EP2195115B1

EP2195115B1 - Bauliche struktur von abgasreinigungsanlagen

Info

Publication number: EP2195115B1
Application number: EP08785630A
Authority: EP
Inventors: Hanns-Rudolf Paur; Andrei Bologa; Klaus Woletz
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2028-08-20
Also published as: EP2195115A2; ATE545465T1; US20110000375A1; WO2009046787A3; DE102007047250B8; JP5193306B2; JP2010540231A; DE102007047250B3; US8500873B2; WO2009046787A2

Description

Die Erfindung betrifft die Struktur von Abgasreinigungsanlagen zum Reinigen von mit Aerosolen belasteten Gasen oder Atmosphären und Bauformen von Abgasreinigungsanlagen mit einer solchen Struktur. Die Erfindung ist in die Technologie der elektrostatischen Partikelabscheidung einzubetten, insbesondere eines raumladungsbehafteten elektrostatischen Partikelabscheiders. In einem Raumladungsabscheider werden unipolar geladene Partikel entsprechend des Feldes Ihrer eigenen Raumladung abgeschieden [1].
Abhängig von der baulichen Gestaltung des Abscheiders läuft die Selbstabscheidung in einem Nasswäscher innerhalb der röhrenförmigen Elektroden in einem Filter ab. Nasswäscher haben eine nützliche Verbesserung in der Effizienz ergeben, in dem die Partikel/Aerosole vor dem Eintritt in den Wäscher geladen werden. Geladene Partikel werden durch den Nasswäscheprozess und die elektrostatische Abscheidung unter dem Einfluss der Raumladung abgeschieden.
Ein elektrostatischer Abscheider arbeitet auch auf dem Prinzip der gegenseitigen Abstoßung der geladenen Partikel an einer Wand auf Bezugspotential, vorzugsweise Erdpotential. Da die geladenen Partikel durch den geerdeten Abschnitt eines Abscheiders gehen, wird ein Teil der geladenen Partikel zu der geerdeten Wand durch das durch die Raumladung erzeugte elektrische Feld gezwungen. Abgeschiedene Partikel werden in dem zusammen laufenden Wasser, das die Wände der geerdeten Röhrenelektroden hinab fließt, mitgerissen und ausgeleitet.
In einem ionisierenden Nasswäscher (siehe beispielsweise DE 22 35 531 ) wird ein zu prozessierender Gasstrom vor seinem Durchgang durch den Nasswäscher ionisiert, um die Partikel/Aerosole in dem Gasstrom mit einer elektrischen Ladung vorgegebener Polarität zu versehen. Während der Strömung des Gasstroms werden die geladenen Partikel/Aerosole nahe an die Wäscherflüssigkeit und/oder Packungselemente als Wirkung der Anziehungskräfte zwischen den geladenen Partikel und den elektrisch neutralen Packungselementen und der Flüssigkeit getragen. Die Partikel werden aus dem Gasstrom durch die Wäscherflüssigkeit entfernt.
Ein Partikel ionisierender Wäscher (siehe beispielsweise US-Apl. Publ. 2006/0236858 A1 besteht aus einem Ladungs- und Kollektorabschnitt. Der Kollektor besteht entweder aus einem fest- oder flüssigbettgepacktem Abschnitt, der kontinuierlich von oben bewässert wird. Der Gasstrom und die geladenen Partikel werden direkt von der Ladungseinrichtung zur Kollektoreinrichtung transportiert und das Reingas passiert dann einen Flüssigkeitsabscheider, um Flüssigkeitströpfchen zu entfernen.
Die erläuterten Abscheider haben eine Sammelkammer zwischen der Ladeeinrichtung und der Kollektoreinrichtung, deshalb ist die Raumladungsverteilung am Kollektoreingang homogen. Die Richtung des Gasstroms am Eingang und am Ausgang des Kollektors ist die gleiche.
Es gibt elektrostatische Raumladungsabscheider ohne Sammelkammer zwischen der Ladeeinrichtung und der Kollektoreinrichtung (siehe beispielsweise US 4,072,477 oder DE 10 2006 055 543 ). Dabei ist der Ausgang der Ladeeinrichtung an eine Kammer angebaut, die elektrisch leitendes Packungsmaterial hat, z. B. Turmpackungselemente. Die Richtung des Gasstroms am Eingang und Ausgang ist entweder dieselbe oder der Gasstrom wechselt seine Richtung innerhalb der Kollektoreinrichtung. Im letzteren Fall ist die Raumladungsverteilung im Eingangsbereich des Kollektors nicht homogen. Sie ist maximal im Bereich, wo der Gasstrom den Kollektor betritt, und ist gegenüber dem Eintrittsbereich an der Wand minimal. Es tritt eine nicht homogene Raumladungsverteilung auf. Wenn Partikel abgeschieden werden, nimmt das Raumladungsfeld ab und die Aerosolaufsammlung verschlechtert sich im zentralen und dem Strömungseintritt gegenüber liegenden Bereich. Deshalb ist der Eingangsbereich des Kollektors oft ineffektiv für die Partikelaufsammlung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abscheidung elektrisch geladener Partikel im Eintrittsbereich eines Kollektors einer elektrostatischen Abgasreinigungsanlage effektiver zu machen. Eine solche Abgasreinigungsanlage zum Reinigen von mit Aerosolen belasteten Gasen oder Atmosphären besteht bekanntermaßen aus mindestens einer Baugruppe aus einer Ionisierungseinrichtung und daran sich in Strömungsrichtung anschließender Kollektoreinrichtung. Die Abgasreinigungsanlage ist mit ihrem Eingang an einen Rohgaskanal oder an Rohgaskanäle angebaut. Sie strömt an ihrem Ausgang Reingas in die Umgebung strömt oder in einen weiterführenden Abgaskanal ein.
