EP1545785B1 - Elektrostatisch arbeitender filter und verfahren zum abscheiden von partikeln aus einem gas - Google Patents

Elektrostatisch arbeitender filter und verfahren zum abscheiden von partikeln aus einem gas Download PDF

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EP1545785B1
EP1545785B1 EP03750661A EP03750661A EP1545785B1 EP 1545785 B1 EP1545785 B1 EP 1545785B1 EP 03750661 A EP03750661 A EP 03750661A EP 03750661 A EP03750661 A EP 03750661A EP 1545785 B1 EP1545785 B1 EP 1545785B1
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EP
European Patent Office
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electrodes
particles
electrode
electrostatically operating
space
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03750661A
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English (en)
French (fr)
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EP1545785A1 (de
Inventor
Hubert R. Lageman
Manfred W. Schmoch
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Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Original Assignee
Fisia Babcock Environment GmbH
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Publication date
Application filed by Fisia Babcock Environment GmbH filed Critical Fisia Babcock Environment GmbH
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Publication of EP1545785B1 publication Critical patent/EP1545785B1/de
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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
    • 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
    • B03C3/36—Controlling flow of gases or vapour
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an electrostatic filter for the separation of particles from a gas having at least one electrode connected to a high voltage source and at least one grounded or oppositely poled electrode, between which the gas laden with the particles can be passed.
  • Document DE 28 02 965 A discloses such an electrostatic filter.
  • the invention relates to a method for separating particles from a gas by means of an electrostatic filter.
  • Electrostatically operating filters of the generic type are known, for example, from EP 0 847 806 B1. They are used for the electrostatic separation of any particles and droplets from different gases in many process engineering processes, in particular for gas dedusting.
  • the gas to be purified flows through a gas-arranged register of precipitation electrodes, each of which is substantially shaped as a plate.
  • Spray electrodes are arranged centrally in each lane formed by the collecting electrodes. Between the spray electrodes and the collecting electrodes, a high DC voltage is applied, which is above the corona threshold voltage.
  • the discharge electrodes emit electrons that are so strongly accelerated in the immediate vicinity of the high-voltage discharge electrodes due to the prevailing high electric field strength that their kinetic energy is sufficient to knock out more electrons from neutral gas atoms and / or molecules and in this way to create an electron cloud.
  • the electric field strength decreases rapidly, so that the kinetic energy of the electrons falls below the limit at which the electrons are bound by neutral gas molecules or atoms to form negative gas ions.
  • these negative gas ions preferably accumulate on the dust particles and thus share with them an electrical charge, as a result of which the thus charged dust particles experience an accelerating force action in the direction of the collecting electrode in the electric field. There, they are collected in a layer of dust, through which the charge carriers flow to the grounded precipitation electrode, agglomerated and preferably by vibrations of the electrodes, for example caused by knocking, cleaned and fed by gravity of the dust collection and Staubaustragsvorraum.
  • a special type of electrostatic filter is described in DE 3 723 544 A1.
  • a "patterned deposition electrode” is shown as a deposition electrode facing the spray electrode.
  • the structuring can be different in many ways. It always serves for mechanical binding and storage of the electrostatically separated dust particles.
  • the dust is disposed of by incineration in the filter or by replacement or cleaning of the filters outside of the filter operation.
  • dust particles and droplets of different types of gas streams can be deposited in many applications.
  • the deposition efficiency is strongly influenced by the particles, but also by the gas properties.
  • the gas composition decisively determines the solubility of the Gases and thus the number of gas ions, which is available for charging, ie for the electrical loading of the dust particles.
  • the dust particles especially the specific electrical dust resistance is known as a significant dust property, because of this size, the amount of the effluent to the collecting electrode charge carriers is limited.
  • EP 0 847 806 B1 proposes a method in which the charging of the dust particles and their deposition is carried out procedurally in decoupled partial steps.
  • the dust particles are electrically charged with as high a charge carrier as possible, even at the cost of high gas turbulence.
  • the deposition zone the electrically charged dust particles are deposited in an electric field whose voltage is below the corona threshold voltage. As a result, the excitation of the electric wind is avoided.
  • the invention is therefore based on the object to overcome the aforementioned disadvantages and to propose an electrostatic precipitator and a method for its operation, which are characterized by a high separation efficiency with low energy consumption. Furthermore, the formation of electric wind should be minimized and the limiting effect of the specific electrical dust resistance should be removed.
  • the construction should be designed so that a continuous or quasi-continuous withdrawal of the separated particles is ensured during the ongoing operation of the filter.
  • the electrostatic precipitator contains no spray electrode and the electrodes (4,5) with a grid-like conversions, quasi field-free, in its longitudinal extent at least at one end open space (9) are formed in the the particles can enter via grid openings and exit at the open end.
  • a spray electrode is dispensed with, ie an electrode on which extreme field strength peaks are generated by small radii or other geometric points. Since the electrodes of both polarities then act as precipitation or deposition electrodes, it is therefore only possible to differentiate between high-voltage and grounded electrodes. High voltage can be the positive or negative electrode.
  • only the at least one electrode connected to the high-voltage source preferably all electrodes connected to the high-voltage source, contains or contains such a space.
  • only the at least one grounded electrode, preferably all grounded electrodes contain or contain such a space.
  • both the at least one electrode connected to the high-voltage source and the at least one grounded electrode, preferably all electrodes may contain such a space.
  • this space is at least partially bounded by a grid, mesh or the like and a Abscheideblech, the electrically conductively connected to each other, form the electrode.
