WO2006125485A1

WO2006125485A1 - Nasselektrostatische ionisierungsstufe in einer elektrostatischen abscheideeinrichtung

Info

Publication number: WO2006125485A1
Application number: PCT/EP2006/002260
Authority: WO
Inventors: Andrei Bologa; Thomas WÄSCHER; Hanns-Rudolf Paur; Ralf Arheidt
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2005-05-21
Filing date: 2006-03-11
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2007-11-21
Also published as: CN101180131A; KR20080009293A; JP2008540125A; EP1883477A1; US20080196590A1; JP4878364B2; CN101180131B; DE102005023521B3; US7517394B2

Abstract

Eine nasselektrostatische Ionisierungsstufe in einer elektrostatischen Abscheideeinrichtung zur Reinigung eines Aerosols, eines Gases von in dem Gas fein verteilten, mittransportierten Partikeln, bestehend aus einer an Erdpotential oder an ein bezogenes Gegenpotential angeschlossenen Platte, die über den lichten Querschnitt eines Strömungskanalabschnitts eingebaut ist und eine Vielzahl gleichartiger Durchbrüche zum Durchströmen des zu reinigenden Gases hat. Ein Hochspannungsgitter, das gas stromabwärts, elektrisch isoliert über den lichten Querschnitt des Kanalabschnitts eingebaut ist, ist über eine Durchführung in der Wand des Kanalabschnitts an ein Hochspannungspotential angeschlossen. Eine den Durchbrüchen entsprechende Vielzahl von stabförmigen Hochspannungselektroden, die mit ihrem einen Ende an dem Hochspannungsgitter befestigt sind, ragen mit ihrem freien Ende jeweils gleichartig zentral in eine/n Durchbruch/Düse der Platte. An den freien Enden sitzt gleichartig jeweils eine Scheibe aus elektrisch leitendem Material zentral und parallel zur Platte, ohne sie zu berühren.

Description

Nasselelctrostatisehe Ionisierungsstufe in einer elektrostatischen Abscheideeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine nasselektrostatische Ionisierungsstufe in einer elektrostatischen Abscheideeinrichtung zum Reinigen eines Aerosols, eines Gases von in ihm Gas fein verteilten, mittransportierten Partikeln flüssiger oder fester Art.

Ein nasselektrostatischer Abscheider ist eine Anlage, die in einen Kanalabschnitt eines Gasführungskanals eingebaut ist und fein verteilte, feste oder flüssige Teilchen von einem Gasstrom/Aerosolstrom trennt. Solche Einrichtungen finden in sehr weiten Arbeitsbereichen ihren Einsatz.

Der Trennungsprozess der fein verteilten Partikeln aus dem Gasstrom besteht aus den folgenden Schritten: elektrostatisches Laden der Partikel;

Ansammeln der geladenen Partikel auf der Oberfläche einer einsammelnder Elektroden oder Elektroden;

Entfernung der geladenen Partikel von der Oberfläche der einsammelnden Elektroden.

Elektrostatisches Reinigen von einem Aerosol, also fein verteilten Partikeln in einem Gas, wird gewöhnlich über negativ geladene Partikel, Ionen, erreicht. Sie werden durch Koronaentladung erzeugt und werden zu einem tatsächlichen elektrischen Strom durch den Luftspalt zwischen einer auf einem elektrisch positivem Bezugspotential, meist Erdpotential liegenden Elektrode und einer auf entgegengesetzt elektrischen Potential liegenden, negativen Ionisierungselektrode. Diese Elektroden sind an eine Gleichstrom liefernde Hochspannungsquelle der geforderten Polarität angeschlossen. Der Wert der angelegten Spannung hängt vom Abstand zwischen den Elektroden und den Eigenschaften des zu prozessierenden Gasstroms ab.

Die Effizienz eines elektrostatischen Abscheiders ist über einen weiten Bereich von der Stärke der Ladung abhängig, die durch den Ladeab- — 9 — schnitt auf die Partikel abgegeben werden. Die Ladungsstarke kann durch die Erhöhung des elektrostatischen Feldes im Ionisierungsabschnitt des Abscheiders erhöht werden. Die gebräuchliche Maximumsin- tensitat des elektrostatischen Feldes ist höchstens auf den Wert begrenzt, bei dem Überschlage beginnen.

