Die Erfindung betrifft einen Elektrostatischen Staubabscheider für horizontalen Gasdurchgang, mit einem zu einer zentralen Gehäuseachse im wesentlichen rotationssymmetrischen Gehäuse.

Solche Elektrofilter sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen üblicherweise vertikale plattenförmige Niederschlagselektroden auf, die in äquidistanten Abständen parallel zur Hauptachse des Gehäuses angeordnet sind. Die Niederschlagselektroden sind dabei in äquidistanten Abständen parallel zur Hauptachse des Gehäuses angeordnet, die sich entsprechend der jeweiligen Kreissehnenlänge im wesentlichen über die gesamte verfügbare Höhe erstreckt. Zwischen den Niederschlagselektroden sind in Rahmen gespannte Sprühelektroden vorgesehen. Zusätzlich kann, um abgeschiedenen Staub von der Gehäuseinnenwand zu entfernen, Kratzeinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise um die Gehäuseachse über den unteren, mit Staubaustragsöffnungen versehenen Bereich der Gehäusewandung, schwenkbare Kratzeinrichtungen.

Ein derartiger Staubabscheider ist aus der EP 0 252 371 A1 bekannt. Dieser Staubabscheider weist einen Eingangs- und Ausgangsstutzen auf, die jeweils von 3 unterschiedlichen konischen Abschnitten gebildet werden, wobei die konischen Abschnitte in bestimmten Größen- und Höhenverhältnissen zum Gehäusedurchmesser des Staubabscheiders stehen. In dem mittleren konischen Abschnitt sind drei Gasverteilungslochbleche angeordnet.

Staubabscheider dieser Bauart werden zur trockenen Entstaubung industrieller Nutz- und Abgase eingesetzt, insbesondere wenn es sich um dauernd oder zeitweise explosive Gasgemische handelt. So werden beispielsweise Gichtgase aus Hochöfen, die mit einem Überdruck von 1,5 bis 2,5 bar arbeiten, auf diese Weise entstaubt, um sie ohne Erosionsgefahr zur Energierückgewinnung in Turbinen auf 40 bis 80 mbar entspannen zu können, wobei zuvor der Staubgehalt auf 5 bis 20 mg/m³ reduziert werden muss. Im Hinblick auf ein möglichst hohes ausnutzbares Druckgefälle, kommen hierfür nur Elektrofilter mit einem Druckverlust von 1 bis 2 mbar in Betracht, denn in der Abscheideleistung gleichwertige Hochleistungswäscher weisen einen Druckverlust von 200 bis 400 mbar auf.

Ein weiteres Anwendungsgebiet für derartige Staubabscheider sind Kohlemahlanlagen, deren Abgase wegen des Kohlestaubgehalts in bestimmten Grenzen explosiv sind. Unkontrollierte Änderungen der Gaszusammensetzung durch Aufwirbelung von Kohlestaubablagerungen oder durch Einbruch von Falschluft, müssen hier auf jeden Fall vermieden werden.

Besonders kritisch ist auch die Entstaubung von Abgasen aus Stahlkonvertern, weil der Staubabscheider wegen der diskontinuierlichen Betriebsweise abwechselnd von brennbaren Gasen und von lediglich nur leicht mit Staub und Gasen vermischter Umgebungsluft durchströmt wird. Die brennbaren Gase werden nach der Entstaubung in Behältern gesammelt oder in Gasversorgungssysteme eingespeist, während die intermittierend ausserhalb der eigentlichen Blasphasen des Konverters anfallenden Gase nach der Entstaubung über einen Kamin in die Atmosphäre abgegeben werden. Dazu dient eine Umschaltvorrichtung stromab vom Staubabscheider, die zeitlich bzw. in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung gesteuert wird. Von dieser Umschalteinrichtung, vom Konverter und auch durch Verpuffungen stromauf vom Staubabscheider, können Druckstösse im Gasstrom initiert werden, durch die Staubansammlungen im Staubabscheider oder im stromauf gelegenen Kanalsystem abgelöst und in dem Gasstrom verwirbelt werden können. Solche "Staubstösse" beeinträchtigen einerseits die Abscheideleistung des Staubabscheiders und sind andererseits mit einer erhöhten Verpuffungsgefahr verbunden.

Aufgrund der heutigen immer strengeren Umweltgesetzgebung ist es allerdings nicht mehr ausreichend, Staubabscheider einzusetzen, bei denen lediglich die Gefahr von Staubstößen und Verpuffungen minimiert ist. Mit einschlägigen, aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der EP 0 252 371 A1 bekannten Elektrofiltern ist es kaum mehr möglich, die heutigen gesetzlichen Auflagen bezüglich des Staubgehaltes des Reingases zu erfüllen. Ein weiterer Nachteil des aus der EP 0 252 371 A1 bekannten Elektrofilters besteht darin, dass die drei konischen Abschnitte des Ein- und Ausgangsstzutzens technisch schwierig und aufwändig zu realisieren sind.

