DE1457309A1 - Verfahren und Einrichtung zum elektrostatischen Abscheiden - Google Patents

Description

General Electric Gom'oany, Schenectady II.Y./U.S.A.

Verfahren und Einrichtung zum elektrostatischen Abscheiden

Die Erfindung bezieht sich auf ein neues und verbessertes Abscheide- bzw. Ausfällgerät und ein Verfahren zum Abscheiden von kleinen in der Luft befindlichen Aerosolpartikeln aus einem Luftstrom.

Die allmählich immer stärker werdenden Luftverunreinigungen in städtischen Bereichen durch industrielle Einrichtungen, Produktionsbetriebe und dergleichen hat den Bedarf an wesentlich besseren Einrichtungen zum Entfernen unerwünschter in der Luft befindlicher Aerosolpartikel, wie z.B. Rauch, Ruß und anderer Verunreinigungen vor deren Verteilung in der Luft wesentlich vergrößert. Es gibt bereits elektrostatische Ausfällapparate bzw. Staubabscheider, um derartige in der Luft befindliche Verunreinigungen auszuscheiden. Diese Einrichtungen haben jedoch bestimmte Nachteile, die in ihrer Eigenart liegen. So dient bei derartigen elektrostatischen Staubabscheidern eine Koronaentladung dazu, das Entfernen von Partikeln oder Verunreinigungen zu erleichtern, die in einem durchströmenden Luftstrom vorhanden sind. Dadurch wird die Verwendung hoher elektrischer Spannungen und verh ältnismäßig großer elektrischer Apparate notwendig, Schwierigkeiten ergeben sich hierbei aufgrund des Durchschlagene, der ^Lichtbogenbildung und ähnlicher Effekte zusätzlich zu der an sich nachteiligen großen Bauweise. Eine Einrichtung nach der Erfindung umgeht diese bei bekannten elektrostatischen Htaubabschaidern auftretenden Schwierigkeiten. Die Erfindung schließt auch eine wirksame, künstliche Quelle kleiner Ionen ein, die dazu verwendet werden kann, große Mengen an in der Luft befindlichen Aerosolpartikeln mit positiver oder negativer Ladung zu versehen.

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Es ist deshalb eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes elektrostatisches Abscheidegerät zu schaffen, das in seiner Konstruktion kompakt ist und das eine verhältnismäßig geringe elektrische Betriebsspannung benötigt.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes flammenionisierungsverfahren zur Erzeugung künstlich geladener Partikel anzugeben.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung ist eine Einrichtung zum Abscheiden von in der Luft befindlichen Partikeln vorgesehen, die eine Ionenquelle a_ufweifit, welche in einem Flüssigkeitsstrom angeordnet ist, in dem unerwünschte, in der Luft befindliche Aerosolpartikel enthalten sind. Aufgrund der Diffusion und unter Einv/irkung der elektrischen Felder v/erden die Ionen von der Quelle durch die Aerosolpartikel, die in einem über die Quelle strömenden luftstrom enthalten sind, erfaßt. Eine Kollektor-Elektrodenanordnung ist in Strömungsrichtung hinter der Ionenquelle angeordnet und weist mehrere profilierte Kollektor-Elektrodenbauteile auf, die auf einem bestimmten elektrischen Potential gehalten werden. Die Kollektor-Elektrodenbauteile sind so ausgebildet, daß sie einen glatten laminaren oder stromlinienförmigen Verlauf des die Partikel führenden flüssigen Mediums durch die Bauteile in der Anordnung ergeben. Die Ionenquelle weist eine kleine Flamme auf. Die Erfindung gibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung kleiner Ionen gewünschter Polarität aus dieser Flamme an.

Nach dem Verfahren wird eine elektrisch, leitende FlammenqueHe verwendet, die in der JNahe eines .elektrisch leitenden äußeren Bauteiles vorgesehen ist, welehe);,außerhalb der Heißtemperaturzone der Flammenquelle liegt. Es wird ein elektrisches Potential zwischen dem elektrisch leitenden äußeren Bauteil und der Flammenquelle aufgebaut, das genügend groß ist und eine solche Polarität aufweist, daß kleine Ionen gleicher Polarität*

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wie das der Flammenquelle zugeführte Potential in den Bäumen zwischen Flammenquelle und äußerem Bauteil getrieben werden. Einige der auf die se Weise erzeugten Ionen stoßen dann mit Aerosolpartikeln in der Luft oder einem anderen flüssigen Medium in diesem Raum zusammen oder haften an ihnen. Im folgenden wird anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines neuartigen und verbesserten Abscheidegerätes gemäß der Erfindung, wobei ein Teil des äußeren Gehäuses weggebrochen dargestellt ist , damit die konstruktive Ausbildung sichtbar wird.

Pie,, 2 zeigt einen Quer schnitt durch das in Fig. 1 gezeigte A^scheidegerät.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das Abscheidegerät nach Fig. 1, wobei deifobere Teil des äußeren Gehäuses des Abscheidegerätes entfernt ist, damit die bauliche Anordnung der verschiedenen Bestandteile des Abscheidegerätes sichtbar wird.

Fig. 4 stellt einen Teilschnitt dar, der die Konstruktion des

Kollektor-Elektrodenbauteiles dt-s Abscheidegerhtes ■ nach den Figuren 1 bis 3 zeigt.

Fig. 5 stellt eine Kurve dar, die den Wirkungsgradverlauf für Abscheidegeräte angibt, die unter Bedingungen arbeiten, die entweder eine Wirbelströmung oder eine laminare Strömung einer Partikel enthaltenden Flüssigkeit durch die Kollektor-Elektrodenanürdnung ergeben und die einen Vergleich des Wirkungsgrades zweier Betriebsweisen zeigen.

Fig.1A zeigt ein grundlegendes Gerüt, wie es zur Durchführung

des neuen Verfahrens zur Erzeugung kleiner geladener ' Ionen auf einer Flamme erforderlich ist.

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Mg. 6 ist ein schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Steuerschaltung, die zur Steuerung der das Abscheidegerät nach den Figuren 1 bis 3 betätigenden Motoren dient und

Fig. 7 ist ein Teilschnitt der inneren Ausbildung eines Teiles des Abscheiöegerätrs.

