DE102009042113A1 - Electrostatic precipitators and methods for separating particles from gases - Google Patents

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Joachim Schwentner
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektroabscheider zum Abscheiden von Stäuben aus Aerosolen, die einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, insbesondere einen Elektroabscheider zum Abscheiden von Stäuben aus Aerosolen, die einen elektrischen Widerstand aufweisen, mit einer Niederschlagselektrode und einer Hochspannungselektrode, wobei ein Mittel zur Zuführung von Hilfsenergie vorgesehen ist, wodurch die Freisetzung von Ladungen steuerbar ist. Des Weiteren wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Abscheidung von Stäuben mittels Zuführung von Hilfsenergie dargelegt.The present invention relates to an electrostatic precipitator for separating dusts from aerosols, which have a high electrical resistance, in particular an electrostatic precipitator for separating dusts from aerosols, which have an electrical resistance, with a collecting electrode and a high-voltage electrode, with a means for supplying auxiliary energy is provided, whereby the release of charges can be controlled. Furthermore, a method for separating dusts by means of supplying auxiliary energy is presented by the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektroabscheider, zum Abscheiden von Stäuben aus Aerosolen, die einen elektrischen Widerstand aufweisen, mit einer Niederschlagselektrode und einer Hochspannungselektrode. Des weiteren wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Abscheidung von Stäuben dargelegt.The present invention relates to an electrostatic precipitator for separating dusts from aerosols having an electrical resistance with a precipitation electrode and a high voltage electrode. Furthermore, a method for the separation of dusts is set forth by the invention.

Trockene Elektroabscheider zur Partikelabscheidung aus Gasen funktionieren nach gängiger Lehrmeinung nur für einen spezifischen Staubwiderstand im Bereich 105 bis 1011 Ωcm. Bei Staubwiderständen oberhalb 1010 bis 1011 Ωcm kommt es nach der Lehrmeinung zum sogenannten Rücksprühen.Dry electrostatic precipitators for particle separation from gases, according to common wisdom, work only for a specific dust resistance in the range 10 5 to 10 11 Ωcm. With dust resistances above 10 10 to 10 11 Ωcm it comes to the doctrine to the so-called back spray.

Bei hohen Staubwiderständen kann gemäß der Gleichung E = i / ρ aufgrund der Stromdichte i und des spez. elektrischen Staubwiderstands ρ eine unzulässig hohe Feldstärke E in der auf der Niederschlagselektrode abgelagerten Staubschicht erreicht werden. Das Rücksprühen entsteht dann durch einen elektrischen Durchbruch in der Staubschicht und erzeugt eine Gegen-Corona, die zu einer Neutralisation oder zu einer Ladungsumkehr von Teilchen im Gasraum oder zur Redispergierung bereits abgeschiedener Teilchen führt. Damit kommt der Abscheidevorgang zum Erliegen.At high dust resistances can according to the equation E = i / ρ due to the current density i and the spec. electrical dust resistance ρ an impermissibly high field strength E in the deposited on the collecting electrode dust layer can be achieved. The re-spraying is then caused by an electrical breakdown in the dust layer and produces a counter-corona, which leads to a neutralization or to a charge reversal of particles in the gas space or redispersion of already deposited particles. Thus, the deposition process comes to a standstill.

Ein nicht zu unterschätzendes Problem stellt sich beim Einsatz neuartiger Brennstoffe (Sekundärbrennstoffe) dar, was zunehmend zu Rücksprüh-Problemen im Bereich der Kraftwerke führt. Ferner gilt das Rücksprühen als ein generelles Problem bei der elektrischen Abscheidung von hochohmigen partikelförmigen Industrieprodukten aus Gasströmen.A problem that should not be underestimated is the use of novel fuels (secondary fuels), which increasingly leads to re-spray problems in the area of power plants. Furthermore, back-spraying is considered to be a general problem in the electrical separation of high-resistance particulate industrial products from gas streams.

Als Obergrenze des in Elektroabscheidern zulässigen Staubwiderstandes wird der Bereich zwischen 1010 bis 1011 Ωcm angegeben. Bei Stäuben mit höherem spez. Widerstand sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Abscheidbarkeit zu verbessern.The upper limit of the permissible dust resistance in electrostatic precipitators is the range between 10 10 and 10 11 Ωcm. For dusts with higher spec. Resistance Various measures are known to improve the Abscheidbarkeit.

