DE2341541C2

DE2341541C2 - Elektroabscheider

Info

Publication number: DE2341541C2
Application number: DE19732341541
Authority: DE
Inventors: Helmut Ingo Andover Mass. Milde
Original assignee: High Voltage Engineering Corp
Current assignee: High Voltage Engineering Corp
Priority date: 1972-08-17
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1982-12-09
Also published as: JPS5058671A; FR2196205B1; GB1445362A; GB1445361A; FR2196205A1; JPS594184B2; DE2341541A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektroabscheider nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die elektrostatische Schwebstoffabscheidung wird derzeit wohl als das zweckmäßigste Verfahren zur Entfernung von festen oder flüssigen Teilchen (Schwebstoffen) aus strömendem Gas in kommerziellem Umfang angesehen. Die Schwebstoffabscheidung gewährleistet in erster Linie eine Verringerung der Immission von Verunreinigungen in die Atmosphäre und dadurch die Aufrechterhaltung tragbarer Umweltbedingungen, während gleichzeitig bequeme und wirtschaftliche industrielle Brennstoffe verwendet werden können, die sonst aus ökologischen Gründen nicht zulässig wären. Zweitens können auch die bei der Abscheidung anfallenden Substanzen selbst verwertbar sein.

Elektrostatische Schwebstoffabscheider sind zwar nun schon mehr als 50 Jahre bekannt und werden seit vielen Jahren in großem Umfange kommerziell verwendet; trotzdem läßt der Wirkungsgrad der bekannten elektrostatischen Abscheider immer noch sehr zu wünschen übrig. Wenn annehmbare Umweltschutzbedingungen eingehalten werden sollen, müssen große und teure Abscheider eingesetzt werden.

Die folgenden Überlegungen sollen zeigen, wie der Wirkungsgrad eines elektrostatischen Abscheiders verbessert werden kann:

Der Wirkungsgrad W eines elektrostatischen Abscheiders läßt sich durch die folgende Gleichung ausdrücken:

W= l-t'i'" (1)

Dabei bedeuten

A Auffangfläche in Quadratmetern
Q Strömungsgeschwindigkeiten in mVs
Vd Driftgeschwindigkeit in m/s.

Wenn A und Q vorgegeben sind, wie es bei einer bereits bestehenden Anlage der Fall ist, kann man versuchen, den Wirkungsgrad durch Vergrößerung der Driftgeschwindigkeit Vd zu verbessern. Die Driftgeschwindigkeit ist durch die folgende Gleichung gegeben:

40 6 π μ r
Dabei bedeuten

q Ladung pro Teilchen in Coulombs (Cb)

E elektrische Feldstärke in V/m

μ dynamische Viskosität in kg/m · s

r Teilchenradius in Metern.

(2)

Da sich die Viskosität des strömenden Mediums, also im allgemeinen des die Schwebstoffe enthaltenden Gases, bei bestehenden Anlagen nur schwer beeinflussen läßt, muß man die mittlere elektrische Feldstärke E und die Teilchenladung q vergrößern, um zu größeren Driftgeschwindigkeiten zu gelangen. Die Teilchen werden durch negative Ionen aufgeladen, die aus Molekülen des Umgebungsgases durch elektrische Anlagerung gebildet werden. Die Ladung pro Teilchen ist, wenn der Teilchendurchmesser mindestens 0.5 μΐη beträgt, durch die folgende Gleichung gegeben:

1 = Er²
3-10⁸

t +

4 e₀
Ndc

(3)

Dabei bedeuten

relative Dielektrizitätskonstante der Teilchen Aufladungszeit in Sekunden
Dielektrizitätskonstante des Vaku-

ums = 8,85 - 10-'²Cb/Vm
N lonenkonzentration in Ionen pro Kubikmeter go Ladung des Elektrons = 1,6 · 10-¹⁹Cb
K Ionenbeweglichkeit in mWs

Die Gleichung (3) zeigt, daß die Teilchenladung proportional der Feldstärke Eist. Gemäß Gleichung (2) ist ferner die Driftgeschwindigkeit eine Funktion des Quadrates der Feldstärke und die Gleichung (1) läßt erkennen, daß der Wirkungsgrad stark von der Feldstärke abhängt. Der Wirkungsgrad könnte also dadurch erheblich verbessert werden, daß man die mittlere elektrische Feldstärke im Strömungskanal des Abscheiders erhöht.

