DE8810485U1

DE8810485U1 - Wechselspannungsfilter zur Abscheidung von Schwebstoffen aus strömenden Gasen

Info

Publication number: DE8810485U1
Application number: DE8810485U
Authority: DE
Original assignee: Humboldt Universitaet zu Berlin
Current assignee: Humboldt Universitaet zu Berlin
Priority date: 1987-08-26
Filing date: 1988-08-19
Publication date: 1988-12-01
Also published as: DD263927A1

Description

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Wechselspannungsfilter zur Abscheidung von Schwebstoffen »us strömenden Gasen

Die Erfindung betrifft eia WechBelspannungafiltsr zur Abscheidung von Schwebstoffen aus strömenden Gasen. Die Erfindung kann durch hohe Variabilität von Werkstoffen sowie Konstruktions- und Fertigungselementen den verschiedensten Anforderungen wie Temperatur, Volumenstrom, Korrosivität, Art und Belastung mit Schwebstoffen angepaßt, eingesetzt werden.

* Es sind bereits mit Wechselhochspanaung betriebene Elektrofilter bekannt, die bevorzugt für die Reinigung hochohmiger Stäube und/oder Nebel enthaltender Abgase geeignet sind. Charakteristisch für bekannte Wechselspannungsfilter ist es, daß eine den Gasraum mit Sprühelektrode einschließende Niederschlagswand die Gegenelektrode elektrisch

isolierend davon abtrennt (LAU, H«; Staub - Reinhaltung der Luft 29 (1969) 311, KRUG, H,; Luftverunreinigung (1969) 40). Es fehlt aber auoh nicht an Vorschlägen aiur Verringerung des hohen Materialaufwandes der Wechselspannuingafiltration bezüglich des Gasdurchsatzes, durch Verbesserung der elektrischen tilteraufteilung, des Frequenzbereiches und der Wandkühlung (DE-OS 2121496} BE-OiS 2130804; DE-OS 2130806; DE-OS 2130807; DE-OS 3039639). Andere Vorschläge sind hinsichtlich Größenordnung auf vielseitigere und. bezüglich elektrischer Ver-•orgung auf variablere Einsatzmöglichkeiten gerichtet und daß auch Gas-Temperaturen bis 500 ⁰C und Bereiche stark verminderter Gasdrücke erfaßt werden können (DD-PS 2348&Ogr;3; DD-PS 2348&Ogr;4). Nach den bekannten technischen Lösungen, die but gleichzeitigen Abreinigung weit schwingende oder rotierende z.T. spitzenbewehrte Sprühdrähte vorsehen, erfolgen euch eigenen Untersuchungen zufolge unvertretbar häufig Spannungsdurchschläge, die z.B. auch noch 10 mm starkes Polyethylen als Isolierstoff irreversibel durchschlagen und damit den betreffenden Filterbereich oder das ganze Filter unwirksam machen. Aber auch durch betriebsbedingte Ablagerungen, z.B. kohlenstoffhaltiger Crackprodukte, können von den Sprühelektrode!! leicht gefährliche Spptmunes— durchschlage erfolgen. Unbefriedigend sind aber auch immer noch Fertigungs- und Materialaufwand, wie z.B. zur Darstellung der Gegenelektroden mittels Kupferdrahtnetzen oder Drahtwicklungen auf Isolierstoffen oder mangelnde mechanische Stabilität von Isoliermaterialien, wie z.B. PE, PP, PTFE. Zweifellos besteht auch ein erheblicher Nachteil der bisherigen Vorschläge für Wechselspannungsfilter darin» daß diese nicht zur Abscheidung von Schwebst of ft eilchen mit erheblich geringeren elektrischen Widerständen als 10 Jl.»cm. geeignet sind, wie z.B. zur Abscheidung von Ruß oder kondensierten Salz- und Metallstauben oder säure- bzw. alkalihaltigen Tropfenkondensaten aus der PolymerVerarbeitung.

Aufgabe der Erfindung let die Schaffung eines Wechselspannungsfliters zur Abscheidung von Schwebstoffen aus strömenden Gasen unter Nutzung preisgünstiger Materialien und einfacher Fertigungsprlnzipien, 1>ei dem Sprühelektrode, Isoliermaterial und Gegenelektrode in der Weise zueiader *ni aufeinander abgestimmt uttd aufgebaut sowie betriebsfähig sind, daß hohe Varibilität von Werkstoffen, Konetruktione- und Fertigungselementen erreicht wird und Aeniit das Wechselspannungsfiiter verschiedensten Auforfterungen für Temperatur, Volumenstrom, Korrosivität, Schwebstoffart und -belastung optimal anpaßbar ist.

ErfindungBgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die als Sprühelektroden verwendete elektrische Leiter gegen Ausschwingen an die elektrisch isolierende Niederechlagswand mechanisch fixierte, drahtförmige, den speziellen Anwendungen angepaßte Metalle oder auch Graphit Bind, die auch wendelförmig fixiert auf Stützmaterial aufgebracht sein können. Als Gegenelektroden verwendete elektrische Leiter sind im Isoliermaterial integriert oder haftend und/oder stützend darauf befindlich. Dis Integration erfolgt dabei vorteilhaft stabilisierend und korrosionsschützend für preisgünstige Eisen- oder Aluminiumdrahtverbunde durch Einbettung bei der Formung bzw. beim Verguß. Aber auch beidseitig mit z.B. Glasscheiben, PPO- oder PPS-Platten verklebte Aluminiumfolie ist für a~~5eeitig wirksame Niederschlagswände vorteilhaft als Gegenelektrode verwendbar. Bei Isolierstoffen wie Polymere, Keramik und Glas sind die Gegenelektroden auch durch elektrische, chemische oder Anstrich-Metallisierung mit dünnen korrosionsfesten Schichten aus Kupfer, Nickel oder Messing, aber auch . aus Graphit ohne Beeinträchtigung der Filtereffe's", " t wirtschaftlich und technologisch vorteilhaft darstellbar.

Zum Fließen neigende Isolierstoffe werden auf Stützmetalle aufgetragen oder in Form von Rohren oder Schläuchen paßfertig in. Metallrohre eingebracht. Konnnerzielle Rohrbiindelapparate werden als stützende, temperierende &tgr;*™* als Gegenelektrode fungierende Grundkörper zu Wechselspannungsfiltern durch Einzug von I&olierstoffschläuchen oder -rohren und Einbringen von Sprühelektroden ausgerüstet. Als vorteilhaft für die Wirkungsweise des Wechselspannungsfilters besonders zur Abscheidung von auch weniger hochohmigen Schwebstoffen erweist sich eine nur 60 - 90 %ige Umfassung von Sprühelektrode durch Gegenelektrode. Dies erfolgt durch überstehende Sprühelektroden in der Anströmrichtung oder auch durch Schlitze in der Gegenelektrode uni bei wabenähnlichem Filteraufbau. Die gemeinsame elektrische Wirkung der erfindungsgemäßen Lösung wird dadurch so sehr verbessert, daß auch Stäube und/oder Nebel mit höheren elektrischen Leitfähigkeiten,wie Salzstäube, vorteilhaft abgeschieden werden und gleichzeitig auch dampfförmige Stoffe durch Kondensation konditioniert und abgetrennt werden können oder Schadstoffe durch die elektrische Wirkung gleichzeitig chemisch abgebaut werden können.

Alle Merkmale des erf indungsgemäOen Wechselepannungsfiltera zeichnen sich also durch äußerst günstige Kombinationsfähigkeit aus, und es ist dadurch äußerst vielseitig den speziellen Anwendungsi'ällen anzupassen. Dazu gehört auch die Verschaltung des Wechselepannungsfilters vor Meßwerterfaesungseinrichtungen zu deren Schutz vor Beeinträchtigung durch hoohdisperse Schwebet off e im Submikrobereich oder zur Trockenabscheidung wiederverwendbarer Stoffe vor Naßabsorbern.

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Sie Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Wechselspannungsfilter mit integrierter Gegenelektrode im Isolierstoff

Fig. 2: Wechselspannungsfilter mit geschlitzter Gegenelektrode auf dem Isolierstoff

Fig. 3: Wechselspannungsfilter mit wendeiförmiger Sprühelektrode auf Stützisolator

Fig. 4: Draufsicht auf einen Wechselspannungsfilter

mit gewellten Niederschlagswänden 1. Beispiel

Das verwendete Wechselspannungsfilter, Fig. 1, bestand aus einem als isolierende Niederschlagswand 3 dienenden PE-Rohr, in dessen Wandung ein als Gegenelektrode 2 fungierendes Al-Drahtnetz eingegossen war.