  • the grid has inlet openings for the particles.
  • the quasi-field-free space formed between the grid, mesh or the like and the Abscheideblech is designed so that the incoming particles are slowed down so that they do not adhere to the Abscheideblech for a long time after the impact, but continuously fall down and be removed ,
  • the grid, mesh or the like can be formed from a number of interconnected mutually parallel rods, which are electrically connected to the plate-shaped Abscheideblech.
  • the grid is formed from a number of mutually connected mutually parallel rings, these being electrically conductively connected to a cylindrical or hollow-cylindrical deposition plate, forming the electrode.
  • the electrostatically operating filter may be formed as a "plate electrostatic filter” in which a number of planar box-shaped electrodes are arranged parallel to each other. It is equally possible that it is designed as a tubular electrostatic filter in which at least two cylindrical or hollow cylindrical electrodes are arranged coaxially with each other.
  • At least one electrode has a discharge channel for particles adjacent to the electrically largely field-free space.
  • the method of separating particles from a gas by means of an electrostatic filter is characterized in that that the particles are deflected to one of the two electrodes (4, 5), and that the particles pass into a lattice-like space (5) of the electrode, in the extension of which no electrical potential difference prevails, and are deposited there, the filter without a Spray electrode is operated.
  • the high-voltage leading and the grounded electrodes can be designed structurally similar. Therefore, a quasi-homogeneous electric field perpendicular to the flow direction of the particle-laden gas forms between the electrodes - without field strength peak, as in the previously known systems with spray electrodes. In contrast to the previously known electrostatic filter types, the separation of particles from the gas at the electrodes of both polarities can take place in the same way.
  • the proposed method utilizes the effect of an electric field between two electrodes on non-ionized by a technical device dust particles or targeted ionized dust particles in a gas stream.
  • the electrodes are preferably under a voltage which is below the corona threshold voltage.
  • the particles are deflected in the electric field depending on the polarity to one of the two electrodes.
  • the electrostatic filter can be constructed as a horizontally flow-through filter in which a cascade of box-shaped electrodes is used. Each second box-shaped electrode is either connected to the high voltage source or grounded or polar oppositely. In the same way, it is also possible to provide a design which leads to a vertically flown through tube or honeycomb electrostatic precipitator. Likewise, the proposed principle is applicable to a wet electrostatic precipitator.
  • the invention makes use of the fact that in the proposed embodiment of the electrodes with a quasi electric field-free space dust particles can enter the room due to their kinetic energy in this but then exposed to no further external electrostatic force and therefore separated using gravity and off the system is continuously discharged.
  • the proposed electrostatic precipitator has a highly efficient separation ability of particles and droplets from any gas stream, with only a small amount of energy is required. The emergence of an electric wind is largely avoided.
  • the cleaning of the electrodes takes place automatically. If, on the other hand, particles with adhesive or adhesive properties are concerned, the filtered particles can be cleaned from the walls of the electrostatic precipitator and / or the electrodes in a manner known per se by knocking the electrodes, with the particles falling down predominantly in a largely electric field-free space he follows. Depending on the properties of the particles and their rinsing - ie a wet filtration - during operation is possible.
  • the deposition of particles on / in the electrodes is also substantially dependent on the field strength existing between the high voltage electrode and the grounded electrode.
  • the field line of maximum field strength is perpendicular to the polarity between the electrodes; this also applies in principle to known filters with earthed Abscheideblechen and lying on high voltage potential Sprühelektroden. In order to increase the effectiveness of the invention, it is desirable to increase the distance between the electrodes of different polarity.
  • maximum field strengths firstly between the bodies and the opposing electrodes and secondly between the bodies of different polarity.
  • the maximum field strengths depend on the structural arrangement and can therefore have different values and directions.
  • the angles between the maximum field strengths can assume all values between 0 ° and 180 °.
  • an electrostatic filter is shown, which is suitable for filtering particles and / or droplets from a gas stream.
  • the particulate contaminated gas entering the filter is indicated by an arrow numbered 1.
  • the gas stream flows through the filter, whereby the particles in the gas are filtered out and removed.
  • the outflowing, cleaned gas is indicated by the arrow with the reference numeral 2. Downstream, the flow of deposited particles 3 exits the filter.
  • a cascade of electrodes is used. As can be seen in Fig. 1, a number of box-shaped electrodes 4 and 5 are arranged parallel to each other. Between the electrodes 4, 5 lanes 8 are provided, through which the gas to be purified 1 is passed.
  • the electrodes 4, 5 are alternately connected either to a high voltage source (namely, the electrodes 4) or grounded (namely, the electrodes 5).
  • all the electrodes 4, 5 are provided with a space, not designated here, into which the particles to be filtered out can enter, but in the extension of which no electrical potential difference prevails; he is therefore referred to here as a virtually electric field-free space.
  • This space is created in the electrodes 4, 5 in that the Abscheideblech 7 is surrounded by a grid 6.
  • Abscheideblech 7 and grid 6 are electrically connected.
  • the grid 6 consists of a number of mutually parallel bars.
  • the gas laden with particles initially flows in between the electrodes 4, 5 (see gas flow 1) and there comes under the effect of the quasi-homogeneous electric field.
  • the particles are deflected in the direction of the electrodes and enter through the grid openings. Thus, they are in a virtually electric field free space, where they are no longer exposed to any further external electrostatic force. They fall down due to gravity and can be continuously - while the filter operation - removed from the filter.
