Elektrostatischer Staubabscheider

Abstract

 Ein kontinuierlicher Betrieb, bei dem auch Feinststäube zurückgehalten werden, ergibt sich in erfindungsgemäßer Weise durch eine in einem Elektrofilter angeordnete Niederschlagselektrode mit flachliegenden S-förmig profilierten Elektrodenblechen (1), zwischen denen ein Festkörperstrom hindurch fließt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Elektrofilter zur Elektroent­staubung (Elektro-Rauchgasreinigung), gebildet aus einem an Masse liegenden Gehäuse, Schmutzgaseintritts- und Rauchgasaustritts-Stutzen, in dem im Gasstrom hinterein­ander eine an hochgespanntem pulsierenden Gleichstrom lie­gende Vorionisationselektrode und eine oder mehrere an entgegensetzter Polarität liegende Niederschlagselektro de(n) angeordnet sind und an der (den) Niederschlagselek­trode(n) Festkörper entlanggleiten, die die im Schmutzgas­strom mitgeführten staubförmigen Partikel austragen und die Niederschlagselektrode reinigen.

[0002] Infolge des auf minus 50 kV hochgespannten pulsierenden Gleichstromes bildet sich in der Umgebung der Vorionisa­tionselektrode ein Sprühfeld aus. Gelangt ein staubbelade­ner Rauchgasstrom in dieses Sprühfeld, so werden die in ihm mitgeführten Staubteilchen ionisiert, das heißt, es entstehen negative Gasionen, die die einzelnen Staubteil­chen negativ aufladen. Treten nun diese negativ aufgelade­nen Staubteilchen in die positiv geladene Niederschlags­elektrode ein, werden sie durch die elektrischen Feldkräf­te an diese gebunden. Dabei agglomerieren die Staub- p-­ artikel, wodurch eine immer dicker werdende Schicht ent­steht, die die Effektivität der Einrichtung deutlich ver­mindert.

[0003] Bei den bekannten Elektro-Plattenfiltern geschieht das Entfernen der abgelagerten Schmutzpartikel durch Rütteln, wobei die vertikal stehenden Platten-Elektroden so in Schwingung versetzt werden, daß ein Ablösen des agglome­rierten Staubes erfolgt. Nachteilig ist bei diesen Ein­richtungen, daß eine vollständige Abreinigung, insbesonde­re der Feinstäube, nicht möglich ist. Diese treten durch das Abrütteln vielmehr wieder in den Reingasstrom ein, wo­durch der Filterabscheidegrad erheblich sinkt. Um diesem Nachteil zu begegnen, beziehungsweise um eine vollständi­ge Reinigung der Elektroden zu erhalten, werden daher die Plattenelektroden zumeist abgeschaltet oder über speziel­le Naß-Verfahren gereinigt. Dies kann allerdings nur im diskontinuierlichen Betrieb, der als sehr nachteilig ange­sehen wird, erfolgen.

[0004] Des weiteren sind Elektrofilter bekannt, bei denen Fest­körper an den Niederschlagselektroden entlangströmen und diese reinigen. Mit den Festkörpern werden die staubför­migen Partikel ausgetragen. Gemeinsam ist diesen Einrich­tungen, daß ein Festkörperbett die Niederschlagselektrode umgibt und das Bett durch ringförmige zylindrische Einhei­ten, welche auf Massepotential liegen, begrenzt sind. Die Niederschlagselektrode befindet sich hierbei inmitten des Filterbettes. Damit nimmt die Feldstärke von außen her bis zur Niederschlagselektrode hin zu. Das höchste Span­nungspotential liegt also direkt an der Niederschlagselek­trode.

