EP2298450A1 - Elektroabscheider und Verfahren zur Partikelabscheidung aus Gasen - Google Patents

Elektroabscheider und Verfahren zur Partikelabscheidung aus Gasen Download PDF

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EP2298450A1
EP2298450A1 EP10009783A EP10009783A EP2298450A1 EP 2298450 A1 EP2298450 A1 EP 2298450A1 EP 10009783 A EP10009783 A EP 10009783A EP 10009783 A EP10009783 A EP 10009783A EP 2298450 A1 EP2298450 A1 EP 2298450A1
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EP
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electrode
voltage electrode
high voltage
auxiliary
electrostatic precipitator
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Ulrich Riebel
Joachim Schwentner
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KMA Umwelttechnik GmbH
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    • B03C3/68—Control systems therefor

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic precipitator for separating dusts from aerosols having an electrical resistance with a precipitation electrode and a high voltage electrode. Furthermore, a method for the separation of dusts is set forth by the invention.
  • Dry electrostatic precipitators for particle separation from gases are, according to common wisdom, only effective for a specific dust resistance in the range of 10 5 to 10 11 ⁇ cm. With dust resistances above 10 10 to 10 11 ⁇ cm it comes to the doctrine to the so-called back spray.
  • the upper limit of the permissible dust resistance in electrostatic precipitators is the range between 10 10 and 10 11 ⁇ cm. For dusts with higher spec. Resistance Various measures are known to improve the Abscheidberry.
  • an attempt is made to influence the resistance by selecting the temperature range, by controlling the moisture or by adding additives such as SO 2 to the flue gas.
  • Another approach is to reduce the current at the collecting electrode. At the same time, however, a high field strength should be maintained in order to ensure a good separation of the charged particles.
  • a known measure for this is the use of a pulsed high voltage power supply. This ensures that only during the brief voltage spikes, a current flow takes place, so that the current flow is reduced in the time average. The setting of the mean current is made by the frequency of the pulses.
  • the deposition can be significantly improved (enhancement factor) and a separability of the dusts in the range of 10 13 ⁇ cm reached become [ KR Parker, Applied Electrostatic Precipitation, Chapman & Hall, London 1997, pp 166-172, 230-240 ]
  • the invention is therefore based on the object to provide a device and a method that ensure reliable deposition of high-resistance dust, especially in the range greater than 10 11 ⁇ cm.
  • the present object is achieved by an electrostatic precipitator having the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the device according to the invention are the subject of the dependent subclaims 2 to 19. Furthermore, the object is achieved by a method according to the features of claim 20, with the advantageous developments according to the dependent subclaims 21 to 24.
  • the device according to the invention for separating dusts from an aerosol with an electrical resistance has at least one precipitation electrode and one high-voltage electrode. Between the high voltage electrode and the precipitation electrode, an electric field can be generated as a function of the potential applied to the high voltage electrode, in which the dust particles are statically charged by a corona discharge. The charged dust particles migrate through the separation chamber to the precipitation electrode and are deposited thereon, so the particles generate a current flow in the direction of the precipitation electrode. To the re-spraying of the high-resistance dust particles From the collecting electrode back into the room to avoid, the current density of the corona discharge at the collecting electrode must be lowered.
  • the device for this purpose has at least one means for supplying auxiliary energy to the high-voltage electrode, whereby the release of charges is controllable.
  • charges are released on the surface of the high-voltage electrode or in the region adjacent to the surface due to the supplied auxiliary energy.
  • Suitable means for generating the auxiliary energy with which very low current intensities can be controlled advantageously represent suitable irradiation means for generating light, in particular UV light or radioactive rays or X-radiation.
  • the high-voltage electrode is preferably located negative potential, since the UV radiation can generally release only negative charges from the surface of the high voltage electrode.
  • Advantageous irradiation means are preferably one or more Hg gas discharge lamps and / or arc lamps and / or halogen lamps and / or UV light-emitting diodes.
  • the surface of the high voltage electrode is completely or at least partially irradiated.
  • the current efficiency can be regulated on the basis of the dimension of the irradiated area of the high-voltage electrode.
  • the targeted irradiation of individual Surface segments of the surface of the high voltage electrode of the current flow are generated or influenced specifically at certain points.
  • the placement of the irradiation means is advantageously carried out arbitrarily within the device, more preferably at least one irradiation means within the housing wall of the device for depositing dusts and / or on or within one or more electrodes, for example the high voltage electrode, precipitation electrode or any other arbitrary electrode, arranged. This corresponds to a particularly favorable and space-saving arrangement of the or the appropriate irradiation means.
  • the irradiation means used in particular the irradiation means for generating light, it is conceivable that they are surrounded by a transparent, preferably UV light-transmissive envelope or at least by a protective window.
