DE3622699A1 - Elektrostatischer staubabscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostatischen Staubabscheider für horizontalen Gasdurchgang, bei dem in einem zylindrischen, druckfesten Gehäuse vertikale plattenförmige Niederschlagselektroden in äquidistanten Abständen parallel zur Hauptachse des Gehäuses angeordnet sind, die sich entsprechend der jeweiligen Kreissehnenlänge im wesentlichen über die gesamte verfügbare Höhe erstrecken, und bei dem zwischen den Niederschlagselektroden in Rahmen gespannte Sprühelektroden vorgesehen sind, sowie um die Gehäuseachse über den unteren, mit Staubaustragsöffnungen versehenen Bereich der Gehäusewandung, schwenkbare Kratzeinrichtungen.

Ein derartiger Staubabscheider ist aus der DE-PS 19 00 525 bekannt. Er erfüllt im zylindrischen Teil des druckfesten Gehäuses weitgehend die Forderung nach möglichst vollständiger Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitts und nach Vermeidung strömungstoter Räume im Hinblick auf eine Explosionsgefahr bei wechselnder Beaufschlagung mit brennbaren und nicht brennbaren Gasen. Trotzdem sind gelegentlich noch Störungen durch Verpuffungen und leichte Gasexplosionen entstanden, deren Ursachen zunächst nicht erkannt werden konnten.

Staubabscheider dieser Bauart werden zur trockenen Entstaubung industrieller Nutz- und Abgase eingesetzt, insbesondere wenn es sich um dauernd oder zeitweise explosive Gasgemische handelt. So werden beispielsweise Gichtgase aus Hochöfen, die mit einem Überdruck von 1,5 bis 2,5 bar arbeiten, auf diese Weise entstaubt, um sie ohne Erosionsgefahr zur Energierückgewinnung in Turbinen auf 40 bis 80 mbar entspannen zu können, wobei zuvor der Staubgehalt auf 5 bis 20 mg/m³ reduziert werden muß. Im Hinblick auf ein möglichst hohes ausnutzbares Druckgefälle, kommen hierfür nur Elektrofilter mit einem Druckverlust von 1 bis 2 mbar in Betracht, denn in der Abscheideleistung gleichwertige Hochleistungswäscher weisen einen Druckverlust von 200 bis 400 mbar auf.

Ein weiteres Anwendungsgebiet für derartige Staubabscheider sind Kohlemahlanlagen, deren Abgase wegen des Kohlestaubgehalts in bestimmten Grenzen explosibel sind. Unkontrollierte Änderungen der Gaszusammensetzung durch Aufwirbelung von Kohlestaubablagerungen oder durch Einbruch von Falschluft, müssen hier auf jeden Fall vermieden werden.

Besonders kritisch ist auch die Entstaubung von Abgasen aus Stahlkonvertern, weil der Staubabscheider wegen der diskontinuierlichen Betriebsweise abwechselnd von brennbaren Gasen und von lediglich nur leicht mit Staub und Gasen vermischter Umgebungsluft durchströmt wird. Die brennbaren Gase werden nach der Entstaubung in Behältern gesammelt oder in Gasversorgungssysteme eingespeist, während die intermittierend außerhalb der eigentlichen Blasphasen des Konverters anfallenden Gase nach der Entstaubung über einen Kamin in die Atmosphäre abgegeben werden. Dazu dient eine Umschaltvorrichtung stromab vom Staubabscheider, die zeitlich bzw. in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung gesteuert wird. Von dieser Umschalteinrichtung, vom Konverter und auch durch Verpuffungen stromauf vom Staubabscheider, können Druckstöße im Gasstrom initiert werden, durch die Staubansammlungen im Staubabscheider oder im stromauf gelegenen Kanalsystem abgelöst und in dem Gasstrom verwirbelt werden können. Solche "Staubstöße" beeinträchtigen einerseits die Abscheideleistung des Staubabscheiders und sind andererseits mit einer erhöhten Verpuffungsgefahr verbunden.

Verpuffungen können in Staubabscheidern für Konverterabgase auch ausgelöst werden, wenn in kritischen Momenten Falschlufteinbrüche stattfinden oder wenn durch Druckstöße Teile des Strömungssystems wieder aktiviert werden, die zuvor aufgrund ungünstiger Gestaltung strömungstot waren und in denen sich Gasvolumen undefinierter Zusammensetzung angesammelt hatten. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß dadurch alle Vorkehrungen zunichte gemacht werden, die zur sicheren Trennung der im zeitlichen Wechsel durch den Staubabscheider strömenden unterschiedlichen Gasqualitäten getroffen werden.