In Figur 1 ist ein neues und verbessertes Abscheidegerät gemäß der Erfindung gezeigt, es weist .ein äußeres Gehäuse 11 auf, das einen Sammelraum 12 darstellt. Zwei Reinigun/rskammern 13 und 14 sind räumlich auf entgegengesetzten Seiten des Sammelraumes 12 angeordnet, wobei jede Reinigungskammer ein (nicht gezeigtes) Füllgefäß besitzt, das an der Unterseite befestigt ist, und Schmutzpartikel und dergleichen aufnimmt, die von dem. Abscheidegerät beim Reinigungsvorgang entfernt werden. Die Wirkungsweise des Sammelraumes 12 besteht darin, daß auf den Abgas- oder einen anderen Flüssigkeitsstrom eingewirkt wird, der in Richtung der Pfeile durch den Sammelraum strömt, um Rauch , Ruß und andere in der Luft befindliche Aerosolpar-ikel und Verschmutzungen herauszulösen und diese Partikel auf mehreren Kollektor-Elektrodenbauteilen, die im folgenden näher beschrieben werden, abzulagern. Die Wirkungsweise der beiden Reinigungskammern 13 und 14 besteht darin, die Oberflächen der Kollektoranordnung nach einer bestimmten Betriebsperiode zu reinigen, damit die Betriebsleistung der Abscheidevorrichtung nicht verschlechtert wird. Die Kollektoranordnung ist zweistufig d-rgeotellt, die Erfindung ist jedoch nicht auf zwei oder mehr Stufen beschränkt, da eine einzelne lange Stufe sogar für bestimmte Anwendungsfälle noch leistungsfähiger sein kann. Jede Stufe der Kollektoranordnung wird durch ein Flammenionisierungsbauteil 15 oder 16 ausgebildet, an das eine zugehörige Kollektor-Elektrodenanordnung angeschlossen i;t, die aus mehreren profilierten Kollektor-Elektrodenbauteilen 17 oder 18 'besteht, die von den entsprechenden zugeordneten Flammenionisierungsbaut/eilen 15 oder 16 aus gesehen in Flußrichtung abwärts angeordnet sind.

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Die eigentliche tflaiameiiionisierungseinrichtung ist in !Figur 1A dargestellt und weist ein äußeres Bauteil in Form einer Leitung 71 auf, das von einem Luft- oder einem anderen Aerosolpartikel führenden Flüssigkeitsstrom in Richtung der Pfeile durchflossen wird, und das aus Aluminium oder einem anderen elektrisch leitenden Material hergestellt ist. Die Aluminium!eitung 71 kann zylindrisch ausgebildet sein und weist eine isolierte öffnung 74 an der Seite auf, durch die ein Kapillarrohr 72 aus korrosionsbeständigem Stahl eingeführt wird. Das Kapillarrohr 72 ist mechanisch über ein Isolierrohr 77 und ein Steuerventil 78 mit einer Brennstoffquelle 79, z.B. Erdgas , Wassergas oder dergleichen, verbunden, das gezündet wird und eine Flamme 73 erzeugt. Das Kapillarrohr 72 aus korrosxonsbeständigem Stahl wird mechanisch in der Leitung 71 in einer solchen Stellung gehalten, daß die V/andungen des Behälters 71 außerhalb der Heißtemperaturzone der Flamme am linde des Rohres 72 angeordnet sind. Mit "Heißtemperaturzone" ist die Zone gemeint, die die Flamme 73 ä· und deren unmittelbare Umgebung umfaßt, in der die Temperatur hoch genug ist, um eine Ionisierung der Moleküle nach der Saha-Gleichung und damit eine gut* Leitfähigkeit zu erzeugen. Dieser Bereich ist begrenzt und in der Literatur definiert.

Eine elektrische Schaltanordnung erzeugt ein elektrisches Potential zwischen dem Kapillarrohr 72 und der äußeren Aluminiumleitung 71 und weist vorzugsweise eine Hochspannungsgleichstromquelle 75 auf, die als Batterie dargestellt ist. Die Batterie 75 ist über einen doppeltpoligen Wendeschalter 76 geschaltet, bei dem zwei diagonal gegenüberliegende feste Kontakte mit dem Kapillarrohr 72 und das andere Paar der diagonal gegenüberliegenden festen Kontakte mit der Aluminiumleitung 71 und mit iirde verbunden sind. Die beweglichen Kontakte des Schalters 76 sind an die Ausgangsklemmen der Gleichstromspannungsquelle 75 gelegt, so daß der Umkehrschalter zur Umkehr der Polarität des Potentials, das zwischen der äußeren Leitung 71 und dem Kapillarrohr 72 angelegt wird, verwendet werden kann·

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Die folgenden Bentimmungsgrößen sind zwar.nicht zwingend erforderlich, sie werden aber zum Zweck der Darstellung einer bestimmten Anordnung erläutert, die zur Durchführung des neuartigen Flammenionisierungsverfahrens mit der in Figur 1A der Zeichnung gezeigten Einrichtung zweckmäßig ist. Die Aluminiumleitung 71 kann in Form eines Zylinders mit einem Druchmesser von etwa 15 cm und einer Länge ebenfalls von etwa 15 cm hergestellt sein. Das aus korrosionsbeständigem Stahl bestehende Kapillarrohr 72 kann etwa 0,5 mm Durchmesser aufweisen, wobei das offene Ende sich bis etwa zur Mitte der zylindrischen Leitung 71 erstreckt. Ein bestimmter gasförmiger Brennstoff, der durch das Ka/pillarrohr 72 geleitet wurde, bestand aus 40 # V/assärrstoff und 60 fo Propangas, und die Gleichstromquelle 75 war Vorzugs weise eine 5-10 kV-Gleichstromquelle veränderlicher Leistung. Bei der Durchführung des vorbeschriebenen Ver.Lahrens ist es erwünscht, daß der äußere Behälter 71 geerdet ist, so daß das innere Kapillarrohr 72 entweder auf negativem oder auf positivem Potential gegenüber dem äußeren Behälter liegt.