  • the shell or the window serve to prevent deposits of the deposited materials on the irradiation means, which could limit the functionality of these noticeable during operation. Due to the translucent, especially UV light permeable substances non-impaired radiation function of the agent is still guaranteed.
  • a means for cleaning the window or the shell is preferably arranged on the irradiation means.
  • a filament may alternatively be provided as a means for supplying the auxiliary energy, which is connected or connectable to the high-voltage electrode.
  • the controllable release of charges is in this case by a thermally induced emission of electrons from the surface of the high voltage electrode.
  • the means comprises at least one insulated auxiliary electrode, which is arranged in the immediate vicinity of the high-voltage electrode.
  • the auxiliary power for controlling the current in the form of a barrier discharge can be supplied. It is conceivable that the barrier discharge can be provoked in the boundary region between the high-voltage electrode and the insulating layer of the auxiliary electrode or at least in individual sub-segments of said layer by means of the auxiliary electrode.
  • the discharges, i. the release of charges is controlled by the device or precisely adjustable. Depending on the contact geometry and the applied electrical potential of the high-voltage electrode, part of the charges of one polarity can escape from the barrier discharge, charge the dust particles to be deposited, and consequently deposit them on the collecting electrode.
  • auxiliary electrode is completely or at least partially enveloped by a dielectric in order to aim at isolating the auxiliary electrode from the high-voltage electrode. It is also conceivable that an existing air gap with defined and known dimensions acts as a dielectric between the two electrodes. Suitable materials for forming a dielectric are in particular polymer, glass, ceramic or other insulating materials.
  • an AC voltage can preferably be applied to the auxiliary electrode.
  • charges are shifted in the particular dielectric insulation and it comes to the occurrence of barrier discharges in the region between the dielectric and the high voltage electrode.
  • the applied alternating voltage is adjustable in terms of frequency and amplitude, in particular in the frequency range from 0.1 Hz to 1 MHz, more preferably 50 Hz, and in the amplitude range preferably from 100 V to 20 kV.
  • the current flow generated by the deposited dust particles in the electric field, which is based on the particle movement towards the collecting electrode, is thus influenced by the adjustment of the amplitude and the frequency of the voltage applied to the auxiliary electrode AC voltage or selectively controllable.
  • an isolating transformer for coupling the average potentials of the auxiliary and high voltage electrode is provided, which can be coupled to one another via a defined coupling point.
  • a means for measuring the current is provided, whereby changes in the current due to changes in the dust layer on the collecting electrode or due to contamination and deposits on the means for supplying the auxiliary energy detected and optionally compensated by a readjustment.
  • the high-voltage electrode has a complete or at least partially applied coating on the surface, which has a lower electron work function. As a result, the charge discharge is specifically promoted at certain points of the high voltage electrode.
  • a method for the separation of dust with electrical resistance from aerosols with a device having a high voltage electrode and a collecting electrode, wherein the high voltage electrode is operated with a DC voltage below the corona threshold voltage and this auxiliary energy for the controlled release of charges, in particular or at the surface of the high voltage electrode.
  • a DC voltage in the range between a few kV up to about 150 kV is applied.
  • An electric field is applied in the region between the high voltage electrode and the collecting electrode, the direction of flow of which points in the direction of the collecting electrode.
  • the release of charges on the surface or in the near-surface region can be controlled in a controlled manner and consequently the occurring current flow in the field of the device can be controlled and influenced.
  • the potential and the current intensity of the corona discharge are regulated, the current strength preferably in a wide range, preferably up to the size of ⁇ A / m 2 , particularly preferably up to the size of pA / m 2 , reliable and with sufficient sensitivity can be adjusted.
  • the inventive method for the deposition of dusts with electrical resistance with an electrostatic precipitator is performed.
  • the control of the release of charges or the control of the current flow takes place according to the principle of the supply of auxiliary power to the high voltage electrode by means of one of the described means according to the proposed embodiments.
  • Fig. 1 outlines the basic structure of a device for the electrical separation of dusts from aerosols, in which the auxiliary power is supplied to control the current in the form of a barrier discharge.
  • the high voltage required for the generation of the electric field is generated by the device 2 and is applied to the high voltage electrode 1, with which the electric field is generated in the direction of the precipitation electrode 5.
  • the auxiliary electrode 10 is located in the immediate vicinity of the high-voltage electrode 1 and is separated therefrom by an insulating dielectric 15.
  • the insulating dielectric 15 can completely or partially encase the auxiliary electrode 10 and consists for example of one of the substances polymer, glass or ceramic. Alternatively, the dielectric 15 can also be realized by an air gap.
  • the auxiliary electrode 10 is excited with an AC voltage generated by the device 11.
  • the barrier discharge occurs in the region between the insulation 15 of the auxiliary electrode 10 and the high voltage electrode 1.
