Elektrofilter für Abgassysteme

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Trocken-Elektrofilter für Abgassysteme, bei dem zu reinigendes Abgas aus einem Anströmkanal über einen Diffusor in einen Innenraum eines Filtergehäuses einströmt, wobei im Innenraum Niederschlagselektroden und Sprühelektroden zum Abscheiden von Staubpartikeln aus dem Abgasstrom in vorgegebener Verteilung eingebaut und ein Staubsammler mit mehreren, vorzugsweise trichterförmigen Bunkern in einer Bodenseite des Gehäuses angeordnet ist.

[0002] In derartigen Elektrofilteranordnungen kommt dem Diffusor die Aufgabe zu, die aus dem Anströmkanal zugeführte Abgasmenge auf die vergrößerte Eintrittsfläche des Filtergehäuse-Innenraums zu verteilen. Ziel ist es, definierte Geschwindigkeits- und Aschepartikelverteilungen des Abgases im Innenraum des Filters zu erreichen, und solche Strömungsanteile zu minimieren, die seitlich, ober- oder unterhalb die Niederschlagselektroden umgehen (Bypaßströmungen). Dieses Ziel soll bei möglichst geringem Druckverlust und bei möglichst geringem Bauvolumen der notwendigen Umbaumaßnahmen erreicht werden. Bisher wurden geeignete Leitbleche im Diffusor oder im Filtergehäuse unmittelbar hinter dem Diffusor eingebaut, sowie senkrechte Trennwände in den einzelnen Bunkern zur Vermeidung von Bypaßströmungen. Diese Maßnahmen führten aber nicht zu dem gewünschten Ergebnis, da der Diffusor den Abgasstrom auf den Eintrittsquerschnitt des Filtergehäuses aufweitet, wobei es vor allem an der Gehäuseunterseite durch die Konstruktion der Bunker zu erheblichen Abweichungen von dem gewünschten Geschwindigkeitsprofil und der gewünschten Aschepartikelverteilung kommt.

[0003] Elektrofilteranordnungen sind beispielsweise aus der DE 1 557 008 A1, der US 4,026,683 A, der US 2,634,818 oder der GB 1 322 684 bekannt. Diese weisen unterhalb der im wesentlichen waagerecht durchströmten Elektrofilteranordnung Aschesammelbunker auf. Um ein Durchströmen der oberen Abschnitte der Sammelbunker zu vermeiden, sind senkrechte Schikanenbleche in dem Bunker angeordnet, die ein horizontales Durchströmen verhindern, aber ein vertikales Hinabfallen der Asche ermöglichen.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Strömungsprofile im Filtergehäuse und damit den Wirkungsgrad der Staubpartikel-Abscheidung zu verbessern.

[0005] Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der anhand von Versuchsreihen und Simulationsrechnungen gewonnenen Erkenntnis aus, daß die durch die trichterförmigen Bunker hervorgerufenen Störungen im Strömungsprofil durch besondere Mittel im Bereich der dem Diffusor unmittelbar benachbarten ersten Bunkerreihe verbessert werden können.

[0006] Ausgehend von einem Elektrofilter der eingangs angegebenen Art, sieht die Erfindung zur Lösung der Erfindungsaufgabe vor, daß wenigstens eine zur Abgas-Einströmrichtung quer verlaufende Lamelle in einen dem Diffusor benachbarten Bunker schräg zur Vertikalrichtung derart eingebaut ist, daß sie den auftreffenden Abgasstrom weitgehend gleichmäßig am Bunker vorbeiführt und etwa in eine Längsrichtung des Filters (Soll-Strömungsrichtung) lenkt. Dadurch werden sowohl eine Umgehung der Niederschlagselektroden als auch eine Vertikalkomponente der Abgasströmung zwischen den Niederschlagselektroden minimiert.

[0007] Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind vor allem auf die Diffusor-benachbarten Bunkerzellen gerichtet. Diese waren bisher für die stärksten Abweichungen vom angestrebten Strömungsprofil des Abgasstromes ursächlich. Der bekannte Einbau einer vertikalen und zentralen Trennwand hilft wenig; denn eine vertikale Trennwand bewirkt unvermeidlich eine starke Umlenkung des Abgasstromes in Vertikalrichtung, was wiederum zu einer Behinderung der von den Niederschlagselektroden abgeklopften, nach unten fallenden agglomerierten Partikel führt. Bei der Erfindung wird die querverlaufende Lamelle derart eingebaut, daß der auftreffende Abgasstrom überwiegend in die Längsrichtung des Gehäuseinnenraumes umgelenkt wird.