Derzeit arbeiten die meisten elektrostatischen Abscheider mit mittleren elektrischen Feldstärken zwischen 5 und lOkV/cm. Dies entspricht V₆ bzw. V₃ der Durchbruchsfeldstärke für Funkenstrecken mit gleichförmiger Feldverteilung in Luft unter Atmosphärenbedingungen. Die große Diskrepanz zwischen der tatsächlichen Feldstärke und der im Idealfall erreichbaren Feldstärke ist bei den bekannten Abscheidern konstruktionsbedingt und notwendig, da das elektrische Feld die Aufgabe hat, über eine Koronaentladung Elektronen zu erzeugen. Die Aufladung der Schweb-Stoffteilchen durch eine Koronaentladung erfordert ein ungleichförmiges Feld in der Nähe der ladungserzeugenden Elektroden. Da die Maximalspannung im Abscheider die Durchbruchsspannung nicht wesentlich überschreiten kann, läßt sich die notwendige Ungleichförmigkeit des Feldes nur dadurch erreichen, dc.3 man gleichzeitig eine verhältnismäßig niedrige mittlere elektrische Feldstärke und damit entsprechend niedrige Fähigkeiten des elektrischen Feldes, die abzuscheidenden Teilchen aufzuladen und zu den Auffang- oder Abscheidungselektroden zu transportieren, in Kauf nimmt.

Aus der GB-PS 4 04 635 ist ein Elektroabscheider bekannt, bei dem die zur Aufladung der Schwebstoffteilchen erforderliche Koronaentladung an einer drahtförmigen Elektrode durch kurze, relativ große Spannungsimpulse erzeugt wird, während zum Erzeugen des elektrischen Feldes, das die aufgeladenen Teilchen zur Niederschlagselektrode transportieren soll, an der drahtförmigen Elektrode zeitlich zwischen den Impulsen eine Spannung liegt, die niedriger ist als der Wert, bei dem ein Spannungsdurchbruch möglich wäre. Der bekannte Abscheider soll eine möglichst hohe Teilchenaufladung ohne die Gefahr von Spannungsüberschlägen gewährleisten. Er hat aber den Nachteil, daß die Feldstärke des Transportfeldes zur Vermeidung von Überschlagen auf relativ niedrige Werte beschränkt werden muß, weil die gemäß dem allgemeinen Stand der Technik (vgl. z. B. H. J. White, »Industrial Electrostatic Precipitation«, 1963, S.97—110) für einen möglichst guten Koronaeffekt dimensionierten und angeordneten Drahtelektroden eine sehr ungleichmäßige Feldverteilung bedingen.

Anderen z. B. aus der DE-PS 3 43 461 bekannten Abscheidern liegt bereits die Erkenntnis zugrunde, daß ein guter Wirkungsgrad eine möglichst gleichmäßige Verteilung des elektrischen Feldes bedingt, die aber andererseits einer guten Aufladung der Teilchen im Wege stehen würde. Zur Vermeidung dieses Widerspruchs, also zur Schaffung einer Vorrichtung, die sowohl ein relativ gleichmäßiges Feld als auch eine ausreichende Teilchenaufladung ermöglichen soll, sind im bekannten Fall zwischen einer Kathode und einer

Anode Zwischen-Elektroden angeordnet, deren Spannung zwischen den Kathoden- und Anodenpotentialen liegt. Diese Zwischenelektroden können drahtförmig sein und neben oder anstelle der Kathode zur Ionisierung dienen. Bei dieser bekannten Anordnung ergeben sich Schwierigkeiten aus der Tatsache, daß das Transportfeld selbst eine zur vollständigen Aufladung der Teilchen erforderliche Größe haben muß. Auch läßt die Gleichmäßigkeit des durch die Zwischenelektroden erzeugten Feldes zu wünschen übrig. Die Anordnung gesonderter Zwischen- oder Hilfselektroden zur Vergleichmäßigung des Feldes wurde auch an anderer Stelle empfohlen, vgl. z. B. »Chemie-lng.Techn.« 1967/ Heft 15, S. 910-913.

