DE202009006829U1

DE202009006829U1 - Elektrostatischer Abscheider

Info

Publication number: DE202009006829U1
Application number: DE200920006829
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2019-05-13

Abstract

Elektrostatischer Abscheider, insbesondere für eine Abgasleitung (1) einer mit Biomasse befeuerten Heizungsanlage, mit einem Strömungskanal mit einer Kanalwandung (2) und einem Kanalinneren (3), durch welchen ein partikelbeinhaltendes Abgas in einer Strömungsrichtung strömt, einer sich in dem Kanalinneren (3) im Wesentlichen in Strömungsrichtung erstreckenden Elektrode und einer Elektrodenzuführung, um die Elektrode zu speisen, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Elektrode im Kanalinneren (3) Elemente (4) zur Erhöhung der Feldstärke angebracht sind.

Description

Die Neuerung betrifft einen elektrostatischen Abscheider, insbesondere für eine Abgasleitung einer mit Biomasse befeuerten Heizungsanlage, nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
Aufgrund der Emissionen von Heizungsanlagen und globaler Bemühungen, derartige Emissionen zu reduzieren, werden bei Heizungsanlagen entsprechende Abgasreinigungsanlagen verwendet. Diese sollen insbesondere die schädlichen Stoffe und Partikel in Abgasen herausfiltern, so dass das verbleibende, gereinigte Abgas bedenkenlos an die Umwelt abgegeben werden kann. Insbesondere werden derartige Abgasreinigungsanlagen bei Biomasse-Heizanlagen eingesetzt, bei denen neben ansonsten ökonomischen und ökologischen Vorteilen eine erhöhte Emission an Schadstoffen in den auftreten kann. Gerade die relativ hohe Emission an Feinstaub als ein Schadstoffanteil ist bei Biomasse-Heizungsanlagen problematisch.
Aus der EP 1 193 445 A2 ist eine Abgasreinigungsanlage bekannt, welche für Biomasse-Heizungsanlagen zur Verringerung von Feinstaubemissionen verwendet wird. Die dort beschriebene Vorrichtung ist in einen Rauchgaskanal einbaubar und weist hierzu einen Deckel auf, der gasdicht auf eine zugehörige Öffnung an einem Rauchgaskanal aufsetzbar ist. An der Innenseite des Deckels ist über eine isolierende Halterung eine Sprühelektrode, zum Beispiel in Form eines gespannten Stabes, gehalten. Ein Hochspannungs-Transformator mit Gleichrichterfunktion erlaubt den Aufbau einer hohen Gleichspannung zwischen dem Draht und dem Deckel, welcher elektrisch leitend mit dem Ofenrohr verbunden ist, so dass dieses als Kollektorelektrode wirkt.
Ein derartiger Elektrofilter mit Sprühelektrode und Kollektorelektrode ist auch bekannt als elektrostatischer Abscheider. Dieser wird zur Abgasreinigung in einer Abgasleitung einer Heizungsanlage eingesetzt. Dabei wird durch die Sprühelektrode, welche etwa mittig durch die Abgasleitung verläuft und deshalb auch als Mittelelektrode bezeichnet wird, und einer zugeordneten, umgebenden Mantelfläche der Abgasleitung ein Kondensator gebildet, der bei einer zylinderrohrförmigen Ausbildung der Abgasleitung auch als Zylinderkondensator bezeichnet wird. Die Sprüh- oder Mittelelektrode weist dabei in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt in Strömungsrichtung des Abgases auf, wobei der Durchmesser des Querschnitts oder auch der Krümmungsradius im Allgemeinen relativ klein ausgebildet ist. Zum Beispiel kleiner als 0,4 mm. Um nun die Schadstoffe, genauer die nicht an die Umwelt abzugebenden Partikel, des Abgases aus dem Abgasstrom abzuscheiden, wird durch die Mittelelektrode und die durch die Mantelfläche gebildete Kollektorelektrode ein quer zur Strömungsrichtung verlaufendes Feld mit Feldlinien von der Mittelelektrode zur Kollektorelektrode gebildet. Hierzu wird an die Mittelelektrode eine Hochspannung angelegt, zum Beispiel in dem Bereich von 15 kV. Dadurch bildet sich eine Corona-Entladung aus, durch welche die in dem Abgas durch das Feld strömenden Partikel unipolar aufgeladen werden. Aufgrund dieser Aufladung wandern die Partikel durch die elektrostatischen Coulomb-Kräfte zur Innenwand der Abgasleitung, welche als Kollektorelektrode dient.
Die Hochspannung, welche an der Mittelelektrode anliegt, wird über eine Hochspannungszuführung von außen zur Mittelelektrode zugeführt. Diese verläuft in der Regel quer zu der Strömungsrichtung des Abgases, bevorzugt radial zu der Mittelelektrode. Um ein frühzeitiges Durchschlagen der Hochspannung zu der Innenwand der Abgasleitung zu verhindern, ist die Hochspannungszuführung mit einem Isolator ummantelt.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrostatischen Abscheider für eine gezielte Ablagerung von Partikeln zu sorgen und damit Funktion und Reinigung zu optimieren.
