WO2006015504A1 - Elektrofilter für eine feuerungsanlage - Google Patents

Abstract

Das Elektrofilter weist eine erste Wirbelkammer (1) auf, die einen Rauchgaseinlass (2) und einen Spüllufteinlass (8) aufweist und so ausgebildet ist, dass einströmendes Rauchgas (RG) Spülluft (SL) ansaugt. Die erste Wirbelkammer (1) weist zudem einen rohrförmigen Auslass (5) auf. Des Weiteren ist eine Filterelektrodenanordnung (6) mit einem Isolator (7) vorgesehen, welcher im Spülluftstrom (SL) angeordnet ist. Das Elektrofilter umfasst eine zweite Wirbelkammer (3), die mit dem rohrförmigen Auslass (5) verbunden und so ausgebildet ist, dass die im Rauchgas (RG) befindlichen Partikel sich in ihr ablagern, und die einen Rauchgasauslass (4) für das von den Partikeln befreite Rauchgas (AL) aufweist.

Description

Elektrofilter für eine Feuerungsanlaqe

[0001] Die Erfindung betrifft ein Elektrofilter für Feuerungsanlagen, wie sie beispielsweise in privaten Haushalten oder auch in Gewerbebetrieben zu finden sind. Die Erfindung ist insbesondere auch für automatische Feuerungen, wie Pelletkessel oder mit Holzschnitzeln befeuerte Anlagen im Leistungsbereich unterhalb von 300 kW verwendbar. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben des Elektrofilters.

[0002] Den automatischen Holzfeuerungen kommt bei der beabsichtigten Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energieträger an der Gesamtenergieerzeugung eine bedeutende Rolle zu. Dies drückt sich in einer steigenden Anzahl installierter Anlagen aus. Gerade auch bei Anlagen unter 300 kW ist ein weiterhin deutlich ansteigender Trend der installierten Anlagen zu erwarten, so dass die Partikelemissionen aus diesen Feuerungsanlagen künftig einen wesentlichen Anteil zur Luftbelastung beitragen werden. Der Schadstoffausstoß solcher Anlagen ist relativ groß, wobei neben Stickoxiden vor allem Feinpartikelemissionen umweltrelevant sind. Viele größere Holzfeuerungen werden daher mit Staubabscheidern ausgerüstet, wobei verschiedene Prinzipien zur Staubabscheidung wie beispielsweise Trägheitsabscheider und elektrostatische Abscheider zum Einsatz kommen können.

[0003] Elektrofilter eignen sich zur Minderung von Feinpartikelemissionen besonders gut, weil sie auch bei sehr kleinen Partikeln eine gute Wirksamkeit aufweisen. Im Elektrofilter werden die festen oder flüssigen Partikel, die sich im Rauchgas befinden, mit einer Elektrode elektrostatisch unipolar aufgeladen. Anschliessend wird das Rauchgas mit den geladenen Partikeln durch ein elektrisches Feld geleitet, wobei die geladenen Partikel an Abscheideplatten abgeschieden werden, während das von den Partikeln befreite Abgas ungehindert aus dem Elektrofilter strömt. Mit Hilfe eines solchen Elektrofilters lassen sich Staubpartikel und Aerosole mit Korngrössen vom 0,01 μm bis 60μm aus dem Rauchgas herausfiltern.

