DE102004033816B3 - Elektrofilter mit einem inneren, elektrisch inaktiven Bereich für Sprühelektroden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektrofilter zum Abreinigen von staubförmigen Partikeln oder Tröpfchen aus einem zu reingenden Gasstrom (4), bestehend aus mit einem Abstand angeordneten Niederschlagselektroden (1), die Gassen bilden, in denen Sprühelektroden (2) angeordnet sind, wobei zwischen den Niederschlagselektroden (1) Sprühelektroden (2) angeordnet sind, die einen Abstand (a) aufweisen und einen quasi feldfreien Bereich (b) innerhalb der Sprühelektroden (2) bilden.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine große Gassenweite eingesetzt werden kann, ohne daß die Spannung proportional steigt und die Raumladungsempfindlichkeit zunimmt. Bei gleicher Abscheideleistung geht außerdem die erforderliche elektrische Leistung zurück.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Elektrofilter mit einem inneren, elektrisch inaktiven Bereich für Sprühelektroden.
• Die Erfindung die überall dort anwendbar, wo in Elektrofiltern Sprüh- und Niederschlagselektroden eingesetzt werden und eine große Gassenweite angestrebt wird. In einem Elektrofilter stehen sich Sprühelektrode und Niederschlagselektrode in einem typischen Abstand gegenüber. Zwischen diesen Elektroden wird ein elektrisches Feld aufgebaut, in dem elektrisch geladene Partikel unter der Wirkung des elektrischen Feldes zur Niederschlagselektrode driften.
• In den Anfängen des Elektrofilterbaus betrug der Abstand zwischen den Elektroden etwa 100 mm. Bei einem Röhrenfilter, bei dem die staubbeladenen Gase von unten nach oben eine Filterröhre durchströmen, führt dieser Abstand zu einem Röhrendurchmesser von 200 mm. Entsprechend beträgt der Abstand der flächigen Niederschlags-Elektroden bei einem horizontal durchströmten Elektrofilter 200 mm. Den Raum zwischen den Niederschlagselektroden bezeichnet man als „Gasse".
• Der Einfluß der Gassenweite auf die Abscheideleistung war vor allem Ende der 70er Anfang der 80er Jahre Schwerpunkt der Forschung. Beispielhaft seien als Literatur ausgeführt die Veröffentlichungen „Wiggers, H.; E. Weber: Experiments with Wide Ducts in Electrostatic Precipitators. Symposium on the Transfer and Utilization of Particulate Control Technology (4^th), Houston, October 1982, Vol. 2, Electrostatic Precipitation, pp. 111 – 125" und Wheeler, H. L., et. al.: An Investigationof Precipitator Wide Plate Spacing. EPRI GS-6711, Project 1835-5, Final Report February 1990". Als Ergebnis dieser Untersuchungen läßt sich zusammenfassen:
• • Bis zu einer Gassenweite von etwa 500 mm verändert sich der Abscheidegrad eines Elektrofilters kaum, wenn die Spannung zwischen Sprüh- und Niederschlagselektrode proportional mit dem Abstand erhöht wird; unter diesen Randbedingungen bleibt der von der Sprühelektrode emittierte Elektronenstrom ungefähr gleich;
• • wird ein Elektrofilter größerer Gassenweite mit einer höheren Spannung betrieben, bleibt der Einsatz an elektrischer Leistung für den gleichen Abscheidegrad unverändert. Ein Elektrofilter mit größerem Gassenabstand erreicht bei gleicher Leistung, aber einer geringeren Anzahl an Sprüh- und Niederschlagselektroden praktisch den gleichen Abscheidegrad wie ein Elektrofilter mit geringerer Gassenweite;
• • der Einsatz einer großen Gassenweite wird durch die Wirkung der Raumladung, die mit größerer Gassenweite zunehmend den Abscheidevorgang behindert, begrenzt. Außerdem beeinflußt die erforderliche höhere Spannung auch das bauliche Gesamtkonzept des Elektrofilters nachteilig, da die Abstände zwischen den elektrischen Potentialen auch in anderen Bereichen außerhalb der Gassen größer eingestellt werden müssen.
• In der veröffentlichten Patentliteratur wird auf Nebeneffekte der größeren Gassenweite eingegangen. In dem Verfahren nach DE 101 63 855 A1 werden Staubpartikel aus einem Gasstrom mittels eines Elektrofilters mit großen Gassenweiten großenteils abgeschieden. Die Reinigungswirkung wird dadurch verbessert, daß der Gasteilstrom in der Nähe der Niederschlagselektrode, der eine erhöhte Staubkonzentration aufweist, mittels einer Fangeinrichtung abgesaugt wird.
• In EP 0424335 A2 werden u. a. außergewöhnlich große Gassenweiten aufgeführt, die eine Filterspannung von > 100 kV erforderlich machen. Diese Größenordnung stellt eine Fortführung bisheriger Trends dar. Der aus der Patentschrift abzulesende Aufbau läßt erwarten, daß damit auch die gleichen Probleme hinsichtlich der Raumladung zu erwarten sind. Die Patentschrift gibt keinen Aufschluß darüber, ob Gegenmaßnahmen getroffen wurden.
• Der grundsätzliche Aufbau eines Elektrofilters mit einer geometrisch zugeschärften Sprühelektrode und einer flächigen Niederschlagselektrode führt stets dazu, daß ein Gasionenstrom erzeugt wird, der als „elektrischer Wind" von der Sprühelektrode zur Niederschlagselektrode getrieben wird.
