DE4339611A1

DE4339611A1 - Einrichtung zur Entstaubung von Abgasen

Info

Publication number: DE4339611A1
Application number: DE4339611A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Kogelschatz
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1993-11-20
Filing date: 1993-11-20
Publication date: 1994-10-06

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Entstau bung von Abgasen- aus Verbrennungsanlagen und Verbrennungsma schinen mit Aufladeelektroden und jeweils beidseitig davon an geordneten Abscheideelektroden, welche zwischen sich einen Ab gaskanal definieren, durch welche das zu entstaubende Abgas im wesentlichen senkrecht zu den Aufladeelektroden geführt ist, und einer an die Aufladeelektroden angeschlossenen Hochspan nungsquelle, deren einer Pol mit den Aufladeelektroden und de ren anderer Pol an die Abscheideelektroden angeschlossen ist.

Ein Elektrofilter dieser Bauart ist beispielsweise aus der DE- A-34 18 112 bekannt.

Technologischer Hintergrund und Stand der Technik

Konventionelle Elektrofilter benutzen eine Koronaentladung, um Staubpartikel auf zuladen und mit Hilfe eines elektrischen Fel des abzuscheiden. Dabei wird normalerweise die gleiche Hoch spannungsquelle zur Zündung der Koronaentladung und zur Erzeu gung des für den Staubtransport erforderlichen elektrischen Feldes verwendet. Dieser durch ihre Einfachheit bestechenden Lösung haften jedoch einige Nachteile an:

- Die als Spitzen oder scharfe Kanten ausgebildeten Korona- oder Sprühelektroden stellen oft ein beträchtliches Strö mungshindernis für das durch den Elektrofilter strömende Abgas dar, das zu komplexen Strömungsverhältnissen führt.
- Die aktive Zone der Koronaentladung beschränkt sich im wesentlichen auf die unmittelbare Nachbarschaft der Spit zen bzw. Kanten.
- Das elektrische Feld zwischen den (plattenförmigen) Ab scheideelektroden im Abgaskanal ist sehr inhomogen und im Mittel weit unter der Durchschlagspannung. Trotzdem tre ten gelegentlich elektrische Durchschläge auf, die eine sofortige momentane Reduktion der Spannung erfordern.
- Die Formgestaltung der Abscheideelektroden ist stark ein geschränkt, da der Abstand zu den Sprühelektroden über die gesamte Höhe des Abgaskanals konstant sein muß, wenn eine gleichmäßige Koronaentladung brennen soll.

Idealerweise wäre eine Staubaufladung im ganzen Volumen, eine möglichst hohes homogenes Abscheidefeld und eine automatische Verhinderung des elektrischen Durchschlages.

Kurze Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Entstaubung von Abgasen aus Verbrennungsanlagen und Verbren nungsmaschinen zu schaffen, welche eine Staubaufladung im gan zen Volumen, eine möglichst hohes homogenes Abscheidefeld und auch eine automatische Verhinderung des elektrischen Durch schlages ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufladeelektroden Dielektrikumselektroden und Hochspan nungselektroden umfassen, die gruppenweise je an eine Hoch spannungsquelle anschaltbar sind, wobei die Dielektrikumselek troden mit Wechselspannung, die Hochspannungselektroden mit Gleichspannung beaufschlagt sind, daß zwischen jeder Dielek trikumselektrode eine Hochspannungselektrode angeordnet ist, und daß die Dielektrikumselektroden einen metallischen Kern aufweisen, der allseits von einer dielektrischen Schicht umge ben ist, während die Hochspannungselektroden als Metallplatten ausgebildet sind.

Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, die Aufladung der abzuscheidenden Staubpartikel räumlich zu trennen von deren Abscheidung. Im Prinzip könnte schon mit einer "dielektrisch behinderte" Entladung, bei der mindestens eine der beteiligten Elektroden mit einem Dielektrikum überzogen ist, die Erfin dungsaufgabe gelöst werden. Da die mit Dielektrikum beschich tete Elektrode jedoch den für die Staubabscheidung und Staub haftung erforderlichen Gleichstrom nicht führen kann, ist die Segmentierung in Strömungsrichtung vorgesehen, bei der sich dielektrisch behinderte Entladungsstrecken zur Aufladung der Staubpartikel mit "normalen" Abscheidestrecken mit hohen homo genen elektrischen Feldern zwischen metallischen Elektroden abwechseln.

Auf diese Weise erreicht man eine homogene Aufladung des ge samten Volumenstroms im Bereich der dielektrisch behinderten Aufladung im Abgaskanal. Die aktive Zone wird damit auf die ganze Kanalbreite ausgeweitet, wobei das Dielektrikum den Stromflußautomatisch begrenzt und einen Übergang in eine Bogenentladung verhindert. Als weiterer Vorteil kann angeführt werden, daß - im Gegensatz zur konventionellen Anordnung - Ladungsträger beider Polaritäten im gesamten Volumen erzeugt werden, die nach Anlagerung an Staubpartikel bereits zu einer beschleunigten Koagulation gegenpolig geladener Partikel füh ren, was den anschließenden Abscheidevorgang erheblich er leichtert.

