Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Gasen mit einem Filterbehälter, in dem ein Strömungsraum für das zu reinigende Gas ausgebildet ist, mindestens einer in dem Strömungsraum angeordneten Sprühelektrode und mindestens einer in dem Strömungsraum angeordneten Abscheideelektrode, wobei durch Anlegen einer Spannung zwischen der Sprühelektrode und der Abscheideelektrode Partikel des zu reinigenden Gases an der Abscheideelektrode abscheidbar sind, und ein Verfahren hierfür.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Gasen zu schaffen, die eine hohe Filterleistung besitzt und leicht zu reinigen ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 17 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Abscheideelektrode als durchströmbares leitfähiges Filtermaterial zur mechanischen Filterung von Partikeln ausgebildet. Dadurch ist gewährleistet, dass das zu reinigende Gas durch das durchströmbare Filtermaterial strömt und somit der Abstand zwischen den Partikeln und der Abscheideelektrode äußerst gering ist, so dass die Reinigungsleistung gesteigert wird. Durch die Kombination einer mechanischen Filterung und einer Filterung nach dem Prinzip des Elektrofilters kann somit die Filterung verbessert werden. Zur Abreinigung muss nur das durchströmbare Filtermaterial der Abscheideelektrode gereinigt werden.
Im Gegensatz zu den bekannten Elektrofiltern werden bei den neuartigen Elektrofiltern die Abscheideelektroden aus leitenden Materialien von dem zu reinigendem Gas durchströmt und insbesondere mittels pneumatischer Rückspülung gereinigt. Die Abscheideelektroden bzw. Filterelemente können bestehen aus mehrlagigen Geweben, Vliesen, poröse Materialien oder Schüttungen. Vorzugsweise werden die Abscheideelektroden bzw. Filterelemente aus Edelstählen hergestellt
Vorzugsweise weist die Abscheideelektrode ein leitfähiges Filtergewebe und/oder ein leitfähiges Filtervlies auf, auch andere poröse/durchström bare leitfähige Materialien aus Granulaten oder Spänen hergestellt, sind denkbar Die Abscheideelektroden/Filterelemente können dabei aus Metall, insbesondere Edelstahl, hergestellt sein. Dadurch lässt sich die Abscheideelektrode auch bei hohen Temperaturen, insbesondere zur Reinigung von Verbrennungsgasen, einsetzen. Das Filtermaterial kann dabei aus Fasern, Granulaten oder Spänen hergestellt sein, die eine Dicke von kleiner als 2mm oder 0,5 mm, insbesondere kleiner als 0,3 mm, aufweisen. Solche Fasern, Drähte, Granulat oder Späne können zu einem Filtermaterial verarbeitet sein, dessen Maschenweite oder Porengröße kleiner 2mm, insbesondere kleiner 0,6 mm, beispielsweise kleiner 0,3 mm, ist, so dass auch kleinere Partikel schon mechanisch gefiltert werden.
Das Filtermaterial kann mehrere Lagen mit einem leitfähigen Filtergewebe und/oder einem leitfähiges Filtervlies aufweisen. Die Lagen können eine unterschiedliche oder gleiche Durchlässigkeit für Gase besitzen. Die Durchlässigkeit kann sich von außen nach innen reduzieren. Die Lagen können beispielsweise aus Drahtgewebe mit gleicher oder unterschiedlicher Maschenweite bestehen.
Das Filtermaterial weist vorzugsweise eine Dicke von mehr als 2mm, insbesondere zwischen 5 mm und 30 mm, auf. Dadurch wird das zu reinigende Gas durch ein dickes Filtermaterial geleitet, an dem eine Abscheidung der Partikel erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Filtermaterial schlauch-, taschenförmig oder haubenförmig ausgebildet sein. Hierfür kann das Filtermaterial der Abscheideelektrode an formstabilen Stützkörpern, wie Körben, gehalten sein, um eine definierte Position innerhalb des Strömungsraumes einzunehmen. Auch die Herstellung von selbsttragenden Filterelementen ist denkbar, beispielsweise aus einem eigensteifen Drahtgewebe. Dadurch kann sowohl die Funktion des Elektrofilters als auch die Abreinigung optimiert werden.