• Da die Gasionen an der Niederschlagselektrode lediglich ihre Ladungen abgeben können, die über die geerdete Niederschlagselektrode aus dem System abgeleitet werden, bleiben die Gasmoleküle im Raum zwischen den Elektroden zurück. Die Kontinuität der Strömung verlangt es, daß die Gasmoleküle in einer Art Wirbelströmung wieder zur Sprühelektrode zurückfließen, wie dem Standardwerk „Parker, K. R. (Ed.): Applied Electrostatic Precipitation, (Publisher: Blackie Academic & Professional), London: Chapman & Hall, 1996" und der Veröffentlichung „Lowke, J. J. et al.: The Role of Corona Wind in Electrostatic Precipitation Proceedings, ICEPS VII; Sept. 20 – 25, 1998, Kyongju, Korea" zu entnehmen ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektrofilter der genannten Art zu entwickeln, bei dem große Gassenweiten einsetzbar sind, ohne daß die Spannung proportional steigt und die Raumladeempfindlichkeit zunimmt.
• Diese Aufgabe wird durch einen Elektrofilter nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
• Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
• Die nachfolgend beschriebene Konstruktion der Sprühelektrode nutzt das Phänomen des elektrischen Windes, um die Partikel aus dem teilweise quasi feldfreien Gasraum an die Niederschlagselektrode zu transportieren. Deswegen sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, statt bisher eines Sprühdrahtes jetzt einen oder mehrere, vorzugsweise zwei gespannte Sprühdrähte mit einem Abstand b einzusetzen.
• Besondere Formen der Sprühelektrode, die die Breite dieses Bereiches b aufweisen, sind denkbar, beispielsweise stacheldrahtförmige Sprühelektroden oder Sprühelektroden, wie sie im Anspruch 4 genannt sind.
• Bei herkömmlichen Elektrofiltern ist die Sprühelektrode auf die Mittellinie konzentriert, so daß sich praktisch ein Elektrodenabstand a entsprechend der halben Gassenweite ausbildet. In verschiedenen Konstruktionen werden die Spitzen der Sprühelektroden aufgespreizt, damit die Sprühspitzen in Richtung der gegenüberliegenden Niederschlagselektroden zeigen.
• Die Erfindung sieht darüber hinaus bewußt einen Abstand b, vorzugsweise b > 50 mm innerhalb der Sprühelektroden vor, so daß die Sprühspitzen auf einen verkürzten Abstand a' an die Niederschlagselektroden heranrücken. Analog zu den beschriebenen Gesetzmäßigkeiten erlaubt der geringere Abstand zwischen den Elektroden nur eine geringere Spannung; der von der Sprühelektrode emittierte Elektronenstrom bleibt aber gleich. Der Raum innerhalb der Sprühelektrode ist tendenziell elektrisch feldfrei. Die Ausführung der erfindungsgemäßen Sprühelektrode führt dazu, daß eine große Gassenweite eingesetzt werden kann, ohne daß die Spannung proportional steigt und die Raumladungsempfindlichkeit zunimmt. Bei gleicher Abscheideleistung geht außerdem die erforderliche elektrische Leistung zurück.
• Wie im konventionellen Filter, ist jede Sprühspitze auch Ausgangspunkt für den elektrischen Wind. Von hier aus werden Gasionen in Richtung Niederschlagselektroden beschleunigt und erzeugen eine Saugwirkung, die Gasmoleküle aus der Mitte der Gasse nachzieht. Auch Partikel, die sich in dem Raum zwischen den Sprühspitzen befinden, werden von diesem Sog erfaßt und in den Bereich des elektrischen Feldes transportiert. Hier unterliegen sie den bekannten Prozessen von elektrischer Beladung und Drift zur Niederschlagselektrode.
• Im Folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel mit drei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
• 1: Grundsätzlicher, konventioneller Aufbau eines Elektrofilters
• 2: Blick von oben in die Gasse mit gespannten Drähten als Sprühelektroden im Abstand b
• 3: Gespreizte Sprühelektroden zwischen Niederschlagselektroden
• 4: Ansicht von zwei Sprühdrähten an einer rohrförmigen Sprühelektrode längs einer Gasse
• 1 zeigt den grundsätzlichen, konventionellen Aufbau eines Elektrofilters mit Sprüh- 2 und Niederschlagselektroden 1. Die Sprühelektroden 2 stellen gespannte Drähte dar, die auf der Mittellinie 3 zwischen zwei Niederschlagselektroden 1 angeordnet sind. Der zu reinigende Gasstrom 5 strömt durch die Elektroden 1, 2 hindurch. Der Abstand der Elektroden 1, 2 zueinander beträgt a.
• In 2 sind Niederschlagselektroden 1 wie in konventionellen Elektrofiltern als Platten oder strukturierte Platten ausgebildet. Im Abstand a zwischen den Platten 1 verläuft die Mittellinie 3. Die Sprühelektroden 2 sind als doppelte Elektrode in Form von gespannten Drähten mit dem Abstand b zu sehen, die auf dem gleichen hochgespannten Potential liegen. Der zu reinigende Gasstrom 4 mit seinen Partikeln wird zwischen die Niederschlagselektroden 1 geleitet, zwischen denen quer zur Strömungsrichtung die jeweils zwei Sprühelektroden 2 nebeneinander in einem Abstand b angeordnet sind. Der Abstand b stellt den quasi feldfreien Bereich dar. Zwischen jeder Sprühelektrode 2 und der Niederschlagselektrode 1 besteht ein Abstand a'.
• Die 3 zeigt als Beispiel Sprühdrahtelektroden 2 mit ausgeprägten Sprühspitzen zwischen den Niederschlagselektroden 1. Der Abstand aller Sprühspitzen quer zur Hauptgasrichtung 4 beträgt wieder b.
• Die 4 zeigt starre Sprühelektroden 2, die rohrförmig ausgebildet sind, mit aufgeschweißten Sprühdrähten, deren Spitzen quer zur Hauptgasströmung im Abstand b stehen.

