DE1206397B - Verfahren zum Reinigen von Gasen oder Daempfen in elektrostatischen Abscheidern unter Anwendung asymmetrischer Wechselspannung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Bold

Deutsche Kl.: 12e-5

M 56791ΙΠ/12 e

11. Mai 1963

9. Dezember 1965

Elektrische Abscheider zum Reinigen von Gasen oder Dämpfen werden normalerweise mit Gleichspannung betrieben, wobei der negative Pol an die Ausströmerelektroden gelegt wird. Eine technische Notwendigkeit zur Verwendung von idealer Gleichspannung besteht nicht. So zeigen die hier in Frage kommenden Gleichspannungen je nach Art der Erzeugung und in Abhängigkeit von der Phasenzahl der primären Wechselspannung eine verschieden starke Welligkeit, d.h. verschieden starke Schwankungen in der Höhe der Spannung. Bisher gingen alle Bestrebungen dahin, eine Gleichspannung permanent negativer Polarität zu erzeugen.

Auch ist es bekannt, elektrostatische Staubabscheider mit Wechselspannung zu betreiben, so daß das zu reinigende Gas gezwungen wird, elektrische Wechselfelder zu durchströmen, wie dies beispielsweise in den deutschen Patentschriften 300 811, 374 223 und 421151 beschrieben wird. Ferner wurden auch pulsierende Gleichspannungen und Wechselspannungen verwendet, wobei diese sich überlagerten, so daß Phasenverschiebungen entstanden, wie dies in den deutschen Patentschriften 425 026 und 657 376 beansprucht wird, wobei man sich gerade von den Phasenverschiebungen Vorteile für die Staubabscheidung versprach. In diesem Zusammenhang hat man auch erkannt, daß eine pulsierende Gleichspannung hinsichtlich der Erzeugung von Ionen erheblich aktiver ist als eine stehende Gleichspannung. Man vergleiche hierzu die deutsche Patentschrift 358 377.

Ein Wechseln der Polarität ist jedoch, wie beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 369 879 entnommen werden kann, als nachteilig aufgefaßt worden, da durch Umpolen des Feldes ein Rücktransport der zur Niederschlagselektrode wandernden Teilchen zur Sprühelektrode zu erwarten ist.

In elektrostatischen Abscheidern wandern die abzuscheidenden Teilchen unter dem Einfluß des elektrischen Feldes an die Niederschlagselektrode und werden dort abgeschieden. Die Wanderungsgeschwindigkeit ist direkt abhängig von der Feldstärke, d. h. vom Spannungsabfall zwischen Ausströmer- und Niederschlagselektroden. Konstante Abstände seien hier vorausgesetzt. Eine Steigerung der Feldstärke hat eine Verbesserung der Abscheideleistung des elektrostatischen Abscheiders zur Folge.

Einer solchen Steigerung sind im Entstauber Grenzen gesetzt durch die Durchschlagsfestigkeit des Gases und die elektrischen Eigenschaften des abzuscheidenden Mediums. Die Durchschlagsfestigkeit des Gases ist abhängig von der Zusammensetzung und den physikalischen Zustandsbedingungen des-

Verfahren zum Reinigen von Gasen oder Dämpfen in elektrostatischen Abscheidern unter Anwendung asymmetrischer Wechselspannung

Anmelder:

Metallgesellschaft Aktiengesellschaft, Frankfurt/M., Reuterweg 14

Als Erfinder benannt:

Karl Lohrberg,

Dipl.-Ing. Helmut Schummer, Frankfurt/M.

selben und außerdem eine Funktion der Zeitdauer der Spannungseinwirkung.

Als obere Grenze des elektrischen Widerstandes, z.B. eines abzuscheidenden Staubes, bei dem sich eine Abscheidung mit Erfolg durchführen läßt, gelten etwa ΙΟ¹² Ω cm. Die dem vorliegenden Erfindungsgegenstand zugrundeliegenden Verhältnisse bei spezifischen Staubwiderstandswerten in elektrostatischen Staubabscheidern ab 10¹¹ Ω cm, bei denen das sogenannte »Rücksprühen« auftritt, sind beispielsweise im »Archiv für das Eisenhüttenwesen«, 1961, S. 221 ff., sowie in der Zeitschrift »Staub«, 1962,

S. 463 ff., und in verschiedenen Firmenschriften beschrieben. Liegt nämlich der Widerstand oberhalb dieser Grenze, so tritt folgende Erscheinung auf:

Die abzuscheidenden Teilchen werden zwar elektrisch aufgeladen, wandern auch an die Niederschlagelektrode, geben dort aber ihre Ladung nicht oder nur langsam ab. Dadurch kommt es zur Ausbildung eines Zwischenpotentials.

