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WO2006015503A1 - Elektrofilter für eine feuerungsanlage - Google Patents

Elektrofilter für eine feuerungsanlage Download PDF

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Publication number
WO2006015503A1
WO2006015503A1 PCT/CH2005/000414 CH2005000414W WO2006015503A1 WO 2006015503 A1 WO2006015503 A1 WO 2006015503A1 CH 2005000414 W CH2005000414 W CH 2005000414W WO 2006015503 A1 WO2006015503 A1 WO 2006015503A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
insulator
electrode
electrostatic precipitator
filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CH2005/000414
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Schmatloch
Stephan Rauch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eidgenoessische Materialpruefungs und Forschungsanstalt
Original Assignee
Eidgenoessische Materialpruefungs und Forschungsanstalt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eidgenoessische Materialpruefungs und Forschungsanstalt filed Critical Eidgenoessische Materialpruefungs und Forschungsanstalt
Priority to EP05759642A priority Critical patent/EP1789197A1/de
Publication of WO2006015503A1 publication Critical patent/WO2006015503A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/40—Electrode constructions
    • B03C3/41—Ionising-electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/70—Applications of electricity supply techniques insulating in electric separators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/74—Cleaning the electrodes
    • B03C3/80—Cleaning the electrodes by gas or solid particle blasting

Definitions

  • the invention relates to an electrostatic precipitator for combustion plants, such as those found in private households or in commercial enterprises.
  • the invention is also applicable to small combustion plants, such as, for example, stoves, tiled stoves, stoves, stoves, ovens and wood fired boilers.
  • the invention also relates to a method for operating the electrostatic precipitator.
  • electrostatic precipitator With the aid of the electrostatic precipitator, electrically charged solid and liquid particles, which are located in the flue gas, are deflected and retained in an electric field generated by the electrostatic precipitator.
  • the particles must first be electrostatically charged using an electrode. Subsequently, the unipolar particles are charged as a result of the action of Electrostatic field deposited on separation plates.
  • dust particles and aerosols can be deposited with Kom sizes from 0.01 to 60 microns.
  • Electrostatic precipitators for combustion plants which are also referred to as electrostatic particulate filter, are known for combustion plants from the technology WO 00/33945.
  • the electrostatic precipitator consists of a frame, which is placed on the chimney, an insulator that protrudes from the frame inside in the middle of the frame and at the end of a weighted electrode hangs and extends into the chimney.
  • the electrostatic precipitator is used to hold back the particles in the flue gas.
  • a high voltage is applied to the electrode, with the result that the particles are electrostatically charged and reflected by the chimney and the frame.
  • this may result in prolonged operation of the electrostatic filter that the particles that accumulate on the insulator form an electrically conductive bridge due to their electrical conductivity between the insulator and the frame and thereby deteriorate the effect of the insulator.
  • From DE 44 07 152 C1 discloses a device for the isolation of electrostatic precipitators has become known.
  • the separator is held by a support tube which runs coaxially inside a protective tube and carries a rotationally symmetrical body. Along the support tube flushing air is blown to the separator inside the protective tube, which is accelerated outside the rotationally symmetrical body.
  • the distance of the outermost points of the body to the inner wall of the protective tube is in a certain ratio to the ⁇ nennen radius of the protective tube.
  • the rotationally symmetrical body is also set back from the mouth of the protective tube.
  • the mouth of the protective tube has a beaded edge, that is an outwardly curved edge.
  • An object of the invention is to provide an electrostatic precipitator for a firing system, which is low maintenance and trouble-free and permanently reliable by effectively prevents particles in the flue gas from depositing on the electrode holder of the electrostatic precipitator and affect the effect of the electrode insulator ,
  • an electrostatic precipitator for a furnace, with a filter electrode, with an electrode holder, via which the filter electrode is held in a flue pipe of the furnace and can be supplied with voltage, and with an insulator surrounding the electrode holder, wherein it has the characterizing features of claim.
  • an electrostatic precipitator a method is operated in which to prevent accumulation of particles scavenging air is flushed through scavenging air around the electrode holder, along the insulator towards the flue gas tube and thereby serpentine around the baffle or around the ring orifice therethrough.
  • the diameter of a plate is larger than the diameter of the other plate, wherein the plate with the larger diameter is closer to the exhaust pipe than the smaller plate ,
  • the baffle plates can be designed as separate components or form a molded part together with the insulator.
  • the baffle plates can be made of metal, which offers the advantage of ease of manufacture and higher heat resistance.
  • a housing is to the electrostatic precipitator provided, which surrounds the insulator and the plates and widens conically from the purge air outlet against the flue gas pipe. In this way, the main flow direction of the purge air can be specified.
  • the electrostatic filter can be designed so that between the plate and the housing, or between the plates and the housing ever an air gap is provided which is dimensioned so that it is greater than the voltage caused by the breakdown gap. This ensures that there is no appreciable voltage drop between the plates and the housing.
