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Verfahren zur elektrischen Abscheidung der Schwebestoffe eines hochisolierenden
Aerosols aus ihrem Trägergas Die in der Elektrofiltertechnik zur Behandlung kommenden
Aerosole können hinsichtlich des Grades ihrer Ionisierbarkeit in zwei 'grundsätzlich
verschiedene Klassen eingeteilt werden: Die einen lassen sich etwa ebensogut' ionisieren,
wie das die Schwebeteilchen enthaltende reine Trägergas allein, die anderen aber
sind hochisolierend und haben einen gegenüber ihrem reinen Trägergas um viele Zehnerpotenzen
höheren Widerstand, wenn sie einem Koronafeld ausgesetzt werden.
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Diese Unterschiedlichkeit rührt von der Zahl der in der Raumeinheit
des Gases schwebenden Teilchen her. Solange diese Zahl gegenüber der Zahl der Ionen,
die sich bei der betreffenden Anordnung im reinen Trägergas bilden würden, noch
gering ist, übt die auf den Schwebeteilchen sitzende Raumladung keinen oder nur
einen geringen Einfluß auf die Feldverteilung aus, und, die Stromstärke bleibt daher
annähernd die gleiche, wie für das reine Trägergas. Kommt aber die Zahl der Schwebeteilchen
der im reinen Trägergas gebildeten Ionenzahl nahe oder überschreitet sie diese sogar,
so beladen sich sämtliche Schwebeteilchen mit je nur einer Elementarladung
(oder nicht einmal sämtliche), und es bleibt für den Ionenstrom nichts mehr übrig;
der Strom, den die geladenen, aber sehr schwer beweglichen Schwebestoffe selbst
erzeugen, ist gänzlich zu vernachlässigen. Das Aerosol ist dann hochisolierend.
Da auf ein Teilchen nunmehr höchstens eine Elementarladung entfällt, während in
leitenden Aerosolen im allgemeinen viele Hunderte oder Tausende Eletnentarladungen
auf ein Teilchen kommen, ist der Reinigungsgrad in solchen Fällen äußerst gering,
und diese hochisolierenden Gase müßten einen großen Weg im Elektrofilter mit diesem
schlechten Reinigungsgrad zurücklegen, bis sich endlich so viel Schwebestoffe abgeschieden
haben, daß die noch schwebenden Teilchen unterhalb der Zahl der sich bildenden Ione
' n liegen. Ist dieser Zustand erreicht, dann verwandelt sich das isolierende
Aerosol fast plötzlich in ein gut leitendes, das nunmehr im weiteren Reinigungsweg
mit hohem Wirkungsgrad behandelt werden kann.
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Diese Umschlagzone der Leitfähigkeit des Gases gibt sich augenfällig
durch das Licht der Korona kund, indem bis zu diesem Bereich an den Ausströmerelektroden
keine
Lichtwirkung zu sehen ist, während von einer bestimmten, eng
umgrenzten Stelle . an die volle Korona durchbricht.
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Die Stelle im Gasreiniger, an der dieser Umschlagsbereich eintritt,
ist den physikalischen Grundlagen der Elektrofiltertechnik gemäß bereits allgemein
ermittelt worden (vgl. Annalen der Physik, 5. Folge, Bd. io, 9 3
1, Nr. 7).
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Auch durch Versuche läßt sich diese Stelle leicht angenähert dadurch
bestimmen, daß man den bei solchen abnorinalen Staubverbältnissen auftretenden Gesamtstrom
mit dem-' jeni,gen Gesamtstrorn vergleicht, der in demselben Reiniger bei gleicher
Spannungsbelastung unter gewölinlichen Bedingungen, d. li. bei Vorhandensein
einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Schwebeteilchen im Gas auftritt; praktisch
kann das etwa dadurch geschehen, daß man die Stromaufnahme eines einzelnen Sprühdrahtes
des letzten, d. h. des bereits im Reingas liegenden Teiles des Elektrofilters
gesondert mißt und diese mit der Gesamtsprühdrahtzahl des Elektrofilters multipliziert.
Das durch diesen Vergleich ermittelte Stromverhältnis gibt gleichzeitig anä
" n liernd das Verhältnis der sprühenden Länge zur Gesamtlänge des
Elektrofilters an, weil eben nur dieser Bruchteil der Länge die gewöhnliche Sprühwirkung
aufweist.