[0008] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung taucht eine Gruppe von in gegenseitigem Abstand angeordneten Lamellen in jede der dem Diffusor benachbarten Bunkerzellen ein. Dies verbessert weiter die großflächige Umlenkung des in die Bunkerzelle gerichtete Abgasstroms in Gehäuse-Längsrichtung und schafft die Voraussetzung dafür, das Strömungsprofil im Elektrofilter zu optimieren und damit den Abscheidewirkungsgrad zu erhöhen.

[0009] In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung hat jede Lamelle eine Oberkante, die in Höhe oder oberhalb einer Bunker-Eintrittsebene verläuft. Dadurch wird die Beipaßströmung in das benachbarte Niederschlagselektrodenfeld noch weiter verringert. Die Höhe über der Bunkeroberkante ist durch die Hochspannung führenden Komponenten begrenzt.

[0010] Eine besonders einfache Bauform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen einer Gruppe in etwa parallelen Ebenen angeordnet sind. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Lamellen einer Gruppe in gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet sind.

[0011] Die Höhenabmessungen und damit die Eintauchtiefen der Lamellen in den Bunker orientieren sich an den Abständen der Bleche zueinander und beträgt vorzugsweise etwa das Doppelte des Lamellenabstandes. Die Höhenabmessung der Lamellen ist vorzugsweise so kurz, daß ein Abfließen des Staubes aus dem Bunker nicht behindert wird.

[0012] Die Eintauchtiefen der Lamellen in den Bunker betragen vorzugsweise 1/4 bis 1/3 der Bunkerwandtiefen.

[0013] Andere Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0014] Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Schemadarstellung eines Elektrofilters, wobei Deckwände und die der Blickrichtung zugewandten Seitenwände fortgelassen und eine Seitenwand einer der Blickrichtung zugewandten eintrittsseitigen Bunkerzelle teilweise weggebrochen sind.

Figur 2 eine schematische vertikale Schnittansicht durch eine trichterförmige Bunkerzelle mit einer eingebauten Lamellengruppe und einer schematischen Darstellung der an der Lamellengruppe umgelenkten Abgasströme;

Figuren 3a, 3b und 3c schematische Schnittansichten verschiedener alternativer Ausführungen von schräg in eine Bunkerzelle eingebauten Lamellen und

Figur 4 eine Teildarstellung einer plattenförmigen Lamelle mit einer gezahnten Abwurfkante.

Die perspektivische Schemadarstellung eines Elektrofilters gemäß Figur 1 ist beispielhaft für einen Filtertyp der hinsichtlich der Länge, der Anzahl der Niederschlagselektrodenfelder, der Form der An- und Abströmkanäle, der Anordnung und Ausführung von Leitblechen und Gasverteilungswänden und weiteren konstruktiven Merkmalen variieren kann.

[0015] Das in Figur 1 dargestellte Elektrofilter hat ein Filtergehäuse 1, wenigstens einen anströmseitigen Diffusor 2 und wenigstens eine Abströmhaube 3. Zum Abscheiden der Staubpartikel sind plattenförmige Niederschlagselektroden 5 in parallelen Ebenen angeordnet, welche der Hauptströmungsrichtung des vom Diffusor 2 zur Abströmhaube 3 strömenden Gases entsprechen. Die Bodenseite des Filtergehäuses 1 wird durch eine Matrix von in Zeilen und Spalten angeordneten trichterförmigen Bunkern 4, 4a...4d gebildet. Die Bunker dienen dem Abführen der im Elektrofilter abgeschiedenen Staubpartikel. Die Sprühelektroden sind den Niederschlagselektroden 5 zugeordnet, in der Zeichnung gemäß Figur 1 aber nicht dargestellt.

