DE4200343C2 - Elektrostatischer Abscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostatischen Abscheider, der aus einem Gehäuse besteht, in dem rohr- oder plattenförmige Sprüh- und Niederschlagselektroden angeordnet sind, die aus keramischem Material bestehen und mindestens auf einer Seite eine elektrisch leitende Schicht aus Metallen oder Legierungen aufweisen.

In der GB-PS 7 39 628 wird ein Elektroabscheider beschrieben, das bei erhöhter Temperatur arbeitet und bei dem ein Teil des Isolators aus porösem keramischen Material besteht.

In der DE-PS 3 14 030 werden Niederschlagselektroden zum Gebrauch bei der elektrischen Reinigung staubhaltiger heißer Gase beschrieben, die aus Porzellan, Steinzeug, Schamotte, Ziegeln oder ähnlichen im wesentlichen aus Ton, Magnesia und Kieselsäure bestehenden feuerfesten Materialien zusammengesetzt sind. Die Niederschlagselektroden werden mit einer leitenden Schicht überzogen, wobei der keramische Werkstoff jeweils als Träger dient.

In der US-PS 42 51 239 wird ein keramisches Element für Elektrofilter beschrieben.

In der DE-PS 9 63 868 wird ein Naßelektrofilter zur Niederschlagung von Nebeln und Stäuben beschrieben, bei dem die Gaskanäle gleichzeitig Niederschlagselektroden sind und die Niederschlagselektroden aus einzelnen Bauteilen aus porösem nichtmetallischem Material zusammengesetzt sind. Bei diesem Naßelektrofilter sind die Niederschlagselektroden von Kanälen für eine elektrisch leitende Spülflüssigkeit durchzogen, und das nichtmetallische Material ist porös genug, um ein Abspülen der Oberfläche der Niederschlagselektroden mit der Spülflüssigkeit zu ermöglichen. Dieses bekannte Naßelektrofilter ist nicht zur Reinigung von Gasen mit hohen Temperaturen geeignet.

In der DE-OS 14 07 023 wird eine Filterzelle beschrieben, die eine Bahn aus porösem, luftdurchlässigem Isoliermaterial enthält, das mit einer kondensatorartigen Reihe von im Abstand angeordneten, leitenden Streifen entgegengesetzten elektrischen Vorzeichens versehen ist, wobei die Streifen innerhalb der Filterzelle selbst elektrisch leitend mit den Klemmen der Stirnwände des Rahmens der Zelle oder mit Flächen verbunden sind, die zur Aufnahme elektrischer Klemmen dienen. Als luftdurchlässiges Isoliermaterial wird Papier, Tuch oder verfilztes bzw. verwebtes Glas verwendet.

In der DE-OS 28 51 433 werden Entladungselektroden für einen elektrostatischen Abscheider mit einem Rohr offenbart, das eine feste Struktur mit zerstreuter Emission mit Hilfe von mit dem Rohr vereinigten Vorsprüngen bildet. Das vorstehende Ende der Vorsprünge weist eine abgerundete Oberfläche auf.

In der DE-OS 15 57 148 wird eine plattenförmige Sprühelektrode für elektrostatische Staubabscheider beschrieben, die aus der Elektrode ausgestanzte und ausgedrückte Sprühspitzen aufweist und bei der wechselseitig, im Querschnitt gesehen, trapzeförmige Stege herausgedrückt sind, auf deren zur plattenförmigen Sprühelektrode parallel verlaufenden Teilen die Sprühspitzen angeordnet sind.

In der DE-PS 4 90 398 wird eine aus einem Halbleiter bestehende Niederschlagselektrode für die elektrostatische Reinigung von Gasen beschrieben, die aus Asbestschiefer, Asbestzement, einer anderen Asbestmischung oder überhaupt aus einem halbleitenden Bindemittel, wie z. B. Zement oder Gips, und einem Fasermaterial, wie Asbest, Schlackenwolle, Haaren oder Holzfasern, besteht.