  • the cleaned gas leaves the filter in the horizontal direction via an outlet hood (see gas flow 2).
  • the electrodes 4, 5 according to FIG. 1 show, by way of example, the creation of the electric-field-free space by the grid 6 composed of interconnected bars, which grid is electrically connected to the internal separator plate 7.
  • the electrodes 4, 5 may be modular and arranged above and behind each other, as shown in Fig. 1. In this example, the electrodes on both sides of the Abscheidebleches a field-free space. Rand notede electrodes or in a filter with only one passage for the gas passage, the electrodes may also be constructed so that they only have a field-free space on one side of the Abscheidebleches. In any case, the depth of the field-free space depends on the requirements of the continuous particle withdrawal.
  • Fig. 2 an alternative embodiment of this type of electric filter is sketched as a tube filter.
  • the grounded electrode 5 contains the virtually field-free space 9, which is bounded here by a ring grid 6 and the cylindrical deposition plate 7.
  • the grid 6 is formed here by a number of interconnected parallel arranged metal rings, which are electrically connected to the Abscheideblech 7 and together form the electrode 5.
  • the electric field-free spaces 9 are formed as flow-calmed zones. This can be achieved by appropriate geometric arrangement of the bars or grid rings and / or a corresponding design of the gas inlet and the gas outlet.
  • FIGS. 3 a and 3 b show a few details of the configuration of the electrodes 4, 5 with the deposition plate 7, the grid 6 and the quasi electrically field-free spaces 9 defined thereby.
  • the Abscheidebleche 7 are plate-shaped and enclosed by rod-shaped grid elements which form the grid 6. Between the Abscheideblechen 7 and the grid 6, the largely electric field-free space 9 is formed in the electrodes 4, 5. The filtered particles move in the direction of arrow 3 (direction of gravity) down and can be removed from the electrostatic precipitator.
  • FIG. 3b shows a double-walled embodiment of the electrodes 4, 5 for assisting the discharge of the particles from the filter.
  • the particles which are located in largely electrically field-free space 9 sink downwards due to gravity and are guided through baffles and slits of the double-walled separating plate 7 into an internally protected intermediate space, namely into a discharge channel 10. There, they can be led out of the electrostatic precipitator, uninfluenced by the outer gas flow.
  • the illustrated construction of the electrodes can be provided in principle in a horizontally and vertically flowed through electrostatic precipitator, with straight, curved, folded or round electrodes can be used.
  • the formation of the electrodes and the height of the voltage are coordinated so that no increase in the electric field strength occurs, which leads to a corona or external partial discharges.
  • FIG. 4 shows a section of an alley of a horizontally flowed through electrostatic precipitator is shown.
  • the grid 6 here formed of wire hangers used.
  • the body 11 are shown. They are constructed here of wire brackets, which are conductively connected to the respective electrodes (4,5).
  • the straight wires are arranged perpendicular to the gas flow.
  • the bodies can also be arranged parallel to the gas flow or at all angles between perpendicular and parallel to the gas flow.

Landscapes

  • Electrostatic Separation (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrostatisch arbeitenden Filter für das Abscheiden von Partikeln aus einem Gas, der mindestens eine an eine Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode und mindestens eine geerdete oder gegensätzlich gepolte Elektrode aufweist, zwischen denen das mit den Partikeln beladene Gas hindurchführbar ist. Dokument DE 28 02 965 A offenbart einen solchen elektrostatischen Filter.
  • Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden von Partikeln aus einem Gas mittels eines elektrostatisch arbeitenden Filters.
  • Elektrostatisch arbeitende Filter der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise aus der EP 0 847 806 B1 bekannt. Sie werden zur elektrostatischen Abscheidung beliebiger Partikel und Tröpfchen aus unterschiedlichen Gasen in vielen verfahrenstechnischen Prozessen eingesetzt, insbesondere zur Gasentstaubung. Dabei durchströmt das zu reinigende Gas ein gassenförmig angeordnetes Register von Niederschlagselektroden, von denen jede wesentlich als Platte ausgeformt ist. Mittig in jeder durch die Niederschlagselektroden gebildeten Gasse sind Sprühelektroden angeordnet. Zwischen den Sprühelektroden und den Niederschlagselektroden wird eine hohe Gleichspannung angelegt, die oberhalb der Korona-Einsatzspannung liegt. Dadurch wird erreicht, dass die Sprühelektroden Elektronen emittieren, die in unmittelbarer Umgebung der hochgespannten Sprühelektroden aufgrund der dort herrschenden hohen elektrischen Feldstärke so stark beschleunigt werden, dass ihre kinetische Energie ausreicht, weitere Elektronen aus neutralen Gasatomen und/oder -molekülen herauszuschlagen und auf diese Weise eine Elektronenwolke zu erzeugen. Auf dem Weg zur (geerdeten) Niederschlagselektrode nimmt die elektrische Feldstärke schnell ab, so dass die kinetische Energie der Elektronen jenen Grenzwert unterschreitet, bei dem die Elektronen durch neutrale Gasmoleküle bzw. -atome unter Bildung von negativen Gasionen wieder gebunden werden.
  • Diese negativen Gasionen lagern sich im weiteren Verlauf des Abscheidemechanismus bevorzugt an die Staubartikel an und teilen diesen damit eine elektrische Ladung mit, wodurch die so geladenen Staubpartikel im elektrischen Feld eine beschleunigende Kraftwirkung in Richtung Niederschlagselektrode erfahren. Dort werden sie in einer Staubschicht, durch die die Ladungsträger zur geerdeten Niederschlagselektrode abfließen, gesammelt, agglomeriert und vorzugsweise durch Vibrationen der Elektroden, beispielsweise hervorgerufen durch Klopfschläge, abgereinigt und durch die Schwerkraft der Staubsammel- und Staubaustragsvorrichtung zugeführt.
