-
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.