DE2305723A1

DE2305723A1 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung geladener fluessigkeitsteilchen

Info

Publication number: DE2305723A1
Application number: DE19732305723
Authority: DE
Inventors: Ernest Cohen; Marshall Norman Huberman; Walter Frederick Krieve; Charles William Lear
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1972-11-02
Filing date: 1973-02-06
Publication date: 1974-05-22
Also published as: IT982538B; CA1005768A; FR2205367B2; FR2205367A2; JPS4977268A

Description

"Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung geladener

Flüssigkeitsteilchen¹¹

Die vorliegende Erfindung Dezieht sich auf Sammelvorrichtungen zur Abscheidung von Staubteilchen, Rauch oder anderen festen, flüssigen oder gasförmigen Verunreinigungen aus einem Gasstrom und insbesondere auf einen neuartigen Rieselturm mit geladenen Tröpfchen, sowie auf dessen Konstruktion und Betrieb.

Dem Umweltschutz wird allgemein große Bedeutung zugemessen. Zahlreiche Vorrichtungen zur Abscheidung von Staub, Rauch oder anderen festen und flüssigen Verunreinigungen aus einem Luftstrom sind an sich bekannt. Die im folgenden als Sammelvorrichtungen bezeichneten Vorrichtungen können in mechanische und elektrostatische Abscheidegeräte, nasse Skrubber und Gewebefilter unterteilt werden.

Die gängigste Abscheidevorrichtung in Industrieanlagen ist der elektrostatische Niederschlagsapparat von Cottrell, in dem eine negative, oder manchmal auch positive, Koronaentladung im Durchflußbereich des trockenen Gases den Abscheidemechanismus ergibt. Im Durchflußbereich des Gases durch Ansammlung von Ionen geladene Teilchen werden dann auf Erdpotential gelegte Sammelplatten gezogen, an denen sie abgeschieden und schließlich entfernt werden. Dieser Niederschlagsapparat entfernt normalerweise Teilchen des Größenbereichs 0,10 - 10 Mikron mit einem spezifischen Widerstand von 10 - 10 Ohm-cm. Die auf dem Teilchenmaterial ansammelbare Ladungsmenge ist durch die beschränkte Zahl der vom elektrostatischen Feld bereitgestellten Ionen begrenzt.

Verschiedene Abänderungen sind vorgeschlagen worden, um den Ansammlungsprozeß wirksamer zu machen. Eine derartige Abänderung ist in dem Darrah erteilten US-Patent No. 1,958,406 beschrieben, wonach ein feiner Dunstschleier aus zerstäubten Tröpfchen mit geringen Durchmessern erzeugt werden soll. Die Vorrichtung der Erfindung von Darrah ist durch einen ringförmigen Leiter bzw. eine ebensolche Elektrode, die an einer Flüssigkeit ausstoßenden Düse angebracht ist, gekennzeichnet. Der Leiter wird dabei häufig als Absaugplatte bezeichnet, die den Flüssigkeitströpfchen eine elektrostatische Ladung

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erteilt und die Tröpfchengeschwindigkeit erhöht. Die Tröpfchen treten unter Druck aus der Düse aus. Ladung wird ohne Zuhilfenahme einer Koronaentladung auf die Tröpfchen aufgebracht.

Andere typische, dem bisherigen Stand der Technik entsprechende Vorrichtungen sind in den Penney erteilten US-Patenten No. 2,357,354 und No. 2,357*355 und dem Marks erteilten US-Patent No. 3,503,704 beschrieben. Wie in den meisten bisher bekannten Vorrichtungen benutzen auch die von Penney und Marks eine Absaugelektrode oder mehrere derartige Elektroden, die den Tropfen eine Ladung erteilen. Ferner ist es typisches Merkmal dieser Vorrichtungen, daß die geladenen Tröpfchen und Teilchen vom Gasstrom mitgenommen werden, wobei die Raumladung und das verhältnismäßig schwache zugeordnete Feld die auf die Wandelektroden gerichtete Kraft ergeben und die Tröpfchen von den Wänden hinbev/egen.