Der Spannungsabfall zwischen Ausströmer- und Niederschlagselektroden bleibt zwar vorhanden, der wirksame Spannungsabfall zwischen Ausströmerelektrode und Oberfläche der abgeschiedenen Schicht wird aber geringer, d.h., die Abscheidung wird wesentlich schlechter. Da die Oberfläche dieser abgeschiedenen Schicht gegenüber der Niederschlagselektrode eine elektrische Ladung entgegengesetzter Polarität hat, wirken die niedergeschlagenen Partikeln als Dielektrikum eines Kondensators. In diesem Kondensator kommt es zeitweise zu Durchschlägen, die mit plötzlicher Steigerung der Stromaufnahme des elektrischen Abscheiders verbunden sind, der Entstauberbetrieb wird unruhig, erfordert eine Herunterregelung der angelegten Spannung und ruft da-

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durch eine zusätzliche Verschlechterung des Abscheidegrades hervor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorgenannte Schwierigkeiten zu beseitigen.

Nach der Erfindung wird die Anwendung einer asymmetrischen Wechselspannung beim Betrieb elektrostatischer Abscheider vorgeschlagen, wobei das Verhältnis der Amplituden zweier aufeinanderfolgender Halbwellen mittels eines einem Gleichrichter parallelgeschalteten stellbaren Widerstandes, vorzugsweise eines ohmschen Widerstandes, in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand des auf den Niederschlagselektroden abgeschiedenen Staubes so eingestellt wird, daß die auf Grund des Staubwiderstandes auf den Niederschlagselektroden sich ausbildende, kapazitiv wirkende Grenzschicht durch die Halbwelle der anliegenden Wechselspannung mit der kleineren Amplitude gerade entladen wird.

Es wird dabei als überraschend, neu und fortschrittlich erachtet, daß das bisher als nachteilig gewertete Durchfahren der Nullinie bei bestimmten Abscheidebedingungen elektrostatischer Abscheider Vorteile bringt. Die Kombination Gleichrichter— Widerstand kann sowohl in den Erdkreis als auch in den Hochspannungskreis des Filters eingeschaltet werden.

Nach dem Stande der Technik ist es zwar bekannt, zur Begrenzung der Stromstärke in Reihe zwischen Stromquelle und Gleichrichter einen ohmschen oder induktiven Widerstand einzuschalten, wie in der deutsehen Patentschrift 487372 beschrieben, oder eine Parallelschaltung eines Widerstandes zum elektrostatischen Entstauben zur Verhinderung des Absinkens der Feldstärke vorzunehmen, wie aus der deutschen Patentschrift 574 652 hervorgeht. Diese Widerstände dienen jedoch einem anderen Zweck als der oben beschriebene Widerstand.

Beim Durchfahren der Nullinie werden Ausströmer- und Niederschlagselektroden kurzzeitig umgepolt. Hat sich auf Grund des zu hohen Widerstandes der abzuscheidenden Teile auf den Niederschlagselektroden eine — wie oben beschrieben — Schicht mit Kondensatorwirkung ausgebildet, so wird dieser Kondensator entladen. Dadurch bekommt die der Ausströmerelektrode zugekehrte Oberfläche der abgeschiedenen Schicht wieder Erdpotential, und die volle Feldstärke steht zur Abscheidung bei der nächsten Halbwelle wieder zur Verfügung.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Amplitudenverhältnis zweier benachbarter Halbwellen während des Betriebes durch kontinuierliches Verändern des Widerstandes in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des niedergeschlagenen Mediums geregelt.

Zu den bereits genannten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird noch folgendes hinzugefügt:

Bei den bekannten Konstruktionen elektrostatischer Abscheider wird bei Verwendung einer Wechselspannung der Frequenz von etwa 50 Hertz das elektrische Feld so schnell auf- und abgebaut, daß es bei elektrischen Spannungen, die bei Verwendung von Gleichspannung zum Durchschlag führen, nicht zu dieser Erscheinung kommt. Somit kann bei Verwendung der asymmetrischen Wechselspannung gemaß der Erfindung die maximale elektrische Feldstärke erheblich gesteigert werden, ohne daß Durchschläge im Abscheider auftreten.