[0005] Eine Sonderstellung bei diesen mit einem Festkörper ausge­statteten Elektrofiltern nimmt eine Einrichtung ein, bei der die inmitten des Filterbettes liegende Niederschlags­elektrode durch zeitweise Speisung mit Wechselspannung zu­sätzlich gereinigt wird. Hierbei werden die negativ ioni­ sierten Staubteilchen, die sich durch die umgekehrte Pola­rität an der Niederschlagselektrode angesetzt haben, durch die Wechselspannung von der Niederschlagselektrode losgelöst und sodann von dem Festkörper-Filterbett ausge­tragen.

[0006] Als Nachteil ist bei diesen Festbett-Elektrofiltern wiede­rum festzustellen, daß auch bei Ihnen Schwierigkeiten bei der Abscheidung von Feinststäuben in Korngrößen von etwa 0,001 bis 0,01 mm auftreten. Diese Feinststäube gelangen durch die schlechten Strömungsverhältnisse an den stets inmitten des Filterbettes befindlichen Niederschlagselek­troden und die ungünstige elektrische Feldverteilung zu­meist wieder in den Reingasstrom zurück, sodaß auch hier der Filterwirkungsgrad deutlich absinkt.

[0007] Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die vor­stehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden, also einen Elektrofilter anzugeben, der kontinuierlich betrieben wer­den kann und bei dem auch Staub beziehungsweise Schmutz­teilchen einer Korngröße von 0,01 bis 0,001 mm zuverläs­sig abgeschieden werden. Erreicht wird dies nach der Er­findung dadurch, daß die Niederschlagselektrode eines der­artigen Elektrofilters aus einem im Gehäuse isoliert ange­ordneten, an der zur Vorionisationselektrode entgegenge­setzten Polarität liegenden, Rahmen besteht, in dem an seinen Außenseiten mit Abstand voneinander gegeneinander gerichtet im wesentlichen flachliegende S-förmig profi­lierte Elektrodenbleche angeordnet sind, auf denen und in dem Raum zwischen denen Festkörper von einer darüber ange­ordneten Schüttvorrichtung zu einer darunter angeordneten Reinigungs- und Regenerierungseinheit fließen. Hierbei sollen die Festkörper einen etwa zwischen 3 mm und 8 mm liegenden Durchmesser aufweisen.

[0008] Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung steht demnach die gesamte Niederschlagselektrode unter Spannung mit einem, zu der Vorionisationselektrode entgegengesetzten Potenti­al. Außerdem wird diese Niederschlagselektrode von dem Rauchgasstrom durchströmt, wobei dieser Rauchgasstrom einerseits bei den S-förmig profilierten Elektrodenble­chen eintritt, zwischen diesen Elektrodenblechen hindurch in den freien Raum zwischen den gegenüber stehenden S-för­mig profilierten Elektrodenblechen gelangt und sodann bei den jenseits angeordneten wiederum S-förmig profilierten Elektrodenblechen aus der Niederschlagselektrode aus­tritt. Dadurch entsteht ein Effekt, der noch bei keinem derartigen Elektrofilter bekannt wurde, nämlich, daß sich die im Rauchgasstrom mitgeführten Staubpartikel zum größ­ten Teil eingangsseitig an den dortigen S-förmig profi­lierten Elektrodenblechen beziehungsweise an den Festbett­körperchen ablagern, daß aber sodann ausgangsseitig eine nochmalige Nachreinigung stattfindet, bei der insbesonde­re die Fein- und Feinststäube aus dem Rauchgasstrom an den ausgangsseitigen wiederum S-förmigen Elektrodenble­chen ausgeschieden werden. Insbesondere ist dies der Feld­verteilung innerhalb der Niederschlagselektrode zu verdan­ken, die ja eingangs- und ausgangsseitig die höchste Feld­stärke aufweist.