  • the electrostatic filter may alternatively or in addition to the plates be provided with a ring aperture, which projects beyond the mouth edge of the housing projecting towards the center, whereby the outflowing scavenging air is guided so that the outermost baffle plate is effectively protected against fogging with particles
  • the annular diaphragm can be designed as an electrode in order to further reduce the penetration of particles into the critical region by means of electrostatic forces.
  • the electrostatic precipitator has purging air outlets in the isolator which can be supplied with purging air via a purging air channel arranged in the isolator.
  • the scavenging air outlets are arranged in a star shape on the longitudinal side of the insulator. This can reduce particle deposition around the insulator.
  • the outermost plate protrude into the exhaust pipe in the electrostatic precipitator, which can be achieved on the other hand, larger distances between the plate or plates on the one hand and the housing or the exhaust pipe on the other hand, to increase safety against electrical breakdown.
  • the electrostatic filter can also be equipped with a separate means for generating a purge air flow.
  • the means for generating the scavenging air stream may be, for example, a fan or a blower.
  • a negative pressure prevailing in the suction tube can be used to suck in air from the environment and to let it flow as purge air past the insulator and past the plates.
  • Figure 1 shows a first possible embodiment of the inventive electrostatic precipitator in cross section
  • Figure 2 shows a second possible embodiment of the inventive electrostatic precipitator in cross section
  • FIG. 3 shows the inventive electrostatic filter according to FIG. 1 or 2 in a sectional view along the section A-A.
  • the electrostatic precipitator is basically suitable for all furnaces. Preferably, however, it finds application in small combustion plants.
  • the electrostatic precipitator is installed in the exhaust duct, ie the exhaust pipe or the chimney of the firing system.
  • the electrostatically charged flue gas particles In order for the electrostatically charged flue gas particles to deposit on the flue gas duct, it is made conductive in the region in which the particles are to be deposited, by forming the pipe section surrounding the filter electrode, for example from sheet steel, chrome steel or aluminum, or such a sheet or perforated metal sheet or wire mesh is used in the exhaust duct.
  • a filter electrode 8 which is also referred to as a spray electrode, preferably arranged parallel to the flue gas stream RG.
  • the filter electrode 8 is held by means of an electrode holder 7 in the flue gas channel 1 and supplied with a high voltage.
  • the electrode holder 7 is for this purpose via an electrical connection 9, which may be formed for example as a plug connection, connected to a high voltage cable 10, which leads to a high voltage generator, not shown in Figure 1.
  • the opposite pole to the spray electrode 8 forms the housing 2 of the electrostatic filter in connection with the metallic region of the flue gas duct 1.
  • the housing 2 is connected for this purpose via the grounding line 13 to ground.
  • the electrical and mechanical connection between the housing 2 and the electrically conductive region of the flue gas duct 1 is accomplished via screw 3.
  • the electrode holder 7 is surrounded by an insulator 5. It is not necessary for the insulator 5 to extend over the entire length of the electrode holder 7.
  • the insulator 5 is pushed into a preferably formed of metal sleeve 17 which secured by means of holding webs 18, as can be seen in Figure 3, to a cylindrical holder 4.1 is.
  • the cylindrical holder 4.1 is part of a conical or conical housing section 4, which in turn is part of the housing 2.
  • the housing 2 may preferably be made of metal.
  • two such baffle plates are present, namely a first baffle plate 6.1 and a second baffle plate 6.2.
  • the insulator 5 is connected together with the sleeve 17 with the cylindrical holder 4.1 such that between the holder 4.1 and the sleeve 17, an air gap 16 is formed through which purge air SL can flow.
  • the air gap 16 will also be referred to below as purge air outlet or purge air opening.
  • the front portion 19.1 and rear portion 19.2 inside the The conical housing portion 4 are protected against excessive deposition of particles by making sure that the purge air SL is blown through the purge air outlet 16 in the direction of flue gas channel 1.
  • the air vortices produced on the baffle plate or on the two baffle plates 6.1 and 6.2 ensure that the particles present in the flue gas RG, if at all, can then only penetrate into the rear region 19.2 to a very small extent.
  • the two plates 6.1 and 6.2 together with the scavenging air flow form a two-stage particle barrier and the air is guided around it in a serpentine manner.
  • the air gap x between the plate 6.1 or 6.2 and the conical housing portion 4 is chosen so that the smallest possible gap results in order to achieve the highest possible flow velocity for the purge air SL in this area.
  • the positions of the first plate 6.1 and the second plate 6.2 result from the technical boundary conditions.
  • the outer plate 6.1 protrude into the flue gas channel 1.
  • the number of plates required is also dependent on the technical conditions. So it may also be sufficient to provide only a plate on the insulator 5.
  • the first plate 6.1 made of metal, because metal is both robust and heat-resistant.
