DE102014109012A1

DE102014109012A1 - Elektroabscheider zur elektrostatischen Abscheidung von Partikeln aus einem Gasstrom

Info

Publication number: DE102014109012A1
Application number: DE102014109012.8A
Authority: DE
Inventors: Klaus Zehaczek; Hans Peter Bruder
Original assignee: Szs Engineering GmbH
Current assignee: Szs Engineering GmbH
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-12-31
Also published as: WO2015197771A1

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist ein Elektroabscheider (1) zur elektrostatischen Abscheidung von Partikeln, insbesondere Staubteilchen und/oder Aerosolen, aus einem den Elektroabscheider (1) durchströmenden Gasstrom, mit einem Gehäuse (2) und wenigstens einer in dem Gehäuse (2) aufgenommenen Sprühelektrode (7) und wenigstens einer in dem Gehäuse (2) aufgenommenen Niederschlagselektrode (6), wobei die Sprühelektrode (7) über eine Trageinrichtung (8) im Gehäuse (2) gehalten ist und wobei die Trageinrichtung (8) gegenüber der wenigstens einen Niederschlagselektrode (6) und dem Gehäuse (2) über wenigstens einen Isolator elektrisch isoliert ist. Um Bauraum und damit Kosten einzusparen, ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Isolator ein Hohlkunststoffverbundisolator (11) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektroabscheider zur elektrostatischen Abscheidung von Partikeln, insbesondere Staubteilchen und/oder Aerosolen, aus einem den Elektroabscheider durchströmenden Gasstrom, mit einem Gehäuse und wenigstens einer in dem Gehäuse aufgenommenen Sprühelektrode und wenigstens einer in dem Gehäuse aufgenommenen Niederschlagselektrode, wobei die Sprühelektrode über eine Trageinrichtung im Gehäuse gehalten ist und wobei die Trageinrichtung gegenüber der wenigstens einen Niederschlagselektrode und dem Gehäuse über wenigstens einen Isolator elektrisch isoliert ist.
Elektroabscheider der genannten Art werden auch als Elektrofilter bezeichnet, obwohl es sich nicht um einen Filter im klassischen Sinne handelt. Eine weitere Bezeichnung ist elektrische Gasreinigungsanlage (EGR). Die Funktionsweise besteht in der Ablenkung von geladenen Teilchen in einem elektrischen Feld. Im Elektroabscheider werden die abzuscheidenden Teilchen zunächst aufgeladen und sodann durch ein erzeugtes elektrisches Feld abgelenkt und abgeschieden, während der mit den Teilchen beladene Gasstrom durch den Elektroabscheider geführt wird. Der den Elektroabscheider verlassende Gasstrom ist daher weitestgehend von Partikeln befreit. Die abgeschiedenen Partikel werden gesondert abgeführt. Unter den Partikeln können sowohl feste als auch flüssige Partikel verstanden werden. Insbesondere handelt es sich bei den Partikeln um Staubpartikel und/oder Aerosole.
Der Elektroabscheider weist eine Reihe von Sprühelektroden auf, die elektrische Ladung in Form von Elektronen freisetzen. Diese Ladung wird von den mit dem Gasstrom durch den Elektroabscheider strömenden Partikeln aufgenommen. Die entsprechend negativ aufgeladenen Partikel wandeln quer zur Strömungsrichtung des Gases in Richtung der den Sprühelektroden zugeordneten Niederschlagselektroden.
Die Partikel bleiben aufgrund ihrer Ladung an den Niederschlagselektroden haften, bis die Partikel abgeführt werden. Dies geschieht in regelmäßigen Abständen, beispielsweise mechanisch, etwa durch Abklopfen der Partikel. Werden die Niederschlagselektroden zur Reinigung mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, besprüht, spricht man von einem Nass-Elektroabscheider.
Die für die Partikelabscheidung notwendige gleichgerichtete Hochspannung wird beispielsweise von einer Spannungsumsetzanlage erzeugt, welche die Netzspannung auf etwa 80 kV bis 110 kV (Leerlauf) erhöht und auf der Hochspannungsseite gleichrichtet. Elektroabscheider unterscheiden sich hinsichtlich der vom Gas passierten Filtergasse, in der das elektrische Feld erzeugt wird. Die Filtergasse kann durch Niederschlagselektroden in Form von Rohren oder ebenen Platten gebildet werden. In der jeweiligen Filtergasse befindet sich jeweils wenigstens eine Sprühelektrode, welche die Form einer Helix, eines Drahts, eines Dorns, eines Sägezahns oder einer Welle aufweisen kann. Als Betriebsspannung kommt Gleichspannung, Wechselspannung, gepulste Gleichspannung oder pulsüberlagerte Gleichspannung in Frage.