Insbesondere wird versucht, durch die Wahl des Temperaturbereiches, durch Kontrolle der Feuchtigkeit oder durch Zusatz von Additiven wie SO2 zum Rauchgas den Widerstand zu beeinflussen.In particular, an attempt is made to influence the resistance by selecting the temperature range, by controlling the moisture or by adding additives such as SO 2 to the flue gas.

Ein weiterer Ansatz besteht in der Reduzierung der Stromstärke an der Niederschlagselektrode. Dabei soll jedoch gleichzeitig eine hohe Feldstärke aufrecht erhalten werden, um eine gute Abscheidung der geladenen Teilchen sicher zu stellen. Eine bekannte Maßnahme hierzu ist der Einsatz einer gepulsten Hochspannungsversorgung. Hiermit wird erreicht, dass nur während der kurzzeitigen Spannungsspitzen ein Stromfluss stattfindet, so dass der Stromfluss im zeitlichen Mittel reduziert ist. Die Einstellung der mittleren Stromstärke erfolgt über die Häufigkeit der Pulse. Damit kann die Abscheidung deutlich verbessert werden (enhancement factor) und eine Abscheidbarkeit der Stäube bis in den Bereich um 1013 Ωcm erreicht werden [ K. R. Parker, Applied Electrostatic Precipitation, Chapman & Hall, London 1997, pp 166–172, 230–240 ]Another approach is to reduce the current at the collecting electrode. At the same time, however, a high field strength should be maintained in order to ensure a good separation of the charged particles. A known measure for this is the use of a pulsed high voltage power supply. This ensures that only during the brief voltage spikes, a current flow takes place, so that the current flow is reduced in the time average. The setting of the mean current is made by the frequency of the pulses. Thus, the deposition can be significantly improved (enhancement factor) and a dedustability of the dusts can be achieved in the range of 10 13 Ωcm [ KR Parker, Applied Electrostatic Precipitation, Chapman & Hall, London 1997, pp 166-172, 230-240 ]

Für viele potentielle Anwendungen von Elektroabscheidern ist dies aber nicht ausreichend, da spezifische Staubwiderstände von bis zu 1017 Ωcm in der Praxis vorkommen und das Tastverhältnis bei der gepulsten Hochspannungsversorgung nicht in einem entsprechend weiten Bereich angepasst werden kann. Tatsächlich müßte man, um die Abscheidung von Stäuben mit speziellen Widerständen von bis zu 1017 Ωcm zu beherrschen, die Stromdichte um bis zu 6 Größenordnungen, bis in den Bereich von pA/m2, reduzieren können. Dies stellt jedoch nach den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen ein unlösbares Problem dar.However, this is not sufficient for many potential applications of electrostatic precipitators since specific dust resistances of up to 10 17 Ωcm occur in practice and the duty cycle in the pulsed high-voltage supply can not be adapted in a correspondingly wide range. In fact, in order to control the deposition of dusts with specific resistances of up to 10 17 Ωcm, one would have to be able to reduce the current density by up to 6 orders of magnitude, to within the range of pA / m 2 . However, this represents an insoluble problem according to the previously known from the prior art approaches.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren aufzuzeigen, die ein zuverlässiges Abscheiden von hochohmigen Stäuben, insbesondere im Bereich größer 1011 Ωcm gewährleisten.The invention is therefore based on the object to provide a device and a method that ensure a reliable deposition of high-resistance dust, especially in the range greater than 10 11 Ωcm.