Die Aufgabe der effektiveren Partikelabscheidung wird durch eine bauliche Struktur der Abgasreinigungsanlage gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Ionisierungseinrichtung einer Baugruppe besteht aus mindestens einer senkrecht zur Kanalachse stehenden Ebene mit mindestens zwei gleichartigen, in einer Ebene liegenden, um die Kanalachse gleichverteilten Ionisierungsstufen, durch die das Gas radial bezüglich der Kanalachse strömt. Bei einer Gasströmung durch die Ionisierungsstufen entweder radial nach innen ändern die Gasströme in die zugehörige, bezüglich der Kanalachse zentral sitzende Kollektoreinrichtung ihre Strömungsrichtung, sie werden nach der Einmündung in den Kollektor in eine gemeinsame Strömungsrichtung umgelenkt, so dass sich im Kollektorbereich über den lichten Querschnitt im Verlaufe der Gasströmung ein bezüglich der Kanalachse nicht schräges, nicht einseitiges Strömungsprofil einstellt.
Oder bei einer Gasströmung durch die Ionisierungsstufen radial nach außen besteht die Kollektoreinrichtung aus Kollektorstufen, die sich jeweils an eine Ionisierungsstufe der Ionisierungseinrichtung anschließt, in der der radiale Gasstrom von der zugehörigen Ionisierungsstufe mündet und schwenkt im Verlaufe der Gasströmung parallel zur Kanalachse um (Anspruch 1).
Daraus ist gemäß Anspruch 2 eine Abgasreinigungsanlage folgendermaßen spezifizierbar, nämlich die Abgasreinigungsanlage besteht aus mindestens zwei, kanalaxial aneinander gereihten Baugruppen aus jeweils einer Ionisierungs- und zentralen Kollektoreinrichtung, bei der die zentralen Kollektoreinrichtungen unmittelbar aufeinander folgen und anfänglicher Bestandteil den das Gas weiterführenden Kanals sind. Die gasstromaufwärts erste zentrale Kollektoreinrichtung lässt die in sie einmündenden Gasströme nur zur folgenden zentralen Kollektoreinrichtung weiter- und durchströmen. Schließlich tritt aus der gasstromabwärts letzten Kollektoreinrichtung ein additiver, aus Strömungen zusammengesetzter Gasstrom aus. Nach Anspruch 3 reihen sich die Baugruppen bezüglich der Kanalachse gleichartig oder verdreht zueinander aneinander.
In Anspruch 4 ist auf der strukturellen Basis von Anspruch 1 die Abgasreinigungsanlage folgendermaßen spezifiziert:
Die Abgasreinigungsanlage besteht jetzt aus mindestens zwei kanalaxial aneinander gereihten Baugruppen aus jeweils einer Ionisierungs- und Kollektoreinrichtung. Dabei ist die Anzahl Ionisierungsstufen pro Baugruppe gleich und die Gasströmung in den Ionisierungsstufen aufeinander folgender Baugruppen ist radial entgegensetzt. Der das Rohgas heranführende Kanal mit seinem endenden, stirnseitig verschlossenen Kanalstück fächert entweder den Rohgasstrom über Öffnungen in seiner Mantelwand zu der angebauten Ionisierungseinrichtung der ersten angeströmten Baugruppe in Teilgasströme zu je einer Ionisierungsstufe auf, um darin radial nach außen zu der jeweils angebauten Kollektorstufe zu strömen. Von dieser aus führt ein Kanalstück zu zugeordneten Ionisierungsstufe der folgenden Baugruppe, in der der Teilgasstrom radial nach innen strömt. Alle Teilgasströme durch diese Baugruppe münden in die zugehörige zentrale Kollektoreinrichtung, lenken dort um und strömen axial zusammen zum Ausleiten oder erneuten Prozessieren weiter.
Oder der das Rohgas heranführende Kanal fächert sich an seinem Ende in Kanäle auf, die jeweils in eine Ionisierungsstufe der folgenden Baugruppe münden, um darin radial nach innen zur zentralen Kollektoreinrichtung zu strömen. Von dort aus strömt der aus den Teilgasströmen zusammengesetzte Gasstrom in das axial anschließende, stirnseitig verschlossene Kanalstück ein und fächert darin über Öffnungen in der Mantelwand wieder in die angebauten Ionisierungsstufen der folgenden Baugruppe auf. Jetzt strömen sie darin radial nach außen zu der jeweiligen Kollektorstufe, um von dort aus zum jeweiligen oder zusammengefassten Ausleiten oder erneuten Prozessieren in einer folgenden Baugruppe weiter zu strömen.
