DE4200343C2 - Elektrostatischer Abscheider - Google Patents
Elektrostatischer AbscheiderInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostatischen
Abscheider, der aus einem Gehäuse besteht, in dem rohr- oder
plattenförmige Sprüh- und Niederschlagselektroden angeordnet
sind, die aus keramischem Material bestehen und mindestens auf
einer Seite eine elektrisch leitende Schicht aus Metallen oder
Legierungen aufweisen.
In der GB-PS 7 39 628 wird ein Elektroabscheider beschrieben, das bei
erhöhter Temperatur arbeitet und bei dem ein Teil des Isolators
aus porösem keramischen Material besteht.
In der DE-PS 3 14 030 werden Niederschlagselektroden zum Gebrauch
bei der elektrischen Reinigung staubhaltiger heißer Gase
beschrieben, die aus Porzellan, Steinzeug, Schamotte, Ziegeln
oder ähnlichen im wesentlichen aus Ton, Magnesia und Kieselsäure
bestehenden feuerfesten Materialien zusammengesetzt sind. Die
Niederschlagselektroden werden mit einer leitenden Schicht
überzogen, wobei der keramische Werkstoff jeweils als Träger
dient.
In der US-PS 42 51 239 wird ein keramisches Element für
Elektrofilter beschrieben.
In der DE-PS 9 63 868 wird ein Naßelektrofilter zur
Niederschlagung von Nebeln und Stäuben beschrieben, bei dem die
Gaskanäle gleichzeitig Niederschlagselektroden sind und die
Niederschlagselektroden aus einzelnen Bauteilen aus porösem
nichtmetallischem Material zusammengesetzt sind. Bei diesem
Naßelektrofilter sind die Niederschlagselektroden von Kanälen für
eine elektrisch leitende Spülflüssigkeit durchzogen, und das
nichtmetallische Material ist porös genug, um ein Abspülen der
Oberfläche der Niederschlagselektroden mit der Spülflüssigkeit
zu ermöglichen. Dieses bekannte Naßelektrofilter ist nicht zur
Reinigung von Gasen mit hohen Temperaturen geeignet.
In der DE-OS 14 07 023 wird eine Filterzelle beschrieben, die
eine Bahn aus porösem, luftdurchlässigem Isoliermaterial enthält,
das mit einer kondensatorartigen Reihe von im Abstand
angeordneten, leitenden Streifen entgegengesetzten elektrischen
Vorzeichens versehen ist, wobei die Streifen innerhalb der
Filterzelle selbst elektrisch leitend mit den Klemmen der
Stirnwände des Rahmens der Zelle oder mit Flächen verbunden sind,
die zur Aufnahme elektrischer Klemmen dienen. Als
luftdurchlässiges Isoliermaterial wird Papier, Tuch oder
verfilztes bzw. verwebtes Glas verwendet.
In der DE-OS 28 51 433 werden Entladungselektroden für einen
elektrostatischen Abscheider mit einem Rohr offenbart, das eine
feste Struktur mit zerstreuter Emission mit Hilfe von mit dem
Rohr vereinigten Vorsprüngen bildet. Das vorstehende Ende der
Vorsprünge weist eine abgerundete Oberfläche auf.
In der DE-OS 15 57 148 wird eine plattenförmige Sprühelektrode
für elektrostatische Staubabscheider beschrieben, die aus der
Elektrode ausgestanzte und ausgedrückte Sprühspitzen aufweist und
bei der wechselseitig, im Querschnitt gesehen, trapzeförmige
Stege herausgedrückt sind, auf deren zur plattenförmigen
Sprühelektrode parallel verlaufenden Teilen die Sprühspitzen
angeordnet sind.
In der DE-PS 4 90 398 wird eine aus einem Halbleiter bestehende
Niederschlagselektrode für die elektrostatische Reinigung von
Gasen beschrieben, die aus Asbestschiefer, Asbestzement, einer
anderen Asbestmischung oder überhaupt aus einem halbleitenden
Bindemittel, wie z. B. Zement oder Gips, und einem Fasermaterial,
wie Asbest, Schlackenwolle, Haaren oder Holzfasern, besteht.
