DE3121054C2

DE3121054C2 - "Verfahren und Vorrichtung zur elektrostatischen Staubabscheidung

Info

Publication number: DE3121054C2
Application number: DE19813121054
Authority: DE
Inventors: Serge Chatenay Malabry Larigaldie; Joseph Boulogne Taillet
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1980-05-29
Filing date: 1981-05-27
Publication date: 1986-10-30
Also published as: JPS6028545B2; CH642870A5; JPS5763149A; GB2079187A; SE447797B; SE8103330L; DE3121054A1; GB2079187B

Abstract

In einem Verfahren zur Abscheidung von Staub aus Gasatmosphären, insbesondere stauberfüllten, heißen Verbrennungsgasen, Silo-Atmosphären u.dgl. werden die zu entstaubenden Gase in einen durchgängigen Behälter geführt, wo die enthaltenen Stäube durch eine Raumladung aufgeladen und anschließend elektrostatisch abgeschieden werden. In einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden zur Erzeugung der Raumladung in einer mit dem Behälter durch eine Öffnung verbundenen, separaten Kammer aerosolförmige Mikroteilchen ionisiert. Hierzu wird in der Kammer ein Strom feuchten Druckgases durch eine Korona-Entladung geführt. Die Kammer ist als in den Behälter öffnende Überschall-Düse gebaut. Durch Mischung der zu entstaubenden Gase mit den aus der düsenförmigen Kammer kommenden, geladenen Mikroteilchen tritt bei diesen eine Zustandsänderung ein, bei der die Ladungen frei werden und auf die Staubteilchen übergehen.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von in einem Gas schwebenden Teilchen, bei welchem das Gas einen Raum durchströmt, in einer anderen Kammer als dem Raum in einer feuchten Strömung elektrisch geladene Teilchen erzeugt werden, weiche in den Raum eingesprüht werden und bei der Übertragung ihrer Ladung auf die in dem Gas schwebenden Teilchen deren Zustand ändern, worauf letztere durch elektrostatische Niederschlagung abgeschieden werden.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführui.t, dieses Verfahrens mit einem Raum für den Gasstrom, mit einen Ionenerzeuger umfassenden Mitteln für eine Korona-Entladung zur elektrischen Aufladung von Teilchen und mit Mitteln zur elektrostatischen Abscheidung geladener Teilchen längs dem Weg der Gasströmung, wobei der Ionenerzeuger in einer getrennten^Kammer angeordnet ist, die mit dem Raum über eine Öffnung in Verbindung steht.

Eine solche Vorrichtung gebt auch davon aus, daß in den Gasstrom suspendierte Teilchen unter Mitnahme von Außenluft eingebracht werden.

In einer solchen Vorrichtung nach der DE-OS 27 09 808 wird das zu reinigende Gas durch einen Raum geführt, in welchem in dem Gas suspendierte Teilchen aufgeladen werden. Dieses Gas strömt dann in einen vertikalen Raum, dessen Querschnitt die Durchgangsgeschwindigkeit vermindert, und in diesen Raum werden feste oder flüssige Kügelchen mit einer umgekehrten Aufladung eingegeben, und zwar durch Injektorwirkung mit einer gewissen Menge Außenluft. Diese Vorrichtung basiert auf einer Entstaubung durch Wassertröpfchen, die man anschließend auszuscheiden versucht.

Bei einer solchen Entstaubung liegt gemäß vorstehend angegebener Literatursteile eine Problematik darin, daß solche Wassertröpfchen zusammentreffen können. Die bekannte Vorrichtung geht davon aus, daß sich anziehende Teilchen, deren Weg sich nicht schneiden, sich nur dann treffen, wenn ihre relative Geschwindigkeit unter einem Grenzwert liegt. Daher wird der zusätzliche Fluß elektrisch geladeaer Kügelchen über eine von der Verschmelzungsleitung getrennte Einrichtung eingespeist, und die Kügelchen sind praktisch in dem zu reinigenden Gas in Suspension.

Aus der DE-PS 8 64 862 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behändem von Luft oder Gasen, besonders zum Entstauben oder Entkeimen, oder zum Einführen von im Luft- oder Gasstrom zugeführten feinsten festen Teilchen in Flüssigkeit bekannt. Dabei wird ein Strom eines zu reinigenden Gases mit Wasserdampf und anschließend mit Wassernebei übersättigt und anschließend gekühlt, um einen Teil des Wasserdc^npfes zu kondensieren. Staubhaltige Tröpfchen werden durch einen Tröpfchenabscheider aufgefangen.

Solche Techniken stellen eine Auswaschung des zu reinigenden Gases mit Wasser dar und gesiatten daher keine Trockenbehandlung des Gases oder van allen Atmosphären, bei denen die Bildung von Schlämmen vermieden werden soll. Sie sind überdies unwirksam bei Atmosphären mit Temperaturen, bei denen die Wassertropfen verdampfen, bevor sie sich mit den auszuscheidenden Teilchen vereinigen.

Die Erfindung zie!t insbesondere darauf ab, feste, in einem Gas schwebende Teilchen von dem Gas zu ticnnen, indem dieses in einen Raum eingeführt wird, in dem die festen Teilchen durch elektrostatische Wirkung zurückgehalten werden.

Die Verfahren der elektrostatischen Staubabscheidung beruhen darauf, daß die elektrisch geladenen Stäube von einer oder mehreren Elektroden angezogen werden, die auf ".in dem des Staubes entgegengesetztes Potential aufgeladen sind.

Daher enthalten die Vorrichtungen zur elektrostatischen Staubabscheidung erstens Mittel, :oiit denen man die im Staub beladenen, gasförmigen Fluide in einem abgeschlossenen Raumteil herumführen kann, zweitens eine Vorrichtung, nit der man die Stäube elektrisch aufladen kann, und drittens einer oder mehrere Elektroden, um die besagten Stäube anzuziehen.

Gemäß einer solchen bekannten Technik lädt man

die in einem Gasstrom enthaltenen, zu reinigenden Stäube elektrisch auf, indem man eine Korona-Entladung in dem betreffenden Gas erzeugt. Hierzu läßt man das Gas in dem Zwischenraum zwischen einer ersten Elektrode, die durch eine leitende Spitze oder einen s ausgespannten, leitenden Draht gebildet wird, und einer zweiten Elektrode von verhältnismäßig großer Oberfläche vorbeistreichen, die z. B. eben oder zylindrisch ist, und legt an die Einrichtung zwischen den Elektroden eine Spannungsdifferenz in der Größenordnung von einigen 10 kV an.

Das sehr starke elektrische Feld in der Umgebung der ersten Elektrode bewirkt die Bildung von Entladungslawinen in einem kleinen, als aktiven Raumteil bezeichneten Bereich, in dem eine große Anzahl von Ionen und Elektronen erzeugt werden. Die sehr beweglichen Elektronen neigen dazu, den Aktivraum schnell zu verlassen, wobei sie in der Außenschicht dieser Zone eine höhere positive oder negative Ionenkonzentration hervorrufen, je nachdem, ob die erste Elektrode positiv oder negativ in bezug auf die zweite Elektrode ist. Diese Ionenkonzentration bildet eine Raumladung. Die Stäube, die in dem Raumladungsbereich herumtreiben, nehmen durch Diffusion oder Stoßionisation eine Ladung von demselben Vorzeichen wie die Raumladung an. Die schließliche Aufladung eines jeden Staubteilchens hängt ab von seiner Größe, von seiner Verweilzeit in dieser Zone und von der Stärke der Raumladung und wird gemessen durch das Produkt aus der Menge der ionisierten Teilchen pro Rauminhalt mal der Ladung dieser Teilchen.

Falls die mit Staub beladenen Gase explosiv sind, z. B. in der Atmosphäre eines Getreidesilos, in dem die sehr feinen Kleber-Stäube, die sich in der Umgebungsluft zusammenballen, eine leicht detonierende Mischung darstellen, verbietet sich die Erzeugung einer Korona-Entladung, da der kleinste Funke einen beträchtlichen Schaden verursachen könnte.