[0004] Elektrofilter für Feuerungsanlagen, welche auch als elektrostatische Partikelfilter bezeichnet werden, sind aus der WO 00/33945 bekannt. Dort wird ein Elektrofilter für eine Feuerungsanlage beschrieben, das beispielsweise auf einen Kamin aufgesetzt werden kann. Das Elektrofilter besteht aus einem Rahmen, der auf den Kamin aufgesetzt wird, einem Isolator, der vom Rahmeninneren aus in die Mitte des Rahmens ragt und an dessen Ende eine mit einem Gewicht versehene Elektrode hängt und in den Kamin hineinreicht. Wenn die Feuerungsanlage im Betrieb ist und durch den Kamin mit Partikeln versehenes Rauchgas strömt, wird mit Hilfe des Elektrofilters dafür gesorgt, dass die im Rauchgas befindlichen Partikel zurückgehalten werden. Dazu wird an die Elektrode eine Hochspannung angelegt, was zur Folge hat, dass die Partikel elektrostatisch aufgeladen werden und sich am Kamin und am Rahmen niederschlagen. Dies kann jedoch bei einem längeren Betrieb des Elektrofilters dazu führen, dass die Partikel, die sich am Isolator anlagern, aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Isolator und dem Rahmen eine elektrisch leitende Brücke bilden und sich dadurch die Wirkung des Isolators verschlechtert.

[0005] Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Elektrofilter für eine Feuerungsanlage anzugeben, das wartungsarm und zuverlässig arbeitet, und das über einen längeren Zeitraum hin eine stabile, gleichmässige Leistung liefert. Die Leistungsschwankungen des Elektrofilters sollen auf ein Minimum begrenzt bleiben.

[0006] Die Aufgabe wird durch ein Elektrofilter für eine Feuerungsanlage mit den Merkmalen gemäss Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den abhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen.

[0007] Im Folgenden wird die Erfindung mit mehreren Ausführungsbeispielen anhand von zwei Figuren weiter erläutert.

Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemässen Elektrofilters im Querschnitt;

Figur 2 zeigt eine weitere Ansicht des in Figur 1 dargestellten erfindungsgemässen Elektrofilters.

[0008] Dieses Elektrofilter ist grundsätzlich für sämtliche Feuerungsanlagen geeignet. Vorzugsweise findet es jedoch Anwendung in Kleinfeuerungsanlagen. Das Elektrofilter wird dazu in den Abgastrakt, also das Absaugrohr oder den Kamin der Feuerungsanlage, eingebaut. Damit das Elektrofilter langfristig keinen Leistungsschwankungen unterliegt, wird bei diesem Elektrofilter dafür gesorgt, dass sich die im Rauchgas befindlichen Partikel nicht oder nur kaum am Elektrodenisolator der Filterelektrode ablagern können und somit die Wirkung des Elektrodenisolators nicht wesentlich beeinträchtigen können.

[0009] Dieses Elektrofilter weist eine erste Wirbelkammer auf, die wiederum einen Rauchgaseinlass und einen Spüllufteinlass aufweist und so ausgebildet ist, dass durch einströmendes Rauchgas Spülluft angesaugt wird. Die erste Wirbelkammer weist zudem einen rohrförmigen Auslass auf. Des Weiteren sind eine Filterelektrodenanordnung und ein die Filterelektrodenanordnung haltender Isolator vorgesehen, welcher im Spülluftstrom angeordnet ist. Das Elektrofilter umfasst zudem eine zweite Wirbelkammer, die über den rohrförmigen Auslass mit der ersten Wirbelkammer verbunden und so ausgebildet ist, dass die im Rauchgas befindlichen Partikel sich in ihr ablagern, und die einen Rauchgasauslass für das von den Partikeln befreite Rauchgas aufweist.

[0010] Bei einer Ausführungsform des Elektrofilters die Filterelektrodenanordnung in der ersten Wirbelkammer angeordnet. Bei einer zweiten Ausführungsform des Elektrofilters weist die Filterelektrodenanordnung horizontal verlaufende Elektroden auf. Bei einer dritten Ausführungsform des Elektrofilters weist die Filterelektrodenanordnung eine vertikal verlaufende Elektrode auf, die im rohrförmigen Auslass angeordnet ist. Vorteilhafterweise kann damit der Bereich, in dem die Partikel aufgeladen werden, erweitert werden. Zudem kann bei diesem Elektrofiiter die Elektrode stabförmig ausgebildet sein und zum Ende hin spitz auslaufen. Auf diese Weise lässt sich die elektrische Feldstärke erhöhen, was dazu beiträgt, dass die Partikel elektrostatisch besser aufgeladenen werden können.