  • both plates 6.1 and 6.2 and optionally further plates can be made of metal.
  • the purge air SL can be generated either by a fan or a blower 21.
  • the scavenging air flow can also be generated by utilizing a vacuum present in the flue gas duct 1 in order to move the scavenging air SL from the environment through the scavenging air inlet 25, the pipe 15 and the scavenging air outlet 16 past the two plates 6.2 and 6.1 into the To suck flue gas channel 1.
  • the scavenging air stream can be additionally reinforced by means of the blower or the fan 21.
  • the purge air SL may additionally be ionized by means of an ionizer 22 to provide electrostatic repulsion Keep particles away from the isolator.
  • an ionizer 22 to provide electrostatic repulsion Keep particles away from the isolator.
  • the connector 9 can act as an ionizer.
  • the connector may for example have peaks, edges and ridges to produce a local corona.
  • the electrostatic filter shown in FIG. 1 can also be equipped with a temperature sensor 11.
  • the temperature measurement signal generated by the temperature sensor 11 can be tapped at the end of the line 12 and fed to a controller, not shown in Figure 1, via which then the fan 21 and the high voltage source for generating the high voltage can be controlled.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of this electrostatic precipitator.
  • the embodiment shown in Figure 2 differs from the embodiment shown in Figure 1 in that the plate 5 are no longer provided on the insulator, but instead of the insulator 5 is surrounded by a circular aperture 20. This lies perpendicular to the housing axis and closes the front of the housing, with its inner edge surmounting the edge of the conical housing towards the center.
  • the annular shutter may be a mere metal panel, but it may also be formed as an electrode, which is supplied with voltage via the line 24 and ensures that the particles located in the flue gas RG can not penetrate into the areas 19.1 and 19.2. If necessary, the two embodiments shown in Figures 1 and 2 can also be combined.
  • the electrostatic filter is shown in cross section along the section line AA. If necessary, the rear side of the housing 2 can over a reducer 14 are connected to a flexible hose or tube 15. Depending on the application, the purge air SL can then be sucked in via the pipe 15 and / or additionally blown in via the fan 21. Additionally or alternatively to the described embodiments may be provided in this electrostatic precipitator that the insulator 5 inside one or more air channels which terminate in a plurality of air outlets, which is not shown in Figures 1 to 3. The scavenging air SL flows out via the air outlets, which are preferably arranged radially on the longitudinal side of the insulator, in order to ensure that the insulator remains essentially free of particles in the flue gas.
  • a high voltage transformer can be used with downstream rectifier.
  • the high voltage transformer has a power between 20 and 200 VA and can be operated at 220 V / 50 Hz or even at 110 V / 60 Hz AC.
  • the charging of the spray electrode 8 can optionally be negative or positive with respect to the ground reference potential.
  • the cleaning of the collector, so the exhaust passage 1, can be done after removal of the electrostatic precipitator, for example, by hand with the aid of water or special cleaning agents. In the usual operation of a small combustion plant as the main heat generator, a cycle of one to two months has proven to be advantageous as a cleaning cycle. Sporadic operation of the firing system results in correspondingly longer cleaning cycles of several months.

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  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

Das Elektrofilter ist für eine Feuerungsanlage geeignet und weist eine Filterelektrode (8), eine Elektrodenhalterung (7), über welche die Filterelektrode (8) in einem Abgasrohr (1) der Feuerungsanlage gehalten wird und mit Spannung versorgbar ist, und einen Isolator (5) auf, der die Elektrodenhalterung (7) umgibt. Zudem sind im Elektrofilter zwei Prallteller (6.1 und 6.2), die am Isolator (5) angeordnet sind, und eine Spülluftöffnung (16) vorgesehen, wobei über die Spülluftöffnung (16) Spülluft (SL) in Richtung der Tellers (6.1; 6.2) geführt werden kann. Die Spülluft wird dadurch so geführt, dass eine Partikelbeschlagung des Gehäuses vermieden wird und damit die Effizienz des Filters langzeitlich erhalten bleibt.

Description

Elektrofilter für eine Feuerungsanlaqe
[0001] Die Erfindung betrifft ein Elektrofilter für Feuerungsanlagen, wie sie beispielsweise in privaten Haushalten oder auch in Gewerbebetrieben zu finden sind. Die Erfindung ist insbesondere auch für Kleinfeuerungsanlagen, wie beispielsweise Chemineeöfen, Kachelöfen, Zimmeröfen, Kochherde, Backöfen und Heizkessel, die mit Holz befeuert werden, verwendbar. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben des Elektrofilters.
