DE1457340A1 - Elektrischer Abscheider - Google Patents

Description

PATENTANWALT E Dipl.-Ing. M A RT I N LIC HT

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN Dr. REINHOLD SCHMIDT 8MDNCHENZ-THERESIENSTRASSESs

Dipl.-Wirtsch.-Ing. AXEL HANSMANN

1 45734Q ⁰¹P^M-SEBASTIAN HERRMANN P Ik 57 ViO 1 München, den 29. Augus t I968

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Iio/De (J 29 293 IIl/l2e)

Zur Offexile^imp; bestimmte Unterlagen.

V.tiü CHiOiI I IiUNG
"Elektrischer Abscheidex^>H

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Abscheider mit einer Emissionselektrode, die mit in Abstand angeordneten Sammelelektroden zusammenwirkt und einem, mit der Emissionselektrode verbundenen V/iderstand.

Ordnet man Widerstände ir leihe zu den Emissionselektroden bei elektrostatischen Abscheidern der in dem USA-Patent

330 beschriebenen Art an, so findet man, daß bei liiderstandswerten, die zur nötwendigen elektrischen Trennung der Elektrodendrähte voneinander ausreichen, zwischen den Emissionselektroden und geerdeten Sammelelektroden unerwünschte, länger andauernde elektrische Entladungen stattfinden, während der ein unerwünschter ^;Spannungszuaaramen—

9 0 9805/0830 Neu© Unterfegen tArt7r" ~ -*

Patentanwalt· DtpL-lng. Martin IMa, DipL-Wirttch.-lng. Axel Hansmann, Dipl-Phys. Sebastian Herrmann

, THERESIENSTIIASSE 33 ■ TeWon:ai2S2 · T.l.gtamm-Adrw«.:

td«!,Zw·^. Oikar-vort-Milhw-ltinf.Kio.-Nr. 8834« · ftaixdieck-Konio:

Oppenau«· BOrci PATENTANWALT DR. RStNHOLD SCHMIDT

tanwalt· DtpLlng Martin IM*, pLWtg , py

8 MONCHIH %, THERESiENSTiASSE 33 · Tehfan: 3812% ■ T«l»gtamm-Adrw».: Lipotli/Münchea Beyer. Ver»tttb«*MOndi*B, ZvW^t. 0»kor-vi»-Milter-mBt.Kto.-Nr-e»Sf«5 ■ iiaWieck-Kontoi München Nr. U3397

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uriiCii νο..-j-iogt, eier eine Unterbreoiiung de.· gewünschten Abücheitiewirkung bewirkt. 3)iose ..hitlataiagen sind wahrüolie.·. nliiiii örtlich stattfi· ce^de Glimmentladungen und im üblichen Sinn ti ei* FuiikenoszilL·: tion nicht oszillierend, t;onöern es handelt sich joi ihnen wahrscheinlich mehr u;a r.iiüchelei-. tlatiiiiigen infolge cc · r'u. Jceirverhinrierung diu'cli die Dämpf Ui!gswivlcu;-r des iiohen iue.'htaiides. Die Vei'wentiUiig eines ..iue.'standoü ii' ,oihc zu joder yraissiouselektx'oue kann Fiuikei?- übersciilag i::i üoxiciiej. : i. r vo-iiiinderr., ,jedoch sind langer andauernde elektrische ►Jpai'.iamgszusanraenbii.iche deswegen imei'wüiiücht, veil bio die Arbeitsweise der betiOffenen Elektroden für relative lange :· ei i-perioden beeinträchtige:m.