Die Ergiebigkeit einer Korona-Entladung nimmt in dem Umfang ab, wie die Temperatur der Gas-Atmo-Sphäre ansteigt, in der sie erzeugt wird, weil die Moleküle des gasförmigen Fluidums thermisch angeregt werden. Sobald eines dieser Moleküle mit einem negativen Ion zusammenstößt, wird bei diesem in einer Stoßionisation eine Elektron abgelöst, was eine Vergrößerung des Elektronenstroms der Entladung hervorruft, was wiederum zur Folge hat, daß die Ergiebigkeit bei der Erzeugung der Raumladung abnimmt, so daß die Entladung instabil wird. Deswegen ist es schwierig, von Feuerungen stammecte Verbrennungsgase, z. B. die Verbrennungsgase aus einem mit Magerkohle beschickten Fließbett oder einer Rekuperationsverbrennung von Stoffen mit niedrigem Heizwert mit Hilfe einer Korona-Entladung von Stäuben zu reinigen.

Wegen des Fehlens wirksamer Entstaubungsvorrichtungen konnte man bisher solche Verbrennungseinrichtungen nicht direkt Kolbenmaschinen oder Gasturbinen vorschalten, weil diese sonst schnell durch die Staubeinwirkung zerstört worden wären.

Um an einem elektronischen Luftreiniger nach der GB-PS 15 87 983 die Verschmutzung der Elektrodendrähte, welche üblicherweise in einem zu reinigenden Gasstrom angeordnet sind und zur elektrostatischen Aufladung der in dem Gas schwebenden Schmutzpartikel dienen, zu verringern, ist der vom Gas durchströmte Raum an einer Seite ausgebuchtet, und in dieser Ausbuchtung, die ohne Hindernis frei mit dem durchströmten Raum kommuniziert, sind die Elektroden angebracht. Da diese Ausbuchtung keinerlei eigene Zuführleitungen aufweist, ist sie von dem zu reinigenden Gas gefüllt. Die Verschmutzung der Elektroden wird lediglich deshalb verringert, weil aufgrund einer hohen Durchströmungsgeschwindigkeit die schweren Staubteilchen nur in geringerem Maße verwirbeln und überwiegend direkt zu dem Abscheider strömen werden. Der Entladungsraum enthält das zu reinigende Gas, allerdings in einer Zusammensetzung, bei der die kleinen Staubteilchen in einem höheren Prozentsatz als die schwereren Staubteilchen enthalten sind. Zur Verringerung der Elektrodenverschmutzung reicht nach dieser Schrift die Unterbringung der Elektroden in einer Ausbuchtung aus.

Aus der US-PS 28 41 242 ist eine Behandlung von Rauchgasen, insbesondere zur Sammlung suspendierten pratikulierten Materials aus Rauchgasen mit einem geringen Prozentsatz von Schwefeldioxyd bekannt. Dabei wird aber ein Ozon enthaltendes Gas in das Rauchgas gelenkt, um eine chemische Umwandlung im Gasstrom herbeizuführen, worauf dann das suspendierte, partikulierte Material durch eine elektrostatische Zone mit hohem Potential geführt wird.

Nach Eingabe des Ozons mittels mehrerer Düsen werden die Rauchgase zu einem Abscheider mit als Feindrähte ausgeführten Elektroden geleitet. Durch ein eingestelltes elektrostatisches Abscheidefeld erfolgt die Reinigung, und das abgeschiedene Material wird in Trichtern gesammelt.

Die Düsen zur Einbringung des Ozons sind an einen üblichen Ozonerzeuger angeschlossen. In diesem sind mehrere als feine Drähte ausgeführte Entladungselektroden vorhanden. Die so behandelte Luft wird durch ein Gebläse zu den Düsen gedrückt. Um zwecks Vermeidung eines Ozonverlustes die Temperatur des Gases vor der Einführung des Ozons abzusenken, kann ein üblicher Wärmeaustauscher vor den Ozon einsprühenden Düsen angeordnet sein.

Diese Düsen können in Verbindung mit einer venturiförmigen Gasführung angeordnet sein. Dabei wird nur die Strömungsgeschwindigkeit mit sich daraus ergebenden Folgen an den Düsen erhöht.

Aus der US-PS 38 07 137 ist ein Verfahren zur Trennung von Staub aus einem Gas bekannt, bei welchem in einem Gaswäscher Flüssigkeitstropfen mit dem Gas gemischt werden und bei welchem die Tropfen, die gegen die Strömung in das Gas gesprüht werden, elektrisch geladen und auf ein solches Potential gebracht werden, daß die Oberflächendichte der Tropfen im wesentlichen einer elektrischen Feldstärke ent-.Ticht, welche gleich der Durchbruchsfeldstärke des Gases ist. Die Düsen sind jeweils von einer ebenfalls im Gasstrom angeordneten Influenzelektrode umgeben, weiche ein starkes elektrisches Feld erzeugt. Die aus den Düsen austretenden Tropfen werden dabei während des Austritts einem starken elektrischen Feld ausgesetzt, dessen Stärke und Polarität von dem Potential der Elektroden abhängen, welche mit einer Hochspannungselektrode verbunden sind.

Dabei kann bei der elektrischen Aufladung der Tropfen eine Korona-Entladung im vom zu entstaubenden Gas durchströmten Raum entstehen. Daher eignet sich diese Vorrichtung nicht zur Reinigung von mit Staub beladenen Gasen, welche explosiv sind, z. B. in der Atmosphäre eines Getreidesilos, in dem die sehr feinen Kleber-Stäube, die sich mit Umgebungsluft zusammenballen, eine leicht detonierende Mischung darstellen, da bereits der kleinste Funke einen beträchtlichen Schaden

verursachen könnte. Auch bei den anderen genannten Lituraturstcllen erfolgt der Vorgang jeweils im gleichen Raum mit den sich daraus ergebenden Nachteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abtrennung von festen oder staubförmigen, in einem Gas in Schwebe befindlichen Teilchen durch elektrostatische Abscheidung und eine entsprechende Verneinung dadurch zu verbessern, daß explosive Staubgemische auch bei erhöhter Temperatur mit einem verbesserten Abscheidewirkungsgrad entstaubt werden.

Diese Aufgabe wird durch das eingangs angegebene Verfahren dadurch gelöst, daß die Aufladung in der anderen Kammer durch Korona-Entladung angeregt wird und in dieser Kammer durch eine Uberschall-Entspannung Mikrokristalle aus Eis erzeugt werden, welche die Ionen in der Entladungszone einfangen, und daß die Mikrokristalle in den genannten Raum injiziert wetUCM und u'ui i uuiCii Vcs dämpfung Ouci Sublimation eine Raumladung auf dem Weg der Gasströmung erzeugen. Dadurch werden elektrische Ladungen in einem Milieu und die Raumladung in einem anderen Milieu erzeugt, die in elektrischer Hinsicht voneinander unabhängig sind. Weiter ergibt sich durch die Erzeugung von Mikrokristallen aus Eis der Vorteil einer Unterstützung der Ladung.

Gemäß der Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in dieser Kammer zur Zuführung der geladenen Teilchen in den Raum mit der Gasströmung im Bereich der Öffnung Mittel zur Erzeugung einer Überschuil-Entspannung eines feuchten geladenen Gases und Mittel für eine Korona-Entladung in der Zone der Überschall-Entspannung des Gases vorgesehen sind und daß die entstehenden Mikrokristalle des gebildeten Aerosols durch die Öffnung in den genannten Raum zur Aufladung injizierbar sind.

Einbezogen werden dabei noch Vorrichtungen mit einem besonderen Aufbau.