Aus der US-PS 19 76 214 ist es ferner bekannt, zur Vermeidung von Schwierigkeiten, die sich bei der Ionisierung durch eine Wechselspannung z. B. hinsichtlich der Überschlagsgefahr ergeben können, ein Ionisierungs-Wechselfeld und ein Transport-Gleichfeld einander so zu überlagern, daß beide Felder senkrecht aufeinander stehen. Zu diesem Zweck sind außer den geerdeten Niederschlagselektroden zwei ineinander verschachtelte Gruppen stabförmiger Elektroden vorgesehen, die auf verschiedenen Potentialen liegen. In diesem Fall muß zwischen den stabförrr.igen Elektroden und den Niederschlagselektroden kein die Koronaschwelle übersteigendes Feld erzeugt werden. Die Gleichmäßigkeit des Transportfeldes wird aber durch das ihm überlagerte Wechselfeld gestört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektroabscheider anzugeben, der ohne große konstruktive Änderungen konventioneller Anlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 einen wesentlich besseren Wirkungsgrad hat.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Elektroabscheider gelöst.

Das zwischen den Spannungsimpulsen erzeugte gleichmäßige oder gleichförmige elektrische Gleichfeld (worunter nicht unbedingt ein Feld vorgegebener Polarität und konstanter Amplitude zu verstehen ist, sondern ggf. auch elektrische Felder, die durch eine vollständig oder teilweise gleichgerichtete Wechselspannung erzeugt werden), läßt sich bei vielen konventionellen Abscheidern durch Erhöhung der Anzahl und/oder des Durchmessers der drahtförmigen Elektroden im Strömungskanal erreichen. Dadurch wird der Wirkungsgrad in überraschend hohem Maße verbessert. Das impulsartige elektrische Feld kann eine zwei- oder dreimal größere Feldstärke haben als das Gleichfeld, dem es überlagert wird, da die Durchbruchsfeldstärke eines Gases bei Einwirkung von Impulsspannungen kurzer Dauer verhältnismäßig hoch ist, siehe z. B. die Veröffentlichung von Felsenthal und Proud »Nanosecond Pulse Breakdown in Gases«, Phys. Rev. 130A, S. 1796 (Sept. 1965).

Die Trennung der Aufladungs- und Transportfunktionen von der Erzeugung der Elektronen hat eine Reihe von wesentlichen Vorteilen:

1. Vorhandene elektrostatische Abscheider können in einem Abscheider der hier beschriebenen Art umgerüstet werden ohne daß in der Anlage größere Änderungen erforderlich sind. Man kann dabei verhältnismäßig einfache Schaltungen verwenden wie unten in Verbindung mit den ersten beiden Figuren erläutert werden wird.

2. Bei bekannten Abscheidern liegt die Betriebsspannung nahe bei der Durchbruchspannung des Gases.

Wenn die Spannung wesentlich herabgesetzt wird, hört die Erzeugung von Elektronen durch die Korona-Entladung auf und der Abscheider ist nicht mehr funktionsfähig. Die bekannten Abscheider sind daher sehr empfindlich gegen eine Verschmutzung der Elektroden und daher nicht gut für hohe Betriebsspannungen geeignet. Bei einer Einrichtung gemäß der Erfindung kann das Impulsfeld ohne weiteres so groß gewählt werden, daß das Auftreten einer Koronaentladung unter praktisch allen denkbaren Umständen gewährleistet ist, und der Betriebsbereich des Gleichfeldes wird wesentlich vergrößert.