  • Eine besondere Bauart eines elektrostatisch arbeitenden Filters wird in DE 3 723 544 A1 beschrieben. Hier wird eine "strukturierte Abscheideelektrode" als Niederschlagselektrode gezeigt, die der Sprühelektrode gegenübersteht. Die Strukturierung kann auf verschiedene Art und Weise ausgeprägt sein. Stets dient sie der mechanischen Bindung und Speicherung der elektrostatisch abgeschiedenen Staubpartikel.
  • Ein Abzug des Staubes während des Filterbetriebes aus dem System ist bei dieser Bauart nicht vorgesehen. Die Entsorgung des Staubes erfolgt durch Verbrennung im Filter oder durch Austausch oder Reinigung der Filter außerhalb des Filterbetriebes.
  • Sind die strukturbildenden Elemente der Abscheideelektrode einer geschlossen Metallplatte vorgelagert, dann entsteht innerhalb der Abscheideelektrode ein feldfreier Raum, der in seinen Dimensionen jedoch nicht beschrieben ist, da er für die Funktion der Abscheideelektrode ohne Belang ist: Es entsteht konstruktionsbedingt zufällig ein Faradayischer Käfig. Entscheidend für die Funktion dieses Filtertyps sind jedoch die porösen strukturbildenden Elemente, die eine Bindung und Speicherung des abgeschiedenen Staubes sicherstellen sollen.
  • Mit dem genannten Prinzip lassen sich in vielen Anwendungen unterschiedlich geartete Staubpartikel und Tröpfchen aus verschiedensten Gasströmen abscheiden. Dabei wird die Abscheideeffizienz durch die Partikel, aber auch durch die Gaseigenschaften stark beeinflusst. Die Gaszusammensetzung bestimmt entscheidend die lonisierbarkeit der Gase und damit die Anzahl der Gasionen, die zur Chargierung, d. h. zur elektrischen Beladung der Staubpartikel zur Verfügung steht. Bei den Staubpartikeln ist vor allem der spezifische elektrische Staubwiderstand als wesentliche Staubeigenschaft bekannt, da über diese Größe die Menge der zur Niederschlagselektrode abfließenden Ladungsträger limitiert wird.
  • Unabhängig von den Randbedingungen, die durch die Gas- und Staubeigenschaften gegeben sind, wird durch eine geeignete Regelung der Spannungsquelle (HS-Aggregat) stets versucht, die für eine bestimmte Konstellation mögliche und sinnvolle maximale Ladungsträgermenge (Strom) bereitzustellen. Dabei wird akzeptiert, dass der maximale Stromfluss auch eine in der Regel abscheidungshemmende Turbulenz, einen sog. elektrischen Wind, im Gas erzeugt.
  • Zur Vermeidung des elektrischen Windes schlägt die EP 0 847 806 B1 ein Verfahren vor, bei dem die Chargierung der Staubpartikel und deren Abscheidung verfahrenstechnisch in entkoppelten Teilschritten erfolgt. In einer ersten Chargierungszone werden die Staubpartikel bei möglichst hohem Ladungsträgerangebot - auch unter Inkaufnahme einer hohen Gasturbulenz - elektrisch beladen. In einer sich anschließenden zweiten Zone, der Abscheidezone, werden die elektrisch geladenen Staubpartikel in einem elektrischen Feld abgeschieden, dessen Spannung unterhalb der Korona-Einsatzspannung liegt. Hierdurch wird die Anregung des elektrischen Windes vermieden.
  • Bei vorbekannten elektrostatisch arbeitenden Filtern, die auch als Elektrofilter bezeichnet werden, ist für eine effiziente Abscheidung der Partikel bzw. Tröpfchen aus dem Gas ein relativ hoher Energieaufwand erforderlich. Desweiteren stellt sich im Allgemeinen das genannte Problem, dass der erzeugte elektrische Wind abscheidungshemmende Turbulenzen erzeugt. Bei hohem spezifischen elektrischen Widerstand des Staubes wirkt die Staubschicht an den Niederschlagselektroden zunehmend als limitierend für den Strom und die Abscheideeffizienz.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und ein Elektrofilter und ein Verfahren zu seinem Betrieb vorzuschlagen, die sich durch eine hohe Abscheideeffizienz bei geringem Energieaufwand auszeichnen. Weiterhin soll die Entstehung von elektrischem Wind minimiert und die begrenzende Wirkung des spezifischen elektrischen Staubwiderstandes aufgehoben werden.
  • Diese Aufgabe wird durch einem elektrostatischen Filter gemäß Anspruchs 1 oder den Vefahren zum Abscheiden von Partikeln gemäß Anspruch 14 gelöst.
  • Schließlich soll im Gegensatz zu DE 3 723 544 A1 die Konstruktion so ausgeführt sein, dass ein kontinuierlicher oder quasi kontinuierlicher Abzug der abgeschiedenen Partikeln während des laufenden Filterbetriebs gewährleistet ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrofilter keine Sprühelektrode enthält und die Elektroden (4,5) mit einem gitterartig umbauten, quasi feldfreien, in seiner Längserstreckung zumindest an einem Ende offenen Raum (9) ausgebildet sind, in den die Partikel über Gitteröffnungen eintreten und an dem offenen Ende austreten können.
