuerungstechnik sind relativ enge Grenzen gesetzt. Und deshalb entlassen diese Kleinfeuerungen gemessen am gesamten Rauchemissionsaufkommeh unverhältnismässig viele Schadstoffe in die Atmosphäre. Beim zuständigen Schweizer Bundesamt erkannte man, dass im Jahr 2000 die Staubemissionen aus Kleinfeuerungen bereits ca. 5% der jährlichen Gesamtstaubemissionen ausmachten. Das entspricht immerhin etwa einem Drittel der Partikelemissionen des gesamten Motorfahrzeugverkehrs. Durch die vorgeschriebene Abgasreinigung bei Fahrzeugen mittels Katalysatoren und Partikelfiltern wird der Anteil der Partike'emissionen aus Kleinfeuerungsanlagen bald denjenigen der Auspuffemissionen des Strassenverkehrs übersteigen und deshalb vermehrt ins Bewusstsein rücken. Es kommt dazu, dass diese Staubteile aus Kleinfeuerungen vor allem in städtischen Bezirken und Agglomerationen emittiert werden, wo derartige Kleinfeuerungen eben in grosser Anzahl vorhanden sind, das heisst, dieser grosse Anteil am Gesamtpartikelausstoss konzentriert sich auf stark besiedelte Gebiete. Neben dieser örtlichen Konzentration treten die Emissionen von Holzfeuerungen zudem in erster Linie im Winter auf, so dass diese Luftbelastungen sich auch noch auf einen begrenzten Zeitraum konzentrieren.
[0004] Lufthygienisch relevant für die Gesundheit des Menschen sind Teilchen mit einem aerodynamischen Durchmesser von deutlich weniger als 10μm, weil sich Teilchen ab einer solchen Kleinheit in der Lunge festsetzen können. In der Schweiz ist deswegen seit 1998 ein Immissionsgrenzwert für Teilchen in diesem Grössenbereich festgesetzt worden, welcher jedoch häufig und an mehreren Messstellen überschritten wird. Diese Partikel binden auch Dioxine, welche nach der Partikeldeposition auf Böden und Pflanzen über die Nahrungskette von den Menschen aufgenommen werden. Nun haben an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) durchgeführte Messungen des Grössenspektrums der von Kleinfeuerungen ausgestossenen Partikel aufgezeigt, dass die emittierten Partikel von Holzfeuerungen im kritischen Bereich von unter 10 μm Durchmesser liegen. Es ist deshalb notwendig, auch im Bereich von einfachen Holzfeuerungsanlagen geeignete Rauchgaseinrichtungen einzubauen, um diese Kleinstpartikel zurückzuhalten.
[0005] In der EP 1 193 445 A2 der E PA wird eine Vorrichtung zur Rauchgasreinigung an Kleinfeueringen vorgestellt, die in den bestehenden Rauchgaskanal einer solchen Feuerung einbaubar ist. Entweder ist dieser Rauchgaskanal elektrisch leitfähig, indem das Ofenrohr etwa aus Stahlblech, Chromstahl oder Aluminium besteht, oder aber der Kamin ist gänzlich aus Stein und Mauerwerk oder aus Kunststoff gebaut. Im ersten Fall bildet die Vorrichtung einen Deckel, der gasdicht auf eine zugehörige Öffnung am Rauchgaskanal aufsetzbar ist. An der Innenseite dieses Deckels ist über Isolatoren eine Sprühelektrode gehalten. Weiter gehört zur Vorrichtung ein Hochspannungs- Erzeuger zum Aufbau einer Gleichspannung zwischen dieser Sprühelektrode und der Innenwand des elektrisch leitfähigen Rauchgaskanalabschnittes. Im zweiten Fall wird ein Abschnitt eines elektrisch leitfähigen Rohres an den Deckel montiert, um eine Kollektorfläche zu bilden. Der typische Anschlusswert der Elektrode liegt zwischen 10 und 50VA und sie kann mit 220V/50Hz bzw. 110V/60Hz Wechselstrom betrieben werden. Die Aufladung der Sprühelektrode kann negativ oder positiv zur Erde erfolgen. Die Abreinigung des Kollektorteils kann nach Ausbau des Elektrodendrahtes mit der Halterung problemlos von Hand erfolgen.