3. Die Aufgabe der Koronaentladung besteht darin, Ladungsträger zur Aufladung der Teilchen bis zu !5 einem Gleichgewichtszustand zu liefern. Eine wesentliche Erhöhung der Anzahl der Ladungsträger über den Mindestwert, der für eine ausreichende Aufladung erforderlich ist, bringt keine wesentlichen Vorteile mit sich und verringert lediglich die Zeit, die erforderlich ist, bis die Teilchen ihren Gleichgewichtszustand hinsichtlich der Aufladung erreichen. Dies geht quantitativ aus der Gleichung (3) hervor, aus der ersichtlich ist, daß die Gleichgewichtsladung nur vom elektrischen Feld, dem Teilchenradius und in geringerem Maße noch von der Dielektrizitätskonstante des Teilchens abhängt. Da die Zeit bis zum Erreichen des Ladungsgleichgewichtes (etwa 2 ms) sowieso schon klein im Vergleich zur Laufzeit (typischerweise etwa 50 ms) ist, ergibt sich durch eine Beschleunigung der Aufladung nur eine minimale Verbesserung des Wirkungsgrades. Die Erzeugung zu vieler Ladungsträger kann sich sogar durch das Auftreten einer Rückkoronaentladung (»Rücksprühen«) nachteilig auf den Wirkungsgrad auswirken; dieser Effekt tritt auf, wenn der spezifische Widerstand des abgeschiedenen Staubes so groß ist, daß der die Staubschicht durchfließende Strom an dieser einen Spannungsabfall erzeugt, der größer ist als die w elektrische Durchbruchsspannung der Schicht. Die Rückkoronaentladung kann bei den bekannten Abscheidern zu erheblichen Schwierigkeiten führen, wenn der spezifische Widerstand des abgeschiedenen Staubes größer als etwa 2 · 10^s Ohm/cm ist.

Bei dem vorliegenden Elektroabscheider kann der Mittelwert des Koronastroms unabhängig vom elektrischen Gleichfeld genau geregelt werden. Dies kann uureii Änderung dci Amplitude, der Breite und/odcr der Wiederholungsfrequenz der überlagerten Spannungsimpulse erlolgen. Der Änderung der Impulsspannung (Impulsamplitude) kommt dabei die größte Bedeutung zu, da die Koronaerzeugung eine exponentiell Funktion der Spitzenspannung ist.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines für die Anwendung der Erfindung geeigneten typischen elektrostatischen Abscheiders für Flugasche;

Fig.2 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Elektrodenanordnung des elektrostatischen Abscheidersgemäß Fig. 1;

Fig.3 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung für einen elektrostatischen Abscheider gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 4 ein Schaltbild einer anderen Schaltungsanordnung für einen elektrostatischen Abscheider gemäß der vorliegenden Erfindung;

F i g. 5 und 6 graphische Darstellungen von elektrischen Feldverteilungen für in verschiedenen Abständen zwischen plattenförmigen Elektroden angeordneten Drähten.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Elektrodenanordnung 1 eines typischen elektrostatischen Abscheiders oder Elektrofilters 2 dargestellt. Die Erfindung läßt sich mit konventionellen Elektrodenanordnungen durchführen: wie im folgenden noch erläutert werden wird, kann es jedoch zweckmäßig sein, die bekannten Elektrodenanordnungen in gewisser Hinsicht abzuändern. Ein Elektroabscheider kann im wesentlichen aus drahtförmigen Korona- oder Sprühelektroden 3 und einer oder mehreren geerdeten, plattenförmigen Niederschlagselektroden 4 bestehen, wie bei einem einstufiger Elektroabscheider oder Cottrell-Abscheider, oder die Ladung der Teilchen kann im Falle eines sogenannten zweistufigen Elektrofilters (nicht dargestellt) in einem getrennten Bereich erfolgen. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für einstufige Elektroabscheider und sie wird daher im folgenden ausschließlich anhand solcher Elektroabscheider erläutert. Für kleine Gasdurchsätze und die Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen sowie Anwendungen, die eine Abreinigung durch Wasserbespülung der Elektroden erfordern, können einfache Röhrenelektroabscheider verwendet werden während man für größere Gasdurchsätze, trockene Abreinigung und manchmal auch für nasse Abreinigung der Niederschlagselektroden im allgemeinen mit Plattenelektroabscheider arbeitet, die mehrere drahtförmige Sprühelektroden enthalten, die parallel zueinandei zwischen zwei ebenen, plattenförmigen Niederschlagselektroden angeordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel vor Piattenelektroabscheider beschrieben, sie ist jedoch nicht auf irgend einen speziellen Typ von Elektroab scheider beschränkt.