  • Dabei wird auf den Einsatz einer Sprühelektrode verzichtet, also einer Elektrode, an der durch kleine Radien oder andere geometrische Zuspitzungen extreme Feldstärkespitzen erzeugt werden. Da dann die Elektroden beider Polaritäten als Niederschlags- oder Abscheideelektroden wirken, ist deswegen begrifflich nur noch zwischen hochgespannter und geerdeter Elektrode zu unterscheiden. Hochgespannt kann dabei die positive oder negative Elektrode sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass nur die mindestens eine an die Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode, vorzugsweise alle an die Hochspannungsquelle angeschlossenen Elektroden, einen solchen Raum enthält bzw. enthalten. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur die mindestens eine geerdete Elektrode, vorzugsweise alle geerdete Elektroden, einen solchen Raum enthält bzw. enthalten. Schließlich kann sowohl die mindestens eine an die Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode als auch die mindestens eine geerdete Elektrode, vorzugsweise alle Elektroden, einen solchen Raum enthalten.
  • Mit Vorteil wird dieser Raum zumindest teilweise durch ein Gitter, Netz oder dergleichen und ein Abscheideblech gegrenzt, die elektrisch leitend miteinander verbunden, die Elektrode bilden. Das Gitter weist Eintrittsöffnungen für die Partikel auf.
  • Dabei stellt das Gitter, Netz oder dergleichen eine Versperrung der projektierten Elektrodenfläche (= Fläche des Abscheidebleches) von maximal 10% dar. Es hat in keiner Weise die Funktion eines mechanischen Abscheiders oder eines Speichers für die abgeschiedenen Partikel.
  • Der zwischen dem Gitter, Netz oder dergleichen und dem Abscheideblech gebildete quasi feldfreie Raum ist so ausgebildet, dass die eintretenden Partikel so weit abgebremst werden, dass sie nach dem Aufprall auf das Abscheideblech nicht über längere Zeit anhaften, sondern kontinuierlich nach unten fallen und abgeführt werden.
  • Das Gitter, Netz oder dergleichen kann aus einer Anzahl miteinander verbundener parallel zueinander angeordneter Stäbe gebildet werden, wobei diese mit dem plattenförmig ausgebildeten Abscheideblech elektrisch leitend verbunden sind. Es kann beispielsweise aber auch vorgesehen werden, dass das Gitter aus einer Anzahl miteinander verbundener parallel zueinander angeordneter Ringe gebildet wird, wobei diese, mit einem zylindrisch oder hohlzylindrisch ausgebildeten Abscheideblech elektrisch leitend verbunden, die Elektrode bilden.
  • Der elektrostatisch arbeitende Filter kann als "Platten-Elektrofilter" ausgebildet sein, bei dem eine Anzahl ebener kastenförmig ausgebildeter Elektroden parallel zueinander angeordnet sind. Es ist genauso möglich, dass er als Röhren-Elektrofilter ausgebildet ist, bei dem mindestens zwei zylindrisch oder hohlzylindrisch ausgebildete Elektroden koaxial zueinander angeordnet sind.
  • Zum verbesserten Austrag der gefilterten Partikel kann vorgesehen werden, dass mindestens eine Elektrode einen Abfuhrkanal für Partikel aufweist, der an den elektrisch weitgehend feldfreien Raum angrenzt.
  • Das Verfahren zum Abscheiden von Partikeln aus einem Gas mittels eines elektrostatisch arbeitenden Filters, ist dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel zu einer der beiden Elektroden (4,5) abgelenkt werden, und dass die Partikel in einen gitterartig umbauten Raum (5) der Elektrode gelangen, in dessen Erstreckung kein elektrischer Potentialunterschied herrscht, und dort abgeschieden werden, wobei das Filter ohne eine Sprühelektrode betrieben wird.
  • Es gehört zu den Merkmalen dieser Filterbauweise, dass die Hochspannung führenden und die geerdeten Elektroden konstruktiv gleichartig aufgebaut sein können. Zwischen den Elektroden bildet sich daher ein quasi homogenes elektrisches Feld senkrecht zur Strömungsrichtung des Partikel beladenen Gases aus - ohne Feldstärkespitze, wie bei den bisher bekannten Systemen mit Sprühelektroden. Im Unterschied zu den bisher bekannten Elektrofilterbauarten kann die Abscheidung von Partikeln aus dem Gas an den Elektroden beider Polarität in gleicher Weise erfolgen.
  • Das vorgeschlagene Verfahren nutzt die Wirkung eines elektrischen Feldes zwischen zwei Elektroden auf nicht durch eine technische Einrichtung ionisierte Staubpartikel oder auf gezielt ionisierte Staubpartikel in einem Gasstrom. Die Elektroden stehen dabei bevorzugt unter einer Spannung, die unterhalb der Korona-Einsatzspannung liegt. Dabei werden die Partikel im elektrischen Feld je nach Polarität zu einer der beiden Elektroden hin abgelenkt.
  • Der Elektrofilter kann als horizontal durchströmter Filter aufgebaut sein, bei dem eine Kaskade von kastenförmigen Elektroden zum Einsatz kommt. Jede zweite kastenförmige Elektrode ist dabei entweder an die Hochspannungsquelle angeschlossen oder geerdet oder gegensätzlich gepolt. Genauso kann auch eine Bauart vorgesehen werden, die zu einem vertikal durchströmten Röhren- oder Waben-Elektrofilter führt. Gleichermaßen ist das vorgeschlagene Prinzip auf einen Nass-Elektrofilter anwendbar.
