Vorrichtung zur Konzentration von in einem Gasstrom suspendierten festen oder flüssigen Partikeln mittels elektrostatischer Aufladung

Abstract

 Vorrichtung zur elektrostatischen Konzentration von in einem Gasstrom (1) suspendierten Partikeln, bestehend aus einer um eine Rohrelektrode (3) koaxial angeordne­ten unabhängigen unipolaren Ionenquelle (2) und einer sich in deren Achse befindlichen, unter einem hohen elek­trischen Feld stehenden, als Niederschlagselektrode die­nenden rohrförmigen Gegenelektrode (4) sowie einer zur letzteren fluchtenden, mit trichterförmigem Ende ver­sehenen Partikelauffangvorrichtung (6).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Konzen­tration von in einem Gasstrom suspendierten Partikeln nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Herkömmliche Elektrofilter mit röhrenartigem Aufbau ver­wenden in der Regel einen Sprühdraht als ionisierende Elektrode (Ionenquelle) in der Mitte eines als Nieder­schlagselektrode dienenden Rohres. Die Ablagerung des Staubes erfolgt am Rohr (Vergl. H.J.White, Entstaubung industrieller Gase mit Elektrofiltern, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1969).

[0003] Bei derartigen Vorrichtungen hat das inhomogene elektri­sche Feld an der Niederschlagselektrode (Rohr) seinen niedrigsten Wert, während dort gleichzeitig die höchste Staubdichte herrscht. Dadurch werden auf den Staub in­folge Eigenfeldes abstossende Kräfte ausgeübt, welche eine wirksame Konzentration und Ablagerung beeinträch­tigen.

[0004] Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, welche das Prinzip der Staubabscheidung durch Fliehkräfte mit demjenigen durch elektrostatische Aufladung zu ver­einen versuchen: Zyklon mit Sprühelektrode (Draht) in der Mitte (Vergl. R.R.Boericke, J.T.Kuo, P.W.Dietz and W.B.Giles, General Electric Co., Schenectady, N.Y., Electrocyclone for High Temperature, High Pressure Dust Removal, AIAA 19th Aerospace Sciences Meeting January 12.-15., 1981/St. Louis, Missouri).

[0005] Auch derartige Vorrichtungen können nicht optimal be­friedigen, da stets eine unerwünschte Koppelung zwischen der Ionenquelle und dem treibenden elektrischen Feld vorliegt, welche die Möglichkeiten des Konstrukteurs stark einschränkt.

[0006] Es besteht daher ein starkes Bedürfnis, nach der Verbes­serung und Vereinfachung derartiger Geräte zur Konzen­tration von Partikeln in Gasströmungen der Elektrofilter.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­tung zur Konzentration von in einem Gasstrom suspendier­ten festen oder flüssigen Partikeln mittels elektrosta­tischer Aufladung anzugeben, welche in konstruktiver Hinsicht alle optimalen Möglichkeiten bieten, eine hohe Ausbeute und einen guten Wirkungsgrad besitzt und ein möglichst kleines Volumen beansprucht.

[0008] Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0009] Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden, durch Figu­ren näher erläuterten Ausführungsbeispiels beschrieben.

[0010] Dabei zeigt:

Fig. 1 den schematischen Längsschnitt durch eine Vor­richtung zur Konzentration von in einem Gasstrom suspendierten Partikeln,

Fig. 2 den schematischen Querschnitt durch eine Vor­richtung gemäss Fig. 1,

Fig. 3 den Längsschnitt/Aufriss durch eine Vorrichtung ähnlich Fig. 1 gemäss Ausführungsbeispiel.