Bei manchen Anlagen für den Hausgebrauch, be denen kein Ozon entstehen soll, liegen die Sprühelektroden an positiver Spannung, bei industriellen Anlager wird jedoch den Sprühelektroden 3 im allgemeinen eine negative Spannung durch eine Spannungsquelle 5 übei ein Hochspannungskabel 6 zugeführt, während die Niederschlagselektroden 4 im allgemeinen geerdet sind Die Größe der plattenförmigen Niederschlagselektroden von Plattenelektroabscheidern kann von 60 bis 90 cm Breite und 180 cm Höhe bis zu 180 oder 240 crr Breite und 600 bis 750 cm Höhe schwanken. Typisch« Niederschlagselektroden sind, wie F i g. 2 zeigt, mil offenen Zellen (»Opzel«), oder mit Streckmetall oder als Stabvorhang oder Jalousie-Typen (Vee-Typen) ausgebildet Bei den meisten industriellen Elektroabscheider enthalten die Sprühelektroden etwa 2,5 mm dicke Drähte aus gewöhnlichem oder legiertem Stahl. Be einstufigen oder Cottrell-Elektroabscheidern liegen die Koronaströme bei Spannungen in der Größenordnung von 30 kV bis 100 kV gewöhnlich in der Größenordnung von 0,03 bis 3 mA pro Meter (0,01 mA bis 1 mA pro FuB^ der drahtförmigen Sprühelektroden.

Die Spannungsquelle 5 liefert im Prinzip ein« negative Spannung an die Sprühelektroden 3; irr allgemeinen wird jedoch keine Gleichspannung irr

eigentlichen Sinne verwendet, sondern eine ungefilterte gleichgerichtete Wechselspannung, die durch entsprechende Gleichrichterschaltungen erzeugt wird und eine überlagerte Wechselspannungskomponente enthält. Es sind kürzlich auch schon Impulsverfahren, ähnlich wie sie bei Hochleistungs-Radaranlagen verwendet werden, vorgeschlagen worden, die mit Impulsen einer Dauer von 100 μ$ und einer Wiederholungsfrequenz von 100 Hz arbeiten. Impulsförmige Spannungen haben sich jedoch bisher noch nicht allgemein durchgesetzt, und die derzeit gebräuchlichen Elektroabscheider arbeiten im allgemeinen mit gleichgerichteter 50 Hz- oder 60 Hz-Netzspannung.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung, wie sie bei dem vorliegenden Elektroabscheider verwendet werden kann, ist in F i g. 3 dargestellt. Die gestrichelt umrahmte Baugruppe 10 enthält dieselben Bauelemente, wie sie im Prinzip bei den bekannten elektrostatischen Staubabscheidern üblich sind, nämlich einen durch eine Wechselspannungsquelle 12 gespeisten Transformator 14 sowie eine Gleichrichterschaltung 16, die eine (pulsierende) Gleichspannung für die Speisung des Elektrodensystems 18 eines Elektroabscheiders liefert. Die auf Massepotential liegenden Niederschlagselektroden bestehen häufig aus mehreren, im wesentlichen parallelen Platten. Zwischen den Platten sind mehrere auf Hochspannung liegende, drahtförmige Sprühelektroden gespannt, die parallel zueinander und zu den plattenförmigen Niederschlagselektroden verlaufen. Das Elektrodenystem des Elektroabscheiders ist so angeordnet, daß der zu reinigende, abzuscheidende Teilchen enthaltende Gasstrom zwischen den plattenförmigen Niederschlagselektroden hindurch und an dem auf hoher Spannung liegenden drahtförmigen Sprühelektroden vorbeiströmt. Die Elektroden können z. B. in einer Kammer angeordnet sein, durch die Brennstoffabgase zu einem Kamin strömen. Die vom Gasstrom mitgeführten Teilchen werden in der Nähe der Elektroden elektrisch geladen und aus dem Gasstrom heraus zu den auf Massepotential liegenden Niederschlagselektroden transportiert. Die Teilchen sammeln sich auf den Niederschlagselektroden oder am Boden der Kammer als Staub an. Die Niederschlagselektroden brauchen keine ebenen Platten zu sein, sondern können die verschiedensten Formen annehmen, um das Abscheidungsvermögen, das Zurückhaltevermögen oder andere Eigenschaften des Abscheiders zu verbessern. Bei der vorliegenden Erfindung können die verschiedensten Formen von Niederschlagselektroden verwendet werden, z. B. V-Platten, Streckmetallplatten. Stabvorhänge. Opzel-Schirmplatten usw. Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Elektroabscheider stellt nur eine von vielen möglichen Anordnungen dar.