  • Part of the gas ions generated in the barrier discharge can move to the collecting electrode 5 in the same field as the high voltage electrode 1 ,
  • the associated current flow can by choosing the AC frequency and amplitude of the device 11, the High voltage at the high voltage electrode 1, the thickness of the dielectric 15 and the dimensions of the electrodes 1, 5, 10 are varied within very wide limits.
  • Fig. 2 shows such an arrangement with the high voltage electrode 1, the auxiliary electrode 10, the dielectric 15, the isolation transformer 20 and the coupling point 21.
  • Auxiliary electrode 10 and high voltage electrode 1 are interconnected via an input of the isolation transformer 20.
  • At the second input of the isolation transformer is fed via the device 11 with an AC voltage defined in frequency and amplitude.
  • the DC voltage of the device 2 is coupled via the coupling point 21 in the isolating transformer 20.
  • the frequency of the AC voltage generated by the device 11 can be varied in the range of 0.1 Hz to 1 MHz. Particularly simple and advantageous is the use of an AC frequency of 50 Hz, since this corresponds to a standard mains supply voltage.
  • the configured amplitude of the AC voltage is typically in the range of 100 V to 20 kV.
  • the high-voltage electrode 1 can be embodied as a load-bearing part of the device according to the invention and one or more auxiliary electrodes 10 with the surrounding dielectric 15 can be arranged on the surface of the high-voltage electrode 1 present ( Fig. 3a ), with an air gap 16 from the surface of the high-voltage electrode 1 to be lifted ( Fig. 3b ) or embedded in the surface of the high-voltage electrode 1 ( Fig. 3c ).
  • the auxiliary electrode 10 can be designed with the surrounding dielectric 15 as the supporting part of the device according to the invention, and the high-voltage electrode 1 can rest on the surface of the auxiliary electrode 10 (FIG. Fig. 3d, Fig. 3e ), be lifted off with an air gap 16 from the surface of the auxiliary electrode 10 ( Fig. 3f ) or in the auxiliary electrode 10 surrounding dielectric 15 be embedded ( Fig. 3g ).
  • the high-voltage electrode 1 may be enveloped by a dielectric ( Fig. 3d ), if only very low current densities are to be generated and the dielectric has a sufficient conductivity.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektroabscheider zum Abscheiden von Stäuben aus Aerosolen, die einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, insbesondere einen Elektroabscheider, zum Abscheiden von Stäuben aus Aerosolen, die einen elektrischen Widerstand aufweisen, mit einer Niederschlagselektrode und einer Hochspannungselektrode, wobei ein Mittel zur Zuführung von Hilfsenergie vorgesehen ist, wodurch die Freisetzung von Ladungen steuerbar ist. Des weiteren wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Abscheidung von Stäuben mittels Zuführung von Hilfsenergie dargelegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektroabscheider, zum Abscheiden von Stäuben aus Aerosolen, die einen elektrischen Widerstand aufweisen, mit einer Niederschlagselektrode und einer Hochspannungselektrode. Des weiteren wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Abscheidung von Stäuben dargelegt.
  • Trockene Elektroabscheider zur Partikelabscheidung aus Gasen funktionieren nach gängiger Lehrmeinung nur für einen spezifischen Staubwiderstand im Bereich 105 bis 1011 Ω cm. Bei Staubwiderständen oberhalb 1010 bis 1011 Ω cm kommt es nach der Lehrmeinung zum sogenannten Rücksprühen.
  • Bei hohen Staubwiderständen kann gemäß der Gleichung E = i ρ
    Figure imgb0001
  • aufgrund der Stromdichte i und des spez. elektrischen Staubwiderstands ρ eine unzulässig hohe Feldstärke E in der auf der Niederschlagselektrode abgelagerten Staubschicht erreicht werden. Das Rücksprühen entsteht dann durch einen elektrischen Durchbruch in der Staubschicht und erzeugt eine Gegen-Corona, die zu einer Neutralisation oder zu einer Ladungsumkehr von Teilchen im Gasraum oder zur Redispergierung bereits abgeschiedener Teilchen führt. Damit kommt der Abscheidevorgang zum Erliegen.
  • Ein nicht zu unterschätzendes Problem stellt sich beim Einsatz neuartiger Brennstoffe (Sekundärbrennstoffe) dar, was zunehmend zu Rücksprüh-Problemen im Bereich der Kraftwerke führt. Ferner gilt das Rücksprühen als ein generelles Problem bei der elektrischen Abscheidung von hochohmigen partikelförmigen Industrieprodukten aus Gasströmen.
  • Als Obergrenze des in Elektroabscheidern zulässigen Staubwiderstandes wird der Bereich zwischen 1010 bis 1011 Ω cm angegeben. Bei Stäuben mit höherem spez. Widerstand sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Abscheidbarkeit zu verbessern.