Für die Abreinigung wird ein Einblasen eines Reinigungsgases im Gegenstrombetrieb genutzt. Der Strömungsraum wird im Bereich des Filtermaterials von dem zu reinigenden Gas in eine erste Richtung durchströmt, wobei das Filtermaterial von einem Reinigungsgas entgegen dieser Strömungsrichtung in eine zweite Richtung durchströmt werden kann, so dass sich an dem Filtermaterial abgeschiedene Partikel bei einer pneumatischen Reinigung lösen und gesammelt werden können. Dies führt zu dem Vorteil, dass die einmal abgeschiedenen Partikel nicht beim Reinigungsvorgang durch den Strömungsraum zur Reingasseite geleitet werden, sondern wieder in den Raum, in dem das Rohgas vorhanden ist. Eine solche pneumatische Reinigung kann in regelmäßigen Intervallen erfolgen, wobei auch eine automatische Abreinigung möglich ist. Eine solche Abreinigung kann gleichzeitig für sämtliche schlauch-, taschen- oder haubenförmigen Filterelemente in dem Strömungsraum erfolgen oder auch nur für einzelne Untergruppen von Filterelementen.
Die schlauch-, taschen- oder haubenförmigen Filterelemente können vertikal hängend oder horizontal liegend gehalten oder freitragend oder auch in einem Winkel zwischen vertikal und horizontal in dem Strömungsraum angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Filterelemente in einem Winkel zwischen 15° und 45°, insbesondere ca. 30° aus der Vertikalen ausgelenkt angeordnet. Die Anströmung durch das Rohgas wird so gestaltet, dass eine fallende Strömung im Filtergehäuse realisiert wird (Down Flow Prinzip).
Ferner ist in dem Strömungsraum beabstandet zu den schlauchförmigen Abscheideelektroden eine Vielzahl von Sprühelektroden in Form von Sprühdrähten angeordnet. Die Sprühelektroden können dabei zwischen Isolatoren in dem Strömungsraum gespannt sein und in einem definierten Abstand, beispielsweise zwischen 3 cm und 30 cm, beabstandet von den Abscheideelektroden vorgesehen werden. Die Sprühelektroden können dabei parallel zu der Längsachse der Filterelemente oder auch winklig dazu ausgerichtet sein, insbesondere auch rechtwinklig.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reinigen von Gasen eignet sich besonders gut zur Reinigung von heißen Gasen, speziell Verbrennungsgasen, gerade wenn das Filtermaterial aus einem Filtergewebe oder einem Filtervlies aus Metall hergestellt ist. Die Gase können eine Temperatur größer 100 °C, insbesondere größer 200 °C, bei Bedarf aber auch Temperaturen von über 300 oder über 400 °C aufweisen. Auch ist der Einsatz bei Umgebungstemperatur möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Eine Vorrichtung 1 zum Reinigen von Gasen umfasst einen Filterbehälter 2, an dem ein Einlass 3 für ein zu reinigendes Gas ausgebildet ist. In dem Filterbehälter 2 ist ein Strömungsraum 4 ausgebildet, in dem eine Vielzahl von Sprühelektroden 20 und Abscheideelektroden 5 angeordnet ist. Die Abscheideelektroden 5 sind als durchströmbares Filtermaterial ausgebildet, insbesondere aus einem Filtergewebe und/oder einem Filtervlies, Granulat oder Spänen aus einem elektrisch leitfähigen Material. Vorzugsweise werden für das Filtermaterial metallische Materialien eingesetzt, beispielsweise Edelstahl. Das Filtermaterial kann dabei aus Fasern, Drähten, Granulaten oder Spänen hergestellt sein, die eine Dicke von 0,1 bis 2mm, insbesondere zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, aufweisen. Die Dicke des Filtermaterials liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2 mm und 30 mm, wobei das Filtermaterial ein oder mehrlagig angeordnet werden kann, insbesondere können auch 2 bis 15 Lagen aus Filtermaterial verwendet werden. Wenn ein gitterförmiges Filtermaterial, beispielsweise ein Filtergewebe, eingesetzt wird, kann die Maschenweite in einem Bereich zwischen 0,2mm und 10mm, insbesondere 1mm bis 5mm liegen.