Einleitung der Tröpfchen mit hoher Geschwindigkeit und anschließende Abbremsung der Tröpfchen bei ihrem Durchgang durch das Gas sind weitere charakteristische Merkmale bekannter Vorrichtungen und Verfahren. Eine Abbremsung findet statt, da das elektrostatische Feld zwischen den Nadeln und der Absaugelektrode besteht und die geladenen Teilchen stromaufwärts längs der Kraftlinien zurückzukehren trachten, wobei sie aber vom Gasstrom stromabwärts weggeführt werden. Die verschiedenen Tröpfchengeschwindigkeiten ergeben verschiedene Wirkungsgrade des Reinigungseffekts an verschiedenen Stellen des Gasraums. Insgesamt ergeben sich verhältnismäßig langsame Abfuhr- bzw. Reinigungsgeschwindigkeiten und geringe Unterschiede in den Relativgeschwindigkeiten von Tröpfchen und Teilchen.

Das am 25. Juli 1913 erteilte deutsche Patent No. 262882 bezieht sich auf eine Ausführungsform anderer Art. Wasser strömt dabei aus einem mit kleinen Löchern versehenen Rohr aus. Durch Anlegen von Hochspannung wird die ausfließende

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Flüssigkeit in Tröpfchen zerrissen, die an gegensinnig geladene Sammelplatten gezogen werden. Bei dieser Anordnung läßt sich die ^Tröpfchengröße kaum einstellen und die größtmögliche Ladungsdichte wird auf den Tröpfchen nicht erzielt. Past unbeachtet bleiben die Betriebswerte, die für das Funktionieren eines Skrubbers mit hohem Wirkungsgrad wesentlich sind.

Eine weitere, dem Stand der Technik entsprechende Vorrichtung ist in dem am 26. Februar 1914 erteilten britischen Patent No. 5051 beschrieben. In der Vorrichtung wird ein negativ geladener Hebel aus Wassertröpfchen versprüht. Positive Aufladung wird als unerwünscht betrachtet; falls die negative Ladung zur Erzeugung einer Koronaentladung ausreicht, wird andererseits Ozon erzeugt. Bei der Gesamtausbildung der Vorrichtung wird offenbar nicht nur das elektrostatische Feld zur Erzeugung der Flüssigkeitströpfchen verwendet, da andernfalls ein großer Teil des Sprühnebels auf die Ausflußöffnung des Gases gelenkt und ohne Reinigungseffekt abgeführt würde.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine mit geladenen Tröpfchen arbeitende Reinigungsvorrichtung zu schaffen, in der die Nachteile bekannter Vorrichtungen nicht auftreten.

Die Erfindung hat ferner zum Ziel, eine mit geladenen Tröpfchen arbeitende Rieselturm-Vorrichtung zu schaffen, in der die Betriebsgrößen zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrads des Reinigungseffekts eingestellt werden können.

Die Erfindung hat außerdem zum Ziel, eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrostatisch geladener Tröpfchen ohne Zuhilfenahme einer Absaugplatte zu schaffen.

Die oben angeführten Nachteile bekannter Ausführungsformen müssen vermieden werden, da festgestellt wurde, daß sich optimale Betriebsverhältnisse nur durch Sättigung des Gasraums mit äußerst kleinen, stark elektrostatisch aufgeladenen Flüssigkeitströpfchen des besonders zweckmäßigen Größenbereichs 10 - 100 Mikron erzielen lassen. Die nachstehend beschriebene

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Erfindung ermöglicht es, Sättigung in besonders günstiger Weise zu erreichen.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung elektrostatisch geladener Flüssigkeitströpfchen, wie sie in mit geladenen Tröpfchen arbeitenden Rieseltürmen oder Skrubbers zweckmäßigerweise verwendet werden. Erfindungsgemäß wird Flüssigkeit unter Druck an eine Düse geliefert, wobei der Druck nicht zur hydraulischen Erzeugung eines Sprühnebels ausreicht. Erfindungsgemäß wird ferner eine hohe Spannung zwischen der Spitze der Düse und einer geerdeten oder gegensinnig geladenen Sammelplatte aufrechterhalten, die in einem gewissen Abstand von der Düse angebracht ist. Die Spannung reicht zur Erzeugung einer Koronaentladung aus, wenn die Düsenenden von einem Gas umströmt werden. Das zwischen der Düse und der Sammelplatte herrschende elektrostatische Feld zerreißt die ausströmende Flüssigkeit, wobei ein aus kleinen, stark geladenen Flüssigkeitströpfchen bestehender Nebel gebildet wird und die Flussigkeitströpfchen durch das elektrostatische Feld an die Sammelplatte gezogen werden.