Die vorliegende Aufgabe wird durch einen Elektroabscheider mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche 2 bis 19. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst, mit den vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den abhängigen Unteransprüchen 21 bis 24.The present object is achieved by an electrostatic precipitator having the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the device according to the invention are the subject of the dependent subclaims 2 to 19. Furthermore, the object is achieved by a method according to the features of claim 20, with the advantageous developments according to the dependent subclaims 21 to 24.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abscheiden von Stäuben aus einem Aerosol mit einem elektrischen Widerstand weist mindestens eine Niederschlagselektrode und eine Hochspannungselektrode auf. Zwischen der Hochspannungs- und der Niederschlagselektrode ist ein elektrisches Feld in Abhängigkeit des an der Hochspannungselektrode angelegten Potentials erzeugbar, in welchem die Staubpartikel statisch durch eine Corona-Entladung aufgeladen werden. Die geladenen Staubpartikel wandern durch den Abscheideraum zur Niederschlagselektrode hin und lagern sich auf dieser ab, die Partikel erzeugen also einen Stromfluss in Richtung der Niederschlagselektrode. Um das Rücksprühen der hochohmigen Staubpartikel von der Niederschlagselektrode zurück in den Raum zu vermeiden, muß die Stromdichte der Coronaentladung an der Niederschlagselektrode gesenkt werden. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung dafür mindestens ein Mittel zur Zuführung von Hilfsenergie an die Hochspannungselektrode auf, wodurch die Freisetzung von Ladungen steuerbar ist. Insbesondere werden durch die zugeführte Hilfsenergie Ladungen auf der Oberfläche der Hochspannungselektrode oder im an der Oberfläche angrenzenden Bereich freigesetzt.The device according to the invention for separating dusts from an aerosol with an electrical resistance has at least one precipitation electrode and one high-voltage electrode. Between the high voltage electrode and the precipitation electrode, an electric field can be generated as a function of the potential applied to the high voltage electrode, in which the dust particles are statically charged by a corona discharge. The charged dust particles migrate through the separation chamber to the precipitation electrode and are deposited thereon, so the particles generate a current flow in the direction of the precipitation electrode. In order to avoid the re-spraying of the high-resistance dust particles from the collecting electrode back into the room, the current density of the corona discharge at the collecting electrode must be lowered. According to the invention, the device for this purpose has at least one means for supplying auxiliary energy to the high-voltage electrode, whereby the release of charges is controllable. In particular, charges are released on the surface of the high-voltage electrode or in the region adjacent to the surface due to the supplied auxiliary energy.

Mit der erzeugten Hilfsenergie lassen sich demnach auch sehr geringe Stromstärken steuern bzw. einstellen und somit die Stromdichten auf der Niederschlagselektrode bis hinunter in den Bereich von 1 nA/m2 zuverlässig und ausreichend empfindlich einstellen, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Rücksprühens der abgelegten Partikel erheblich reduzierbar ist. Das Potential der Hochspannungselektrode und die Stromstärke sind folglich unabhängig voneinander regelbar.Accordingly, even very low current intensities can be controlled or adjusted with the generated auxiliary energy and thus the current densities on the collecting electrode can be adjusted reliably and sufficiently sensitively down to the range of 1 nA / m 2 , whereby the probability of re-spraying the deposited particles can be considerably reduced , The potential of the high voltage electrode and the current intensity are therefore independently controllable.

Geeignete Mittel zur Erzeugung der Hilfsenergie, mit der sehr geringe Stromstärken steuerbar sind, stellen vorteilhafterweise geeignete Bestrahlungsmittel zur Erzeugung von Licht, insbesondere UV-Licht oder radioaktiven Strahlen bzw. Röntgenstrahlung dar. Bei der Freisetzung von Ladungen mit Hilfe von Photoelektronen liegt bevorzugt die Hochspannungselektrode auf negativem Potential, da die UV-Strahlung generell nur negative Ladungen aus der Oberfläche der Hochspannungselektrode freisetzen kann.Suitable means for generating the auxiliary energy with which very low current intensities can be controlled advantageously represent suitable irradiation means for generating light, in particular UV light or radioactive rays or X-radiation. In the release of charges with the aid of photoelectrons, the high-voltage electrode is preferably located negative potential, since the UV radiation can generally release only negative charges from the surface of the high voltage electrode.

Vorteilhafte Bestrahlungsmittel sind bevorzugt ein oder mehrere Hg-Gasentladungslampen und bzw. oder Bogenlampen und bzw. oder Halogenlampen und bzw. oder UV-Leuchtdioden.Advantageous irradiation means are preferably one or more Hg gas discharge lamps and / or arc lamps and / or halogen lamps and / or UV light-emitting diodes.

