DE664835C - Vorrichtung zum elektrischen Vorabscheiden von Schwebeteilchen aus Aerosolen - Google Patents

Vorrichtung zum elektrischen Vorabscheiden von Schwebeteilchen aus Aerosolen

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DE664835C
DE664835C DES121752D DES0121752D DE664835C DE 664835 C DE664835 C DE 664835C DE S121752 D DES121752 D DE S121752D DE S0121752 D DES0121752 D DE S0121752D DE 664835 C DE664835 C DE 664835C
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DE
Germany
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separation
suspended particles
aerosols
gas
ionization
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DES121752D
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English (en)
Inventor
Walther Deutsch
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PATENTVERWERTUNG
Siemens Lurgi Cottrell Elektrofilter GmbH
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PATENTVERWERTUNG
Siemens Lurgi Cottrell Elektrofilter GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03CMAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/38Particle charging or ionising stations, e.g. using electric discharge, radioactive radiation or flames

Landscapes

  • Electrostatic Separation (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum elektrischen Vorabscheiden von Schwebeteilchen aus Aerosolen Gase, die Schwebeteilchen enthalten und einer Koronaentladung ausgesetzt werden, können bei ein und derselben Koronaspannung sehr verschiedenen Stromdurchgang gestatten, wenn die Zahl der Schwebeteilchen im Kubikzentimeter größenordnungsmäßig derjenigen Zahl von Ionen nahekommt, die (las reine Gas ohne Schwebeteilchen bei der gleichen Spannung ergeben würde; in diesem Fall sinkt der Strom sehr rasch mit zunehiüender Teilchenzahl bis auf den Wert Null herab, und das mit solchen Schwebeteilchen behaftete Gas ist zu einem hochisolierenden Aerosol geworden.
  • Solche hochisolierenden Aerosole bieten der praktischen Durchführung des Elektrofilterverfahrens oft ganz erhebliche Schwierigkeiten, weil den Schwebeteilchen die zu ihrer Abscheidung notwendige Ladung nicht mehr zugeführt werden kann. So hat sich bei der Abscheidung von sehr feinem und trockenem Braunkohlenstaub, der sich in der Größenordnung von roll Teilchen im Kubikzentimeter aus den Förder- und Siebeinrichtungen von Brikettfabriken entwickelt, gezeigt, daß er bei der üblichen Elektrofilterung, bei der in gewömImlicher Luft ebenfalls etwa roll Ionen/ccm entstehen, das Gas zu einem fast völligen Nichtleiter macht. Ähnliche Erfahrungen haben sich auch bei der Abscheidung von Teer ergeben, insbesondere dann, wenn die Kondensation-der teerigen Bestandteile plötzlich vor sich geht, so daß sich, wieder in der angegebenen Größenordnung, eine äußerst große Zahl von Kondensationskeimen bildet.
  • Wird ein solches Gas einer Sprühentladung ausgesetzt, so nehmen die in ihm enthaltenen Schwebestoffe die zugeführten Ionen auf. Diese bilden eine Raumladung und verhindern dadurch die weitere Ionisierung. Wenn daher die Zahl der in einem Gas enthaltenen Schwebekörper der Zahl der gebildeten Ionen, bezogen auf die Raumeinheit, nahekommt oder sie gar überschreitet, so kann sich das Staubteilchen nicht wie im Fall der üblichen elektrischen Gasreinigung mittels sprühender Ausströmer und nichtsprühender Sammelelektroden bis zur Sättigung aufladen, sondern kann nur einige wenige Ionen adsorbieren. Ein mittleres Staubteilchen würde in einem normalen Gas beim Betrieb der herkömmlichen