Neben dem die Koronaentladung erzeugenden Feld wird auch die Ausflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit eingeregelt, um maximale Raumladung zu erzielen. Der Tropfchendurehmesser wird eingeregelt, um die Wahrscheinlichkeit von Teilchenzusammenstößen, darunter auch mehrfachen Zusammenstößen, auf den günstigsten Wert zu bringen.

Die Vorrichtung umfaßt mindestens eine, zweckmäßigerweise aber einen Satz hohler, nadeiförmig zulaufender Auslaßdüsen oder ähnlicher Öffnungen, die im Durchflußbereich des zu waschenden Gases angebracht sind. Eine Sammelelektrode ist vorgesehen, die einen Teil der das Gas an die Düsen heranführenden Rohrwandung bilden kann. Eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, wird den Düsen zugeführt. Hochspannung wird zwischen die Düsen und die Auffangplatte angelegt. Das Zusammenwirken der Teile ergibt ein elektrostatisches Feld, das aus der aus den Düsen austretenden Flüssigkeit Tröpfchen bildet

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und dieselben an die Auffangplatte zieht.

Figur 1 ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen, mit geladenen Tröpfchen arbeitenden Kieselturmsystems.

Figur 2 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer der in Figur 1 dargestellten Düsen.

Figur 3 zeigt schließlich eine andere Ausführungsform der Vorrichtung mit zwei der in Figur 1 dargestellten Skrubber als quergestellte Doppelstufe.

In dem in Figur 1 dargestellten, mit geladenen Tröpfchen arbeitenden, erfindungsgemäßen Skrubber ist eine geeignete Einlaßleitung 10 zur Einleitung von Gasen in das Reinigungsgebiet vorgesehen. Die vorzugsweise Durchflußrichtung des Gases ist durch Pfeile 11 bezeichnet. Vom Gas mitgeführte Feststoffteilchen und/oder schädliche Dämpfe können aus dem Gasstrom durch die Reinigungsvorrichtung abgeschieden werden. Der Skrubber umfaßt ferner einen Auffänger 12, der in der vorliegenden Ausführungsform einstückig mit der Einlaßleitung 10 ausgebildet ist und die gleiche Querschnittsform und Querschnittsfläche wie dieselbe hat. Die am plattenförmigen Auffänger 12 entlangstreichenden Gase können direkt in die Umgebungsatmosphäre abgelassen werden, oder über die Auslaßleitung 13 an eine abgelegene Stelle weitergeleitet werden.

Ein Verteilerrohr 16 für Flüssigkeiten dient als Halterung für einen Satz von Düsen 17a - 17e für Flüssigkeiten. Verteilerrohr 16 ist elektrisch von Auffänger 12 durch zwei Isolierstücke 18, 19 isoliert, die zugleich zur Befestigung und richtigen Einstellung des Verteilerrohrs quer zum Rohr und zum Gasstrom dienen, sodaß die Düsen in einer bestimmten Richtung wirksam werden, beispielsweise entgegen der Flußrichtung des Gasstroms in der in Figur 1 gewählten Darstellung. Die Achsen der Düsen können natürlich auch quer zur Flußrichtung des Oases angebraoht werden, oder die Düsenöffnungen können sich stromabwärts hin öffnen.

Wie ferner aus Figur 1 ersichtlich, gehört eine an die

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Düsen 17a - 17e angeschlossene Spannungsquelle 20 zur Abscheidevorrichtung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Düsen und Verteilerrohr 16 elektrisch leitend und die Spannungsquelle ist direkt an das Verteilerrohr angeschlossen. Die Anordnung dient als Rieselturmeinheit, die in einem ein- oder mehrstufigen System eingesetzt werden kann. Zum System gehört ferner ein Flüssigkeitsvorratsbehälter 21, der mit dem Verteilerrohr über ein Versorgungsrohr 22 in Verbindung steht, sowie ein Steuerventil 15« Ein Teil des Versorgungsrohrs 22 kann nichtleitend ausgebildet sein, um Kriechströme auf niedrigen Werten zu halten und um Wasser kontinuierlich zur Hochspannungselektrode zuströmen zu lassen.