Vorteilhaft wird die elektrische Aufladung der getrennten Strömung eben durch Korona-Aufladung in einer anderen gasförmigen feuchten Strömung erreicht, wobei dann Mikro-Eiskristalle zur Unterstützung der Ladung herangezogen werden.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Es ist zu entnehmen, daß gewonnene Aerosolteilchen durch Überschall-Entspannung im Bereich der Korona-Entladung von mit Feuchtigkeit beladener Preßluft gewonnene Eisteilchen sind. Die mikroskopischen Eisteilchen verdampfen oder sublimieren in dem Zirkulationsraum bei der Berührung mit dem zu reinigenden Gas und befreien die Ionen, die sie zur Bildung der Raumladung mit sich führen.

Durch diese Verfahren stellt man daher in einem ersten, in der genannten Kammer befindlichen Milieu elektrische Ladungen her und überführt diese darm in ein zweites Milieu, das sich in dem Zirkulationsraum des zu renigenden Gases befindet, um dort eine Raumladung zu erzeugen. Das erste und zweite Milieu sind in elektrischer Hinsicht voneinander unabhängig; daher kann kein Funke aus dem ersten Milieu in das zweite Milieu vordringen. Außerdem sind die dem ersten Milieu, in dem die Ionen erzeugt werden, eigenen Merkmale nicht durch die des zweiten Milieus beeinflußt, indem man diese Ionen zur Aufladung von durch elektrostatische Mittel niederzuschlagenden Teilchen benutzt.
! Es ist vorgesehen, daß die Raumladung auf dem Wege des zu reinigenden Gases auf einem Wert gehalten wird, der deutlich unter demjenigen liegt, der für die Zündung einer Korona-Entladung in irgendeinem zu dem betreffenden Zirkulationsraum gehörigen Teil ausreichen würde. Auf diese Weise schaltet man die mit der Entladung oder mit Funken verbundenen Gefahren vollkommen aus, falls das Gas oder die zu reinigende Atmosphäre explosiv sein sollte.

Die Größe der Raumladung ist daher einerseits zu ίο schwach, um eine Gefahr darzustellen, aber andererseits wirksam genug, um die abzuscheidenden Teilchen elektrostatisch aufzuladen.

Überdies sieht man bei derartigen Atmosphären vor, daß in der erstgenannten Kammer eine negative Korona-Entladung benutzt wird. Man bekommt auf diese Weise eine gute Ergiebigkeit der Energie und eine stabile Übertragung von negativen Ionen auf dem Strömungsweg der zu reinigenden Gasströme.

Falls eine Atmosphäre m;t hoher Temperatur zu rcinigen ist, sieht das Verfahren erfindungsgemäß vor, die Korona-Entladung in einer Kammer mit einer Temperatur aufrechtzuerhalten, die niedrig genug ist, um eine gute Ergiebigkeit der Raumladung zu bekommen, die durch Ionen aus dieser Kammer entsteht, und diese Ionen in die heißen, zu reinigenden Gase zu überführen. Vorteilhafterweise entstehen die zu injizierenden positiven Ionen durch eine positive Korona-Entladung. Man vermeidet so, daß in der zweiten Kammer Elektronen auftreten, die durch den Zusammenstoß von negativen Ionen mit Molekülen erzeugt werden können, die durch die Wärmebewegung angeregt worden sind.

Außerdem ist vorgesehen, daß die Raumladung

dadurch regelbar ist, daß man die Wahrscheinlichkeit der Elektronenerzeugung durch Ionisation in dem heißen zu reinigenden Gas begrenzt. Diese Regelung läßt sich dadurch bewirken, daß die an die Spitzenelektrode gelegte Spannung, durch welche die Korona-Entladung in der ersten Kammer erzeugt wird, beeinflußt wird, was zu einer Veränderung des durch die Mikroteilchen in den zweitgenannten Raum beförderten Stroms führt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Teildarstellung einer Vorrichtung;

Fig. 2A und 2B Ansichten von Anordnungen von Injektoren in einer Vorrichtung nach Fig. 1 im Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Injektors im Längsschnitt;

Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Fig. 1 in Teildarstellung mit ausgebrochenen Teilen, teilweise im Schnitt;

Fig. 5 einen schematischen Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Heißgasentstaubungsvorrichtung;

Fig. 6 einen Horizontalschnitt längs der Linie VI-VI durch Fig. 5;

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfühningsform eines Injektors einer beschriebenen Vorrichtung;

Fig. 8, 9 und 10 Ansichten dreier Varianten der Ausführungsform nach Fig. 7;

Fig. 11 eine Ansicht eines weiteren Anwendungsbeispiels des Injektors.

Die Vorrichtung hat gemäß Fig. 1 einen Reaktonsraum 10 in Form eines durchgängigen Quaders, der durch zwei zueinander parallele Wandflächen 11 und

12, einen Boden 13 und eine in Fig. 1 nicht dargestellte, jedoch zum Beispiel aus Fig. 2A und 2B ersichtliche obere Wandfläche 15 begrenzt ist. Der Reaktionsraum 10 hat einen Eingang 14 und einen Ausgang 16 für das zu reinigende Gas, aus dem beim Durchgang feste s Teilchen abgeschieden werden. Der Eingang 14 führt in eine Aufladungszone 17, der entlang des Weges des zu reinigenden Uases im Reaktionsraum 10 in Durchgangsrichtung einer elektrostatischen Abscheidungszone 19 folgt, die eine Vielzahl von zu den parallelen Wandflächen 11, 12 parallele Platten 20 aufweist, die abwechselnd mit dem positiven bzw. negativen Anschluß einer Spannungsquelle verbunden sind.

ίη die Aufladungszone 17 mündet eine Vielzahl von in vertikalen Reihen 23 und 24 angeordneten Injektoren is 21, von denen die in der Reihe 23 die Wandfläche 11 und die in der Reihe 24 die Wandfläche 12 durchsetzen.

Jeder Injektor 21 hat an seinem vorderen Rand eine in den Rcäkiionsrauiü 10 mündende Düsen-Öffnung 25 (Fig. 2A und 2B), wobei ein Düsenkörper 26 die Wandflächen 11 und 12 in senkrechter Richtung zu ihnen durchsetzt und ein hinterer oder bezüglich der parallelen Wandflächen äußerer Teil 28 jeweils einerseits mit einer gemeinsamen Preßluftleitung 29 für die Zuführung von feuchter Preßluft und andererseits mit einer Hochspannungszuleitung 42 verbunden ist (Fig. 2A).

Die Injektoren 21 nach Fig. 2 A, fünf in jeder Reihe 23 und 24, sind derart in den Wandflächen 11 und 12 angebracht, daß sich eine Düsen-Öffnung 25 jedes Injektors der Reihe 23 gegenüber einer Düsen-Öffnung 25 des entsprechenden Injektors der Reihe 24 befindet.

Die Injektoren nach Fig. 2B sind derart versetzt gegeneinander angeordnet, daß die Achsen der Injektoren der einen Reihe 24' der Wandfläche 12 gegenüber den Achsen der anderen Injektoren der Reihe 23' in der Wandfläche 11 versetzt sind.