Es kann vorgesehen sein, dass mittels des Bestrahlungsmittels die Oberfläche der Hochspannungselektrode vollständig oder zumindest teilweise bestrahlbar ist. Dadurch ist die Stromausbeute auf Grund der Abmessung der bestrahlten Fläche der Hochspannungselektrode regelbar. Ferner kann durch die gezielte Bestrahlung einzelner Oberflächensegmente der Oberfläche der Hochspannungselektrode der Stromfluß gezielt an bestimmten Stellen erzeugt bzw. beeinflußt werden.It can be provided that by means of the irradiation means, the surface of the high voltage electrode is completely or at least partially irradiated. As a result, the current efficiency can be regulated on the basis of the dimension of the irradiated area of the high-voltage electrode. Further, the targeted irradiation of individual surface segments of the surface of the high voltage electrode, the current flow can be generated or influenced specifically at certain points.

Die Plazierung der Bestrahlungsmittel ist vorteilhafterweise beliebig innerhalb der Vorrichtung vorzunehmen, besonders bevorzugt ist mindestens ein Bestrahlungsmittel innerhalb der Gehäusewand der Vorrichtung zum Abscheiden von Stäuben und/oder auf bzw. innerhalb einer oder mehrerer Elektroden, beispielsweise der Hochspannungselektrode, Niederschlagselektrode oder einer weiteren beliebigen Elektrode, angeordnet. Dies entspricht einer besonders günstigen und platzsparenden Anordnung des oder der geeigneten Bestrahlungsmittel.The placement of the irradiation means is advantageously carried out arbitrarily within the device, more preferably at least one irradiation means within the housing wall of the device for depositing dusts and / or on or within one or more electrodes, for example the high voltage electrode, precipitation electrode or any other arbitrary electrode, arranged. This corresponds to a particularly favorable and space-saving arrangement of the or the appropriate irradiation means.

Zum Schutz der verwendeten Bestrahlungsmittel, insbesondere der Betrahlungsmittel zur Erzeugung von Licht, ist es denkbar, dass diese durch eine lichtdurchlässige, bevorzugt UV-Licht durchlässige, Hülle bzw. wenigstens durch ein Fenster schützend umgeben sind. Die Hülle bzw. das Fenster dienen zur Vermeidung von Ablagerungen der abgeschiedenen Materialen auf dem Bestrahlungsmittel, welche die Funktionalität dieser während des Betriebes bemerkbar einschränken könnten. Durch die lichtdurchlässigen, insbesondere UV-Licht durchlässigen Stoffe wird trotzdem eine unbeeinträchtigte Strahlungsfunktion der Mittel gewährleistet.In order to protect the irradiation means used, in particular the irradiation means for generating light, it is conceivable that they are surrounded by a transparent, preferably UV light-transmissive envelope or at least by a protective window. The shell or the window serve to prevent deposits of the deposited materials on the irradiation means, which could limit the functionality of these noticeable during operation. Due to the translucent, especially UV light permeable substances non-impaired radiation function of the agent is still guaranteed.

Da sich auf der erwähnten Schutzvorrichtung ebenfalls abgeschiedene Materialen absetzen können und dadurch die Durchlässigkeit dieser einschränken können, ist bevorzugt ein Mittel zur Reinigung der Fenster bzw. der Hülle an dem Bestrahlungsmittel angeordnet.Since deposited materials can deposit on the protection device mentioned and can thereby limit the permeability of the latter, a means for cleaning the window or the shell is preferably arranged on the irradiation means.