In nasselektrostatischen Abscheidern sind die Iomsierungs- und Sammelzonen in einer Anlage zusammengebracht. Die Sammelrohren sind häufig lang und rufen deshalb Probleme mit der Justierung der Entladungselektroden hervor. Auch beemflusst das Waschen/Spulen mit Wasser der internen Oberflache der Kollektorrohren die Koronaentladungs- stabilitat in den Ionisierungsbereichen. Diese Probleme werden in der DE 10132 582 Cl und DE 102 44 051 Cl ausgeschlossen, dort besteht der nasselektrostatische Abscheider aus einem separaten Iomsierungs- und Samrαelbereich. Die Partikel werden in einem intensiven elektrostatischen Feld über Koronaentladung geladen. Die Koronaentladung tritt in dem Spalt zwischen Nadel- oder Sternelektroden und den Durchbru- chen/Dusen der geerdeten Platte auf, wenn die Nadel- oder Sternelektroden an DC-Hochspannung gelegt werden, bzw. liegen. Orientiert an der Richtung der GasStrömung, ragen die Entladungselektroden von gasstromabwarts her m die Durchbruche/Dusen der geerdeten Platte. Die geladenen Partikel werden m dem den Hochspannungselektroden gasstromabwarts folgenden geerdeten Rohrenbundelsammler gesammelt, der gasstromabwarts von der Ionisierungseinrichtung eingebaut ist.

Bekannt ist ein Aufbau der nasselektrostatischen Ionisierungsstufe aus der DE 101 44 051. Sie besteht aus einer an Erdpotential oder an ein positives Bezugs-/Gegenpotential angeschlossenen Platte, die über den lichten Querschnitt eines Stromungskanalabschnitts eingebaut ist und eine Vielzahl gleichartiger Durchbruche zum Durchströmen des zu reinigenden Gases hat. Gasstromabwarts folgt ihr ein Hochspannungsgitter, das elektrisch isoliert über den lichten Querschnitt des Ka^¬ nalabschnitts eingebaut und über eine Durchfuhrung in der Wand des Kanalabschnitts an ein Hochspannungspotential angeschlossen ist. An diesem Hochspannungsgitter ist eine den Durchbruchen entsprechende Vielzahl an stabformigen Hochspannungselektroden mit einem Ende befestigt und ausgerichtet. Diese Hochspannungselektroden zeigen oder ragen mit ihrem freien Ende gleichartig und zentral in jeweils eine/n Durchbruch/Duse der Platte.

An jedem freien Ende einer solchen Hochspannungselektrode sitzt e- lektπsch verbunden eine Scheibe aus elektrisch leitendem Material, zumindest beschichtet mit einem solchen, zentral und parallel zur Platte, ohne sie zu berühren. Sie hat, gleich verteilt um den Umfang, mindestens zwei radiale Ausbuchtungen/Spitzen, die radial oder wenig nach außen, gegen den Gasstrom geneigt, gerichtet sind.

Das Arbeiten des nasselektrostatischen Abscheiders zeigt, dass die Erhöhung der angelegten Spannung, das bedeutet Erhöhung der elektrischen Feldstarke im Elektrodenspalt, Funkenentladung provoziert, die entsprechend dem nichthomogenen elektrischen Feld zwischen den Elektroden und den Kanten der Durchbruche/Dusen auftreten. Das verringert die Effizienz der Partikelladung und die Effizienz der Partikelkollektion in dem elektrostatischen Abscheider.

Daraus ergibt sich die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, nämlich : für einen nasselektrostatischen Abscheider eine Ionisierungsstufe bereitzustellen, bei der die geschilderten nachteiligen Arbeitsweisen nicht auftreten. Die Ionisierungsstufe soll einfach aufgebaut sein, also ihre Bauelemente durch wenige Handgriffe sicher zu positionieren/montieren, bzw. auszutauschen sein.

Die Aufgabe wird durch den nasselektrostatischen Abscheider mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelost.

In den Durchbruchen, oder wegen der Stromungsvorgange wahrend des Betriebs der Abscheidevorrichtung auch als Düsen bezeichnet, steckt in jedem Durchbruch eine Hülse. Die Hülsen stecken alle gleichartig in ihrem Durchbruch. Die Hülsen haben einen aufgebiahten, einfach konvexen runden, also kreisförmigen oder elliptischen/ovalen, oder polygonalen, Querschnitt und damit auch eine solche lichte Querschnittskon- tur. Die Hülsen stecken oder sitzen formschlussig in dem Durchbruch/der Düse und mindestens soweit kraftschlussig, also klemmend, so dass sie durch die für die stärkste ausgelegte Gasstromung durch den Abscheider nicht aus ihrer Position in der Düsenplatte herausgerissen werden. Das konnte zur axialen Positionierung durch wenigstens eine um den Umfang der Hülse laufende Rille mit sehr geringer Tiefe sein, die den lichten Querschnitt dort nur minimal, nicht die Gasstromung behindernd einengt, oder beispielsweise durch einen mit der kleineren Öffnung formschlussig umfassenden und mit der größeren Öffnung auf der Platte aufsitzenden, zur Hülse koaxialen, hohlkegel- stumpfformigen oder hohlpyramidalen Aufsatz, angelotet oder klemmend zur möglichen kontinuierlichen axialen Verschiebung, am Außenmantel der Hülse sein.