[0016] In verschiedenen Bunkern sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vertikale Trennwände 16 eingebaut, die der Verminderung von Bypaßströmungen unterhalb der Niederschlagselektroden 5 dienen und damit das Strömungsprofil und den Abscheidewirkungsgrad des Elektrofilters zusätzlich verbessern.

[0017] In den Bunkern 4 der dem Diffusor 2 benachbarten Bunkerreihe sind mehrere im wesentlichen parallel verlaufende Lamellen 6 quer zur Strömungsrichtung angeordnet. Bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen verlaufen die Lamellen 6 im wesentlichen parallel zur abströmseitigen Bunkerwand 8, d.h. in dem dargestellten Ausführungsbeispiel unter einem Winkel von ca. 30° zur Vertikalebene. Andere Lamellen-Neigungswinkel können in Anpassung an die Profile des auftreffenden Abgasstromes unter Berücksichtigung der Vermeidung von Staubablagerungen auf den Lamellen zweckmäßig sein.

[0018] Die Anordnung einer Lamellengruppe in einem dem Diffusor 2 nächst gelegenen Bunker 4 ist schematisch in Figur 2 dargestellt.

[0019] Alle in Figur 2 dargestellten Lamellen 6 verlaufen in parallelen Ebenen. Jede der Lamellen 6 springt mit einem oberen Abschnitt über das Niveau der Bunkerebene 9 vor. Die Eintauchtiefe der Lamellen in den Bunker 4 ist so gewählt, daß die untere Abwurfkante 7 jeder Lamelle mit Abstand sowohl zu einer Bunkerwand als auch zu jeder benachbarten Lamelle angeordnet ist. Zur benachbarten vorderen Bunkerwand bzw. zum Bunkerboden bleibt also immer eine ausreichend große spaltförmige Öffnung zum ungehinderten Abführen der abgeschiedenen und auf einer Lamelle 6 abrutschenden Staubpartikel. Der Anstellwinkel jeder Lamelle ist ausreichend steil gewählt, damit die Lamelle 6 ähnlich der Bunkerwand 8 als Schütte für die Staubpartikel wirken kann. Trotz des Einbaus der Lamellengruppe 6 bleibt die Sammelfunktion der Bunkerzelle 4 praktisch die gleiche wie diejenige einer Bunkerzelle 4a ohne Einbauten.

[0020] In Figur 2 ist schematisch ein Vertikalschnitt durch einen trichterförmigen Bunker 4 mit einem Strömungsfadenfächer 10 dargestellt, der die vorteilhafte Wirkung der Lamellengruppe 6 auf das Strömungsprofil im Bereich der ersten Bunkerreihe veranschaulicht. Die aus dem Diffusor 2 austretende, in den unteren Bereich des Filtergehäuses gerichtete Abgasströmung wird durch die schrägen Lamellen etwa in Längsrichtung des Filtergehäuses umgelenkt. Aufgrund dieser Umlenkung werden die quergerichteten Strömungsanteile besser auf den Innenraum verteilt und die beim Abgaseintritt in den Innenraum auftretenden Geschwindigkeitsdifferenzen verringert. Der weitaus größte Teil der Strömung bewegt sich jetzt in dem Wirkungsbereich der Niederschlagselektroden 5, so daß der Wirkungsgrad des Elektrofilters verbessert wird.

[0021] Die Einbauparameter der Lamellengruppe 6 können in Abstimmung auf das jeweilige Strömungsprofil in der Ausgangsebene des Diffusors 2 vielfach variiert werden. So können die Zahl der in einen trichterförmigen Bunker 4 eintauchenden Lamellen 6, deren gegenseitiger Abstand und/oder deren Abmessungen oberhalb und unterhalb der Bunkerebene 9 geändert werden. Vorzugsweise ist vor allem der eintrittsseitige Bereich der dem Diffusor 2 benachbarten Bunker 4 mit Lamellen 6 besetzt, welche die Abgasströmung in die Längsrichtung des Innenraums des Elektrofilters umlenken. Die einzelnen Lamellen 6 können auch, wie in Figur 2 dargestellt, teilweise unterschiedliche Abstände zueinander haben.