Die Sprühelektroden sind im Gehäuse des Elektroabscheiders von einer Trageinrichtung gehalten. Diese steht unter Hochspannung und muss daher einerseits gegenüber dem Gehäuse und andererseits gegenüber den Niederschlagselektroden elektrisch isoliert sein. Deshalb ist die Trageinrichtung im Gehäuse des Elektroabscheiders über Isolatoren abgehängt, die sich auf der isolierten Seite gegenüber dem Gehäuse abstützen.
Die Isolation der Sprühelektroden gegenüber den Niederschlagselektroden verlangt aus Gründen der elektrischen Isolation und aus Gründen der sicheren Lastabtragung von der Trageinrichtung an das Gehäuse einerseits recht große Isolatoren und zudem einen großen Platzbedarf für den Einbau der Isolatoren. Die Isolatoren werden nämlich in einem Isolationsgehäuse verbaut und dort beheizt oder luftgespült, um eine Ablagerung von Partikeln und/oder Feuchtigkeit auf den Isolatoren zu verhindern. Entsprechende Ablagerungen können zu Überschlägen oder Durchschlägen der elektrischen Spannung führen. Bei den Isolatoren handelt es sich um Porzellanisolatoren mit einem mittig an der dicksten Stelle des Isolators umlaufenden Flansch, mit dem sich der Isolator gegenüber dem Gehäuse abstützt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten und zuvor näher beschriebenen Elektroabscheider derart auszugestalten und weiterzubilden, dass Bauraum eingespart werden kann. Wenn die Isolatoren als auch die Isolationsgehäuse kleiner ausgeführt werden können, lassen sich erhebliche Kosten einsparen.
Diese Aufgabe ist bei einem Elektroabscheider nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der wenigstens eine Isolator ein Hohlkunststoffverbundisolator ist.
Die Erfindung hat erkannt, dass auf die bisher verwendeten Porzellanisolatoren zugunsten von Hohlkunststoffverbundisolatoren verzichtet werden kann, um dadurch Platz und somit letztlich Kosten zu sparen. Die Platzersparnis ergibt sich trotz des Umstands, dass der Hohlkunststoffverbundisolator, wie der Name schon sagt, innen hohl ist. Durch die Verwendung eines Hohlkunststoffverbundisolators kann aber insbesondere Bauhöhe eingespart werden. Des Weiteren kann trotz der hohlen Bauform eine sehr gute Lastabtragung erreicht werden, so dass bedarfsweise weniger Isolatoren von Nöten sind, was zu einer weiteren Einsparung von Bauraum und Kosten führt.
Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausgestaltung des Elektroabscheiders weist der Hohlkunststoffverbundisolator einen rohrförmigen Abschnitt, bedarfsweise ein hohles Kunststoffrohr, und an den Enden des rohrförmigen Abschnitts Flansche für die Anbindung an das Gehäuse einerseits und die Trageinrichtung andererseits auf. Die Trageinrichtung ist daher über die Länge des rohrförmigen Abschnitts vom Gehäuse beabstandet, so dass ein Überspringen von Ladung verhindert werden kann.
Die Flansche sorgen zudem für eine hohe und sichere Lastabtragung, so dass eine stabile und dauerhafte Verbindung bereitgestellt werden kann.
Aus Gründen einer zuverlässigen Isolierung und einer hohen mechanischen Festigkeit kann der rohrförmige Abschnitt bzw. das Kunststoffrohr wenigstens teilweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gebildet sein. In diesem Zusammenhang bietet es sich weiter an, wenn der Kunststoff ein Duroplast, etwa ein Kunstharz, ist.
Der rohrförmige Abschnitt kann an der Außenseite, also umlaufend nach außen gerichtet, wenigstens abschnittsweise eine polymere Schirmhülle bzw. eine Kriechstromhülle aufweisen, so dass sich keine Kriechströme bilden. Dabei werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn die Schirmhülle bzw. eine Kriechstromhülle aus Silikon gefertigt ist.