Gemäß Fig. 3 weist jeder Injektor 21 einen rohrförmigen, leitenden oder nichtleitenden, eine zylindrische innere Kammer 32 umschließenden Körper 30 auf. Jeweils befindet sich eine durch einen Düsenhals 35 gebildete Düse 34 in axialer Anordnung des Injektors 21 in dessen vorderem Teil. Eine zu einem ringförmigen Ausgang 36 führende Düsenerweiterung bildet die eigentliche Düsen-Öffnung 25 als Injektionsteil. Der hintere Teil 28 des rohrförmigen Körpers 30 ist durch einen Hohlzylinder 38 verlängert, der durch eine hintere Wandfläche 40 geschlossen ist und eine seitliche, mit der Preßluftleitung 29 verbundene Öffnung 39 aufweist. Die hintere Wandfläche 40 hat eine abgedichtete und isolierende Durchführung 41, durch die die Hochspannungszuleitung 42 durchgeführt ist bzw. an welche diese Hochspannungsleitung angeschlossen ist. In Verbindung mit der isolierenden Durchführung 41, insbes. der Hochspannungszuleitung 42, steht eine zentrale Elektrode, im folgenden Nadelelektrode 45 genannt. Sie ist durch eine sternförmige, drei Arme aufweisende, isolierende Halterung 44 an der Innenfläche des rohrförmigen Körpers 30 abgestützt. Die metallische Nadelelektrode 45 erstreckt sich entlang der Achse des rohrförmigen Körpers 30. Ihre Spitze reicht bis an den Düsenhals 35. Die Düse 34 besteht ebenfalls aus einem elektrisch leitenden Material und bildet eine zweite Elektrode, die über ein Kabel 49 mit einer Gleichspannungsquelle 48 verbunden ist und über eine Verbindung 51 an Masse angeschlossen ist. Die Nadelelektrode 45 ist über die Hochspannungszuleitung 42 mit dem anderen Po! der Gleichspannungsquelle 48 verbunden, die eine Hochspannungsquelle ist.

Wenn die Spannung im Betrieb einen genügend hohen Wert erreicht hat, stellt sich eine Korona-Entladung zwischen der Nadelelektrode 45 und der Düse 34 in dem den Düsenhals 35 durchquerenden feuchten Gas ein.

Wenn dabei die mittlere oder Nadelelektrode 45 elektrisch negativ ist, zieht sie positive Ionen an, und die negativen Elektronen diffundieren von ihr fort. Wo sich in dem Gasfluidum die Entladung bildet, vereinigen sich die Elektronen schnell mit den Molekülen des elektronegativen Gases und erzeugen negative Ionen, die nicht so beweglich wie die raumladungbildenden Elektronen sind. Man kann zeigen, daß die Ergiebigkeit an elektrischer Energie bei der Bildung einer negativen Raumladung sich um so mehr erhöht, je mehr das die Entladung bildende Gas die Erzeugung von negativen Ionen erleichtert. Die geringe Beweglichkeit der negativen Icrisri ermöglicht überdies rurid urn die zentral angeordnete Nadelelektrode 45 eine stabile Raumladung. Dies ist bei trockener oder feuchter Luft der Fall. Bei schwach elektronegativen Gasen muß man mit Instabilitätserscheinungen rechnen, sobald die Elektronen nicht unter Bildung von negativen Ionen verschwinden, sondern ionisierte Strecken quer durch das Gas bilden, die zu elektrischen Lichtbogen degenerieren und den Kurzschluß der zentralen Nadelelektrode und infolgedessen Ausfall der Vorrichtung bewirken können.

Wenn die zentrale Nadelelektrode 45 positiv ist, werden sich die Elektronen unter Hinterlassung einer großen Ionenmenge schnell zu der Nadelelektrode hinbewegen, wobei die Ionen ein genügend dichtes Plasma erzeugen, um eine ionisierte, wie ein Zündfunken erscheinende Strecke zu bilden.

Diese Entladungsstrecke setzt sich von der Nadelelektrode 45 ausgehend in Richtung auf die zweite Elektrode fort und schiebt dabei die aktive Zone, den Entstehungsort der Entladungslawinen, vor sich her. Falls die Ionenstrecke bis zu der zweiten Elektrode vordringt, tritt zwischen den beiden Elektroden ein Kurzschluß auf. Wenn man die zwischen den beiden Elektroden herrschende Potentialdifferenz begrenzt, kann man das Vordringen der aktiven Zone derart einschränken, daß die Entladung ohne Entstehung eines Zündfunkens und ohne Auftreten eines gefährlichen Kurzschlusses aufrechterhalten wird, wobei die aktive Zone von einer aus positiven Ionen gebildeten Raumladung umgeben ist.

Die in den rohrförmigen Körper 30 der Düse eingelassene Luft hat eine mittlere Luftfeuchte von z. B. 50% unter Nonnalbedingungen der Temperatur und des Druckes. Man verfügt hier über eine genügende Toleranzbreite, und die gesamte Luft mit einer relativen Feuchte über 10% ist für die Durchführung des Verfahrens geeignet. Deshalb erübrigen sich bei Einsatz an verschiedenen Orten Maßnahmen zur Befeuchtung der Umgebungsluft. Falls die Luft zu trocken sein sollte, wird sie auf den für die Entspannung in der Überschall-Düse notwendigen Druck gebracht und vor dem Einlaß in den rohrförmigen Körper 30 der Düse durch einen Luftbefeuchter geführt.

Die Oberschall-Entspannung der feuchten Luft in dem als sich erweiternden Teil ausgeführten ringförmigen Ausgang 36. der auf die Düse 34 bzw. den Düsenhals 35 folgt, erzeugt aus Eis bestehende Mikroteilchen bzw. Mikrokristalle, deren Durchmesser die Größenordnung 10~⁵ mm hat und die die durch die erhöhte

Potentialdifferenz zwischen der Nadelelektrode 45 und der Düse 34 existierende Korona-Entladung erzeugten Ionen einfangen. Der Strahl der Mikroteilchen am Ausgang bzw. öffnung 25 der Düse 34 zieht die im Düseninncren eingefangenen Ionen mit sich in die Aufladungszone 17 des Raktionsraumes 10. Durch Verdampfung der aus Eis bestehenden Mikroteilchen werden die Ladungen einige 10 cm von der Düse entfernt wieder frei. Sie verbreiten sich alsbald durch Diffusion und unter der Wirkung ihrer eigenen Raumladung, bevor sie an den metallischen Oberflächen, den parallelen Wandflächen 11,12, dem Boden 13 und der oberen Wandfläche 15 entladen werden.

Die Größe der so entstandenen Raumladung läßt sich dadurch steuern, daß man auf die für die Bildung der Korona-Entladung maßgeblichen Parameter einwirkt, insbesondere auf die zwischen den Elektroden angewandte Potentialdifferenz, die Geschwindigkeit und der! Druck der Luft und die Abmessungen der die Entspannung der Preßluft bedingenden Düse.

Die Medgröße dieser Raumladung kann verhältnismäßig klein verglichen mit derjenigen sein, die durch die Korona-Entladung im Inneren des Injektors 21 bewirkt wird und die für eine Ionendichte in der Aufladungszone 17 sorgt, die ausreicht, um die im Gasstrom mitgeführten Staubteilchen derart aufzuladen, daß sie schließlich in der elektrostatischen Abscheidungszone 19 ausgeschieden werden können. Der durch die geladenen Mikroteilchen in die Aufladungszone 17 beförderte elektrische Strom ist verhältnismäßig klein, verglichen mit dem durch den Injektor 21 eingebrachten Strom. Der größte Teil dieses Stromes geht nämlich als lonenstrom auf die metallischen Wandungen der Aufladungszone 17 über, die parallel zu den Körpern der Düsen 34 an Masse liegen und die eine ähnliche Rolle spielen wie die Hilfselektrode der herkömmlichen, mit Korona-Entladung betriebenen Entstaubungsvorrichtungen.

Das mit Staub beladene Gasfluidum tritt in Richtung des Pfeiles 52 (Fig. 1) durch den Eingang 14 in den Reaktionsraum 10 und durchquert die Aufladungszone 17, wo die Staubteilchen sich durch Diffusion oder Stoßionisation in Berührung mit der Raumladung derart aufladen, daß sie alsbald an den entgegengestzt aufgeladenen, parallelen Platten 20 beim Durchqueren der Abscheidungszone 19 mit elektrostatischen Mitteln niedergeschlagen werden. Danach verläßt das gereinigte Gas den Reaktionsraum 10 in Richtung des Pfeiles 53.

Bei einem Ausführungsbeispiel liegt die Nadelelektrode 45 auf einem negativen Potential von 12 kV im Vergleich zur Düse 34, wodurch an deren Ausgang ein Strom von 50 uA entsteht, sobald der Injektor durch die Preßluftleitung 29 mit 20 m7Std. Preßluft, unter Normalbedingungen des Druckes und der Temperatur gemessen, unter einem Anfangsdruck von 6 bar beschickt wird. Bei einem Düsenhals-Durchmesser von 2,3 mm entsteht eine Überschall-Entspannung von ungefähr 1,5 Mach in der Düse.