  • Insbesondere wird versucht, durch die Wahl des Temperaturbereiches, durch Kontrolle der Feuchtigkeit oder durch Zusatz von Additiven wie SO2 zum Rauchgas den Widerstand zu beeinflussen.
  • Ein weiterer Ansatz besteht in der Reduzierung der Stromstärke an der Niederschlagselektrode. Dabei soll jedoch gleichzeitig eine hohe Feldstärke aufrecht erhalten werden, um eine gute Abscheidung der geladenen Teilchen sicher zu stellen. Eine bekannte Maßnahme hierzu ist der Einsatz einer gepulsten Hochspannungsversorgung. Hiermit wird erreicht, dass nur während der kurzzeitigen Spannungsspitzen ein Stromfluss stattfindet, so dass der Stromfluss im zeitlichen Mittel reduziert ist. Die Einstellung der mittleren Stromstärke erfolgt über die Häufigkeit der Pulse. Damit kann die Abscheidung deutlich verbessert werden (enhancement factor) und eine Abscheidbarkeit der Stäube bis in den Bereich um 1013 Ω cm erreicht werden [K.R. Parker, Applied Electrostatic Precipitation, Chapman & Hall, London 1997, pp 166 - 172, 230 - 240]
  • Für viele potentielle Anwendungen von Elektroabscheidern ist dies aber nicht ausreichend, da spezifische Staubwiderstände von bis zu 1017 Ω cm in der Praxis vorkommen und das Tastverhältnis bei der gepulsten Hochspannungsversorgung nicht in einem entsprechend weiten Bereich angepasst werden kann. Tatsächlich müßte man, um die Abscheidung von Stäuben mit speziellen Widerständen von bis zu 1017 Ω cm zu beherrschen, die Stromdichte um bis zu 6 Größenordnungen, bis in den Bereich von pA/m2, reduzieren können. Dies stellt jedoch nach den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen ein unlösbares Problem dar.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren aufzuzeigen, die ein zuverlässiges Abscheiden von hochohmigen Stäuben, insbesondere im Bereich größer 1011 Ω cm gewährleisten.
  • Die vorliegende Aufgabe wird durch einen Elektroabscheider mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche 2 bis 19. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst, mit den vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den abhängigen Unteransprüchen 21 bis 24.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abscheiden von Stäuben aus einem Aerosol mit einem elektrischen Widerstand weist mindestens eine Niederschlagselektrode und eine Hochspannungselektrode auf. Zwischen der Hochspannungs- und der Niederschlagselektrode ist ein elektrisches Feld in Abhängigkeit des an der Hochspannungselektrode angelegten Potentials erzeugbar, in welchem die Staubpartikel statisch durch eine Corona-Entladung aufgeladen werden. Die geladenen Staubpartikel wandern durch den Abscheideraum zur Niederschlagselektrode hin und lagern sich auf dieser ab, die Partikel erzeugen also einen Stromfluss in Richtung der Niederschlagselektrode. Um das Rücksprühen der hochohmigen Staubpartikel von der Niederschlagselektrode zurück in den Raum zu vermeiden, muß die Stromdichte der Coronaentladung an der Niederschlagselektrode gesenkt werden. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung dafür mindestens ein Mittel zur Zuführung von Hilfsenergie an die Hochspannungselektrode auf, wodurch die Freisetzung von Ladungen steuerbar ist. Insbesondere werden durch die zugeführte Hilfsenergie Ladungen auf der Oberfläche der Hochspannungselektrode oder im an der Oberfläche angrenzenden Bereich freigesetzt.
  • Mit der erzeugten Hilfsenergie lassen sich demnach auch sehr geringe Stromstärken steuern bzw. einstellen und somit die Stromdichten auf der Niederschlagselektrode bis hinunter in den Bereich von 1 nA/m2 zuverlässig und ausreichend empfindlich einstellen, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Rücksprühens der abgelegten Partikel erheblich reduzierbar ist. Das Potential der Hochspannungselektrode und die Stromstärke sind folglich unabhängig voneinander regelbar.
  • Geeignete Mittel zur Erzeugung der Hilfsenergie, mit der sehr geringe Stromstärken steuerbar sind, stellen vorteilhafterweise geeignete Bestrahlungsmittel zur Erzeugung von Licht, insbesondere UV-Licht oder radioaktiven Strahlen bzw. Röntgenstrahlung dar. Bei der Freisetzung von Ladungen mit Hilfe von Photoelektronen liegt bevorzugt die Hochspannungselektrode auf negativem Potential, da die UV-Strahlung generell nur negative Ladungen aus der Oberfläche der Hochspannungselektrode freisetzen kann.