Es hat sich herausgestellt, αaß sich diese verhältnismässig lang andauernden ^pannurigszuscinimeubrüche durch Er- ^J höliuag der Kapazität der Emissionselektrode verkürzen lassen. Die Kapazität ei,ier Gruppe von Elektroden, bei der.en ' sich - ■ ein jii^zeld raut i,ii t 2,67 ram Durchmesser zwischen einem Paar von largen, flachei Platten nit 228,6 mm Mittenabstand befindet, beträgt theoretisch u.:d experimentell ungefähr 9,3 Pikofarad (9_y8 χ 10" " Farad) pro Meter. Versuche haben ergeben, daß das Vorhandensein einer Kapazität von ungefähr 70 Pikofarad in einer einzelnen Elektrode und bei dem oben angenommenen theoretischen Wert von 9,8 Pxkofarad pro Meter eine Gruppe'von 7,32 m lange-· Elektroden eine Kapazität aufweist,

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die länger andauermie Zusammenbrüche verhindert. V/emi ein solcher Draht jedoch alt; eine Emissionselektrode bei oder oberhalb der Koronaentladungsspamiung iv ei>:er staubhaltrgen Gasatmosphäre betrieben wird, fällt der Wert der wirksamen Kapazität auf unter die Hälfte dieses Wertes ab. Dieser Kapazitätsabfall wird auf die ..aumladung aus Ionen und geladenen Staubpartikeln zurückgeführt, die in dein ":aum um die Elektrode vorliegt und eine entsprechende Verraindex-ung der Energiespeicherung im FeIc" des gasförmigen Dielektrikum bewirkt.

Die Erkenntnis, daii bei Verwendung von in Leihe zu den jeweilige!! Entladungselektroiien liegenden Widerständen die oben beschriebenen, länger andauernden SpannungεZusammenbrüche auf ti*eten, wühieud Funkenbildung verhindert wix~d, gab den Anstoß zu einer !leihe von theoretischen Studien und praktischen Versuchen, die die Verminderung tier wirksamen Kapazität eines unter Koronaerzeugungs-Bedingungen arbeitenden Drahtes bestätigten. Es wurde gefunden, daß die wirksame Kapazität wieder hergestellt wird, und so langer andauernde SpannungsZusammenbrüche in kirzzeitige Spannungszusaramenbrüche umgewandelt werden können, die nur 5 bis Millisekunden dauern. Weiter wurde gefunden, daß eine Kapazität von weniger als 50 Pikofarad pro Gruppe der Elektroden unter Koronaerzeugmngs-Bedingungen unzureichend ist, vm iiie gewünschte Wirkung auf die SpannungsaueaifflsenbrUehe ziii er—

zielen, und daß eine zusätzliche Kapazität oberhalb von Pikofarad zwar unnötig aber auch nicht ungünstig ist.

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Es wurden eine Reihe von Möglichkeiten gefunden, die die normale Emissionsfunktion der Elektrode gewährleisten und trotzdem die wirksame Kapazität l>ei Korona spannung en oder darüber erhalten. Diese Möglichkeiten beruhen auf der Schaffung passiver llei-eiche, an denen bei diesen Spannungen keine Koronaentladung auftritt.

Die folgenden Elektrodenkonfiguratioiieu wurden mit flachen, voneinander in Abstand befindlichen plattenförmigen Sammelelektroden ausprobiert und für geeignet zur Erzielung einer entsprechenden Kapazität bei Koronaerzeugungsbedingungen in Verbindung mit Isolationswxderstanden befunden.

1. Stacheldraht: Die Korona ist auf die Stacheln konzentriert, und das Ilauptseil ist dadurch abgeschirmt und emittiert nicht

2. In Segmente untex'teilter Draht: Bei einem 7 »32 m langen und 2,67 mm im Dux-chiaesser betragenden Draht wechseln 152,4 mm lange Bereiche von Draht mit entlang dem Draht in Abständen befindlichen Röhren grössei'en Durchmesser ab, die eine Länge von 152,4 mm und einen Durchmesser von 9,525 mm haben (Gesamtlänge der Röhre 3»66 m). Dadurch werden die notwendigen 70 Pikofarad bei Bedingungen gewährleistet, unter denen Korona erzeugt wird.