In der Veröffentlichung "Heißgasentstaubung" von R. Pitt, Sonderlösungen der Luftreinhaltung, März 1989, L 4 bis L 9, wird darauf hingewiesen, daß Elektrofilter bei üblichen Abgastemperaturen bewährte Komponenten in der Kraftwerkstechnik sind. Aus der Veröffentlichung geht ferner hervor, daß der Abscheidegrad des Staubs unter sonst konstanten Bedingungen mit steigender Temperatur des Gases abnimmt, weil sowohl die Zähigkeit als auch der Volumenstrom des Gases zunehmen. Nach der Veröffentlichung ist es nicht zweckmäßig, zum Ausgleich die Niederschlagsfläche zu vergrößern, denn dies würde zu einem insgesamt größeren und teureren Filter mit erhöhtem Temperaturabfall führen. Daher wird in der Veröffentlichung vorgeschlagen, bei erhöhten Betriebstemperaturen die elektrische Feldstärke zu vergrößern, soweit dies ohne Überschlag möglich ist. Positiv beeinflußt wird die zulässige Feldstärke durch einen erhöhten Gasdruck und der damit verbundenen größeren Gasdichte. Es kommt ferner darauf an, daß der Staub auch bei erhöhten Betriebstemperaturen auf der Niederschlagselektrode festgehalten und zu einer für die Abreinigung ausreichend dicken Schicht verdichtet wird.

Es hat sich gezeigt, daß beim Betrieb von bekannten Elektrofiltern, wie sie beispielsweise in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 2, Seiten 240 bis 247, beschrieben werden, dann erhebliche Schwierigkeiten auftreten, wenn die Betriebstemperatur bei normalen Gasdrücken oberhalb 400°C liegt. Ab etwa dieser Temperaturgrenze verändert sich die Strom-Spannungs-Charakteristik negativ, wenn der Gasdruck nicht auf 3 bis 5 bar erhöht wird. Der Abscheidegrad sinkt auch dadurch, daß - bedingt durch unterschiedliche thermische Ausdehnung verschiedener Materialien - Veränderungen der Elektrodenabstände und damit Störungen des elektrischen Feldes auftreten. Außerdem kommt es zu Festigkeitsproblemen bei den verwendeten Werkstoffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Entstaubung von Gasen bei hohen Temperaturen durch Elektrofiltration zu schaffen, die auch über einen langen Zeitraum wartungsarm und betriebssicher arbeitet, die eine hohe Entstaubungsleistung hat und eine technisch einfache Abführung des Staubs ermöglicht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die elektrisch leitende Schicht aus Kupfer, Nickel, Bronze oder einer Eisen-Chrom-Nickel-Legierung besteht sowie eine Dicke von 0,1 bis 2 mm hat, und daß das keramische Material ein Porenvolumen von 25 bis 90% hat, aus 30 bis 70 Gew.-% Al₂O₃, 15 bis 50 Gew.-% SiO₂ sowie 1 bis 10 Gew.-% eines anorganischen Bindemittels zusammengesetzt ist sowie aus Fasern besteht, die mit einem anorganischen Bindemittel zu einem Filz verdichtet sind.

Ein derartiges keramisches Material ist auch im Langzeitbetrieb bei Temperaturen von 1000°C formstabil und besitzt ein geringes spezifisches Gewicht. Insbesondere haben die auf dieses Material aufgebrachten elektrisch leitenden Schichten eine außerordentlich gute Haftfestigkeit, so daß das beschichtete plattenförmige Material problemlos zu großen Elektroden verarbeitet werden kann, die sich während des Dauerbetriebs außerordentlich gut bewährt haben. Die elektrisch leitende Schicht hat eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und läßt sich beispielsweise durch Flammspritzen auf das keramische Material aufbringen. Auch bei höheren Temperaturen löst sie sich nicht vom keramischen Material ab, andererseits löst sich der auf den Schichten abgelagerte Staub relativ leicht in Form von Agglomeraten ab. Weist das keramische Material ein Porenvolumen von 25 bis 90% auf, so haben die Niederschlags- und Sprühelektroden ein sehr geringes Eigengewicht, was sich bei höheren Temperaturen vorteilhaft auf die Formstabilität der Elektroden auswirkt.