[0002] Konventionelle Kleinfeuerungsanlagen, in der Regel sind dies Anlagen mit bis zu maximal 70 KW Leistung, entlassen, gemessen am gesamten Rauchemissionsaufkommen, unverhältnismässig viele Schadstoffe in die Atmosphäre. Dazu kommt, dass Kleinfeuerungsanlagen, wenn auch vorschriftswidrig, des Öfteren dazu benutzt werden, um Plastik, Karton, Papier und Altholz zu verbrennen. Dies führt zu einer zusätzlichen erheblichen Staubemission. Mit Hilfe eines Elektrofilters, welches im Abgasrohr einer Feuerungsanlage angeordnet ist, können auch im Rauchgas befindliche Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von weniger als 10 Mikrometer zurückgehalten werden und somit die Lufthygiene verbessert werden.
[0003] Mit Hilfe des Elektrofilters werden elektrisch geladene feste und flüssige Partikel, die sich im Rauchgas befinden, in einem vom Elektrofilter erzeugten elektrischen Feld abgelenkt und zurückgehalten. Die Partikel müssen dazu zunächst mit Hilfe einer Elektrode elektrostatisch geladen werden. Anschliessend werden die unipolar aufgeladenen Partikel in Folge der Wirkung des elektrostatischen Feldes an Abscheideplatten abgeschieden. Mit Hilfe eines solchen Elektrofilters lassen sich Staubpartikel und Aerosole mit Komgrössen vom 0,01 bis 60 μm abscheiden.
[0004] Elektrofilter für Feuerungsanlagen, welche auch als elektrostatische Partikelfilter bezeichnet werden, sind für Feuerungsanlagen aus der Technik WO 00/33945 bekannt. Dort wird ein Elektrofilter für eine Feuerungsanlage beschrieben, das beispielsweise auf einen Kamin aufgesetzt werden kann. Das Elektrofilter besteht aus einem Rahmen, der auf den Kamin aufgesetzt wird, einem Isolator, der vom Rahmeninneren aus in die Mitte des Rahmens ragt und an dessen Ende eine mit einem Gewicht versehene Elektrode hängt und in den Kamin hineinreicht. Wenn die Feuerungsanlage im Betrieb ist und durch den Kamin mit Partikeln versehenes Rauchgas strömt, wird mit Hilfe des Elektrofilters dafür gesorgt, dass die im Rauchgas befindlichen Partikel zurückgehalten werden. Dazu wird an die Elektrode eine Hochspannung angelegt, was zur Folge hat, dass die Partikel elektrostatisch aufgeladen werden und sich am Kamin und am Rahmen niederschlagen. Dies kann jedoch bei einem längeren Betrieb des Elektrofilters dazu führen, dass die Partikel, die sich am Isolator anlagern, aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Isolator und dem Rahmen eine elektrisch leitende Brücke bilden und dadurch die Wirkung des Isolators verschlechtern.
[0005] Aus der DE 44 07 152 C1 ist eine Vorrichtung zur Isolierung elektrostatischer Abscheider bekanntgeworden. Der Abscheider wird von einem Tragrohr gehalten, welches koaxial im Innern eines Schutzrohrs verläuft und einen drehsymmetrischen Körper trägt. Längs des Tragrohrs wird im Innern des Schutzrohrs Spülluft zum Abscheider geblasen, die ausserhalb des drehsymmetrischen Körpers beschleunigt wird. Der Abstand der äussersten Punkte des Körpers zur Innenwand des Schutzrohrs liegt dabei in einem bestimmten Verhältnis zumΛnnenradius des Schutzrohres. Der drehsymmetrische Körper ist auch von der Mündung des Schutzrohres zurückversetzt. Die Mündung des Schutzrohres weist einen gebördelten Rand auf, das heisst einen nach aussen gekrümmten Rand. Versuche zeigten, dass bei einem einzigen Strömungskörper, der gegenüber der Mündung zurückversetzt ist, eine Beschlagung der Vorderseite nicht vermeidbar ist. Durch eine Partikelbeschlagung aber sinkt die Effizienz des Filters rasch und es drohen elektrische Durchschläge.
[0006] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektrofilter für eine Feuerungsanlage anzugeben, das wartungsarm ist und störungsfrei und dauerhaft zuverlässig arbeitet, indem wirksam verhindert wird, dass sich im Rauchgas befindliche Partikel an der Elektrodenhalterung des Elektrofilters ablagern und die Wirkung des Elektrodenisolators beeinträchtigen.
[0007] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Elektrofilter für eine Feuerungsanlage, mit einer Filterelektrode, mit einer Elektrodenhalterung, über welche die Filterelektrode in einem Rauchgasrohr der Feuerungsanlage gehalten wird und mit Spannung versorgbar ist, und mit einem Isolator, der die Elektrodenhalterung umgibt, wobei es die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches aufweist. Mit einem solchen Elektrofilter wird ein Verfahren betrieben, bei dem zur Verhinderung von Partikelansammlungen Spülluft über Spülluftöffnungen um den Elektroden halter geblasen wird, und zwar entlang dem Isolator in Richtung zum Rauchgasrohr hin und dabei schlangenlinienförmig um den oder die Prallteller herum und/oder durch die Ringblende hindurch. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den abhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen.