Es besteht somit die Aufgabe, den gattungsmäßigen Staubabscheider so weiterzubilden, daß er nicht nur im zylindrischen Teil den Anforderungen genügt, sondern insgesamt so gestaltet ist, daß sich in ihm keine unkontrolliert in den Gasstrom verwirbelnden Staubansammlungen und keine strömungstoten Räume bilden können. Außerdem soll die Gestaltung für alle geforderten Baugrößen möglichst wirtschaftlich ausführbar sein.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß alle genannten Anforderungen besonders gut erfüllt werden können, wenn ein Einlaßstutzen vorgesehen wird, der sich in drei konischen Abschnitten vom Querschnitt der Gaszuleitung auf den wenigstens 10 mal größeren Querschnitt des zylindrischen Gehäuses erweitert und der in seinem mittleren konischen Abschnitt drei Gasverteilungslochbleche aufweist.

Ferner wird vorgeschlagen, einen Auslaßstutzen vorzusehen, der sich in drei konischen Abschnitten vom Querschnitt des zylindrischen Gehäuses auf den höchstens 1/10 davon betragenden Querschnitt der Gasableitung verengt. In weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Einlaßstutzen ein oder mehrere federbelastete Druckentlastungsklappen aufweist. Eine besonders günstige Gasströmung und Gasverteilung wird in dem erfindungsgemäßen Staubabscheider erreicht, wenn die jeweils kleineren Durchmesser d der konischen Abschnitte des Einlaß- bzw. Auslaßstutzens sich zum Durchmesser D des Gehäuses verhalten wie:

0,24 D d ₃ 0,36 D (vorzugsweise 0,3 D)
0,36 D d ₂ 0,48 D (vorzugsweise 0,42 D)
0,90 D d ₁ 0,95 D (vorzugsweise 0,925 D)

und wenn sich die Höhen h der konischen Abschnitte des Ein- und Auslaßstutzens zum Durchmesser D des Gehäuses verhalten wie:

0,075 D h ₃ 0,135 D (vorzugsweise 0,105 D)
0,120 D h ₂ 0,200 D (vorzugsweise 0,160 D)
0,045 D h ₁ 0,075 D (vorzugsweise 0,060 D)

Das Gasverteilungslochblech, das in der Ebene des Durchmessers d ₂ angeordnet ist, hat zweckmäßigerweise einen Querschnitt von 52 bis 60%, vorzugsweise von 56%, während die beiden anderen Gasverteilungslochbleche einen freien Querschnitt von 54 bis 62%, vorzugsweise 58%, aufweisen sollen. Ferner ist vorgesehen, daß unter den Staubaustragsöffnungen ein geschlossener Staubsammelkanal mit mechanischer Fördereinrichtung sowie mit Querstegen angeordnet ist, durch die die Staubaustragsöffnungen gasseitig gegeneinander abgeschottet sind. Schließlich ist vorgesehen, daß zum Ausgleich von Druckgrößen die Gasverteilungslochbleche beweglich aufgehängte Abschnitte aufweisen, die gegen die Gasströmungsrichtung aufpendeln können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Staubabscheiders werden anhand des in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt einen vertikalen Querschnitt.

Fig. 3 zeigt einen horizontalen Teilschnitt.

Fig. 3a zeigt Einzelheiten im Bereich des Staubaustrags.

Fig. 4 zeigt ein Gasverteilungslochblech in Drauf- und Seitenansicht.

Fig. 5 zeigt vergrößert ein Detail des Gasverteilungslochbleches.

Fig. 6 zeigt im einzelnen die Gestaltung des Einlaßstutzens.

Fig. 7 zeigt die Anordnung der Gasverteilungslochbleche.