Statt der verwendeten Bestrahlungsmittel kann alternativ ein Glühdraht als Mittel zur Zuführung der Hilfsenergie vorgesehen sein, welcher mit der Hochspannungselektrode verbunden bzw. verbindbar ist. Die kontrollierbare Freisetzung von Ladungen erfolgt in diesem Fall durch eine thermisch induzierte Emission von Elektronen aus der Oberfläche der Hochspannungselektrode.Instead of the irradiation means used, a filament may alternatively be provided as a means for supplying the auxiliary energy, which is connected or connectable to the high-voltage electrode. The controllable release of charges is in this case by a thermally induced emission of electrons from the surface of the high voltage electrode.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante umfaßt das Mittel mindestens eine isolierte Hilfselektrode, die in unmittelbarer Nähe zur Hochspannungselektrode angeordnet ist. Mit der Verwendung einer Hilfselektrode ist die Hilfsenergie zur Steuerung der Stromstärke in Form einer Barriereentladung zuführbar. Denkbar ist, dass die Barriereentladung im Grenzbereich zwischen der Hochspannungselektrode und der isolierenden Schicht der Hilfselektrode bzw. zumindest in einzelnen Teilsegmenten der genannten Schicht mittels der Hilfselektrode provozierbar ist. Die Entladungen, d. h. die Freisetzung von Ladungen, ist durch die Vorrichtung steuerbar bzw. präzise einstellbar. Abhängig von der Kontaktgeometrie und dem anliegenden elektrischen Potential der Hochspannungselektrode kann ein Teil der Ladungen einer Polarität aus der Barriereentladung entweichen, die abzuscheidenden Staubpartikel aufladen und diese folglich auf der Niederschlagselektrode abscheiden.In a particularly preferred embodiment variant, the means comprises at least one insulated auxiliary electrode, which is arranged in the immediate vicinity of the high-voltage electrode. With the use of an auxiliary electrode, the auxiliary power for controlling the current in the form of a barrier discharge can be supplied. It is conceivable that the barrier discharge can be provoked in the boundary region between the high-voltage electrode and the insulating layer of the auxiliary electrode or at least in individual sub-segments of said layer by means of the auxiliary electrode. The discharges, d. H. the release of charges is controlled by the device or precisely adjustable. Depending on the contact geometry and the applied electrical potential of the high-voltage electrode, part of the charges of one polarity can escape from the barrier discharge, charge the dust particles to be deposited, and consequently deposit them on the collecting electrode.

Vorteilhaft ist, wenn die Hilfselektrode vollständig oder zumindest teilweise von einem Dielektrikum umhüllt ist, um die Isolierung der Hilfselektrode von der Hochspannungselektrode zu bezwecken. Denkbar ist auch, dass ein vorhandener Luftspalt mit definierten und bekannten Abmessungen als Dielektrikum zwischen den beiden Elektroden fungiert. Geeignete Materialien zur Ausbildung eines Dielektrikums sind insbesondere Polymer, Glas, Keramik oder sonstige isolierende Stoffe.It is advantageous if the auxiliary electrode is completely or at least partially enveloped by a dielectric in order to aim at isolating the auxiliary electrode from the high-voltage electrode. It is also conceivable that an existing air gap with defined and known dimensions acts as a dielectric between the two electrodes. Suitable materials for the formation of a Dielectrics are in particular polymer, glass, ceramic or other insulating materials.

Zur Erzeugung der Barriereentladung an der Oberfläche der Hochspannungselektrode ist bevorzugt eine Wechselspannung an der Hilfselektrode anlegbar. Dadurch werden Ladungen in der insbesondere dielektrischen Isolierung verschoben und es kommt zum Auftreten der Barriereentladungen im Bereich zwischen Dielektrikum und Hochspannungselektrode.To generate the barrier discharge on the surface of the high-voltage electrode, an AC voltage can preferably be applied to the auxiliary electrode. As a result, charges are shifted in the particular dielectric insulation and it comes to the occurrence of barrier discharges in the region between the dielectric and the high voltage electrode.

Vorteilhaft ist, dass die angelegte Wechselspannung hinsichtlich Frequenz und Amplitude einstellbar ist, insbesondere im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 1 MHz, besonders bevorzugt 50 Hz, und im Amplitudenbereich bevorzugt von 100 V bis 20 kV. Der durch die abgeschiedenen Staubpartikel im elektrischen Feld erzeugte Stromfluß, der auf der Teilchenbewegung zur Niederschlagselektrode hin beruht, ist damit durch die Einstellmöglichkeit der Amplitude sowie der Frequenz der an der Hilfselektrode anliegenden Wechselspannung beeinflußbar bzw. gezielt steuerbar.It is advantageous that the applied alternating voltage is adjustable in terms of frequency and amplitude, in particular in the frequency range from 0.1 Hz to 1 MHz, more preferably 50 Hz, and in the amplitude range preferably from 100 V to 20 kV. The current flow generated by the deposited dust particles in the electric field, which is based on the particle movement towards the collecting electrode, is thus controllable by the adjustment of the amplitude and the frequency of the voltage applied to the auxiliary electrode AC voltage.

Technisch aufwendig, aber möglich ist eine elektrische Verschaltung der Hilfselektrode, bei der das mittlere Potential dieser an das Potential der Hochspannungselektrode angekoppelt ist. In diesem Fall liegen nur geringe Spannungen am Dielektrikum an, so dass dieses bevorzugt dünner ausgeführt ist, wodurch höhere Stromdichten erreichbar sind.Technically complex, but possible is an electrical interconnection of the auxiliary electrode, in which the average potential of this is coupled to the potential of the high voltage electrode. In this case, only low voltages are applied to the dielectric, so that this is preferably made thinner, whereby higher current densities can be achieved.