[0008] Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Elektrofilters ist vorgesehen, dass bei der Anordnung von zwei Tellern der Durchmesser des einen Tellers grösser als der Durchmesser des anderen Tellers ist, wobei der Teller mit dem grosseren Durchmesser sich näher am Abgasrohr befindet als der kleinere Teller. Dadurch lässt sich die Zahl der Partikel, die vom Abgasrohr kommend in den kritischen Bereich strömen, erheblich reduzieren. Die Prallteller können als separate Bauteile ausgeführt sein oder zusammen mit dem Isolator ein Formteil bilden. Bei Ausbildung als separate Bauteile können die Prallteller aus Metall gefertigt sein, was den Vorteil einer einfachen Herstellbarkeit und höherer Hitzebeständigkeit bietet. Vorteilhafterweise ist zu dem Elektrofilter ein Gehäuse vorgesehen, das den Isolator und die Teller umgibt und sich vom Spülluftauslass aus gegen das Rauchgasrohr hin konisch erweitert. Auf diese Weise lässt sich die Hauptströmungsrichtung der Spülluft vorgeben.
[0009] Darüber hinaus kann das Elektrofilter so ausgebildet sein, dass zwischen dem Teller und dem Gehäuses, oder zwischen den Tellern und dem Gehäuse je ein Luftspalt vorgesehen ist, der so dimensioniert ist, dass er grösser als die durch die Spannung bedingte Durchschlagstrecke ist. Dadurch wird sichergestellt, dass zwischen den Tellern und dem Gehäuse kein nennenswerter Spannungsabfall entsteht. Darüber hinaus kann das Elektrofilter auch alternativ oder zusätzlich zu den Tellern mit einer Ringblende versehen sein, welche den Mündungsrand des Gehäuses gegen das Zentrum hin auskragend überragt, wodurch die ausströmende Spülluft so geführt ist, dass der äusserste Prallteller wirksam vor einem Beschlagen mit Partikeln geschützt wird. Weiter kann die Ringblende als Elektrode ausgebildet sein, um mittels elektrostatischer Kräfte das Eindringen von Partikeln in den kritischen Bereich weiter zu reduzieren.
[0010] Eine weitere Unterstützung der Wirksamkeit der Spülluft wird dadurch erzielt, dass mit Hilfe eines Ionisators die Spülluft elektrostatisch gleichartig wie die Partikel im Rauchgas aufgeladen wird. Somit wird durch die Spülluft eine Ladungswolke um den Isolator herum erzeugt, die eine elektrostatische Abstossung der Rauchgaspartikel bewirkt und somit zur Reinhaltung des Isolators beiträgt. Das Elektrofilter weist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung im Isolator Spülluftauslässe auf, die über einen im Isolator angeordneten Spülluftkanal mit Spülluft versorgbar sind. Die Spülluftauslässe sind sternförmig auf der Längsseite des Isolators angeordnet. Dadurch kann die Partikelablagerung rund um den Isolator verringert werden.
[0011] Nach einer besonderen Ausgestaltung kann beim Elektrofilter der äusserste Teller ins Abgasrohr hineinragen, wodurch sich größere Abstände zwischen dem Teller oder den Tellern einerseits und dem Gehäuse beziehungsweise dem Abgasrohr andererseits erzielen lassen, um die Sicherheit vor elektrischen Durchschlägen zu erhöhen. Desweiteren besteht die Möglichkeit, das Elektrofilter mit einem Mittel zum Aufheizen der Spülluft auszustatten. Durch das Aufheizen der Spülluft wird erreicht, dass sich im Abgasrohr, insbesondere rohrabwärts, keine unerwünschten Luftströmungen ausbilden können. Schliesslich kann dieses Elektrofilter auch mit einem gesonderten Mittel zur Erzeugung eines Spülluftstroms ausgestattet sein. Das Mittel zur Erzeugung des Spülluftstroms kann beispielsweise ein Ventilator oder ein Gebläse sein. Alternativ oder auch zusätzlich dazu kann ein im Absaugrohr herrschender Unterdruck benutzt werden, um Luft aus der Umgebung anzusaugen und sie als Spülluft am Isolator und an den Tellern vorbei strömen zu lassen.
[0012] Im Folgenden wird die Erfindung mit mehreren Ausführungsbeispielen anhand von drei Figuren weiter erläutert.
Figur 1 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform des erfindungsgemässen Elektrofilters im Querschnitt;
Figur 2 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform des erfindungsgemässen Elektrofilters im Querschnitt;
Figur 3 zeigt das erfindungsgemässe Elektrofilter nach Figur 1 oder 2 in einer Schnittansicht entlang des Schnitts A-A.