[0006] In einer Ausführung dieser Vorrichtung weist diese eine selbsttragende Stabelektrode in Form eines Blechstreifens auf, der stark genug ist, dass er sich selbst tragen kann. Anstelle eines solchen Blechstreifens kann aber auch ein Draht von genügender Stärke eingesetzt werden. Das entscheidende Merkmal der Sprühelektrode ist das Vorhandensein möglichst kleiner Radien, bei denen hohe lokale Feldstärken auftreten. Es hat sich nun gezeigt, dass mit einem möglichst dünnen Draht, der sich mit seinem freien Ende in der Mitte längs eines Rauchgasrohres erstreckt, die besten Ergebnisse erzielt werden. Mit einem dünnen, rutenartigen Draht werden jedoch auch Nachteile eingehandelt. Er beginnt nämlich infolge der entstehenden Ladungsverhältnisse zu schwingen. Die hohe elektrische Ladung des Drahtes erzeugt an der naheliegenden Innenfläche des Abgasrohres Bildladungen von entgegengesetzter Polarität. Die dem Draht gegenüberliegende Rohrwand ist daher positiv geladen. Die freihängende Spitze des Elektrodendrahtes wird deshalb von der Rohrwand angezogen und aufgrund ihrer mechanischen elastischen Biegung schwingt sie nach Erreichen der grössten Auslenkung zurück und wird dann in die Gegenrichtung ausgelenkt und umgekehrt. In vielen Fällen schvingt sie so stark hin und her, dass sie regelmässig und in kurzer Folge der Rohrwand so nahe kommt, dass elektrische Überschläge auftreten. Dies verursacht sehr störende Geräusche, was in der Praxis natürlich nicht erwünscht ist.
[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen anzugeben, die insbesondere auch für die Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen geeignet ist, und welche eine effiziente Abscheidung der feinsten Partikel mittels einer rutenförmigen Sprühelektrode ermöglicht, das heisst von Partikeln mit einem Durchmesser <10μm, und hierbei eine Effizienz von bis zu 90% erreichen kann. Weiter soll diese Vorrichtung mit zumutbaren Anschaffungs- und Betriebskosten aufwarten und vom Betreiber selbst in hinreichend langen Intervallen leicht zu überwachen und zu reinigen sein. Sie soll auch nachträglich in ein Rauchgasrohr einbaubar sein und dies auch im Wohnbereich, wo ja viele derartige Feuerungen stehen. Dabei soll aber die Vorrichtung die oben beschriebenen Nachteile einer rutenartigen Sprühelektrode überwinden und deren Schwingung stark reduzieren oder gar ganz unterbinden.
[0008] Diese Aufgabe wird gelöst von einer Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen, geeignet zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen, welche in das Rauchgasrohr einbaubar ist und einen Deckel aufweist, der gasdicht und leitend auf eine zugehörige Öffnung am Rauchgasrohr aufsetzbar ist, sodass in dessen Zentrum ein rutenförmiger und selbsttragender, mit mindestens seinem einen Ende freihängender Elektrodendraht über einen Isolator befestigt ist, und dass sie einen Hochspannungs-Erzeuger mit Gleichrichterfunktion zum Aufbau einer Gleichspannung zwischen der Elektrode und dem Rauchgaskanal aufweist, und die sich dadurch auszeichnet, dass zur Stabilisierung der Elektrode bzw. zur Dämpfung ihrer Schwingung eines oder mehrere der folgenden Merkmale vorhanden sind: • Die Elektrode ist gegen jedes frei hängende Ende hin verjüngt, • Die Elektrode ist aktiv elektrisch stabilisiert, • Die Elektrode ist passiv stabilisiert.
[0009] Die Vorrichtung macht sich zunutze, dass bei Kleinfeuerungen bisher der Kamin ohnehin als Abscheidefläche wirkte, jedoch durchwegs nicht infolge einer elektrischen Ladung. Im Falle von Rauchgasrohren in Stahlblech, Chromstahl oder Aluminium, wie sie heute verbreitet gebaut werden, verfügt man aber bereits über eine elektrisch leitfähige Abscheidefläche. Bei Kaminen aus Stein oder Kunststoff kann über eine bestimmte Wegstrecke ein Chromstahlrohr nachträglich längs in den Rauchgaskanal montiert werden. Die sofort ins Auge springenden Vorteile dieser Vorrichtung sind, dass es sich um ein Elektrofilter handelt, das keine gesonderten Abscheideplatten aufweist, das keinen Rauchgasventilator benötigt, keine wesentliche Rauchgaskanal-Verengung mit sich bringt, und dessen Abscheidezone je nach Bedarf dimensioniert werden kann.