Die Hulsenachse und die Achse der stabformigen Hochspannungselektrode liegen auf einer gemeinsamen Geraden, sie haben eine gemeinsame Achse. Die an das freie Ende der Hochspannungselektrode befestigte Scheibe ragt zentral in den lichten Querschnitt innerhalb der Hülse und steht senkrecht zur Stromungsachse des durchströmenden Aero^¬ sols/des zu reinigenden Gases. Sie bildet mit der Innenwand der Hülse einen umlaufenden, ringförmigen Spalt, den Elektrodenspalt zwischen Hochspannungselektrode und auf entgegengesetztem Bezugspotenti- al/Gegenpotential liegender Dusenplatte. Je nach Querschnittsform der Hülse hat eine einfach konvexe, runde oder polygonale Umhüllende der Scheibe (2) zu der Hülse (7) umlaufend einen konstanten Abstand L. Zumindest die Scheibe oder die Scheibe samt Hochspannungselektrode kann axial verfahren werden, so dass auf jeden Fall die Scheibe innerhalb der Hülse axial positioniert werden kann.

In den Unteransprüchen 2 bis 13 wird die Geometrie der Hülse in Beziehung zum Elektrodenspalt bzw. der Hulsengeometrie gesetzt. Weiter wird die Position der Scheibe innerhalb der Hülse auf einen Bereich beschrankt. Die mantelflachenseitig geschlossene und teilweise ge^¬ schlitzte Hülse wird geometrisch beschrieben. Hinzu kommt ein Hulsen- aufsatz derart, dass durch die Gravitation begünstigt Tropfchen ent- lang einer Kante zu einer tiefsten Stelle abfließen, um schließlich als Tropfen abzufallen. Das Material der Hülsen wird hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit erwähnt.

Nach Anspruch 2 liegt die Höhe/Länge der Hülse im Bezug zur Spaltweite L zwischen den Elektroden im Bereich 0,5L <= H <= 3L, nach Anspruch 3 ist die Höhe H der Hülse vorzugsweise H = 2L.

Das Hochspannungsgitter sitzt gasstromabwärts zur der auf Bezugs- /Gegenpotential bzw. auf Erdpotential liegenden Platte. Somit ragen die an ihm befestigten Hochspannungselektroden entgegen der Gasströmung, bzw. weisen mit ihrem freien Ende jeweils in einen Durchbruch oder eine Düse in dieser Platte. Die axiale Position der am freien Ende der Hochspannungselektrode montierten Scheibe wird im Anspruch 4 auf den Bereich von 0,25H - 0,75H beschränkt, und zwar vom Strömungsausgang an der Hülse aus gesehen. Nach Anspruch 5 ist sie vorzugsweise an der Stelle 0,5H in der Hülse positioniert.

Das Hochspannungsgitter kann aber auch gasstromaufwärts zur der auf Bezugs-/Gegenpotential bzw. auf Erdpotential liegenden Platte sitzen. Die an ihm befestigten Hochspannungselektroden ragen dann mit der Gasströiαung und weisen ebenfalls mit ihrem freien Ende jeweils in einen Durchbruch/eine Düse in dieser Platte. Bevorzugt wird eine Bauweise, bei der abfallende Tropfen elektrisch neutral aufgesammelt werden können.

Im Anspruch 1 wird die Gestalt der Durchbrüche/Düsen in der Platte auf Bezugspotential qualitativ mit rund oder polygonal beschrieben, ebenso der Querschnitt der Hülse. Rund als Kreisform oder elliptisch/oval oder ähnlich aber zumindest einfach konvex bzw. aufgebläht von außen betrachtet. Die Forderung an den polygonalen Querschnitt ist ebenso. Als Standardformen stehen preiswert der kreisförmige und regelmäßig polygonale Querschnitt zur Verfügung, wobei für diese Anwendung im letzteren, polygonalen Fall der hexagonale auch noch der oktogonale Querschnitt bevorzug werden dürfte, da solche Hülse noch keine Spezialanfertigung verlangen. Unregelmäßige Querschnittsformen sind moglich/einsetzbar, aber nur wenn technisch ein zwingender Grund dafür spricht.