Im Betrieb wird eine Waschflüssigkeit, beispielsweise Wasser, vom Vorratsbehälter 21 über Versorgungsrohr 22 und Verteilerrohr 16 den Düsen 17a - 17e zugeführt. Die Zuflußgeschwindigkeit wird auf niedrigen Werten gehalten, um an den Düsen die Ausbildung von Tropfen infolge entsprechender hydraulischer Verhältnisse in den Rohren zu verhindern, d.h. die nadeiförmigen Spitzen der Düsen wirken nicht als Sprühdüsen. Ausbildung und Zersprühen der Tröpfchen sind einzig eine Folge der wirkenden elektrostatischen Kräfte.

Zum Betrieb der Vorrichtung wird Hochspannung zwischen Düsen 17a - 17e und Auffänger 12 angelegt, der bei 23 an Erde gelegt werden kann. Die Spannung wird so gewählt, daß ein starkes elektrostatisches Feld an den Spitzen der Düsen entsteht und daß sich eine Koronaentladung ausbildet. Auf die geladene Flüssigkeit an den Enden der Auslaßdüsen wirken dann starke elektrostatische Kräfte, die vom elektrostatischen Feld an den Düsenspitzen erzeugt werden. Die elektrostatischen Kräfte suchen die Flüssigkeit zu zerre lesen und führen zur Tröpfchenbildung. Die Tröpfchen sind stark geladen und, aufgrund des zu ihrer Entstehung führenden Vorgangs, sehr klein, sodaß sich ein hohes Verhältnis Ladung zu Masse ergibt. Das elektrische Feld zwischen den Düsen und .dem Auffänger führt

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damit zu einer starken Beschleunigung der Tröpfchen, die durch den Gasstrom mit hohen Geschwindigkeiten auf die Auffängerplatte gezogen werden.

Bei der jeweiligen Ausbildung der Niederschlagsvorrichtung wird zweckmäßigerweise ein elektrostatisches Feld an den Düsenspitzen erzeugt, das die zum Durchschlag mit nachfolgender Koronaentladung im Gas erforderliche Feldstärke ergibt. Ein Spannungsabfall von 15000 - 30000 Volt pro Zentimeter an den Düsenspitzen ist für die meisten Gase geeignet. Der Auffänger kann sich stromabwärts von den Düsen aus fortsetzen, um die im Gasstrom mitgeführten Tröpfchen anzuziehen.

Die Tröpfchen stoßen bei ihrer Bewegung mit im Gasstrom mitgeführten Peststoffteilchen zusammen und führen diese an die Auffängerplatte ab. Durch Erzeugung stark geladener, sich mit hoher Geschwindigkeit bewegender Tröpfchen mit einem bestimmten mittleren Durchmesser wird die Wahrscheinlichkeit von Zusammenstößen zwischen Tröpfchen und Peststoffteilchen erhöht gegenüber der Stoßwahrscheinlichkeit größerer oder kleinerer Tröpfchen mit der gleichen oder einer niedrigeren Geschwindigkeit. Andrerseits können die geladenen Tröpfchen eine gleichartige Ladung auf den Peststoffteilchen im Gasstrom in der Nähe der Tröpfchen induzieren, sodaß anschließend die geladenen Peststoffteilchen ähnlich wie die Tröpfchen an die Auffängerplatte gezogen werden.

Die beweglichen Flüssigkeitströpfchen entfernen auch gewisse Dämpfe, wie NO₂, NO, SO₂ und NH,, vom Gasstrom. Die Dämpfe verbleiben entweder chemisch gebunden oder gelöst in den Tröpfchen. Die Geschwindigkeit der Adsorption dieser Dämpfe durch die Tröpfchen ist hoch, da die Tröpfchen eine beträchtliche Relativgeschwindigkeit gegenüber den Dämpfen aufweisen. Sine innige Vermischung ergibt sich dabei einerseits durch molekulare Diffusion und andrerseits durch konvektive Diffusion der Gasmoleküle in den Tröpfchen.