[0013] Das Elektrofilter ist grundsätzlich für sämtliche Feuerungsanlagen geeignet. Vorzugsweise findet es jedoch Anwendung in Kleinfeuerungsanlagen. Das Elektrofilter wird dazu in den Abgaskanal, also das Absaugrohr oder den Kamin der Feuerungsanlage, eingebaut. Damit sich die elektrostatisch geladenen Rauchgaspartikel am Rauchgaskanal abscheiden, wird dieser in dem Bereich, in dem sich die Partikel abscheiden sollen, leitfähig ausgebildet, indem das die Filterelektrode umgebende Rohrstück beispielsweise aus Stahlblech, Chromstahl oder Aluminium ausgebildet ist oder ein solches Blech oder Lochblech oder Drahtgitter in den Abgaskanal eingesetzt wird.
[0014] Bei der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform des Elektrofilters für eine Feuerungsanlage ist im Rauchgaskanal oder Abgaskanal 1 eine Filterelektrode 8, welche auch als Sprühelektrode bezeichnet wird, vorzugsweise parallel zum Rauchgasstrom RG angeordnet. Die Filterelektrode 8 wird mit Hilfe einer Elektrodenhalterung 7 im Rauchgaskanal 1 gehalten und mit einer Hochspannung versorgt. Die Elektrodenhalterung 7 ist dazu über eine elektrische Verbindung 9, welche beispielsweise als Steckverbindung ausgebildet sein kann, mit einem Hochspannungskabel 10 verbunden, welches zu einem in Figur 1 nicht gezeigten Hochspannungsgenerator führt. Den Gegenpol zur Sprühelektrode 8 bildet das Gehäuse 2 des Elektrofilters in Verbindung mit dem metallisch ausgebildeten Bereich des Rauchgaskanals 1. Das Gehäuse 2 ist zu diesem Zweck über die Erdungsleitung 13 mit Masse verbunden. Die elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 und dem elektrisch leitenden Bereich des Rauchgaskanals 1 wird über Schraubverbindungen 3 bewerkstelligt. Um zu verhindern, dass es einen Kurzschluss zwischen der Elektrodenhalterung 7 und dem Gehäuse 2 des Elektrofilters gibt, ist die Elektrodenhalterung 7 von einem Isolator 5 umgeben. Dabei ist es nicht erforderlich, dass der Isolator 5 sich über die gesamte Länge des Elektrodenhalters 7 erstreckt. Um die Filterelektrode 8, die Elektrodenhalterung 7 und den Isolator 5 zu befestigen, wird der Isolator 5 in eine vorzugsweise aus Metall ausgebildete Hülse 17 geschoben, welche mit Hilfe von Haltestegen 18, wie diese in Figur 3 ersichtlich sind, an einer zylinderförmigen Halterung 4.1 befestigt ist. Die zylinderförmige Halterung 4.1 ist Teil eines kegelförmigen bzw. konischen Gehäuseabschnitts 4, welcher wiederum Bestandteil des Gehäuses 2 ist. Das Gehäuse 2 kann vorzugsweise aus Metall hergestellt werden. An jenem dem Rauchgaskanal 1 zugewandten Ende des Isolators 5 ist mindestens ein Prallteller befestigt. Im gezeigten Beispiel sind zwei solche Prallteller vorhanden, nämlich ein erster Prallteller 6.1 und ein zweiter Prallteller 6.2. Der Isolator 5 ist zusammen mit der Hülse 17 derart mit der zylinderförmigen Halterung 4.1 verbunden, dass zwischen der Halterung 4.1 und der Hülse 17 ein Luftspalt 16 entsteht, durch welchen Spülluft SL strömen kann. Der Luftspalt 16 wird im Folgenden auch als Spülluftauslass oder Spülluftöffnung bezeichnet.
[0015] Der vordere Bereich 19.1 und hintere Bereich 19.2 im Inneren des kegelförmigen Gehäuseabschnitts 4 werden vor einer übermässigen Abscheidung von Partikeln geschützt, indem dafür gesorgt wird, dass die Spülluft SL durch den Spülluftauslass 16 in Richtung Rauchgaskanal 1 geblasen wird. Dabei sorgen die an dem Prallteller oder an den beiden Pralltellern 6.1 und 6.2 entstehenden Luftwirbel dafür, dass die im Rauchgas RG befindlichen Partikel, wenn überhaupt, dann nur zu einem sehr geringen Mass in den hinteren Bereich 19.2 eindringen können. Die beiden Teller 6.1 und 6.2 bilden zusammen mit dem Spülluftstrom eine zweistufige Partikelsperre und die Luft wird schlangenlinienförmig um sie herumgeführt. Der Luftspalt x zwischen dem Teller 6.1 bzw. 6.2 und dem kegelförmigen Gehäuseabschnitt 4 wird dabei so gewählt, dass sich ein möglichst kleines Spaltmass ergibt, um in diesem Bereich eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit für die Spülluft SL zu erreichen. Andererseits wird bei der Dimensionierung des Luftspalts x jedoch auch darauf geachtet, dass zwischen dem Teller 6.1 bzw. dem Teller 6.2 und dem kegelförmigen Bereich des Gehäuses 4 kein Spannungsdurchbruch entsteht. Die Positionen des ersten Tellers 6.1 und des zweiten Tellers 6.2 ergeben sich aus den technischen Randbedingungen. Gegebenenfalls kann der äussere Teller 6.1 auch in den Rauchgaskanal 1 hineinragen.
