DE2227749A1 - Durch elektrische felder bewirkte staub-richtungssteuerung in elektrostatischen entstaubern - Google Patents

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7. Juni 1972 PS/bi

Durch elektrische Felder bewirkte Staub-Richtungssteuerung in elektrostatischen Entstaubern

Priorität: 8. Juni 1971, USA, Nr. I5I 005

Die Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Entstauber oder Ausfällapparate, wie sie zur Entfernung von in Luft oder sonstigen Gasen suspendierten Staubpartikeln verwendet werden.

Zu den zahlreichen entwickelten Entstaubertypen, gehören auch die, die mit einer einstufigen Ionisation und Sammlung arbeiten, wobei die Staubpartikel in demselben Feld gesammelt werden, in dem sie ionisiert oder geladen werden. Die Erfindung ist zwar speziell auf einstufige Entstauber anwendbar, kann jedoch in wirksamer V/eise auch bei anderen Typen, etwa bei denen, die die Partikel in einem Feld aufladen und in einem weiteren Feld sammeln, eingesetzt v/erden.

Bei bekannten Entstaubern wird das staubhaltige Gas mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit durch einen oder mehrere Sätze von Sprüh- und Sammelelektroden in eine Hauptströmungskammer eingeleitet, wobei die Elektroden im wesentlichen senkrecht durch die Kammer verlaufen. Jede Sprühelektrode besteht aus einem Draht, der auf eine verhältnismäßig hohe Gleichspannung aufgeladen ist. Zwischen den Sprüh- und Sammelelektroden besteht daher ein elektrisches Feld, so daß die Staubpartikel mit der gleichen Polarität wie die Sprühelektroden aufgeladen werden; dies bewirkt, daß sich die Partikel an den plattenförmig gestalteten Sammelelektroden

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sammeln. Die Sammelelektroden werden periodisch in Schwingungen versetzt oder geklopft, und die angesammelten Staubpartikel fallen infolge ihrer Schwerkraft durch Öffnungen im Boden der Kammer, die zu Sammelbunkern führen.

Elektrostatische Entstauber finden u.a. in großen Industrieanlagen Verwendung, wo die Sammelelektroden normalerweise Längen von 9 Metern und darüber haben. Um eine hohe Entstaubungsleistung aufrechtzuerhalten, müssen die an den Sammelelektroden abgelagerten Partikel zunächst wirksam in die Bunker am Boden der Strömungskammer befördert werden. Außerdem sollten nur wenige oder gar keine Staubpartikel aus den Bunkern in den rasch strömenden Gasstrom zurückgerisseri worden. Dazu sind viele Bauarten mit unterschiedlichem Erfolg vorgeschlagen und ausprobiert worden. Um den erwünschten hohen Leistungsgrad bei derartigen Entstaubern zu vermitteln, wurden bei diesen Bauformen bald Ablenkbleche oder speziell konstruierte Elektroden zur Steuerung der Gasströmung verwendet, bald mit niedrigerer Gasgeschwindigkeit, bald mit höheren elektrischen Ladungen, mit Änderungen in den Maßnahmen sum Abklopfen oder Kutteln der Sammelelektroden, bald mit verschiedenen Arten der elektrischen Erregung gearbeitet. Diese verschiedenen Ausführuncsformen befaßten sich jedoch in erster Linie damit, daß der Gasstrom durch die Entstauberkammer geleitet wurde oder daß die Übertragung der Staubpartikel von den Sammelelektroden nach unten gegen den Boden der Kammer durch die Schwerkraft ermöglicht wurde.

Ein Problem, auf das die vorliegende Erfindung gerichtet ist und das bisher nicht gelöst wurde, besteht darin, zu verhindern, daß der in dem Bunker gesammelte oder von dem Gas in die Nähe des Bunkereinlasses gebrachte Staub zurückgerissen wird.

ErfindungEgemäß wird ein elektrostatischer Entstauber vermittelt, bei dem im unteren Teil der Entstauberkanimer auf die Bunker zu eine nach unten gerichtete Koronaentladung erzeugt wird, die zwischen der untersten Kante der Sprühelektroden und den mit dem Boden der Entstauberkanimer in Verbindung stehenden ß taubsammei !bunkern auftritt.