Der Tröpfchenstrom am Auffänger kann so eingestellt werden,

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daß die Platte mit der versprühten flüssigkeit gleichmäßig überzogen ist, bzw. daß die Flüssigkeit unter dem Einfluß der Schwerkraft über die Oberfläche des Auffängers abfließt. Die flüssigkeit kann dann außerhalb der Vorrichtung zur endgültigen Ableitung in Abwasser oder zur Rückführung in einen Kreislauf aufgefangen werden. Auffangen der Flüssigkeit ist sehr zweckmäßig, um eine Ansammlung des abgeschiedenen Materials innerhalb der Vorrichtung zu vermeiden, da es sonst wieder in den Gasstrom eintreten und mit ihm abgeführt werden könnte und'da es, im Falle eines hohen spezifischen Widerstands des angesammelten Materials, die Verteilung des elektrostatischen Feldes in der Vorrichtung ungünstig verändern könnte. Kontinuierliche Entfernung der versprühten Flüssigkeit von der Auffängerplatte ist besonders auch zum sicheren Zurückhalten giftiger adsorbierter Dämpfe notwendig.

Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich beim Betrieb der Vorrichtung aus der geringen Größe der Tropfchen, ihrer hohen Ladung und hohen Bewegungsgeschwindigkeiten, sodaß ihre Verweilzeit im Gasraum kurz ist. Die Gesamtmenge des zum Waschen verwendeten Dampfes, beispielsweise Wasserdampfes, der von den Tröpfchen, beispielsweise Wassertröpfchen, ausgeht und zu einem Bestandteil des Gasstroms werden kann, bleibt deshalb gering. Es kommt dadurch insbesondere nicht zu einer Sättigung des Gasstroms mit Dämpfen der Waschflüssigkeit.

Figur 2 zeigt einen Teil der in Figur 1 dargestellten Düse 17a. Erfahrungsgemäß muß eine Düse verwendet werden, deren Wandungsdieke an der Spitze im Bereich der Düsenöffnung gering ist, aber genau eingehalten werden kann. So eignen sich hohle, nadeiförmig zulaufende Düsen in der Form dünnwandiger Injektionsnadeln, Ferner soll die Uadel über ihre ganze länge frei von scharfen Kanten sein, von denen andernfalls Koronaentladungen ausgehen können.

Beträchtliche Anstrengungen und Ausgaben wurden von Erfinderseite gemacht, um die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Sieseiturms zu analysieren und zu prüfen. Es ergab sich,

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daß einige Betriebsparameter von besonderer Bedeutung sind, so zum Beispiel der Durchmesser der als Düse dienenden Nadel und deren Wanddicke, die ihrerseits die Tropfohengröße bestimmen. Bs läßt sich theoretisch und/oder aus Erfahrungswerten zeigen, daß bei einer gegebenen Nadel die Reinigungswirkung über einen verhältnismäßig weiten Konzentrationsbereich der Peststoffteilchen, d.h. der Dichte der Peststoffteilchen im Gasstrom, praktisch konstant ist. Von einem bestimmten Konzentrationswert an sinkt dann der Wirkungsgrad der Reinigung ab. ·

Der Innendurchmesser der Nadel, d.h. der Durchmesser der Düse, bestimmt die Größe der Wassersäule und üamit die zum Zerreißen des Plüssigkeitsstroms notwendige Oberflächenspannung. Der Außendurchmesser der Nadel beeinflußt das PeId der Koronaentladung, wobei bei einem bestimmten Innendurchmesser zunehmende Außendurchmesser in einem gewissen Durchmesserbereich zur Ausbildung kleinerer Tröpfchen führen. Sehr große Außendurchmesser ergeben schließlich Tröpfchen mit einem frei fallenden Tröpfchen entsprechenden Durchmesser, während sehr kleine Außendurchmesser stark schwankende Tröpfchendurchmesser zur Folge haben.

Die Verwendung einer großen Nadel erhöht den Wirkungsgrad, bis schließlich von einer bestimmten Größe an ein starkes Absinken des Wirkungsgrads festzustellen ist. Bei der optimalen Ausbildung eines Rieselturmsystems wird die kleinstmögliche Nadel gewählt, mit der ein hoher Wirkungsgrad bei den zu erwartenden maximalen Konzentrationen der Peststoffteilchen erzielt werden kann.