In Anspruch 6 ist die Hülse mit röhrenförmig, damit ist gemeint: man- telwandseitig geschlossen, beschrieben und hat damit als technisch einfachstes Gebilde kreisrunden oder polygonalen mindestens viereckigen Querschnitt. Der dreieckige Querschnitt ist, elektrisch gesehen wenig sinnvoll, da der Funkenuberschlag an den drei Spitzen durch eine Art Spitze-Platte-Elektrodenkonfiguration sehr begünstigt wäre.

In Anspruch 7. weicht die Hülse von der technisch einfachsten Form ab, sie hat, ausgehend vom Gasstromungsausgang, einen Langsschlitz von mindestens der Teilhohe der Hohe H der Hülse gasstromaufwarts . Anspruch 8 spezifiziert den Schlitz in seiner Weite S auf den Bereich 0,05 <= S <= 0,2H, nach Anspruch 9 hat er vorzugsweise die Weite S = 0,1H. Im Falle des durchgehenden Schlitzes kann die Hülse durch zwei einfache Fertigungsprozesse aus einem planen Blech ausgeschnitten/- gestanzt und zur Hülse gerollt werden.

An der Innenwand der Hülse lagert sich die Nasse und geladene, abzuscheidende Partikel ab, die dort entladen werden, und schwemmen die dort elektrisch neutralisierten Partikel in Schwerkraftrichtung bis zum Rand der Hülse weiter, wo es zur Großtropfenbildung am Hülsenrand kommt und bei genügender Größe abfallen. Das kann durch einen Aufsatz an diesem Rand begünstigt werden. Nach Anspruch 10 hat jede Hülse an ihrer hinsichtlich ihrer räumlichen Lage unteren Stirn einen umfassenden, schräg oder schräg ansetzenden konkav geschnittenen Aufsatz, an dessen freier Stirn/Kante zur tiefsten Stelle hin Flüssigkeits- tropfchen ablaufen und sich dort zu Tropfen ausbilden, die bei hinreichender Große/Schwere durch angesammelte Masse nach unten abfal^¬ len. Eine andere einfache tröpfchensammelnde Konfiguration ist in Anspruch 11 beschrieben, und zwar hat die Hülse an ihrer hinsichtlich der räumlichen Lage unteren Stirn einen Kranz nach unten oder schräg nach unten weisende, um den Umfang gleich verteilte Spitzen, an denen angesammelte Tropfen wieder bei genügender Masse schwerkraftgezogen nach unten abfallen. In weiterer Verbesserung des den Gasstrom am wenigsten beeinflussenden Tropfenabfalls werden die Spitzen im Winkel , von 0 - 45° nach außen gebogen.

Hinsichtlich des Hulsenmaterials wird neben dem für den Prozess inerten Verhalten die Anforderung gestellt, dass es, die Strömung berücksichtigend, genügend steif ist und für einen formschlussigen, klemmenden Einbau die notwendige Elastizität aufweist. Mit elektrisch leitendem Material, metallisch oder aus einem Verbundwerkstoff mit leitendem Anteil wie ein Kohlefaserverbund lasst sich das einrichten. Wesentlich ist, dass die Oberflache der Hülse glatt ist, um die e- lektrischen Feldverhaltnisse im Elektrodenspalt der Düse einfach und wie vorgesehen zu halten (Anspruchl2) .

Bei hinreichender Nasse m dem Abscheider derart, dass jede Hülse auf ihrer Oberflache mit wenigstens einem zusammenhangenden Flussigkeits- filrα bis zur Dusenplatte hin überzogen ist, und die Flüssigkeit e- lektrisch leitenden ist, kann die Hülse auch aus halbleitendem oder gar dielektrischem (Anspruch 13) Material sein mit eben den beschrieben erforderlichen mechanischen, prozesstauglichen Eigenschaften. In allen Fallen jedoch muss das Material prozessgeeignet, d.h. neben den geforderten mechanischen und elektrischen Eigenschaften auch chemisch in der Prozessumgebung inert sein.

Mit der Erfindung wird ein nasselektrostatischer Ionisierungsabschnitt bereitgestellt, der die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen überwindet. Der nasεelektrostatische Ionisierungsabschnitt weist einen hohen Grad an Effizienz auf und erreicht einen gefordert hohen Grad an Abscheidung der Partikel. Der nasselektrostatische Ionisierungsabschnitt ist wettbewerbsfähig und industrietauglich herstellbar. Der nasselektrostatische Ionisierungsabschnitt ist einfach aufgebaut, leicht zu bedienen und einfach zu montieren. Der nasselektrostatische Ionisierungsabschnitt gibt abgeschiedene Flüssigkeit nicht wieder in den Gasstrom ab. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausfuhrungsbeispiels, das m der Zeichnung skizziert ist, noch naher beschrieben. Die in der auf Bezugspotential, hier Erdpotential, liegenden Platte steckenden Hülsen haben den einfachsten Querschnitt, nämlich kreisförmig. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausschnitt aus der geerdeten Platte mit zwei behulsten Düsen,