Der Reaktionsraum 10 hat eine ungefähre Höhe vcn 100 cm und eine Breite von 40 cm. Die Aufladungszone 17 hat eine wirksame Länge von 20 cm, und die Injektoren 21 sind in dieser Zone direkt einander gegenüber angeordnet, wobei ihre Düsen-Öffnungen 25 einen Abstand von 30 cm voneinander haben. Jedes Paar von einander gegenüberliegenden Düsen läßt einen Strom von insgesamt 100 uA passieren, der bei der angenommenen Geometrie und unter Berücksichtigung der Ionenbeweglichkeit eine Raumladung von mindestens 10¹³ positiven oder negativen Ionen pro m³ in der Aufladungszone 17 entstehen läßt, was einem elektrischen Feld von 1,7 · 10⁵ Volt/m entspricht.

Das hinzutretende, zuvor mechanisch gereinigte Gas strömt mit einer Geschwindigkeit von 2 m/sek, wobei noch ein Staubstrom von 7 g/sek übrig bleibt und die Staubteilchen eine mittlere Größe von 3.ίΟ° mm aufweisen. Jedes Staubteilchen durchquert die Aufladung«- zone in 0,1 sek, wobei es im Mittel ungefähr 300 negative Ladungen aufnimmt, was einem Ladungsstrom in Richtung der Injektoren von 12 μΑ entspricht.

Der Strom der aufgeladenen Staubteilchen tritt danach in die Abscheidungszone 19 mit den folgenden Abmessungen:

Höhe 100 cm, Länge 100 cm, wobei der Abstand der abwechselnd positiv und negativ auf 10 kV aufgeladenen Platten 2,6 cm beträgt.

Die Geschwindigkeit des die geladenen Teilchen befördernden Gasstromes beträgt 2,8 m/sek in der Abscheidungszone 19 und die Verweildauer zwischen den Platten daher 0,35 sek, um eine quasi vollständige Abscheidung der Staubteilchen zu erreichen.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausfühiungsform einer Gasentstaubungsvorrichtung hat einen Reaktionsraum UO, der durch die Wand- bzw. Bodenflächen 111,112, 113 ähnlich den Wand- bzw. Bodenflächen 11, 12, 13 des Reaktionsraumes 10 in Fig. 1 begrenzt wird. Zwischen seinem Eingang 114 und seinem Ausgang 116 liegen hintereinander ein erstes Filterbett 115, das aus einer Menge langsam absinkender Kugeln besteht, und eine Aufladungszone 117, in die eine Reihe von Injektoren 121 einmünden, die zwei die jeweiligen Wandflächen 111 und 112 durchstoßende Reihen 123 und 124 bilden. Die Injektoren 121 sind entsprechend den in den Fig. 1 und 3 dargestellten ausgeführt. Im Anschluß an die Aufladungszone 117 ist ein zweites Filter 119 angeordnet, das ebenfalls aus einer sich langsam nach unten bewegenden Kugelschüttung besteht, die den Raum zwischen zwei metallischen Lochblechen oder Gitterwerken 125 und 126 ausfüllt. Letztere stehen senkrecht zu den Wandflächen 111 und 112 und sind mit den positiven bzw. negativen Klemmen einer Quelle hoher Gleichspannung oder mit den Klemmen eine* Wechselspannungsqu.elle verbunden, um die Staubteilchen des in die Aufladungszone 117 eingetretenen Gasflusses auf die durch Influenz aufgeladenen Filterkörner elektrostatisch abzuscheiden.

Das zu entstaubende Gas gelangt in Richtung des Pfeiles 152 zu dem Eingang 114; das gereinigte Gas tritt in Richtung des Pfeiles 153 aus dem Ausgang 116 wieder heraus. Die Trennvorrichtung der Fig. 4 unterscheidet sich von der im Vorhergehenden beschriebenen durch geringeren Raumbedarf.

Die beiden in den Fig. 1 und 4 beschriebenen Trennvorrichtungen können für die Entstaubung von Gasen benutzt werden, bei denen die Stäube isolierend wirken und die bisher bekannten Vorrichtungen daher unwirksam waren.

Die Entstaubungsvorrichtung der Fig. 5 und 6 kann zu entstaubende Gase bei einem Eintrittsdruck von 12 bar und bei einer Temperatur von 900° C verarbeiten, d. h. unter Bedingungen, wie sie bei der Verbrennung von Magerkohle und brennbaren Abfällen in einer nach der Art der Trockenasche-Fließbetten mit unter Druck betriebener Beschickung auftreten.

Diese Heißgasentstauber enthalten Abscheideelemente von im wesentlichen zylindrischer Form, und die

Gaszirkulation ist mit dem Ziel möglichster Minimierung der Wärmeverluste zwischen Eingang und Ausgang des Entstaubers gestaltet. Diese Gase stammen von einer Fließbett-Feuerung, die mit vorgewärmter Verbrennungsluft betrieben wird.

Die zu entstaubenden Gase werden unter Druck durch eine Rohrleitung 201 in einen Behälter 202 geleitet, der innen mit einer Wärmeisolationsschicht 203 ausgekleidet ist und im wesentlichen einen vertikalen Zylinder bildet, dessen obere und untere Enden jeweils als halbkugelige Kuppel 205 bzw. 206 ausgeführt sind. Zwischen der Wärmeisolationsschicht 203 und einer metallischen Innenwandfläche 211 ist eine Reihe von Lüftungskanälen 208 vorgesehen, in denen frische Luft zum Vorwärmen zirkuliert, bevor sie als Verbrennungsluft in die die heißen Gase erzeugende Feuerung eingeleitet wire¹. Im Inneren des durch die Lüftungskanäle 208 begrenzten Raumes befindet sich ein Kömer-Fließbett-Filter 207 mit bezüglich des Mittelpunktes im wesentlichen ähnlicher Form wie der Behälter 202. Dieses Filter 207 hat eine innere und eine äußere Trennwand 2i2 bzw. 214, zwischen denen ein mit kleinen (Durchmesser 2 mm) Aluminium-Kugeln gefüli.er, ein Fließbett bildender Raum 210 vorgesehen ist. In der Trennwand 212 befindet sich in ihrem oberen Teil eine Öffnung, die mit einem Rohr 216 verbunden ist, das die obere Kuppel 205 des unter Druck befindlichen Behälters 202 derart durchsetzt, daß Granulate 218 im Raum 210 in der Richtung des Pfeiles 220 zirkulieren können. An ihrem anderen Ende hat die Trennwand 212 ein Ausgangsrohr 222, das die untere Kuppel 206 des Behälters 202 durchsetzt, damit die Granulate 218 des Filter-Fließbettes im Raum 210 in Richtung des Pfeiles 224 wieder abgeführt werden können. Die den Raum 210 zwischen den Trennwänden 212 und 214 füllenden Granulate laufen sehr langsam, z. B. mit 1 m/Std., von oben nach unten ab. Der Raum zwischen der metallischen Innenwandfläche 211, die die der Vorwärmung dienenden Lüftungskanäle 208 vom Inneren des Behälters 202 trennt, und der Trennwand 212 wird durch eine ringförmige Querwand 225 in mittlerer Höhe in zwei Räume unterteilt, und zwar den unteren Raum 227 mit dem Zugang durch die Rohrleitung 201 für das heiße, zu entstaubende Gas und den oberen Raum 228 mit dem als Rohrleitung ausgeführten Ausgang 230 für das gereinigte Gas.