Bei bewußter Steigerung der Spannung bis zum Durchschlag wird der entstehende Lichtbogen auf Grund des Durchfahrens der Nullinie sofort gelöscht. Die mittlere Spannung bricht jedoch nicht wie bei Verwendung von Gleichspannung zusammen. Der elektrische Abscheider braucht deshalb nicht stromlos gemacht zu werden. Auch ist ein Herunterregeln der Spannung nicht einmal erforderlich.

An Hand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

A b b. 1 zeigt schematisch ein Schaltbild für "die Hochspannungsversorgung eines elektrostatischen Staubabscheiders mit asymmetrischer Wechselspannung gemäß der Erfindung;

Abb. 2 stellt den graphischen Verlauf der asymmetrischen Wechselspannung dar;

Abb. 3 zeigt idealisiert den Spannungsabfall in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen Sprühelektrode und nicht mit Staub beaufschlagter Niederschlagplatte, während

Abb. 4 eine Darstellung des Spannungsabfalls wiedergibt bei staubbeladener Niederschlagselektrode.

In den sekundären Kreis des Hochspannungstransformators 1 sind ein Einweggleichrichter 2 und diesem parallel ein ohmscher Widerstand 3 zur Erzeugung der asymmetrischen Wechselspannung gemäß der Erfindung geschaltet. Durch diese Schaltungsanordnung wird der mit 4 bezeichnete elektrostatische Staubabscheider mit asymmetrischer Wechselspannung versorgt. Der Pfeil durch den ohmschen Widerstand zeigt an, daß dieser einstellbar ist. An Stelle des ohmschen Widerstandes kann selbstverständlich auch ein Wechselstromwiderstand benutzt werden. In A b b. 2 ist der graphischen Verlauf der asymmetrischen Wechselspannung aufgetragen, aus dem zu entnehmen ist, daß mit Amplitudenverhältnissen benachbarter Halbwellen von™in der Größen-

Ordnung von etwa -j gearbeitet werden kann. Dieses Verhältnis hängt jedoch weitgehend von der elektrischen Leitfähigkeit des Staubes und von der Höhe der anzulegenden Spannung bzw. vom Effektivwert derselben ab.

Aus Abb. 3 ist zu entnehmen, daß der Spannungsablauf U = / (1) zwischen Sprühelektrode und Niederschlagselektrode, sofern diese frei von Staub ist, rein linear verläuft. Die Abb. 4 zeigt, daß, wenn die Niederschlagselektrode mit Staub beladen ist, diese Funktion am Beginn der Staubschicht einen Knick aufweist, dergestalt, daß die Steigung der in der graphisch dargestellten Kurve bis zur Staubschicht geringer ist als in der Darstellung nach A b b. 3, und innerhalb der Staubschicht größer als nach der Darstellung der Abb. 3. Diese Verhältnisse treten dann auf, wenn man den Mittelwert der Spannung berücksichtigt ohne die negative Halbwelle der asymmetrischen Spannung gemäß der Erfindung. Da die Staubschicht bei Verwendung der asymmetrischen Wechselspannung gemäß der Erfindung jeweils entladen wird, zeigt sich in diesem Fall bei Messungen mit einer staubbedeckten Platte der gleiche Kurvenlauf U = f (1) wie bei Abb. 3.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Reinigen von Gasen oder Dämpfen in elektrostatischen Abscheidern unter

Anwendung asymmetrischer Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Amplituden zweier aufeinanderfolgender Halbwellen mittels eines einem Gleichrichter parallelgeschalteten stellbaren Widerstandes, vorzugsweise eines ohmschen Widerstandes, in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand des auf den Niederschlagselektroden abgeschiedenen Mediums so eingestellt wird, daß die auf Grund des elektrischen Widerstandes des Mediums auf den Niederschlagselektroden sich ausbildende, kapazitiv wirkende Grenzschicht durch die Halbwelle der anliegenden Wechselspannung mit der kleineren Amplitude gerade entladen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Amplitudenverhältnis zweier benachbarter Halbwellen des Betriebes geregelt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrostatische Abscheider im Durchschlagsbereich derart betrieben wird, daß die entstehenden Überschläge bzw. Lichtbogen durch das Erreichen des Spannungswertes Null zwischen zwei Halbwellen des asymmetrischen Wechselstroms gelöscht werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 300 811, 358 377, 879, 421151, 425 026, 487 372, 574 652, 376;

»Archiv für das Hüttenwesen«, 32 (1961), 4, S. 221 ff.;

»Staub«, 22 (1962), 11, S. 463 ff.;

Lurgi-Druckschrift »Elektrische Rauchgasreinigung in Dampfkraftwerken«, Nr. BP 21/3,0 d. RR. 6.61, (1961), S. 7 ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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