Wie oben erwähnt, ist die an die Nadeln und die Wände, d.h. die Sammelelektrode, angelegte Spannung eine andere wichtige Betriebsgröße. Die veränderlichen Betriebsgrößen werden so gewählt, daß sich eine Koronaentladung an den Nadelspitzen ergibt. Der Spannungsabfall am System hängt von der Art des durchströmenden Gases ab. Bei hohen Temperaturen ist

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die Durchschlagsspannung etwas niedriger, sodaß die verminderte Spannung zu kleineren ladungen auf den Tropfchen und damit auch zu verringerten Tröpfehengeschwindigkeiten, niedrigeren Stoßwahrscheinlichkeiten und einem etwas geringeren Wirkungsgrad des Reinigungseffekts führt. Die Spannung entspricht in jedem Pail der anfänglichen Durchschlagsspannungj, die etwas unter der zur Lichtbogenbildung führenden Spannung liegt. Die Anfangsbedingungen des Durchschlags sind im einzelnen beispielsweise im Buch "Industrial Electrostatic Precipitation" von Harry S. White, Kapitel 4, verlegt bei Addison Wesley Company, 1963, beschrieben.

Eine weitere veränderliche Betriebsgröße ist die Ausflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die sich durch einen Druckregler oder andere den Zuführungsdruck verändernde Vorrichtungen einstellen läßt. Bei sehr niedrigen Flußgeschwindigkeiteii unterbrechen die elektrostatischen Kräfte den Flussigkeitsfluß in der Nähe der Nadelspitze» Dies ist zulässig, damit die Tröpfchen die zur Erzielung hoher Tröpfchengeschwindigkeiten notwendige maximale Ladung erlangen. Doch reicht andrerseits bei sehr niedrigen Ausflußgeschwindigkeiten die,Tröpfchendichte nicht zur Erzielung eines guten Reinigungseffekts aus. Die Durchflußgeschwindigkeit kann auf den günstigsten Wert eingestellt werden durch Erhöhung der Einflußgeschwindigkeit, wobei dann die Flüssigkeit in einem gewissen Abstand von der Nadelspitze zerrissen wird. Zu hohe Einflußgeschwindigkeiten verlegen den Punkt, an dem der Flüssigkeitsfaden zerreißt., außerhalb des Bereichs des starken elektrostatischen Feldes, sodaß die Tröpfchen nicht mehr ausreichend geladen werden. Optimale Flußgeschwindigkeiten ergeben optimale Aufladung und Dichte der Tröpfchen und damit auch die günstigsten Raumladungsverhältnisse. Durchflußgeschwxndigkeiten, die die Optimalwerte übersteigen, werden sichtbar in Form einer Tröpfchenspur mit einer Biegung oder Knickstelle auf dem Weg der Tröpfchen zur Sammelelektrodej da -die Ladung der Tröpfchen verringert ist

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und aerodynamische Effekte im Gasstrom die Tröpfchen herumdrehen und sie stromabwärts über die Sammelelektrode hinausführen können. Diese Ausbildung der Tröpfchenspur bedeutet, daß die Relativgeschwindigkeit der Tröpfchen zum Gasstrom gering ist oder sogar auf Null abgesunken ist.

Ein hoher Wirkungsgrad läßt sich beim Waschen des Gasstxoms erzielen, da zwei Vorgänge zur Reinigung beitragen. Die geladenen Tröpfchen haben eine hohe Geschwindigkeit in Bezug auf die im Grasstrom enthaltenen Teilchen und bewegen sich q.uer zur Flußrichtung deB Gases. Bei den meisten Anwendungen sind die Tröpfchen viel größer als irgendwelche im Gasstrom enthaltenen Teilchen. Pur Teilchen mit einer Größe von mehr als 3 Mikron ergibt sich deshalb eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß ein Tröpfchen mehr als einmal mit einem Teilchen zusammenstößt und es vollkommen umschließt. Die Teilchen nehmen dabei die Ladung des Tröpfchens an und werden deshalb an die Sammelelektrode gezogen.

Der zweite zur Reinigung beitragende Vorgang ergibt sich aus der Bildung induzierter Ladungen auf den Teilchen. Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 0,6 Mikron werden gewöhnlich von einem sich bewegenden Tröpfchen weggestoßen, da sich ein aerodynamischer Strudel hinter dem sich bewegenden Tröpfchen ausbildet. Doch erzeugt die starke Ladung des Tröpfchens bei Annäherung eines Teilchens einen Dipol auf demselben. Da die Ladung in Bezug auf das Umgebungsgas fast den größtmöglichen Wert hat, überschreitet die am Teilchen auftretende Ladung häufig die Durchschlagsfeldstärke und eine Koronaentladung bildet sich aus. Das Tröpfchen adsorbiert das vom Teilchen abgegebene Elektron und das Teilchen verbleibt positiv geladen wie das Tröpfchen. Anschließend werden Tröpfchen und Teilchen an die Sammelelektrode gezogen.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, kann Versorgungsrohr 22 ver-^ längert werden und die Zahl der Düsen kann erhöht werden, um einen Durchflußkanal mit größerem Durchmesser zu überdecken.