  • Die Erfindung nutzt den Umstand, dass bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung der Elektroden mit einem quasi elektrisch feldfreien Raum Staubpartikel aufgrund ihrer kinetischen Energie in den Raum eintreten können, in diesem aber dann keiner weiteren äußeren elektrostatischen Krafteinwirkung ausgesetzt sind und deshalb unter Nutzung der Schwerkraft abgeschieden und aus dem System kontinuierlich ausgetragen werden.
  • In vorteilhafter Weise hat der vorgeschlagene Elektrofilter eine hocheffiziente Abscheidungs-fähigkeit von Partikeln und Tröpfchen aus einem beliebigen Gasstrom, wobei nur ein geringer Energieaufwand nötig ist. Die Entstehung eines elektrischen Windes wird weitgehend vermieden.
  • Bei riesel- oder fließfähigen Partikeln erfolgt die Abreinigung der Elektroden, wie beschrieben, selbsttätig. Handelt es sich dagegen um Partikel mit klebenden oder haftenden Eigenschaften, kann die Abreinigung der ausgefilterten Partikel von den Wandungen des Elektrofilters und/oder den Elektroden in an sich bekannter Weise durch Klopfung der Elektroden erfolgen, wobei das Herunterfallen der Partikel überwiegend im weitgehend elektrisch feldfreien Raum erfolgt. Je nach Eigenschaften der Partikel ist auch deren Abspülen - also eine Nassfilterung - während des Betriebes möglich.
  • Die Abscheidung von Partikeln an/in den Elektroden (zwischen Abscheideblechen und den Gittern/Stäben/oder ähnlichen, die zusammen die Elektroden bilden) ist auch wesentlich abhängig von der Feldstärke, die zwischen der Hochspannungselektrode und der geerdeten Elektrode herrscht. Die Feldlinie maximaler Feldstärke steht entsprechend der Polarität senkrecht zwischen den Elektroden; dies gilt grundsätzlich auch für bekannte Filter mit geerdeten Abscheideblechen und auf Hochspannungspotential liegenden Sprühelektroden. Um die Effektivität der Erfindung zu erhöhen, wird angestrebt, den Abstand zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polarität zu erhöhen.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass von den sich gegenüberstehenden Elektroden verschiedener Polarität wechselseitig elektrisch leitende, mit den entsprechenden Elektroden leitend verbunden, Körper - z.B. Drähte - in den Raum zwischen den Elektroden ragen. Diese Körper können parallel oder senkrecht oder schräg zur Strömungsrichtung der zu reinigenden Gase angeordnet werden.
  • Daraus ergeben sich maximale Feldstärken erstens zwischen den Körpern und den gegenüberliegenden Elektroden und zweitens zwischen den Körpern unterschiedlicher Polarität. Die maximalen Feldstärken hängen von der konstruktiven Anordnung ab und können damit unterschiedliche Werte und Richtungen haben. Die Winkel zwischen den maximalen Feldstärken (Körper - Elektrode oder Körper - Körper) können all Werte zwischen 0° und 180° annehmen.
  • In den folgenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung eines elektrostatisch arbeitenden Filters, der als horizontal durchströmter Filter ausgebildet ist;
    Fig. 2
    eine perspektivische Darstellung eines vertikal durchströmten Röhrenfilters;
    Fig. 3a,3b
    Querschnitte durch die Elektroden des Filters; und
    Fig.4
    eine perspektivische Darstellung einer Filtergasse eines horizontal durchströmten Filters, dessen Elektroden mit feldfreien Räumen und mit zusätzlichen Körpern (hier Drahtbügeln) versehen sind
  • In Fig. 1 ist ein Elektrofilter gezeigt, der zum Filtern von Partikeln und/oder Tröpfchen aus einem Gasstrom geeignet ist. Das mit Partikeln verunreinigte, in den Filter einströmende Gas ist durch einen Pfeil mit der Bezugsziffer 1 versehen. Der Gasstrom strömt durch den Filter, wobei die sich im Gas befindlichen Partikel herausgefiltert und abgeführt werden. Das ausströmende, gereinigte Gas ist durch den Pfeil mit der Bezugsziffer 2 verdeutlicht. Nach unten tritt der Strom der abgeschiedenen Partikel 3 aus dem Filter aus.
  • Zum Reinigen eines größeren Gasstromes kommt eine Kaskade von Elektroden zum Einsatz. Wie Fig. 1 entnommen werden kann, ist eine Anzahl kastenförmiger Elektroden 4 und 5 parallel zueinander angeordnet. Zwischen den Elektroden 4, 5 sind Gassen 8 vorhanden, durch die das zu reinigende Gas 1 geleitet wird. Die Elektroden 4, 5 sind abwechselnd entweder an eine Hochspannungsquelle angeschlossen (nämlich die Elektroden 4) oder geerdet (nämlich die Elektroden 5).
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind sämtliche Elektroden 4, 5 mit einem hier nicht bezeichneten Raum versehen, in den die auszufilternden Partikel eintreten können, in dessen Erstreckung jedoch kein elektrischer Potentialunterschied herrscht; er wird hier deshalb auch als quasi elektrisch feldfreier Raum bezeichnet. Dieser Raum wird in den Elektroden 4, 5 dadurch geschaffen, dass das Abscheideblech 7 von einem Gitter 6 umgeben ist. Abscheideblech 7 und Gitter 6 sind elektrisch leitend verbunden. Das Gitter 6 besteht aus einer Anzahl parallel zueinander angeordneter Stäbe.
