NO174658B - Anordning ved vaat-elektrostatisk stoevutfeller - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en forbedring ved våt-elektrostatiske støvutfellere som er beregnet for rensing av fuktighets-og støvfylte gasser, og som er av den type som omfatter en separatorenhet, en kjølekondensator som er integrert med separatorenheten, og emisjonselektroder som er anbrakt inne i et antall kollektorelektroder som strekker seg gjennom kjøleanord-ningen.

Elektrostatiske støvutfellere benyttes for eksempel for rensing av støvfylte gasser som skriver seg bl.a. fra svovelsyre-produksjonsprosesser, metallsmelteprosesser og kullforbrennings-og søppelforbrenningsanlegg.

Når de fuktighets- og støvfylte gasser har et gitt fuktighetsinnhold, vil den elektrostatiske støvutfeller fortrinnsvis ha form av en såkalt våtelektrostatisk støvutfeller. De fuktighetsmettede gasser forårsaker uheldigvis korrosjonsproblemer.

Når det dreier seg om våtelektrostatiske støvutfellere som er beregnet f.eks. for behandling av fuktighetsmettede prosessgasser og røkgasser som inneholder Cl", F~, SO2, SOg, etc. og andre i høy grad korroderende komponenter, har det hittil vært nødvendig å fremstille særlig de komponenter og deler av støvutfelleren som utsettes for korrosjonsangrep, av bly eller plastmateriale. Disse materialer har i mange tilfeller vist seg å være tilfredsstillende fra et korrosjonssynspunkt, selv om de dessverre har åpenbare begrensninger, eller i mange tilfeller har vært i høy grad uegnet med hensyn til oppfyllelse av andre egenskaper og særtrekk som bestemmer støvutfellerens funksjon. Dannelsen av sprekker er ett eksempel på de problemer som skriver seg fra anvendelse av bly og plastmateriale, selv om andre problemer også oppstår. Et annet eksempel er at overflaten av støvutfellerdeler som er fremstilt av plastmateriale, er vannavstøtende (hydrofobe), hvilket hindrer dannelsen av en ensartet finfordelt væskefilm på f.eks. kollektorelektrodene.

Stål oppviser klare fordeler fra et funksjonssynspunkt. Stålkonstruksjoner er slitasjebestandige, dimensjonsmessig stabile og kan lett inspiseres og undersøkes. Videre har materialet gode elektriske egenskaper og hydrof ile overf lateegen-skaper, dvs. egenskaper som er direkte avgjørende for funksjons-egenskapene og oppførselen til for eksempel våtelektrostatiske støvutfellere.

Anvendelsen av et høylegert, rustfritt stål i f.eks. våtelektrostatiske støvutfellere begrenses av den grad i hvilken stålet kan motstå det besværlige driftsmiljø som frembringes av fuktighetsmettet gass og høye temperaturer, uten å bli altfor raskt korrodert. Forbedret motstand mot korrosjon kan oppnås ved å velge visse rustfrie stållegeringer med høyt legeringsinnhold. Sådanne høylegerte stål blir imidlertid også utsatt for korrosjon, og i mange tilfeller for en uakseptabelt høy grad av korrosjon, når temperaturen på den mettede gass begynner å overskride f.eks. 40-60°C.

For å tilveiebringe et forbedret korroderende miljø for stål, er det særlig hensiktsmessig å integrere en kondenserende kjøleanordning i den egentlige støvutfellerenhet i den elektrostatiske støvutfeller. Tilveiebringelsen av en separat anordning for avkjøling av røkgassen før den nevnte gass inntrer i separatorenheten i den elektrostatiske støvutfeller, utgjør en betydelig mer kostbar løsning fra et økonomisk synspunkt.

Uheldigvis påtreffes alvorlige korrosjonsproblemer også i forbindelse med våt-elektrostatiske filtre som oppviser integrerte kondenserings-kjøleanordninger, da den indre overflate av samle- eller kollektorelektrodene som omgir emisjonselektrodene og som kan ha form av f.eks. hule rør, som et resultat av varierende grader av ujevnhet ved avkjøling av de varme gasser opptar den væske som kondenseres fra den fuktighetsfylte gass som skal renses i den elektrostatiske støvutfeller.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en enkel og effektiv anordning ved hjelp av hvilken avkjøling av gassene i den integrerte kjøleanordning i den våtelektrostatiske støvutfeller utføres på ensartet måte. Et ytterligere formål er å tilveiebringe en anordning som vil muliggjøre bruk av høylegert stål, særlig i konstruksjonselementer som er utsatt for en korroderende atmosfære, ved reduksjon av korrosjonshastigheten, og/eller en anordning som vil muliggjøre anvendelse av et billigere stål av lavere kvalitet, dvs. stål med lavere legeringsinnhold. Disse formål oppnås ved hjelp av en anordning som oppviser de karakteristiske trekk som er angitt i de etterføl-gende krav.