γ/ird der doppelpolige Wende-Auswählschalter 76 nach rechts gelegt, wird das Kapillarrohr 72 negativ gegenüber dem äußeren zylindrischen Behälter 71. Beim Verbrennunrsvorgang werden sowohl kleine positive als auch negative Ionen erzeugt und die Gesamtheit der positiven und negativen Ionen würde sich entgegenwirken, wenn kein elektrisches Feld vorhanden wäa?äe wäre. Da aber das Rohr 72 auf negativem Potential gegenüber der äußeren Leitung 71 liegt, werden die kleinen positiven Ionen, die durch die Flammenquelle erzeugt werden, zum Rohr 72 angezogen u :d die negativen Ionen werden in den Raum zwischen dem Rohr 72 und der Leitung 71 zurückbewegt. Damit kann die Flamme 73 vom Ende des Kapillarrohres 72 weggezogen werden, bis das Potential der Flamme einen Gleichgewichtswert für die Betriebsbedingungen annimmt, bei dem die Anzahl der von der Flammenfläche abgestoßenen positiven Ionen gleich der Anzahl·der aus der Flamme austretenden "negativen Ionen ist.

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Bei der Wanderung zur Leitung 71 verbinden sich die nagativen Ionen mit den meisten ungeladenen, im Luftstrom vorhandenen Aerosolpartikeln im Raum zwischen der Fxammenquelle und der Leitung oder stoßen mit ihnen zusammen.' Bei der Verbindung "bzw. beim Zusammenstoß mit den ungeladenen Aerosolpartikeln legen sich die negativen Ionen an die Partikel an und geben ihnen eine Ladung, die bewirken kann, daß die so geladenen Aerosolpartikel von den geerdeten Wandungen der Leitung 71 angezogen werden. Wenn der Umkehrschalter 76 in die entgegengesetzte Richtung- gelegt wird, so daß das Kapillarrohr 72 positiv gegenüber der äußeren Behälterwandung 71 wird, werden die negativen Ionen in der Flamme 73 vom Kapillarrohr angezogen und die positiven Ionen werden in den das Rohr 72 umgebenden Raum abgestoßen. Diese positiven Ionen verbinden sich mit nichtgeladenen Aerosolpartikeln, die in der Luft oder in einem anderen gasförmigen Medium vorhanden sind, welches durch die Leitung 71 in Richtung der Pfeile strömt, um die Aerosolpartikel negativ zu laden. Die geladensn Aerosolpartikel werden dann zu der geerdeten "/andung der Leitung 71 angesogen. Die kleinen pesitiven und negativen Ionen, die auf diese Weise erzeugt werden, sind in solcher Zahl vorhanden, daß Rauch oder andere natürliche Quellen von in Luft befindlichen Aerosolpartikeln, ausgenommen die Flamme, in den Behälter unterhalb der Flamme 73 eingeführt werden können und daß die kleinen Ionen, die während des Flammenionisierungsvorganges erzeugt werden, mehr als ausreichend sind, um die Rauchpaetikel zu laden. Einige von ihnen werden zur Wandung der Leitung 71 befördert. Ferner wurde ermittelt, daß durch Vergrößerung der Flaiime 73 die Anzahl der kleinen Ionen, die durch die Flammenquelle in der vorbeschriebenen Weise erzeugt wird, proportional vergrößert werden kann. Infolgedessen kann unterstellt werden, daß die F^lamme 73 als Quelle kleiner positiv oder negativ geladener Ionen dient, die für Experimentierzwecke verwendet werden kann, oder aber die zur Entfernung unerwünschter Aerosolpartikel, die in der Atmosphäre vorhanden sind, dienen kann, so daß die Verunreinigung der Atmosphäre durch

derartige Partikel verringert ward. _,,_

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Eine ins Einzelne gehende Konstruktion der Flammenionisierungseinrichtung 15 oder 16 nach Figur 1 ist in Figur 2 gezeigt, aus der zu entnehmen ist, daC die Flammenionisierungseinrichtung aus mehreren perforierten Rohrleitungen 21 besteht, die zwischen zwei senkrecht angeordneten Speiserohrleitungen 22 und 23 verlaufen, welche mit einer Brennstoffquelle für gasförmigen Brennstoff verbunden ist. Die Perforationen sind in den Roh]'leitungen 21 in einer Linie längs der stromabwärts liegenden Seite* der Rohrleitungen° ausgebildet und verlaufen in der gesamten Länge der Rohrleitungen, Damit ergibt jede Rohrleitung eine !flamme etwa auf der ganzen Länge, die in einer vfeise ähnlich der Flamme 73 nach Figur 1A wirkt. Wie in Figur 1A erzeugt der Verbrennungsvorgang kleine Ionen in ziemlich großer Anzahl. Da die Flammenionisierungseinrichtung zusammen mit einem elektrischen Feld betrieben wird, das auf die Ionen bestimmter Polarität, z.B. die negativen Ionen, einwirkt, werden diese Ionen von der Flammenquelle abgestoßen. Dabei stoßen diese negativen Ionen mit auf natürlichem Wege auftretenden, in der Luft vorhandenen Aerosolpartikeln, z.B. Rauch-, Ruß- und dergl. Partikel zusammen, die im flüssigen Medium vorhanden sind, wenn dieses durch den Sammelraum 12 in Richtung der Pfeile nach Figur 1 fließt und verbinden sich damit.Auf diese Weise erhalten die Aerosolpartikel j von denen ein Teil normal er. /eise nur eine geringe Ladung aufweist, alle eine kräftige elektrische Lauung und durch Bereitstellung einer Flammcnionisierungsquelle entsprechend der Größe für das Luftvolumen, das durch den Sammelraum 12 fließt, ist es möglich, alle in der Luft vorhandenen Aerosolpartikel, die in diesem Luftvolumen vorhanden sind, zu laden.

Um die unerwünschten, in der vorgeschriebenen Weise geladenen Partikel aus einem Flüssigkeitsmedium zujsammeln, das durch den Sammelraum 12 strömt, sind die zweistufigen Kollektor-Elektroden vorgesehen, die durch die Bauteile 17 und 18 dargestellt werden.