  • Das mit Partikeln beladene Gas strömt zunächst zwischen den Elektroden 4, 5 ein (vgl. Gasstrom 1) und gerät dort unter die Wirkung des quasi homogenen elektrischen Feldes. Die Partikel werden in Richtung der Elektroden abgelenkt und treten durch die Gitteröffnungen ein. Damit befinden sie sich im quasi elektrisch feldfreien Raum, wo sie keiner weiteren äußeren elektrostatischen Krafteinwirkung mehr ausgesetzt sind. Sie fallen infolge der Schwerkraft nach unten und können kontinuierlich - während des laufenden Filterbetriebes - aus dem Filter entfernt werden. Das gereinigte Gas verlässt in horizontaler Richtung den Filter über eine Austrittshaube (vgl. Gasstrom 2).
  • Die Elektroden 4, 5 gemäß Fig. 1 zeigen beispielhaft die Schaffung des elektrisch feldfreien Raumes durch das aus miteinander verbundenen Stäben aufgebaute Gitter 6, das mit dem innenliegenden Abscheideblech 7 elektrisch leitend verbunden ist. Die Elektroden 4, 5 können modular aufgebaut sein und über- und hintereinander angeordnet werden, wie in Fig. 1 dargestellt. In diesem Beispiel weisen die Elektroden zu beiden Seiten des Abscheidebleches einen feldfreien Raum auf. Randständige Elektroden oder bei einem Filter mit nur einer Gasse für den Gasdurchtritt können die Elektroden auch so aufgebaut sein, dass sie nur auf einer Seite des Abscheidebleches einen feldfreien Raum aufweisen. In jedem Fall richtet sich die Tiefe des feldfreien Raumes nach den Erfordernissen des kontinuierlichen Partikelabzuges.
  • In Fig. 2 ist eine alternative Ausgestaltung dieses Elektrofiltertyps als Röhrenfilter skizziert. In dem Beispiel enthält nur die geerdete Elektrode 5 den quasi feldfreien Raum 9, der hier durch ein Ringgitter 6 und das zylindrische Abscheideblech 7 begrenzt wird. Das Gitter 6 wird hier durch eine Anzahl miteinander verbundener parallel zueinander angeordneter Metallringe gebildet, wobei diese mit dem Abscheideblech 7 elektrisch leitend verbunden sind und zusammen die Elektrode 5 bilden.
  • Angestrebt wird in allen Fällen, dass zur Vermeidung des erneuten Staubeintritts in den Gasstrom die elektrisch feldfreien Räume 9 als strömungsberuhigte Zonen ausgebildet werden. Dies kann durch entsprechende geometrische Anordnung der Gitterstäbe bzw. Gitterringe erreicht werden und/oder eine entsprechende Gestaltung des Gaseintritts und des Gasaustritts.
  • In den Fig. 3a und 3b sind einige Details zur Ausgestaltung der Elektroden 4, 5 mit dem Abscheideblech 7, dem Gitter 6 und den dadurch definierten quasi elektrisch feldfreien Räumen 9 ersichtlich.
  • Gemäß Fig. 3a sind die Abscheidebleche 7 plattenförmig ausgebildet und von stabförmigen Gitterelementen umschlossen, die das Gitter 6 bilden. Zwischen den Abscheideblechen 7 und dem Gitter 6 entsteht der weitgehend elektrisch feldfreie Raum 9 in den Elektroden 4, 5. Die ausgefilterten Partikel bewegen sich in Richtung des Pfeils 3 (Richtung der Schwerkraft) nach unten und können aus dem Elektrofilter entfernt werden.
  • In Fig: 3b ist eine doppelwandige Ausführung der Elektroden 4, 5 zur Unterstützung des Austrags der Partikel aus dem Filter zu sehen. Die sich im weitgehend elektrisch feldfreien Raum 9 befindlichen Partikel sinken aufgrund der Schwerkraft nach unten und werden durch Leitbleche und Schlitze des doppelwandigen Abscheideblechs 7 in einen innen liegenden geschützten Zwischenraum, nämlich in einen Abfuhrkanal 10, geleitet. Dort können sie unbeeinflusst von der äußeren Gasströmung aus dem Elektrofilter herausgeführt werden.
  • Der dargestellte Aufbau der Elektroden kann prinzipiell bei einem horizontal und vertikal durchströmten Elektrofilter vorgesehen werden, wobei gerade, gekrümmte, gekantete oder runde Elektroden eingesetzt werden können.
  • Die Ausbildung der Elektroden und die Höhe der Spannung sind so aufeinander abgestimmt, dass keine Überhöhung der elektrischen Feldstärke vorkommt, die zu einer Korona oder zu äußeren Teilentladungen führt.