[0011] Darüber hinaus kann bei diesem Elektrofiiter die erste Wirbelkammer so ausgebildet sein, dass das einströmende Rauchgas anfänglich an der Wand der Wirbelkammer entlang strömt und im Zentrum der Wirbelkammer einen Unterdruck erzeugt, um die Spülluft anzusaugen. Bei einer Weiterbildung des Elektrofilters weist die erste Wirbelkammer einen runden Querschnitt auf und der Rauchgaseinlass ist an der ersten Wirbelkammer so angeordnet, dass das Rauchgas tangential einströmt. Des Weiteren sind der rohrförmige Auslass und der Spüllufteinlass im Zentrum der ersten Wirbelkammer angeordnet.

[0012] Zur Lösung der Aufgabe wird ferner vorgeschlagen, am Isolator einen Teller vorzusehen. Der Teller wirkt als zusätzliche Sperre für die im Rauchgas befindlichen Partikel und trägt somit zur Reinhaltung des Isolators bei. Vorteilhafterweise ist zudem gegenüber diesem Teller ein grosserer, weiterer Teller vorgesehen. Eine Kaskadierung der Teller erhöht die Sperrwirkung zusätzlich. Die grössenmässige Abstufung der Teller hat den Vorteil, dass sie zwar als mehrere hintereinandergeschaltete Sperren für die Partikel wirken, aber den Luftwiderstand für die vorbeiströmende Spülluft nicht über die Massen erhöhen.

[0013] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die zweite Wirbelkammer so ausgebildet, dass das Rauchgas in ihr möglichst lange verweilt. Dadurch bleibt den Partikeln mehr Zeit, um sich am Boden oder an der Wand der zweiten Wirbelkammer abzulagern. Zudem kann bei diesem Elektrofilter die erste Wirbelkammer oberhalb der zweiten Wirbelkammer angeordnet sein, und der Rauchgasauslass im oberen Bereich der zweiten Wirbelkammer. Eine solche Anordnung des Rauchgasauslasses bewirkt, dass das Rauchgas nicht sofort wieder aus der Wirbelkammer entweicht.

[0014] Das Elektrofilter kann auch mit einem Gebläse zum Einblasen des Rauchgases in die erste Wirbelkammer oder einem Gebläse zum Absaugen des Rauchgases aus der zweiten Wirbelkammer ausgestattet sein. Dadurch lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit des in die erste Wirbelkammer eingeblasenen Rauchgases erhöhen, was zur Folge hat, dass auch die Menge an angesaugter Spülluft steigt. Des Weiteren kann das Elektrofilter auch mit einem Gebläse zum Einblasen der Spülluft in die erste Wirbelkammer ausgestattet sein. Vorteilhafterweise kann damit die Menge an Spülluft, die am Isolator entlang strömt, erhöht werden, um so die Reinhaltung des Isolators weiter zu verbessern.

[0015] Die Reinhaltung des Elektrodenisolators erfolgt dadurch, dass an diesem während des Betriebs der Feuerungsanlage kontinuierlich Spülluft entlangströmt, so dass Partikel gar nicht erst in die unmittelbare Nähe des Isolators gelangen. Dieses Elektrofilter ist daher auch wartungsarm. Vorteilhafterweise wird der dafür erforderliche Spülluftstrom durch das in die erste Wirbelkammer strömende Rauchgas erzeugt. Dazu wird Rauchgas seitlich, vorzugsweise tangential in die erste Wirbelkammer eingeblasen und erzeugt im Zentrum auf diese Weise einen Unterdruck, der wiederum dafür sorgt, dass die Spülluft ins Zentrum der ersten Wirbelkammer gesaugt wird, ohne dass es eines eigenen Ventilators oder Gebläses zum Einblasen der Spülluft bedarf. Somit ist in erster Linie die Geometrie beziehungsweise die Bauform der ersten Wirbelkammer entscheidend dafür, wie stark die Spülluft in die Wirbelkammer gesaugt wird. Diese Art der Ansaugung der Spülluft kann als passive Ansaugung bezeichnet werden.