Das PE-Rohr war 1000 mm lang und seine lichte Weite betrug 50 mm. Im Rohr zentralsymmetrisch war ein 0,5 mm starker Cr-Ni-Stahl-Draht als Sprühelektrode 1 zweiseitig fest eingespannt. Die im PE-Gefüge integrierte Gegenelektrode umgab den Sprühdraht 1 auf 85 % seiner Länge« Die auf Basis 220 V Wechselspannung, 50 Hz, erzeugte Wechselhochspannung betrug 25 kV, wodurch die Korcjiaeinsatzspannung während 70 % der Dauer jeder Schwingungsperiode noch erheblich überschritten wurde. Die Strömungsgeschwindigkeit des als Transportgas verwendeten trockenen Stickstoffes betrug im Filter 15-20 cm.s . Als Stäube wurden leicht aublimierbare Stoffe vor dem Filter dampfförmig in den kalten Stickstoffstrom gemischt und dadurch hochdisperse Schwebstoffe im Transportgas erzeugt und in das Filter geleitet. Die Staubbelastungen betrugen jeweils

etwa 5000

Eb wurden folgende Abscheidegrade erzielt:

Disperse

Rest (mg -

Abscheidung {%)

^P4°10	CVl	99,96
As₂C₃	1	99,98
HH₄Cl	1	99,98
HgCl₂	0,5	99,99
^P4^S10	0,5	99,99
^S8	2	99,9S
Terephthalsäure	3	99,94
Anthracen	1	99,98
PeCl₃	4	99,92

2. Beispiel

Das Wechselspannungsfliter, Fig. 2, bestehend aus einem Sinterkeramikrohr 3 von 250 mm Länge und 20 mm i.D.,war mit einer 0,2 mm starken und 200 mm breiten Aluminiumfolie als Gegenelektrode 2 umspannt, wobei die AlJFolie zwei gegenüberliegende Schlitze von 5 x 150 mm längs des Rohres aufwies. Die 240 mm lange gespannte Sprühelektrode aus 0,5 mm starkem Edeletahlkapillarrohr überragte die Gegenelektrode 2 in der Anströmrichtung um 30 mm und hatte

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bei der Betriebsspannung von 15 kV eine maximale Auslenkung von 3 mm. Bas Keramikrohr 3 besaß eine einfache elektromagnetische Klopfvorrichtung. Die Strömungsgeschwindigkeit der als Trägergas benutzten Luft betrug etwa 10 cm.s"~ .

Bei einer Filtertemperatur von 320 ⁰C kamen Verbrennungsstäube von Metallen wie folgt zur Abscheidung, wobei die Stäube in agglomerierter Form aus dem geklopften Filter in eine Vorlage abfielen.

Disperse	Rohgas 0	Rest (mg.in "	"·) Abscheidung {%)*
MgO	1000	Spuren	99,99
ZnO	1000	1	99,9
CdO	500	1	99,8
PbO	1000	2	99,8
Al₂O₃	I5OO	1	99,9
Sb₂O₃	500	1	99,8
3. Beispiel
Das Wechselspa	nnungefilter, bestehend	aus einem als Isolier-

etoffechirm wirkenden Glasrohr, das außen auf 70 % seiner Länge als Gegenelektrode einen Metalltiberzug hatte, besaß zentralsymmetrisch einen gespannten 0,5 mm starken Bronze-Draht« Der Innendurchmesser des Rohres betrug 40 mm, seine Länge war 1500 mm· Das Isoliermaterial war beidseitig' über die Gegenelektrode um 20 % hinausgezogen« Das Elektrofilter wurde mit einer Wechselhochspannung von 40 kV angesteuert. Bs bestand die Aufgabe, einen mit Öl-Aerosol bel&denen Luftstrom, der das Filter mit einer Geschwindigkeit von

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20 cm.&bgr; durchströmt&thgr;, au reinigen· Zur Überprüfung der Absoheideleietung wurde im Abstand von 1 cm vom Filterauegang entfernt ein aaugfähigea Papierfilter aufgespannt. Während im spannungslosen Zustand sich auf dem Filterpapier bereits nach 3 Minuten ein Ölfleck ausbildete, wurde bei anliegender Hochspannung erst nach &thgr; Stunden Versuchsdauer ein schwacher Ölfleck sichtbar· Das im Filter abgeschiedene Öl lief in eine Vorlage ab.

Bei einem weiteren Versuch sollte ein mit gleicher Geschwindigkeit das Filterrohr passierender Gasstrom, welcher mit Ruß aus einem Benzolbrand beladen war, gereinigt werden. Es zeigte sich, daß das mit gleichen elektrischen Parametern betriebene Elektrofilter den optisch schwarzen Eingangsgasstrom zu einem klaren Abgas reinigte. Das Filterrohr wurde in Intervallen geklopft, wodurch die an der Filterwandung abgeschiedenen Rußteilchen in kompakten Agglomeraten von der Wand in die Staubvorlage abfielen.