  • In Fig. 4 ist als Ausschnitt eine Gasse eines horizontal durchströmten Elektrofilters dargestellt. Vor dem Abscheideblech 7 sind die Gitter 6, hier gebildet aus Drahtbügeln, eingesetzt. Zwischen den Gittern 6 sind die Körper 11 dargestellt. Sie sind hier aus Drahtbügeln aufgebaut, die mit den jeweiligen Elektroden (4,5) leitend verbunden sind. In der darggestellten Konstruktion sind die geraden Drähte senkrecht zum Gasstrom angeordnet. Die Körper können auch parallel zum Gasstrom oder in allen Winkeln zwischen senkrecht und parallel zum Gasstrom angeordnet sein. Diese möglichen Anordnungen von Körpern (z.B. Drahtringe oder -spiralen) sind auch auf rohrförmige Elektroden übertragbar.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    einströmendes, mit Partikeln verunreinigtes Gas
    2
    ausströmendes, gereinigtes Gas
    3
    austretender Strom der abgeschiedenen Partikel
    4
    mit einer Hochspannungsquelle in Verbindung stehende Elektrode
    5
    geerdete Elektrode
    6
    Gitter
    7
    Abscheideblech
    8
    Gasse zwischen den Elektroden
    9
    weitgehend elektrisch feldfreier Raum
    10
    Abfuhrkanal
    11
    Körper an den Elektroden

Claims (15)

  1. Elektrostatisch arbeitender Filter für das Abscheiden von Partikeln aus einem Gas (1), das mindestens eine an eine Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode (4) und mindestens eine geerdete oder gegensätzlich gepolte Elektrode (5) aufweist, zwischen denen das mit den Partikeln beladene Gas hindurchführbar ist
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Elektrofilter keine Sprühelektrode enthält und die Elektroden (4,5) mit einem gitterartig umbauten, quasi feldfreien, in seiner Längserstreckung zumindest an einem Ende offenen Raum (9) ausgebildet sind, in den die Partikel über Gitteröffnungen eintreten und an dem offenen Ende austreten können.
  2. Elektrostatisch arbeitender Filter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die geerdeten Elektroden konstruktiv gleichartig aufgebaut sein können wie die Hochspannung führenden Elektroden.
  3. Elektrostatisch arbeitender Filter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel kontinuierlich aus den feldfreien Räumen der Elektroden abgeführt werden können.
  4. Elektrostatisch arbeitender Filter nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass nur die mindestens eine an die Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode (4), vorzugsweise alle an die Hochspannungsquelle angeschlossenen Elektroden (4), einen quasi feldfreien Raum (9) enthält bzw. enthalten.
  5. Elektrostatisch arbeitender Filter nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nur die mindestens eine geerdete oder gegensätzlich gepolte Elektrode (5), vorzugsweise alle Elektroden (5), einen solchen Raum (9) enthält bzw. enthalten.
  6. Elektrostatisch arbeitender Filter nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sowohl die mindestens eine an die Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode (4) als auch die mindestens eine geerdete oder gegensätzlich gepolte Elektrode (5), vorzugsweise alle Elektroden (4, 5), einen solchen Raum (9) enthalten.
  7. Elektrostatisch arbeitender Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Raum (9) zumindest teilweise durch ein Gitter (6), ein Netz oder ähnliches Gebilde begrenzt wird, das für den Durchtritt der Partikel offen ist, dabei nur eine geringe Querschnittsverengung aufweist und das mit dem Abscheideblech (7) elektrisch leitend verbunden ist und mit diesem die Elektrode (4, 5) bildet.
  8. Elektrostatisch arbeitender Filter nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Gitter (6) aus einer Anzahl miteinander verbundener, parallel zueinander angeordneter Stäbe besteht, wobei diese mit einem plattenförmig ausgebildeten Abscheideblech (7) elektrisch leitend verbunden sind und mit diesem die Elektrode (4, 5) bildet.
  9. Elektrostatisch arbeitender Filter nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Gitter (6) aus einer Anzahl miteinander verbundener, parallel zueinander angeordneter Ringe besteht, wobei diese mit einem zylindrisch oder hohlzylindrisch ausgebildeten Abscheideblech (7) elektrisch leitend verbunden sind und mit diesem die Elektrode (4, 5) bilden.
  10. Elektrostatisch arbeitender Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass es als Platten-Elektrofilter ausgebildet ist, bei dem eine Anzahl plattenförmig ausgebildete Elektroden (4, 5) parallel zueinander angeordnet sind.
  11. Elektrostatisch arbeitender Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass es als Röhren-Elektrofilter ausgebildet ist, bei dem mindestens zwei zylindrisch oder hohlzylindrisch ausgebildete Elektroden (4, 5) koaxial zueinander angeordnet sind.
  12. Elektrostatisch arbeitender Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens eine Elektrode (4, 5) einen Abfuhrkanal (10) für Partikel aufweist, der an den Raum (9) angrenzt.
  13. Elektrostatisch arbeitender Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Körper (13) mit wechselnder Polarität im Raum zwischen den Elektroden angeordnet werden, die entsprechend ihrer jeweiligen Polarität elektrisch leitend mit einer der beiden angrenzenden Elektroden (4, 5) der Strömungsgasse verbunden sind. Dabei können die Körper in allen Winkeln zwischen 0° und 90° zur Strömungsrichtung des Gases liegen.
  14. Verfahren zum Abscheiden von Partikeln aus einem Gas (1) mittels eines elektrostatisch arbeitenden Filters, das mindestens eine an eine Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode (4) und mindestens eine geerdete oder gegensätzlich gepolte Elektrode (5) aufweist, zwischen denen das mit Partikeln beladene Gas hindurchgeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Partikel zu einer der beiden Elektroden (4,5) abgelenkt werden, und dass die Partikel in einen gitterartig umbauten Raum (5) der Elektrode gelangen, in dessen Erstreckung kein elektrischer Potentialunterschied herrscht, und dort abgeschieden werden, wobei das Filter ohne eine Sprühelektrode betrieben wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mindestens eine an die Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode (4) mit einer Spannung versorgt wird, die unter der Korona-Einsatzspannung liegt.
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