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Im Falle von Durchflußkanälen mit sehr großen Querschnitten können zwei oder mehrere Rieselturmstufen nebeneinander mit zwischengeschalteten Sammelelektroden angebracht werden. Auch lassen sich Stufen stromabwärts von der ersten Skrubber-Elnheit aus gesehen anbringen. Figur 3 zeigt das Zusammenwirken einer oberen Stufe 26 mit einer unteren Stufe 27, wobei jede Stufe im wesentlichen der in Figur 1 dargesteilten.Skrubber-Einheit ähnelt. Die Umhüllungsiinien der von jeder Düse ausgehenden Tröpfchenbahnen sind mit gestrichelten Linien 28 angedeutet. Es ergeben sich fächerartige Tropfenmuster, die 90° nach vorwärts und rückwärts schwingen. Ein Überschneiden findet nicht statt, doch ändert sich periodisch die Raumausfüllung. Die benachbarten Tropfenmuster bilden einen verkleinerten Raum 29, der mindestens teilweise durch Vermischung im Gasstrom entsteht. Bei Bedarf kann außerdem stromabwärts eine weitere Stufe eingesetzt werden, deren Düsen in Achsialrichtung gegenüber der stromaufwärts gelegenen Stufe versetzt sind.

In Versuchen wurde unter anderem ein Gasdurchflußkanal

2 mit einer Querschnittsfläche von 1000 cm verwendet. Die Düsen für die austretende Flüssigkeit bestanden aus 3,8 cm langen Injektionsnadeln mit Innendurchmessern von 0,4 oder 0,8 mm. Bei den Versuchen mit Nadeln mit 0,4 mm Innendurchmesser wurden Leitungswasser, eine Spannung von 38 - 47,5 kV, Gas durchflußgeschwind igke it en von 1,50 und 2 m/sec und TJmgebungs- und Gastemperatüren von 130° G verwendet? es ergaben sich im Falle einer einzigen Stufe Wirkungsgrade von 93»! mit Flugasche und von 86% mit Staubzusammenballungen einer Asphaltfabrik bei normalen Umgebungsbedingungen. Die entsprechenden Werte bei erhöhten Temperaturen waren 85$ und 79>7$. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Erzeugung stark geladener Flüssigkeitströpfchen mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes j das um eine als Düsenspitze ausgebildete Elektrode erzeugt wird. Die stark geladenen Tröpfchen erreichen eine höhere Geschwindigkeit im elektrostatischen Feld als

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Tröpfchen ähnlicher Größe bei niedrigeren Ladungsdichten. Die Wahrscheinlichkeit von Zusammenstößen zwischen Tropfohen und Feststoffteilchen eines Verunreinigungen enthaltenden Gases steigt mit zunehmender Geschwindigkeit der Tröpfchenbewegung. Auf sehr kleinen feststoffteilchen induzierte Ladungen führen dazu, daß Teilchen an die Sammelelektrode gezogen werden, während sie bei bekannten Vorrichtungen häufig an der Sammelelektrode vorbeigeführt werden. Ein mit geladenen Tröpfchen arbeitender Rieselturm der erfindungsgemäßen Form ergibt höhere Gasdurohströmgeschwindigkeiten und ermöglicht die Verwendung einer kleineren Niederschlagszone als in bekannten Vorrichtungen dieser Art, sodaß die Gesamtabmessungen des Skrubbers verringert werden können. Da der zur Sammlung der Feststoffteilchen führende Hechanismus auf direkten Zusammenstößen zwischen Feststoffteilchen und Tröpfchen sowie auf Aufladung der Feststoffteilchen in einer oberflächlichen Koronaentladung beruht, ist der Wirkungsgrad der Ansammlung von Feststoffteilchen im wesentlichen unabhängig vom spezifischen Widerstand des die Teilchen aufbauenden Materials. Das Arbeitsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist deshalb besonders geeig- ' net zur Entfernung von Feststoffteilchen mit Durchmessern im Mikronbereich und mit hohem spezifischen Widerstand, die mit bekannten Abscheidevorrichtungen nur ungenügend aus Gasströmen entfernt werden.