Die Aufladung des Volumenstroms kann bezüglich der Strömungs geschwindigkeit optimiert werden. Zwischen die Abscheideelek troden kann ein hohes homogenes Feld angelegt werden. Die Hochspannungselektroden sowohl für die dielektrisch behinderte Entladung als auch für die Abscheidestrecken können strömungs technisch günstig ausgelegt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere damit erziel bare Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sche matisch dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen stark vereinfachten Horizontalschnitt durch einen Elektrofilter mit zwei Gruppen von Hochspan nungselektroden, wobei jede Gruppe an eine separate Hochspannungsquelle angeschlossen ist;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Elektrofilter gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch eine platten förmige Dielektrikumselektrode;

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt durch eine aus meh reren diskreten Stäben bestehende Dielektrikumselek trode;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Elektrodenanordnung gemäß Fig. 4;

Fig. 6 ein Diagramm, das den zeitlichen Spannungsverlauf an den beiden Elektrodengruppe der Fig. 1 zeigt, wobei in der oberen Hälfte den Spannungsverlauf zwischen den Dielektrikumselektroden und den Abscheideelek troden und in der unteren Hälfte der Spannungsver lauf zwischen den Hochspannungselektroden und den Abscheideelektroden wiedergegeben ist.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Der Elektrofilter gemäß Fig. 1 und 2 weist zwei parallel zu einander verlaufende plattenförmige Abscheideelektroden 1, 2 auf, die zwischen sich einen Abgaskanal 3 definieren. Das mit Staubpartikeln (Flugasche, Rußpartikel und dergl.) beladene Abgas durchströmt den Filter in Pfeilrichtung von links nach rechts. Im Abgaskanal 3 sind zwei Gruppen Elektroden, nämlich Dielektrikumselektroden 4 und Hochspannungselektroden 5 ange ordnet. Sie erstrecken sich, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, im wesentlichen über die gesamte Höhe des Elektrofilters und ver laufen in Richtung der vertikalen Symmetrieebene des Filters.

Gemäß Fig. 3 bestehen die Dielektrikumselektroden 4 aus Me tallplatten 6, die bis auf den Hochspannungsanschluß allseits von einer dielektrischen Schicht 7 umgeben sind. Diese dielek trische Schicht 7 ist hinsichtlich Material und Dicke so be messen, daß es die zwischen den Dielektrikumselektroden 4 und den (auf Erdpotential liegenden) Abscheideelektroden 1, 2 anliegende, von einer Wechselspannungsquelle 8 erzeugte Span nung (typisch 50-100 kVolt) halten kann. Als Dielektrika kommen dabei hochspannungs- und teilentladungsfeste Materia lien wie Glas, Quarz, Keramik, Email, gefüllte Kunststoffe bzw. Verbundwerkstoffe in Frage. Derartige Beschichtungen und auch ihre Aufbringung auf Metalloberflächen ist bekannt; sie werden u. a. in Ozonerzeugern in großem Maßstab verwendet.

Anstelle von beschichteten Platten können auch ein oder meh rere in Strömungsrichtung des Abgas es gesehen hintereinander angeordnete Metallstäbe 6′ verwendet werden, die ebenfalls allseits mit einer dielektrischen Schicht 7 versehen sind (Fig. 4). Bei mehreren Stäben sind diese durch eine Sammel schiene 9 (Fig. 5) untereinander verbunden, welche gleichzeitig der Kontaktierung dient. Die Anforderungen an das Dielektrikum sind dieselben wie bei plattenförmigen Dielektrikumselektro den 6.

Zwischen je einer Gruppe von Dielektrikumselektroden 4 ist gemäß Fig. 1 jeweils eine Hochspannungselektrode 5, die im einfachsten Fall als Metallplatte ausgebildet ist, vorgesehen. So wie alle Dielektrikumselektroden 4 parallelgeschaltet und an den einen Anschluß der Wechselspannungsquelle 8 geführt sind, sind auch die Hochspannungselektroden 5 untereinander elektrisch verbunden und an den einen Anschluß einer Hoch spannungs-Gleichspannungsquelle 10 geführt. Die anderen An schlüsse beider Spannungsquellen 8, 10 sind mit den auf Erd potential liegenden Abscheideelektroden 1, 2 verbunden. Die Hochspannungs-Gleichspannungsquelle 10 liefert eine Spannung von typisch 40-80 kVolt.

Im Längsschnitt durch den Elektrofilter gemäß Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Elektroden 4, 5 am oberen Ende an einem oberen Isolierteil 11 isoliert aufgehängt und dort außerhalb des Abgaskanals mit einer Anschlußarmatur 12 versehen. Ein Gewicht 13 am unteren Ende strafft die Elektroden.