3. Paarweise angeordnete Drähte: Zwei Drähte -verlaufen in einem Mittenabstand von 50,8 mm parallel zueinander, so daß jeder Draht die Hälfte der Oberfläche des anderen Drahtes abschirmt und dadurch zusätzliche Kapazität geschaffen wird.

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4. »Jtäbe oder Kabel großen Jiuchtnessers: iii.i ο tub von 9,525 ram Durchmesser oder eifi 12,7 ran Plugzeugkabel erzeugeii die für eirx.11 befriedigenden jJetriei) mit dem 'eiheawiderötaiid e forderliche Kapazität, wohingegen dac Hinzufügen von überfläeheiiunregelmäss igkeiton sowohl zum Stab wie zum Flugzeugkabel zur Steuerung der Anzahl und der Orte von Koronasteilen notwendig sein würde.

..aid ere ElektiOdenfo.men wurden nicht ausprobiert, sind jedoch offensichtlich im oime der Erfindung v/irks

1, iiiiij flachen Platten bestehende Emissionselektrode!! mit bestimmten Korona~iintla(iuiigsstellen, wie etv/a ein Drahtgitter, eine perforierte Platte otier dergleichen, die einen bestimaten Detrag a.. Emissiorsoberfläche besitzen öoifie ausi'eicfaeiici Überlläohe, an der keiüe Emission stattfindet, um die erforderliche Kapazität zu schaffen. In dieser Ausführungsfora kann der Betrag des Koronastromes pro Flächeneinheit zusätzlich gesteuert werden, was sehr wünschenswert ist.

2. Paarweise angeordnete aktive und passive Elektroden, bei denen zur Erzeugung der Korona ein Drhat mit einem keine Korona erzeugenden Teil verhältnismässig großen Durchmessers paarweise angeordnet ist.

Es wurde also gefunden, daß ein Widerstand von ungefähr h Megaohm zur isolation der Elektroden voneinander wünschenswert ist. Dieser ¥iderstandswert dämpft judoch den durch eine

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Emissionselektrode und ciae Saininelelektrode gebildeten elektrischen Kreiu so stark, claß beim Auftreten eines Zusanuenbruches des ,/iderstands in /eg zwiscie- eirion solchen iilekfcxOcienpaa · eier o;;cr jesoariebene, langer andauexiide, nicht schwingende Zu&anuenbrucl·. stattfindet. Dadurch befindet sich tixe&e bestimmte !!"liusioi uclektx'ode iiir eine relativ lange Zeitdauer außer ^eti'iel;. Solche längeren Zusammenbrüche können in Zus;;nnei;1jx-üeiio kuriier Dauer durch Hinzufügen von Kapazität zuv Emioöioüiiolektrode umgewandelt werden. Die für eiae solche Vo~iim«eruiig der Zusaranenforuchsmerlnuale erfordex·— liehe Gesamtlzapazität bei'i.idet sicii in der Größenordnung von 70 Pikofarad, durch axe etwa 30 Pikofarad durch einen einzelnen ,2,67 mni iui Durchmesser betragenoer* und 7,32 ::i la=:.~e:* Draht unter Koronaerzeugungstiedingiuigen geliefert würden, während weitere 4G jis 50 Pikofarad dadurch gescüuffen werden könnten, daß eil' ungefähr 3>66 u langes Itohr von 9>525 mm Durchmesser verwendet wird. Dieses ist in Livigen voji vielleicht jeweils 152,4 ram Lä-ige zerschnitten, die in gleicheü Abständen auf den Draht aufgereiht sind.

Bei den oben beschriebenen Bedingungen von 4 Megaohm Widerstand und 70 Pikofarad Kapazität ist jede bei Koronaerzeugungsspannung betriebene Emissionselektrode von jeder anderen Emissionselektrode isoliert. Wenn dann ein Widerstandszusamiaenbi'ueli zwischen einer Emissionselektrode und einer 3ammelelektroda·-aat.tir.itt, findet dei· Zusammenbruch nur für eine kurze Zeitdauer (ungefähr 5 bis 10 Millisekunden) statt und umfasst so geringe Energie, daß keine Beschädigung an der

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Elektrode auftritt. Infolge des Isolatioii&widerstanües wird natürlich auch keine andere Elektrode durch diesen bestimmten Zusammenbruch beeinträchtigt.