[0016] Die Anzahl der erforderlichen Teller ist ebenfalls von den technischen Rahmenbedingungen abhängig. So kann es unter Umständen auch ausreichen, auf dem Isolator 5 lediglich einen Teller vorzusehen. Vorzugsweise ist der erste Teller 6.1 aus Metall, weil Metall sowohl robust als auch hitzebeständig ist. Wahlweise können auch beide Teller 6.1 und 6.2 sowie gegebenenfalls weitere Teller aus Metall gefertigt sein. Die Spülluft SL kann entweder von einem Ventilator oder einem Gebläse 21 erzeugt werden. Alternativ dazu kann der Spülluftstrom jedoch auch dadurch erzeugt werden, dass ein im Rauchgaskanal 1 vorhandener Unterdruck ausgenutzt wird, um die Spülluft SL aus der Umgebung durch den Spüllufteinlass 25, das Rohr 15 und den Spülluftauslass 16 vorbei an den beiden Tellern 6.2 und 6.1 in den Rauchgaskanal 1 zu saugen. Falls erforderlich, kann der Spülluftstrom mit Hilfe des Gebläses oder des Ventilators 21 zusätzlich verstärkt werden. Falls gewünscht, kann die Spülluft SL zusätzlich mit Hilfe eines Ionisators 22 ionisiert werden, um durch elektrostatische Abstossung Partikel vom Isolator fern zu halten. Durch eine entsprechende bauliche Gestaltung kann auch die Steckverbindung 9 als Ionisator fungieren. Die Steckverbindung kann dazu beispielsweise Spitzen, Kanten und Grate aufweisen, um eine lokale Korona zu erzeugen.
[0017] Schliesslich besteht auch die Möglichkeit, mit Hilfe eines Heizelementes 23 die Spülluft SL auf eine gewünschte Temperatur vorzuheizen, so dass die Spülluft SL im Rauchgaskanal 1 nicht zu einer unerwünschten Luftströmung führt, die der Rauchgasströmung RG entgegenwirkt. Das in Figur 1 gezeigte Elektrofilter kann zudem mit einem Temperaturfühler 11 ausgestattet sein. Das vom Temperaturfühler 11 erzeugte Temperaturmesssignal kann am Ende der Leitung 12 abgegriffen und einer in Figur 1 nicht gezeigten Steuerung zugeführt werden, über welche dann der Ventilator 21 und die Hochspannungsquelle für die Erzeugung der Hochspannung gesteuert werden.
[0018] In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform dieses Elektrofilters dargestellt. Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass am Isolator 5 keine Teller mehr vorgesehen sind, sondern anstatt dessen der Isolator 5 von einer Ringblende 20 umgeben ist. Diese liegt senkrecht zur Gehäuseachse und schliesst das Gehäuse vorne ab, indem ihr Innenrand den Rand des konischen Gehäuses zum Zentrum hin überragt. Die Ringblende kann eine blosse Blechblende sein, aber sie kann auch als Elektrode ausgebildet sein, die über die Leitung 24 mit Spannung versorgt wird und dafür sorgt, dass die im Rauchgas RG befindlichen Partikel nicht in die Bereiche 19.1 und 19.2 eindringen können. Falls erforderlich, können die beiden in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen auch kombiniert werden. So ist es beispielsweise denkbar, auf dem Isolator 5 nur einen Teller 6.1 und zusätzlich die Ringblende 20 oder Ringelektrode einzusetzen oder auch auf dem Isolator 5 zwei Teller und zusätzlich die Ringblende 20 oder Ringelektrode zu verwenden.
[0019] In Figur 3 ist das Elektrofilter im Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A gezeigt. Falls es erforderlich ist, kann die rückwärtige Seite des Gehäuses 2 über ein Reduzierstück 14 mit einem flexiblen Schlauch oder Rohr 15 verbunden werden. Je nach Anwendungsfall kann über das Rohr 15 dann die Spülluft SL angesaugt oder/und zusätzlich über den Ventilator 21 eingeblasen werden. Zusätzlich oder auch alternativ zu den beschriebenen Ausführungsformen kann bei diesem Elektrofilter vorgesehen sein, dass der Isolator 5 im Inneren einen oder mehrere Luftkanäle aufweist, die in mehreren Luftauslässen enden, was jedoch in den Figuren 1 bis 3 nicht gezeigt ist. Über die vorzugsweise auf der Längsseite des Isolators sternförmig angeordneten Luftauslässe strömt die Spülluft SL aus und sorgt so dafür, dass der Isolator rundum im Wesentlichen frei von im Rauchgas befindlichen Partikeln bleibt.