In den Trennwänden 212 und 214 sind ringförmige Siebe angebracht, die zwar die Aluminium-Kugeln des Fließbettes im Raum 210 zurückhalten, aber zwei ringförmige Filterzonen bilden, durch die das zu reinigende Gas hindurchströmen kann, die eine Filterzone 232 zwischen dem unteren Raum 227 und dem durch die Trennwand 214 abgegrenzten Innenraum 250 und die andere Filterzone 234 zwischen dem oberen Raum 228 und dem Innenraum 250. Die heißen, zu reinigenden Gase treten daher durch die Rohrleitung 201 in die Filterzone 232 ein, in der sie bei der Durchquerung des Granulat-Bettes am unteren Teil des Behälters 202 eine mechanische Grobreinigung durchmachen. Darauf folgt eine zweite (Fein-)Reinigung bei der Durchquerung des Granulat-Bettes in Richtung des Ausgangs 230 durch die Filterzone 234.

Dieser zweite Durchgang bewirkt eine elektrostatische Abscheidung der Staubteilchen. Hierzu teilen ein oberer 240 und ein unterer isolierender Ring 242 die Filterzone vom übrigen Teil der inneren Trennwand 214 und zwei weitere isolierende Ringe, und zwar ein oberer 243 und ein unterer isolierender Ring 244 in ähnlicher Weise die Filterzone vom übrigen Teil der Trennwand 212 des Filters 207 ab. Das in der inneren Trennwand 214 befindliche, isolierte Sieb der Filterzone 234 ist mil dem positiven Pol 320 einer Quelle hoher Gleichspannung verbunden, während das ringförmige, gegenüberliegende Sieb der Trennwand 212 mit einem negativen Pol 321 dieser nicht dargestellten Quelle hoher Gleichspannung verbunden ist. Dadurch werden die in dei Fflterzone 234 befindlichen Aluminium-Kugeln durch

ίο Influenz aufgeladen. In einer anderen Ausführungsform sind die Gitter mit einer Quelle hoher Wechselspannung verbunden.

Das Innere des durch die Trennwand 214 abgegrenzten Innenraumes 250 bildet eine Aufladungszone, in dei die Staubteilchen eine Raumladung durchqueren, nachdem sie in der Filterzone 232 mechanisch gereinigi worden sind. Die Raumladung wird durch Ionen von zwei Ionen-Injektoren 252 und 254 gebildet, wobei die Ionen mittels aerosolförmiger Mikroteilchen von der Injektoren in den Innenraum 250 in die Mitte dei oberen und der unteren Kuppel derart eingebracht werden, daß zwei aufeinander gerichtete Ladungsströme ir der Vertikal-Achse des Behälters 202 entstehen.
Die Feinstäube, die noch durch die Filterzone 232 hindurchgehen, laden sich in dem Innenraum 250 aul und werden in der Fflterzone 234 des Körner-Hießbett-Filters 207 zurückgehalten und elektrostatisch abgeschieden. Die Granulate 218 dieser Zone werden durch Zufuhr durch das Rohr 216 immer wieder erneuert um nach Verlassen der Filterzone 234 in der rein mechanisch wirkenden Filterzone 232 nochmals verwendet. Das aus dem Ausgang 230 des elektrostatischen Filters heraustretende, gereinigte Gas wird in eine Gasturbine oder einen Kolbenmotor eingeleitet, nachdem e:

noch eine chemische Filterung zur Ausscheidung alkalischer Verbindungen und des Vanadiums durchgemachi hat.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung beträgt die Entfernung der Injektoren 252 und 254 voneinander ungefähr 1 m und der Durchmessei des zylindrischen Innenraumes 250 0,4 m. Das zu reinigende Gas weist anfangs einen Druck von 12 bar und eine Temperatur von 900° C auf.
Die mit Überschall arbeitenden Injektoren 252 und 254 werden mit feuchter Preßluft gespeist. Der metallische Düsenhals liegt an Masse; er hat einen Durchmesser von 1 mm. Eine isolierte, metallische Nadelelektrode, so wie 45 in Fig. 3, ist mit einer Spannungsquelle von 20 bis 25 kV verbunden. Der von jedem Injektoi eingeleitete Strom hat die Größenordnung von 250 uA bei einem Luftdurchsatz durch die Preßluftleitung 29 von 15 nvVStd. unter Normalbedingungen des Druckes und der Temperatur bei einem Anfangsdruck vor 27 bar.

Bei einer zu reinigenden Gasmenge von 3600 m'/Std. unter Normalbedingungen der Temperatur und des Druckes, was der Aufbringung einer Leistung in dei Größenordnung von 1 MW am Eingang eines Generators, z. B. einer Gasturbine, entspricht, mit einei Staublast von 100 g/m³, schafft die Erstentstaubung, die aus einem Durchgang durch einen Zyklon und anschließend durch die Grobreinigungs-Filterzone 232 des Granulat-Bettes besteht, eine Reinigung von ungefähr 93%, d. h. es müssen in jeder Sekunde noch 7 g Staubteilchen abgeschieden werden.

Bei der beschriebenen Geometrie hat das in denn Innenraum 250 erzeugte elektrische Feld ungefähr eine Stärke von 500 kV/m bei einer Mindestionendichte in

der Größenordnung von 10¹Vm³, was eine ausreichende Raumladung darstellt, damit die etwa im Mittel 3 · 10³ mm im Durchmesser messenden, das betrachtete Volumen in 0,5 sek durchquerenden Staubteilchen ungefähr 301) Elementarladungen aufnehmen, was ausreichend ist., um sie auf den aufgeladenen Kugeln des elektrostatischen Granulat-Filterbettes in der Filterzone 234 zu sammeln. Unter diesen Bedingungen beträgt der durch die aufgeladenen Mikroteilchen in die elektrostatische Filierzone 234 übertragene Strom etwa 12 uA. Dieser Strom ist klein verglichen mit dem vorher definierten, durch die Injektoren eingeführten Gesamtstrom. Der größte Teil dieses Stromes geht aber auf die an Masse liegende metallische Wandfläche über. Wie schon erwähnt, werden von den Injektoren 252 und 254 positive Ionen in den Innenraum 250 eingeführt. Dis Meßgröße der durch die überführten positiven Ionen erzeugten Raumladung ist sehr viel kleiner als die Meßgröße der in der Korona-Entladung im Inneren der Injektoren selbst erzeugten Raumladung.

Damit überdies vermieden wird, daß örtliche Ladungsspitzen im Innenraum 250 entstehen, wodurch unerwünschte örtliche Entladungen in diesem Raum auftreten können, wird die innere Oberfläche der den Innenraum 250 begrenzenden Trennwand 214 poliert. Man beseitigt so die kleinen Spitzen auf dieser Oberfläche, die Elektronenlawinen auslösen könnten, die bei der herrschenden erhöhten Temperatur des Gases zu einer starken Verminderung der Anzahl der auf die Staubteilchen übertragenen Ladungen führen könnte, was sich wiederum in ungünstiger Weise auf die Wirksamkeit der elektrostatischen Abscheidung auswirken würde.

Wenn man, wie in dem beschriebenen Beispiel, etwa 900" C heiß« Gase zu entstauben hat, benutzt man vorteilhaft eine gegenüber der in Fig. 3 dargestellten leicht veränderte injektionsausführung entsprechend den in den Fig. S und 6 dargestellten Injektoren. Insbesondere bei höheren Gastemperaturen kann es vorkommen, daß die Ladungen tragenden Mikroteilchen schon am Ausgang und damit in unmittelbarer Nähe des Injektors sublimieren. Die derart befreiten Ionen können alsbald zum Injektor zurückkehren und werden von diesem eingefangen, was die für die Aufladung der von dem zu entstaubenden Gas beförderten Staubteilchen verfügbare Raumladung verkleinert.