Neuerungsgemäß wird dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der elektrostatische Abscheider ist dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Elektrode im Kanalinneren Elemente zur Erhöhung der Feldstärke angebracht sind. Dabei besitzen die Elemente zur Erhöhung der Feldstärke einen kleinen Krümmungsradius, weil sich die geladenen Schmutzpartikel vornehmlich an Stellen mit kleinen Krümmungsradien anlagern.
Die Elemente stehen mit der Kanalwandung elektrisch leitend in Kontakt, sind ein Teil der Kanalwandung und/oder werden durch eine entsprechende Formgebung durch die Kanalwandung selbst gebildet. Vorzugsweise weisen die Elemente eine rippenähnliche Geometrie auf, wobei die Rippen etwa in Strömungsrichtung, längs der Kanalwandung, verlaufen. Es sind mehrere Rippen am Umfang vorgesehen, welche eine Höhe von weniger als 30 Prozent des Kanaldurchmessers besitzen.
Alternativ oder ergänzend dazu können die Rippen auch spiralförmig und/oder mit einem Drall längs der Kanalwandung, etwa in Strömungsrichtung, verlaufen und sollten dabei ebenfalls eine Höhe von weniger als 30 Prozent des Kanaldurchmessers besitzen. In einer weiteren Ausführungsform sind die Rippen etwa quer zur Strömungsrichtung, etwa in Umfangsrichtung und mit einem Abstand zueinander angeordnet. Dabei besitzen diese ebenso eine Höhe von weniger als 30 Prozent des Kanaldurchmessers.
Noch eine weitere Ausführungsform dass die Elemente (4) eine rippenähnliche Geometrie aufweisen und dass benachbarte Rippen eine unterschiedliche Höhe besitzen und/oder eine Rippe auf Ihrer Längserstreckung eine unterschiedliche Höhe aufweist, um im Strömungskanal eine Variation des freien Durchtrittsquerschnitts darzustellen und um damit lokale Verwirbelungszonen zu schaffen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Elemente eine scharfkantige Geometrie besitzen, denn es zeigt sich neben einer Verwirbelung der Strömungslinien eine erhöhte Feldstärke an dielektrisch aktiven Feinstaubablagerungen an derart scharten Kanten.
Die Elemente erstrecken sich stromabwärts der Elektrode im Kanalinneren auf einer begrenzten Länge, wobei dieser Rohrbereich als Ablagerungsfläche für Partikel vorgesehen ist. Verglichen mit bisherigen Lösungen, wird die Ablagerung auf eine deutlich kleinere Fläche im Kanalinneren begrenzt bzw. konzentriert. Daher ist es auch günstig, wenn die Elemente mit einer automatischen Abreinigungseinheit kombiniert werden.
Mit den neuerungsgemäßen Maßnahmen wird ein elektrostatischer Abscheider insbesondere im Hinblick auf Funktion und Reinigung optimiert. Es wird damit für eine gezielte Ablagerung von Partikeln stromabwärts der Aufladeeinheit gesorgt, und dies nur auf einer begrenzten Länge, beispielsweise nur ein bis drei Meter, an der Innenseite des Abgasrohres. Dadurch wird eine manuelle oder auch maschinelle Reinigung erleichtert, weil eine gute Zugänglichkeit des betreffenden Rohrabschnittes gewährleistet werden kann.
Weiterhin kann einfach durch visuelle Kontrolle sichergestellt werden, ob alle Ablagerungen entfernt wurden. Bei herkömmlichen Anordnungen wären die Ablagerungen über viel größere Rohrabschnitte verschleppt worden so dass auch Krümmer oder abgewinkelte Rohrabschnitte gereinigt werden müssen. Dies lässt sich nur schlecht oder nur mit Zusatzaufwand kontrollieren.
Mit den neuerungsgemäßen Elementen im Kanalinneren wird der Druckverlust im Abgasweg nicht wesentlich erhöht. Auch eine Erfassung der Schichtdicke der relativ konzentrierten Ablagerungen ist daher denkbar.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Neuerung dar. Es zeigt jeweils schematisch eine Abgasleitung einer mit Biomasse befeuerten Heizungsanlage:
1 in einem Querschnitt und
2 in einem Längsschnitt.
Der elektrostatische Abscheider ist zum Einbau in eine Abgasleitung für partikelbeinhaltendes Abgas einer mit Biomasse befeuerten Heizungsanlage vorgesehen, wobei die Abgasleitung 1 aus einem Strömungskanal mit einer Kanalwandung 2 und einem Kanalinneren 3 besteht.
Stromabwärts einer nicht dargestellten, sich im Kanalinneren 3 im Wesentlichen in Strömungsrichtung erstreckenden der Elektrode sind Elemente 4 zur Erhöhung der Feldstärke angebracht. Dieser der Elektrode nachgeschaltete Rohrbereich ist daher als Ablagerungsfläche für Partikel vorgesehen.
Die Elemente 4 besitzen einen kleinen Krümmungsradius, stehen mit der Kanalwandung 2 elektrisch leitend in Kontakt, sind selbst ein Teil der Kanalwandung 2 und/oder werden durch entsprechende Formgebung durch die Kanalwandung 2 gebildet.
Dargestellt sind Elemente 4 mit einer rippenähnlichen Geometrie, wobei die Rippen in Strömungsrichtung, längs der Kanalwandung 2, verlaufen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1193445 A2 [0003]