  • Vorteilhafte Bestrahlungsmittel sind bevorzugt ein oder mehrere Hg-Gasentladungslampen und bzw. oder Bogenlampen und bzw. oder Halogenlampen und bzw. oder UV-Leuchtdioden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass mittels des Bestrahlungsmittels die Oberfläche der Hochspannungselektrode vollständig oder zumindest teilweise bestrahlbar ist. Dadurch ist die Stromausbeute auf Grund der Abmessung der bestrahlten Fläche der Hochspannungselektrode regelbar. Ferner kann durch die gezielte Bestrahlung einzelner Oberflächensegmente der Oberfläche der Hochspannungselektrode der Stromfluß gezielt an bestimmten Stellen erzeugt bzw. beeinflußt werden.
  • Die Plazierung der Bestrahlungsmittel ist vorteilhafterweise beliebig innerhalb der Vorrichtung vorzunehmen, besonders bevorzugt ist mindestens ein Bestrahlungsmittel innerhalb der Gehäusewand der Vorrichtung zum Abscheiden von Stäuben und/oder auf bzw. innerhalb einer oder mehrerer Elektroden, beispielsweise der Hochspannungselektrode, Niederschlagselektrode oder einer weiteren beliebigen Elektrode, angeordnet. Dies entspricht einer besonders günstigen und platzsparenden Anordnung des oder der geeigneten Bestrahlungsmittel.
  • Zum Schutz der verwendeten Bestrahlungsmittel, insbesondere der Betrahlungsmittel zur Erzeugung von Licht, ist es denkbar, dass diese durch eine lichtdurchlässige, bevorzugt UV-Licht durchlässige, Hülle bzw. wenigstens durch ein Fenster schützend umgeben sind. Die Hülle bzw. das Fenster dienen zur Vermeidung von Ablagerungen der abgeschiedenen Materialen auf dem Bestrahlungsmittel, welche die Funktionalität dieser während des Betriebes bemerkbar einschränken könnten. Durch die lichtdurchlässigen, insbesondere UV-Licht durchlässigen Stoffe wird trotzdem eine unbeeinträchtigte Strahlungsfunktion der Mittel gewährleistet.
  • Da sich auf der erwähnten Schutzvorrichtung ebenfalls abgeschiedene Materialen absetzen können und dadurch die Durchlässigkeit dieser einschränken können, ist bevorzugt ein Mittel zur Reinigung der Fenster bzw. der Hülle an dem Bestrahlungsmittel angeordnet.
  • Statt der verwendeten Bestrahlungsmittel kann alternativ ein Glühdraht als Mittel zur Zuführung der Hilfsenergie vorgesehen sein, welcher mit der Hochspannungselektrode verbunden bzw. verbindbar ist. Die kontrollierbare Freisetzung von Ladungen erfolgt in diesem Fall durch eine thermisch induzierte Emission von Elektronen aus der Oberfläche der Hochspannungselektrode.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante umfaßt das Mittel mindestens eine isolierte Hilfselektrode, die in unmittelbarer Nähe zur Hochspannungselektrode angeordnet ist. Mit der Verwendung einer Hilfselektrode ist die Hilfsenergie zur Steuerung der Stromstärke in Form einer Barriereentladung zuführbar. Denkbar ist, dass die Barriereentladung im Grenzbereich zwischen der Hochspannungselektrode und der isolierenden Schicht der Hilfselektrode bzw. zumindest in einzelnen Teilsegmenten der genannten Schicht mittels der Hilfselektrode provozierbar ist. Die Entladungen, d.h. die Freisetzung von Ladungen, ist durch die Vorrichtung steuerbar bzw. präzise einstellbar. Abhängig von der Kontaktgeometrie und dem anliegenden elektrischen Potential der Hochspannungselektrode kann ein Teil der Ladungen einer Polarität aus der Barriereentladung entweichen, die abzuscheidenden Staubpartikel aufladen und diese folglich auf der Niederschlagselektrode abscheiden.
  • Vorteilhaft ist, wenn die Hilfselektrode vollständig oder zumindest teilweise von einem Dielektrikum umhüllt ist, um die Isolierung der Hilfselektrode von der Hochspannungselektrode zu bezwecken. Denkbar ist auch, dass ein vorhandener Luftspalt mit definierten und bekannten Abmessungen als Dielektrikum zwischen den beiden Elektroden fungiert. Geeignete Materialien zur Ausbildung eines Dielektrikums sind insbesondere Polymer, Glas, Keramik oder sonstige isolierende Stoffe.
  • Zur Erzeugung der Barriereentladung an der Oberfläche der Hochspannungselektrode ist bevorzugt eine Wechselspannung an der Hilfselektrode anlegbar. Dadurch werden Ladungen in der insbesondere dielektrischen Isolierung verschoben und es kommt zum Auftreten der Barriereentladungen im Bereich zwischen Dielektrikum und Hochspannungselektrode.