Anordningen ifølge oppfinnelsen gir således en vesent-lig fordel av økonomisk art, da anordningen forlenger den tekniske levetid til den våtelektrostatiske støvutfeller når f.eks. kollektorelektrodene som omgir emisjonselektrodene og består av f.eks. rørformede konstruksjoner, er fremstilt av et visst, gitt legert stål. Anordningen ifølge oppfinnelsen tilveiebringer også en annen økonomisk fordel ved at det er mulig å velge et lavlegert stål for fremstilling av kollektorelektrodene og likevel oppnå god korrosjonsmotstand og en forlenget teknisk levetid for kollektorelektrodene. Anordningen ifølge oppfinnelsen muliggjør også effektiv rensing av ytterst problema-tiske røkgasser som ellers ikke kunne ha blitt behandlet i en stålkonstruksjon uten å trenge å benytte f.eks. bly- eller plastkonstruksjoner med tilhørende ulemper.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til utførelseseksempler på denne som er vist på tegningene, der fig. 1 viser et delvis gjennomsiktig perspektiv-riss av en elektrostatisk støvutfeller som er beregnet for rensing av fuktige gasser, dvs. en såkalt våt-elektrostatisk støvutfeller som har en kondenserende kjøleanordning integrert med denne, fig. 2 viser et skjematisk, langsgående snittriss av en våt-elektrostatisk støvutfeller som er forsynt med anordningen ifølge oppfinnelsen, fig. 3 viser et snittriss av den på fig. 2 viste anordning etter linjen III-III på denne figur, fig. 4 viser et snittriss av den på fig. 2 viste anordning etter linjen IV-IV på denne figur, og fig. 5 viser et forstørret riss av utsnittet V som er vist på fig. 2.

Fig. 1 viser en elektrostatisk støvutfeller i form av en våt-elektrostatisk støvutfeller som er utstyrt med en integrert, kondenserende kjøleanordning. Den viste våtelektrostatiske støvutfeller 1 omfatter en høyspenningskilde 2 og isolatorer 3 som bærer et antall emisjonselektroder 4 via en rammeverkkonstruksjon. Hver emisjonselektrode 4 er omgitt av en kollektorelektrode 5, hensiktsmessig av rørformet konstruk-sjon. Spenningskilden 2 er operativ for å frembringe en potensialforskjell mellom emisjonselektrodene 4 og de omgivende kollektorelektroder 5, for å generere et elektrisk felt i et område 6 mellom elektrodene. Den fuktighets- og støvfylte gass strømmer gjennom området 6, og støv- og fuktighetspartiklene påvirkes på en slik måte av det elektriske felt at de avsetter seg hovedsakelig på de indre overflater av kollektorelektrodene 5, dvs. de indre overflater av rørene, slik at gassen i det vesentlige er renset for fuktighet og støvpartikler når den strømmer ut fra støvutfelleren. Strømmen av fuktighets- og støvfylt gass inn i den våtelektrostatiske støvutfeller 1 er symbolisert ved pilen 8, mens den rensede gass som strømmer ut fra støvutfelleren 1, er symbolisert ved pilen 9.

Slik som tidligere nevnt, strømmer den fuktighets- og støvfylte gass opp gjennom de rørformede kollektorelektroder 5, og den potensialforskjell, fortrinnsvis i form av en likespen-ning, som frembringes mellom kollektorelektrodene 5 og emisjonselektrodene 4, resulterer i en glim- og en koronautladning, slik at det utøves maksimal separasjon på de individuelle fuktighets-og støvpartikler som medbringes av gassen, og dermed den maksimalt mulige gassrensingsvirkning, idet partiklene av fuktighet og støv i det vesentlige oppsamles på de indre overflater av rørene 5 og faller ned fra støvutfelleren 1 i retning av pilen 10.

Der hvor det er anvendelig, er komponentene i illustra-sjonen på fig. 2 identifisert med de samme henvisningstall som de som er benyttet på fig. 1.

I overensstemmelse med oppfinnelsen omfatter utfel-lingsenheten eller separasjonsenheten 20 i den våt-elektrostatiske støvutfeller 1 en kondenserende kjøleanordning 21 som har et innløp 22 for kjølemedium 23, idet kjølemediet fortrinnsvis er et flytende kjølemiddel, for eksempel vann. Kjøleanordningen 21 omfatter også et kjølemediumutløp 24. Kjøleanordningen 21 er utvendig avgrenset av metallmantelplater 25, en bunnplate 26 og en topplate 27. Bunnplaten 26 og topplaten 27 er forsynt med hull for å gi plass for de rørformede kollektorelektroder 5, og en forbindelse som vil sikre mot lekkasje av kjølemedium, f.eks. en sveiset forbindelse, er tilveiebrakt mellom rørene 5 og platene 26 og 27. Som vist på fig. 2-4, fyller således det sirkulerende kjølemedium 23 det rom som er avgrenset mellom de ytre overflater av rørene 5 og kjølerens ytre kappe, idet den ytre kappe er dannet av mantelplatene 25, bunnplaten 26 og topplaten 27.

