DE1457340C - Elektrischer Abscheider - Google Patents
Elektrischer AbscheiderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Abscheider mit Emissionselektroden, die im Abstand
von Sammelelektroden angeordnet und zur gegenseitigen elektrischen Trennung über Widerstände an
eine gemeinsame Spannungsquelle angeschlossen sind.
Elektrische Abscheider der vorgenannten Art sind seit langem bekannt (USA.-Patentschrift 1 968 330).
Bei Auftreten einer Entladung zwischen einer Emissionselektrode und der gegenüberliegenden
Sammelelektrode bricht die an der Emissionselektrode anliegende Spannung zusammen, wobei durch den
Widerstand verhindert wird, daß auch die an den anderen Emissionselektroden anliegende Spannung
zusammenbricht.
Der Widerstand dämpft auch die an der zugeordneten Elektrode auftretenden Entladungen und
begünstigt dadurch die Ausbildung von Glimm- und Büschelentladungen, die im Vergleich zu einem normalen
Funkenüberschlag verhältnismäßig lange dauern und daher die Arbeitsweise der Emissionselektrode
verhältnismäßig lange beeinträchtigen, was natürlich unerwünscht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abscheider der eingangs genannten Art derart auszugestalten,
daß eine gegebenenfalls an einer Emissionselektrode auftretende Entladung nur von ganz
kurzer Dauer ist und die Emissionselektrode daher wieder innerhalb kürzester Zeit auf Betriebspotential
liegt. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem elektrischen Abscheider der eingangs genannten Art
dadurch, daß jede Emissionselektrode einen vorbestimmten Anteil emittierender Oberfläche und einen
vorbestimmten Anteil nicht emittierender Oberfläche aufweist und die nicht emittierenden Oberflächenbereiche
mit den gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der Sammelelektrode eine zusätzliche
Kapazität bilden, durch die die Gesamtkapazität der Emissionselektrode auf einen einen kurzzeitigen
Überschlag ergebenden Wert gebracht wird. Auf Grund der erhöhten Gesamtkapazität der Emissionselektrode
ergbit sich bei einer gegebenenfalls auftretenden Entladung ein hoher Entladestrom, so daß
der Spannungsabfall an der Entladungsstrecke sehr groß und daher die Dauer der Entladung sehr kurz
wird.
Emissionselektroden mit einem Anteil emittierender Oberfläche und einem vorbestimmten Anteil
nicht emittierender Oberfläche sind bekannt (USA.-Patentschriften 3 046 716 und 2 711234), jedoch
wirken bei den bekannten Anordnungen die nicht emittierenden Oberflächenbereiche der Emissionselektrode
nicht mit gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der Sammelelektrode kapazitv im Sinne
einer Erhöhung der Gesamtkapazität zusammen, sondern die nicht emittierenden Bereiche sind vielmehr
gegenüber der Sammelelektrode abgeschirmt oder sollen Entladungen zwischen geerdeten Abstützelementen
und der Emissionselektrode verhindern. Es wurden auch bereits (deutsche Patentschrift
393 996) in die Stromzuleitungen zu den Emissionselektroden Kapazitäten und/oder Induktivitäten eingeschaltet,
um bei Kurzschlüssen ein starkes Anwachsen der Stromstärke zu verhindern. Weiterhin
ist es bekannt (britische Patentschrift 477 177), den Stromversorgungskreis für eine Emissionselektrode
derart auszugestalten, daß im Falle einer kurzschlußartigen Entladung der Entladestrom exponentiell mit
einer so geringen Änderungsgeschwindigkeit abnimmt, daß die induzierte Gegenspannung verhältnismäßig
gering ist. Im Gegensatz dazu wird jedoch erfindungsgemäß eine hohe Entladungsstromstärke angestrebt,
um eine möglichst kurzzeitige Entladung zu erzielen. Untersuchungen haben ergeben, daß eine Elektrodenanordnung,
bei der eine drahtförmige Elektrode mit einem Durchmesser von 2,67 mm zwischen
zwei im Abstand von 228,6 mm angeordneten plattenförmigen Elektroden liegt, eine Kapazität von
ίο 9,8 Pikofarad pro Meter aufweist. Falls die einzelne
Elektrode eine Kapazität von 70 Pikofarad besitzt, ergeben sich unter normalen Bedingungen verhältnismäßig
kurzzeitige Spannungsüberschläge. Falls jedoch die drahtförmige Elektrode als Emissionselektrode
bei oder oberhalb der Koronaentladungsspannung in einer staubhaltigen Gasatmosphäre betrieben
wird, findet man, daß der Kapazitätswert ungefähr auf die Hälfte absinkt und bei einer gegebenenfalls
auftretenden Entladung daher ein ver-
ao hältnismäßig langdauernder Spannungszusammenbruch erfolgt. Wird nun erfindungsgemäß der bei
Koronaentladungsbedingungen in einer staubhaltigen Atmosphäre auftretende Spannungsabfall durch
Schaffung zusätzlicher Kapazität ausgeglichen, dann
as ergeben sich bei auftretenden Entladungen kurzzeitige
Spannungszusammenbrüche in der Größenordnung von 5 bis 10 Millisekunden. Eine Gesamtkapazität
von unter 50 Pikofarad reicht zur Erzielung kurzzeitiger Überschläge nicht aus, während eine Gesamtkapazität
von über 70 Pikofarad zwar nicht nötig, jedoch auch nicht nachteilig ist.