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Abscheider mit einer Emissionselektrode, die mit in Abstand angeordneten Sammelelektroden zugannouwirkt und einem, mit der Emissionselektrode verbundenen Widerstand, der dadurch ^kennzeichnet ist, daß die Emissionselektrode eijen vorbestimmten Anteil emittierender Oberfläche und einen vorbestimmten Anteil nicht emittierender Oberfläche aufweist, wobei die nicht emittierte Fläche zusammen tait den Sammelelektroden eine zusätzliche Kapazität schafft, die so groß ist, daß bei Funkeixüberschlag insgesamt ein Strom fließt, der entlang eier Funkenstrecke einen großen Spannungsabfall bewirkt, der nur einen kurzzeitigen Überschlag gewährleistet.

Zusammengefaßt weist also ein erfindungsgemäßer Abscheider folgende Vorteile auf:

Bei einer örtlich stattfindenden Entladung oder einem Funken auf einer Elektrode wird verhindert, daß andere Elektroden beeinträchtigt werdei;, wobei die Emissionsfunktion während eines gegebenen Funkens nur auf einer Elektrode unterbrochen wird. Die Beschädigung der Elektrode durch die Funken wird ausgeschaltet, da die an einer Elektrode ausgesprühte Energie nur die einer Elektrode und nicht die mit allen Elektroden zugeordnete Energie ist. Für⁵eine

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geuene Elektrodenanordnung kann eine höhere Spitz ens pannung angewendet werden, da ohne Schaden für den Abscheider eine häufige» Funkenbildung gestattet werden kann. Schließlich kann die Durchschnitte-Elektrodenspannung des Abscheiders erheblich gesteigert werden, da ein einzelner Funke nur eine« Spannungsabfall in einer"Elektrode und nicht in allen Elektroden der Niedersclilagseii-rie'itung erzeugt, und da ein, solcher Spannungszusammenbrrch nur eine kurze Zeitspanne andauert.

In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Teilseimitt durch einen Abscheider nach der Erfindung,

Figur 2 eine Stirxiansicht einer Elektrode und einen zugehörigen Widerstand des Abscheiders- nach Figur 1 und Figur 3 einen Schnitt· entlang der Linie 3-5 in Figur 1.

In Figur 1 let ein elektrischer Abscheider 10 bekannter Bauart gezeigt, der mit eiuer Gruppe von Sammelelektroden gemäß US-Patent Ur. 3 i25 426 versehen ist. Der Abscheider enthält auch eine Gruppe von Emissionselektroden 14, die wie in dem oben genannten Patent beschrieben, in Abständen von den Sammelelektroden ±2 angeordnet sind, derart, daß eine Emissionselektrode 14 und Abschnitte von zwei benachbart dazu befindlichen Samme1eltroden 12 eine Elektrodengruppe bilden. Die Elektroden 14 sind erfiadungsgemäß ausgebildet.