Claims

Elektrostatischer Abscheider, insbesondere für eine Abgasleitung (1) einer mit Biomasse befeuerten Heizungsanlage, mit einem Strömungskanal mit einer Kanalwandung (2) und einem Kanalinneren (3), durch welchen ein partikelbeinhaltendes Abgas in einer Strömungsrichtung strömt, einer sich in dem Kanalinneren (3) im Wesentlichen in Strömungsrichtung erstreckenden Elektrode und einer Elektrodenzuführung, um die Elektrode zu speisen, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Elektrode im Kanalinneren (3) Elemente (4) zur Erhöhung der Feldstärke angebracht sind.
Elektrostatischer Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) zur Erhöhung der Feldstärke einen kleinen Krümmungsradius besitzen.
Elektrostatischer Abscheider nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) mit der Kanalwandung (2) elektrisch leitend in Kontakt stehen, ein Teil der Kanalwandung (2) sind und/oder durch entsprechende Formgebung durch die Kanalwandung (2) gebildet sind.
Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) eine rippenähnliche Geometrie aufweisen, wobei die Rippen etwa in Strömungsrichtung, längs der Kanalwandung (2), verlaufen und eine Höhe von weniger als 30 Prozent des Kanaldurchmessers besitzen.
Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) eine rippenähnliche Geometrie aufweisen, wobei die Rippen etwa in Strömungsrichtung, spiralförmig und/oder mit einem Drall längs der Kanalwandung (2), verlaufen und eine Höhe von weniger als 30 Prozent des Kanaldurchmessers besitzen.
Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) eine rippenähnliche Geometrie aufweisen, wobei die Rippen etwa quer zur Strömungsrichtung, etwa in Umfangsrichtung und mit einem Abstand zueinander angeordnet sind und wobei diese eine Höhe von weniger als 30 Prozent des Kanaldurchmessers besitzen.
Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) eine rippenähnliche Geometrie aufweisen und dass benachbarte Rippen eine unterschiedliche Höhe besitzen und/oder eine Rippe auf Ihrer Längserstreckung eine unterschiedliche Höhe aufweist, um im Strömungskanal eine Variation des freien Durchtrittsquerschnitts darzustellen.
Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) eine scharfkantige Geometrie besitzen.
Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) sich stromabwärts der Elektrode im Kanalinneren (3) auf einer begrenzten Länge erstrecken, wobei dieser Rohrbereich als Ablagerungsfläche für Partikel vorgesehen ist.
Elektrostatischer Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) mit einer automatischen Abreinigungseinheit kombiniert sind.