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Genauer gesagt, sind eine Reihe von Koronaentladungsspitzen längs des unteren Teils der Entstauberkammer angeordnet, die von einer Hochspannungsquelle beaufschlagbar sind. Vorzugsweise sind die Entladungsspitzen an Gewichten angebracht, die an den die Sprühelektroden des Entstaubers bildenden Drähten hängen; die Koronaspitzen könnten aber von diesen Elektroden auch unabhängig sein. Unter den Koronaentladungs spit 2 en ist in der Nähe der jeweiligen zu den Bunkern führenden Öffnungen im Boden der Kammer -und zwar entweder in der Kammer oder in den Bunkern selbst- eine in geeigneter V/eise geerdete_Elektrodenanordnung vorgesehen.

Werden die Koronaspitzen beaufschlagt, so erzeugt eine elektrische Feld- und Koronaentladung, die zwischen den Koronaspitzen und einem die geerdete Elektrodenanordnung bildenden Gitter in Richtung auf den Bunker zu auftritt, einen sogenannten elektrischen Wind in der besagten Richtung, der die an den Staubpartikeln angreifende Schwerkraft unterstützt, so daß diese in wirksamer Weise in den Bunker befördert werden. Außerdem wird verhindert, daß die Staubj)artikel, wenn sie sich einmal in dem. Bunker befinden, wieder in die Ehtstauberkammer gelangen, da der elektrische Y/ind den Auswirkungen des strömenden Gases oder etwaigen plötzlichen Windstößen, die die !'artikel vom Boden des Bunkers nach oben blasen könnten, entgegenwirkt.

Die Erfindung soll in der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert werden; in den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen mit Koronaentladunssspitzen und einer geerdeten Elektrode ausgerüsteten elektrostatischen Entstauber, wobei Teile zur Vermeidung von Wiederholungen weggebrochen gezeigt werden;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht einer an der Unterseite einer Sprühelektrode befestigten Koronaentladungsspitze mit einer Schnittdarstellung der geerdeten Elektrode nach Fig. 1;

FiG» 3 eine vergrößerte Ansicht einer durch einen Draht gebildeten Koronaentladungsspitze, wobei im einzelnen ein bevorzugter Kegelwinkel der Spitze sowie'

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eine bevorzugte Länge für den Draht gezeigt sind; und

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil der geerdeten Elektrode.

Der in Fig. 1 im Querschnitt gezeigte elektrostatische Entstauber umfaßt ein Hauptgehäuse Ίο, das generell die Strömungskammer 12 des Entstaubers bildet. Innerhalb der Strömungskammer 12 sind mehrere Sätze 14 von Sprühelektroden 16 und Sammelelektroden 18 angeordnet, wobei sämtliche Elektroden im wesentlichen senkrecht durch die Kammer 12 verlaufen. Das Gas. das die zu entfernenden Staubpartikel enthält, wird mit relativ hoher Geschwindigkeit durch eine Einlaßöffnung 2o in die Kammer 12 eingeleitet und strömt an den Sprüh- und Sammelelektroden 16, 18 vorbei, wobei die gereinigte Luft durch eine Auslaßöffnung 22 von der Kammer 12 abgegeben wird.

Die Sprühelektroden 16 werden auf eine hohe Spannung erregt oder aufgeladen, was zwischen den Sprüh- und Sammelelektroden 16, 18 ein elektrisches Feld und eine Koronaentladung erzeugt, so daß die Staubpartikel aufgeladen v/erden. Die geladenen Partikel werden von den Sammelelektroden 18 angezogen und lagern sich an diesen ab. Die Sammelelektroden 18 werden periodisch geklopft oder in Schwingungen versetzt, so daß die angesammelten Partikel gelöst werden und nach unten auf den Boden, der Kammer 12 und durch Öffnungen 23 in Staubsammelbunker 24 fallen. Da dei* Gasstrom mit einer so hohen Geschwindigkeit die Kammer 12 passiert, gelangen einige der Staubpartikel, die von den Sammelelektroden 18 gelöst werden und nach unten auf die Bunker 24 zu fallen, auf einer niedrigeren Hölie wieder in den Gasstrom, d.h. sie werden wieder mitgerissen und müssen daher weiter stromabwärts erneut gesammelt werden.