1

Niederschlagselektrode, Sammelelektrode

2

Sprühelektrode

3

Mittellinie

4

zu reinigender Gasstrom (Rohgasstrom)

5

Reingasstrom

Claims (4)

1. Elektrofilter mit einem inneren, elektrisch inaktiven Bereich (b) für Sprühelektroden (2) zum Abreinigen von staubförmigen Partikeln oder Tröpfchen aus einem zu reinigenden Gasstrom (4), bestehend aus – mit einem Abstand angeordneten Niederschlagselektroden (1), die Gassen bilden, in denen Sprühelektroden (2) ) mit Sprühspitzen angeordnet sind, – die einen Abstand (a) zur Niederschlagselektrode (1) aufweisen und einen quasi feldfreien Bereich (b) innerhalb der Sprühelektroden (2) bilden; wobei – die Sprühelektroden (2) in einem Abstand (b) quer zur Hauptströmungsrichtung (4) des Gases (7) angeordnet sind.
2. Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der quasi feldfreie Bereich (b) > 50 mm beträgt.
3. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich und im Abstand (b) jeweils zwei Sprühelektroden (2) nebeneinander angeordnet sind.
4. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine starr ausgeführte Sprühelektrode (2) aufgeschweißte Sprühdrähte mit Sprühspitzen trägt.