Trekkstenger 30 er fortrinnsvis anbrakt mellom mantelplatene 25, av hensyn til mekanisk styrke.

Utfellerenheten 20 ifølge oppfinnelsen omfatter således kollektorelektrodene 5, emisjonselektrodene 4, som er beliggende sentralt i og koaksialt med kollektorelektrodene, og den kondenserende kjøleanordning 21.

På grunn av at blant annet syre og ioneinneholdende aerosoler som er til stede i røkgassene, avsettes inne i de rørformede kollektorelektroder 5, er det ofte nødvendig å konstruere de rørformede kollektorelektroder av et kostbart, høylegert stål eller av et enda mer korrosjonsbestandig mate-riale, hvilket resulterer i forholdsvis høye omkostninger når det gjelder den våtelektrostatiske støvutfeller 1. Den forannevnte, utvendige avkjøling av rørene 5 vil således senke temperaturen på rørene og forøke kondensering på de indre overflater av rørene. Dette muliggjør at den hastighet med hvilken rørene 5 korroderes som et resultat av de korrosjonsfrem-mende lag av kondensasjon som dannes på de indre overflater av rørene, kan reduseres. En spesiell anordning er tilveiebrakt ifølge oppfinnelsen for det formål å oppnå ensartet avkjøling av alle rørformede kollektorelektroder 5. Anordningen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig for alle rør 5, som omslutter elektroder i støvutfelleren 20, å avkjøles på ensartet måte. Dette oppnås ved tilveiebringelse av midler i form av f.eks. et antall fordelingsrør 50 og 60 i både de øvre og de nedre deler av utfellerenheten 20.

Man vil forstå at antallet av fordelingsrør 50 og 60 er avhengig av antallet av kollektorelektroder 5, og når det dreier seg om de utførelseseksempler som er vist på fig. 2-5, er tre sådanne fordelingsrør anordnet i både de øvre og de nedre endedeler av utfellerenheten.

Slik det fremgår av fig. 4, er innløps fordel ingsrørene 50 anbrakt i den nedre endedel av utfellerenheten 20 og er fortrinnsvis koplet i parallell, slik at det kjølemedium som kommer inn i innløpet 22, fordeles i parallell til alle innløps-fordelingsrør 50 via en fordelingskanal 51. Innløpsfor-delingsrørene 50 er lukket eller forseglet ved sine frie ender 52 og er langs sine øvre overflater forsynt med et antall kjølemediumutløpshull 53.

Utløpsfordelingsrørene 60 er vist på fig. 3. De frie ender 62 av rørene 60 er lukket eller forseglet, og et antall innløpshull 63 er fordelt langs de nedre overflater av de respektive rør. Utløpsfordelingsrørene 60 står i forbindelse med en kanal 61 som på sin side står i forbindelse med kjølemediumut-løpet 24.

Det vil innses at innløpet 22 og utløpet 24 står i forbindelse med en ytre kjølekrets på en slik måte at den varmeenergi som opptas fra kollektorelektrodene 5, gjenvinnes, idet denne gjenvunne energi benyttes for ett eller annet nyttig formål.

Det fremgår av det forstørrede riss på fig. 5 at fordelingsrørene 60 er lukket eller forseglet ved sin ene ende 62. Dette gjelder selvsagt for både innløpsfordelingsrørene 50 og utløpsfordelingsrørene 60.

Som man vil forstå, kan f ordelingsrørene 50 og 60 variere i antall, og dimensjonene på hullene 53 og 63 kan variere langs lengden av de respektive rør på en måte som kompenserer for det trykkfall som opptrer i rørene, og slik at væske vil strømme inn og strømme ut på ensartet måte langs hele lengden av rørene. Av stabilitetsgrunner kan de lukkede eller forseglede ender 52 og 62 av de respektive rør 50 og 60 være fiksert i forhold til sine omgivelser.

En spesiell fordel frembys når væskeinnløpet 22 er beliggende i den nedre del av utfellerenheten og væskeutløpet 24 er beliggende i den øvre del av denne enhet, da samvirke da oppnås med varmemediumbevegelsen. Det vil imidlertid innses at det ligger innenfor oppfinnelsens ramme å ombytte beliggenhetene av innløpet 22 og utløpet 24.