[0022] Die Ausbildung der Lamellen 6 als ebene Bleche erweist sich herstellungstechnisch als besonders einfach. Möglich und bei bestimmten Strömungsprofilen unter Umständen zweckmäßig ist aber auch ein geschwungener oder abgewinkelter Verlauf der einzelnen Lamellen. Für ein besseres Abgleiten des Staubes auf den Blechen kann an der Unterseite auch eine kammförmige Form gewählt werden. Beispiele sind in den Figuren 3a, 3b und 3c mit 6a, 6b und 6c schematisch dargestellt.

[0023] In Figur 4 ist eine plattenförmige Lamelle 6 schematisch dargestellt, deren Abwurfkante 7a gezahnt ist. Die Zahnung der Abwurfkante erleichtert in vielen Fällen das Abgleiten und Abwerfen der Staubpartikel in den Bunker 4.

Ansprüche

1. Elektrofilter für Abgassysteme, bei dem zu reinigendes Abgas aus einem Anströmkanal über einen Diffusor (2) in einen Innenraum eines Filtergehäuses (1) einströmt, wobei im Innenraum Niederschlagselektroden (5) und Sprühelektroden zum Abscheiden von Staubpartikeln aus dem Abgasstrom in vorgegebener Verteilung eingebaut und ein Staubsammler mit mehreren vorzugsweise trichterförmigen Bunkern (4, 4a...4d) in einer Bodenseite des Gehäuses angeordnet ist, wobei wenigstens eine Lamelle (6) in einen dem Diffusor (2) benachbarten Bunker (4) quer zur Abgas-Einströmrichtung angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wenigstens eine Lamelle (6) derart schräg zur Vertikalrichtung im Bunker (4) eingebaut ist, daß sie den auftreffenden Abgasstrom weitgehend gleichmäßig am Bunker (4) vorbeiführt und im wesentlichen in eine Längsrichtung des Filters, das heißt, Soll-Strömungsrichtung, lenkt.

2. Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Lamelle (6) eine untere Abwurfkante (7) hat, an der eine Durchtrittsöffnung für abgeschiedene Staubpartikel gebildet ist.

3. Elektrofilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gruppe von in gegenseitigem Abstand angeordneten Lamellen (6) in jeden der dem Diffusor (2) benachbarten Bunker (4) eintaucht.

4. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lamelle (6) eine Oberkante hat, die in gleicher oder größerer Höhe als eine Bunker-Eintrittsebene (9) angeordnet ist.

5. Elektrofilter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (6) einer Gruppe in parallelen Ebenen angeordnet sind.

6. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (6) einer Gruppe in gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet sind.

7. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefen der Lamellen (6) in den Bunker 1/4 bis 1/3 der Bunkerwandtiefe betragen.

8. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (6) durch ebene Bleche gebildet sind.

9. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenabmessung der Lamellen (6) mindestens doppelt so groß ist wie der Abstand zwischen benachbarten Lamellen.

10. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (6a, 6b, 6c) gewölbte und/oder abgewinkelte Profile haben.

11. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mehrere baugleiche Bunker (4) in einer Reihe nebeneinander dem Diffusor (2) benachbart angeordnet sind und jeder Bunker der Reihe mit einer Lamellengruppe (6) gleicher Ausbildung und Anordnung versehen ist.

12. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (6) wenigstens teilweise mit gezahnten Abwurfkanten (7a) versehen sind.

Claims

1. Electric filter for exhaust gas systems, in which exhaust gas to be cleaned flows from an inflow channel by way of a diffuser (2) into an interior space of a filter housing (1), wherein passive electrodes (5) and spray electrodes for separation of dust particles from the exhaust gas flow in predetermined distribution are installed in the interior space and a dust collector with several, preferably funnel-shaped, bunkers (4, 4a ... 4d) is arranged in a base side of the housing, wherein at least one slat (6) is arranged in a bunker (4), which is adjacent to the diffuser (2), transversely to the exhaust gas inflow direction, characterised in that the at least one slat (6) is installed in the bunker (4) at such an angle to the vertical direction that it conducts the incident exhaust gas flow largely uniformly past the bunker (4) and deflects it substantially into a longitudinal direction of the filter, i.e. target flow direction.

2. Electric filter according to claim 1, characterised in that the at least one slat (6) has a lower discharge edge (7) at which a passage opening for separated dust particles is formed.