elektrischen Gasreinigung etwa rooo Ionen aufnehmen und sich daher mit etwa rooo Elementarladungen sättigen. Im Gegensatz dazu entsteht unter sonst gleichen Voraussetzungen in hochisolierenden Aerosolen nur eine mittlere Aufladung von wenigen Elementarladungen. Beim Eintritt eines solchen hochisolierenden Gases in ein Elektrofilter werden daher die in dein Gas enthaltenen Schwebeteilchen schlagartig in einem geringen Bruchteil einer Sekunde bis zu dieser geringen Höhe aufgeladen und bewirken auf dem weiteren Gasweg durch ihre Raumladung die vollständige Unterdrückung jeder -weiteren Ionisation. Die Stromdichte ist auf diesem Wege gleich Null, der Ausströmer sprüht nicht mehr, und die scheinbare Anfangsspannung des Ausströmers ist auf einen entsprechend hohen Wert gestiegen. Die schlecht aufgeladenen Teilchen wandern entsprechend ihrer geringen Aufladung langsam an die Sammelelektrode und werden dort abgeschieden. Erst wenn sich ihre Zahl so weit verringert hat, daß eine mengenmäßige Konkurrenz zwischen den Teilchen und den erzeugten Ionen nicht mehr vorhanden ist, kann die normale Stromdichte wieder durchbrechen, da dann das Aerosol leitend geworden ist. Diese V orabscheidung macht in praktischen Fällen etwa 8o bis 9o °/o des gesamten Staubinhaltes des Aerosols aus. Die weitere Reinigung des nunmehr leitfähigen Gases macht jetzt keine Schwierigkeiten mehr.
  • Bei dem bereits bekannten Verfahren der Elektrofilterung schwebekörperhaltiger Gase, bei dem das Gas zuerst unipolar aufgeladen und dann einem sprühentladungsfreien statischen Feld zugeführt wurde, war man stets bestrebt, die Aufladung so hoch wie möglich zu halten. Deshalb hat man den Ionisierungsteil so bemessen, daß alle Schwebeteilchen für die darauffolgende Abscheidung bis zu ihrer Sättigung aufgeladen werden können. Das erforderte Ionisationsvorrichtungen, die in ihrer Größenabmessung an die Abmessungen von Elektrofiltern, die in üblicher Weise aus Sprüh- und Niederschlagselektroden bestehen, herankommen. Der Ionisationsteil hielt sich daher mindestens in derselben Größenordnung wie der Abscheidungsteil. Einen Unterschied zwischen hochisolierenden und den üblichen, verhältnismäßig gut zu ionisierenden Aerosolen hat man dabei nicht gemacht und übersehen, daß die eben erwähnte Maßnahme bei dem ersteren Verfahren zweckwidrig ist.
  • Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung, die das Leitendmachen von hochisolierenden Aerosolen und die Vorabscheidung von Schwebekörpern daraus auf elektrischem Wege in .,weitaus einfacherer Weise bewerkstelligt, als dies bisher möglich erschien. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß während des ganzen oben beschriebenen Vorganges der Vorabscheidung nur eine ganz kurze augenblickliche Ionisierung stattgefunden hat, während auf dem weiteren Gaswege eine sprühlose Abscheidung vorhanden war. Die letztere ist aber in höchst unwirtschaftlichem Maße erfolgt, weil die Feldstärke, die zwischen einem Koronaausströmer und einer Sammelektrode bei der üblichen Elektrofilterung vorhanden ist, nur wenige tausend Volt/cm beträgt. Die Erfindung besteht also zum Teil darin, daß man das an sich bekannte Verfahren der räumlichen Trennung zwischen einem unipolar ionisierenden Teil und einem daran anschließenden sprühentladungsfreien Abscheideteil für den Teilvorgang des Leitendmachens von hochisolierenden Aerosolen verwendet. Dadurch ist es nämlich möglich, die Größe des sprühentladungsfreien Abscheideteiles weitaus kleiner zu halten als bisher, weil die Wanderungsgeschwindigkeit infolge des stärkeren Feldes (in kalter Luft ist theoretisch eine Feldstärke bis in die Nähe von 3o kV/cm möglich) in entsprechendere Maße vergrößert wird. Die Erfindung besteht ferner darin, daß entsprechend der spontanen Ionisierung, die bei derartigen Gasen auftritt, der ionisierende Teil der Vorrichtung nur wenige Tausendstel der Größe des Abscheideteils mißt.