Fig. 2 eine Düse im Detail Fig. 3 verschieden Formen der Scheibe, Fig. 4 die längs geschlitzte Hülse, Fig. 5 ein Ausschnitt aus der geerdeten Platte mit zwei Düsen,

Im Ausfuhrungsbeispiel geht der Gasstrom von raumlich unten nach o- ben. Das Hochspannungsgitter 5 mit den angebauten Elektroden 1 sitzt zur geerdeten Platte gasstrorαabwarts also oberhalb der Platte 4. Abgeschiedene Tropfchen, Partikel fallen nach der elektrischen Neutralisierung an den in der Platte 4 gesteckten Hülsen 7 nach unten ab.

Das Großenverhaltnis bei Hülsen 7 mit kreisförmigem Querschnitt ist 0,5 < H < 3L, wobei L = (D₃ - D_nd) /2 der Elektrodenspalt zwischen der Scheibe 2 und der inneren Oberflache der Hülse 7 ist, D_s ist der innere Durchmesser der Hülse 7, D_nd ist der Außendurchmesser der Scheibe 2. Die bevorzugte Hohe der Hülse 7 ist 0,25 <= H <= 1,5L. Die Scheiben 2 sind in den Hülsen 7 auf einer Hohe von (0,25 - 0,75) H unter dem Gasstromausgang der Hülsen 7 positioniert. Die Scheiben 2 sind vorzugsweise auf einer Hohe von 0, 5H positioniert. Die Scheiben 2 haben die Form sternförmiger Elektroden mit einer Mehrzahl koronainduzierender Spitzen. Die kreisförmigen Hülsen können mit einem Spalt 10 m der seitlichen Oberflache der Hülse 7 und einem durchgehenden Spalt 9 - also gleich der Hohe der Hülse 7 - versehen sein. Die Weite S des Spalts 9, 10, m der Hülse ist 0,05H <= S <= 0,2H, wobei H die Hohe bzw. die Lange der Hülse 7 ist. Die bevorzugte Spaltweite S in der Hülse ist S = 0,1H. Für das Abtropfen des Angesammelten, das sich auf der inneren Oberflache der Hülsen 7 angesammelt hat, ist der Bodenteil 11, bezogen auf die Hulsenachse 6 der Hülsen 7, schräg geschnitten, z. B. mit einem Horizontalwinkel α zwischen 10 und 50°. Der bevorzugte Winkel ist α = 25 - 45°. Die Form des Schnittes kann variiert werden. Für das wirksame Abfließen und Abtropfen sind die Hülsen 7 mit nadelförmigen Bodenecken 13 als Flussigkeitssammler und Tropfenbildner ausgebildet und können zusatzlich noch schräg nach unten und nach außen, hier entgegen zur Strömung gebogen sein.

Aus dem Stand der Technik gemäß Fig. 5 besteht die nasselektrostatische Ionisierungsstufe aus einer Vielzahl von Hochspannungselektroden 1 in Form von Stäben, die mit ihrem einen Ende an das Hochspannungsgitter 5 angeschlossen sind und an dem freien Ende eine sternförmige Entladungselektrode 2 montiert haben. Die sternförmigen Entladungselektroden 2 sind axial in die kreisförmigen Düsen 3 der geerdeten Platte 4 eingebaut, gasstromabwarts oder gasstromaufwarts von der Du- senplatte 4, rechtwinkelig zur Richtung des Gasstromes. Die Ziffer 6 bezeichnet die Dusenachse.

Partikelbeladenes Gas strömt durch die Düsen. Wenn die Hochspannung an das Hochspannungsgitter 5 angelegt ist, bildet sich Koronaentladung an den spitzen Stellen der sternförmigen Elektroden 2 aus. Das Gas 8 strömt durch die Koronaentladungszone, die mitgefuhrten Teilchen nehmen negative Ladung auf und verlassen den Ionisator als negativ geladene Ionen. Es sei hier angemerkt, dass naturlich auch ein positives elektrisches Potential an die Hochspannungselektroden und die Platte auf entsprechendes Gegenpotential, bzw. nach wie vor Erdpotential gelegt werden können, wenn die Partikel im Gasstrom aufgrund ihrer chemischen Eigenschaft leichter positiv ionisierbar sind. Schließlich kann im speziellen Anwendungsfall an die Hochspannungselektrode auch ein AC-Hochspannungspotential gelegt werden, zumindest ist das technisch kein Aufwand. Es ist von Bedeutung, die Koronaentladungen mit so hoch wie möglicher

