EP2266702A1 - Elektrostatischer Abscheider zur Rauchgasreinigung mit einem elektrischen Sperrfeld - Google Patents

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EP2266702A1
EP2266702A1 EP10003841A EP10003841A EP2266702A1 EP 2266702 A1 EP2266702 A1 EP 2266702A1 EP 10003841 A EP10003841 A EP 10003841A EP 10003841 A EP10003841 A EP 10003841A EP 2266702 A1 EP2266702 A1 EP 2266702A1
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electrostatic precipitator
flue gas
field
particles
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Hanns-Rudolf Paur
Andrei Bologa
Klaus Woletz
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    • B03C2201/08—Ionising electrode being a rod

Definitions

  • the invention relates to an electrostatic precipitator for the purification of flue gases, as incurred for example in combustion chambers, wood stoves or other wood burning plants.
  • Electrostatic separators are generally used for cleaning flue gas by particle separation.
  • the flue gas to be purified is introduced into the electrostatic precipitator, which comprises an ionization stage for the electric charge of the particles, and a collector stage for the separation of the charged particles.
  • the gas to be purified flows through the electric field between a high voltage electrode and a lying on a reference potential, usually ground potential electrode, in which the particles contained in the flue gas are electrically charged via corona discharge at the high voltage electrode.
  • the particles are deposited there on the surface lying at reference potential and electrically neutralized.
  • the DE 10 2008 005 096 describes a separator, which can be installed in a flue gas pipe, such as chimney pipe, and in which the particles located in the flue gas are first charged when passing the separator and then deposited on a arranged in the flow direction of the flue gas deposition electrode.
  • a flue gas pipe such as chimney pipe
  • Another electrostatic precipitator for installation in flue gas ducts is the EP 1974822 refer to. Also in this device, the electrostatic precipitator flows through in the flow direction of the flue gas. This arrangement has the disadvantage that the efficiency of the particle separation is reduced, since already separated particles can be entrained by the gas flow again and thus can increase the emission values.
  • the object of the invention to avoid the disadvantages mentioned and to provide an electrostatic precipitator, which ensures efficient flue gas cleaning at extended operating time.
  • Another object of the invention is to reduce downtime for cleaning work.
  • an electrostatic precipitator in which the high-voltage insulator is shielded from the flue gas to be cleaned by an electric blocking field. This causes soot and ash particle deposits greatly reduced on the insulator and the cleaning intervals to avoid flashovers due to these deposits are increased.
  • a shielding electrode is arranged axially radially to a means for electrically charging particles.
  • These means preferably consist of an element that can be acted upon by a high voltage, which is also referred to as a high-voltage electrode.
  • the shielding electrode is preferably designed tubular, wherein the shape of the cross section can be adapted to the design of the surrounding elements.
  • an electric field is formed between the high voltage electrode and the shield electrode. Decisive for the strength of the electric field is the size of the gap between the high voltage electrode and the shielding electrode.
  • the gap which preferably has the shape of an annular gap can be reduced and the electric field strength in this area is increased.
  • the electric field with increased field strength acts as an additional barrier for the particle-laden flue gas. A portion of the flue gas flows into this area, wherein the particles located in the flue gas are electrically charged and the further flow of the flue gas through the electric field, there is a force on the particles contained in the flue gas (electric charge carriers), wherein the depositing electrical charge carriers on the inner wall of the shielding electrode.
  • At least one further radial thickening is mounted on the end of the high-voltage electrode protruding from the shielding electrode in addition to the blocking field electrode.
  • the diameter of the Sperrfeldelektrode may differ from the diameter of the other radial thickening.
  • a further embodiment comprises a blocking field electrode which protrudes from the shielding electrode.
  • a blocking field electrode which protrudes from the shielding electrode.
  • the high voltage electrode comprises at its far end a corona electrode which is arranged in addition to the reverse field electrode. A portion of the flue gas flows around this corona electrode and the particles contained in the flue gas are electrically charged at this corona electrode via corona discharge at the high voltage electrode and deposited on the surface lying on reference potential and electrically neutralized. The purified gas flows through the clean gas outlet from the electrostatic precipitator.
  • Fig. 1 shows a schematic view of the electrostatic precipitator with a Sperrfeldelektrode and a concentrically arranged around this tubular shielding electrode.