[0010] In den Zeichnungen sind drei Ausführungsbeispiele einer solchen Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen und besonders für die Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen dargestellt und sie werden in der nachfolgenden Beschreibung erklärt.
Es zeigt:
Figur 1 : Eine Vorrichtung zum Einbau in einen geraden, vertikalen Abschnitt eines elektrisch leitfähigen Ofenrohres mit einer sich gegen die Enden hin verjüngenden Elektrode;
Figur 2 : Eine Vorrichtung mit schematisch eingezeichneter aktiver Elektroden-Stabilisierung; Figur 3 : Die Vorrichtung nach Figur 2 in einem Querschnitt durch das Rauchgasrohr gesehen, mit dem zugehörigen Regler für die Variation der Kollektorspannungen;
Figur 4a) : Eine Vorrichtung mit Elektrode ohne deren Stabilisierung;
Figur 4b) : Eine Vorrichtung mit schematisch eingezeichneter passiver Elektroden-Stabilisierung.
[0011] Elektrofilter funktionieren grundsätzlich nach dem Prinzip, dass elektrisch geladene, feste oder flüssige Teilchen in einem elektrischen Feld abgelenkt werden. Die Russpartikel müssen daher zunächst elektrisch geladen werden. Die unipolar aufgeladenen Teilchen lagern sich hernach infolge der Wirkung des elektrostatischen Feldes an Abscheideplatten ab. Mit solchen Elektrofiltern lassen sich Stäube und Aerosole mit Korngrösεen von 0.01 bis 60μm abscheiden. Die Effizienz der Abscheidung hängt auch von der Anströmgeschwindigkeit der Partikel und von der Staubkonzentration im angeströmten Gas ab, sowie von der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit im anströmenden Gas.
[0012] In Figur 1 ist eine erste Ausführung einer Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen gezeigt, die sich auch zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen eignet. Sie ist für den Einbau in einem geraden Abschnitt eines bestehenden, elektrisch leitfähigen Ofenrohrs 1 ausgelegt. Die Vorrichtung weist eine Elektrodenfassung 6 aus Metall, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl auf, die zur Aufnahme der Elektrode 4 mit einer Bohrung versehen ist. Die Fassung 6 weist bei einer Elektrodendicke von 0.3mm im Fassungsbereich einen Durchmesser von mehreren Millimetern auf und wird durch eine Klemm- oder Bajonettverbindung in einer metallischen Halterung 7 gehalten, wie das im vergrössert dargestellten Ausschnitt gezeigt ist. Die Halterung 7 ist an einem Haltestab 2 befestigt, der ebenfalls vorzugsweise aus nicht rostendem Stahl gefertigt ist. Der Haltestab 2 wird durch einen Isolator 3 in das Rauchgasrohr 1 geführt. Der Isolator 3 ist vorteilhaft aus einem Kunststoff gefertigt, wofür sich Polyetheretherketon (PEEK) eignet, weil dieses Material eine gewisse Ladungswanderung zulässt, sodass sich keine Ladungsnester bilden können, sondern Ladungen kontinuierlich abfliessen. Im Gegensatz dazu entstehen bei einem Porzellan- oder Keramikisolator unter Gleichspannung Ladungsnester, die dann nach aussen wandern und zu spontanen Durchbrüchen (TE) führen. Der Isolator 3 ist fest mit dem Deckel 5 verbunden. Die Fassung 6 kann zylindrisch oder wie hier abgebildet kugelförmig gestaltet sein, mit einem Durchmesser von etwa 10mm und einer zentralen Bohrung, in welcher die Elektrode 4 sitzt und gehalten ist. Die Öffnung am Ofenrchr 1 ist so gross gestaltet, dass die Halterung 7 unter elastischer Biegung des Drahtes 4 in das Ofenrohr 1 einführbar ist, und hernach wird die Öffnung 1 mit dem Deckel 5 gasdicht verschlossen, wozu sich etwa geeignete Spannklammern, Spannhebel oder Spannschrauben anbieten. Ein Hochspannungs-Erzeuger mit Gleichrichterfunktion ist sowohl elektrisch als auch thermisch vom Ofenrohr 1 isoliert und wird über ein Netzkabel mit Strom versorgt. Der Hochspannungsausgang wird durch den Isolator 3 über die Fassung 6 an die Sprühelektrode 4 geführt. Der andere Pol liegt auf Erdpotential und ist mit dem Ofenrohr 1 elektrisch leitend verbunden, welches gegenüber der Elektrode 4 als Abscheidefläche wirkt. Somit ist ein Elektrofilter gebildet, wobei der Draht 4 die Sprühelektrode bildet, und die Innenseite des Ofenrohrs 1 über die Länge des Elektrodendrahtes 4 hinaus die Niederschlagselektrode oder Kollektorfläche bildet, sodass also der gesamte Kamin, soweit er aus leitfähigem Material besteht, als Kollektorfläche wirken kann.