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Claims

NEUEIR PATENTANSPRUCH:

1. Mit geladenen Tröpfchen arbeitender Rieselturm zum Reinigen oder Waschen eines Gasstroms nach Patentanmeldung P 21 39 300,0-23, gekennzeichnet durch mehrere längliche, elektrisch leitende Auslassdüsen (17a - 17e) für Flüssigkeit, eine in der Nähe der Düsen angebrachte Sammel elektrode (Auffänger 12), Vorrichtungen zur Zuführung von Flüssigkeit zu den Düsen, eine an jede der Düsen (17a - 17e) und die Sammel elektrode angeschlossene Spannungsquelle (20) mit Mitteln zur Einstellung der Spannung zwischen den Düsen und der Sammelelektrode auf Werte in der Nähe der Durchschlagspannung und Vorrichtungen zum Einregulieren des Flüssigkeitsflusses durch jede Düse, so dass die hydrodynamischen Bedingungen nicht zur Tröpfchenbildung führen und dass die günstigste Ausflussgeschwindigkeit bei Übertragung maximaler Ladung an die Flüssigkeitströpfchen eingestellt werden kann.

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

PATENTANSPRÜCHE

1. Mit geladenen Tröpfchen arbeitender Riese>türm zum Reinigen oder Waschen eines uasstroms, gekennzeichnet durch mehrere längliche, elektrisch leitende Anlaßdüsen (17a - 17e) für. Flüssigkeit; eine in der Nähe dejfiKisen angebrachte Sammelelektrode (Auffänger 12); Vorrichtungen zur Zuführung von Flüssigkeit zu den Düsen; ein« an jede der Düsen (17a - 17e) und die Sammelelektrode angeschlossene Spannungsquelle (20) mit Mitteln zur Einstellung der Spannung zwischen den Düsen und der Sammelelektrode auf Werte in der Nähe der Durchschlagspannung; und Vorrichtungen zum Einregulieren des Flüssigkeitsflusses dupcii jede Düse, sodaß die hydrodynamischen Bedingungen nicht zur Tröpfchenbildung führen und daß die günstigste Ausflußgeschwindigkeit bei Übertragung maximaler Ladung an die fUssigkeitströpfchen eingestellt werden kann.

2. Rieselturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelelektrode röhrenförmige Wandabschnitte (Auffänger 12) umfaßt, die parallel zu den Ausflußdüsen (17a - 17e) der Flüssigkeit verlaufen.

3. Verfahren zum Reinigen oder Waschen eines Grasstroms, gekennzeichnet durch Einsatz einer länglichen Auslaßdüse für Flüssigkeiten und mindestens einer Sammelelektrode; Anlegen einer Spannung an die Düse und die Sammelelektrode; Einstellung der Spannung auf die anfängliche Durchschlagsspannung der Düsenspitze; Zuführung einer Flüssigkeit an die Düsenspitze; Einstellung der Durchflußgeschwindigkeit in der Düse auf optimale Werte unter der Nebenbedingung, daß die größtmögliche Ladung auf den Tröpfchen erreicht wird und daß die Durchflußgeschwindigkeit nicht zur hydrodynamischen Ausbildung von Tröpfchen ausreicht.

4-· Verfahren zum Reinigen oder Waschen eines Gas Stroms nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Verwendung einer Düse

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mit dem kleinstmöglichen Querschnitt, der ausreiclit zur Erzielung des größtmöglichen Reinigungseffekte bei den vorhandenen Konzentrationen der Feststoffteilchen im Gasstrom.

5. Verfahren zum Reinigen oder Waschen eines Gasstroms nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Anbringung der Düsenachsen parallel zur Flußrichtung des G-asstroms, sodaß die Düsenöffnungen stromabwärts weisen.

6. Verfahren zum Reinigen oder Waschen eines Gasstroms nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffängerelektrode auf Erdpotential und die Düsen auf einem positiven Potential gehalten werden, sodaß eine positive Koronaentladung entsteht.

7. Verfahren zum Reinigen oder Waschen eines Gasstroms nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Verwendung einer Düse, die so ausgestaltet ist, daß die Ausbildung eines Lichtbogens hintangehalten wird.

8. Verfahren zum Reinigen oder Waschen eines Gasstroms nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Verwendung mehrstufiger Vorrichtungen.

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