  • Vorteilhaft ist, dass die angelegte Wechselspannung hinsichtlich Frequenz und Amplitude einstellbar ist, insbesondere im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 1 MHz, besonders bevorzugt 50 Hz, und im Amplitudenbereich bevorzugt von 100 V bis 20 kV. Der durch die abgeschiedenen Staubpartikel im elektrischen Feld erzeugte Stromfluß, der auf der Teilchenbewegung zur Niederschlagselektrode hin beruht, ist damit durch die Einstellmöglichkeit der Amplitude sowie der Frequenz der an der Hilfselektrode anliegenden Wechselspannung beeinflußbar bzw. gezielt steuerbar.
  • Technisch aufwendig, aber möglich ist eine elektrische Verschaltung der Hilfselektrode, bei der das mittlere Potential dieser an das Potential der Hochspannungselektrode angekoppelt ist. In diesem Fall liegen nur geringe Spannungen am Dielektrikum an, so dass dieses bevorzugt dünner ausgeführt ist, wodurch höhere Stromdichten erreichbar sind.
  • Denkbar ist, dass ein Trenntransformator zur Kopplung der mittleren Potentiale der Hilfs- und Hochspannungselektrode vorgesehen ist, welche über einen definierten Kopplungspunkt miteinander koppelbar sind.
  • Vorteilhaft ist auch, wenn ein Mittel zur Messung der Stromstärke vorgesehen ist, wodurch Veränderungen der Stromstärke aufgrund von Änderungen der Staubschicht auf der Niederschlagselektrode oder aufgrund von Verschmutzungen und Ablagerungen an den Mitteln zur Zuführung der Hilfsenergie erkannt und gegebenenfalls durch eine Nachregelung kompensierbar sind. Um die Stromausbeute zu erhöhen oder den Stromfluß bevorzugt an gezielten Stellen zu beeinflussen, kann es vorgesehen sein, dass die Hochspannungselektrode eine vollständige oder zumindest teilweise aufgetragene Beschichtung an der Oberfläche aufweist, die eine niedrigere Elektronen-Austrittsarbeit aufweist. Dadurch wird der Ladungsaustritt an bestimmten Stellen der Hochspannungselektrode gezielt gefördert.
  • Weiterhin erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Abscheidung von Stäuben mit elektrischem Widerstand aus Aerosolen mit einer Vorrichtung, die eine Hochspannungselektrode und eine Niederschlagselektrode aufweist, wobei die Hochspannungselektrode mit einer Gleichspannung unterhalb der Corona-Einsatzspannung betrieben wird und dieser Hilfsenergie zur kontrollierten Freisetzung von Ladungen, insbesondere auf oder an der Oberfläche der Hochspannungselektrode, zugeführt wird. An der Hochspannungselektrode wird eine Gleichspannung im Bereich zwischen wenigen kV bis hin zu etwa 150 kV angelegt. Durch die angelegte Gleichspannung wird ein elektrisches Feld im Bereich zwischen der Hochspannungselektrode und der Niederschlagselektrode angelegt, dessen Flußrichtung in Richtung der Niederschlagselektrode zeigt. Mittels der Zuführung von Hilfsenergie kann gezielt die Freisetzung von Ladungen auf der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich gesteuert und folglich der auftretende Stromfluß im Feld der Vorrichtung kontrolliert und beeinflußt werden. Damit wird unabhängig voneinander das Potential und die Stromstärke der Coronaentladung geregelt, wobei die Stromstärke vorzugsweise in einem weiten Bereich, bevorzugt bis zu der Größenanordnung von µA/m2, besonders bevorzugt bis zu der Größenanordnung von pA/m2, zuverlässig und mit ausreichender Empfindlichkeit eingestellt werden kann.
  • Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zu Abscheidung von Stäuben mit elektrischem Widerstand mit einem Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 19 durchgeführt. Bei allen Vorrichtungsvarianten erfolgt dabei die Steuerung der Freisetzung von Ladungen bzw. die Kontrolle des Stromflusses nach dem Prinzip der Zuführung von Hilfsenergie an die Hochspannungselektrode mittels eines der beschriebenen Mittel gemäß der vorgeschlagenen Ausführungsvarianten.
  • Denkbar ist, dass Ladungen aus der Oberfläche der Hochspannungselektrode und/oder mittels einer Barriereentladung zwischen Dielektrikum und Hochspannungselektrode freigesetzt werden.
  • Von Vorteil kann darin bestehen, dass Änderungen bzw. Variationen der auftretenden und gemessenen Stromstärke durch eine Nachregelung kompensiert werden.
  • Die vorteilhafte Kompensation der gemessenen Stromstärke kann bevorzugt mittels Variation der an der Hochspannungselektrode anliegenden Spannung und bzw. oder einer an einer Hilfselektrode anliegenden Wechselspannung und bzw. oder der Bestrahlungsintensität eines Bestrahlungsmittels und bzw. oder der Stärke des Dielektrikums und bzw. oder der Abmessung der eingesetzten Elektroden erfolgen. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1:
    den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Hilfselektrode,
    Figur 2:
    eine Weiterbildung des prinzipiellen Aufbaus aus Figur 1 mit einem Trenntransformator und
    Figur 3:
    eine Vielzahl von technischen Realisierungsmöglichkeiten der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung.
