Verfahren und Einrichtung zur Aufladung von Partikeln

Abstract

 Zur Abtrennung aschebildender und schwefelhaltiger Bestandteile in pulverisierter Kohle wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die Partikel durch einen Reibungsauflader (1) mit nachfolgender elektrostatischer Separation geführt werden. Um die geladenen Teilchen so schnell wie möglich aus dem Reibungsaufladungsbereich wegzuführen, wird durch ein elektrisches Feld im Reibungsauflader die Reibungsaufladung unterstützt.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein verfahren zur Aufladung von Partikeln durch Hindurchleiten eines Partikelstroms durch einen Reibungsauflader.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

[0002] Bei der elektrostatischen Separation von Partikeln, z.B. Kohleteilchen, werden in einem Reibungsauflader (TRIBO-Auflader) fein gemahlene Partikel durch Stösse an Festkörpern, z.B. Wänden, aufgeladen. Reibungsauflader dieser Art sind beispielsweise im Prospekt "ESB Elektrostatik-Automatik-Pulverbeschichtungs-Systeme", Seite 13, der Firma ESB, Meersburg (BRD), undatiert, beschrieben. Diese Aufladung hängt stark von den dielektrischen Eigenschaften der Partikel ab. Ein guter Isolator wird dabei anders als ein schlechter aufgeladen, sodass man das gute Isolatormaterial vom schlechten in einem elektrischen Feld trennen kann. So können z.B. bei der Behandlung von Kohlestaub die schwefelhaltigen Bestandteile abgetrennt werden.
Die Reibungsaufladung und nachfolgende elektrostatische Trennung spielt aber auch bei anderen verfahren eine Rolle, bei denen Partikel appliziert oder entfernt werden sollen, z.B. bei der Auftragung von Pulverlacken auf Automobilkarossen oder der Abtrennung von Stäuben aus Abgasen.

[0003] Die Kontaktaufladung von Festkörpern ist stark abhängig von den elektrischen Eigenschaften der Materialien. Die erreichbare Ladungsdichte ist im allgemeinen proportional der Differenz der Elektronenaustrittsarbeit, d.h. der Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus dem Festkörper herauszulösen.
Bei der technischen Anwendung dieses Effektes in einem Reibungsauflader ist daher besonders auf die geeignete Wahl der Materialien zu achten. Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die strömungstechnische Auslegung, da es sich hier um eine Zweiphasenströmung mit elektrisch geladenen Partikeln handelt. Durchlaufen die Partikel z.B. ein zylindrisches Rohr, um darin durch Wandstösse aufgeladen zu werden, so kommt es in Rohrlängsrichtung zu einem Ladungsgefälle zwischen dem Eintritt des Rohres, wo noch wenige Teilchen geladen sind, und dem Austritt, wo sehr viele geladen sind. Im Rohr selbst kommt es dadurch zu gegenseitigen Beeinflussungen der Teilchen, sodass die Effizienz der Aufladung vermindert werden kann.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Separation anzugeben, bei welchem die geladenen Teilchen möglichst schnell nach der Aufladung den Reibungsaufladungsbereich verlassen.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine durch Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung zu schaffen.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Aufladung der Partikel im Reibungsauflader durch ein elektrisches Feld unterstützt wird und die aufgeladenen Partikel nach Verlassen des Reibungsaufladers durch Einwirken des elektrischen Feldes umgekehrter Polarität von noch ungeladenen separiert werden.

[0006] Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zur Abtrennung aschebildender und schwefelhaltiger Bestandteile in pulverisierter Kohle.

[0007] Vorteilhaft ist es dabei, einen Zusatzluftstrom ausserhalb des Reibungsaufladers zu führen, der erst nach der Reibungsaufladung auf die geladenen Partikel einwirkt.

[0008] Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens umfasst im wesentlichen ein geerdetes zylindrisches Rohr mit mindestens einer auf Negativ-Potential liegenden sich in Rohrlängsrichtung erstreckenden ersten Elektrode und mindestens eine auf Positiv-Potential liegenden zweiten Elektrode, die in Strömungsrichtung der Partikel gesehen stromab des genannten Rohres angeordnet ist.

[0009] Der untere Teil des besagten Rohres ist vorteilhaft als Sieb ausgebildet oder weist einen siebartigen Ansatz auf, wobei dieses Sieb im Wirkungsbereich des elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist.

[0010] Das zylindrische Rohr besteht aus einem für optimale Reibungsaufladung geeignetem Material, oder ist innen mit einem solchen beschichtet oder bedampft. Stattdessen kann auch ein Einsatz, z.B. in Gestalt einer Spirale aus einem derartigen Material oder ein mit einem solchen Material beschichteter Einsatz verwendet werden, der an der Innenwandung des Rohres anliegt oder von ihr distanziert ist. Letzteres vermindert den Abrieb und erhöht die Wartungsfreundlichkeit des Systems.