[0011] Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Konzentration von in einem Gasstrom suspendierten festen oder flüssigen Partikeln. 1 stellt den mit Partikeln beladenen Gasstrom dar, welcher in vertikaler Richtung von oben nach unten geführt wird. 2 ist die vom elektrischen Querfeld, welcher der Partikel­abscheidung dient, völlig unabhängige unipolare Ionen­quelle, welche die Ionen abgebende aussenliegende Rohr­elektrode 3 koaxial umschliesst. 4 ist die als innen­liegende Rohrelektrode in der Mittelachse angeordnete Gegenelektrode, welche als Niederschlagselektrode dient. Die Partikelbahnen 5 schmiegen sich mit fortschreiten­der Strömung mehr und mehr der Gegenelektrode 4 an. 6 ist eine Partikelauffangvorrichtung, welche den Partikel­austrag aus dem Gasstrom einleitet, welcher als Reingas­strom 7 die Vorrichtung verlässt.

[0012] Fig. 2 stellt den schematischen Querschnitt (Horizontal­schnitt) durch eine Vorrichtung gemäss Fig. 1 dar. Die Anordnung der einzelnen Bauelemente ist vollständig zen­tralsymmetrisch. Die Ionen abgebende, aussenliegende Rohr­elektrode 3 sowie die Gegenelektrode (Niederschlagselek­ trode) 4 ist je an einen Pol einer Hochspannungsquelle 8 (Spannung U) angeschlossen. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Figur 1.

[0013] In Fig. 3 ist ein Längsschnitt/Aufriss durch eine Vor­richtung ähnlich Fig. 1 (Prinzip) gemäss Ausführungsbei­spiel halbschematisch dargestellt. Der mit Partikeln beladene Gasstrom 1 wird über einen seitlich angeordne­ten Eintrittsstutzen in eine Art Vorkammer geführt und in axiale Richtung senkrecht nach unten umgeleitet. Die unipolare Ionenquelle 2 wird durch einen von einem Ge­bläse geförderten Ionisationsgasstrom 10 (im vorliegen­den Fall Luft) gespeist. Sie umschliesst die ionenabge­bende, aussenliegende Rohrelektrode 3 koaxial. Die im Zentrum vertikal angeordnete Gegenelektrode = Nieder­schlagselektrode 4 ist als innenliegende Rohrelektrode ausgebildet. Sie kann mit (hier nicht gezeichneten Mit­teln) zur Reinhaltung (Schlag- oder Vibrationsvorrich­tung) ausgerüstet sein. Koaxial zur Gegenelektrode 4 ist fluchtend die als Trichter und Rohr ausgebildete Partikelauffangvorrichtung 6 angeordnet, über welche der Partikelaustrag 11 erfolgt. 9 stellen als Durchfüh­rungen dienende Isolierkörper dar. Die Apparatur ist an die Klemmen einer Hochspannungsquelle 8 (Spannung U) angeschlossen. Der Reingasstrom 7 verlässt die Vorrich­tung über eine Kammer und einen Austrittsstutzen in seit­licher Richtung.

Ausführungsbeispiel:

[0014] Siehe Fig. 3!
Die Vorrichtung zur Konzentration von Partikeln in einem Gasstrom 1 bestand im wesentlichen aus einem an seinem Mantel mit einer Vielzahl von Löchern von 1 mm Durch­ messer versehenen rostfreien Stahlrohr von 200 mm Innen­durchmesser, 1000 mm Länge und 2 mm Wandstärke. Diese, Ionen abgebende Rohrelektrode 3 war an ihren Enden mit je einer einen Stutzen aufweisenden Eintritts- bzw. Aus­trittskammer versehen. Als unipolare Ionenquelle 2 diente ein zur Rohrelektrode 3 koaxial angeordnetes weiteres, im Innern mit zahlreichen Spitzen versehenes Rohr von ca. 220 mm Durchmesser. Der radiale Abstand der Spitzen zur Rohrelektrode 3 betrug demnach ca. 5 mm. Die Spitzen befanden sich radial fluchtend den Löchern in der Rohr­elektrode 3 gegenüber. In den zwischen 2 und 3 gebildeten hohlzylindrischen Raum wurde Luft als Ionisationsgas­strom 10 eingeblasen. An die Spitzen der Ionenquelle 2 war eine regelbare Gleichspannung von max. ca. 5 kV gelegt (elektrische Feldstärke ca. 10 kV/cm). Koaxial zur Rohrelektrode 3 war eine als Niederschlagselektrode dienende Gegenelektrode 4 senkrecht angeordnet. Sie war in Form eines Rohres aus rostfreiem Stahl mit einem Aus­sendurchmesser von 20 mm ausgebildet. In gleicher Flucht zu 4 befand sich ein als Partikelauffangvorrichtung 6 mit leichter trichterförmiger Erweiterung versehenes Rohr von 30 mm Aussendurchmesser und 1,5 mm Wandstärke aus nicht rostendem Stahl. Am Ende der Partikelauffang­vorrichtung 6 befand sich der Partikelaustrag 11 in Form eines an Partikeln hochkonzentrierten Restgasstromes. 4 und 6 waren je über einen als Durchführung gestalteten Isolierkörper 9 in der oberen bzw. unteren Kammer der Apparatur befestigt. Die Rohrelektrode 3 war an Erde und an den positiven Pol einer Hochspannungsquelle 8 gelegt. Die Gegenelektrode 4 war an den negativen Pol der Hochspannungsquelle 8 (U = -60 kV) angeschlossen. Die Geschwindigkeit des Gasstromes 1 im hohlzylindri­schen Raum zwischen den Elektroden 3 und 4 betrug im Mittel ca. 10 m/s. Die von den Ionen aufgeladenen Par­ tikel wurden unter der Wirkung des zum Zentrum hin wach­senden elektrischen Feldes gegen die Mitte gedrängt und rutschten längs der Gegenelektrode 4 senkrecht nach unten, wobei sie von 6 aufgefangen und nach aussen geleitet wurden.

[0015] Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel angegebenen Merkmale beschränkt.

[0016] Grundsätzlich handelt es sich darum - im Gegensatz zu herkömmlichen Ausführungen -, zur Partikelaufladung eine vom treibenden elektrischen Feld völlig unabhängige Ionenquelle vorzusehen und die Partikel am Ort der höch­sten elektrischen Feldstärke (nicht der kleinsten) im Gasstrom zu konzentrieren.

[0017] Die innenliegende, als Niederschlagselektrode dienende, unter einem hohen elektrischen Feld stehende Gegenelek­trode kann vorzugsweise als Führungsrohr für die abzu­scheidenden, von ihr herabgleitenden Partikel ausgebil­det sein. Sie kann ferner in vorteilhafter Weise mit Mitteln zu ihrer kontinuierlichen Reinhaltung versehen sein. Diese können zum Beispiel in axial wirkenden Schlag- ­oder Vibrationseinrichtungen bestehen, welche das Ab­rutschen der Partikel in Richtung Auffangvorrichtung begünstigen. Des weiteren kann an die Stelle der rohr­förmigen Gegenelektrode auch ein endloses umlaufendes, mit einem Abstreifer versehenes Bauelement in Form eines Bandes oder Drahtes treten.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Konzentration von in einem Gasstrom (1) suspendierten festen oder flüssigen Partikeln mittels elektrostatischer Aufladung, dadurch gekenn­zeichnet, dass eine den mit Partikeln geladenen Gas­strom (1) führende, mit separaten, unabhängigen uni­polaren Ionenquellen (2) versehene, Ionen abgebende, aussenliegende Rohrelektrode (3) und eine als Nieder­schlagselektrode dienende, zur aussenliegenden Rohr­elektrode (3) koaxial angeordnete, unter hohem elektri­schem Feld stehende innere Gegenelektrode (4) sowie eine mit einem trichterförmigen Ende versehene Par­tikelauffangvorrichtung (6) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegende Gegenelektrode (6) als Führungs­rohr für die abzuscheidenden gleitenden Partikel aus­gebildet und mit Mitteln zur kontinuierlichen Rein­haltung in Form einer axial wirkenden Schlag- oder Vibrationseinrichtung oder eines endlosen umlaufen­den mit einem Abstreifer ausgerüsteten Drahtes oder Bandes versehen ist.

Zeichnung