Eine weitere Spezifizierung auf der Basis von Anspruch 1 ist in Anspruch 5 beschrieben. Danach besteht die Abgasreinigungsanlage aus einem ersten gaskanalquerschnittsähnlichen Hohlzylinderstück als Ionisierungseinrichtung, dessen Wand mindestens eine Ebene senkrecht zur Kanalachse schneidet. In dieser sitzen die Ionisierungsstufen durch die Hohlzylinderwand um den Umfang gleichverteilt. Sie sind von einem zweiten gaskanalquerschnittsähnlichen Hohlzylinderstück mantelartig über mindestens die Länge des ersten Hohlzylinders umgeben. Dabei mündet entweder der Rohgaskanal stirnseitig in das erste Hohlzylinderstück, das auf der gegenüberliegenden Stirn verschlossen ist, und zwar so dass das Rohgas radial nach außen durch die Ionisierungsstufen strömen muss, und das zweite, umgebende Hohlzylinderstück durch eine Ringscheibe rohgasseitig mit dem ersten Hohlzylinderstück gasdicht verbunden ist. Das bildet für das von den Ionisierungsstufen einströmende Gas den Kollektor, von wo aus der darin wieder zusammengeführte Gasstrom auf der rohgasabseitigen, offenen Stirn als Reingasstrom austritt.
Oder der Rohgaskanal flanscht an dem zweiten Hohlzylinder stirnseitig an. Der zweite Hohlzylinder ist mit dem ersten Hohlzylinder auf der dem Rohgasstrom abgewandten Seite über eine gasdichte Ringscheibe verbunden, dabei ist das erste Hohlzylinderstück an der dem Rohgasstrom zugewandten Stirn verschlossen.
Oder der Rohgaskanal flanscht an dem zweiten Hohlzylinder mantelwandseitig an und bildet mit dem ersten Hohlzylinder einen stirnseitig gasdicht verschlossenen, ringförmigen Hohlraum. So mündet bei der stirnseitigen und mantelwandseitigen Einströmung des Rohgases der gesamte Rohgasstrom durch die Ionenstufen radial nach innen in den lichten Bereich des ersten Hohlzylinders. Die Teilströme lenken dort um und strömen als Gesamtsrom aus dem ersten Hohlzylinder durch die Kollektoreinrichtung weiter. Jetzt ist der lichte Querschnitt des ersten Hohlzylinders an der zu der Weiterströmung abgewandten Stirn gasdicht verschlossen. Geometrisch ist nach Anspruch 6 der Gaskanalquerschnitt von außen gesehen konvex rund oder konvex polygonal.
Die Situation wird also verbessert, indem die Art des Einströmens eines Gasstromes in den Eingangsbereich einer Kollektoreinrichtung geändert wird. Die Verbesserung bezieht sich auf elektrostatische Abscheider ohne Sammelkammer zwischen der Lade-/Ionisierungseinrichtung und der Kollektoreinrichtung, in welchem das Gas in den Eingang der Kollektoreinrichtung nur durch eine Öffnung in einer Seitenwand der Kollektoreinrichtung, in welcher der Gasstrom innerhalb des Kollektors seine Richtung ändert.
Zur Verbesserung der Raumladungsverteilung im Eintrittsbereich der Kollektoreinrichtung wird deshalb vorgeschlagen, den Gasstrom mit geladenen Partikeln durch mindestens zwei einander in einer Ebene gegenüberstehende Öffnungen in der Seitenwand des Kollektors einzuströmen. Die Verteilung der Raumladung kann also auch dadurch verbessert werden, dass der Gasstrom mit geladenen Partikel gleichartig und gleichmäßig durch mehrere Öffnungen in der Seitenwand des Kollektorgehäuses einströmt, die in einer Ebene oder mehreren, aufeinander folgenden Ebenen sitzen.