Versuche haben gezeigt, daß die nachfolgend angegebenen Ausführungformen von Emissionselektroden,
die zwischen im Abstand voneinander angeordneten plattenförmigen Sammelelektroden vorgesehen
wurden, einen Kapazitätswert bei Koronaerzeugungsbedingungen ergeben, der einen kurzzeitigen
Überschlag gewährleistet.
1. Stacheldraht: Die Korona ist auf die Stacheln konzentriert, und das Hauptseil ist dadurch abgeschirmt
und emittiert nicht.
2. In Segmente unterteilter Draht: Bei einem 7,32 m langen und 2,67 mm im Durchmesser betragenden
Draht wechseln 152,4 mm lange Bereiche von Draht mit entlang dem Draht in Abständen
befindlichen Rohrelementen ab, die eine Länge von 152,4 mm und einen Durchmesser von 9,525 mm
haben (Gesamtlänge der Rohrelemente 3,66 m). Dadurch werden die notwendigen 70 Pikofarad (30 Pikofarad
durch den Draht und weitere 40 bis 50 Pikofarad durch die Rohrelemente) 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.
4. Stäbe oder Kabel großen Durchmessers: Ein Stab von 9,525 mm Durchmesser oder ein Kabel mit
einem Durchmesser von 12,7 mm erzeugen die für einen befriedigenden Betrieb mit dem Reihenwiderstand
erforderliche Kapazität. Oberflächenunregelmäßigkeiten am Stab und. am Kabel sind zur Erzeugung
der Koronastellen notwendig.
Weiterhin erscheinen folgende Anordnungen geeignet:
a) Aus flachen Platten bestehende Emissionselektroden mit bestimmten Koronaentladungsstellen,
wie etwa ein Drahtgitter, eine perforierte Platte od. dgl., die einen bestimmten Betrag an Emissionsoberfläche besitzen sowie ausreichend Oberfläche,
an der keine Emission stattfindet, um die erforderliche Kapazität zu schaffen. In dieser Ausführungsform kann der Betrag des Koronastromes pro
Flächeneinheit zusätzlich gesteuert werden, was sehr wünschenswert ist.
b) Paarweise angeordnete aktive und passive Elektroden, bei denen zur Erzeugung der Korona
ein Draht mit einem keine Korona erzeugenden Teil verhältnismäßig großen Durchmessers paarweise angeordnet
ist. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen Teilschnitt durch einen Abscheider nach der Erfindung,
F i g. 2 eine Ansicht einer Elektrode und einen zugehörigen Widerstand des Abscheiders nach F i g. 1
und
F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.
In F i g. 1 ist ein elektrischer Abscheider 10 gezeigt, der Sammelelektroden 12 und Emissionselektroden
14 enthält, die in Abstand von den Sammelelektroden 12 angeordnet sind, derart, daß eine
Emissionselektrode 14 und zwei benachbart dazu befindliche Sammelelektroden 12 eine Elektrodenanordnung
bilden. Die Emissionselektroden sind gemäß der Erfindung ausgestaltet.
Die erfindungsgemäßen Elektroden 14 können auch bei anders aufgebauten Abscheidern verwendet
werden. Jede der Elektroden 14 ist an einem Winkeleisen 17 aufgehängt, das von einem Elektroden-Tragrahmen
16 getragen wird. Der Rahmen 16 ist unterhalb des Daches der Niederschlageinrichtung 10 aufgehängt
und von ihr in der in der Technik gut bekannten Art und Weise isoliert. Jede Elektrode 14
enthält einen länglichen, im allgemeinen zylindrischen elektrischen Widerstand 20, der in dieser
Ausführungsform ein keramisches Isolationsrohr ist, auf dessen-Oberfläche sich ein dünnes Band 21 aus
leitendem Material befindet. Das Band 21 ist mit seinem oberen Ende mit einer Befestigungseinrichtung,
wie etwa einem ösenbolzen 22, und mit seinem unteren Ende mit einem kurzen Metallrohr 24 verbunden,
das fest auf dem Keramikrohr befestigt ist. Ein länglicher Draht mit emittierender Oberfläche 26
mit geringem Durchmesser ist an oder in dem unteren Ende des Rohres 24 befestigt und erstreckt sich
im Abscheider abwärts zu einem länglichen hohlzylindrischen Keramikisolator 28. Der Isolator 28 ist
an dem unteren Ende des Drahtes 26 etwa durch ein kurzes Rohr 29 befestigt. Am unteren Ende des
Isolators 28 ist ein Gewicht 30 aufgehängt, das in seiner Stellung durch einen Rahmen 32 gehalten aber
nicht getragen wird, so daß das Gewicht 30 den Draht spannt, um ihn gerade und senkrecht zu halten.