[0013] Zur regelmässigen Reinigung der Niederschlagselektrode, das heisst der Innenwand des Ofenrohrs 1 , wird zunächst die Hochspannung ausgeschaltet. Dann wird die Halterung 7 mit der Elektrode 4 aus dem Ofenrohr 1 entfernt. Hernach kann die Innenseite des Ofenrohrs 1 mit einem feuchten Lappen abgerieben werden, wodurch die elektrisch zurückgehaltenen Teilchen weggewischt werden und am Lappen hängenbleiben. Als Alternative können die eingesammelten Partikel auch mii der Staubsaugerbürste weggewischt und abgesaugt werden. Die Elektrode 4 wird dann wieder ins Ofenrohr 1 eingeführt und der Deckel 5 gasdicht auf die Öffnung aufgesetzt und verspannt. Die gereinigten Kollektorflächen sind nun wieder frei, um mit neuen Partikeln beschlagen zu werden, weil jetzt auch die elektrische Anziehungskraft wieder voll wirksam ist.
[0014] Wäre nun der hier gezeigte Draht 4 jedoch von konstant gleicher Dicke, so würde er nach Anlegen einer Hochspannung alsbald zu schwingen anfangen, und die Schwingung würde schnell aufgeschaukelt, weil ja die Spitze des Elektrodendrahtes 4 zum Beispiel negativ geladen ist, während das Ofenrohr 1 gegenüber der Drahtspitze positiv geladen ist. Die Drahtspitze wird von der Ofenrohrwandung angezogen und nach Erreichen einer maximalen Auslenkung schwingt die Elektrode 4 infolge ihrer mechanischen Elastizität zurück in die andere Richtung und umgekehrt. Das Schwingen führt zum Anschlagen der Drahtspitze an der Ofenrohrwandung und zum raschen Hin- und Herschwingen innerhalb des Ofenrohres 1 , mit Frequenzen von bis zu einigen Hz, was unangenehme und in einem Gebäude weit hörbare Geräusche verursacht. Abhilfe bringt die hier sichtbare Verjüngung der Drahtelektrode 4 gegen ihre Enden hin. Diese Verjüngung ist idealerweise parabelförmig, kann aber auch linear sein. Es hat sich gezeigt, dass eine Elektrode von zum Beispiel beidseits 25cm Länge und einer Stärke von 0.3mm im Bereich der Fassung und 0.1mm Stärke an ihrer Spitze kaum mehr sichtbar schwingt. Bei einer Drahtelektrode von beidseits 30cm Länge und einer Verjüngung, die ab der Stärke von 0.3mm im Fassungsbereich bis hinunter auf 0.08mm an der Spitze geht, wobei die Elektrode längs des Zentrums eines Rohres 1 von 120mm bis über 250mm Durchmesser angeordnet ist, ist kaum mehr eine Schwingung der ganzen Elektrode vorhanden. Bloss im Bereich der Spitze schwingt dieselbe noch um wenige mm hin und her, und dies verhält sich so auch bei Spannungen von bis zu 20kV. Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn diese Elektrode aus Wolfram besteht, weil dieses gegenüber etwa ^ogonübc^ rostfreiem Stahl ein erhöhtes E-Modul aufweist und deshalb bei gleicher Stärke eine grössere Länge erlaubt als ein Stahldraht. Mit einer solchen Elektrode, nämlich einem verjüngten Wolframdraht, gelingt es, bis zu 90% der Partikel im Rauchgas abzuscheiden.