4. Beispiel

Das benutzte Elektrofilter, Fig. 3» bestand aus einem gleichzeitig die Gegenelektrode 2 bildenden Eisenrohr, oÄ dessen Innenzylindsr als Isolierstoff eis PTFE-Schlauch 3 eingezogen wurde. Zentralsymmetrisch befand sich im Rohr ein Keramikkörper 4 von 5 mm Durchmesser, dessen drahtförmiger , wendelförmig aufgebrachter Cr/Ni-Heizdraht als Sprühelektrode 1 fungierte. Das Isoliermaterial war gegenüber der 800 mm langen Gegenelektrode 2 in Ausströmrichtung tun 12 % und in ihrer Abströmrichtung um 8 $ ihrer vertikalen Länge hinausgezogen« Der Innendurchmesser der Niederschlagsrohrwand betrug 30 mm. Bei Filterbetrieb war die Xonisationsfeidstärke etwa 150 kV. cm" . Für die Abscheideuntersuchungen wurden Staub-Luft-Gemische mit Feststoffgehalten von jeweils 0,5 g»^m _n~^ ZnSO₄, CdCIg&diams; ^S, ^Sn02 ¹^ Na₂HK)₄ hergestellt. Die Korngrößen der dispergierten Teilchen

lagen Im Bereich von <£. 0,5 /um bis 10 /Um. Das Staubgas
hatte im Elektrofilter eine Geschwindigkeit von 30 cm.s" .
Pur alle im Gasstrom dispergieren Stäube wurden Absoheidegrade von über 99,5 % erreicht.

5. Beispiel

Ein an sich als Wärmetauscher bekannter Rohrbündelapparat
wurde zu einem Wechselspannungsfilter umgestaltet, wobei
«r «eine ursprüngliche Punktion als Wärmetauscher beibe- s hielt. Dazu wurden die 2,5 cm Innendurchmesser besitzenden : Metallrohre des Austauschers mit Silikonkautschuk beschichtet. Im Zentrum eines jeden Rohres wurden 0,5 nun starke
Sprühdrähte aus Edelstahl eingespannt. Die Hochspannung ', wurde mittels eines Induktionsapparates erzeugt. Die im ; Abstand von 35 bis 40 Hz aufeinanderfolgenden Spannungs- j impulse erzeugten am Sprühdraht eine Feldstärke, die um * 30 - 40 % oberhalb des Wertes der Koronaeinsatzfeldstärke . ) lag. Der als Elektroabscheider und Wärmetauscher fungie- ? rende Apparat wurde zur Reinigung und Kühlung von Abgasen ~i der Kunstharzherstellung eingesetzt, welche vor Eintritt | in den Apparat u.a. mehrwertige Phenole und Alkohole, ,

sowohl in gasförmige¹" als auch kondensierter Form, ent- f hielten. Das in den Abscheider gelangende Abgas wurde ·"

durch Wärmetausch von 170 ⁰C auf 50 ⁰C abgekühlt, so daß neben dem Effekt der Wärmerückgewinnung in Form eines 70 ⁰C ; warmen Nutzwassers nahezu alle gasförmigen Schadstoffe in > die für die elektrische Gasreinigung notwendige konden- ! eierte flüssige Form überführt wurden. |

Der Nachweis für den Effekt der elektrischen Gasreinigung
erfolgte durch Adsorption der noch, im Gasstrom vorhandenen
organischen Substanzen an Molekularsieben und Auskondensieren noch gasförmiger Bestandteile in - dem Rohrbtindelapparat
nachgeschalteten - Kühlfallen und anschließender Auswägung
des Kondensats. Die Abscheidegrade bei verschiedenen

Betriebsbedingungen des Rohrbtindenapparates gibt folgende Tabelle wieder:

ohne Spannung, mit Spannung, mit Spannung, mit Wärmetausch ohne Wärmetausch mit Wärmetausch

Abscheidegrad des Kondensate

98,5

|6. Beispiel

In einem quadratischen Filterrahmen von 1000 &khgr; 1000 &khgr; 1000 mm befanden sich 18 Drahtglasplatten 3 entsprechend Pig. 4, in deren gegenüberstehenden Erweiterungen Sprühelektroden 1 gespannt waren, während die integrierten Drahtgeflecht« als Gegenelektroden 2 wirkten. Die maximalen Wandabstände betrugen 50 mm, die minimalen 10 mm.