In der Veröffentlichung "Heißgasentstaubung" von R. Pitt,
Sonderlösungen der Luftreinhaltung, März 1989, L 4 bis L 9,
wird darauf hingewiesen, daß Elektrofilter bei üblichen
Abgastemperaturen bewährte Komponenten in der
Kraftwerkstechnik sind. Aus der Veröffentlichung geht
ferner hervor, daß der Abscheidegrad des Staubs unter sonst
konstanten Bedingungen mit steigender Temperatur des Gases
abnimmt, weil sowohl die Zähigkeit als auch der
Volumenstrom des Gases zunehmen. Nach der Veröffentlichung
ist es nicht zweckmäßig, zum Ausgleich die
Niederschlagsfläche zu vergrößern, denn dies würde zu einem
insgesamt größeren und teureren Filter mit erhöhtem
Temperaturabfall führen. Daher wird in der Veröffentlichung
vorgeschlagen, bei erhöhten Betriebstemperaturen die
elektrische Feldstärke zu vergrößern, soweit dies ohne
Überschlag möglich ist. Positiv beeinflußt wird die
zulässige Feldstärke durch einen erhöhten Gasdruck und der
damit verbundenen größeren Gasdichte. Es kommt ferner
darauf an, daß der Staub auch bei erhöhten
Betriebstemperaturen auf der Niederschlagselektrode
festgehalten und zu einer für die Abreinigung ausreichend
dicken Schicht verdichtet wird.
Es hat sich gezeigt, daß beim Betrieb von bekannten
Elektrofiltern, wie sie beispielsweise in Ullmanns
Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 2,
Seiten 240 bis 247, beschrieben werden, dann erhebliche
Schwierigkeiten auftreten, wenn die Betriebstemperatur
bei normalen Gasdrücken oberhalb 400°C liegt. Ab etwa
dieser Temperaturgrenze verändert sich die
Strom-Spannungs-Charakteristik negativ, wenn der Gasdruck
nicht auf 3 bis 5 bar erhöht wird. Der Abscheidegrad sinkt
auch dadurch, daß - bedingt durch unterschiedliche
thermische Ausdehnung verschiedener Materialien -
Veränderungen der Elektrodenabstände und damit Störungen
des elektrischen Feldes auftreten. Außerdem kommt es zu
Festigkeitsproblemen bei den verwendeten Werkstoffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Entstaubung von Gasen bei hohen Temperaturen durch
Elektrofiltration zu schaffen, die auch über einen langen
Zeitraum wartungsarm und betriebssicher arbeitet, die eine hohe
Entstaubungsleistung hat und eine technisch einfache Abführung
des Staubs ermöglicht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß die elektrisch leitende Schicht aus Kupfer, Nickel, Bronze
oder einer Eisen-Chrom-Nickel-Legierung besteht sowie eine Dicke
von 0,1 bis 2 mm hat, und daß das keramische Material ein
Porenvolumen von 25 bis 90% hat, aus 30 bis 70 Gew.-% Al₂O₃, 15
bis 50 Gew.-% SiO₂ sowie 1 bis 10 Gew.-% eines anorganischen
Bindemittels zusammengesetzt ist sowie aus Fasern besteht, die
mit einem anorganischen Bindemittel zu einem Filz verdichtet
sind.
Ein derartiges keramisches Material ist auch im
Langzeitbetrieb bei Temperaturen von 1000°C formstabil und
besitzt ein geringes spezifisches Gewicht. Insbesondere haben die
auf dieses Material aufgebrachten elektrisch leitenden Schichten
eine außerordentlich gute Haftfestigkeit, so daß das beschichtete
plattenförmige Material problemlos zu großen Elektroden
verarbeitet werden kann, die sich während des Dauerbetriebs
außerordentlich gut bewährt haben. Die elektrisch leitende
Schicht hat eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und
läßt sich beispielsweise durch Flammspritzen auf das keramische
Material aufbringen. Auch bei höheren Temperaturen löst sie sich
nicht vom keramischen Material ab, andererseits löst sich der auf
den Schichten abgelagerte Staub relativ leicht in Form von
Agglomeraten ab. Weist das keramische Material ein Porenvolumen
von 25 bis 90% auf, so haben die Niederschlags- und
Sprühelektroden ein sehr geringes Eigengewicht, was sich bei
höheren Temperaturen vorteilhaft auf die Formstabilität der
Elektroden auswirkt.