[0020] Als Hochspannungsgenerator kann beispielsweise ein Hochspannungstransformator mit nachgeschaltetem Gleichrichter verwendet werden. Typischerweise weist der Hochspannungstransformator eine Leistung zwischen 20 und 200 VA auf und kann mit 220 V/50 Hz oder auch mit 110 V/60 Hz Wechselstrom betrieben werden. Die Aufladung der Sprühelektrode 8 kann wahlweise negativ oder positiv gegenüber dem Bezugspotential Masse erfolgen. Die Abreinigung des Kollektors, also des Abgaskanals 1 , kann nach Ausbau des Elektrofilters beispielsweise von Hand unter Zuhilfenahme von Wasser oder speziellen Reinigungsmitteln erfolgen. Im üblichen Betrieb einer Kleinfeuerungsanlage als Hauptwärmeerzeuger hat sich als Reinigungszyklus ein Zyklus von ein bis zwei Monaten als vorteilhaft erwiesen. Bei sporadischem Betrieb der Feuerungsanlage ergeben sich entsprechend längere Reinigungszyklen von mehreren Monaten. Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäss dieses Elektrofilters dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrofilter für eine Feuerungsanlage, mit einer Filterelektrode (8), mit einer Elektrodenhalterung (7), über welche die Filterelektrode (8) in einem Rauchgasrohr (1) der Feuerungsanlage gehalten wird und mit Spannung versorgbar ist, und mit einem Isolator (5), der die Elektrodenhalterung (7) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenhalterung (7) über Haltestege (18) mit einem sie umschliessenden, sich in Richtung des Rauchgasrohres (1) konisch erweiterenden Gehäuse (4) verbunden ist, sodass Spülluftöffnungen (16) zwischen den Haltestegen (18) gebildet sind, zwischen denen Spülluft (SL) in Richtung des Rauchgasrohres (1) führbar ist, wobei die Elektrodenhalterung (7) mindestens einen senkrecht zu ihrer Verlaufrichtung liegenden Prallteller (6.1 ,6.2) trägt, der bis auf einen Luftspalt (x), der so dimensioniert ist, dass er grösser als die durch die Spannung bedingte Durchschlagstrecke ist, das Innere des konischen Gehäuses (4) ausfüllt, und/oder das weite Ende des konischen Gehäuses (4) mit einer senkrecht zur Gehäuseachse verlaufenden Ringblende (20) abgeschlossen wird, die den Innenrand des konischen Gehäuses zum Zentrum hin überragt.
2. Elektrofilter nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenhalterung (7) zwei senkrecht zu ihrer Verlauf richtung liegende Prallteller (6.1,6.2) trägt, die bis auf einen Luftspalt (x), der so dimensioniert ist, dass er grösser als die durch die Spannung bedingte Durchschlagstrecke ist, das Innere des konischen Gehäuses (4) ausfüllen.
3. Elektrofilter nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringblende (20) als Ringelektrode ausgebildet ist.
4. Elektrofilter nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ionisator (22) und Ventilator (21) vorhanden sind, zum Ionisieren der Spülluft (SL) und anschliessenden Fördern derselben durch die Spülöffnungen (16) in das Rauchgasrohr (1).
5. Elektrofilter nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steckverbindung (9) vorhanden ist, die als Ionisator (22) ausgebildet ist, und über die die Elektrodenhalterung (7) mit einer Hochspannungsquelle verbindbar ist.
6. Elektrofilter nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der Isolator (5) sternförmig auf der Längsseite des Isolators (5) angeordnete Spülluftauslässe aufweist, die über einen im Isolator (5) angeordneten Spülluftkanal mit Spülluft (SL) versorgbar sind.
7. Elektrofilter nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem ein Prallteller (6.1) ins Abgasrohr (1) ragt.
8. Elektrofilter nach einem der vorangehenden Patentansprüche, mit einem Mitteln zum Aufheizen der Spülluft (23).
9. Elektrofilter nach einem der vorangehenden Patentansprüche, mit einem Mittel zur Erzeugung eines Spülluftstroms (21) .
10. Verfahren zum Betreiben eines Elektrofilters nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, bei dem Spülluft (SL) zur Verhinderung von Partikelansammlungen über Spülluftöffnungen (16) um den Elektrodenhalter (7) entlang dem Isolator (5) in Richtung zum Rauchgasrohr (1) hin um die Prallteller (6.1,6.2) herum und/oder durch die Ringblende (20) geführt wird.
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