Der Draht erstreckt sich durch eine Anzahl von länglichen, in Abstand voneinander befindlichen
Rohrelementen 34, die in den gewünschten Abständen entlang dem Draht durch Endbereiche mit geringerem
Durchmesser befestigt sind, die an dem Draht eng anliegen. Dies wird durch Gesenkschmieden
oder durch entsprechende Einrichtungen erreicht, durch die die gewünschten Abstände der
Rohrelemente mit nicht emittierenden Oberflächen 34 voneinander auf dem Draht aufrechterhalten werden.
Der elektrische Widerstandswert des Widerstandselementes 20 muß so groß sein, daß bei plötzlichen
Potentialänderungen eine wirksame Trennung jeder Elektrode von allen anderen Elektroden gewährleistet
ist. Es wurde gefunden, daß sich der Widerstandswert in der Größenordnung von 4 Megohm
bewegen muß, wobei dieser Wert sich im Bereich von 3 Megohm bis zu einem Maximalwert bewegen
kann, der das Fließen eines normalen Koronastromes erlaubt. In einer Ausführungsform dieser Erfindung
hat der Draht einen Durchmesser von ungefähr
ίο 2,67 mm und eine Gesamtlänge von 7,32 m, wobei
■ die Rohrelemente 9,525 mm Durchmesser haben und 152,4 mm lang sind und ihre Gesamtlänge bei einer
gegebenen Elektrode ungefähr 3,66 m beträgt. Es wurde gefunden, daß diese Elektrodenausbildung bei
Verwendung in Verbindung mit den Elektroden 12 die gewünschten 70 Pikofarad Kapazität pro Elektrodengruppe
unter Koronaerzeugungs-Bedingungen ergibt. Veränderungen der Menge und der elektrischen
Natur des abzuscheidenden Staubes sowie
ao des Abstandes und der Länge der Emissions- und Sammelelektroden können eine andere Anzahl von
Rohrelementen mit nicht emittierenden Oberflächen 34 sowie ihre Anbringung in anderen Abständen
bedingen. Die Kapazität pro Elektrodengruppe ist
as nicht kritisch, solange sie größer als 55 Pikofarad
unter Koronaerzeugungsbedingungen ist.
Der Abscheider 10 arbeitet wie die bekannten Abscheider. Der Elektrodentragrahmen wird auf
einer Koronaentladung erzeugenden Spannung von 35 bis 50 Kilovolt gehalten, während die Sammelelektroden
12 geerdet sind. Staubhaltiges Gas strömt zwischen den Sammelelektroden hindurch und um
die Emissionselektroden 14 in der durch die Pfeile 36 (F i g. 3) bezeichneten Richtung. Trotz des hohen
Widerstandswertes der Widerstände 20 kann ein normaler Koronastrom fließen, so daß die normale Aufladefunktion
der Emissionselektroden gewährleistet ist. Wenn jedoch ein Funke oder ein Überschlag
zwischen einer der Emissionselektroden 14 und einer der geerdeten Sammelelektroden 12 auftritt, verhindert
der Widerstandswert des Widerstandes 20 einen Einfluß des Überschlages auf die übrigen Elektroden
14. Dadurch wird durch den Überschlag nur eine einzelne Elektrode 14 entladen, und die übrigen
Elektroden arbeiten in üblicher Weise. Durch die Ausbildung der Elektroden in der vorstehend beschriebenen
Art wird eine Gesamtkapazität für jede Elektronengruppe von annähernd 70 Pikofarad unter
Koronaerzeugungsbedingungen gewährleistet. Auf Grund dieser Kapazität addiert sich zum Furikenstrom
ein Entladungstrom, so daß der insgesamt fließende 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.
Claims (5)
1. Elektrischer Abscheider mit Emissionselektroden, die im Abstand von Sammelelektroden
angeordnet und zur gegenseitigen elektrischen Trennung über Widerstände an eine gemeinsame
Spannungsquelle angeschlossen sind, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Emissionselektrode (14) einen Anteil emittierender Oberfläche
(26) und einen vorbestimmten Anteil nicht emittierender Oberfläche (34) aufweist und daß die
nicht emittierenden Oberflächenbereiche mit den gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der
Sammelelektrode eine zusätzliche Kapazität bilden, durch die die Gesamtkapazität der Emissionselektrode
auf einen einen kurzzeitigen Überschlag ergebenden Wert gebracht wird.
2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht emittierenden Oberflächen
(34) von rohrförmigen Elementen ge-" bildet sind, die im wesentlichen in gleichen Abständen
entlang der langgestreckten Emissionselektrode (14) angeordnet sind und deren Durchmesser
mindestens 2Vzmal so groß ist wie der >s Durchmesser der emittierenden Oberflächen (26)
der Emissionselektrode.
3. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht emittierenden Oberflächen
(34) einen Krümmungsradius aufweisen, der größer ist als der bei Betriebsbedingungen
zur Erzielung von Koronaemission erforderliche Radius.
4. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität bei Koronabedingungen
mindestens 55 Pikofarad beträgt.
5. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe zur Emissionselektrode
(14) liegende Widerstand (20) einen Wert von mindestens 3 Megohm aufweist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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