Eine bevorzugte Ausgesaltung der Erfindung besteht darin, daß
die plattenförmigen Sprüh- und Niederschlagselektroden eine Dicke
von 5 bis 100 mm aufweisen. Derartige Platten besitzen
vorteilhafte mechanische Eigenschaften und können problemlos
verarbeitet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
weisen die rohrförmigen Sprühelektroden eine Wandstärke von 5 bis
30 mm und einen Durchmesser von 30 bis 100 mm auf. Dadurch läßt
sich ein sehr stabiles elektrisches Feld bei hohen Temperaturen
aufbauen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist
es vorgesehen, daß der Abscheider aus einem Gehäuse besteht, in
dem mehrere rohrförmige Niederschlagselektroden senkrecht
angeordnet sind, in denen sich jeweils mittig in axialer
Richtung eine rohrförmige Sprühelektrode befindet, daß der untere
Teil des Gehäuses als Staubbunker ausgebildet ist, daß die aus
keramischem Material bestehenden Niederschlagselektroden an der
der jeweiligen Sprühelektrode zugewandten Innenfläche eine
elektrisch leitende Schicht aufweisen und daß die rohrförmigen
Sprühelektroden an der Außenseite eine elektrisch leitende
Schicht aufweisen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist
es vorgesehen, daß der Abscheider aus einem Gehäuse besteht, in
dem in Strömungsrichtung des Gases mindestens zwei
plattenförmige, aus keramischem Material bestehende, auf beiden
Seiten mit einer elektrisch leitenden Schicht versehene
Niederschlagselektroden parallel zueinander senkrecht angeordnet
sind, daß sich mittig zwischen zwei Niederschlagselektroden
mindestens eine rohrförmige, senkrecht angeordnete Sprühelektrode
befindet, daß die aus keramischem Material bestehende rohrförmige
Sprühelektrode an der Außenseite eine elektrisch leitende Schicht
aufweist und daß der untere Teil des Gehäuses als Staubbunker
ausgebildet ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, daß der Abscheider aus einem Gehäuse besteht, in dem in
Strömungsrichtung des Gases mindestens zwei plattenförmige, aus
keramischen Material bestehende, auf beiden Seiten mit einer
elektrisch leitenden Schicht versehene Niederschlagselektroden
parallel zueinander senkrecht angeordnet sind, daß sich mittig
zwischen zwei Niederschlagselektroden eine plattenförmige,
senkrecht angeordnete Sprühelektrode befindet, die aus
keramischem Material besteht und beidseitig eine elektrisch
leitende Schicht aufweist und daß der untere Teil des Gehäuses
als Staubbunker ausgebildet ist.
Der erfindungsgemäße elektrostatische Abscheider kann
beispielsweise bei einer Betriebstemperatur von 600°C mit einer
Abscheiderspannung von 25 bis 35 KV und bei einer Betriebstemperatur
von 800°C mit einer Abscheiderspannung von 8 bis 15 KV betrieben
werden, wobei ein maximaler Abscheiderstrom von 2,5 mA/m² erreicht
wird. Besonders überraschend ist es, daß in dem erfindungsgemäßen
elektrostatischen Abscheider keine Maßnahmen zur Abreinigung der
Elektroden vorgesehen werden müssen, da sich der an den
Elektroden befindliche Staub nach einer bestimmten Zeit
selbständig in Form von Agglomeraten ablöst, die dann im
Staubbunker gesammelt und in an sich bekannter Weise mit einer
geeigneten Vorrichtung ausgetragen werden. Lediglich in
vereinzelten Fällen müssen die Elektroden durch Vibration mit
Infraschall (z. B. 40 Hertz) abgereinigt werden. Die Aufhängung
und die Isolierung der Elektroden erfoflgt problemlos mit an sich
bekannten Mitteln. Als vorteilhaft hat es sich insbesondere
erwiesen, daß die Elektrodenabstände eine Toleranz von ±10%
zulassen.
Nach der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß das
Gehäuse aus einem Stahlmantel und einer feuerfesten
Innenauskleidung besteht, denn dieses Material ist auch bei
Temperaturen von 500 bis 1000°C gasdicht und formstabil.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen haben sich zur
Abscheidung von Stäuben, insbesondere von Flugaschestäuben,
bewährt, die einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,1
bis 25 µm aufweisen. Die Dielektrizitätskonstante der
abgeschiedenen Stäube lag zwischen 1 und 10. In den
erfindungsgemäßen Vorrichtungen herrscht eine turbulente
Strömung, und die Gasgeschwindigkeit liegt zwischen 0,5 und
3 m/sec. Werden die Vorrichtungen mit rohrförmigen
Sprühelektroden bestückt, werden diese als negative Pole
geschaltet. Das Gehäuse der Vorrichtungen besteht aus einem
Stahlmantel und ist innen dann mit einer feuerfesten
Auskleidung versehen, wenn Beriebstemperaturen über 500°C
gefahren werden. Der Staubbunker der Vorrichtungen ist
gegen Gasnebenströmungen abgeschirmt. Selbstverständlich
sind die Vorrichtungen mit einer Wärmeisolation versehen,
um einen Temperaturabfall im Elektroabscheider zu verhindern.