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Wie aus den figuren 1 und 3 am "besten zu ersehen ist, weisen die zweistufigen Kollektor-Elektrodenanordnungen zwei Sätze oder Stapel aus zehn oder zwölf profilierten Kollektor-Slektrodenbauteilen 17 und 18 auf. Die Anzahl der Stufen und der Bauteile hängt natürlich von der Größe der Einrichtung ab, die zur Verarbeitung eines bestimmten Volumens eines zu

. behandelnden Abgases oder Luft erforderlich ist, und wie bereits erwähnt, ist es nicht entscheidend, Mehrfachstufen • zu verwenden, da in vielen Anwendungsfällen eine einzelne lange Stufe die Anordnung mit den besten Ergebnissen darstellt. Die Stapel von individuell geformten Kollektor-Elektrodenbauteilen werden, einer über dem anderen, mit Hilfe zweier beweglicher Endplatten 25 und 26 miteinander verbunden gehalten, die Endplatten sind an entgegengesetzten Enden der profilierten Kollektor-Elektrodenbauteile 17 und 18 in einer solchen Weise befestigt, daß sie Öffnungen zwischen den Platten ausbilden, damit Schmutzpartikel von den Platten entfernt werden können. Der Querschnitt der einzelnen Kollektor-Elektrodenbäuteile 17 oder 18 hat eine lorar ähnlich der Gestalt eines Flugzeugflügeis mit der Ausnahme, daß sie nur der Breite nach und nicht der Länge nach, abgeschrägt sind. Sie sind so lang, daß sie sich über die Breite des Sammelraumes 12 und die Breite einer der Reinigungsflächen 13 oder 14 erstrecken. Während somit die eine Hälfte der Kollektor-Elektrodenanordnung in Arbeitsstellung im Sammelraum 12 vorgesehen ist, ist die andere Hälfte in der einen der beiden Reinigungskammer 13 oder 14 angeordnet.

Die Querschnittsdarstellung der einzelnen Kollektorelektrodenbauteile 17 läßt sich am besten der I¹IgUr 4 zu entnehmen. Jedes der profilierten Kollektor-Elektrodenbauteile 17 ist aus elektrisch leitendem Material hergestellt und unter der Annahme, daß das vordere oder stromaufwärts gelegene Ende der Kollektoranordnung in der Fähe der perforierten Rohrleitungen 21 liegt, ist das einzelne Kollektor-Elektrodenbauteil 17 so ausgebildet, daß esmch außen allmählich abgeschrägt ist und vom vorderen oder stromaufwärts gelegenen

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Snde zum hinteren oder stromabwärts gelegenen Ende verläuft. Diese nach außen abgeshhrägte Ausbildung der einzelnen Kollektor-Elektrodenbauteile bewirkt, daß der Raum·zwischen den verschiedenen Bauteilen allmählich im Querschnitt abnimmt, so daß die Geschwindigkeit des Flussigkeitsmediums, das durch diese Bauteile strömt, vergrößert wird und damit das Flüssigkeitsmedium gezwungen wird, den laminaren oder stromlinienförmigen IPluß beizubehalten. Die Gründe für eine derartige Ausbildung der einzelnen Kollektor-Elektrodenbauteile 17 läßt sich der folgenden Beschreibung entnehmen.

L Bei den meisten industriellen Abscheidegeräten ist aufgrund ihrer Auslegung die Konstruktion so gewählt, daß Wirbel flußzustände für das flüssige Medium vorherrschen, wenn dJßBes durch den Abscheider scrömt. Die \7irbelstromzustände bewirken einen willkürlichen Partikelverlauf im Sammelbereich des Abscheiders, was zu einer theoretischen Darstellung für den Sammelwirkungsgrad des Abscheiders nach folgender

Gleichung führt: ,

-6,45 x 10³A ^

Wirkungsgrad = 1 - e ^

ρ wobei A = Sammelelektrodenflache in m

q. = Volumen^eHdurchflußgeschwindigkeit in m /see,

M = Partikelbeweglichkeit in m/sec/V/m

E ^ elektrischer Feldgradient in V/m und

e = Basis des natürlichen Logarithmus ist. ' ι AJ

In Figur 5 ist eine graphische Darstellung des Wirkungsgrades (auf der Ordinate) in Abhängigkeit von der Abscheidegröße (Abszisse) dargestellt. Bei einem Abscheider mit Wirbelflußbedingungen nach der Gleichjfamg (1) verläuft die Darstellung in Form einer Exponentialkurve (Kurve 81), bei der ein nahezu unendlich großer Abscheider erforderlich ist, um einen Wirkungsgrad von 100 fo zu erreichen. Andererseits kann für laminare oder stromlinienförmige üPlußbedingungen (Kurve 2) ein Abscheider verwendet werden, der alle Partikel einer bestimmten Größe mit

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• ■: e.: ν-W- U57309

einem Y/irkungsgr'ad von 100 '?& sammelt.'Der Leistungsfaktor"-' eines Abscheiders ^:mit laminarem oder stromlinienförmigem Durchfluß- wird "durOh folgende Gleichung ausgedruckt: ·

- a

wobei ν = Dur.chflußgeschwiiidigkeit in m/sec, Ii .= !länge ,der Sammelelektro.denibauteile in m ......

.. W -=· Breite der Sammel.eie^trodenbauteile ini und _i h = Plattenabstand ta m ist. .