Das Filter wurde mit 40 kV Wechselhochspannung aus einem Rechteckwellengenerator betrieben, wodurch für 90 % der Schwingungsdauer die Koronaeinsatzspannung weit überschritten wurde. Bei Strömungsgeschwindigkeiten von 20 - 60 cm.s" wurde chargenweise anfallende Abluft aus einer MetallveräFuüitüngsanlage gereinigt, bevor die Restgase eine Naßwäsche durchliefen. Die zu 90 - 99,9 % elektrisch abgeschiedenen Stäube bestanden aus oxid- \mA phosphatbehaftetem Zink- und Kupferstaub sowie P.O..Q, teilweise mit organischen Crackprodukten behaftet. Unter dem chemischen Einfluß der elektrischen FiIt-rwirkung wurden Begleitstoffe organischer Herkunft do weit verändert, daß ihre Entfernung, in der nachfolgenden Naßwäsche erfolgen konnte« Die im. Elektroentstauber angefallenen Stoffe wurden in die Produk- * tion zurückgeführt.

Claims

Schutzansprüche

1. Wechselspannungsfilter zur Abscheidung von Schwebstoff an aus strömenden Gasen, bestehend aus einer oder mehreren im Gasraum befindlichen Sprühelektroden &ldquor; einer oder mehrerer Gegenelektroden und den Gasraum begrenzender und isolierender Hiederschlagsfiäche zwisch<sn beiden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß als Sprühelektroden (1) verwendete elektrische Leiter gegen ein AusscJUringen an die isolierende Niederschlagsfläche mechanisch fixiert sind und als Gegenelektroden (2) verwendete elektrische Leiter im Isoliermaterial integriert sind oder haftend und/oder stützend sich auf dem Isoliermaterial befinden und eine Gegenelektrode (2) durch Isoliermaterial vom Strömungsraum des Gases getrennt eine Sprühelektrode (1) zu 60 - 90 % umgibt.

2. Wechselspannr^gsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode (1) aus einem an mindestens einem Funkt fixierten drahtförmigen Leiter besteht oder der drahtförmige Leiter wendelförmig auf einem Stützmaterial (4) aufgebracht ist.

3« Wechselspannungsfilter nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet. daß die Sprühelektrode (1) aus einem Leiter, wie Cr-Ni-Legierungen, Edelstahl, Bronze, Titan, Kupfer, Wolfram, Kohlenstoff-Fasern oder leiterbeschichteten Nichtleiter, wie Polymerwerkstoff oder keramischem Werkstoff besteht·

4. Wechselspannungsfilter nach Anspruch 1&ldquor; dadurch gekennzeichnet . daß die Gegenelektrode (2) als netzförmiger Leiter im Isoliermaterial enthalten ist oder als Oberflächenschicht mit dem Isoliermaterial verbunden ist

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oder das Isoliermaterial auf die Gegenelektrode (2) ein- oder zweiseitig schachtförmig aufgetragen ist.

5. Wechselspannungsfilter nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (2) aus einem Leiter wie Alumirvam, Graphit, Stahl, Messing, nickel und Kupfer besteht.

6. Wechselspannungsfilter nach Ansprüchen 1 und 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliermater^lien für T^, 100 ⁰C Polyethylen, Polypropylen, Epoxidharze, für T^ 150 ⁰C Glas, Polyamide, für T^ 2OG ⁰C Silicone, Isolierlacke, für t £, 250 ⁰C PTFE, Polyimide, Polyarylamide, für T^ 250 ⁰C Sinterkorund, Sintermagnesit, Sinterchrommagnesit, Keramik, Porzellan, Kieselglas sind.

7· Wechselspannungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere rohrförmige Filter zu einem Rohrbündel zusammengefaßt sind.

8. Wechseletpannungsfilter nach Ansprüchen " und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Hoch spannung ein Induktionsapparat oder ein Apparat, der vergleichbare Spannungsformen liefert» angeschlossen ist.

9· Wechselspannungsfilter nach Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der An&trömrichtung die Sprühelektrode (1) gegenüber der Gegenelektrode (2) um 5 - 20 % ihrer Länge und das Isoliermaterial gegenüber der Gegenelektrode (2) um 10 -30% ihrer vertikalen

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Länge herabgezogen ist und in der Abströmrichtung das Isoliermaterial über die Gegenelektrode (2) um 5-20 /U ihrer vertikalen Länge hinausgezogen ist.