Bei dem vorliegenden Elektroabscheider ist außer den oben aufgeführten konventionellen Bestandteilen eines Elektroabscheiders außerdem noch ein Impulsformungsnetzwerk 20 vorgesehen, das dazu dient, einen impulsförmigen Koronastrom zu erzeugen. Das Impulsformungsnetzwerk 20 kann, wie dargestellt, aus Kapazitäten und Induktivitäten bestehen oder aus einem Kabel oder aus irgend einer anderen bekannten Einrichtung zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen. Bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Impulsformungsnetzwerk 20 durch die gleiche Stromversorgung gespeist, die auch zum Erzeugen des elektrischen Gleichfeldes dient, dem die Impulse überlagert werden, da dies meistens das Zweckmäßigste sein wird; man kann jedoch auch verschiedene Spannungsquellen verwenden, wenn dies die Parameter und die Konstruktion eines speziellen Systems erfordern. Die Impulsspannung kann durch Betätigung eines Schalters 22 dem pulsierenden Gleichfeld überlagert werden. Die Schaltungsanordnung für die Gleichspannung kann erforderlichenfalls durch induktive, kapazitive und ohm'sche Schaltungselemente 24, 26 bzw. 28 vom Impulsformungsnetzwerk 20 isoliert werden.

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung für einen Elektroabscheider gemäß der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die konventionelle Elektroabscheiderschaltung, die einen an eine Wechselspannungsquelle 12 angeschlossenen Transformator 14, eine Gleichrichterschaltung 16 und ein Elektrodensystem 18 enthält, mit einem Impulstransformator 30 zur Überlagerung des impulsartigen Feldes kombiniert. Der Impulstransformator ist im Betrieb selbstverständlich mit einer nicht dargestellten Impulsquelle verbunden.