  • the electrostatic precipitator comprises a tubular deposition chamber 1 with a laterally arranged inlet opening 2 for the flue gas and a laterally arranged opening 3 for the outlet of the clean gas.
  • the deposition chamber 1 has a lid 13 and a bottom 14.
  • a high-voltage insulator 4 is disposed below the lid 13 and above the inlet opening 2 , wherein an annular member 5 serves as a support.
  • the tubular shielding electrode 11 which projects axially into the deposition chamber 1, is likewise fastened to the annular element 5 .
  • the deposition chamber 1, the annular element 5 and the tubular shielding electrode 11 are electrically conductively connected to each other and have the same reference potential, preferably ground potential.
  • a high voltage electrode 6 is disposed axially in the deposition chamber 1 within the tubular shield electrode 11 and is fixed to the high voltage insulator 4 and connected to a high voltage power source not shown in the figure through a cable 7 passing through an opening channel 8 .
  • the high voltage electrode 6 has a radial thickening, the blocking field electrode 12 , which projects completely into the tubular shielding electrode 11 in the embodiment shown.
  • the high voltage electrode 6 a further radial thickening 9 , which projects into the deposition chamber 1 of the electrostatic precipitator and protrudes from the tubular shielding electrode 11 .
  • a corona electrode 10 is attached to the high voltage electrode 6 .
  • the shield electrode 11 causes the direct flow of soot and fly ash particles is suppressed from the flue gas to the high-voltage insulator. 4
  • the blocking field electrode 12 at the high-voltage electrode 6 causes the formation of an electric field between the blocking field electrode 12 and the shielding electrode 11 located at a reference potential. If charged particles enter this field, they deposit on the inner wall of the shielding electrode 11 under the influence of the electric field. Another electric field is formed between the second radial thickening 9 and the reference potential of the wall of the deposition chamber 1 .
  • the corona electrode 10 in interaction with the surface located at reference potential, causes a corona discharge, deposition and electrical neutralization of the particles in the flue gas.

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  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrostatischen Abscheider zur Reinigung von Rauchgasen, wie sie zum Beispiel in Verbrennungskammern, Holzöfen oder anderen Holzverbrennungsanlagen anfallen. Elektrostatische Abscheider umfassen eine Hochspannungsversorgung und einen Hochspannungsisolator, der durch Ruß- und Aschepartikelablagerungen verschmutzt. Zur Verminderung der Verschmutzung wird ein elektrostatischer Abscheider vorgeschlagen, bei dem der Hochspannungsisolator von dem zu reinigenden Rauchgas durch ein elektrisches Sperrfeld abgeschirmt ist. In diesem Sperrfeld werden die in dem Rauchgas enthaltenen Partikel elektrisch geladen und auf der auf Bezugspotential liegenden Oberfläche abgeschieden und elektrisch neutralisiert. Dadurch werden Ruß- und Aschepartikelablagerungen auf dem Isolator stark vermindert und die Reinigungsintervalle zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen aufgrund dieser Ablagerungen werden erhöht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Abscheider zur Reinigung von Rauchgasen, wie sie zum Beispiel in Verbrennungskammern, Holzöfen oder anderen Holzverbrennungsanlagen anfallen.
  • Elektrostatische Abscheider werden ganz allgemein zur Reinigung von Rauchgas durch Partikelabscheidung eingesetzt. Das zu reinigende Rauchgas wird in den elektrostatischen Abscheider eingeleitet, der eine Ionisierungsstufe, zur elektrischen Ladung der Partikel, und eine Kollektorstufe, zum Abscheiden der geladenen Partikel, umfasst. In der Ionisierungsstufe strömt das zu reinigende Gas durch das elektrische Feld zwischen einer Hochspannungselektrode und einer auf einem Bezugspotential, meist Erdpotential, liegenden Elektrode, in dem die im Rauchgas enthaltenen Partikel über Koronaentladung an der Hochspannungselektrode elektrisch geladen werden. Beim anschließenden Durchströmen der Kollektorstufe werden die Partikel dort auf der auf Bezugspotential liegenden Oberfläche abgeschieden und elektrisch neutralisiert.