Eine bevorzugte Ausgesaltung der Erfindung besteht darin, daß die plattenförmigen Sprüh- und Niederschlagselektroden eine Dicke von 5 bis 100 mm aufweisen. Derartige Platten besitzen vorteilhafte mechanische Eigenschaften und können problemlos verarbeitet werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die rohrförmigen Sprühelektroden eine Wandstärke von 5 bis 30 mm und einen Durchmesser von 30 bis 100 mm auf. Dadurch läßt sich ein sehr stabiles elektrisches Feld bei hohen Temperaturen aufbauen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Abscheider aus einem Gehäuse besteht, in dem mehrere rohrförmige Niederschlagselektroden senkrecht angeordnet sind, in denen sich jeweils mittig in axialer Richtung eine rohrförmige Sprühelektrode befindet, daß der untere Teil des Gehäuses als Staubbunker ausgebildet ist, daß die aus keramischem Material bestehenden Niederschlagselektroden an der der jeweiligen Sprühelektrode zugewandten Innenfläche eine elektrisch leitende Schicht aufweisen und daß die rohrförmigen Sprühelektroden an der Außenseite eine elektrisch leitende Schicht aufweisen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Abscheider aus einem Gehäuse besteht, in dem in Strömungsrichtung des Gases mindestens zwei plattenförmige, aus keramischem Material bestehende, auf beiden Seiten mit einer elektrisch leitenden Schicht versehene Niederschlagselektroden parallel zueinander senkrecht angeordnet sind, daß sich mittig zwischen zwei Niederschlagselektroden mindestens eine rohrförmige, senkrecht angeordnete Sprühelektrode befindet, daß die aus keramischem Material bestehende rohrförmige Sprühelektrode an der Außenseite eine elektrisch leitende Schicht aufweist und daß der untere Teil des Gehäuses als Staubbunker ausgebildet ist.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Abscheider aus einem Gehäuse besteht, in dem in Strömungsrichtung des Gases mindestens zwei plattenförmige, aus keramischen Material bestehende, auf beiden Seiten mit einer elektrisch leitenden Schicht versehene Niederschlagselektroden parallel zueinander senkrecht angeordnet sind, daß sich mittig zwischen zwei Niederschlagselektroden eine plattenförmige, senkrecht angeordnete Sprühelektrode befindet, die aus keramischem Material besteht und beidseitig eine elektrisch leitende Schicht aufweist und daß der untere Teil des Gehäuses als Staubbunker ausgebildet ist.

Der erfindungsgemäße elektrostatische Abscheider kann beispielsweise bei einer Betriebstemperatur von 600°C mit einer Abscheiderspannung von 25 bis 35 KV und bei einer Betriebstemperatur von 800°C mit einer Abscheiderspannung von 8 bis 15 KV betrieben werden, wobei ein maximaler Abscheiderstrom von 2,5 mA/m² erreicht wird. Besonders überraschend ist es, daß in dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheider keine Maßnahmen zur Abreinigung der Elektroden vorgesehen werden müssen, da sich der an den Elektroden befindliche Staub nach einer bestimmten Zeit selbständig in Form von Agglomeraten ablöst, die dann im Staubbunker gesammelt und in an sich bekannter Weise mit einer geeigneten Vorrichtung ausgetragen werden. Lediglich in vereinzelten Fällen müssen die Elektroden durch Vibration mit Infraschall (z. B. 40 Hertz) abgereinigt werden. Die Aufhängung und die Isolierung der Elektroden erfoflgt problemlos mit an sich bekannten Mitteln. Als vorteilhaft hat es sich insbesondere erwiesen, daß die Elektrodenabstände eine Toleranz von ±10% zulassen.