Der Elektrostatische Staubabscheider für horizontalen Gasdurchgang gemäß Fig. 1 weist ein zylindrisches druckfestes Gehäuse (1) auf, das über Stützen (19) auf dem Fundament ruht. In diesem Gehäuse (1) sind vertikale plattenförmige Niederschlagselektroden (2) in äquidistanten Abständen parallel zur Hauptachse des Gehäuses (1) angeordnet, die sich entsprechend der jeweiligen Kreissehnenlänge im wesentlichen über die gesamte verfügbare Höhe erstrecken. Zwischen den Niederschlagselektroden (2) sind in Rahmen (15) gespannte Sprühelektroden (3) vorgesehen. Ferner weist der elektrostatische Staubabscheider um die Gehäuseachse über den unteren, mit Staubaustragsöffnungen (4) versehenen Bereich der Gehäusewandung (5) schwenkbare Kratzeinrichtungen (6) auf. Das zylindrische Gehäuse (1) ist verbunden mit einem Einlaßstutzen (7), der sich in drei konischen Abschnitten (a, b, c) vom Querschnitt der Gaszuleitung auf den wenigstens 10 mal größeren Querschnitt des zylindrischen Gehäuses (1) erweitet und in seinem mittleren konischen Abschnitt (b) drei Gasverteilungslochbleche (8 a bis 8 c) aufweist. Außerdem ist ein Auslaßstutzen (9) vorgesehen, der sich in drei konischen Abschnitten (c, b, a) vom Querschnitt des zylindrischen Gehäuses (1) auf den höchstens 1/10 davon betragenden Querschnitt der Gasableitung verengt. Am Einlaßstutzen (7) ist eine Druckentlastungsklappe (10) vorgesehen. Unterhalb des Gehäuses (1) erstreckt sich ein geschlossener Staubsammelkanal (11) mit mechanischer Fördereinrichtung (12) sowie mit Querstegen (13), durch die die Staubaustragsöffnungen (4) gasseitig gegeneinander abgeschottet sind (vergl. auch Fig. 3). Die Sprühelektroden (3) sind in Rahmen (15) gespannt, die ihrerseits über Trageinrichtungen (17) und Isolatoren (16) im Gehäuse (1) gelagert sind. Die Kratzeinrichtung (6) ist in Querstegen (18) drehbar gelagert. Zur Versteifung des Gehäuses (1) sind außerdem kreisförmige Rippen (20) vorgesehen.

Aus Fig. 2 ergibt sich deutlich, wie die Kratzeinrichtung (6) drehbar im Quersteg (18) gelagert ist und über den unteren, mit Staubaustragsöffnung versehenen Bereich der Gehäusewandung (5) geschwenkt werden kann. Während die geerdeten Niederschlagselektroden (2) direkt im Gehäuse (1) aufgehängt sind, werden die an Hochspannung liegenden, in Rahmen gespannten Sprühelektroden (3) über Trageinrichtungen (17) und Isolatoren (16) abgetragen. Das durch Rippen (20) verstärkte Gehäuse (1) ruht seinerseits über die Stützen (19) auf dem Fundament.

In Fig. 3 sind deutlich die Staubaustragsöffnungen (4) zu erkennen, die im unteren Teil des Gehäuses (1) angeordnet sind, das zusammen mit dem Einlaß- und Auslaßstutzen (7, 9) die äußere Kontur des elektrostatischen Staubabscheiders bestimmt. In Fig. 3a gemäß Schnitt a-a nach Fig. 3 ist vereinfacht die im Staubsammelkanal (11) angeordnete Fördereinrichtung (12) dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einer endlosen umlaufenden Kette (22), an der sich quer zur Förderrichtung erstreckende Schaber (21) befestigt sind. Die Kette ist seitlich angeordneten Stegen (23) gelagert und wird mittels eines nicht dargestellten Antriebs bewegt. Der durch die Staubaustragsöffnungen (4) nach unten austretende Staub wird mittels der an der Kette (22) befestigten Schaber (21) nach rechts gefördert und letztlich aus dem Staubsammelkanal ausgetragen (nicht dargestellt). Zwischen oberem und unterem Trumm der Kette befinden sich im Staubsammelkanal außerdem Querstege (13), wodurch in Verbindung mit der Staubfüllung im Staubsammelkanal und den Schabern (21) die Staubaustragsöffnung (4) gasseitig gegeneinander abgeschottet sind. Das Gasverteilungsblech (8) gemäß Fig. 4 besitzt eine Reihe von Abschnitten (14), die in der Weise pendelnd aufgehängt sind, daß sie durch die normale Gasströmung gegen Anschläge in vertikaler Stellung gehalten werden, im Falle eines plötzlichen Druckanstiegs im elektrostatischen Staubabscheider aber entgegen der Gasströmungsrichtung aufpendeln können und so für einen raschen Druckabbau sorgen (vergl. Seitenansicht).

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, wie die Gasdurchtrittsöffnungen im Gasverteilungslochblech zweckmäßigerweise gestaltet werden können.

In Fig. 6 ist der Staubabscheider mit Gehäuse (1), Einlaß- und Auslaßstutzen (7, 9) noch einmal vereinfacht dargestellt, um die erfindungsgemäß wichtige Abstufung der Durchmesser d bzw. der Höhen h der einzelnen konischen Teile zu verdeutlichen. Man ersieht daraus, daß Einlaß- und Auslaßstutzen (7, 9) im Rahmen der in Anspruch 4 und 5 angegebenen Verhältnisse im wesentlichen gleichartig ausgebildet werden können.