Wie die Verringerung des Abstandes zwischen den drahtförmigen Sprühelektroden im Strömungskanal zwischen den Niederschlagselektroden das elektrische Feld beeinflußt, ist in den Fig.5 und 6 dargestellt. Bei F i g. 5 haben die auf einer Spannung von 50 kV liegenden drahtförmigen Sprühelektroden gegenseitige Abstände von 15,24 cm und sind in einem 20,3 cm breiten Strömungskanal zwischen plattenförmigen, ebenen Niederschlagselektroden angeordnet. Die ausgezogenen Linien stellen Äquipotentialflächen dar. Bei Fig.6 haben die drahtförmigen Sprühelektroden gegenseitige Abstände von 7,62 cm, sie sind wieder längs einer Reihe in der Mitte eines 20,3 cm breiten Strömungskanals angeordnet. Die Äquipotentialflächen sind hier im Strömungskanal offensichtlich wesentlich gleichmäßiger beabstandet als bei der Anordnung gemäß F i g. 5 und sie verlaufen außerdem weitestgehend parallel zu den den Strömungskanal begrenzenden plattenförmigen Niederschlagselektroden. Fig.5 ist typisch für die Kanalabmessungen und Sprühelektrodenabstände bei den derzeitigen Elektroabscheidern. Fig.6 zeigt eine typische Anordnung, wie sie mit Vorteil bei einem Elektrofilter gemäß der Erfindung verwendet werden kann, da hier die Trennung der Teilchenaufladungs- und Transportfunktionen von der Erzeugung des Koronastromes die Verwendung verhältnismäßig hoher, gleichförmiger und damit wesentlich wirksamerer Gleichfelder für die erstgenannten Funktionen ermöglicht. Der optimale Abstand für die drahtförmigen Sprühelektroden in einem Elektroabscheider gemäß der Erfindung läßt sich zwar nicht für alle Fälle allgemein angeben, als Faustregel kann jedoch gelten, daß der Abstand zwischen benachbarten Drähten vorzugsweise kleiner als die halbe Breite des Strömungskanals oder der halbe Abstand zwischen den Niederschlagselektroden, zwischen denen sich die Sprühelektroden befinden, ist. Der Durchmesser der drahtförmigen Sprühelektrode^ im Strömungskanal eines üblichen Elektroabscheiders beträgt normalerweise etwa 2,5 bis 3,2 mm. Im Hinblick auf das bei der vorliegenden Erfindung angestrebte Ziei, rr.it einem möglichst hohen, gleichförmigen elektrischen Gleichfeld zu arbeiten, werden bei den vorliegenden Elektroabscheidern vorzugsweise dickere Drähte verwendet So konnte z. B. durch viele Versuche festgestellt werden, daß sich Drähte mit einer Dicke von etwa 4,7 bis 8,0 mm für Elektroabscheider des in F i g. 6 dargestellten Typs gut eignen. Die Vergrößerung der

Dicke der drahtförmigen Sprühelektroden trägt nicht nur zur Vergleichmäßigung des elektrischen Gleichfeldes bei, sondern verringert auch Schwingungen und Ermüdungserscheinungen der Drähte. Die drahtförmigen Sprühelektroden brauchen auch nicht notwendigerweise einen kreisförmigen Querschnitt zu haben; je nach der jeweiligen Geometrie und den Parametern des Elektroabscheider können auch andere Querschnittsformen verwendet werden, um einen gewünschten Gleichfeldgradienten zu erreichen und gleichzeitig die Erzeugung eines Koronastromes ausreichender Größe zu gewährleisten.

Während bei einem konventionellen Elektroabscheider mit einer Elektrodenanordnung, wie sie in Fig.5 dargestellt ist, die Spannung an den drahtförmigen Sprühelektrode!! etwa 50 kV betragen kann, läßt sich bei dem Elektroabscheider gemäß der Erfindung an die drahtförmigen Sprühelektroden eine wesentlich höhere Spannung anlegen, die nur durch die Durchbruchsspannung (also das Isolationsvermögen) des Gases im Strömungskanal begrenzt ist. Untersuchungen haben ergeben, daß Sprühelektrodenspannungen von 70 kV und darüber gut geeignet sind.

Der Koronastrom, den man für die Erzeugung der Ionen zur Aufladung der abzuscheidenden Teilchen braucht, wird durch die von einer Impulsgeneratoranordnung, wie dem Impulsformungsnetzwerk 20 in F i g. 3, überlagerten Hochspannungsimpulse erzeugt. Das Impulsfeld kann wesentlich stärker sein als das Gleichfeld, dem es überlagert wird, ohne daß ein Durchschlag des Gases im Strömungskanal eintritt, da die Impulsspannung jeweils nur kurz dauert.