Det vil også innses at hullene eller åpningene 53 og 63 som er anordnet i fordelingsrørene 50 og 60, kan være rettet i innbyrdes forskjellige retninger, for å oppnå en optimal fordeling av kjølemiddel i kjøleanordningen 21.

Den forbedrede ensartethet ved fordeling av kjølemediet som oppnås i overensstemmelse med oppfinnelsen, vil som en sekundæreffekt også resultere i en forbedret energiytelse.

Anordningen ifølge oppfinnelsen tilveiebringer således en særlig effektiv og ensartet avkjøling av alle kollektorelektroder 5 hvilket, i overensstemmelse med det foregående, særlig resulterer i en lavere korrosjonshastighet med hensyn til kollektorelektrodene, som et resultat av den kondensasjon som dannes på de indre overflater av elektrodene. I forbindelse med dette kan den effektive levetid av den våt-elektrostatiske støvutfeller økes, og/eller kollektorelektrodene kan fremstilles av et mindre kostbart stål med et lavere legeringsinnhold enn hva som tidligere var mulig.

For eksempel kan de ytre mantelplater 25 i kj øleanord-ningen 21 være fremstilt av ulegert stålplate.

De følgende, ikke-begrensende eksempler kan omtales for ytterligere å illustrere de fordeler som frembys ved hjelp av oppfinnelsen: De aerosoldråper som dannes f.eks. i et oppstrømsvaske-tårn og strømmer inn i den våtelektrostatiske nedstrøms-støvut-feller, har ofte meget høye konsentrasjoner av f.eks. I^SO^.

På den annen side er mengden av væske/r^SO^ i aerosolen liten. Det antas at denne kan beløpe seg til 1 g/Nm 3.

Anta at en våtelektrostatisk støvutfeller behandler ca. 20 000 Nm<3> gass pr. time. Dette innebærer 20 000 x 0,001 = 20 kg væske som inneholder f.eks. 35% H2SO4 som avsettes på de indre overflater av de rørformede kollektorelektroder pr. time.

Når gassen avkjøles, kondenseres vanndamp på filteren-hetenes avkjølende overflater/vegger. Mengden av vanndamp som således avsettes, vil normalt ligge mellom 500 og 1500 l/h.

Det antas at gassen har en metningstemperatur på 60°C og at 1000 liter gass avkjøles hver time.

Svovelsyren (20 kg x 0,35 = 7,0 kg) vil altså bli fortynnet med ytterligere 1000 liter vann.

Den virkelige svovel syrekonsentr as jon vil således falle

fra 35% til

Denne avkjølings/kondenseringsprosess vil bety at det nye arbeidspunkt for stålet i kollektorelektrodene vil bli flyttet, delvis som følge av den lave temperatur på stålet og delvis på grunn av den radikalt endrede syrekonsentrasjon, slik at stålets korrosjonshastighet reduseres.

Ut fra den foregående beskrivelse vil man forstå at de midler som tilveiebringes i overensstemmelse med oppfinnelsen for å bevirke ensartet og effektiv avkjøling av kollektorelektrodene, gir meget vesentlige fordeler, og at den strukturelle utforming av de nevnte midler lettvint kan tilpasses til konstruksjonen av utfellerenheten, og at midlene således ikke er avhengige av det antall kollektorelektroder som er til stede, eller disses form og konfigurasjon.

I de tilfeller da det for eksempel foretrekkes å utforme utfellerenheten 1 med sirkulære ytterkonturer eller sirkulær tverrsnittsform, slik at mantelplatene 25 i kjøleanord-ningen 21 i prinsipp erstattes av et forholdsvis stort rør, foretrekkes det at i det minste visse av fordelingsrørene 50, 60 gis en krumning som er tilpasset til den forannevnte sirkulære kontur.

Claims (3)

1. Anordning ved våt-elektrostatisk støvutfeller (1) for rensing av fuktighets- og støvfylte gasser, idet støvutfelleren (1) omfatter en kondenserende kjøleanordning (21) som er integrert med støvutfellerenheten (20) i den elektrostatiske støvutfeller, og hvor emisjonselektroder (4) er anbrakt inne i et antall kollektorelektroder (5) som strekker seg gjennom kjøleanordningen (21), og hvor gass strømmer fremover gjennom kollektorelektrodene (5), KARAKTERISERT VED at fordelingsrør (50, 60) er anbrakt i et område mellom kollektorelektrodene (5) slik at det tilveiebringes ensartet fordeling av kjølemedium langs de ytre overflater av kollektorelektrodene.

2. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at f ordelingsrørene (50, 60) er forsynt med et antall åpninger (53 hhv. 63) langs sine lengder.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at fordelingsrørene (50, 60) er lukket eller forseglet ved sine respektive ene ender (52 hhv. 62).