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Die erfimiungsgemäiiQii Klek.ti"«tleir.'l4 kennen auch bei anders aufgebauten , JDseheitleriL venretidet · werder. Jede der Elektroden 14 ist in geeigneter- ^eisa an' einem fei ikeleiseii 1? aufgehängt, das von einem Elekfcroden-'Pragi'ciliiÄet: 16 getragen wird. Der Eahmen 16 ist unterhalb des Daches der ftiederschlageinriehtung 10 aufgehängt und von ihr in der in der Technik gut , bekannten Art und.Weise isoliert. Jede Elektrode 14 ent- --. hält ein längliches, im allgemeinen zylindrisches elektric sches w^ride rs tands element 20, das in dieser Auafiih rungs form ein keramisches Isolationsrohr ist, auf dessen Oberfläche sich ein dünnes Band 21 aus ^Leitendem. Material befindet. Das Band 21 iat mit soiT'em oberen Ende mit einer Befestigungseinrie.ifcuag, \o.e etwa eiaen üsenbolzen 22, und mit seiiem unteren *iiide mit einem kurzen Metallrohr 24 verbunden^ das fest auf dem Keramikrohr befestigt'isti Ein länglicher Draht 26 mit geriiig-ea Durchmesser ist an oder in dem unteren Kude des ^Tlohres 24 befestigt und erstreckt sieh im Abscheider abwärts zu einem länglichen hohläyriiidrischen Keraiaikisolatoxi. Εβ. Β&ί' Isolator 28 ist an dem unteren ünöe des ..Orahtes 26 ebWct clui'ch-ein kurzes Rohr 29 befestigt. Am unteren Ende· des -IiSOlators 28 ist ein geeignetes Gewicht JO -auigehäiigti ■ das iK «seiner Stellung durch eine-.! Nahmen 52 gehalten aber ·.-· nicht "getragen wird, 2-0 dal» aas Gewicht 50 den -Draht ■: 26 rv. :-■;:'< spanirtj ua.-ihn gerftde und senkrecht zu heil ten. Der· Draht ■; ·. 26 erstreckt -sich durch eine Anzahl von llinglichfen^ . Ιϊϊ Ab* Un;^;" stand- Voneinander befimilicheti liohröleBimvben 34> cfi& .: gewünschten-Anständen oitt-la.ig atm. Dräut 26· durch

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mit geringerem Durchmesser befestigt sind, die an dem Draht 26 eng anliegen. Dies wird durch (J-es-er-köchüiiooen oCer durch geeignete Einrichtungen erreicht, durch die gewünschtem abstände der TlohveleraeiLbe 3^ voneinander auf neu Draht" 26 aufrecht exiiali-en werden.

Der elektrische "»virferstaudswert des :/icierstandselemerites muß so groß sein, daß bei plötzlichen Pote* ticilände rung en eine wirksame Trennung jeder Elektrode von allen anderen Elektroden gewährleistet ist. Es wurde gefunden, daß sich der Widerstands wert in der Umgebung von 4 Megohm bewegen muß, wobei diesel¹ Vert sich in Beieich von 3 Megohm bis zu eiueM Maximalwert bewegen kanu, der Cua Fließen eines normale'. Korona— s tromes'erlauot. Iii einer Ausfülii ungsf orm dieser Erfindung hat de.;.· Di-a.ht 20 oiueii Durchmesser von uij^exähj¹ 2,67 mm" und eine Gesamtlänge von 7,32 1:1, wobei die xlohre lernen te 9,525 mm Durchmesser iiaben und 3 52,^ mm lang sind, und ihre Gesamtlänge bei eii.er gegebenen IiI le let ro de ungefähr 3,66 m "betragt. Zs wurde gefunden, daß diese Elefctrodeiiausbildung bei Verwenduhg in VcSiimhuig mit "den Elektroden 12 die gewünsciibeii 70 Pikofaraci Kapazität pro Elektrodengruppe unter Koroua— erzeugungs-iiediiiguiigeu erzeugt. Veivi.iderungeii"tier I enge und der elektrischen Natur des abzuscheidenden, ij'taubes lowie des Abstanden und der Länge der Emissions- unu ;Jamnelelektrod'eii können eine andere xUizabl von ,iohrelementen 34 sowie ihre Anbringung in anderen Abständen bedingen. Die Kapazität pro Elektrodengruppe ist nicht kritisch, solange sie größer als 55 Pikofarad unter KoroiiaerZeugungsbedingungen ist.