  • Fig. 1 skizziert den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur elektrischen Abscheidung von Stäuben aus Aerosolen, bei der die Hilfsenergie zur Steuerung der Stromstärke in Form einer Barriereentladung zugeführt wird. Die für die Erzeugung des elektrischen Feldes erforderliche Hochspannung wird durch die Vorrichtung 2 generiert und liegt an der Hochspannungselektrode 1 an, mit der das elektrische Feld in Richtung der Niederschlagelektrode 5 erzeugt wird. Die Hilfselektrode 10 befindet sich in unmittelbarer Nähe zur Hochspannungselektrode 1 und ist von dieser durch ein isolierendes Dielektrikum 15 getrennt. Das isolierende Dielektrikum 15 kann die Hilfselektrode 10 vollständig oder teilweise umhüllen und besteht zum Beispiel aus einem der Stoffe Polymer, Glas oder Keramik. Alternativ kann das Dielektrikum 15 auch durch einen Luftspalt realisiert sein.
  • Zur Erzeugung der Barriereentladung wird die Hilfselektrode 10 mit einer Wechselspannung, die durch die Vorrichtung 11 erzeugt wird, angeregt. Dadurch werden Ladungen in der dielektrischen Isolierung 15 verschoben, und es kommt zum Auftreten der Barriereentladung im Bereich zwischen der Isolierung 15 der Hilfselektrode 10 und der Hochspannungselektrode 1. Ein Teil der bei der Barriereentladung erzeugten Gasionen kann sich im Gleichfeld der Hochspannungselektrode 1 zur Niederschlagselektrode 5 bewegen. Der damit verbundene Stromfluß kann durch die Wahl der Wechselspannungsfrequenz und -amplitude der Vorrichtung 11, die Hochspannung an der Hochspannungselektrode 1, die Stärke des Dielektrikums 15 und die Abmessungen der Elektroden 1, 5, 10 in sehr weiten Grenzen variiert werden.
  • Technisch aufwendig, aber möglich sind auch elektrische Schaltungen, bei denen das mittlere Potential der Hilfselektrode 10 an das der Hochspannungselektrode 1 angekoppelt ist. In diesem Fall liegen nur geringere Spannungen am Dielektrikum 15 an, so dass das Dielektrikum 15 dünner ausgeführt werden kann und höhere Stromdichten erreicht werden können.
  • Fig. 2 zeigt eine solche Anordnung mit der Hochspannungselektrode 1, der Hilfselektrode 10, dem Dielektrikum 15, dem Trenntransformator 20 und dem Kopplungspunkt 21. Hilfselektrode 10 und Hochspannungselektrode 1 sind über einen Eingang des Trenntransformators 20 miteinander verschaltet. Am zweiten Eingang wird der Trenntransformator über die Vorrichtung 11 mit einer in Frequenz und Amplitude definierten Wechselspannung gespeist. Die Gleichspannung der Vorrichtung 2 wird über den Koppelpunkt 21 in den Trenntransformator 20 eingekoppelt.
  • Die Frequenz der durch die Vorrichtung 11 generierten Wechselspannung läßt sich im Bereich von 0,1 Hz bis 1 MHz variieren. Besonders einfach und vorteilhaft ist die Verwendung einer Wechselspannungsfrequenz von 50 Hz, da dies einer standardmäßigen Netzversorgungsspannung entspricht.
  • Die konfigurierte Amplitude der Wechselspannung liegt typischerweise im Bereich von 100 V bis 20 kV.
  • Bei der konstruktiven Realisierung ist eine sehr große Vielfalt von Varianten möglich, wovon einige bildlich in Figur 3 dargestellt sind.
  • Die Hochspannungselektrode 1 kann als tragender Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt sein und eine oder mehrere Hilfselektroden 10 mit dem umgebenden Dielektrikum 15 können auf der Oberfläche der Hochspannungselektrode 1 anliegen (Fig. 3a), mit einem Luftspalt 16 von der Oberfläche der Hochspannungselektrode 1 abgehoben sein (Fig. 3b) oder in die Oberfläche der Hochspannungselektrode 1 eingelassen sein (Fig. 3c).
  • Umgekehrt kann die Hilfselektrode 10 mit dem umgebenden Dielektrikum 15 als das tragende Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt sein, und die Hochspannungselektrode 1 kann auf der Oberfläche der Hilfselektrode 10 anliegen (Fig. 3d, Fig. 3e), mit einem Luftspalt 16 von der Oberfläche der Hilfselektrode 10 abgehoben sein (Fig. 3f) oder in das Hilfselektrode 10 umgebende Dielektrikum 15 eingelassen sein (Fig. 3g).