3. Electric filter according to claim 1 or 2, characterised in that a group of slats (6) arranged at a mutual spacing enter into each of the bunkers (4) adjacent to the diffuser (2).

4. Electric filter according to any one of claims 1 to 3, characterised in that each slat (6) has an upper edge which is arranged at the same height or greater height than a bunker entry plane (9).

5. Electric filter according to claim 3 or 4, characterised in that the slats (6) of a group are arranged in parallel planes.

6. Electric filter according to any one of claims 3 to 5, characterised in that the slats (6) of a group are arranged at the same mutual spacings.

7. Electric filter according any one of claims 1 to 6, characterised in that the entry depth of the slats (6) into the bunkers is 1/4 to 1/3 of the bunker wall depth.

8. Electric filter according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the slats (6) are formed by flat plates.

9. Electric filter according to any one of claims 1 to 8, characterised in that the height dimension of the slats (6) is at least twice as large as the spacing between adjacent slats.

10. Electric filter according to any one of claim 1 to 7, characterised in that the slats (6a, 6b, 6c) have curved and/or angled profiles.

11. Electric filter according to any one of claims 1 to 10, wherein several constructionally identical bunkers (4) are arranged in a row beside one another adjacent to the diffuser (2) and each bunker of the row is provided with a slat group (6) of the same construction and arrangement.

12. Electric filter according to any one of claims 1 to 11, characterised in that the slats (6) are provided at least partly with toothed discharge edges (7a).

Revendications

1. Electrofiltre pour des systèmes de gaz d'échappement, dans lequel les gaz d'échappement à épurer affluent d'un canal d'afflux par un diffuseur (2) dans un espace intérieur d'un boîtier de filtration (1), où sont montés dans l'espace intérieur des électrodes de dépôt (5) et des électrodes d'émission pour la séparation de particules de poussières du flux des gaz d'échappement selon une répartition prédéfinie, et un collecteur de poussière avec plusieurs réservoirs, de préférence en forme de trémie (4, 4a...4d), est disposé dans un côté de fond du boîtier, où au moins une lamelle (6) est disposée dans un réservoir (4) avoisinant le diffuseur (2) transversalement à la direction d'afflux des gaz d'échappement,
caractérisé en ce qu'au moins une lamelle précitée (6) est montée d'une manière oblique à la direction verticale dans le réservoir (4) de telle sorte qu'elle fait passer le flux de gaz d'échappement incident sensiblement régulièrement devant le réservoir (4) et le guide sensiblement dans une direction longitudinale du filtre, c'est-à-dire la direction d'écoulement de consigne.

2. Electrofiltre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une lamelle (6) possède une arête d'éjection inférieure (7) à laquelle est formée une ouverture traversante pour des particules de poussières séparées.

3. Electrofiltre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un groupe de lamelles (6) disposées à un écart mutuel plonge dans chacun des réservoirs (4) avoisinant le diffuseur (2).

4. Electrofiltre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque lamelle (6) possède une arête supérieure qui est disposée à la même hauteur ou à une hauteur plus élevée qu'un plan d'entrée de réservoir (9).

5. Electrofiltre selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les lamelles (6) d'un groupe sont disposées dans des plans parallèles.

6. Electrofiltre selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les lamelles (6) d'un groupe sont disposées à des écarts mutuels identiques.

7. Electrofiltre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les profondeurs d'immersion des lamelles (6) dans le réservoir représentent 1/4 à 1/3 de la profondeur de la paroi du réservoir.

8. Electrofiltre selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les lamelles (6) sont formées par des tôles planes.

9. Electrofiltre selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la dimension en hauteur des lamelles (6) représente au moins le double que l'écart entre des lamelles avoisinantes.

10. Electrofiltre selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les lamelles (6a, 6b, 6c) ont des profilés bombés et/ou coudés.

11. Electrofiltre selon l'une des revendications 1 à 10, où plusieurs réservoirs (4) de même construction sont disposés dans une rangée les uns à côté des autres au voisinage du diffuseur (2), et chaque réservoir de la rangée est muni d'un groupe de lamelles (6) de même réalisation et disposition.

12. Electrofiltre selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les lamelles (6) présentent au moins partiellement des arêtes d'éjection dentées (7a).

Zeichnung