Die Abscheideelektroden 5 aus dem Filtermaterial sind dabei schlauch-, taschen- oder haubenförmig ausgebildet und werden von außen nach innen von dem zu reinigenden Gas durchströmt. Dabei sind die Abscheideelektroden 5 an ihrer Unterseite geschlossen ausgebildet, während sie an ihrer Oberseite an einer Zwischenwand 7 in dem Filterbehälter 2 an einem rohrförmigen Halter 8 hängend gelagert sind. Die schlauchförmigen Abscheideelektroden 5 werden somit von außen nach innen durchströmt, wobei das gereinigte Gas durch die rohrförmigen Halter 8 zu einem Auslass 6 an dem Filterbehälter 2 strömt.
Beabstandet von den Abscheideelektroden 5 sind eine Vielzahl von Sprühelektroden 20 in Form vom Sprühdrähten vorgesehen, die jeweils zwischen dem Isolator 21 und dem Isolator 22 gespannt und beabstandet von den Abscheideelektroden 5 positioniert sind, beispielsweise in einem Abstand zwischen 1 cm und 30 cm, insbesondere 3 cm bis 10 cm. Der Isolator 21 kann über einen Halter 24 an der Zwischenwand 7 fixiert sein, während der Isolator 22 an einem Halter 23 fixiert ist, der an dem Filterbehälter 2 festgelegt ist.
Damit die Abscheideelektroden 5 im durchströmten Zustand in einer vorbestimmten Position in dem Strömungsraum 4 angeordnet bleiben, sind die Abscheideelektroden 5 mit dem Filtermaterial an formstabilen Stützkörpern gehalten, beispielsweise an Körben, an denen das Filtermaterial festgelegt ist. Dadurch werden Bewegungen relativ zu den Sprühelektroden 20 weitgehend vermieden.
Um die Abscheideelektroden 5 zu reinigen, ist oberhalb des rohrförmigen Halters 8 ein Reinigungsrohr 9 vorgesehen, in dem Düsen 10 vorgesehen sind, deren Öffnung zu den rohrförmigen Haltern 8 gerichtet ist. Durch die Düsen 10 kann ein Reinigungsgas somit in die einzelnen schlauchförmigen -, taschen- oder haubenförmigen Abscheideelektroden 5 eingeblasen werden, wobei das Reinigungsgas entgegen der Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases durch das Filtermaterial geblasen wird. Durch den Reinigungsvorgang werden die abgeschiedenen Partikel an den Abscheideelektroden 5 an einem Trichter 11 an der Unterseite des Filterbehälters 2 gesammelt und über eine Zellenradschleuse 12 oder eine andere Einrichtung entsorgt.
Das Reinigungsgas wird in das Reinigungsrohr 9 durch einen Druckbehälter 13 gespeist, der über einen Kompressor 14 aufladbar ist. Als Reinigungsgas kann beispielsweise Luft eingesetzt werden, wobei eine Steuerung 15 vorgesehen ist, um den Reinigungsvorgang in bestimmten Intervallen zu wiederholen. Hierfür können über Leitungen 16 und 17 Druckmessungen durchgeführt werden, um den Druck in dem Filterbehälter 2 auf der Reingasseite und der Rohgasseite zu ermitteln und dadurch einen eventuellen Verstopfungsgrad zu detektieren. Auch weitere Parameter können für die Steuerung 15 für die Reinigung herangezogen werden. Durch das schlagartige Einblasen eines Reinigungsgases durch das Reinigungsrohr und die Düsen 10 können an der Abscheideelektrode 5 anhaftende Partikel entgegen der Strömungsrichtung weggeblasen werden, damit sie in dem Trichter 11 gesammelt werden. Der Druck und das Volumen des eingeblasenen Reinigungsgases können abhängig von der Größe der Abscheideelektroden 5 und des Filterbehälters 2 gewählt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eignet sich insbesondere zur Reinigung von heißen Gasen, speziell Verbrennungsgasen, die Temperaturen zwischen 250 °C und über 500 °C aufweisen können, beispielsweise bei Biomasseverbrennungsanlagen, Syntesegasreaktoren oder Verbrennungsmotoren zum Beispiel Schiffs- oder Großdieselmotoren. Auch andere Einsatzgebiete im Bereich der Gasreinigung sind möglich.
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