Denkbar ist, dass ein Trenntransformator zur Kopplung der mittleren Potentiale der Hilfs- und Hochspannungselektrode vorgesehen ist, welche über einen definierten Kopplungspunkt miteinander koppelbar sind.It is conceivable that an isolating transformer for coupling the average potentials of the auxiliary and high voltage electrode is provided, which can be coupled to one another via a defined coupling point.

Vorteilhaft ist auch, wenn ein Mittel zur Messung der Stromstärke vorgesehen ist, wodurch Veränderungen der Stromstärke aufgrund von Änderungen der Staubschicht auf der Niederschlagselektrode oder aufgrund von Verschmutzungen und Ablagerungen an den Mitteln zur Zuführung der Hilfsenergie erkannt und gegebenenfalls durch eine Nachregelung kompensierbar sind. Um die Stromausbeute zu erhöhen oder den Stromfluß bevorzugt an gezielten Stellen zu beeinflussen, kann es vorgesehen sein, dass die Hochspannungselektrode eine vollständige oder zumindest teilweise aufgetragene Beschichtung an der Oberfläche aufweist, die eine niedrigere Elektronen-Austrittsarbeit aufweist. Dadurch wird der Ladungsaustritt an bestimmten Stellen der Hochspannungselektrode gezielt gefördert.It is also advantageous if a means for measuring the current is provided, whereby changes in the current due to changes in the dust layer on the collecting electrode or due to contamination and deposits on the means for supplying the auxiliary energy detected and optionally compensated by a readjustment. In order to increase the current efficiency or to influence the current flow preferably at specific locations, it can be provided that the high-voltage electrode has a complete or at least partially applied coating on the surface, which has a lower electron work function. As a result, the charge discharge is specifically promoted at certain points of the high voltage electrode.

Weiterhin erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Abscheidung von Stäuben mit elektrischem Widerstand aus Aerosolen mit einer Vorrichtung, die eine Hochspannungselektrode und eine Niederschlagselektrode aufweist, wobei die Hochspannungselektrode mit einer Gleichspannung unterhalb der Corona-Einsatzspannung betrieben wird und dieser Hilfsenergie zur kontrollierten Freisetzung von Ladungen, insbesondere auf oder an der Oberfläche der Hochspannungselektrode, zugeführt wird. An der Hochspannungselektrode wird eine Gleichspannung im Bereich zwischen wenigen kV bis hin zu etwa 150 kV angelegt. Durch die angelegte Gleichspannung wird ein elektrisches Feld im Bereich zwischen der Hochspannungselektrode und der Niederschlagselektrode angelegt, dessen Flußrichtung in Richtung der Niederschlagselektrode zeigt. Mittels der Zuführung von Hilfsenergie kann gezielt die Freisetzung von Ladungen auf der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich gesteuert und folglich der auftretende Stromfluß im Feld der Vorrichtung kontrolliert und beeinflußt werden. Damit wird unabhängig voneinander das Potential und die Stromstärke der Coronaentladung geregelt, wobei die Stromstärke vorzugsweise in einem weiten Bereich, bevorzugt bis zu der Größenanordnung von μA/m2, besonders bevorzugt bis zu der Größenanordnung von pA/m2, zuverlässig und mit ausreichender Empfindlichkeit eingestellt werden kann.Furthermore, according to the invention, a method for the separation of dust with electrical resistance from aerosols with a device having a high voltage electrode and a collecting electrode, wherein the high voltage electrode is operated with a DC voltage below the corona threshold voltage and this auxiliary energy for the controlled release of charges, in particular or at the surface of the high voltage electrode. At the high voltage electrode a DC voltage in the range between a few kV up to about 150 kV is applied. By the applied DC voltage, an electric field is applied in the region between the high voltage electrode and the collecting electrode, the direction of flow points in the direction of the collecting electrode. By means of the supply of auxiliary energy, the release of charges on the surface or in the near-surface region can be controlled in a controlled manner and consequently the occurring current flow in the field of the device can be controlled and influenced. Thus, independently of one another, the potential and the current intensity of the corona discharge are regulated, the current strength preferably in a wide range, preferably up to the size of μA / m 2 , particularly preferably up to the size of pA / m 2 , reliable and with sufficient sensitivity can be adjusted.

Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zu Abscheidung von Stäuben mit elektrischem Widerstand mit einem Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 19 durchgeführt. Bei allen Vorrichtungsvarianten erfolgt dabei die Steuerung der Freisetzung von Ladungen bzw. die Kontrolle des Stromflusses nach dem Prinzip der Zuführung von Hilfsenergie an die Hochspannungselektrode mittels eines der beschriebenen Mittel gemäß der vorgeschlagenen Ausführungsvarianten.Advantageously, the inventive method for the deposition of dusts with electrical resistance with an electrostatic precipitator according to one of claims 1 to 19 is performed. In all device variants, the control of the release of charges or the control of the current flow takes place according to the principle of the supply of auxiliary power to the high voltage electrode by means of one of the described means according to the proposed embodiments.

Denkbar ist, dass Ladungen aus der Oberfläche der Hochspannungselektrode und/oder mittels einer Barriereentladung zwischen Dielektrikum und Hochspannungselektrode freigesetzt werden.It is conceivable that charges are released from the surface of the high voltage electrode and / or by means of a barrier discharge between the dielectric and the high voltage electrode.

Von Vorteil kann darin bestehen, dass Änderungen bzw. Variationen der auftretenden und gemessenen Stromstärke durch eine Nachregelung kompensiert werden.It may be advantageous that changes or variations of the occurring and measured current intensity are compensated by readjustment.

Die vorteilhafte Kompensation der gemessenen Stromstärke kann bevorzugt mittels Variation der an der Hochspannungselektrode anliegenden Spannung und bzw. oder einer an einer Hilfselektrode anliegenden Wechselspannung und bzw. oder der Bestrahlungsintensität eines Bestrahlungsmittels und bzw. oder der Stärke des Dielektrikums und bzw. oder der Abmessung der eingesetzten Elektroden erfolgen.The advantageous compensation of the measured current intensity can preferably be achieved by varying the voltage applied to the high voltage electrode and / or an alternating voltage applied to an auxiliary electrode and / or the irradiation intensity of an irradiation medium and / or the thickness of the dielectric and / or the dimension of the inserted Electrodes take place.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:Further details and advantages of the invention will be apparent from in the drawings illustrated embodiments explained in more detail. Showing:

1: den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Hilfselektrode, 1 : the basic structure of the device according to the invention with an auxiliary electrode,

2: eine Weiterbildung des prinzipiellen Aufbaus aus 1 mit einem Trenntransformator und 2 : a further development of the basic structure 1 with an isolating transformer and

3: eine Vielzahl von technischen Realisierungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 3 : a variety of technical implementation possibilities of the device according to the invention.

1 skizziert den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur elektrischen Abscheidung von Stäuben aus Aerosolen, bei der die Hilfsenergie zur Steuerung der Stromstärke in Form einer Barriereentladung zugeführt wird. Die für die Erzeugung des elektrischen Feldes erforderliche Hochspannung wird durch die Vorrichtung 2 generiert und liegt an der Hochspannungselektrode 1 an, mit der das elektrische Feld in Richtung der Niederschlagelektrode 5 erzeugt wird. Die Hilfselektrode 10 befindet sich in unmittelbarer Nähe zur Hochspannungselektrode 1 und ist von dieser durch ein isolierendes Dielektrikum 15 getrennt. Das isolierende Dielektrikum 15 kann die Hilfselektrode 10 vollständig oder teilweise umhüllen und besteht zum Beispiel aus einem der Stoffe Polymer, Glas oder Keramik. Alternativ kann das Dielektrikum 15 auch durch einen Luftspalt realisiert sein. 1 outlines the basic structure of a device for the electrical separation of dusts from aerosols, in which the auxiliary power is supplied to control the current in the form of a barrier discharge. The high voltage required to generate the electric field is passed through the device 2 generated and is located on the high voltage electrode 1 on, with the electric field in the direction of the precipitation electrode 5 is produced. The auxiliary electrode 10 is located in the immediate vicinity of the high voltage electrode 1 and is from this by an insulating dielectric 15 separated. The insulating dielectric 15 can the auxiliary electrode 10 completely or partially enveloping and consists for example of one of the substances polymer, glass or ceramic. Alternatively, the dielectric 15 also be realized by an air gap.