  • Der Mechanismus der Abscheidung über Raumladung ist aus: "J.R. Melcher, K.S. Sachar, E.P. Warren, Overview of Electrostatic Devices for Control of Submicrometric Particles, Proceedings of the IEEE, vol. 65, No.12, 1977, p. 1659-1669" bekannt. Die Entwicklung und Anwendung der Raumladungsabscheider zur Aufsammlung von Partikeln aus Verbrennungsgasen wird in der CH 649 645 vorgestellt. Ein Nachteil des dort beschriebenen elektrostatischen Abscheiders ist die konstruktionsbedingte Notwendigkeit aufwändiger Montage- und Demontageschritte, um die Anlage von Rückständen zu bereinigen.
  • Eine Reihe von Schriften beschreibt elektrostatische Abscheideanlagen, die zum Einbau in Rauchgasrohre vorgesehen sind.
  • Die DE 10 2008 005 096 beschreibt einen Abscheider, der in einem Rauchgasrohr, wie z.B. Kaminrohr, installiert werden kann und bei dem die sich im Rauchgas befindenden Partikel beim Passieren des Abscheiders zunächst geladen und dann an einer in Strömungsrichtung des Rauchgases angeordneten Abscheideelektrode abgeschieden werden. Ein weiterer elektrostatischer Abscheider zum Einbau in Rauchgaskanäle ist der EP 1974822 zu entnehmen. Auch bei dieser Vorrichtung wird der elektrostatische Abscheider in Strömungsrichtung des Rauchgases durchströmt. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass die Effizienz der Partikelabscheidung reduziert wird, da bereits abgeschiedene Partikel durch den Gasstrom wieder mitgerissen werden können und so die Emissionswerte erhöhen können.
  • Ein weiterer Nachteil der bekannten elektrostatischen Abscheideanlagen ist die Verschmutzung des Hochspannungsisolators, der in die vom Gas durchströmte Kammer hineinragt, mit Partikeln aus z.B. Flugasche oder Ruß die in dem zu reinigenden Rauchgas enthalten sind. Dadurch kommt es zu Spannungsüberschlägen, die Effizienz des elektrostatischen Abscheiders verringern.
  • Ausgehend davon ist die Aufgabe der Erfindung die genannten Nachteile zu vermeiden und einen elektrostatischen Abscheider anzugeben, der eine effiziente Rauchgasreinigung bei verlängerter Betriebsdauer sichert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Verkürzung der Ausfallzeiten für Reinigungsarbeiten.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung an.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein elektrostatischer Abscheider vorgeschlagen, bei dem der Hochspannungsisolator von dem zu reinigenden Rauchgas durch ein elektrisches Sperrfeld abgeschirmt ist. Dadurch werden Ruß- und Aschepartikelablagerungen auf dem Isolator stark vermindert und die Reinigungsintervalle zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen aufgrund dieser Ablagerungen werden erhöht.
  • Zur Abschirmung des Hochspannungsisolators ist eine Abschirmelektrode axialradial zu einem Mitteln zum elektrischen Laden von Partikeln angeordnet. Diese Mittel bestehen vorzugsweise aus einem mit einer Hochspannung beaufschlagbaren Element, das auch als Hochspannungselektrode bezeichnet wird. Die Abschirmelektrode ist vorzugsweise rohrförmig ausgestaltet, wobei die Form des Querschnitts an die Bauform der umgebenden Elemente angepasst werden kann. Bei einer Beaufschlagung der Hochspannungselektrode mit einer Hochspannung bildet sich ein elektrisches Feld zwischen der Hochspannungselektrode und der Abschirmelektrode aus. Entscheidend für die Stärke des elektrischen Feldes ist die Größe des Spaltes zwischen der Hochspannungselektrode und der Abschirmelektrode. Durch radiale Verdickungen an der Hochspannungselektrode kann der Spalt, der vorzugsweise die Form eines Ringspaltes aufweist, verringert werden und die elektrische Feldstärke in diesem Bereich wird erhöht. Das elektrische Feld mit erhöhter Feldstärke wirkt als zusätzliche Barriere für das partikelbeladene Rauchgas. Ein Teil des Rauchgases strömt in diesen Bereich, wobei die sich in dem Rauchgas befindenden Partikel elektrisch geladen werden und beim weiteren Durchströmen des Rauchgases durch das elektrische Feld, kommt es zu einer Krafteinwirkung auf die im Rauchgas enthaltenen Partikel (elektrische Ladungsträger), wobei sich die elektrischen Ladungsträger an der inneren Wand der Abschirmelektrode abscheiden.