  • Das auf diese Weise leitend gemachte und vorgereinigte Aerosol kann dann durch an sich bekannte Elektrofilter fein gereinigt werden. Die Erfindung soll auch den Fall einschließen, daß während des Vorabscheidens mehrere spontan wirkende Ionisatoren eingeschaltet werden, um Teilchen, die bei dem ersten Vorgang zufällig der Ionisierung entgangen sind, noch nachträglich aufzuladen.
  • Die Wiederholung des Vorganges Ionisierung und darauffolgende sprühlose Abscheidung ist zwar an sich bekannt; doch ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung eine solche Wiederholung deshalb vorteilhaft, weil im Falle der punktförmigen Ionisierung eine besonders große Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß einzelne der Schwebeteilchen überhaupt keine Ladung erhalten und daher im darauffolgenden statischen Abscheidefeld nicht erfaßt werden.
  • Die Zeichnung veranschaulicht noch näher die beschriebene Wirkungsweise. Abb. i stellt den Längsschnitt eines aus Sprühelektrode und Sammelelektrode bestehenden Elektrofilters dar. Abb.2 zeigt im Zusammenhang zu Abb. i die darin auftretenden Strom-, i, und Staubverhältnisse g. Abb. 3 zeigt schematisch eine. besondere Anordnungsweise der neuen Vorrichtung im Längsschnitt und Abb. q. wieder die dazugehörigen Strom- und Staubverhältnisse.
  • In Abb. i bedeutet i den drahtförmigen Ausströmer, 2 die rohrförmige Sammelelektrode eines Elektrofilters, in das das hochisolierende Aerosol in der Richtung des Pfeiles eintritt. In Abb. 2 bedeuten die Ordinaten der voll ausgezogenen Kurve in übertriebenem Maßstab die jeweilige Stromdichte an den betreffenden (Querschnitten der Vorrichtung nach Abb. i. Das hochisolierende Aerosol ladet sich schlagartig am Querschnitt 3 auf. In Abb. 2 ist das durch die Stromspitze 4, die in einem geringen Bruchteil einer Sekunde anschwillt und wieder auf Null sinkt, zu erkennen. Während der ganzen Periode zwischen den Querschnitten 3 und 5 bleibt die Stromstärke gleich Null, um dann in verhältnismäßig kurzer Zeit auf den vollen Wert 6 (Abb.2) bis zum Ende der Reinigung im Querschnitt 7 (Abb. i) zu gelangen. Die Ordinaten der gestrichelten Kurve in Abb.2 zeigen die im Gas vorhandene Anzahl der Schwebekörper an. Gemäß der Abscheidung im Teil 3-5 sinkt diese Zahl annähernd geradlinig, um im Teil 5-7 exponentiell abzusinken. Bis zum Querschnitt 5 haben sich dabei etwa 85 % abgeschieden, bis zum Querschnitt 7 beispielsweise 99 Die Erfindung erstreckt sich nun auf den Reiniger zwischen den Querschnitten 3 und 5. Das durch den Stromanstieg bei 5 gekennzeichnete Leitendwerden des Gases soll durch eine weitaus billigere und zweckmäßigere Vorrichtung bewirkt werden, die schematisch in Abb. 3 dargestellt ist. Zu diesem Zweck ist eine eigene Ionisierung für den Querschnitt 3 (Abb. i) vorgesehen, der z. B. in einer sprühenden Spitze oder in einem kurzen Stück eines Sprühdrahtes oder auch in einem anderen Ionisator bestehen kann und durch den Punkt 8 angedeutet ist. Dieser Teil der Vorrichtung kann äußerst klein sein, und es ergab sich, daß für ffie Größe dieses Ionisatorteils wenige Promille der