Unzulänglichkeiten herkömmlicher Abgasreinigungsanlagen werden so behoben. Verantwortlich ist das baulich unmittelbare Aufeinanderfolgen von Lade-/Ionisierungsstufe und Kollektor sowie die bezüglich der Kollektorachse gewissermaßen symmetrische Raumladungsverteilung über den lichten Querschnitt des Eintrittsbereichs am Kollektor. Durch eine solche bauliche Struktur der Abgasreinigungsanlage besteht auch ein technisch einfach und leicht handhabbarer Aufbau.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1a: Abscheider ohne Sammelkammer nach dem Stand der Technik;
Figur 1b: Abscheider ohne Sammelkammer nach dem Stand der Technik;
Figur 2a: Kollektoreinrichtung mit drei Gebieten im Eintrittsbereich;
Figur 2b: Raumladungsdichteverlauf bei einseitiger Einströmung;
Figur 2c: Raumladungsdichteverlauf bei beidseitiger Einströmung;
Figur 3a: Seitenansicht des Abscheiders mit zwei einander gegenüberliegenden Ionisierungsstufen;
Figur 3a: Draufsicht des Abscheiders mit zwei einander gegenüberliegenden Ionisierungsstufen
Figur 4: Draufsicht des Abscheiders mit vier einander paarweise gegenüberliegenden Ionisierungsstufen;
Figur 5a: Seitenansicht eines Abscheiders aus zwei Abscheiderebenen;
Figur 5a: Draufsicht eines Abscheiders aus zwei Abscheiderebenen;
Figur 6: Draufsicht eines Abscheiders aus zwei zueinander verdrehten Abscheiderebenen;
Figur 7a: kreiszylindrische Kollektoreinrichtung in Seitenansicht mit einem Wandabschnitt als Ionisierungseinrichtung;
Figur 7b: kreiszylindrische Kollektoreinrichtung in Draufsicht mit einem Wandabschnitt als Ionisierungseinrichtung;
Figur 8: prismatische Kollektoreinrichtung in Seitenan- und Draufsicht mit einem Wandabschnitt als Ionisierungseinrichtung;
Figur 9: Seitenansicht eines Abscheiders aus zwei Abscheiderebenen mit ebenenweise radial entgegengesetzter Gasströmung in den Ionisierungseinrichtungen

Die Raumladungsabscheider, aus dem Stand der Technik bekannt ( US 4,072,477 Fig. 1, und DE 10 2006 055 543 , Fign.13 und 14) werden als Gegenüberstellung hier in Fig. 1 vorgestellt. In den Abscheidern ist der Ausgang der Lade- / Ionisierungseinrichtung an eine geerdete, aus elektrisch leitendem Packungsmaterial gebaute Kollektoreinrichtung angekoppelt, beispielsweise Turmpackungselemente. Der Gasstrom wechselt seine Strömungsrichtung im Eingangsbereich der Kollektoreinrichtung. In Figur 2a tritt der Gasstrom in den Eintrittsbereich der Kollektoreinrichtung nur von der einen vorhandenen, im Bild linken Öffnung her ein, er ist grob und durch zwei parallele senkrechte Striche in die über die lichte Weite im Eintrittsbereich aufeinander folgenden Gebiete: Eingang, zentral und gegenüber, unterteilt. Die Raumladungsdichte nimmt dort in axialer Verlängerung der Öffnungsachse zur gegenüberliegenden Wand der Kollektoreinrichtung hin ab. Figur 2b zeigt den Verlauf der Abnahme der Raumladung bzw. den Raumladungsdichteverlauf qualitativ bei einseitiger Einströmung aus der Ionisierungsstufe: die Raumladungsdichte ist zunächst maximal im Eingangsbereich, nimmt zum Zentrum hin schnell ab und wird minimal an der gegenüberliegenden Wand. Der Verlauf der Raumladungsdichte nimmt von der Einströmöffnung her bis zur gegenüberliegenden Wand, also über den lichten Durchmesser dort, monoton oder schräg ab. Bei einer solchen baulichen Anordnung wird der Eintrittsbereich der Kollektoreinrichtung ineffektiv für die Partikelablagerung/-aufsammlung genutzt.
Durch die Einströmung des Gasstroms mit geladenen Partikel durch die Wand der Kollektoreinrichtung in den Eintrittsbereich aus einander entgegen gesetzten Richtungen durch mindesten zwei einander gegenüberliegende Öffnungen wird die Raumladungsverteilung dort entscheidend verbessert, weil sich zwei Raumladungsdichteverläufe entgegengesetzt überlagern. Dieses Ergebnis ist qualitativ in Figur 2c über den lichten Durchmesser des Eintrittsbereichs der Kollektoreinrichtung dargestellt. Es gibt keinen raumladungsarmen Bereich an der gegenüberliegenden Wand mehr. Allenfalls besteht zentral eine Senke der Raumladungsverteilung bzw. des Raumladungsdichteverlaufs. Zwei Einströmöffnungen müssen dazu mindestens vorhanden sein.
Das mit geladenen Partikeln/Aerosolen belastete Gas dringt über einander gegenüber liegende Öffnungen in den Kollektor ein. Deshalb dringen mehr geladenen Partikel in den zentralen Eintrittsbereich vor und erhöhen dort die Raumladungsdichte. Dadurch wird die Ablagerungseffizienz erhöht und der Eintrittsbereich intensiver für die Partikelaufsammlung genutzt. Wenn Gasströme aus einander entgegen gesetzten Richtungen/Öffnungen sich im zentralen Bereich vermischen, verstärkt sich die Turbulenz die Raumladungsverteilung und damit die Kollektoreffizienz.
Der Abscheider, in dem der Gasstrom mit geladenen Partikeln/Aerosolen aus mindestens zwei einander entgegen gesetzten Öffnungen in den Seitenwänden in den Eintrittsbereich des Kollektors 3 eintritt, ist schematisch in den Figuren 3a) in der Seitenansicht und in Figur 3b) in der Draufsicht dargestellt. Der Abscheider schließt die Lade-/Ionisierungseinrichtung ein, die aus diesen beispielsweise zwei Kanälen/Ionisierungsstufen 1 und 2 besteht. Die Richtung der Gasströmung ist durch Pfeil angezeigt.