Nach der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß das Gehäuse aus einem Stahlmantel und einer feuerfesten Innenauskleidung besteht, denn dieses Material ist auch bei Temperaturen von 500 bis 1000°C gasdicht und formstabil.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen haben sich zur Abscheidung von Stäuben, insbesondere von Flugaschestäuben, bewährt, die einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 bis 25 µm aufweisen. Die Dielektrizitätskonstante der abgeschiedenen Stäube lag zwischen 1 und 10. In den erfindungsgemäßen Vorrichtungen herrscht eine turbulente Strömung, und die Gasgeschwindigkeit liegt zwischen 0,5 und 3 m/sec. Werden die Vorrichtungen mit rohrförmigen Sprühelektroden bestückt, werden diese als negative Pole geschaltet. Das Gehäuse der Vorrichtungen besteht aus einem Stahlmantel und ist innen dann mit einer feuerfesten Auskleidung versehen, wenn Beriebstemperaturen über 500°C gefahren werden. Der Staubbunker der Vorrichtungen ist gegen Gasnebenströmungen abgeschirmt. Selbstverständlich sind die Vorrichtungen mit einer Wärmeisolation versehen, um einen Temperaturabfall im Elektroabscheider zu verhindern. Die Sprühelektroden werden gegen Erde isoliert aufgehängt. Weder die Sprühelektroden noch die Niederschlagselektroden werden geklopft; in einigen Fällen hat sich aber eine Abreinigung der Niederschlagselektroden durch Infraschall bewährt. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können aus mehreren Abscheidefeldern zusammengesetzt sein. Eine Beheizung der an den Sprühelektroden angeordneten Isolatoren ist nicht erforderlich; allerdings hat sich in einigen Fällen eine Gasspülung der Isolatoren bewährt.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Ein verunreinigtes Verbrennungsabgas wurde in einem Röhren- und in einem Plattenabscheider entstaubt. Die Entstaubung wurde unter den in der nachfolgenden Tabelle genannten Bedingungen durchgeführt.

Claims (7)

1. Elektrostatischer Abscheider, der aus einem Gehäuse besteht, in dem rohr- oder plattenförmige Sprüh- und Niederschlagselektroden angeordnet sind, die aus keramischem Material bestehen und mindestens auf einer Seite eine elektrisch leitende Schicht aus Metallen oder Legierungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht aus Kupfer, Nickel, Bronze oder einer Eisen-Chrom-Nickel-Legierung besteht sowie eine Dicke von 0,1 bis 2 mm hat, und daß das keramische Material ein Porenvolumen von 25 bis 90% hat, aus 30 bis 70 Gew.-% Al₂O₃, 15 bis 50 Gew.-% SiO₂ sowie 1 bis 10 Gew.-% eines anorganischen Bindemittels zusammengesetzt ist sowie aus Fasern besteht, die mit einem anorganischen Bindemittel zu einem Filz verdichtet sind.

2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Sprüh- und Niederschlagselektroden eine Dicke von 5 bis 100 mm aufweisen.

3. Abscheider nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Sprühelektroden eine Wandstärke von 5 bis 30 mm und einem Durchmesser von 30 bis 100 mm aufweisen.

4. Abscheider nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Gehäuse besteht, in dem mehrere rohrförmige Niederschlagselektroden senkrecht angeordnet sind, in denen sich jeweils mittig in axialer Richtung eine rohrförmige Sprühelektrode befindet, daß der untere Teil des Gehäuses als Staubbunker ausgebildet ist, daß die aus keramischem Material bestehenden Niederschlagselektroden an der der jeweiligen Sprühelektrode zugewandten Innenfläche eine elektrisch leitende Schicht aufweisen und daß die rohrförmigen Sprühelektroden an der Außenseite eine elektrisch leitende Schicht aufweisen.

5. Abscheider nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Gehäuse besteht, in dem in Strömungsrichtung des Gases mindestens zwei plattenförmige, aus keramischem Material bestehende, auf beiden Seiten mit einer elektrisch leitenden Schicht versehene Niederschlagselektroden parallel zueinander senkrecht angeordnet sind, daß sich mittig zwischen zwei Niederschlagselektroden mindestens eine rohrförmige, senkrecht angeordnete Sprühelektrode befindet, daß die aus keramischem Material bestehende rohrförmige Sprühelektrode an der Außenseite eine elektrisch leitende Schicht aufweist und daß der untere Teil des Gehäuses als Staubbunker ausgebildet ist.

6. Abscheider nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Gehäuse besteht, in dem in Strömungsrichtung des Gases mindestens zwei plattenförmige, aus keramischem Material bestehende, auf beiden Seiten mit einer elektrisch leitenden Schicht versehene Niederschlagselektroden parallel zueinander senkrecht angeordnet sind, daß sich mittig zwischen zwei Niederschlagselektroden eine plattenförmige, senkrecht angeordnete Sprühelektrode befindet, die aus keramischem Material besteht und beidseitig eine elektrisch leitende Schicht aufweist und daß der untere Teil des Gehäuses als Staubbunker ausgebildet ist.

7. Abscheider nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem Stahlmantel und einer feuerfesten Innenauskleidung besteht.