Alternativ oder zusätzlich können die Flansche aus Metall ausgebildet sein. Dadurch kann ein Stabilitätsgewinn erzielt werden. Die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Materials ist insoweit zu tolerieren, als dass auch das darüber angebundene Gehäuse und die darüber angebundene Trageinrichtung vorzugsweise aus Metall bestehen kann. Besonders zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang aus elektrischer und mechanischer Sicht, wenn die Flansche aus Aluminium gefertigt sind.
Die Flansche können dabei zusätzlich oder alternativ mit dem rohrförmigen Abschnitt verklebt sein. Dadurch kann eine kostengünstige und stabile Verbindung hergestellt werden, die zudem eine lange Haltbarkeit aufweist.
Durch den Hohlkunststoffverbundisolator, insbesondere durch den rohrförmigen Abschnitt, kann eine Tragstruktur der Trageinrichtung geführt sein. Diese ist somit nach außen isoliert und kann sich beispielsweise an einem oberen Flansch des Hohlkunststoffverbundisolators abstützen.
Um für eine ausreichende Isolierung zu sorgen, kann die Tragstruktur in radialer Richtung um mindestens 50 mm vom rohrförmigen Abschnitt des Hohlkunststoffverbundisolators beabstandet sein. Alternativ oder zusätzlich kann aus demselben Grund und aus mechanischen Gesichtspunkten der Innendurchmesser des Hohlkunststoffverbundisolators zwischen 250 mm und 750 mm betragen. Als besonders zweckmäßig hat sich in diesem Zusammenhang ein Innendurchmesser zwischen 400 mm und 600 mm erwiesen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Trageinrichtung wenigstens einen oberen Tragrahmen aufweist. Über diesen Tragrahmen können dann die Sprühelektroden im Gehäuse gehalten werden. Dabei ist es aus Kostengründen besonders bevorzugt, wenn lediglich ein Tragrahmen vorgesehen ist.
Für eine stabile und sichere Lagerung der Trageinrichtung kann diese vorzugsweise von bis zu vier Hohlkunststoffverbundisolatoren gehalten werden. Kostengünstig und bei geeigneter Ausführung dennoch stabil sowie langlebig kann es sein, lediglich bis zu zwei Hohlkunststoffverbundisolatoren zu verwenden.
Die Vorteile der Verwendung von Hohlkunststoffverbundisolatoren kommen insbesondere zum Tragen, wenn die Sprühelektroden als Drähte und/oder die Niederschlagselektroden als Rohre ausgebildet sind. Dies stellt eine kompakte Bauform dar, deren Kompaktheit durch die Hohlkunststoffverbundisolatoren noch gesteigert werden kann. Dabei ist es besonders bevorzugt, weil platzsparend, wenn die Niederschlagselektroden als Rohrbündel ausgebildet sind.
Alternativ oder zusätzlich kann der Elektroabscheider als Nass-Elektroabscheider ausgebildet sein. Dann kann auf aufwendige mechanische Reinigungseinrichtungen zum Entferner der abgeschiedenen Partikel verzichtet werden. Es kann vielmehr platzsparend eine Filterspülung vorgesehen sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 einen Nass-Elektroabscheider in einer vertikalen Schnittansicht,
2 den Nass-Elektroabscheider aus 1 in einer horizontalen Schnittansicht,
3 ein Isolationsgehäuse des Nass-Elektroabscheiders aus 1 in einer vertikalen Schnittansicht und
4 den Hohlkunststoffverbundisolator des Isolationsgehäuses aus 3 in einer teilweise vertikal geschnittenen Darstellung.
In der 1 ist ein Elektroabscheider 1 in Form eines Nass-Elektroabscheiders dargestellt. Der Elektroabscheider 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einem oberen Gaseintrittsstutzen 3 und einem unteren Gasaustrittsstutzen 4. Zwischen dem Gaseintrittsstutzen 3 und dem Gasaustrittsstutzen 4 ist ein Rohrbündel 5 aus rohrförmigen Niederschlagselektroden 6 vorgesehen, insbesondere im Gehäuse 2 aufgehängt.