In Fig. 7 ist noch einmal angedeutet, wie die Gasverteilungslochbleche (8 a bis 8 c) im mittleren Abschnitt (b) des Einlaßstutzens angeordnet sind. Danach sind die Gasverteilungslochbleche (8 a und 8 c) jeweils etwa im kleinsten und größten Durchmesser dieses Abschnittes (b) angeordnet, während das Gasverteilungslochblech (8 b) genau zwischen ihnen liegt, so daß zwischen den Gasverteilungslochblechen in Gasströmungsrichtung gleichgroße Abstände bestehen.

Mit dem erfindungsgemäßen Staubabscheider wird eine, nicht nur hinsichtlich der eingangs genannten speziellen Funktionen, optimale, konstruktive Lösung vorgeschlagen, es wird auch ein Weg aufgezeigt, wie insbesondere die bei großen Durchmessern sehr aufwendige Herstellung der Eintritts- und Austrittsstutzen besonders wirtschaftlich ausgeführt werden kann. Vielfach werden dafür sogenannte Klöpper-Böden vorgesehen, deren Herstellung entsprechend große Arbeitsvorrichtungen erfordert, ohne daß deren gerundete Form Vorteile für die Gasführung mit sich brächte. Die erfindungsgemäß vorzusehenden Konusteile können dagegen bis zu praktisch beliebigen Durchmessern aus einzelnen, ggfs. nur schwach umgeformten und durch Schweißen miteinander verbundene Blechabschnitte hergestellt werden.

Claims (8)

1. Elektrostatischer Staubabscheider für horizontalen Gasdurchgang, bei dem in einem zylindrischen, druckfesten Gehäuse vertikale plattenförmige Niederschagselektroden in äquidistanten Abständen parallel zur Hauptachse des Gehäuses angeordnet sind, die sich entsprechend der jeweiligen Kreissehnenlänge im wesentlichen über die gesamte verfügbare Höhe erstrecken, und bei dem zwischen den Niederschlagselektroden in Rahmen gespannte Sprühelektroden vorgesehen sind sowie um die Gehäuseachse über den unteren, mit Staubaustragsöffnungen versehenen Bereich der Gehäusewandung schwenkbare Kratzeinrichtungen, gekennzeichnet durch einen Einlaßstutzen (7), der sich in drei konischen Abschnitten (a, b, c) vom Querschnitt der Gaszuleitung auf den wenigstens 10 mal größeren Querschnitt des zylindrischen Gehäuses (1) erweitert und in seinem mittleren konischen Abschnitt (b) drei Gasverteilungslochbleche (8 a bis 8 c) aufweist.

2. Elektrostatischer Staubabscheider nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Auslaßstutzen (9), der sich in drei konischen Abschnitten (c, b, a) vom Querschnitt des zylindrischen Gehäuses (1) auf den höchstens 1/10 davon betragenden Querschnitt der Gasableitung verengt.

3. Elektrostatischer Staubabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßstutzen (7) eine oder mehrere federbelastete Druckentlastungsklappen (10) aufweist.

4. Elektrostatischer Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils kleineren Durchmesser d der konischen Abschnitte (a, b, c) des Einlaß- bzw. Auslaßstutzens (7, 9) sich zum Durchmesser D des Gehäuses (1) verhalten wie: 0,24 D d ₃ 0,36 D (vorzugsweise 0,3 D)
0,36 D d ₂ 0,48 D (vorzugsweise 0,42 D)
0,90 D d ₁ 0,95 D (vorzugsweise 0,925 D).

5. Elektrostatischer Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Höhen h der konischen Abschnitte (a, b, c) des Einlaß- und Auslaßstutzens (7, 9) zum Durchmesser D des Gehäuses (1) verhalten wie: 0,075 D h ₃ 0,135 D (vorzugsweise 0,105 D)
0,120 D h ₂ 0,200 D (vorzugsweise 0,160 D)
0,045 D h ₁ 0,075 D (vorzugsweise 0,060 D).

6. Elektrostatischer Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasverteilungslochblech (8 a), das in der Ebene des Durchmessers d ₂ angeordnet ist, einen freien Querschnitt von 52 bis 60%, vorzugsweise von 56% aufweist und daß die beiden anderen Gasverteilungslochbleche (8 b und 8 c) einen freien Querschnitt von 54 bis 62%, vorzugsweise 58% besitzen.

7. Elektrostatischer Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Staubaustragsöffnungen (4) ein geschlossener Staubsammelkanal (11) mit mechanischer Fördereinrichtung (12) sowie mit Querstegen (13) angeordnet ist, durch die die Staubaustragsöffnungen (4) gasseitig gegeneinander abgeschottet sind.

8. Elektrostatischer Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteilungslochbleche (8 a bis 8 c) beweglich aufgehängte Abschnitte (14) aufweisen, die gegen die Gasströmungsrichtung aufpendeln können.