Intensitäten ohne Überschlage zu fahren. Mit Erhöhung der angelegten Spannung werden die kritischen Bedingungen rasch erreicht, weil der Koronastrom mit ungefähr dem Quadrat der angelegten Spannung zunimmt. Am kritischen Punkt gibt es einen plötzlichen lokalen Übergang von einer Hochfeld-Niederstromdichte-Entladung zu einer Niederfeld- Hochstrom-Entladung, d.h. von einer Glimm- zu einer Lichtbogen- Entladung.

Das starke nichthomogene, elektrostatische Feld zwischen den Spitzen auf den sternförmigen Elektroden 2 und dem äußeren Ende der Düsen 3 provoziert Uberschlagsentladungen mit abnehmender Effizienz der Partikelladung und Effizienz der Gasreinigung in nasselektrostatischen Abscheidern. Die nasselektrostatische Ionisierungsstufe, siehe Fig. 5, ist empfindlich auf die Justierung der Entladungselektroden 2 m den Düsen 3. Ebenso kann das elektrische Feld der Koronaentladungselektrode 2 in der Düse 3, die nahe beieinander stehen, die Koronaentladung an diesen Elektroden unterdrucken. Als Ergebnis kann der totale Koronastrom zwischen den Elektroden 2 und 3 abnehmen. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, können sich die Koronapunkte an den Spitzen der Elektroden 2 „sehen", d.h. ihr erzeugtes Feld kann sich überlagern und sich gegenseitig auf diese Weise unterdrucken. Dies hat zur Folge, dass der Koronastrom der Einzelelektroden kleiner bleibt, als er wäre, wenn die Elektrodenspitzen sich nicht sehen konnten. Durch die Verwendung der Hülsen werden die Elektroden eingekapselt und gegenseitig unsichtbar. Jede Hülse wirkt wie ein durchströmender Fara- daykafig, in dessen Innern sich ein von den andern Elektroden unabhängiges Feld aufbauen kann. Mit dieser Maßnahme ist ein wertungsfreier Langzeitbetrieb erst möglich.

Um die Unzulänglichkeiten der nasselektrostatischen Ionisierungsstufe nach dem Stande der Technik zu überwinden, sind deshalb eine Vielzahl leitender Kreishulsen 7 in einer solchen Weise eingebaut, dass die sternförmigen Hochspannungselektroden 2 in den Hülsen 7 auf einer vorgegebenen Hohe unter dem Ausgang der Hülsen 7 in Richtung 8 des Gasstromes positioniert sind (Fig. 1) . Wenn das Potential an die

Scheiben 2 gelegt wird, wird das ionisierende elektrostatische Feld zwischen den Spitzen der Elektrode/Scheibe 2 und der inneren Oberflä;- che der Hülse 7 eingestellt. In einer solchen Geometrie des Ionisierungssystems nimmt die Überschlagsentladungsspannung zu und die Stabilität des Betriebs der Ionisierungsstufe wird verbessert, der Koro- nastrorα kann erhöht werden. Der Gebrauch der Hülsen 7 macht die Ionisierungsstufe unempfindlich für die Gestaltung der Ecken/Kanten der Düsen 3, weil die eingebauten Hülsen 7 den Überschlag zwischen der Scheibe 2, der sternförmigen Elektrode, und den Kanten der Düsen 3 nicht zulässt. In herkömmlichen Anlagen kann das nicht unterbunden werden. Durch die Hülsen 7 in den Düsen 3 wird die Ionisierungsstufe in axialer Richtung 6 der Düsen 3 weniger empfindlich für die Justierung der Scheiben/Entladungselektroden 2. Die Hülsen 7 konzentrieren das elektrische Feld in jeder Düse 3 zwischen der Entladungselektrode 2 und der inneren Oberfläche der zugehörigen Hülse. Die Hülsen 7 schließen den Einfluss der Felder benachbarter Scheiben/Elektroden 2 zueinander aus. Stromstarke Koronaentladung an den Elektroden 2 wird unterdrückt .

Die kreisförmigen Hülsen 7 können aus dünnwandigen kurzen Röhren oder aus einem Stück leitendem Band gemacht sein. Die Hülse 7 kann auf Maß unverrückbar in der Düse 3 eingebaut sein oder sie kann in ihrer Position in Bezug auf die Düsenplatte 4 in Richtung der Achse 6 der Düsen 3 verändert werden.