  • Weiterhin kann zusätzlich auch die Hochspannungselektrode 1 mit einem Dielektrikum umhüllt sein (Fig. 3d), wenn nur sehr geringe Stromdichten erzeugt werden sollen und das Dielektrikum eine hinreichende Leitfähigkeit besitzt.

Claims (15)

  1. Elektroabscheider zum Abscheiden von Stäuben mit einem hohen elektrischen Widerstand mit mindestens einer Niederschlagselektrode (5) und einer Hochspannungselektrode (1),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens ein Mittel zur Zuführung von Hilfsenergie an die Hochspannungselektrode (1) vorgesehen ist, wodurch die Freisetzung von Ladungen steuerbar ist.
  2. Elektroabscheider gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Zuführung von Hilfsenergie wenigstens ein Bestrahlungsmittel zur Erzeugung von Licht, insbesondere UV-Licht umfaßt, wobei vorzugsweise das Bestrahlungsmittel mindestens eine Hg-Gasentladungslampe und/oder Bogenlampe und/oder Halogenlampe und/oder UV-Leuchtdiode aufweist.
  3. Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Zuführung von Hilfsenergie wenigstens ein Bestrahlungsmittel zur Erzeugung einer radioaktiven bzw. Röntgenstrahlung umfaßt und/oder dass mittels des Bestrahlungsmittel die Oberfläche der Hochspannungselektrode vollständig oder zumindest teilweise bestrahlbar ist, wobei vorzugsweise das wenigstens eine Bestrahlungsmittel in der Gehäusewand und/oder in wenigstens einer Elektrode (1, 10) angeordnet ist und/oder wobei vorzugsweise das Bestrahlungsmittel zur Erzeugung von Licht, insbesondere UV-Licht, ein lichtdurchlässiges, insbesondere UV-lichtdurchlässiges Fenster oder Schutzhülle aufweist, wobei das Bestrahlungsmittel besonders vorzugsweise ein Mittel zur Reinigung des Fensters bzw. der Schutzhülle vorsieht.
  4. Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Glühdraht ist, der mit der Hochspannungselektrode (1) verbunden bzw. verbindbar ist.
  5. Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel mindestens eine isolierte Hilfselektrode (10) umfaßt, die in unmittelbarer Nähe zur Hochspannungselektrode (1) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Hilfselektrode (10) vollständig oder zumindest teilweise von einem Dielektrikum (15) umhüllt ist, besonders vorzugsweise das Dielektrikum (15) einen Luftspalt (16) zwischen Hochspannungs- (1) und Hilfselektrode (10) umfaßt und ganz besonders vorzugsweise das Dielektrikum (15) Polymer und/oder Glas und/oder Keramik aufweist und wobei bevorzugt an der Hilfselektrode (10) eine Wechselspannung anlegbar ist.
  6. Elektroabscheider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die angelegte Wechselspannung hinsichtlich Frequenz und Amplitude einstellbar ist, insbesondere im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 1 MHz, besonders bevorzugt 50 Hz, und im Amplitudenbereich von 100 V bis 20 kV.
  7. Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Potential der Hilfselektrode (10) an das der Hochspannungselektrode (1) angekoppelt ist.
  8. Elektroabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trenntransformator (20) zur Kopplung der mittleren Potentiale der Hilfs- (10) und Hochspannungselektrode (1) vorgesehen ist
  9. Elektroabscheider nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Messung der Stromstärke vorgesehen ist.
  10. Elektroabscheider nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungselektrode (1) eine vollständige oder teilweise Beschichtung aufweist, die eine niedrigere Elektronen-Austrittsarbeit aufweist.
  11. Verfahren zur Abscheidung von Stäuben mit elektrischem Widerstand mit einer Vorrichtung, die eine Hochspannungselektrode (1) und mindestens eine Niederschlagselektrode (5) aufweist, wobei die Hochspannungselektrode (1) mit eine Gleichspannung unterhalb der Corona-Einsatzspannung betrieben wird und dieser Hilfsenergie zur kontrollierten Freisetzung von Ladungen zugeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11 in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Ladungen aus der Oberfläche der Hochspannungselektrode (1) und/oder mittels Barriereentladung zwischen den Oberflächen von Hochspannungselektrode (1) und Dielektrikum (15) freigesetzt werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Änderungen oder Variationen der Stromstärke durch eine Nachregelung kompensiert werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Variation der an der Hochspannungselektrode (1) anliegenden Spannung und/oder einer an einer Hilfselektrode (10) anliegenden Wechselspannung und/oder der Bestrahlungsintensität eines Betrahlungsmittels und/oder der Stärke des Dielektrikums (15) und/oder der Abmessung der Elektroden (1, 5, 10) die geänderte Stromstärke kompensiert wird.
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