Es ist daher die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, einen elektrostatischen Staubabscheider vorzuschlagen, welcher eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Abscheideeffizienz aufweist und kostengünstiger herzustellen ist, wobei aber die aus dem Stand der Technik bekannte geringe Neigung zu Verpuffungen aufrechterhalten bleiben soll.

Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß durch die Kombination der folgenden Merkmale gelöst: dass der elektrostatische Staubabscheider mit einem sich in einem einzigen konischen Abschnitt bis auf 80 bis 95% des Gehäusedurchmessers erweiternden Eingangsstutzen versehen ist, wobei die verbleibende Erweiterung von 5 bis 20% des Gehäusedurchmessers in Form einer Stufe ausgeführt ist, welche im wesentlichen senkrecht und radialsymmetrisch zur Gehäuseachse ausgeführt ist, mit zumindest zwei in dem konischen Abschnitt angeordneten Gasverteilungslochblechen, welche im wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse angeordnet sind.

Überraschenderweise gelingt es durch diese Merkmalskombination, dass der Elektrofilter auch weiterhin nicht zu Verpuffungen neigt, dass aber die Abscheideeffizienz gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Staubabscheider erhöht ist. Die Erhöhung der Abscheideeffizienz beruht dabei auf einem über den Querschnitt des Stuababscheiders weitgehend vergleichmäßigten Gasgeschwindigkeitsprofil, wodurch die Verweilzeitverteilung ebenfalls vergleichmäßigt ist. Während diese Faktoren den laufenden Betrieb des Elektrofilters beeinflussen, ist aufgrund des einfachen Aufbaus des erfindungsgemäßen Staubabscheiders mit nur einem einzigen Konus und einer Stufe eine einfachere und kostengünstigere Herstellung möglich. Es ist weiterhin auch möglich, bestehende Staubabscheider rasch und wenig kostenintensiv in erfindungsgemäße Staubabscheider umzurüsten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, welche zur weiteren Optimierung der Gasgeschwindigkeitsverteilung beiträgt, ist zwischen dem konischen Abschnitt und der stufenförmigen Erweiterung ein zylindrischer Abschnitt vorgesehen, wobei die Höhe (h₁) des zylindrischen Abschnittes 5 bis 15 %, bevorzugterweise etwa 10 % des Gehäusedurchmessers D beträgt.

Um eine optimale Gasverteilung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, dass die Höhe h₂ des konischen Abschnittes in einem bestimmten Größenverhältnis zum Gehäusedurchmesser steht. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Höhe h₂ des konischen Abschnittes von 20 bis 40 % des Gehäusedurchmessers erwiesen.

Es hat sich weiters als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest drei, bevorzugterweise genau drei Gasverteilungslochbleche in dem konischen Abschnitt des Eingangsstutzens vorgesehen sind, wobei die Gasdurchlässigkeit der Gasverteilungslochbleche in Gasströmungsrichtung von 51 - 47 % auf 48 - 44% und dann auf 45 - 41 % zu/ab-nimmt.

Zusätzlich gehorchen die Postionen x₁ bis x₃ der Gasverteilungslochbleche der nachstehenden Beziehung, wobei x₁ bis x₃ entlang der Gehäuseachse gemessen wird, und zwar von der Querschnittsebene des stufenförmigen Rücksprungs also vom Übergang Stufe/Konus bzw. Stufe/zylindrischer Abschnitt, entgegen der Gasströmungsrichtung: $${\mathrm{X}}_{\mathrm{1}\mathrm{,}\mathrm{2}\mathrm{,}\mathrm{3}}\mathrm{=}{\mathrm{\xi }}_{\mathrm{1}\mathrm{,}\mathrm{2}\mathrm{,}\mathrm{3}}\mathrm{\times }{\mathrm{h}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{h}}_{\mathrm{1}}$$ wobei $${\mathrm{\xi }}_{\mathrm{1}}\mathrm{=}\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{18}\mathrm{bis}\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{28}$$ $${\mathrm{\xi }}_2\mathrm{=}\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{45}\mathrm{bis}\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{60}$$ $${\mathrm{\xi }}_3\mathrm{=}\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{76}\mathrm{bis}\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{92}$$ bedeutet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform schließt gasausgangsseitig des Gehäuses eine stufenförmige Verjüngung auf 80 bis 95% des Gehäusedurchmessers an, welche Verjüngung im wesentlichen senkrecht und radialsymmetrisch zur Gehäuseachse ausgeführt ist.