[0009] Äußerst bedeutsam und noch bei keiner derartigen Einrich­tung bekannt ist die Ausführung der durchströmten Nieder­schlagselektrode, mit beidseits des Rahmens angeordneten S-förmig profilierten Elektrodenblechen auf denen und zwi­schen denen die Festkörper "fließen". In der Ausführung der S-förmig profilierten Elektrodenbleche liegt konkrete Forschungsarbeit. Sie sind so berechnet und in Versuchs­reihen so optimiert worden, daß der durch die Nieder­schlagselektrode führende Festbettstrom ein quasi Newton'sches Fluid bildet. Hierbei wurde erreicht, daß die Festkörperteilchen Rotationsarbeit leisten, die sich aus dem Differential der Coulomb-Reibung und dem Differen­tial der Arbeit der Stoßvorgänge im Festkörperbett zusam­ mensetzen. Durch die Form der Elektrodenbleche bedingt tritt am Rande der Bleche für die Festkörper eine Schub­spannung auf, die wiederum eine spezielle Rotation der Festkörper zur Folge hat. Dadurch wird folgendes er­reicht:

1. Die Festkörper, insbesondere diejenigen der Randzone, vergrößern ihre schmutzaufnehmende Oberfläche durch die Rotation um etwa 40%. Daraus ergibt sich eine gute Ab­scheidung an den Stellen, die vom Staub besonders stark belastet sind.

2. Durch unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten der Festbettkörperchen folgen unterschiedliche Rotationsge­schwindigkeiten, was zur Folge hat, daß die Festkörper der Randzone sehr schnell von anhaftendem Staub befreit werden. Die Festkörper in der Mitte des Festkörperbettes jedoch rotieren nur in sehr geringem Maße, sodaß dort der Staub gut haften kann und damit mit den Festkörpern si­cher abtransportiert wird.

[0010] Insgesamt ergibt sich damit ein Elektrofilter, der wie ge­fordert kontinuierlich betrieben werden kann und nicht nur höchst effektiv ist, sondern auch Fein- und Feinst­stäube sicher aus dem Rauchgasstrom aufnimmt.

[0011] Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Elektro­filters nach der Erfindung schematisch dargestellt und zwar zeigen

Fig.1 den Elektrofilter in Ansicht, teilweise geschnitten,

Fig.2 den Feldstärkeverlauf,

Fig.3 einen Schnitt durch die Niederschlagselektrode und

Fig.4 eine Teilansicht bei den S-förmig profilierten Elektrodenblechen.

[0012] An einem Gehäuse (8) ist einerseits ein Schmutzgasein­trittsstutzen zum Einführen des Schmutzgasstromes (9) und jenseits ein Rauchgasaustrittsstutzen zum Abführen des ge­reinigten Rauchgases (6) angebracht. Im Innern des Gehäu­ses (8) sind auf Isolatoren (4) eine Vorionisationselek­trode (3) und eine Niederschlagselektrode (13) unterge­bracht. Die Niederschlagselektrode wird gebildet aus in einem Rahmen (2) angeordneten S-förmig profilierten Elek­trodenblechen (1), zwischen denen ein aus Festbettkör­perchen bestehender Festbettstrom von einer oben liegen­den Schüttvorrichtung (7) zu einem unten liegenden Sammel­behälter (10) hindurch strömt. Unterhalb des Sammelbehäl­ters (10) befindet sich eine Reinigungs- und Regenerie rungseinheit (11), die die Festbettkörper von anhaftendem Schmutz und Staub befreit und zur Wiederverwendung regene­riert. Von dortaus gelangen die Festbettkörper durch eine (nicht eingezeichnete) Hebevorrichtung wieder in die Schüttvorrichtung (7).

[0013] Die S-förmig profilierten Elektrodenbleche (1) sind flach­liegend in dem Rahmen (2) untergebracht und werden, wie durch die Markierungen (x) angedeutet, beziehungsweise wie in Fig.3 gezeigt, vom Rauchgas durchströmt. Die in den Rahmen (2) an seinen Außenseiten angeordneten S-för­mig profilierten Elektrodenbleche (1) schließen zwischen sich einen Raum (5) ein, den das Festbett von oben nach unten durchwandern kann. Die S-förmig profilierten Elek­trodenbleche (1) liegen hierbei an einer positiven Span­nung zwischen 1.500 und 4.000 V; die Vorionisationselek­trode weist ein Potential von etwa minus 50.000 V (50 kV) auf. Durch dieses Spannungspotential zwischen den beiden Elektroden beziehungsweise durch die sich hierbei ergeben­den elektrischen Feldstärken lagern sich die vorionisier­ten Staubteilchen an den Elektrodenblechen (1) und den ionisierten Festkörpern an.