[0016] In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform des Elektrofilters für eine Feuerungsanlage im Querschnitt gezeigt. Das von den Partikeln zu reinigende Rauchgas RG wird in eine erste Wirbelkammer 1 über einen Rauchgaseinlass 2 eingeblasen. Der Rauchgaseinlass 2 ist dabei wie in Figur 2 gezeigt, vorzugsweise tangential zur ersten Wirbelkammer 1 angeordnet beziehungsweise so angeordnet, dass das Rauchgas tangential in die Wirbelkammer strömt. Das in die erste Wirbelkammer 1 einströmende Rauchgas RG wird dadurch zuerst kreisförmig an der Wand der ersten Wirbelkammer 1 entlang geführt und erzeugt auf diese Art im Zentrum der ersten Wirbelkammer 1 einen Unterdruck. Dadurch wird Spülluft SL über einen Ansaugstutzen 8, der sich oberhalb der ersten Wirbelkammer 1 befindet, ins Zentrum der Wirbelkammer 1 gesaugt. Die Spülluft SL streicht dabei an einem Isolator 7 und an bis zu drei Tellern 11, 12 und 13 vorbei. Dadurch wird erreicht, dass, wenn überhaupt, nur sehr wenige im Rauchgas RG vorhandene Partikel sich am Isolator 7 ablagern können. Der Isolator 7 wird über Haltestege 14 gehalten und sorgt dafür, dass die unter Hochspannung stehende Elektrodenhalterung 15 und die mit der Elektrodenhalterung 15 verbundene Elektrodenanordnung 6 nicht mit den auf Massepotenzial liegenden Haltestegen 14 und der Wandung der ersten Wirbelkammer 1 in Verbindung kommt. Die Spannungsversorgung der Elektrodenanordnung 6 erfolgt über ein Hochspannungskabel 9, das mit einer in Figur 1 nicht gezeigten Hochspannungsquelle verbunden ist.

[0017] Die Elektrodenanordnung 6 weist mehrere horizontal verlaufende, sternförmig angeordnete Elektroden 6.1 und eine vertikale, sich in einen rohrförmigen Auslass 5 der ersten Wirbelkammer 1 erstreckende Elektrode 6.2 auf. Sowohl die horizontal verlaufenden Elektroden 6.1 als auch die vertikal verlaufende Elektrode 6.2 sind vorzugsweise stabförmig ausgebildet und verlaufen zu ihren Enden hin spitz. Je spitzer die Elektroden 6.1 und 6.2 ausgebildet sind, desto höher ist die an den Enden der Elektroden 6.1 und 6.2 sich ausbildende elektrische Feldstärke.

[0018] Die im Rauchgas RG vorhandenen Partikel werden in der ersten Wirbelkammer 1 mit Hilfe der Elektroden 6.1 und 6.2 elektrostatisch aufgeladen. Anschliessend strömt das mit Spülluft vermischte Rauchgas RGSL durch den rohrförmigen Auslass 5 in eine zweite Wirbelkammer 3, die so ausgebildet ist, dass sich das Gemisch aus Rauchgas und Spülluft RGSL dort möglichst lange aufhält. Während der Zeitdauer, während der sich das Gemisch aus Rauchgas und Spülluft RGSL in der zweiten Wirbelkammer 3 befindet, lagern sich die elektrostatisch aufgeladenen Partikel vorzugsweise im unteren Bereich 3.1 und am Boden 3.2 der zweiten Wirbelkammer 3 ab. Das so gereinigte Rauchgas tritt dann aus dem Abgas- oder Abluftauslass 4 als gereinigte Abluft AL aus der zweiten Wirbelkammer 3 aus. Um den Spülluftstrom SL noch zu verstärken kann zusätzlich ein Gebläse 10 oberhalb des Ansaugstutzens 8 angeordnet sein.