Die überlagerte Spannung kann insbesondere mindestens 10% der überlagerten Gleichspannung an den Sprühelektroden sein und typischerweise etwa in der gleichen Größenordnung wie die Sprühelektrodengleichspannung liegen. Untersuchungen haben z. B. ergeben, daß man bei einer Anordnung entsprechend Fig.6 an den Sprühelektroden mit einer Gleichspannung von 70 kV, der eine Impulsspannung von 70 kV überlagert ist, gut arbeiten kann.

ίο Die Dauer der überlagerten Impuisspannung liegt vorzugsweise zwischen 10~⁹ und 10~³ Sekunden. Ein typischer Wert für die Impulsbreite ist größenordnungsmäßig 100 Nanosekunden. Durch Versuche mit Impulsformen, die eine steile Vorderflanke haben, wurde festgestellt, daß in einem solchen Falle der anschließende Teil der Schwingung relativ wenig zum Koronastrom beiträgt. Man kann also Impulsformen mit verschiedenem exponentiellem Abfall oder sogar gedämpfte Schwingungen verwenden und im unteren Teil des angegebenen Impulsdauerbereiches arbeiten.

Die Wiederholungsfrequenz der überlagerten Impulse sollte mindestens 60 Hz (Impulse pro Sekunde), vorzugsweise mehr, also z. B. mehrere 100 Hz betragen. Bei kleinen Impulsfrequenzen, die ungefähr in der Größenordnung der Welligkeit der Gleichspannung liegen, kann es erforderlich sein, die überlagerten Impulse mit der Wechselspannungskomponente der Gleichspannung zu synchronisieren, um die Kapazität zwischen den Elektroden zu erhalten und zu gewährleisten, daß der volle Teilchenstrom fließt. Bei höheren Frequenzen der überlagerten Impulse tritt dieses Problem nicht auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektroabscheider zur elektrostatischen Abscheidung von Schwebstoffteilchen mittels eines Koronastroms, mit die Teilchen sammelnden geerdeten Niederschlagselektroden, zwischen denen ein Satz drahtförmiger Elektroden angeordnet ist die auf einem gemeinsamen Potential liegen und jeweils sowohl zum Erzeugen einer die Schwebstoffteilchen aufladenden Koronaentladung als auch zum Erzeugen eines elektrischen Transportfeldes dienen, und mit einer zwischen die Niederschlagselektroden und die drahtförmigen Elektroden geschalteten Spannungsversorgung, die eine Betriebsspannung liefert, welche kurze, unipolare Spannungsimpulse enthält, deren Amplitude größer als die Koronarentladungseinsatzsp?nnung an den drahtförmigen Elektroden isi, während die kontinuierliche Betriebsspannung zwischen den Impulsen einen Wert hat, der unter der Durchbruchsspannung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß Durchmesser und gegenseitige Abstände der drahtförmigen Sprühelektroden (3) und ihre Anordnung bezüglich der Niederschlagselektroden (4) sowie die Größe der kontinuierlichen Betriebsspannung zwischen den Spannungsimpulsen so gewählt sind, daß die kontinuierliche Betriebsspannung ein elektrisches Feld hoher Intensität zwischen den drahtförmigen Sprühelektroden und den Niederschlagselektroden erzeugt, das so gleichmäßig ist, daß der dadurch erzeugte Koronastrom zur Abscheidung der Teilchen unzureichend ist, wobei der gegenseitige Abstand benachbarter drahtförmiger Sprühelektroden kleiner ist als der Abstand dieser Sprühelektroden von den Niederschlagselektroden.

2. Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der der Betriebsspannung überlagerten Spannungsimpulse etwa in der gleichen Größenordnung wie die Betriebsspannung liegt.

3. Elektroabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Spannungsimpulse etwa 100 ns beträgt.

4. Elektroabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Spannungsimpulsen herrschende Spannung eine wellige Gleichspannung ist, und daß die Wiederholungsfrequenz der Impulse mit der Welligkeitskomponente der Gleichspannung synchronisiert ist.

5. Elektroabscheider nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Spannungsimpulse mindestens 10% größer ist als die Amplitude der zwischen den Spannungsimpulsen herrschenden Spannung.

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