[0011] Als Material kommen hierbei besondere Legierungen von Metallen mit seltenen Erden (La, Ce, Ce-Eisen) oder mit seltenen Erden beschichtete oder bedampfte Metallteile in Betracht. Die niedrige Austrittsarbeit der seltenen Erden gewährleistet dabei eine hohe negative Aufladung der Partikel.

[0012] Die Erfindung sowie weitere mit ihr erzielbare Vorteile werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0013] In der Zeichnung ist in schematisierter Form eine Einrichtung zur elektrostatischen Separation von Partikeln dargestellt. Dabei zeigt

Fig.1

einen vereinfachten Längsschnitt durch einen feldunterstützten Reibungsauflader;

Fig.2

ein Detail aus dem Wandbereich des Rohres aus Fig.1 mit einem auf der Innenwand aufliegenden spiraligen Einsatz;

Fig.3

ein Detail aus dem Wandbereich des Rohres aus Fig.1 mit einem von der Innenwand distanzierten spiraligen Einsatz.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0014] Gemäss Fig.1 ist in einem auf Erdpotential liegenden ersten Rohr 1 eine in Rohrlängsrichtung verlaufende erste Elektrode 2 angeordnet, die gegenüber Erdpotential Negativ-Potential aufweist. Am unteren Ende des Rohres 1 schliesst sich ein siebartiger Ansatz 3 an, der ein trichterförmiges Ende 4 mit einer Austrittsöffnung 5 aufweist. Die erste Elektrode 2 ragt bis in das trichterförmige Ende 4 des Ansatzes 3 hinein. Dieser Ansatz 3 besteht normalerweise aus Metall und liegt auf Massepotential. Er kann aber auch aus einem dielektrischen Material bestehen. Damit sich keine zu grossen Oberflächenaufladungen bilden und das Feld zu stark verzerrt würde, müssten Teilbereiche des siebartigen Ansatzes 3 jedoch metallisiert sein, z.B. streifenförmig von oben nach unten.

[0015] Eine zweites Rohr 6 umgibt unter Belassung eines Ringspaltes 7 koaxial den siebförmigen Ansatz 3 und dient als zweite, auf Positiv-Potential liegende zweite Elektrode. Durch diesen Ringspalt 7 ist ein durch Pfeile symbolisierter Gasstrom 8 in den Ringraum 7 einleitbar.

[0016] Unter der Austrittsöffnung 5 ist ein Auffangtrichter 9 vorgesehen. Am unteren Ende des zweiten Rohres 6 und innerhalb desselben ist eine rotationssymmetrische Leiteinrichtung 10 angeordnet.

[0017] Das erste Rohr 1 besteht aus einem für optimale Reibungsaufladung geeigneten Material. In Frage kommen dabei besonders Legierungen von Metallen mit seltenen Erden, wie Lanthan, Cer, Cer-Eisen, oder mit seltenen Erden beschichtete oder bedampfte Metallteile. Besonders vorteilhaft ist es, in das Rohr 1 einen Einsatz 11 aus einem derartigen Material einzusetzen. Im Beispielsfall besteht der Einsatz 11 aus einem spiralig gewundenen Metallband, das überall an der Innenwand des Rohres 1 anliegt und auswechselbar ist. Anstelle eines an der Innenwand des Rohres 1 anliegenden und diese vollständig bedeckenden Einsatzes mit glatter Oberfläche kann gemäss Fig.2 auch ein spiraliger Einsatz 11a mit voneinander distanzierten Windungen und damit vergösserter Oberfläche aus dem genannten speziellen Material verwendet werden. Eine andere Möglichkeit besteht gemäss Fig.3 darin, in das Innere des Rohres 1 einen Einsatz 11b einzubringen, der von der Innenwand distanziert und elektrisch sowohl vom Rohr 1 als auch von der Innenelektrode 2 isoliert ist. Dieser Einsatz besteht im Beispielsfall aus einer aus Runddraht hergestellten Spirale als dem genannten speziellen Material, wobei sich die einzelnen Windungen nicht berühren. Der Innendurchmesser des Einsatzes 11b und sein Abstand von der Wand des Rohres 1 hängt von der Grösse des elektrischen Feldes ab und muss aber so gewählt sein, dass keine zusätzlichen Ueberschläge entstehen. Durch Verwendung eines Einsatzes wird generell der Abrieb des speziellen Materials verringert und die Wartungsfreundlichkeit der Anlage erhöht. Bei einem spiraligen Einsatz mit distanzierten Windungen - sei es ein auf der Wand aufliegender oder von ihr distanzierter wird darüber hinaus noch die für die Reibungsaufladung wirksame Oberfläche vergrössert.