[0019] Die Anzahl der erforderlichen Teller zum Zurückhalten der Partikel ist ebenfalls von den technischen Rahmenbedingungen abhängig. Unter gewissen Bedingungen kann auf die Teller gänzlich verzichtet werden. Falls sichergestellt werden soll, dass sich auch beim Hochfahren der Feuerungsanlage keine Partikel auf dem Isolator 7 ablagern, ist die Verwendung eines oder mehrerer Teller auf dem Isolator 7 ratsam. Die Teller 10, 11 und 12 können aus Kunststoff hergestellt sein und vorteilhafter Weise zusammen mit dem Isolator 7 als ein Formteil gestaltet werden. Alternativ dazu können sie auch aus Metall bestehen, was den Vorteil höherer Robustheit und Hitzebeständigkeit bietet. Damit sich die elektrostatisch geladenen Rauchgaspartikel am Boden und der Wand der zweiten Wirbelkammer 3 abscheiden, ist diese zumindest in dem Bereich, in dem sich die Partikel abscheiden sollen, leitfähig ausgebildet. Vorzugsweise besteht die zweite Wirbelkammer 3 aus Stahlblech, Chromstahl oder Aluminium.

[0020] Für die Effizienz der Partikelabscheidung spielt neben dem elektrischen Feld, das sich zwischen der vertikalen Elektrode 6.2 dem rohrförmigen Auslass 5 der ersten Wirbelkammer 1 bildet, auch die Geometrie der zweiten Wirbelkammer 3 eine Rolle. Um die Partikel am Boden 3.2 und der Wand 3.1 der zweiten Wirbelkammer 3 abzuscheiden ist es vorteilhaft, wenn der Rauchgas-Spülluftstrom RGSL ausreichend lange in der zweiten Wirbelkammer 3 verweilen kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases RG reduziert wird, oder dass die Wegstrecke, die das Rauchgas RG in der zweiten Wirbelkammer 3 zurückzulegen hat, gross gemacht wird. Dadurch bleibt den Partikeln mehr Zeit, um sich am Boden 3.2 oder an der Wand 3.1 der zweiten Wirbelkammer 3 abzulagern. [0021] In Figur 2 ist das erfindungsgemässe Elektrofilter im Querschnitt entlang der in Figur 1 angegebenen Schnittlinie A-A gezeigt. In der Regel wird das Elektrofilter so eingebaut, dass sich die erste Wirbelkammer 1 oberhalb der zweiten Wirbelkammer 3 befindet. Als Hochspannungsquelle kann beispielsweise ein Hochspannungstransformator mit nachgeschaltetem Gleichrichter verwendet werden. Typischerweise weist der Hochspannungstransformator eine Leistung zwischen 20 und 200 VA auf und kann mit 220 V/50 Hz oder auch mit 110 V/60 Hz Wechselspannung betrieben werden. Die Aufladung der Elektroden 6.1 und 6.2, welche auch als Sprühelektroden bezeichnet werden, kann wahlweise negativ oder positiv gegenüber dem Bezugspotential Masse gewählt werden.