Die Lade-/Ionisierungseinrichtung kann aus zwei aber auch aus mehr als zwei Kanälen/Ionisierungsstufen bestehen. Eine geradzahlige Anzahl an Ionisierungsstufen ist zu bevorzugen, weil dann bei Gleichverteilung um die Achse des Abscheiders sich immer zwei Öffnungen von Ionisierungsstufen im Eintrittsbereich in die Kollektoreinrichtung axial gegenüberstehen und sich die Raumladungsdichten in den beiden aufeinander gerichteten Gasströmungen über den lichten Querschnitt des Kollektoreintrittsbereichs, wie gewollt, höckerförmig überlagern, sofern die Einströmungen gleich stark sind. Bei 3 und mehr ungeradzahligen, gleich strömungsstarken Einströmungen in den Kollektoreintrittsbereich bildet sich eine unsymmetrische Raumladungsdichteverteilung über den lichten Querschnitt mit steigender Anzahl Einströmungen immer schwächer aus, d. h. wird symmetrischer. Ungleich starke Einströmungen in den Eintrittsbereich ergeben eine von den Einströmungsstärken abhängige Asymmetrierung des Raumladungsprofils über den lichten Querschnitt bezüglich der Abscheiderachse.
Figur 4 zeigt den Aufbau eines Abscheiders, bei dem die vier Ionisierungsstufen 1, 2, 4, 5 der Ionisierungseinrichtung in einer Ebene senkrecht zur Achse des Abscheiders liegen, gleichverteilt um diese Achse sitzen und sich stets zwei solche Ionisierungsstufen 1, 2 bzw. 4, 5 mit ihrer Eintrittsöffnung in die zentrale Kollektoreinrichtung 3 gegenüber stehen, d. h. die jeweils beiden Gasströmungen aus den Ionisierungsstufen 1 und 2 sowie 4 und 5 sind aufeinander gerichtet oder die Achsen dieser Eintrittsöffnungen fallen paarweise zusammen. Der jeweilige Gasstrom durch die Ionisierungsstufen 1, 2, 4, 5 strömt radial auf die Achse des Abscheiders zu, wie durch die Pfeile angedeutet ist.
Besteht die Ionisierungseinrichtung aus mindestens vier Ionisierungsstufen, können diese auf mindestens zwei, abscheideraxial aufeinander folgenden Ebenen verteilt sein. In abscheideraxialer Richtung gesehen, deckungsgleich oder um eine Winkel α gegeneinander verdreht, falls die Ebenen baugleich sind. Ansonsten gilt die Gleichverteilung der Ionisierungsstufen um die Abscheiderachse, damit die geforderte Raumladungsdichteverteilung im Eintrittsbereich der zentralen Kollektoreinrichtung leichter erreicht wird. Figuren 5a und 5b zeigen einen deckungsgleichen Zweiebenenaufbau des Abscheiders mit jeweils radial nach innen auf die Abscheiderachse gerichteter Strömung durch die Ionisierungsstufen 1, 2 und 4, 5 (Anspruch 3). Die beiden zentralen Kollektoreinrichtungen sind zusammen gebaut, sie folgen durchgängig aufeinander und bilden deshalb die gesamte zentrale Kollektoreinrichtung 3. Die beiden Einströmungen pro Ebene sind beim Austritt aus der jeweiligen Ionisierungsstufe aufeinander gerichtet, knicken nach oben ab und strömen als ein Gasstrom aus dieser Ebene in der Kollektoreinrichtung weiter, um sich mit dem Gasstrom der folgenden Ebene zum gesamten Gastrom aus dem Abscheider zu vereinigen. Figur 5a zeigt die Seitenansicht des Abscheideraufbaus mit dem jeweils angedeuteten Hochspannungsanschluss HV pro Ionisierungsstufe. Figur 5b zeigt die Draufsicht bzw. die Ansicht in abscheideraxialer Richtung. Figur 6 zeigt beispielsweise die Verdrehung der zwei baugleichen Ebenen der Ionisierungseinrichtung, die um die Abscheiderachse um den Winkel α, der hier spitz angedeutet ist, gegeneinander verdreht sind. Eine Verdrehung aufeinander folgender Ebenen der Ionisierungseinrichtung von 0 <= α <= 90° ist realisierbar (Anspruch 3).