  • Durch eine geeignete Wahl des äußeren Durchmessers der radialen Verdickung , die als Sperrfeldelektrode bezeichnet wird, an der Hochspannungselektrode im Zusammenspiel mit dem inneren Durchmesser der Abschirmelektrode wird eine Feldstärke erzeugt, die eine verstärkte Abscheidung von geladenen Partikeln auf der auf Bezugspotential liegenden Abschirmelektrode zur Folge hat, jedoch keine Koronaentladung.
  • In einer Ausgestaltungsform des elektrostatischen Abscheiders ist neben der Sperrfeldelektrode mindestens eine weitere radiale Verdickung an dem aus der Abschirmelektrode herausragenden Ende der Hochspannungselektrode angebracht. Der Durchmesser der Sperrfeldelektrode kann sich dabei vom Durchmesser der weiteren radialen Verdickungen unterscheiden. In diesem Fall wird bei Beaufschlagung der Hochspannungselektrode, neben dem elektrischen Feld zwischen der Sperrfeldelektrode und der Abschirmelektrode, ein weiteres elektrisches Feldes zwischen der radialen Verdickung außerhalb der Abschirmelektrode und der Wand des elektrostatischen Abscheiders ausgebildet, da diese Wand auf einem Bezugspotential, meist Erdpotential, liegt.
  • Eine weitere Ausgestaltungsform umfasst eine Sperrfeldelektrode, die aus der Abschirmelektrode herausragt. In diesem Fall wird bei Beaufschlagung der Hochspannungselektrode mit einer Hochspannung, neben dem elektrischen Feld zwischen der Sperrfeldelektrode und der Abschirmelektrode, ein weiteres elektrisches Feld zwischen derselben Sperrfeldelektrode und der Wand des elektrostatischen Abscheiders ausgebildet.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführform umfasst die Hochspannungselektrode an ihrem weiten Ende eine Koronaelektrode, die zusätzlich zu der Sperrfeldelektrode angeordnet ist. Ein Teil des Rauchgases umströmt diese Koronaelektrode und die im Rauchgas enthaltenen Partikel werden an dieser Koronaelektrode über Koronaentladung an der Hochspannungselektrode elektrisch geladen und auf der auf Bezugspotential liegenden Oberfläche abgeschieden und elektrisch neutralisiert. Das gereinigte Gas strömt durch den Reingasaustritt aus dem elektrostatischen Abscheider.
  • Die Erfindung wird mit einem Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 1 näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des elektrostatischen Abscheiders mit einer Sperrfeldelektrode und einer konzentrisch um diese angeordnete rohrförmigen Abschirmelektrode.
  • Der elektrostatische Abscheider umfasst eine rohrförmige Abscheidekammer 1 mit einer seitlich angeordneten Einlassöffnung 2 für das Rauchgas und einer seitlich angeordneten Öffnung 3 für den Austritt des Reingases. Die Abscheidekammer 1 hat einen Deckel 13 und einen Boden 14. Ein Hochspannungsisolator 4 ist unterhalb des Deckels 13 und oberhalb der Einlassöffnung 2 angeordnet, wobei ein ringförmiges Element 5 als Auflager dient. An dem ringförmigen Element 5 ist ebenfalls die rohrförmige Abschirmelektrode 11 befestigt, die axial in die Abscheidekammer 1 hineinragt. Die Abscheidekammer 1, das ringförmige Element 5 und die rohrförmigen Abschirmelektrode 11 sind elektrisch leitend miteinander verbunden und haben das gleiche Bezugspotential, vorzugsweise Erdpotential.
  • Eine Hochspannungselektrode 6 ist in der Abscheidekammer 1 innerhalb der rohrförmigen Abschirmelektrode 11 axial angeordnet und ist an dem Hochspannungsisolator 4 befestigt und über ein Kabel 7 , dass durch einen Öffnungskanal 8 geführt ist, mit einer, in der Figur nicht gezeigten, Hochspannungsquelle verbunden. Die Hochspannungselektrode 6 weist eine radiale Verdickung, die Sperrfeldelektrode 12 auf, die in der gezeigten Ausführform vollständig in die rohrförmige Abschirmelektrode 11 hineinragt.