Darüberhinaus besteht die Tendenz, daß gelegentliche von den * Bunkern 24 nach oben gerichtete V/indstöße in Verbindung mit dem schnellen Gasstrom die bereits In den Bunkern befindlichen Partikel wieder in den Gasstrom zurückführen, so daß sie von diesem wieder mitgeführt werden.

Um dies zu. verhindern und um die Schwerkraftbewegung der

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P&rtikel im unteren Teil der Kammer 12 zu ermöglichen, wird am Boden der Kammer 12 in der Nähe der zu den Bunkern 24 führenden öffnungen eine auf die Bunker zu gerichtete Koronaentladung erzeugt. Dies geschieht dadurch, daß zwischen einem Satz von Koronaentladungsspitzen 26 und einem geerdeten Elektrodengitter 28, das unter den Spitzen 26 in der Nähe der Öffnungen 23 und zwar entweder in der Strömungskammer 12 oder im oberen Teil der Bunker 24- angeordnet ist, eine verhältnismäßig hohe Spannung, vorzugsweise eine Gleichspannung, eingeschaltet wird.

Die Koronaentladungsspitzen 26 können mit den Sprühelektroden 16 verbunden sein und, wie es für die vorliegende Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 und 2 gezeigt ist, von der Unterseite * von Gewichten 3o vorstehen, die an den Sprühelektroden 16 befestigt sind, diese gespannt halten und verhindern, daß sie in dem raschen Gasstrom aus ihrer Lage herausschwingen. Die Entladungsspitzen 26 müssen aber nicht mit den Sprühelektroden 16 verbunden sein; sie können auch in geeigneter Weise unter den Sprüh- und Sammelelektroden 16, 18 angeordnet und an eine eigene Spannungsquelle angeschlossen sein.

Jede Koronaentladungsspitze 26 kann aus einem Stück Draht 32 bestehen, der von dem jeweiligen Gewicht 3o ausgeht. Ein Drahtstück, das sich für die Zwecke der Erfindung als zufriedenstellend erwiesen hatte, war etwa 1o cm lang, hatte einen Radius von 28 mm und war an seinem freien Ende zur Bildung der Entladungsspitze 26 unter einem Winkel, von etwa J>o Grad gegenüber der Drahtachse kegelförmig zugespitzt (vergl. Fig. 3). Der Draht 32 kann an dem betreffenden Gewicht 3o beispielsweise dadurch befestigt sein, daß das nicht zugespitzte Ende des Drahtes 32 mit einem Gewinde versehen und in eine an der Unterseite des Gewichts 3o vorgesehene Gewindebohrung eingeschraubt ist. Er kann auch durch Schweißen, Löten oder sonstige Mittel befestigt sein.

Wird die verhältnismäßig hohe Spannung an die Sprühelektroden .16 angelegt, so werden die Drähte 32 beaufschlagt, und von den Koronaentladungsgpitzen 26 aus geht eine Koronaentladung zu dem geerdeten Gitter 28, das ein kurzes Stnl.ok unter den Koronaspitzen 26 in der Nähe der Öffnungen 2y und ezr-t'Weder iß der Kammer 12 oder in

den Bunkern 24 angeordnet ist. Dies erzeugt einen nach unten gerichteten Wind, der auf die Staubpartikel unter den Elektroden einwirkt. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden erzielt, wenn das Elektrodengitter 28 etwa 15 his 2o cm unter den Koronaentladungs-"spitzen 26 angeordnet war.

Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich, kann das Gitter 28 aus zwei Gruppen von leitenden Drähten 34 und 36 gebildet sein, wobei die Drähte jeder Gruppe parallel zueinander verlaufen und die der anderen Gruppe rechtwinklig schneiden· Erfindungsgemäß lassen sich auch Gitter mit anderer Konfiguration und anderem Aufbau in wirksamer Weise verwenden. Um zu verhindern, daß sich an den Drähten 34 und 36 des in Fig. 4 gezeigten Gitters Stäub anlagert, sollte zwischen den Drähten jeder Gruppe ein Abstand von mindestens 5 cm vorgesehen sein,und jeder Draht sollte vorzugsweise einen Radius von nicht mehr als 12,7 mm haben.