Der Abstand zwischen den beiden Abscheideelektroden 1 und 2 beträgt typisch 300 bis 400 mm, der Abstand zwischen den Di elektrikumselektroden 4 und den Hochspannungselektroden 5 liegt zwischen 50 mm und 300 mm. Die Höhe des Abgaskanals 3 kann mehrere Meter betragen, ebenso seine Länge in Strömungs richtung der Abgase.

Anstelle von freihängenden, durch Gewichte gestraffte Elektro den 4, 5 können diese auch in einem Rahmen angeordnet sein, der isoliert im Abgaskanal 3 aufgehängt ist.

Wird nun bei eingeschalteten Spannungsquellen 8, 10 mit Staub partikeln beladenes Abgas durch den Abgaskanal 3 geleitet, so werden die Staubpartikel im Einflußbereich der Dielektrikums elektroden 4 unter der Wirkung der sich zwischen den besagten Elektroden und der Wandung des Abgaskanals 3 ausbildenden stillen elektrischen Entladungen mehr oder weniger stark elek trisch aufgeladen. Sie gelangen dann in den Einflußbereich der Hochspannungselektroden 5 und werden unter dem Einfluß des dort herrschenden elektrischen Gleichfeldes zum Teil an den Wänden des Abgaskanals 3 abgeschieden. Nicht oder noch nicht in ausreichender Höhe aufgeladene Partikel gelangen dann stromabwärts erneut in den Einflußbereich der nächsten Di elektrikumselektroden, wo sich die beschriebenen Vorgänge wie derholen.

Die Spannungsversorgung für die beiden Elektrodengruppen er folgt bevorzugt mit modernen getakteten Netzgeräten mit Schaltfrequenzen von einigen Kilohertz bis einigen Megahertz. Derartige Netzgeräte lassen sich bekanntlich durch von außen angelegte Steuersignale steuern. Diese Eigenschaft macht sich eine Weiterbildung der Erfindung zunutze. Mittels eines Steu ergeräts 14 werden die beiden Spannungsquellen 8 und 10 so ge steuert, daß die Wechselspannung U₄ an den Dielektrikumselek troden 4 jeweils nur kurzzeitig anliegt und die an den Hoch spannungselektroden 5 anliegende Gleichspannung U₅ jeweils in den Pausen angelegt wird (Fig. 6). Damit erreicht man eine ho mogene Aufladung im gesamten Volumenstrom im Bereich der di elektrisch behinderten Aufladung. Die Ladung (im Volumenstrom) kann durch das Verhältnis Dauer des Impulszuges zur Strömungs geschwindigkeit optimiert werden.

Bezugszeichenliste

1, 2 Abscheideelektroden
3 Abgaskanal
4 Dielektrikumselektroden
5 Hochspannungselektroden
6 Metallplatte
6′ Metallstab
7 Dielektrische Schicht
8 Wechselspannungsquelle
9 Sammelschiene
10 Gleichspannungsquelle
11 Isolierteil
12 Anschlußarmatur
13 Gewicht
14 Steuereinrichtung.

Claims

1. Einrichtung zur Entstaubung von Abgasen aus Verbrennungs anlagen und Verbrennungsmaschinen mit Aufladeelektroden und jeweils beidseitig davon angeordneten Abscheideelek troden, welche zwischen sich einen Abgaskanal definieren, durch welche das zu entstaubende Abgas im wesentlichen senkrecht zu den Aufladeelektroden geführt ist, und einer an die Aufladeelektroden angeschlossenen Hochspannungs quelle, deren einer Pol mit den Aufladeelektroden und deren anderer Pol an die Abscheideelektroden angeschlos sen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladeelektro den Dielektrikumselektroden (4) und Hochspannungselektro den (5) umfassen, die gruppenweise je an eine Hochspan nungsquelle (8 bzw. 10) anschaltbar sind, wobei die Di elektrikumselektroden mit Wechselspannung (U₄), die Hoch spannungselektroden mit Gleichspannung (U₅) beaufschlagt sind, daß zwischen jeder Dielektrikumselektrode (4) eine Hochspannungselektrode (5) angeordnet ist, und daß die Dielektrikumselektroden (4) einen metallischen Kern (6; 6′) aufweisen, der bis auf den Anschluß allseits von einer dielektrischen Schicht (7) umgeben ist, während die Hochspannungselektroden als Metallplatten ausgebildet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrikumselektroden (4) plattenförmig ausgebildet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dielektrikumselektrode (4) aus einem oder mehreren Stäben (6′) besteht, die unter sich elektrisch verbunden sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Dielektrikum ein hochspannungs- und teilentladungsfestes Material, insbesondere Glas, Quarz, Keramik, Email, gefüllter Kunststoff oder ein Ver bundwerkstoff, ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (14) zur abwechselnden Beauf schlagung der Dielektrikumselektroden (4) und der Hoch spannungselektroden (5) mit Wechsel-(U₄) bzw. Gleichspan nung (U₅) vorgesehen sind.