Für die Begrenzung oder völlige Vermeidung eines solchen Ionenfangs sind zwei besondere Injektor-Anordnungen vorgesehen. Bei einer ersten Anordnung liegt der Injektor auf einem positiven Potential in bezug so zu den metallischen Raumwänden, zwischen denen die zu entstaubenden Gase zirkulieren, wodurch eine Feldverteilung entsteht, mit der die erzeugten Ionen von den metallischen Massen des Injektors abgelenkt werden können. ss

Bei einer anderen Anordnung, die für sich oder zusammen mit der eben erwähnten verwendet werden kann, werden die von dem Injektor abgegebenen, strömenden Mikroteilchen abgekühlt. Dieses wird insbesondere dadurch erreicht, daß der Strom der in den Reaktionsraum eingeleiteten Mikroteilchen von einer mit ihm eingeblasenen Kaltluftmenge umgeben wird. Hierbei wird der Wärmeausgleich zwischen dem Rauminhalt und den eingeleiteten Mikroteilchen verzögert, und die Sublimation der Mikroteilchen unter Abgabe der Ladungen tritt erst in einer vom Injektor genügend weit entfernten Raumzone ein, so daß ein Wiedereinfane von Ionen vermieden wird.

Ein Injektor 310 (Fig. 7) umfaßt ein eine Kammer 314 begrenzendes Injektorrohr 312. Im Inneren der Kammer 314 kann feuchte Preßluft in Richtung des Pfeiles 316 zu einer Öffnung am vorderen Ende 318 des Injektorrohres 312 fließen, welches das innere Profil einer Düse hat. In dem Injektorrohr 312 ist koaxial ein elektrodenfönniger Leiter als zentrale Elektrode montiert, im folgenden Nadelelektrode 326 genannt, deren Ende 322 bis in die Nähe eines Düsenhalses 324 reicht. Die Nadelelektrode 326 und das Injektorrohr 312 sind elektrisch mit einer Hochspannungsquelle 328 verbunden. Außerdem liegt das Injektorrohr 312 auf einem erhöhten positiven Potential einer Hochspannungsquelle 330, von z. B. 20 kV, in bezug auf Masse und bildet in bezug zur zentralen Elektrode eine zweite Elektrode.

Das Injektorrohr 312 ist koaxial im Inneren eines metallischen Rohres 332 montiert, dessen Oberfläche zu einer Öffnung 336 an seinem Ende 334 gerade vor dem Ende 318 des Injektorrohres 312 in Strömungsrichtung des aus der Kammer 314 heraustretenden Gases konvergiert. Das Rohr 332 ist in einem Durchbruch in einer Wand 340 eines metallischen, für die elektrostatische Entstaubung von heißen Gasen gemäß Fig. 5, bestimmten Raumes 342 (Fig. 7) montiert. Die Wand 340 ist an Masse gelegt. Das Potential des Rohres 332 kann durch Anschluß an eine Spannungsquelle 331 gleich oder verschieden von dem des Injektorrohres 312 sein. Das Rohr 332 ist in einer Isotierdurchführung 333 in der Wand 340 geführt. Innerhalb des Raumes 342 ist das Rohr 332 von einer Kühlschlange 344 umgeben, in der eine nichtleitende Kühlflüssigkeit zirkuliert.

Um die positive Hochspannung der Hochspannung liefernden Spannungsquelle 331 aufrechtzuerhalten, besteht die Kühlschlange 334 aus einem dielektrischen Material. Für eine Zirkulation des in Richtung des Pfeiles 346 in den Raum 342 geleiteten Luftstromes im Ringraum zwischen dem Injektorrohr 312 und dem Rohr 332 sind nicht dargestellte Mittel vorgesehen.

Im Betrieb ist ein Strom 350 von geladenen, in den Raum 342 eingeleiteten Mikroteilchen von einem deutlich rohrförmigen Schwall Kaltluft aus der Öffnugn 336 des Rohres 332 umgeben, der die Aufheizung dieser Mikroteilchen und damit ihre Sublimation verhindert, bis sie sich vom Injektorrohr 312 genügend weit entfernt haben. Außerdem liegt dieses auf einem gegenüber der Wand 340 erhöhten Potential, wodurch im Inneren des Raumes 342 eine solche Potentialverteilung hervorgerufen wird, daß das Injektorrohr 312 die bei der Verdampfung der Mikroteilchen abgegebene;». Ionen abstößt.

Die Abkühlung der zu entstaubenden Gase durch die Zufuhr kalter Luft oder eines anderen kalten Gases an der Öffnung 236 des Rohres 332 braucht die Anwendung mit der Zuführung von aus der Verbrennung geringwertiger Brennstoffe stammenden Verbrennungsgasen zu Motoren, wie z. B. Gasturbinen, nicht ungünstig zu beeinflussen. Tatsächlich sind die Gastemperaturen, die sich am Ausgang einer solchen Feuerung einstellen, viel höher als die maximale Temperatur von ungefähr 900° C, der eine Gasturbine bei dem derzeitigen Stand der Technik standhalten kann. Es genügt daher, die Kühlluftmenge für die Injektoren in Abhängigkeit von der Temperatur am Ausgang der Feuerung so zu dosieren, daß sich nach ihrer Zumischung am Eingang der Turbine die gewünschte Temperatur einstellt.

Die Ausführungsform der Fig. 7 kann noch weiter ausgestaltet werden. So zeigt die Fig. 8 eine Bauart, bei

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der das Injektorrohr 312 mit einer Isolierdurchfübrung 400 direkt in die Wand 340 des Raumes 342 eingebaut ist. Wie in dem Fall der Fig. 7, liegt das Injektorrohr 312 gegenüber der an Masse liegenden Wand 340 auf einem positiven hohen Potential. Eine Zufuhr von Kaltluft um die Mikroteilchen herum ist nicht vorgesehen.

In Fig. 9 ist die Außenfläche des Injektorrohres 312, das entsprechend Fig. 8 angebracht ist, im Inneren des Raumes 342 von einer Rohrschlange 402 umgeben, in der eine Kühlflüssigkeit zirkuliert.

Die Kühlflüssigkeit kann ein Dielektrikum, wie z. B. ein Öl, sein. Das Öl wird zu der Rohrschlange 402 mittels einer dielektrischen Rohrleitung von genügender Länge geführt, um die am Injektorrohr 312 liegende Hochspannung aufrechtzuerhalten. Das Öl kann auch durch nach bekannten Techniken entionisiertes Wasser ersetzt werden.

Bei der Anordnung der Fig. 10 liegt das Injektorrohr 312 an einer Hochspannungsquelle 409. Es ist von dem metallischen Rohr 332 umgeben, um Frischluft um den eingeleiteten Mücroteilchen-Strom herum in den Raum 342 einzublases. Das Rohr 332 ist mittels einer Isolierdurchführung 406 durch die Wand 340 geführt. Es wird durch eine Hochspannungsquelle 408 für hohe Gleichspannung auf einem erhöhten positiven Potential ge- halten.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 ist ein Injektor 412, wie in Fig. 7 beschrieben, am Ende einer knieförmig gehobenen Halterung 410 in einer Kammer 442 angeordnet, die in Richtung des Pfeiles 441 von einer Strömung heißer, zu entstaubender Gase mit einer Geschwindigkeit von 3 m/sek durchströmt wird. Die Halterung 410 durchsetzt die Wand 440 der Kammer 442, um den Injektor 412 üiit feuchter Luft, Blasluft für das Rohr 332, und Kühlflüssigkeit zu versorgen. Der Injektor 412 ist so angeordnet, dat der um den Strom der eingeleiteten Mikroteilchen herum eingeblasene Kaltluftstrom dieselbe Richtung und mindestens dieselbe Geschwindigkeit, nämlich 3 m/sek, hat wie das zu entstaubende Gas. Der Injektor 412 bildet bei Anschluß an eine Spannungsquelle auch in der oben beschriebenen Weise eine zweite Elektrode.