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Der Abscheide!" IC arbeitet wie öle bekanntem. Abscheider. Der iülekti'oüentx-agra'incn v/i ro aui" einer Eo rona ent ladung erzeugenden Spannung vor. 35 bit; 50 Kilovolt gehalten, während die Sainraeleleletroden 12 geerdet sind. Staubhaltiges Gas strömt zwieciieu de,ι Sammelelektrodon hinduchr und um die Emissions— elektroden lh in der durch die Pfeile 36 (Figur 3) bezeichneten xlichtung. Trotz des hohen Viderstandwertes der Widerstände 20 kann ein normaler .Koronastrom iliesüen, so daß die normale iaiiladefuiilction der Eraisijionselelrtroüen gewährleistet ist. V.'em? jedoch ein Funker* oder eiu Üheiscfilag zwischen einer der EDiissionselektrodejj lh und einer der geerdeten S elektrodeii 12 auftritt, veiiiiider der Widers tandswert des Widerstandes 20 oiiien Eii.i'lri/ des Überschlages auf die übri~ gen Elektroden lh. Dadurch v:i.;xi durch den Überschlag nur eine einzelne ..ilektro.de lh entladen uiui die übrigen Elektroden arbeiten in üblicher -.ifeiüe. Durch die Ausbildung der Elektroden in der vorstehend' beschriebenen nrt wird eine Gesamtkapazität für jede lilektronengruppe von annähend 70 Pikofarad unter Koronaei-zeugungsbedingungen gewährleistet. Aufgrund dieser Kapazität addiex-t sich zum Funkenstrom ein Entladungsstrom, so daß der insgesamt flieesende Strom entlang der Entladungsstrecke einen so großen Spannungsabfall bewirkt, daß der Überschlag nur von kurzer Dauer ist und die normale Spannung innerhalb 5 bis 10 Millisekunden nach Beginn des Überschlages wieder vorhanden ist.

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Claims (5)

Zur OffenloKung bestimmte Untei'lagen. EAT&ITTAKS P-lit CHI!

1. Elektrischer Abscheider mit einer Emissionselektrode, die mit in Abstand angeordneten Saiumelelektroden zusammenwirkt und einen; mit tier lüiniysionselektrode verbundenen Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionselektrode einen vorbestimmten anteil emittierender Oberfläche und einen vorbestimmten Anteil nicht emittierender Oberfläche aufweist, wobei die nicht emittierte Fläche zusammen mit den Sammelelektroden eine zusätzliche Kapazität schafft, die so groß ist, daß bei Funkenüberschlag insgesamt ein Strom fließt, der entlang der Funkenstrecke einen großen Spannungsabfall bewirkt, der nur einen kurzzeitigen Überschlag gewährleistet.

2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionselektrode aus einem mit dem Widerstand in Reihe liegenden langgestreckten Organ besteht, entlang dem in Abständen nicht emittierende Bereiche vorgesehen sind,

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Neue Untertanen (^ ^BAD °*^1GfNÄL;

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

3. Abscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die nicht emittierenden Bereiche von rohrförmigen Elementen gebildet sind, die im wesentLichon in gleichen AT>stitmien angeordnet sirui und deren DiuOarieuser raiiuieütens 2 i/2~tüal so groß ist wie der Durehtu;t>i5er des» langgc;;treckten Organs.

4, Abscheider nach Aiiap_A'tieh 2 oder 3, dadurch gekeiinzeieht.e l_f aaß die nicht etait tiefenden Bereiche et neu Krümmuagöradiiis auX-woiseii, der größer iat ula der bei Le fcrieüsbedingiuigen zur Eisielung von Koronaeiaisijio:i fu-forderliehe «iadiiiü.

5.- Abscheider-nach aiii; ρ u oh 1,, dauii-uii gekennzeichnet, daß die Kapazität bei Koroiiabertiu-gujugen niiadesto-ns 5b Pikofarad beträgt.

6» Abscheider nach AasprucJi 2, dadu/ch gekennzeichnet, daß der l/i ti erstand einen liert von mindea feens 3 Megohm aufweist.

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