Es ist weiters zweckmäßig, wenn an die stufenförmige Verjüngung ein sich in einem einzigen Abschnitt konisch verjüngender Abschnitt anschließt, mit zumindest einem in dem konischen Abschnitt angeordneten Gasverteilungslochblech, welche im wesentlichen senkrecht zur Gehäuseachse angeordnet sind und wobei die Höhe (h₄) des konischen Abschnitts 20 bis 40% des Gehäusedurchmessers D beträgt.

Konischer Abschnitt und stufenförmige Verjüngung bilden dabei zusammen einen Ausgangsstutzen des erfindungsgemäßen Staubabscheiders.

Vorteilhaft ist dabei zwischen stufenförmiger Verjüngung und Ausgangsstutzen ein zylindrischer Abschnitt angeordnet ist, wobei die Höhe (h₃) des zylindrischen Abschnittes 5 bis 15 % des Gehäusedurchmessers D beträgt.

Bevorzugterweise sind drei Gasverteilungslochbleche im konischen Abschnitt des Ausgangsstutzens vorgesehen, wobei die Gasdurchlässigkeit der Gasverteilungslochbleche in Gasströmungsrichtung von 41 - 45 % auf 44 - 48 % und dann auf 47 51 % zu/ab-nimmt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Staubabscheiders sind Eingangs- und Ausgangsstutzen gleich, aber spiegelverkehrt symmetrisch ausgeführt.

Besonders bevorzugt sind dabei für Ein- und Ausgangsstutzen jeweils der zwischen konischem Abschnitt und sprungförmiger Erweiterung angeordnete zylindrische Abschnitt und jeweils drei iim jeweiligen konischen Teil angeordnete Gasverteilungslochbleche.

Die Tatsache an sich, Ein- und Ausgangsstutzen gleichartig und spiegelverkehrt auszuführen ist zwar aus dem Stand der Technik bekannt, nicht aber die erfindungsgemäße Kombination von Konus, sprungförmiger Erweiterung und Gasverteilungslochblechen.

Während bisher die Abscheideleistung eines Elektrofilters auf der letzten Wegstrecke vor dem Ausgangsstutzen stark abnimmt, gelingt durch die erfindungsgemäße Ausführung des Ausgangsstutzens auch in diesem Bereich eine über den Querschnitt vergleichmäßigte Gasgeschwindigkeitsverteilung und damit eine über die gesamte Länge des Staubabscheiders konstante Abscheideleistung.

Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Staubabscheider anhand der in den Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

• Fig. 1: Eingangsstutzen mit Gasverteilungslochblechen
• Fig. 2: erfindungsgemäßer Staubabscheider

In Fig. 1 ist schematisch ein Eingangsstutzen 1 für einen erfindungsgemäßen Staubabscheider mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 2 und einer zentralen Gehäuseachse 3 dargestellt. Der Eingangsstutzen 1 erweitert sich in einem einzigen konischen Abschnitt 10 auf etwa 90% des Durchmessers D des Gehäuses 2 des Staubabscheiders und die Höhe h₂ des konischen Abschnittes 10 beträgt etwa 35 % des Gehäusedurchmessers D. An den konischen Abschnitt 10 schließt ein zylindrischer Abschnitt 4 an, dessen Höhe h₁ etwa 5 % des Gehäusedurchmessers D beträgt. Die restlichen 10 % der Durchmessererweiterung auf den Gehäusedurchmesser D sind in Form eines stufenförmigen, radialsymmetrischen Rücksprungs 5 ausgebildet. In dem konischen Abschnitt 10 sind Gasverteilungslochbleche 6,6',6" in den Abständen x₁ bis x₃ angeordnet, wobei die Abstände x₁ bis x₃ von der Ebene des stufenförmigen Rücksprungs 5 gemessen werden. Mit dem Pfeil 7 ist die Gasströmungsrichtung angedeutet.

In Fig 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Staubabscheider 8 mit einem Eingangsstutzen 1, einem Gehäuse 2 und einem Ausgangsstutzen 9 dargestellt, wobei der Pfeil 7 wiederum die Gasströmungsrichtung verdeutlicht.

Die in dem Gehäuse 2 vorhandenen Einbauten, wie Niederschlags- und Sprühelektroden, Kratzeinrichtungen, etc., sind - weil erfindungsunwesentlich - zeichnerisch nicht dargestellt.

Der Eingangsstutzen 1 und der Ausgangsstutzen 9 sind in Fig. 2 identisch aufgebaut, so dass h₁ = h₃ und h₂ = h₄. Weiters sind auch die jeweiligen Abmessungen x₁ bis x₃ des Ein- und Ausgangsstutzens gleich groß.