Der Durchmesser am Ausgang des Rohres 332. beträgt ungefähr 4 cm. Der Durchsatz der Kühlgase macht ungefähr 2% des Durchsatzes der zu entstaubenden heißen Gase aus, deren Temperatur etwas über 900' C liegt. Der Wirkungsbereich des Injektors liegt dann in einem Umkreis von ungefähr 15 cm von der Spitze des Injektors 412.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtrennung von in einem Gas schwebenden Teilchen, bei welchem das Gas einen Raum durchströmt, in einer anderen Kammer als dem Raum in einer feuchten Strömung elektrisch geladene Teilchen erzeugt werden, welche in den Raum eingesprüht werden und bei der Übertragung ihrer Ladung auf die in dem Gas schwebenden Teüchen deren Zustand ändern, worauf letztere durch elektrostatische Niederschlagung abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung in der anderen Kammer durch Korona-Entlsdung angeregt wird und in dieser Kammer durch eine Oberschall-Entspannung Mikrokristalle aus Eis erzeugt werden, welche die Ionen in der Entladungszone einfangen, und daß die Mikrokristalle in den genannten Kaum injiziert werden und dort durch Verdampfung oder Sublimation eine Raumladung auf dem Weg der Gasströmung erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korona-Entladung in einer Luftströmung erfolgt, deren Feuchtegrad unter Normalbedingungen der Temperatur und des Druckes größer als 10 %ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Raumladung in Abhängigkeit von den Parametern für die Bildung der Korona-Entiadung einstellbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß -Jer den Raum durchströmende Gasstrom aus heißen Gasen besteht und eingefangene positive Ionen ei. e positive Raumladung bilden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom aus mit Kleber-Teilchen beladener Luft besteht und daß eingefangene negative Ionen in dem Luftstrom eine negative Raumladung bilden.

6. Vorrichtung zur elektrostatischen Abtrennung von in einem Gas schwebenden Teilchen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Raum für den Gasstrom, mit einen Ionenerzeuger umfassenden Mitteln für eine Korona-Entladung zur elektrischen Aufladung von Teilchen und mit Mitteln zur elektrostatischen Abscheidung geladener Teilchen längs dem Weg der Gasströmung, wobei der Ionenerzeuger in einer getrennten Kammer angeordnet ist, die mit dem Raum über eine Öffnung so in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß in dieser Kammer (32, 314, 442) zur Zuführung der geladenen Teilchen in den Raum mit der Gasströmung im Bereich der Öffnung (25, 336) Mittel zur Erzeugung einer Überschall-Entspannung eines feuchten geladenen Gases und Mittel (34, 35, 45; 312, 322; 412) für eine Korona-Entladung in der Zone der Überschall-Entspannung des Gases vorgesehen sind und daß die entstehenden Mirkokristalle des gebildeten Aerosols durch die Öffnung (25, 336) 6ö in den genannten Raum zur Aufladung injizierbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Abscheidung von brennbaren Teilchen aus der Atmosphäre eines Getreidesilos vorgesehenen Mittel eine zentrale Elektrode (45) aufweisen, die in bezug zu einer zweiten Elektrode (34) zur Herstellung der Korona-Entladung zwischen diesen beiden Elektroden auf ein negatives Potential einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Abscheidung von in heißen Verbrennungsgasen enthaltenen Stäube vorgesehenen Mittel eine erste zentrale Elektrode (45, 326) aufweisen, die in bezug zu einer zweiten Elektrode (34; 312; 412) zur Herstellung einer Xorona-Entladung zwischen diesen Elektroden auf ein positives Potential einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche der Trennwand (214) des Innenraumes (250) am Ort der Raumladung poliert ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bildung von Mikrokristallen eine elektrisch leitende, von einer Elektrode (34, 312) gebildete Überschall-Düse, deren Ausgang wenigstens teilweise die Öffnung (25) bestimmt und Mittel (29) für die Einleitung von feuchter Preßfluft in die Kammer (32, 314) für ihre Überschall-Entspannung in der Düse umfassen, und daß weiter die Mittel zur Herstellung der Korona-Entladung eine bis zum Düsenhals (35, 324) reichende Nadelelektrode (45, 326) aufweisen und daß die Elektroden an eine hohe Gleichspannung angeschlossen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis

10, bei der die genannte Öffnung an einem Injektor angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Begrenzung der Aufnahme von Ionen vorgesehen sind, die in unmittelbarer Nähe des gegebenenfalls auch die zweite Elektrode bildenden Injektors (Injektorrohr 312) in den Raum (342) einführbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Mittel (330, 331, 408, 409) zur Begrenzung der Aufnahme von Ionen vorgesehen sind, mit denen in der Nähe des Injektors (312) ein elektrisches Feld zum Abstoßen der in den Raum (342) eingeleiteten Ionen herstellbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (330, 331, 409) zur Erhöhung der Potential-Differenz zwischen dem Injektor (312) und der Wand (340) des Raumes (342) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Mittel mit Spannungsquelle (331) zur Anlegung einer hohen Spannung an eine Kühlschlange (344) am Injektor für eine nicht-leitende Kühlflüssigkeit vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Begrenzung der Aufnahme von Ionen weitere Mittel (Kühl- bzw. Rohrschlange 344; 402) umfassen, mit denen die Zustandsänderung der Mikrokristalle verzögerbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich weitere Mittel (332) vorgesehen sind, mittels derer ein Strom kalten Gases um die in den Raum (342) eingeleiteten Mikrokristalle herum einblasbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Mittel (332) ein den Injektor (312) umgebendes Rohr in den Raum (342) eingeführt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das umgebende Rohr (332) mit

der Kühlschlange (344) versehen ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (332) isoliert durch die Wand (340) des Raumes (342) geführt ist und an einer Spannungsquelle (408) liegt.

20. Vorrichtung zur elektrostatischen Abtrennung von in einem Gas schwebenden Teilchen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Raum für den Gasstrom, in den suspendierte Teilchen unter Mitnahme von Außenluft eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum als Reaktionsraum (10, 100) mit parallelen Wandflächen (11, 111; 12,112; 13,113; 15) zwischen einem Eingang (14,114) und einem Ausgang (16,116) eine Aufladungszone (17,117) mit sich gegenüberliegenden Reihen (23, 123, 24, 124) aus Injektoren (21, 121) besitzt, und daß sich in Strömungsrichtung in dem Raum eine Abscheidungszone (19) bzw. zweites Filter (119) mit parallelen Platten (20) anschließt, welche als Lochblech oder Gitterwerke (125, 126) abwechselnd mit dem positiven bzw. negativen Anschluß einer Spannungsquelle verbürgen sind.

21. Vorrichtung zur elektrostatischen Abtrennung von in einem Gas schwebenden Teilchen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Raum für den Gasstrom, in den suspendierte Teilchen unter Mitnahme von Außenluft eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Behälter (202) mit einer Wärmeisolationsschicht (203) eine Innenwandfläche (211) mit Lüftungskanälen (208) und im Abstand davon ein Körner-Fließbett-Filter (207) mit im wesentlichen ähnlicher Form und einer inneren und äußeren Trennwand (212, 214) angeordnet ist, zwischen denen ein ein Fließbett für kleine Aluminium-Kugeln bildender Raum (210) vorgesehen ist, der durch eine ringförmige Querwand (225) in mittlerer Höhe unterteilt ist, wobei der Raum (210) oberhalb und unterhalb der Querwand (225) Filterzonen (232) im unteren Raum und (234) im obei jn Raum aufweist und in den unteren Raum eine Rohrleitung (201) als Eingang und in den oberen Raum ein Ausgang (230) münden, und ferner in den Innenraum (250) des Filters oben ein Ionen-Injektor (254) und unten ein Ionen-Injektor (252) münden, und weiterhin die Filterzone (234) an ihren Rändein der Trennwände (212, 214) mit isolierenden Ringen (240, 242, 243, 244) versehen ist, die mit verschiedenen Polen (320, 321) einer Quelle hoher Gleichspannung verbunden sind, wobei der ein Fließbett bildende Rüum (210) des Filters (207) oben und unten durch ein Rohr (216, 222) zur Zirkulierung von Granulaten (218) angeschlossen ist.