Größe des gesamten Abscheiders genügen. Zur Feldverstärkung ist der weitere Teil zwischen dem Querschnitt 3 und 5 durch einen an sich bekannten sprühlosen Abscheider, der in Abb. 3 aus zwei konzentrischen Rohrelektroden 9 und io besteht, ersetzt. Die Elektrode 9 kann zur Verhinderung der Feldstärkenvergrößerung entsprechende Abrundungen besitzen. Gegenüber der Vorrichtung nach Abb. i tritt infolge des verstärkten Feldes bei gleichem Reinigungsgrad von 85 % eine erhebliche Verringerung des Raumquerschnittes für den Gasströmungsweg auf. Für den weiteren Teil der Vorrichtung nach Abb. 3 könnte der Teil 5-7 der Abb. i gewählt werden. Es ist jedoch auch hier von dem Prinzip der räumlichen Trennung zwischen Ionisationsfeld i i (schematisch) und Abscheidungsfeld iz (schematisch) in bekannter Weise Gebrauch gemacht, so daß ebenfalls eine räumliche und bauliche Verkleinerung eintritt. Die Stromdichte im Vorreiniger ist durch die Ordinaten der ausgezogenen Kurve der Abb. 4 zu ersehen; sie verläuft genau in der gleichen Weise wie diejenige in Abb. 2 bis zum Querschnitt 5. Ebenso fällt der Staubinhalt des Gases in gleicher ` Weise etwa linear nach der in Abb., 4 ausgezogenen Kurve ab bis zu einer Abscheidüng von etwa 85 °@o. Die Geschwindigkeit. `ü Ionisator i i ist so hoch gewählt, daß im' Ionisator nur äußerst geringe Mengen des Staubes anfallen, d. h. der exponentielle Abfall der Staubkurve q ist in diesem Teil sehr gering, ist aber dann im Abscheider 12 sehr steil, so daß in dem gegenüber der Strecke 5-7 kurzen Teil des Abscheiders 12 ein hoher Reinheitsgrad erreicht wird.
  • Über die Erzeugung der Spannungen für die einzelnen Felder ist hier nichts bemerkt worden; es ist in der Tat nur eine Frage der jeweiligen Umstände, ob man die gleiche Spannung für den Ionisatorteil wie für den Abscheideteil verwendet oder nicht. Es ist indessen auch möglich, die geringe für den Vorreiniger notwendige Ionisation überhaupt nicht durch Sprühentladungen, sondern in bekannter Weise durch eine fremde Ionisationsquelle herzustellen.
  • Die Länge des Abscheideteils (z. B. 9 und io in Abb.3), die durch die Abscheidung bis zum Leitendwerden des Gases gegeben ist, kann man leicht rechnerisch oder durch Versuche bestimmen, wenn die Zahl der in einem Kuhikzentimeter vorhandenen Schwebeteilchen bekannt ist. Die Verfahren zur versuchsmäßigen Bestimmung sind bekannt. Es wird z. B. durch einen Vorversuch die scheinbare Erhöhung der Anfangsspannung einer in das Gas gehaltenen Koronastrecke gemessen. Durch eine einfache bekannte Formel kann man daraus mit genügender Genauigkeit auf die Raumladung und damit auf die notwendige Länge des Abscheiders bis zum Leitendwerden des Gases schließen.

Claims (2)

  1. PATEN TA NS PR ÜCIIE: i. Vorrichtung zum Leitendmachen von hochisolierenden Aerosolen und zum Vorabscheiden von Schwebeteilchen aus solchen Gasen auf elektrischem Wege, dadurch gekennzeichnet, daß sie in an sich bekannter Weise aus einem unipolar ionisierenden Teil und einem daran anschließenden sprühentladungsfreien Abscheideteil besteht und ferner der ionisierende Teil nur wenige Tausendstel der Größe des Abscheidungsteils mißt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere solche Vorrichtungen in der für Elektrofilteranlagen an sich bekannten Anordnung hintereinandergeschaltet sind.
DES121752D 1936-02-29 1936-02-29 Vorrichtung zum elektrischen Vorabscheiden von Schwebeteilchen aus Aerosolen Expired DE664835C (de)

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