Das in der 2 in einem horizontalen Schnitt dargestellte Rohrbündel 5 ist so vorgesehen, dass der in das Gehäuse 2 eintretende Gasstrom durch das Rohrbündel 5 strömt, bevor der Gasstrom das Gehäuse 2 wieder verlässt. Die Niederschlagselektroden 6 sind elektrisch geerdet und weisen in Wesentlichen zentral durch die Niederschlagselektroden 6 des Rohrbündels 5 verlaufende Sprühelektroden 7 in Form von Drähten auf. Die Sprühelektroden 7 sind an einer Trageinrichtung 8 festgelegt, die beim dargestellten und insoweit bevorzugten Elektroabscheider 1 oberhalb und unterhalb des Rohrbündels 5 jeweils einen Tragrahmen 9 aufweist. An den Tragrahmen 9 sind verstellbare Führungsrahmen gehalten, an denen die Sprühelektroden 7 montiert sind. Über die Führungsrahmen können die Sprühelektroden 7 mittig zu den Niederschlagselektroden 6 des Rohrbündels 5 ausgerichtet werden.
Die Sprühelektroden 7 sind gegenüber den Niederschlagselektroden 6 elektrisch isoliert. Zu diesem Zweck und zur Isolierung der Sprühelektroden 7 gegenüber dem Gehäuse 2 des Elektroabscheiders 1 sind die Tragrahmen 8 über Tragstrukturen 10 in Form von Tragrohren an Hohlkunststoffverbundisolatoren 11 abgestützt, und zwar jeweils gegenüber einem oberen Flansch 12. Der jeweilige Hohlkunststoffverbundisolator 11 stützt sich seinerseits gegenüber dem Gehäuse 2 ab, und zwar mit einem unteren Flansch 13. Zudem ist der Hohlkunststoffverbundisolator 11 in einem Isolationsgehäuse 14 angeordnet und dementsprechend von der Umgebung abgeschottet.
Das in der 1 mit III bezeichnete Isolationsgehäuse 11 ist in der 3 vergrößert dargestellt. Nicht dargestellt ist, dass das Isolationsgehäuse 11 einen Lufteintrittsstutzen, spezielle Düsen und einen Luftaustrittsstutzen aufweist, über die das Isolationsgehäuse 11 mit Luft gespült wird. Die Luft tritt dabei über die Düsen in das Isolationsgehäuse 11 ein. Am unteren Ende des Isolationsgehäuses 11 ist ein Gehäuseinnenflansch 15 vorgesehen, auf dem der Hohlkunststoffverbundisolator 11 sitzt und mit dem der untere Flansch 13 des Hohlkunststoffverbundisolators 11 verschraubt ist. Mit dem oberen Flansch 12 des Hohlkunststoffverbundisolators 11 ist ein Deckelelement 16 verschraubt, von dessen Mitte eine Tragstruktur 10 in Form eines Tragrohrs herabhängt. Die Tragstruktur 10 verläuft dementsprechend mittig von oben nach unten durch den Hohlkunststoffisolator 11 und durch den Gehäuseinnenflansch 15. Am unteren Ende der Tragstruktur 10 der Trageinrichtung 8 ist der Tragrahmen 9 montiert.
Beim dargestellten und insoweit bevorzugten Elektroabscheider 1 ist das obere Ende des Isolationsgehäuses 14 mit einer Abdeckung 17 verschlossen. Bei dem gegenüber angeordneten Isolationsgehäuse 14 ist keine obere Abdeckung 17 vorgesehen.
Vielmehr ist dort die Tragstruktur 10 elektrisch mit der Spannungsversorgung, insbesondere einem Hochspannungsgleichrichtergerät verbunden. Dabei ist das entsprechende Isolationsgehäuse 14 zusammen mit dem Anschluss an die Spannungsversorgung luftgespült.
In den dargestellten und insoweit bevorzugten vier Isolationsgehäusen 14 ist jeweils ein Hohlkunststoffverbundisolator 11 gleicher Bauart vorgesehen, wie er in der 4 im Detail dargestellt ist. Die tragende Struktur wird dabei durch einen rohrförmigen Abschnitt 18 aus einem glasfaserverstärkten Duroplasten gebildet, das mit seinen beiden Längsenden jeweils mit einem Flansch 12, 13 verklebt ist. Die Flansche 12, 13 bestehen beim dargestellten und insoweit bevorzugten Hohlkunststoffverbundisolator 11 aus Aluminium. Die Flansche 12, 13 weisen zudem umlaufend mehrere Bohrungen auf, um den Hohlkunststoffverbundisolator 11 mit dem Gehäuse 2 und mit der Trageinrichtung 8 zu verschrauben. Um den rohrförmigen Abschnitt 18 aus glasfaserverstärktem Kunststoff herum ist eine Schirmhülle 19 aus Kunststoff, und zwar vorliegend Silikon, mit entsprechenden Schirmen 20 vorgesehen, die ein Überschlagen von Spannung verhindern.