Eine Bauweise des Raumladungsabscheiders derart, dass die Ionisierungseinrichtung mit ihren Einströmöffnungen in die Kollektoreinrichtung ein Bestandteil derselben bilden, ist in konvex runder, hier speziell kreiszylindrischer Bauweise in den Figuren 7a und 7b dargestellt. Der Gasstrom tritt in die Lade-/Ionisierungseinrichtung 7 durch den mantelwandseitigen Flansch 9 für den Rohgaskanal in den umfassenden Ringkanal 6 ein und radial nach innen durch die Ionisierungsdüsen 8 hindurch. Die Ionisierungsdüsen 8 befinden sich in mehreren, parallel aufeinander folgenden Ebenen in der kreisförmigen Hohlzylinderwand, bzw. die Ionisierungseinrichtung 7 ist hier so ausgebildet. Die ebenenweise radiale Einströmung daraus in die zentrale Kollektoreinrichtung, bewirkt pro Ebene die Verteilung der Raumladungsdichte über den lichten Querschnitt des Eintrittsbereichs und ist bei zumindest ebenenweiser Strömungsstärkegleichheit aus den Ionisierungsdüsen 8 zur Abscheiderachse rotationssymmetrisch. Es gibt also in diesem Eintrittsbereich keine ladungstoten Verteilungsbereiche der Raumladung und damit eine umfängliche Gleichattraktion der geerdeten Innenwand der Kollektoreinrichtung auf die geladenen Partikel/Aerosole aus dem vorbeiziehenden Gasstrom, wobei die auf der geerdeten Wand auftreffenden Partikel/Aerosole elektrisch neutralisiert, mit daran runter laufender Spülflüssigkeit mitgerissen und aus dem Abscheider ausgeströmt werden.
Der hohlzylindrische Wandabschnitt mit den Ionisierungsdüsen 8 in den Eintrittsbereich der Kollektoreinrichtung mit kreisförmig lichtem Querschnitt (Anspruch 6) kann als kreisförmig gekrümmte, geerdete Düsenplatte, wie aus der DE 10 2006 055 543 , ( DE 10 2005 4045 010 und DE 10 2005 023 521 und DE 102 44 051 ) bekannt, hergestellt sein, an die unmittelbar die zentrale Kollektoreinrichtung in Strömungsrichtung stirnseitig, hier oben im Bild der Figur 7a, angebaut ist. Figuren 8a und 8b zeigen eine konvex polygonale, speziell viereckige Bauweise des Abscheiders (Anspruch 6) in der Art wie der konvex runde, speziell kreisförmige Abscheider gemäß Figuren 7a und 7b. Seine Ionisierungseinrichtung besteht aus vier eben Düsenplatten etwa gemäß DE 10 2006 055 0543 , die einen rechteckig lichten Querschnitt bilden. Rohgaseinströmung und Reingasausströmung sind wie in Figur 7a angezeigt. Auch hier sind mehrere Ebenen an Ionisierungsstufen abscheideraxial aneinander gereiht.
Zur Erzwingung der Gasströmung ist der Abscheider an einer Stirnseite durch eine Platte wie bei dem Aufbau nach den Figuren 7a und 8a verschlossen, das ist durch den dicken Strich im Bild unten jeweils angedeutet.
Figur 9 stellt dar, wie die Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 beispielhaft realisiert werden kann. Das im Bild herangeführte Rohgas (Pfeil) tritt vertikal zentral in den Abscheider ein, der das Rohgas führende Kanal, er ist nicht eingezeichnet, flanscht mit seinem Endstück an dem in Verlängerung stirnseitig verschlossenen Kanalstück 11 an, von dem aus sich die Rohgasströmung nach links und rechts im Bild, also unter Richtungsänderung, in die jeweilige Lade-/Ionisierungsstufe 1 und 2 aufteilt, vorzugsweise gleichmäßig. Beide Gasteilströme strömen durch ihre Ionisierungsstufe 1, 2 bezüglich der Abscheiderachse radial nach außen, in welcher jeweils die Ionisierung der Partikel/Aerosole über Hochspannung HV erfolgt. Aus den beiden Ionisierungsstufen 1 und 2 treten die Gasströme in den jeweils außen, direkt angebauten Kollektor 10, den Außenkollektor 10, ein und werden darin nach oben im Bild zwangsweise umgelenkt. In Verlängerung nach unten flanscht ein stirnseitig unten verschlossenes Rohrstück an, das an seiner tiefsten Stelle verschlossen ist und dort ein Ablasseinrichtung, siehe angedeuteten kleinen Flansch, hat. Am Ausgang beider Außenkollektoren 11 flanscht jeweils wieder ein stirnseitig in Verlängerung verschlossenes Rohrstück an, das mantelwandseitig an der zugehörigen Ionisierungsstufe anflanscht. Der zunächst vertikal nach oben strömende Gasteilstrom tritt somit unter Umlenkung in die folgende Ionisierungsstufe 4 bzw. 5 ein und strömt darin radial nach innen auf die Abscheiderachse zu. In diesen beiden Ionisierungsstufen 4 und 5 ist eine Ionisierung der verbliebenen, elektrisch neutralen Partikel/Aerosole im jeweiligen Gasteilstrom über Hochspannung HV gegeben. Die Gasteilströme treten aus der Öffnung ihrer jeweiligen Ionisierungsstufe 4, 5 aus und in den Eintrittsbereich der mantelwandseitig angeflanschten, zentralen Kollektoreinrichtung 3 ein. In diesem Eintrittsbereich treffen die beiden Gasteilströme wieder aufeinander, schwenken in die gleiche Richtung, im Bild nach oben als wieder vereinigter Gastrom um und treten schließlich aus der zentralen Kollektoreinrichtung 3 als Reingasstrom aus. Im Eintrittsbereich des zentralen Kollektors 3 wird wieder die nicht schräge, eventuell zweihöckerige, bevorzugt zur Abscheiderachse symmetrische Raumladungsverteilung erreicht, die die effektive Ablagerung der Partikel/Aerosole am Kollektor bewirkt.