Aus einem Vergleich der Gleichungen (1) und (2) ergibt sieh, daß der Wirkungsgrad eines -Abscheiders, der unter strom- ·. linienförmigeη Flußbedingungen arbeitet, zahlenmäßig ^gIeich f Jjft Exponenten* des Wirkung sgradausdruckes für die gleiche Binrichtuüg ±st^; _f die¹ unter Wirbelflußbedingungen arbeitet. Hieraus und ^aus 'einem' Vergleich der Kurven nach Figur 5 ■ ''■■ läßt sich entnelmin, daß ein Abscheider, der bei stromlinienförmigen Plußbedingungen mit einem Wirkungsgrad von 100 io arbeitet, #Bfστΐ--äu-f--einen Wirkungsgrad von 63 $ fällt, wenn die Wirbelflußbedingungen vorhanden sind. Theoretisch läßt sich ein Wirkungsgrad von 100 <$,bei Wirbelflußbedingungen nie erreichen, ferner-_x^äßt sich entnehmen, daß der bei Wirbel~ fluß arbeitende Abscheider bej. Verdoppelung seiner Größe im Wirkungsgrad von,63 >, auf 87 <i> ansteigt, und daß zur Erreichung eines ^i^kungsgrades, γρη ,99,9 4> eine neunfache Vergrößerung der Plattenfläche und des Abscheiders erforderlich ist. Damit muß die Größe eines Abscheiden, der unter Wirbelflußbedirigung en" arbeit ex", wesentlich erhöht werden, um einen einigermaßen guten Wirkungsgrad zu erzielen. Die meisten heutzutage verwendeten: industriellen elektrostatischen Staubabscheider arbeiten mit hohem Wirkunisgrad in der Größenanordnung von 99tO bis 99»9 ^ und um diese Wirkungsgrade zu erzielen, nehmen die Abscheider eine Größe bis zu 15,24 x 15,24 χ 54,43" m an. Aus vorstehendem läßt sich erkenjaen, daß eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht werden kann, wenn die

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Wirbel^flußbedingungen durch den Abscheider beseitigt werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß in der Weise, daß der Querschnitt der profilierten Kollektor-Elektrodenbauteile 17 und 18 in geeigneter Weise ausgebildet wird. Es lassen sich Stromlinienflußbedingungen dadurch erzielen, daß der Flüssigkeitsstrom bei hoher Strömungsgeschwindigkeit stromlinienförmig vedäuft, indem der Abstand zwischen den Kollektor-Elektrodenbauteilen ®it zunehmender Bewegung der Flüssigkeit durch die Kollektorbauteile in Stromabwärtsrichtung verkleinert wird. Damit wird der Durchflußauerschnitt vermindert, während eine proportionale Vergrößerung der Durchflußgeschwindigkeit erzielt wird, um laminare oder stromlinienförmige Flußbedingungen zu erreichen. Es ist natürlich erforderlich, daß die Eintrittsabschnitte in jedem Kollektor-Elektrodenbauteil so ausgelegt sind, daß sie eine optimale Verringerung der Wirbelbildung gewährleisten, um den Stromlinienfluß zwischen den Bauteilen zu unterstützen. Auf diese Weise ist es möglich, einen Abscheider in Abhängigkeit von den ^inearen Wirkungsgradbedingungen aufzubauen, die durch die Gleiehtung (2) festgelegt sind, der einen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 99 ii oder mehr ergibt; gleichzeitig wird die Größe des Abscheiders ganz wesentlich verringert. TJm eine geeignete Strömung des flüssigen Mediums, das im Abscheider gereinigt werden soll, zu gewährleisten, werden die hinteren oder stromabwärts liegenden Endabschnitte eines jeden Kollektor-Elektrodenbauteiles 28 in Figur 4 nach innen geneigt, so daß eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des Durchflußmediums an dieser Stelle erzielt wird und dabei etwas von dem DrucKall wiedergewonnen wird, der in dem flüssigem Medium auftritt, *enn dieses durch die Sammelfläche der Kollektor-Elektrodenbauteile strömt. Zur Unterstützung der Aufrechterhaltung der Ötromlinienflußbedingungen können keine öffnungen längs der früheren Kanten der Elektrodenbauteile und an anderen kritischen otellen der Oberfläche der Kollektor-Elektroden vorgesehen sein, um die Luft zu verdrängen. Wie

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im folgenden noch erläutert,wird das innere der Kollektor-.Jlektrodenbauteile mit sehr geringer Geschwindigkeit ausgepumpt, so daß kleine Luftmengen aus den äußeren Flächen der Kollektor-Elektrodenbauteile an bestimmten Stellen verdrängt werden. Das Austreten dieser Luft trägt dann dazu bei, die stromlinienförmigen Flußbedingungen in dem flüssigen Medium aufrechtzuerhalten, wenn dieses an den Elektrodenbauteilen vorbeiströmt.

Zusätzlich zu diesen Merkmalen weist- die Kollektor-Elektrodenanordnung ferner mehrere ebene Elektrodenbauteile 29 auf, die, wie in Figur 4 gezeigt, zwischen die einzelnen profilierten Kollektor-Elektrodenbauteile 17 eingesetzt werden. Die ebenen Elektrodenbauteile 29 sind aus elektrisch leitendem Material und werden auf etwa gleichem oder etwas höherem elektrischen Potential und derselben Polarität wie das Potential gehalten, das der Flammenionisierungsquelle 15 aufgegeben wird. Die profilierten Kollektor-Elektrodenbauteile 17 werden entweder auf Erdpotential oder auf einem Potential entgegengesetzter Polarität zu dem zugeführten Potential gehalten, so daß der Feldgradient am Querschnitt des Kanales, durch den das flüssige Medium strömen muß, vergrößert wird. Wie si/^ch aus der Gleichung (2) ergibt, ist der Wirkungsgrad des Abscheiders auch eine Funktion des Feldgradienten wie auch der Länge und Breite der Sammelplatte, so daß durch Vergrößerung des Feldgradienten auf diese V/eise der Sammelwirkungsgrad weiter erhöht wird. Die elektrische Schaltung zum Zuführen des elektrischen Potentials an die ebenen Elektrodenbauteile 29 und die Flammeniqnisierungsquellen 15 und 16 ist in Figur 4 nürfc gezeigt, kann jedcoh ähnlich der nach Figur 1A ausgebildet sein.

Wie in Figur 7 gezeigt, sind die ebenen Elektrodenbauteile mechanisch in ihrer Stellung in der Kollektorelektrodenanordnung mit Hilfe zweier Seitensi^bzen 31 gehalten, die zwischen dem oberen und dem unteren Teil des äußeren Gehäuses 11 angebracht

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sind. Die ebenen Elektrodenbauteile 29 sind in geeigneten Hülsen in Vertiefungen der Halterungen 31 befestigt. Die Halterungen 31 weisen Öffnungen auf, die so ausgebildet sind, daß sie eine Bewegung der profilierten Kollektor-Elektrodenbauteile 17 als Stapel durch die Halterungen in die Reinigungsflächen 13 oder H ermöglichen. Die Elektrodenbauteile 29 sind als eben beschrieben, es ist jedoch auch möglich, daß diese Oberflächen eine abgeschrägte Gestalt annehmen, so daß auch sie dazu beitragen, diese stromlinienförmigen Fließbedingungen aufrechtzuerhalten. Hi:rzu ist es möglich, daß die Kollektorbauteile 17, 18 und die ebenen Bauteile so lang ausgebildet werden, wie der Querschnitt des Flüssigkeitsdurchflußweges in dem Sammelbereich allmählich abnimmt, damit der stromlinienförmige Durchfluß der Flüssigkeit durch das Gebiet vergrößert wird.