Um die wirksame Koronaentladung und Ladung der Partikel zu gewährleisten, wird die Länge H der Hülse (Fig. 2) mit 0,5 <= H <= 3L vorgeschlagen, wobei L = (D₃ -D_nd) /2 der Elektrodenspalt zwischen der Entladungselektrode und der inneren Oberfläche der Hülse ist D_s ist der innere/lichte Durchmesser der Hülse und D_nd der Außendurchmesser der Entladungselektrode. Die bevorzugte Höhe H der Hülse ist H = 2L. Wenn die Höhe der Hülse H < 0,5L ist, nimmt die Wahrscheinlichkeit der Überschlagsentladung zwischen den spitzen Stellen der Schei- be/sternförmigen Elektrode 2 und den Kanten der Hülsen zu. Wenn H >

3L werden Überschlagsentladungen provoziert.

Um einen stabilen Betrieb mit möglichst hoher Spannung ohne Überschlagsentladungen zwischen den Spitzen der sternförmigen Elektroden 2 und den Kanten der Hülsen 7 aufrecht zu erhalten, sind die Entladungselektroden in den Hülsen bei einer Höhe (0,25 - 0,75) H unter dem Strömungsausgang der Hülsen in Richtung der Gasströmung der Hülsen ausgerichtet, vorzugsweise bei einer Höhe von 0,5H unter dem Ausgang der Hülsen.

Die sternenförmigen Elektroden 2, eingebaut in den Hülsen7, können mit unterschiedlicher Anzahl spitzer Stellen, von denen aus sich die Koronaentladung entwickelt, hergestellt werden. Bei gleichem Durchmesser D_nd der sternenförmigen Elektrode erhöht sich einerseits der Koronastrom mit der Anzahl der spitzen Stellen an der Scheibe 2. Andererseits werden die elektrischen Feldlinien im Spalt zur Hülse 7 hin sehr schnell glatt und werden der Hülsenquerschnittsform ähnlich, was der gewollten Koronaentladung entgegenkommt.

Um Verstopfung durch Partikelansammlung in den Hülsen zu vermeiden, sind die Hülsen der nasselektrostatischen Ionisierungsstufe mit einem Spalt/Schlitz in der seitlichen Oberfläche ausgestattet. Der Schlitz hat eine Höhe, die gleich der Höhe der Hülse ist (Fign.4a und 4b) . Das Wasser, das auf der oberen Oberfläche der geerdeten Düsenplatte 4 angesammelt ist, wird durch die Schlitze 9 in den Hülsen 7 entladen. Um das stabile Arbeiten ohne Überschlagsentladungen zwischen den Entladungselektroden 2 und den Kanten des Schlitzes 9 aufrecht zu erhalten, hat sich gezeigt, die Weite S des Schlitzes in der Hülse im Bereich 0,05H <= S <= 0,2 H zu lassen, wobei H die Höhe/Länge der Hülse ist, vorzugsweise ist die Schlitzweite S = 0,1H.

Durch Umbiegen nach außen gelangt die Abtropfkante in einen Bereich wesentlich geringerer Strömungsgeschwindigkeit, so dass das den Überschlag gefährdende „Mitziehen" des Tropfens nach oben in Strömungs- richtung stark unterdruckt wird. Die nach außen gelenkten Tropfen ziehen durch ihren Kontakt zum Innenrand der Hülse den standig vorhandenen Wasserfilm glatt. Die Flüssigkeit, die sich an den Bodenkanten 11 der Hülsen ansammelt, wird von den Nadeln 13 in Form von großen Tropfen durch Runterfallen entladen.

Mit Zunahme der angelegten Spannung zwischen der Hülse 7 und der in ihr positionierten Elektrode / Scheibe 2 starten Koronaentladungen von den Nadeln der sternenfόrmigen Elektroden 2. Je nach Ausbildung des elektrostatischen Feldes im Elektrodenspalt, kann der Koronastrom und damit die Effizienz des elektrostatischen Ladens von Partikeln erhöht werden. Em Teil der geladenen Tropfchen wird auf der inneren Oberflache der Hülsen gesammelt. Die Tropfchen, die sich auf der inneren Oberflache der Hülsen sammeln, bilden einen Flussigkeitsfilm. Der andere Teil strömt weiter und lagert sich in einem in Gasstrom- richtung nachgeordneten, geerdeten Rohrenabscheider ab.