Beim dargestellten und insoweit bevorzugten Hohlkunststoffverbundisolator 11, der vergrößert in 4 dargestellt ist, besteht ein Luftspalt 20 zwischen der zentral angeordneten Tragstruktur 10 und dem rohrförmigen Abschnitt 18 aus einem Duroplasten. Dieser Luftspalt 20 ist ringförmig und weist eine Breite von wenigstens 100 mm auf. Der Innendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 18 weist dabei wenigstens 250 mm, insbesondere etwa 300 mm, auf. Dabei ist der Hohlkunststoffverbundisolator 11 wenigstens 500 mm, insbesondere gut 600 mm, hoch. Das Isolationsgehäuse 14 ist dagegen vorzugsweise zwischen 700 mm und 1100 mm, insbesondere etwa 900 mm, hoch. Der radiale Abstand zwischen dem Hohlkunststoffverbundisolator 11, insbesondere der Schirmhülle 19, und dem Isolationsgehäuse 14 beträgt wenigstens 100 mm, wobei der Durchmesser des Isolationsgehäuses 14 wenigstens 500 mm, vorzugsweise maximal 750 mm, insbesondere zwischen 600 mm und 650 mm beträgt. Zudem beträgt die Breite der Schirme 20 in radialer Richtung zwischen 25 mm und 75 mm, insbesondere zwischen 35 mm und 55 mm. Im Übrigen weist der Lochkreis der Flansche 12, 13 einen Durchmesser zwischen 300 mm und 400 mm auf. Die Bohrungen 21 weisen zudem Durchmesser von 12 mm bis 16 mm, insbesondere etwa 14 mm, auf.

Claims

Elektroabscheider (1) zur elektrostatischen Abscheidung von Partikeln, insbesondere Staubteilchen und/oder Aerosolen, aus einem den Elektroabscheider (1) durchströmenden Gasstrom, mit einem Gehäuse (2) und wenigstens einer in dem Gehäuse (2) aufgenommenen Sprühelektrode (7) und wenigstens einer in dem Gehäuse (2) aufgenommenen Niederschlagselektrode (6), wobei die Sprühelektrode (7) über eine Trageinrichtung (8) im Gehäuse (2) gehalten ist und wobei die Trageinrichtung (8) gegenüber der wenigstens einen Niederschlagselektrode (6) und dem Gehäuse (2) über wenigstens einen Isolator elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Isolator ein Hohlkunststoffverbundisolator (11) ist.
Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkunststoffverbundisolator (11) einen hohlen rohrförmigen Abschnitt (18) aus Kunststoff und an den Enden des rohrförmigen Abschnitts (18) Flansche (12, 13) für die Anbindung an das Gehäuse (2) einerseits und die Trageinrichtung (8) andererseits aufweist.
Elektroabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Abschnitt (18) wenigstens teilweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, insbesondere Duroplasten, gebildet wird.
Elektroabscheider nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Abschnitt (18) an der Außenseite wenigstens abschnittsweise eine polymere Schirmhülle (19), insbesondere aus Silikon, aufweist.
Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (12, 13) aus Metall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet sind.
Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (12, 13) mit dem rohrförmigen Abschnitt (18) verklebt sind.
Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch den rohrförmigen Abschnitt (18) eine Tragstruktur (10) der Trageinrichtung (8) geführt ist.
Elektroabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (10) in radialer Richtung um mindestens 50 mm vom rohrförmigen Abschnitt (18) beabstandet ist.
Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Hohlverbundisolators (11) zwischen 250 mm und 750 mm, insbesondere 500 mm beträgt.
Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinrichtung (8), bedarfsweise wenigstens, einen oberen Tragrahmen (9) aufweist.
Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinrichtung (8) einen oberen Tragrahmen (9) aufweist.
Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinrichtung (8) von bis zu vier, vorzugsweise bis zu zwei, Hohlkunststoffverbundisolatoren (11) gehalten wird.
Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühelektroden (7) als Drähte und/oder die Niederschlagselektroden (6) als Rohre, insbesondere als Rohrbündel (5), ausgebildet sind.
Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroabscheider (1) als Nass-Elektroabscheider ausgebildet ist und, vorzugsweise, eine Filterspülung aufweist.