TJm den Teil der Kollektor-Elektrodenanordnung, der aus den Kollektor-Elektrodenbauteilen 17 und äen Endplatten 25 und besteht, über die Halterungen aus dem Sammelraum 12 auf eine ■ der Reinigungskammer» 13 oder H zu bewegen, sind nach i'igur die Endplatten 25 und 26 jeweils mit Rollen 30 versehen, die in Schienen 32 gleiten, welche in den beiden Reinigungskamiaern 13 und H befestigt sind. Damit dieser Teil der Kollektor-Elektrodenanordnung z.B. aus dem Sammeiraum 12 in die Reinigungskammer 13 bewegt werden kann, sind zwei elektrische Antriebsmotoren 33 und 34 vorgesehen. Wie^; der Fig. am besten zu entnehmen ist, ist jeder der Motoren mit einer Vfelle verbunden, die zwei Rollen 35 ari den beiden Enden ' aufweist; um die Spulen herum ist ein K'äbel 36 gewickelt, das durch zwei Riemenscheiben 37 abgezogen wird, und an einer entsprechenden Seite der Kollektor-Elektrodenanprdnung bei 38 befestigt ist. Aufgrund dieser Anordnung'kann keine Unbalance oder Verdräung der Anordnung auftreten, da die Kollektor-Elektrodenbauteile in die Reinigungskammern hinein oder aus ihnen herausbewegt werden. In Betrieb werden diä Motoren 33 oder 34 abwechselnd angelassen und angehalten und laufen mit sehr geringer Geschwindigkeit, so daß die

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Kollektor-Elelrbrodenbauteile 17, 18 sich kontinuierlich von dem Sammelraum 12 in eine der Reinigungskammern 13 oder 14 bzw. aus dieser heraus bewegen. Da die Kollektor-Elektrodenbauteile etwa doppelt so breit sind wie die Reinigungskammern, ist gewährleistet, daß eine Fläche der Kollektor-ülektrodenbauteile, die gerade gereinigt worden ist, im Sammelraum 12 in Arbeitszusammenhang steht.

Eine geeignete Steuerschaltvorrichtung für die Betätigung der Motoren 33 und 34 ist in Figur 6 der Zeichnung dargestellt. Diese Anordnung weist eine elektrische Energiequelle £1 auf, •die an einen der beiden Motoren 33 und 34 über ein entsprechendes Schaltsystem angeschlossen ist. Das Schaltsystem für den Motor 33 weist einen federvorgespannten, normalerweise oiJ't-ten Schalter 43 auf, der bei Erregung über eine Soleniodwioklung 44 in der Schließstellung gehalten wird. In ähnlicher WJ/Bse wird dem Motor 34 über einen federvorgespannten, normalerweise geschlossenen Schalter 45 Energie zugeführt und ein federvorgespannter, normalerweise offener Schalter wird von einer Soleniodwicklung 47 bei Erregung betätigt, um den Schalter 46 in der Schließstellung zu halten. Durch diese Anordnung wird, wenn die Kollektor-Elektrodenbauteile 17 das Ende ihrer Bewegung in dem Sammelraum 13 erreicht haben, wie z.B. in der Figur 2 gezeigt ist, der normalerweise offene Schalter 43 kurzzeitig geschlossen und der normalerweise geschlossene Schalter 45 kurzzeitig geöffnet. Das Öffnen des Schalters 45 entregt die Haltespule 47, so daß der normalerweise offene Schalter 43 gelöst wird und die Feder den Schalter 43 in die Offenstellung vorspannen kann, wodurch der Motor 34 entregt wird. Gleichzeitig erregt das Schließen dee normalerweise offenen Schalters 43 die Haltespule 44, so daß Energie über den Schalter 43 zum Motor 33 eingespeist' wird. In diesem Fall wickelt der Motor 33 den Draht 36 auf der Spule 35 auf, so daß die Kollektor-Elektrodenbauteile von der in Figur 2 gezeigten Stellung abgezogen werden. Dadurch wird der Teil, der in der Reinigungskammer war, in den Sammelraum 12 gebracht und der Teil der Kollektoranordnung, der im Sammelraum 12 wer, wird in die entgegenge-

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setzte Reinigungskammer 14 gebracht. Ist das Ende des Bewegungsablaufes in die Reinigungskammer 14 erreicht, tritt der umgekehrte Vorgang gegenüber der Steuerschaltung nach Figur 6 auf, der normalerweise offene Schalter 43 wird kurzzeitig geschlossen und erregt die Haltespule 47, ä so daß der Motor 34 eingeschaltet wird. Der Motor 34 zieht das Kabel auf die Spule 35 und bewirkt, daß die Elektrodenbauteile in der Gegenrichtung in die Reinigungskammer 13 gebracht werden. Gleichzeitig wird der normalerweise geschlossene Schalter 42 geöffnet, und entregt die Haltespule 44, so daß die Feder den Schalter 43 in die Offenstellung bringt, wodurch die Energiezufuhr zum Motor 33 abgeschaltet wird. Die Steuerschaltung arbeitet in der Yfeise, daß die beiden Hälften der Kollektor-Elektrodenbauteile 17 und 18 kontinuierlich zwischen feiner der Reinigungskammern 13 oder 14 und dem Sammelraum 12 mit sehr geringer Geschwindigkeit hin- und herbewegt werden.