Dadurch, daß in der Nähe des Bodens der Kammer 12 die Koronaentladung und der elektrische Wind in Abwärtsrichtung erzeugt werden, werden die unter die Elektroden fallenden Staubpartikel sowohl durch die Schwerkraft als auch durch den elektrischen Wind in die Bunker 24 befördert, und durch den elektrischen Wind wird verhindert, daß Partikel, die sich bereits in den Bunkern 24 befinden, wieder in den durch die Kammer 12 strömenden Gasstrom hineingerissen werden.

Die Erfindung vermittelt also einen neuen Weg, die Sammelleistung elektrostatischer Entstauber zu erhöhen. Der elektrische Wind hat die Vorteile, daß er die Gravitationsbewegung des Staubs in die Bunker erleichtert und verhindert, daß bereits in den Bunkern befindlicher Staub wieder ir* dsn Gasstrom hineingerissen wird. Die Sammelleistung des elektrostatischen Abscheiders wii«d so stark erhöht, daß die heutigen strengen Normen hinsichtlich der Verschmutzungskontrolle eingehalten werden können*

Claims (6)

1. Elektrostatischer Entstauber mit einem Gehäuse, das eine Strömungskammer "bildet, einer Einlaßöffnung zur Zuführung eines Staubpartikel mitführenden Gasstromes in die Kammer, einer in der Nähe eines Bodenteils der'Kammer angeordneten Auslaßöffnung, einem Staubsammelbunker zur Aufnahme der aus dem Gas entfernten Staubpartikel durch eine Bodenöffnung in der Kammer sowie mit mehreren Sprüh- und Sammelelektroden, die längs der Gasströmungsbahn im wesentlichen senkrecht durch die Kammer verlaufen,-gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26) zur Erzeugung einer Koronaentladung unterhalb der Sprüh- und Kollektorelektroden (16, 18) und oberhalb des Bunkers (24-) und eine unterhalb der Koronaentladungs-Einrichtung angeordnete geerdete Elektrodenanordnung (28), wobei die Koronaentladungseinrichtung bei Erregung eine Koronaemission und einen elektrischen Wind auf die Elektrodenanordnung zu erzeugt.

2. Entstauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koronaentladungs-Einrichtung eine Gruppe von Koronaentladungsspitzen (26) umfaßt.

3. Entstauber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Koronaentladungsspitzen (26) jeweils mit einer Sprühelektrode (16) elektrisch verbunden sind.

4-, Entstauber nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektroden (16) an einem oberen Teil der Kammer (12) hängende Drähte umfassen, daß unten an jeder Sprühelektrode ein Gewicht (3o) befestigt ist, und daß die Korona-

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entladungsspitzen (26) aus Drahtstücken (32) bestehen, die mit der Unterseite der jeweiligen Gewichte verbunden sind, nach unten ragen und an ihrem äußersten Ende zugespitzt sind.

5. Entstauber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Koronaentladungsspitzen (26) bildenden Drahtstücke (32) eine Länge von etwa Ίο cm und einen Radius von etwa 2,8 mm haben,und daß die Spitze unter einem Winkel von etwa 3o Grad zur Drahtachse kegelförmig ausgebildet ist.

6. Entstauber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß die Elektrodenanordnung aus einem Gitter (28) besteht, das von zwei Gruppen leitender Drähte (34-, 36) gebildet ist, wobei die Drähte jeder Gruppe im wesentlichen parallel zueinander und im wesentlichen rechtwinklig zu den Drähten der jeweils anderen Gruppe verlaufen.

7· Entstauber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (28) etwa 15 bis 2o cm unter der Koronaentladungs-Einriohtung (26) angeordnet ist, daß der Abstand zwischen den Drähten (34-» 36) jeder Gruppe mindestens etwa 5 cm beträgt und daß die Drähte jeder Gruppe einen Radius von nicht mehr als etwa 12,7 ram haben.

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