Die hohe Effektivität der Partikelabscheidung in einem solchermaßen strukturierten Abscheider wird im Folgenden an dem Prozess im Innern des elektrostatischen Raumladungsabscheiders zusammengefasst beschrieben:
Der Gasstrom mit Partikeln/Aerosolen gelangt durch die Lade-/Ionisierungseinrichtung, die hier schriftlich oder zeichnerisch nicht im Detail vorgestellt wird. Beispielsweise ist sie aus der DE 10 2006 055 546 zu entnehmen. Die Partikel im Gasstrom werden im Feld einer Koronaentladung elektrisch geladen. In dem elektrostatischen "Einfeld"-Abscheider gelangt der aerosolbeladene Gasstrom durch die Ionisierungsstufen 1 und 2 oder 1, 2, 4, 5, abhängig von der Bauweise des Abscheiders in den Eintrittsbereich der Kollektoreinrichtung 3.
Da beim Eintritt in die Kollektoreinrichtung, über den lichten Querschnitt gesehen, nicht mehr eine einseitige, zur gegenüber liegenden Wand hin abnehmende Raumladungsdichteverteilung vorliegt, tritt im Kollektor eine viel wirkungsvollere Sammlung der elektrisch geladenen Partikel ein. Diese über den lichten Querschnitt vorteilhafte, vorzugsweise zur Abscheiderachse symmetrische, also nicht mehr einseitig abnehmende Verteilung der Raumladung führt zu der wesentlich effektiveren Ablagerung, die nur durch die Entgegenströmung und gleichgerichtete Umlenkung zweier Gasteilströme zustande kommt.
Zur Bauweise des Kollektors wird auf den Stand der Technik verwiesen, beispielsweise auf DE 102 59 410 , in der auch ein Sprühsystem zur Wäsche vorgestellt wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Abscheiders ist die prozessunterstützende Nutzung des Eintrittsbereichs der Kollektoreinrichtung. Dadurch kann die Baugröße der Kollektoreinrichtung erheblich reduziert werden und das Kollektorgehäuse kleiner gebaut werden. So ist eine kompakte Bauweise des Abscheiders gegeben, insbesondere springt das an der beispielsweisen Ausgestaltung gemäß den Figuren 7a bis 8b hervor. Einher damit geht die Kostenreduzierung zum Bau des Raumladungsabscheiders und damit Investitionskosten.

Bezugszeichenliste nur für die Figuren 2a bis 9:

1: Ionisierungsstufe
2: Ionisierungsstufe
3: Kollektoreinrichtung
4: Ionisierungsstufe
5: Ionisierungsstufe
6: Ringkanal
7: Ionisierungsstufe/n
8: Düse
9: Flansch
10: Kollektor, Außenkollektor
11: Kanalstück

Claims

Bauliche Struktur von Abgasreinigungsanlagen zum Reinigen von mit Aerosolen belasteten Gasen oder Atmosphären,
bestehend aus mindestens einer Baugruppe aus einer Ionisierungseinrichtung und daran sich in Strömungsrichtung anschließender Kollektoreinrichtung,
wobei die Abgasreinigungsanlage mit ihrem Eingang an einen Rohgaskanal oder Rohgaskanäle angebaut ist und mit ihrem Ausgang Reingas in die Umgebung strömt oder in einen angebauten Kanal einströmt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ionisierungseinrichtung einer Baugruppe aus mindestens einer senkrecht zur Kanalachse stehenden Ebene mit mindestens zwei gleichartigen, in einer Ebene liegenden, um die Kanalachse gleichverteilten Ionisierungsstufen besteht, durch die das Gas radial bezüglich der Kanalachse strömt,
bei einer Gasströmung durch die Ionisierungsstufen radial nach innen die Gasströme in die zugehörige, bezüglich der Kanalachse zentral sitzende Kollektoreinrichtung münden und dort alle gleichartig umlenken, so dass sich im Kollektorbereich über den lichten Querschnitt im verlaufe der Gasströmung ein bezüglich der Kanalachse nicht schräges Strömungsprofil einstellt,
oder
bei einer Gasströmung durch die Ionisierungsstufen radial nach außen die Kollektoreinrichtung aus Kollektorstufen besteht, die sich jeweils an eine Ionisierungsstufe der Ionisierungseinrichtung anschließen, in der der radiale Gasstrom von der zugehörigen Ionisierungsstufe mündet und im Verlaufe der Gasströmung parallel zur Kanalachse umschwenkt.