[0014] Durch das speziell ausgebildete Newton'sche Fluid der Festkörper werden zum einen die S-förmig profilierten Elektrodenbleche (1) und die Festkörperteilchen der Rand­zone (12), welche stark belastet sind, gereinigt. Durch die speziellen Strömungsverhältnisse inmitten der Nieder­schlagselektrode (13) werden Festkörper und Staubpartikel zur Reinigungs- und Regenerierungseinheit (11) abtranspor­tiert.

[0015] In Fig.4 sind die Strömungsverhältnisse des Festkörperbet­tes als quasi Newton'sches Fluid nochmals dargestellt. Die Festkörperchen, die eine unregelmäßige Form aufwei­sen, stehen unter der Gewichtskraft (F_N). Weiter wirkt auf sie die rechtwinklig zu der Gewichtskraft liegende statische Kraft sigma. Der Festkörperstrom zwischen den S-förmig profilierten Elektrodenblechen (1) weist die Ge­schwindigkeit (v1), in der Randzone (12) die Geschwindig­keit (v2) auf. Durch diese unterschiedliche Geschwindig­keit beziehungsweise die Relativgeschwindigkeiten zwi­schen v1 und v2 folgen unterschiedliche Rotationsgeschwin­digkeiten (v_rot). Dies hat zur Folge, daß die an der Randzone befindlichen Festkörper schneller rotieren v_rot2) als diejenigen zur Mitte des Festbettstromes hin. Dadurch ergibt sich der erwünschte Effekt, daß die Festkörper der Randzone (12) schneller von anhaftendem Staub und Schmutz befreit werden, während die Festkörper innerhalb des Festbettstromes, also die Festkörper, die sich im Raum (5) befinden, den Schmutz und Staub sicher nach unten zur Reinigungs- und Regenerierungseinheit (11) befördern.

[0016] Eingezeichnet in Fig.4 ist auch die Schubspannung tau, die sich aus dem statischen Druck sigma zusammen mit der Form des S-förmigen Profils der Elektrodenbleche (1) er­gibt.

Ansprüche

1. Elektrofilter zur Elektroentstaubung (Elektro-Rauchgas­reinigung), gebildet aus einem an Masse liegenden Gehäuse mit Schmutzgaseintritts- und Rauchgasaustrittsstutzen, in dem im Gasstrom hintereinander eine an hochgespannten pul­sierenden Gleichstrom liegende Vorionisationselektrode und eine oder mehrere an entgegengesetzter Polarität lie­gende Niederschlagselektrode(n) angeordnet sind und an der (den) Niederschlagselektrode(n) Festkörper entlang­gleiten, die die im Schmutzgasstrom mitgeführten staubför­migen Partikel austragen und die Niederschlagselektro­de(n) reinigen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Niederschlagselektrode (13) aus einem im Gehäuse (8) isoliert angeordneten an der zur Vorionisationselek­trode (3) entgegengesetzten Polarität liegenden Rahmen (2) besteht, in dem an seinen Außenseiten mit Abstand von­einander gegeneinander gerichtete im wesentlichen flach­liegende S-förmig profilierte Elektrodenbleche (1) ange­ ordnet sind, auf denen und in dem Raum zwischen denen Festkörper von einer darüber angeordneten Schüttvorrich­tung (7) zu einer darunter angeordneten Reinigungs- und Regenerierungseinheit (11) fließen.

2. Elektrofilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Festkörper einen zwischen 3 mm und 8 mm liegenden Durchmesser aufweisen.

Zeichnung