Em Dirαensionierungsbeispiel für die Hülse 7 aus Edelstahl mit kreisförmigem Querschnitt und durchgehendem Langsspalt und die 5-zackige Elektrode 2, die Scheibe, wird im Folgenden beispielhaft angegeben: die Hohe bzw. Länge der Hülse ist H = 20 mm, der Außendurchmesser der Hülse ist D = 50 mm, der lichte Durchmesser der Hülse ist D₃ = 48 mm, damit ist die Wandstarke der Hülse τ_s = 1 mm, der Außenkonturdurchmesser der Scheibe ist D_n. = 30 mm, der Elektrodenspalt ist L = (D₃ - D_nd) /2 = 9 mm, der Hulsenspalt ist S = 2 mm.

Bezugszeichenliste

1 Hochspannungselektrode

2 Scheibe

3 Durchbruch, Düse

4 Platte

5 Hochspannungsgitter

6 Achse

7 Hülse

8 Richtung

9 Schlitz

10 Schlitz

11 Schnitt

12 Kante

13 Spitze

Claims

Patentansprüche:

1. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe in einer elektrostatischen Abscheideeinrichtung zur Reinigung eines Aerosols, eines Gases von in dem Gas fein verteilten, mittransportierten Partikeln, bestehend aus:

einer an Erdpotential oder an ein bezogenes Gegenpotential angeschlossenen Platte (4), die über den lichten Querschnitt eines Strömungskanalabschnitts eingebaut ist und eine Vielzahl gleichartiger Durchbrüche (3) zum Durchströmen des zu reinigenden Gases hat,

einem Hochspannungsgitter (5) , das gasstromabwärts oder gasstrom- aufwärts bezüglich der Platte (4), elektrisch isoliert über den lichten Querschnitt des Kanalabschnitts eingebaut und über eine Durchführung in der Wand des Kanalabschnitts an ein Hochspannungspotential angeschlossen ist,

einer den Durchbrüchen (3) entsprechenden Vielzahl von stabförmi- gen Hochspannungselektroden (1), die mit ihrem einen Ende an dem

Hochspannungsgitter (5) befestigt sind und mit ihrem freien Ende jeweils gleichartig zentral in eine/n

Durchbruch/Düse (3) der Platte (4) ragen und an diesen freien Enden gleichartig jeweils eine Scheibe (2) aus elektrisch leitendem Material zentral und parallel zur Platte (4) sitzt, ohne sie zu berühren, die, gleich verteilt um den Umfang, mindestens zwei radiale Ausbuchtungen/Spitzen nach außen hat,

dadurch gekennzeichnet, dass

gleichartig in jedem/r Durchbruch/Düse (3) mit einfach konvexem rundem oder polygonalem, lichtem Querschnitt eine Hülse (7) gleichartigen Querschnitts formschlüssig steckt, deren Achse (6) senkrecht zur auf Bezugspotential liegenden Platte (4) ist, und die Scheibe (2) innerhalb der Hülse (7) am freien Ende dieser stabformigen Hochspannungselektrode (1) exponiert ist und eine einfach konvexe runde oder polygonale Umhüllende der Scheibe (2) zu der Hülse (7) umlaufend einen konstanten Abstand L hat.

2. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohe H der Hülse (7) im Bereich

0,5L <= H <= 3L liegt.

3. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohe H der Hülse (7) vorzugsweise

H = 2L ist.

4. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (2) , vom Gasstromungs- ausgang der Hülse (7) aus gesehen, im Bereich von

0,25H - 0,75H in der Hülse (7) versenkt ist.

5. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (2) vorzugsweise bei 0,5H in der Hülse (7) positioniert ist.

6. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) röhrenförmig ist.

7. Nasselektrostatische lonisierungsstufe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) , ausgehend vom Gasstromungsausgang, einen Langsschlitz S (9, 10) von mindestens der Teilhohe der Hohe H der Hülse (7) hat.

8. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (9, 10) eine Weite S im Bereich von

0,05 <= S <= 0,2H hat.

9. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (9, 10) eine Weite S von vorzugsweise

S = 0,1H hat.

10. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) an ihrer hinsichtlich ihrer räumlichen Lage unteren Stirn einen umfassenden, schräg oder schräg ansetzenden konkav geschnittenen Aufsatz (11) hat, an dessen freier Stirn zur tiefsten Stelle hin Flussigkeits- tropfchen ablaufen und dort als Tropfen nach unten abfallen.

11. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) an ihrer hinsichtlich der räumlichen Lage unteren Stirn einen Kranz nach unten oder schräg nach unten und nach außen weisender, um den Umfang gleich verteilter Spitzen (13) hat, an denen gebildete und hinreichend schwere Tropfen nach unten abfallen.

12. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (7) aus elektrisch leitendem Material sind.

13. Nasselektrostatische Ionisierungsstufe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen (7) aus dielektrischem Material sind.