Die Sprühelektroden werden gegen Erde isoliert aufgehängt.
Weder die Sprühelektroden noch die Niederschlagselektroden
werden geklopft; in einigen Fällen hat sich aber eine
Abreinigung der Niederschlagselektroden durch Infraschall
bewährt. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können aus
mehreren Abscheidefeldern zusammengesetzt sein. Eine
Beheizung der an den Sprühelektroden angeordneten
Isolatoren ist nicht erforderlich; allerdings hat sich in
einigen Fällen eine Gasspülung der Isolatoren bewährt.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Ein verunreinigtes Verbrennungsabgas wurde in einem Röhren-
und in einem Plattenabscheider entstaubt. Die Entstaubung wurde
unter den in der nachfolgenden Tabelle genannten
Bedingungen durchgeführt.
Claims (7)
1. Elektrostatischer Abscheider, der aus einem Gehäuse
besteht, in dem rohr- oder plattenförmige Sprüh- und
Niederschlagselektroden angeordnet sind, die aus
keramischem Material bestehen und mindestens auf einer
Seite eine elektrisch leitende Schicht aus Metallen
oder Legierungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch leitende Schicht aus Kupfer,
Nickel, Bronze oder einer Eisen-Chrom-Nickel-Legierung
besteht sowie eine Dicke von 0,1 bis 2 mm hat,
und daß das keramische Material ein Porenvolumen von
25 bis 90% hat, aus 30 bis 70 Gew.-% Al₂O₃, 15 bis
50 Gew.-% SiO₂ sowie 1 bis 10 Gew.-% eines anorganischen
Bindemittels zusammengesetzt ist sowie aus Fasern
besteht, die mit einem anorganischen Bindemittel zu
einem Filz verdichtet sind.
2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die plattenförmigen Sprüh- und
Niederschlagselektroden eine Dicke von 5 bis 100 mm
aufweisen.
3. Abscheider nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Sprühelektroden
eine Wandstärke von 5 bis 30 mm und einem Durchmesser
von 30 bis 100 mm aufweisen.
4. Abscheider nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß er aus einem Gehäuse besteht, in
dem mehrere rohrförmige Niederschlagselektroden
senkrecht angeordnet sind, in denen sich jeweils
mittig in axialer Richtung eine rohrförmige
Sprühelektrode befindet, daß der untere Teil des
Gehäuses als Staubbunker ausgebildet ist, daß die aus
keramischem Material bestehenden
Niederschlagselektroden an der der jeweiligen
Sprühelektrode zugewandten Innenfläche eine elektrisch
leitende Schicht aufweisen und daß die rohrförmigen
Sprühelektroden an der Außenseite eine elektrisch
leitende Schicht aufweisen.
5. Abscheider nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß er aus einem Gehäuse besteht, in
dem in Strömungsrichtung des Gases mindestens zwei
plattenförmige, aus keramischem Material bestehende,
auf beiden Seiten mit einer elektrisch leitenden
Schicht versehene Niederschlagselektroden parallel
zueinander senkrecht angeordnet sind, daß sich mittig
zwischen zwei Niederschlagselektroden mindestens eine
rohrförmige, senkrecht angeordnete Sprühelektrode
befindet, daß die aus keramischem Material bestehende
rohrförmige Sprühelektrode an der Außenseite eine
elektrisch leitende Schicht aufweist und daß der
untere Teil des Gehäuses als Staubbunker ausgebildet
ist.
6. Abscheider nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß er aus einem Gehäuse besteht, in
dem in Strömungsrichtung des Gases mindestens zwei
plattenförmige, aus keramischem Material bestehende,
auf beiden Seiten mit einer elektrisch leitenden
Schicht versehene Niederschlagselektroden parallel
zueinander senkrecht angeordnet sind, daß sich mittig
zwischen zwei Niederschlagselektroden eine
plattenförmige, senkrecht angeordnete Sprühelektrode
befindet, die aus keramischem Material besteht und
beidseitig eine elektrisch leitende Schicht aufweist
und daß der untere Teil des Gehäuses als Staubbunker
ausgebildet ist.
7. Abscheider nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem Stahlmantel
und einer feuerfesten Innenauskleidung besteht.
Priority Applications (6)
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