[0018] Die Wirkungsweise des im vorstehenden beschriebenen Einrichtung geht aus folgendem hervor:
Das die zu trennenden Partikel enthaltende Gemenge wird am oberen Ende des Rohres 1 in Pfeilrichtung zugeführt. Die Partikel werden durch Kontakt mit den Rohrwänden negativ aufgeladen. Die niedrige Austrittsarbeit der seltenen Erden gewährleistet eine hohe negative Aufladung der Partikel. Das Feld dient zum beschleunigten Austrag am Ende des Triboaufladers (Rohr 1). Durch einmaligen Stoss mit der Wand aufgeladene Partikel werden zusätzlich vom elektrischen Feld verstärkt zur Wand getrieben und unterlaufen durch Mehrfachstösse, was speziell im Fall von isolierenden Teilchen zu höherer Aufladung führt. Die dabei angewandten Feldstärken sollen so hoch wie möglich sein und liegen im Bereich von einigen kV/cm bis einige 10 kV/cm. Die so aufgeladenen Teilchen werden im siebförmigen Ansatz unter Einfluss des zwischen der Innenelektroden 1 und Aussenelektrode 6 wirkenden Feldes zur (positiven) Aussenelektrode 6 abgelenkt und durch die Maschen 12 des siebartigen Ansatzes 3 befördert. Vor dem Erreichen der positiven Elektrode (Rohr 6) werden die Teilchen durch den äusseren Gasstrom 8 mit geeigneter Strömungsgeschwindigkeit mitgerissen und ausgetragen. Negativ geladene Teilchen, welche die positive Elektrode erreichen, verlieren ihre Ladung, können durch geeignete Vorrichtungen, z.B. Klopfvorrichtungen, Bürsten o.ä., von der Elektrode entfernt und dem Auflader erneut zugeführt werden. Gleiches gilt für Partikel, die im Auflader keine ausreichende Aufladung erhalten haben. Diese gelangen durch den unteren Teil des trichterförmigen Endes 4 in den Auffangtrichter 9 und werden ebenfalls zurückgeführt.

[0019] Die vorliegende Erfindung wurde anhand einer koaxialen Anordnung von Innenrohr 1, Innenelektrode 2 und Aussenelektrode (zweites Rohr 6) erläutert. Daneben sind auch Plattenanordnungen denkbar. Die koaxiale Anordnung hat jedoch den Vorteil, ein besonders homogenes Feld (ohne Randverluste) aufzuweisen.

Ansprüche

1. Verfahren zur elektrostatischen Aufladung von Partikeln durch Hindurchleiten eines Partikelstroms durch einen Reibungsauflader, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladung der Partikel im Reibungsauflader durch ein elektrisches Feld unterstützt wird und die aufgeladenen Partikel nach Verlassen des Reibungsaufladers (1) durch Einwirken eines elektrischen Feldes umgekehrter Polarität von noch ungeladenen separiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Zusatzluftstrom (8), der ausserhalb des Reibungsaufladers (1) geführt wird und erst nach der Reibungsaufladung auf die geladenen Partikel einwirkt, die Partikel ausgetragen werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch im wesentlichen ein geerdetes zylindrisches Rohr (1) mit mindestens einer auf Negativ-Potential liegenden sich in Rohrlängsrichtung erstreckenden ersten Elektrode (2) und mindestens eine auf Positiv-Potential liegenden zweiten Elektrode (6), die in Strömungsrichtung der Partikel gesehen stromab des genannten Rohres (1) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil des besagten Rohres als Sieb ausgebildet ist oder einen siebartigen Ansatz (3) aufweist, welche als Trennzone wirken, wobei diese Trennzone im Wirkungsbereich des elektrischen Feldes zwischen der ersten (2) und zweiten Elektrode (6) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Rohr (1) aus einem Material mit geringer Austrittsarbeit, vorzugsweise seltenen Erden besteht, oder innen mit einem solchen beschichtet oder bedampft ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im zylindrischen Rohr (1) ein Einsatz (11;11a), vorzugsweise in Gestalt einer Spirale, aus einem Material mit geringer Austrittsarbeit, vorzugsweise seltenen Erden besteht, oder mit einem solchen beschichtet oder bedampft ist, welcher Einsatz (11) an der Innenwandung des Rohres (1) anliegt.

7. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im zylindrischen Rohr (1) ein Einsatz (11b), vorzugsweise in Gestalt einer Spirale, aus einem Material mit geringer Austrittsarbeit, vorzugsweise seltenen Erden besteht, oder mit einem solchen beschichtet oder bedampft ist, welcher Einsatz (11b) von der Innenwandung des Rohres (1) distanziert ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Material Lanthan, Cer oder Cer-Eisen oder eine diese Substanzen enthaltende Legierung ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (2) im mittigen Bereich des genannten Rohres (1) angeordnet ist, und dass die zweite Elektrode (6) gleichfalls rohrförmig mit einem Durchmesser grösser als derjenige des ersten Rohres (1) ausgebildet ist und sich unmittelbar an das stromabwärtsseitige Ende des ersten Rohres (1) anschliesst.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ringraum (7) zwischen den beiden Rohren (1,6) eine Hilfsströmung (8) in Strömungsrichtung der Partikel einleitbar ist.

Zeichnung