[0015] In Figur 2 ist eine andere Methode für die Dämpfung der Elektrodendraht- Schwingung schematisch dargestellt. Die Länge des Elektrodendrahtes 4 ist mit / bezeichnet, die aktuelle Auslenkung der Elektrodenspitze mit Δx. Die hier beschriebene Massnahme zur Dämpfung der Schwingung kann zusätzlich zu einem sich gegen seine Spitze hin verjüngenden Elektrodendraht eingesetzt werden oder auch alleine, das heisst mit einem gewöhnlichen Elektrodendraht mit gleichmässiger Stärke, sei es ein Wolframdraht oder ein Stahldraht. Zum Dämpfen der Schwingung sind hier im Innern des Rohres 1 um dessen Umfang herum verteilt Kollektorschalen 12-15 angeordnet, die über Isolatoren zum Beispiel an der Rohrinnenwand oder an einem geeigneten Gestell im Rohrinnern gehalten sind. An diese Kollektoren 12-15 wird über einen Regler eine je nach Schwingungsverhalten variable Spannung gegenüber der Erde angelegt, sodass sie eine jeweils gleiche Ladung aufweisen wie die gegen sie hin schwingende Elektrode 4. Es wird dadurch eine elektrisch abstossende Kraft erzeugt und mit geeigneter Regelung dieser Spannungen an den Kollektorschalen 12-15 kann der Elektrodendraht 4 einigermassen in das Zentrum des Rohres 1 gezwungen werden.
[0016] In Figur 3 sieht man die Vorrichtung nach Figur 2 in einem Querschnitt durch das Rauchgasrohr 1 gesehen und ausserdem ist der zugehörige Regler 10 für die Variation der KollektorspannL ngen bei einer negativ geladenen Elektrode 4 gezeigt. Die von den vier Kollektorschalen 12-15, je eine mit Anordnung Nord, Ost, Süd und West, abfliessenden Ströme sind mit IN, lo. 'S. und lw bezeichnet und die Spannungen gegenüber der Erde mit UN, UO, US, und U . Die herrschenden Spannungsverhältnisse und die fliessenden elektrischen Ströme werden hernach für drei verschiedene Auslenkungszustände A, B und C der Elektrode 4 angegeben. Im Zustand A liegt die Elektrode 4 genau im Zentrum des Rohres 1. Im Zustand B ist sie um etwas mehr als 1/3 des Rohrradius gegen Nord ausgelenkt und im Zustand C um fast 2/3 des Rohrradius gegen Südwest. Folgende Verhältnisse gelten dann für die Spannungen und Ströme: Zustand A: Gleichgewicht: lN = Is = lw = lo sowie UN = Us = Uw = Uo
Zustand B: Auslenkung nach N: IN > lo = lw > Is sowie UN > Us = Uw > Uσ Zustand C: Auslenkung nach SW: IN = lo < 's = lw sowie UN = Uσ < Us = Uw [0017] Die Figur 4a) zeigt schliesslich eine Vorrichtung mit nicht stabilisierter Elektrode und im Gegensatz dazu die Figur 4b) eine Vorrichtung mit schematisch eingezeichneter passiver Elektroden-Stabilisierung. Hier ist gegenüber der Spitze des rutenartigen und freihängenden Elektrodendrahtes eine Gegenelektrode 11 angeordnet. Diese bildet eine senkrecht zur Verlaufrichtung des Elektrodendrahtes 4 ausgerichtete Platte und ist elektrisch mit dem Rohr 1 verbunden. Entsprechend ist sie dann positiv geladen und zieht die negativ aufgeladene Elektrodenspitze ständig an, sodass diese im Bereich der Mitte des Rohres 1 verbleibt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen, geeignet zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen, welche in das Rauchgasrohr (1) einbaubar ist und einen Deckel (5) aufweist, der gasdicht und leitend auf eine zugehörige Öffnung am Rauchgasrohr (1 ) aufsetzbar ist, sodass in dessen Zentrum ein rutenförmiger und selbsttragender, mit mindestens seinem einen Ende freihängender Elektrodendraht (4) über einen Isolator (3) befestigt ist, und dass sie einen Hochspannungs-Erzeuger mit Gleichrichterfunktion zum Aufbau einer Gleichspannung zwischen der Elektrode (4) und dem Rauchgaskanal (1 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Elektrode (4) bzw. zur Dämpfung ihrer Schwingung eines oder mehrere der folgenden Merkmale vorhanden sind: • Die Elektrode (4) ist gegen jedes frei hängende Ende hin verjüngt, • Die Elektrode (4) ist aktiv elektrisch stabilisiert, • Die Elektrode (4) ist passiv stabilisiert.
2. Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen, geeignet zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Elektrode (4) bzw. zur Dämpfung ihrer Schwingung eines oder mehrere der folgenden Merkmale vorhanden sind: • Die Elektrode (4) ist gegen das frei hängende Ende oder ihre beiden frei hängenden Enden hin verjüngt, • Die Elektrode (4) ist aktiv elektrisch stabilisiert ist, indem mehrere voneinander getrennte, um den Umfang der Elektrode (4) aneinander anschliessende und die Elektrode (4) insgesamt umfassende Kollektoren (12-15) angeordnet sind, deren Spannung gegenüber der Elektrodenspitze über einen Regler (10) variierbar sind, • Die Elektrode (4) ist passiv elektrisch stabilisiert ist, indem gegenüber jedem frei hängenden Elektrodenende eine Gegenelektrode (11) angeordnet ist, die zur Elektrodenspitze gegenteilig aufladbar ist.
3. Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen, geeignet zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Elektrode (4) bzw. zur Dämpfung ihrer Schwingung die Elektrode (4) ein Wolframdraht ist, der gegen sein frei hängendes Ende oder gegen seine beiden frei hängenden Enden hin entweder linear oder parabolisch verjüngt ist.
4. Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen, geeignet zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (4) in einer metallischen Fassung (6) durch eine Klemm- oder Bajonettverbindung gehalten ist, deren Durchmesser bei einer Elektrodendicke von 0.3mm im Fassungsbereich mehrere Millimeter misst und die zur Aufnahme der Elektrode (4) eine Bohrung aufweist.
5. Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen, geeignet zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Elektrode (4) bzw. zur Dämpfung ihrer Schwingung die Elektrode (4) ein Stahl- oder Wolframdraht von 20cm bis 35cm Länge und 0.3mm bis 0.5mm Durchmesser ist, der gegen sein frei hängendes Ende oder gegen seine beiden frei hängenden Enden hin entweder linear oder parabolisch zu einem Durchmesser von 0.08mm bis 0.1 mm an seiner Spitze verjüngt ist.
6. Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen, geeignet zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Elektrode (4) bzw. zur Dämpfung ihrer Schwingung die Elektrode (4) ein Wolframdraht von 30cm Länge und 0.3mm Durchmesser ist, der gegen sein frei hängendes Ende oder gegen seine beiden frei hängenden Enden hin linear oder parabolisch zu einem Durchmesser von 0.08mm an seiner Spitze verjüngt ist.
7. Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen, geeignet zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Elektrode (4) bzw. zur Dämpfung ihrer Schwingung die Elektrode (4) ein verjüngter Stahl- oder Wolframdraht ist, der aktiv elektrisch stabilisiert ist, indem mehrere voneinander getrennte, um den Umfang der Elektrode (4) aneinander anschliessende und die Elektrode (4) insgesamt umfassende Kollektoren (6-9) angeordnet sind, deren Spannung gegenüber der Elektrodenspitze über einen Regler (10) variierbar sind.
8. Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen, geeignet zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Elektrode (4) bzw. zur Dämpfung ihrer Schwingung die Elektrode (4) ein verjüngter Stahl- oder Wolframdraht ist, der passiv elektrisch stabilisiert ist, indem gegenüber jedem frei hängenden Elektrodenende eine Gegenelektrode (11 ) angeordnet ist, der zur Elektrodenspitze gegenteilig aufladbar ist.
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