Gleichzeitig mit der Bewegung der Kollektor—&lektrodenbaut ei Ie 17 oder 18 in die Sammelräume 13 oder 14 wirken mehrere rotierende Bürsten 51 auf die äußeren Flächen der profilierten Kollektor—Elektroden-Bauteile ein und säubern diese Flehen von sich darauf ablagernden und an diesen haftenden Stoffen. Die rotierenden Bürsten 51 nach Figur 3 sind drehbar ■ an jeder Seite des Sammelraumes 12 angebracht und in einer solchen Weise angeordnet, daß bei der Bewegung der Kollektorbauteile in eine der Reinigungskammer!! 13 oder 14 die individuell ausgebildeteten Kollektor—eiektrodenbauteile 17 zwirschen den beiden Sätzen von Drehbürsten 51 hindurchlaufen und damit gewährleisten, daß die äußeren Flächen aller Kollektor-Elektrodenbauteile 17 während eines jeden Reinigungsvorganges gereinigt werden. Jede der Drehbürsten 51 ist über eine Welle mit einem entsprechenden. Kettenrad verbunden, das von einer gemeinsamen Kette 52 angetrieben wird, welche mechanisch über ein Antriebskettenrad (nicht dargestellt) mit der Welle eines Antriebsmotors 54 verbunden ist. Während der Abscheider im Betrieb ist, läuft der Motor 54 kontinuierlich und treibt dabei die rotierenden Reinigungsbürsten §S- 51

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kontinuierlich während der gesamten Arbeitsperiode des Abscheiders an. Peststoffe, die von den Oberflächen der Elektrodenbauteile weggebürstet werden, fallen in (nicht

. dargestellte) Behälter, die am unteren Teil der Reinigungskammern 13 und 14 angebracht sind. Zusätzlich sind in der -^igur 1 gezeigte Öffnungen 61 in der Fähe des unteren Teiles der Reinigungskammer 13 und 14 vorgesehen, mit diesen Öffnungen sind Saugmotoren 62 verbunden, die die Luft von den Reinigungskammern ,fortführen. Da diese Luft ziemlich viel Staub, Schmutz, Ruß usw. enthält, kann das Abgabeenie der Saugpumpen an die Eingangsseite des Abscheiders, von der !"lammen-Ionisierungsquelle 15 aus gesehen stromaufwärts angeschlossen sein.

\^T[erm der Abscheider in Betrieb genommen wird, werden diö elektrischen Antriebsmotoren 33 und 34 über das Schaltsteuersystem nach *ⁿigur 6 erregt, wodurch die Kollektor-Elektrodenbauteile 17 und i8 kontinuierlich zwischen den Reinigungskamraern 13 und 14 und dem Sammelraum 12 hin- und herbewegt werden. Me Motoren 54, die die rotierenden Bürsten 51 antreiben, werden ebenfalls erregt, so daß die äußere !Fläche der profilierten Kollektor-xllektrodenbauteile 17 oder 18 fortlaufend^ gereinigt wird, wenn die Bauteile in die Reinigungskammern 13 und 14 und aus diesen heraus bewegt werden. Ein gasförmiger Brennstoff wird dann durch die Speiserohrleitungen 22 und 23 in die perforierten, die Flamme tragenden Rohrleitungen 21 'eingespeist und der Brennstoff, der aus den Perforationen in den Rohrleitungen austritt,wird durch eine nicht dargestellte Zündlichtquelle gezündet. Gleichzeitig wird elektrisches Potential an die Flammenionisierungsquelle, die durch die perforierten Rohrleitungen 21 dargestellt wird, und an die ebenen Elektrodenbauteile 29 gelegt, und die profilierten Kollektor-aiektrodenbauteile 17 oder 18 werdei an dem äußeren. Gehäuse 11 geerdet. Der Abgas- oder anderer Flüssigkeitsstrom, der verarbeitet werden soll, wird" dann in den Abscheider eingeführt und fließt zuerst an der FLammenionisierungsquelle 15 und 16 vorbei und damit durch den

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Querschnitt der Sammelfläche, der durch die profilierten Kollektor-Elektrodenbauteile 17 oder 18 und die ebenen Elektrodenbauteile 29 gebildet wird. Die führende, stromaufwärts liegende Kante der Kollektor-Elektrodenbauteile und der ebenen Elektrodenbauteile 29 ist so gebogen ausgebildet, daGB die Wirbelströmung des Flüssigkeitsstromes verringert wird und die allmähliche Verringerung der Querschnitfsfläche, durch die die Flüssigkeit strömt, bewirkt, daß die Geschwindigkeit so weit anwächst, daß sich keine Wirbel mehr ausbilden können. Damit kann die Flüssigkeit durch das SammelgeUet bei stromlinienförmigen Fließbedingungen strömend». Beim Durchlaufen der Flammenionisierungsquelle 15 werden der Rauch, der Ruß und andere unerwünschte Aerosolpartikel, die im Flüssigkeitsstrom enthalten sind, dadurch geladen, daß sie mit kleinen Ionen zusammenstoßen, die aus der Flammenionisierungsquelle austreten, so daß alle Aerosolpartikel eine elektrische Ladung aufnehmen, die die Polarität des Potentials aufweist, das der Flammenionisierungsquelle zugeführt wird. Wenn diese Aerosolpartikel in das Sammelgebiet laufen, wo strcmlinienförmige Flußbedingungen aufrechterhalten werden, werden sie vom elektrischen Feldgradienten beeinflußt, der zwischen den profilierten Kollektorelektrodenbauteilen 17 und den ebenen Elektrodenbauteilen 29 herrscht. Der Feldgradient bewirkt, daß die geladenen Aerosolpartikßl von den profilierten Kollektor-Elektrodenbauteilen angezogen werden, wo sie an der Oberfläche der Bauteile so lange haften, bis das Bauteil in ein Reinigungsgebiet gebracht wird, in welchem die Partikel mechanisch durch die rotierenden Bürsten 51 entfernt werden. Da die profilierten Kollektor-Elektrodenbauteile 17 oder 18 kontinuierlich durch die rotierenden Bürsten 51 gereinigt werden, jst die Ausbildung von Aerosolpartikeln auf den Flächen der Kollektorbauteile 17 oder 18 nie so groß, daß ein Lichtbogen zwischen den ebenen Elektrodenbauteilen 29 und den profilierten Kollektor-Elektrodenbauteilen auftreten kann. Da $. ferner der Flüssigkeitsstrom in dem Kollektor-Elektrodenbereich gezwungen wird, die laminaren oder stromlinienförmigen Flußzustände aufrechtzuerhalten, ist es möglich, alle

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unerwünschten Aerosolpartikel bestimmter Größe mit einem Wirkungsgrad von annähernd 100 # auszuscheiden. Dies ist auch möglich, wenn nur kleine KoIlektor-Elektrodenbauteile und ein kleiner elektrischer Feldgradient im Vergleich zu bekannten elektrostatischen Staubabscheidern verwendet werden.