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Es ist beim Elektrofilterverfahren bekannt, eine abscheidungslose
Ionisatorstufe von einem sprühlosen Abscheidefeld räumlich zu trennen. Während sonst
Ionisation und Abscheidung beim Elektrofilterverfahren miteinander verkoppelt sind,
gestattet die räumliche Trennung beider Vorgänge die Anpassung der Abmessungen und
Spannungen an die wesentlichen physikalischen Bedingungen der Ionisation und der
Abscheidung und ermöglicht im allgemeinen einerseits eine große Ersparnis an unnötiger
Ionisationslän 'ge und -energie und andererseits eine Erhöhung der Feldstärke im
Abscheideteil, was ebenfalls eine Verkleinerung dieses Teiles zur Fol 'ge hat.
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Dieses verbesserte Verfahren der räumlichen Trennung, so.gut es sich
für normal leitfähige Gase eignet, ist nun ganz und gar unzweckmäßig, wenn es auf
hochisolierende Aerosole angewendet wird, denn hier kommt es ja gerade auf eine
große Ionisierlänge an, und das Ionisieren darf keineswegs abscheidungslos vor sich
gehen, weil dann der Bereich des Umschlages überhaupt durch die lonisation nicht
erreicht würde.
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Diese Erkenntnisse führten zu der folgenden Erfindung: Die hochisolierenden
Aerosole werden zunächst in einem Elektrofilter üblicher Art mit Sprüh- und Niederschlagselektroden
behandelt, das so beinessen und mit solcher Spannung betrieben wird, daß die ihn
verlassenden Gase gerade bis zum Bereich des Umschlages vorgereinigt sind. Diesem
Elektrofilter wird ein weiteres Elektrofilter nachgeschaltet, das auf dem Grundsatz
der raumlichen Trennung von abscheidungslosem Ionisier- und sprühlosem Abscheidungsfeld
beruht und in dem die endgültige Reinig ng bis zum gewünscht# ZD U c.
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ten keinheitsgrad erfolgt. Die Verhältnisse bei der elektrischen Behandlung
leitfähiger und hochisolierender Schwebestoiffe sind so-,vohl in der Praxis als
auch theoretisch so bekannt, daß auf Grund einfacher Messungen des Staubgehaltes
die richtige Bemessung dieser Elektrofilter leicht erfolgen kann.
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Im ersten Elektrofilter wird dann mit dein Höchstmaß an Wirtschaftlichkeit
der Bereich des Umschlages erreicht, während im zweiten Teil durch die Vorteile
der räumlichen Trennung, die erst nach 'dem Umschlag der Leitfähigkeit einsetzen
können, mit dem Hlöchstmaß an Wirtschaftlichkeit die Endreinigung durchgeführt wird.
Durch die sinngemäße Verbindung der beiden Elektrofilterverfahren wird daher, im
ganzen genommen, bei gleicher technischer Wirkung eine große wirtschaftliche Ersparnis
erreicht.
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Es ist bekannt, schwebestoffhaltige Gase dadurch zu reinigen, daß
man sie erst durch eine Sprüh- und eine Gegenelektrode hindurchführt und dann ein
koronaloses Abscheidungsfeld auf sie einwirken läßt; auch die mehrfache Aufeinanderfolge
dieser Stufen ist bekannt. Bei hochisolierenden Aerosolen würde aber ein solches
Verfahren wiederum die eingangs beschriebenen Störungen erleiden: Eine Sprühwirkung
würde in der ersten Stufe überhaupt nicht auftreten und daher die für die Abscheidung
in der zweiten Stufe notwendige starke Aufladung der Schwebeteilchen nicht entstehen.
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Demgegenüber besitzt das Verfahren nach der Erfindung den Vorteil,
daß die Gase in ilirer Leitfähigkeit so vorbehandelt werden, daß sie für diese bekannten
Methoden geeignet werden und deren Anwendung überhaupt erst ermöglicht wird.
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Das Verfahren ist nicht auf die Anwendung eines einmaligen Durchganges
durch t' el ein abscheidungsloses Sprühfeld und ein sprühloses Abscheidungsfeld
beschränkt: besonders, wenn es auf höchste Reinigungsgrade ankohlmt, ist es vorteilhaft,
diese beiden Vorgänge in bekannter Weise abwechselnd zu wiederholen.