Abgasreinigungsanlage mit einer baulichen Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsanlage aus mindestens zwei, kanalaxial aneinander gereihten Baugruppen aus jeweils einer Ionisierungs- und zentralen Kollektoreinrichtung besteht, die zentralen Kollektoreinrichtungen unmittelbar aufeinander folgen, und anfänglicher Bestandteil den das Gas weiterführenden Kanals sind,
wobei die gasstromaufwärts erste zentrale Kollektoreinrichtung die in sie einmündenden Gasströme nur zur folgenden zentralen Kollektoreinrichtung weiterströmen und dort durchströmen lässt, so dass aus der gasstromabwärts letzten Kollektoreinrichtung ein additiver Gasstrom austritt.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Baugruppen bezüglich der Kanalachse gleichartig oder verdreht zueinander aneinander reihen.
Abgasreinigungsanlage mit einer baulichen Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsanlage aus mindestens zwei kanalaxial aneinander gereihten Baugruppen aus jeweils einer Ionisierungs- und Kollektoreinrichtung besteht, wobei die Anzahl Ionisierungsstufen pro Baugruppe gleich ist und die Gasströmung in den Ionisierungsstufen aufeinander folgender Baugruppen radial entgegensetzt ist,
wobei
entweder der das Rohgas heranführende Kanal mit seinem endenden, stirnseitig verschlossenen Kanalstück den Rohgasstrom über Öffnungen in seiner Mantelwand zu der angebauten Ionisierungseinrichtung der ersten angeströmten Baugruppe in Teilgasströme zu je einer Ionisierungsstufe auffächert, um darin radial nach außen zu der jeweils angebauten Kollektorstufe zu strömen, von der aus ein Kanalstück zu zugeordneten Ionisierungsstufe der folgende Baugruppe führt, in der der Teilgasstrom radial nach innen strömt und alle Teilgasströme durch diese Baugruppe in die zugehörige zentrale Kollektoreinrichtung münden, umlenken und axial zusammen zum Ausleiten oder erneuten Prozessieren weiterströmen,
oder der das Rohgas heranführende Kanal sich an seinem Ende in Kanäle auffächert, die jeweils in eine Ionisierungsstufe der folgenden Baugruppe münden, um darin radial nach innen zur zentralen Kollektoreinrichtung zu strömen, von wo aus der aus den Teilgasströmen zusammengesetzte Gasstrom in das axial anschließende, stirnseitig verschlossene Kanalstück einströmt und darin über Öffnungen in der Mantelwand wieder in die angebauten Ionisierungsstufen der folgenden Baugruppe auffächert, um in diesen radial nach außen zu der jeweiligen Kollektorstufe zu strömen, um von dort aus zum jeweiligen oder zusammengefassten Ausleiten oder erneuten Prozessieren in einer folgenden Baugruppe weiter zu strömen.
Abgasreinigungsanlage mit einer baulichen Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsanlage aus einem ersten gaskanalquerschnittsähnlichen Hohlzylinderstück als Ionisierungseinrichtung besteht, dessen Wand mindestens eine Ebene senkrecht zur Kanalachse schneidet, in der Ionisierungsstufen durch die Hohlzylinderwand um den Umfang gleichverteilt sitzen, und von einem zweiten gaskanalquerschnittsähnlichen Hohlzylinderstück mantelartig über mindestens die Länge des ersten Hohlzylinders umgeben ist,
entweder der Rohgaskanal stirnseitig in das erste Hohlzylinderstück mündet, das auf der gegenüberliegenden Stirn verschlossen ist, so dass das Rohgas radial nach außen durch die Ionisierungsstufen strömen muss, und das zweite, umgebende Hohlzylinderstück durch eine Ringscheibe rohgasseitig mit dem ersten Hohlzylinderstück gasdicht verbunden ist, und für das von den Ionisierungsstufen einströmende Gas den Kollektor bildet, von wo aus der darin wieder zusammengeführte Gasstrom auf der rohgasabseitigen, offenen Stirn als Reingasstrom austritt,
oder der Rohgaskanal an dem zweiten Hohlzylinder stirnseitig anflanscht, der zweite Hohlzylinder mit dem ersten Hohlzylinder auf der dem Rohgasstrom abgewandten Seite über eine gasdichte Ringscheibe verbunden ist, das erste Hohlzylinderstück an der dem Rohgasstrom zugewandten Stirn verschlossen ist,
oder der Rohgaskanal an dem zweiten Hohlzylinder mantelwandseitig anflanscht und mit dem ersten Hohlzylinder einen stirnseitig gasdicht verschlossenen, ringförmigen Hohlraum bildet, so dass bei der stirnseitigen und mantelwandseitigen Einströmung des Rohgases der gesamte Rohgasstrom durch die Ionenstufen radial nach innen in den lichten Bereich des ersten Hohlzylinders mündet, die Teilströme sich dort umlenken und als Gesamtsrom aus dem ersten Hohlzylinder durch die Kollektoreinrichtung weiterströmen, wobei der lichte Querschnitt des ersten Hohlzylinders an der der Weiterströmung abgewandten Stirn gasdicht verschlossen ist.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanalquerschnitt von außen gesehen konvex rund oder konvex polygonal ist.