  • In der in Fig. 1 dargestellten Ausführform weist die Hochspannungselektrode 6 eine weitere radiale Verdickung 9 auf, die in die Abscheidekammer 1 des elektrostatischen Abscheiders hineinragt und aus der röhrförmigen Abschirmelektrode 11 herausragt. Unterhalb der zweiten radialen Verdickung 9 ist eine Koronaelektrode 10 an der Hochspannungselektrode 6 angebracht.
  • Die Abschirmelektrode 11 bewirkt, dass der direkte Fluss von Ruß- und Flugaschepartikeln aus dem Rauchgas zu dem Hochspannungsisolator 4 unterbunden wird. Die Sperrfeldelektrode 12 an der Hochspannungselektrode 6 verursacht die Ausbildung eines elektrischen Feldes zwischen der Sperrfeldelektrode 12 und der auf einem Bezugspotential liegenden Abschirmelektrode 11. Gelangen geladene Partikel in dieses Feldes, scheiden sie sich unter Einfluss des elektrischen Feldes an der inneren Wand der Abschirmelektrode 11 ab. Ein weiteres elektrisches Feld bildet sich zwischen der zweiten radialen Verdickung 9 und der auf Bezugspotential liegenden Wand der Abscheidekammer 1 aus. Die Koronaelektrode 10 bewirkt im Zusammenspiel mit der auf Bezugspotential liegenden Oberfläche eine Koronaentladung, Abscheidung und elektrische Neutralisation der Partikel im Rauchgas.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abscheidekammer
    2
    Einlassöffnung für Rauchgaseintritt
    3
    Öffnung für Reingasautritt
    4
    Hochspannungsisolator
    5
    Ringförmiges Element, Auflager
    6
    Hochspannungselektrode
    7
    Kabel
    8
    Öffnungskanal
    9
    Radiale Verdickung
    10
    Koronaelektrode
    11
    Abschirmelektrode
    12
    Sperrfeldelektrode
    13
    Deckel
    14
    Boden

Claims (7)

  1. Elektrostatischer Abscheider zur Reinigung von partikelbeladenem Rauchgas umfassend,
    a) einen Rauchgaseintritt (2)
    b) Mittel zum elektrischen Laden von Partikeln(6) mit einem Hochspannungsanschluss
    c) Abscheideflächen ( 1, 11) mit einem Bezugspotential zum Potential des Hochspannungsanschlusses für die elektrisch geladenen Partikel
    d) einen Hochspannungsisolator (4) zwischen Hochspannungsanschluss und Abscheideflächen (1, 11)
    e) eine Abschirmelektrode (11) um die Mittel zum elektrischen Laden von Partikeln angeordnet ist
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Mittel zum elektrischen Laden von Partikeln eine Sperrfeldelektrode (12) zur Erzeugung eines elektrischen Sperrfeldes in einem Spalt zwischen den Mitteln (6) und der Abschirmelektrode (11) umfassen, wobei das Sperrfeld zwischen Rauchgaseintritt (3) und Hochspannungsisolator (4)angeordnet ist.
  2. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelektrode (11) konzentrisch um die Sperrfeldelektrode (12) angeordnet ist und der Spalt ein Ringspalt ist.
  3. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Abscheidefläche (1, 11) konzentrisch um die Mittel (6) zum Laden von Partikeln angeordnet ist.
  4. Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel(6)zum elektrischen Laden von Partikel radiale Verdickungen (9) außerhalb der Abschirmelektrode aufweisen, wobei Ringspalten zwischen den radialen Verdickungen (9) und der Wand des elektrostatischen Abscheiders (1) bestehen.
  5. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die radiale Verdickung (9) und die Sperrfeldelektrode (12) eine zusammenhängende Elektrode bilden.
  6. Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zum elektrischen Laden von Partikel an ihrem weiten Ende eine Koronaelektrode (10) umfassen.
  7. Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsisolator (4) oberhalb des Sperrfeldes angeordnet ist.
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