Aus vorstehender Beschreibung ergibt sich, daß mit der Erfindung eine neuartige und verbesserte elektrostatische Staubabscheidervorriohtung vorgeschlagen wird, die in ihrer Auslegung für einen gegebenen Wirkungsgrad sehr kompakt ist und die ferner verhältnismäßig geringe elektrische . Potentiale für den Betrieb im Gegensatz zu bekannten Staubabscheidern mit gleichwertigem Wirkungsgrad erfordeHiöh " Ißhen.

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Claims (9)

PatentansOrüche

1. Verfahren zum elektrostatischen Abscheiden von Partikeln, die in einem Flüssigkeitsstrom vorhanden sind, der zwischen zwei oder mehr Flächen fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel elektrisch auf ein Potential "bestimmter Polarität geladen werden, d aß der die geladenen Partikel enthaltende Strom zwischen den Flächen in solcher Weise fließt, daß der Fluß ein laminarer Fluß ist, während wenigstens eine der Flächen auf einem Potenzial gehalten wird, das verschieden von dem Potential ist, das den Partikeln aufgegeben wird, wobei die Partikel aus dem Strom auf die geladene Fläche ausgefällt v/erden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Flamme und eine elektrisch leitende Flammenquelle zur Ionisierung der Partikel verwendet werddn, da d u rc h ge kennzeich η et , daß die Flammenquelle in den Flüssigkeitsstrom eingesetzt wird, so daß die Flächen außerhalb der lieißtemperaturzone der Flamme liegen, und daß der Flammenquelle ein elektrisches Potential ausreichenden Größenuntersehiedes gegenüber dem Potential zugeführt wird, das einer oder mehreren Flächen aufgegeben wird, um die geladenen Teile (entweder positive ode_' negative Elektronen) abhängig von dem dem porösen Bauteil zugeführten Potential gleicher Polarität wie das Potential eHgeiHkaat-wia?^, das der Flammenouelle zugeführt wird, in dem Saum zwischen Flamme und geladener Fläche abzustoßen, wobei die geladenen Teile mit den Partikeln im flüssigen Lledium zus· mraent^-effen und an ihnen haften, so daß diese Partikel geladen werden.

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U57309

3. Verfahren zum elektrostatischen Niederschlagen von Partikeln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Polarität der Potentiale, die der Ladungsvorrichtung und den Flächen zu bestimmten Zeiten zugeführt werden, umgekehrt wird.

4. Elektrostatischer Staubabscheider zum Niederschlagen von Partikeln, die in einem zwischen zwei oder mehr Flächen

'fließenden Flüssigkeitsstrom zugeführt werden, der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 arbeitet, dadurch geke nnzeichnet, daß eine Ionisierungsvorrichtung zum elektrischen Laden der Partikel mit einem Potential bestimmter Polarität vorgesehen ist, daß eine Vorrichtung den Stromfluö steuert und den Fluß des die geladenen Partikel enthaltenden Flüssigkeitsstromes in einer solchen Weise ändert, daß der Fluß laminar zwischen den Flächen verläuft und daß eine Vorrichtung wenigstens eine der Flächen auf einem Potential hält, das von dem Potential der geladenen Partikel abweicht, wobei die Partikel aus dem Strom auf die geladene Oberfläche niedergeschlagen werden.

5. Elektrostatischer Staubabscheider nach Anspruch 4, d adurch gekennzeich net, daß die Ionisierungsvorrichtung eine Flamme aufweist, die eine elektrisch leitende Flaramenquelle verwendet, welche im Flüssigkeitsstrom angeordnet ist, so daß die Flächen außerhalb der Heißtemperaturzone der Flamme liegen, daß die Flammenquelle von diesen Flächen stammt und daß eine Potentialquelle mit der Flammenquelle verbunden is t.

6. Elektrostatischer Staubabscheider nach den Ansprüchen 4 oder 5,dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltvorrichtung die entsprechenden Potentiale, die den Flächen und de.·- Flammenquelle zugeführt werden, umkehrt.

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7· Elektrostatischer Staubabscheider nach den Ansprüchen 4 bis 6, bei dem der Flüssigkeitsstrom zwischen mehreren Flächen fließt, dadurch gekennzeichnet , daß die Flächen eine Kollektor-Elektrodenanordnung bilden, daß diese Anordnung von der Ionisierungs vor richtung aus gesehen stromabwärts angeiSfdnet ist und mehrere Kollektor-Elektrodenbauteile aufweist, daß einige dieser Kollektor-Elektrodenbauteile auf einem bestimmten elektrischen Potential gehalten werden, das von dem Potential der Ionisierungsvorrichtung abweicht, und daß en einige der Kollektor-Ei ekt-rodenbaut eile so ausgebildet sind, daß sie einen laminaren Fluß des Flüssigkeitsstromes ausbilden, der durch die Kollektor-Elektrodenanordnung fließt, nachdem der Flüssigkeitsstrom die Ionisierungsvorrichtung passiert hat.

8. Elektrostatischer Staubabscheider nach Anspruch 7, d a d urch gekennzeichnet, daß mehrere Kollektor-Elektrodenbautsile zwischen andere Kollekt:or-Elektrodenbauteile eingeschoben sind und auf einem hohen elektrischen Potential gehalten werden, das die glei-che Polarität wie die Ionisierungsvorrichtung besitzt*

9. Elektrostatischer Staubabscheider nach Ansprüchen 4 bis 8, dadurch geken nzeichnet, daß eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der geladenen Partikel von den Flächen, auf denen die Partikel niedergeschlagen werden, vorgesehen ist»

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