[0022] Die Reinigung des Kollektors, also der zweiten Wirbelkammer 3, kann dadurch erfolgen, dass die zweite Wirbelkammer 3 ausgebaut und anschliessend beispielsweise von Hand unter Zuhilfenahme von Wasser oder speziellen Reinigungsmitteln von den darin abgelagerten Partikeln befreit wird. Falls erforderlich kann während der Reinigungsarbeiten auch der rohrförmige Auslass 5 der ersten Wirbelkammer 1 gereinigt werden. Wenn ein unterbrechungsfreier Dauerbetrieb der Feuerungsanlage gewährleistet werden soll, können zwei Elektrofilter parallel in den Abgasweg eingebaut werden. Durch Klappen kann der Rauchgasstrom umgelenkt werden, so dass während der Reinigung des einen Elektrofilters das Abgas durch das andere Elektrofilter abgeführt wird. Das Elektrofilter kann so dimensioniert werden, dass sich beim üblichen Betrieb einer automatischen Feuerung als Hauptwärmeerzeuger ein Reinigungszyklus von ein bis zwei Monaten erreichen lässt. Bei sporadischem Betrieb der Feuerungsanlage ergeben sich entsprechend längere Reinigungszyklen.

[0023] Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäss der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Patentansprüche

1. Elektrofilter für eine Feuerungsanlage, mit einer ersten Wirbelkammer (1 ), die einen Rauchgaseinlass (2) und einen Spüllufteinlass (8) aufweist und so ausgebildet ist, dass einströmendes Rauchgas (RG) Spülluft (SL) ansaugt, und die einen rohrförmigen Auslass (5) aufweist, weiter mit einer Filterelektrodenanordnung (6) und einem die Filterelektrodenanordnung (6) haltenden Isolator (7), welcher im Spülluftstrom (SL) angeordnet ist, und mit einer zweiten Wirbelkammer (3), die mit dem rohrförmigen Auslass (5) verbunden und so ausgebildet ist, dass die im Rauchgas (RG) befindlichen Partikel sich in ihr ablagern, und die einen Rauchgasauslass (4) für das von den Partikeln befreite Rauchgas (AL) aufweist.

2. Elektrofilter nach Patentanspruch 1 , bei dem die Filterelektrodenanordnung (6) in der ersten Wirbelkammer (1) angeordnet ist und aus horizontal verlaufenden Elektroden (6.1) besteht, wobei eine zweite, vertikal verlaufende Elektrode (6.2) im rohrförmigen Auslass (5) der Wirbelklammer (1) angeordnet ist, welcher Auslasse (5) sich in die zweite Wirbelkammer erstreckt, und wobei die Elektroden (6.1 ; 6.2) stabförmig ausgebildet sind und zum Ende hin spitz auslaufen.

3. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 2, bei dem die erste Wirbelkammer (1 ) so ausgebildet ist, dass das einströmende Rauchgas (RG) anfänglich an der Wand der Wirbelkammer (1) entlang strömt und im Zentrum der Wirbelkammer (1) einen Unterdruck erzeugt, um die Spülluft (SL) anzusaugen.

4. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei dem die erste Wirbelkammer (1) einen runden Querschnitt aufweist, bei dem der Rauchgaseinlass (2) an der ersten Wirbelkammer (1) so angeordnet ist, dass das Rauchgas (RG) tangential einströmt, und bei dem der rohrförmige Auslass (5) und der Spüllufteinlass (8) im Zentrum der ersten Wirbelkammer (1) angeordnet sind.

5. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, mit wenigstens einem Teller (11 ; 12; 13), der am Isolator (7) angeordnet ist.

6. Elektrofilter nach Patentanspruch 5, mit einem gegenüber dem Teller (11) grosseren, weiteren Teller (12; 13).

7. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei dem die zweite Wirbelammer (3) so ausgebildet ist, dass das Rauchgas (RG) in ihr möglichst lange verweilt.

8. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, bei dem die erste Wirbelkammer (1 ) oberhalb der zweiten Wirbelkammer (3) angeordnet ist, und bei dem der Rauchgasauslass (4) im oberen Bereich der zweiten Wirbelkammer (3) angeordnet ist.

9. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, mit einem Gebläse zum Einblasen des Rauchgases (RG) in die erste Wirbelkammer (1).

10. Elektrofilter nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, mit einem Gebläse (10) zum Einblasen der Spülluft (SL) in die erste Wirbelkammer (1).