Zur Erzeugung der Barriereentladung wird die Hilfselektrode 10 mit einer Wechselspannung, die durch die Vorrichtung 11 erzeugt wird, angeregt. Dadurch werden Ladungen in der dielektrischen Isolierung 15 verschoben, und es kommt zum Auftreten der Barriereentladung im Bereich zwischen der Isolierung 15 der Hilfselektrode 10 und der Hochspannungselektrode 1. Ein Teil der bei der Barriereentladung erzeugten Gasionen kann sich im Gleichfeld der Hochspannungselektrode 1 zur Niederschlagselektrode 5 bewegen. Der damit verbundene Stromfluß kann durch die Wahl der Wechselspannungsfrequenz und -amplitude der Vorrichtung 11, die Hochspannung an der Hochspannungselektrode 1, die Stärke des Dielektrikums 15 und die Abmessungen der Elektroden 1, 5, 10 in sehr weiten Grenzen variiert werden.To generate the barrier discharge, the auxiliary electrode 10 with an AC voltage passing through the device 11 is generated, stimulated. This will cause charges in the dielectric insulation 15 shifted, and it comes to the occurrence of barrier discharge in the area between the insulation 15 the auxiliary electrode 10 and the high voltage electrode 1 , Part of the gas ions generated in the barrier discharge can be in the same field as the high-voltage electrode 1 to the collecting electrode 5 move. The associated current flow can be determined by the choice of the AC frequency and amplitude of the device 11 , the high voltage at the high voltage electrode 1 , the thickness of the dielectric 15 and the dimensions of the electrodes 1 . 5 . 10 be varied within very wide limits.

Technisch aufwendig, aber möglich sind auch elektrische Schaltungen, bei denen das mittlere Potential der Hilfselektrode 10 an das der Hochspannungselektrode 1 angekoppelt ist. In diesem Fall liegen nur geringere Spannungen am Dielektrikum 15 an, so dass das Dielektrikum 15 dünner ausgeführt werden kann und höhere Stromdichten erreicht werden können.Technically complex, but possible are also electrical circuits in which the mean potential of the auxiliary electrode 10 to the high voltage electrode 1 is coupled. In this case, only lower voltages are applied to the dielectric 15 on, so that the dielectric 15 can be made thinner and higher current densities can be achieved.

2 zeigt eine solche Anordnung mit der Hochspannungselektrode 1, der Hilfselektrode 10, dem Dielektrikum 15, dem Trenntransformator 20 und dem Kopplungspunkt 21. Hilfselektrode 10 und Hochspannungselektrode 1 sind über einen Eingang des Trenntransformators 20 miteinander verschaltet. Am zweiten Eingang wird der Trenntransformator über die Vorrichtung 11 mit einer in Frequenz und Amplitude definierten Wechselspannung gespeist. Die Gleichspannung der Vorrichtung 2 wird über den Koppelpunkt 21 in den Trenntransformator 20 eingekoppelt. 2 shows such an arrangement with the high voltage electrode 1 , the auxiliary electrode 10 , the dielectric 15 , the isolation transformer 20 and the coupling point 21 , auxiliary electrode 10 and high voltage electrode 1 are via an input of the isolation transformer 20 interconnected with each other. At the second input is the isolation transformer via the device 11 fed with an AC voltage defined in frequency and amplitude. The DC voltage of the device 2 is over the crosspoint 21 in the isolation transformer 20 coupled.

Die Frequenz der durch die Vorrichtung 11 generierten Wechselspannung läßt sich im Bereich von 0,1 Hz bis 1 MHz variieren. Besonders einfach und vorteilhaft ist die Verwendung einer Wechselspannungsfrequenz von 50 Hz, da dies einer standardmäßigen Netzversorgungsspannung entspricht.The frequency of the device 11 generated AC voltage can be varied in the range of 0.1 Hz to 1 MHz. Particularly simple and advantageous is the use of an AC frequency of 50 Hz, since this corresponds to a standard mains supply voltage.

Die konfigurierte Amplitude der Wechselspannung liegt typischerweise im Bereich von 100 V bis 20 kV.The configured amplitude of the AC voltage is typically in the range of 100 V to 20 kV.

Bei der konstruktiven Realisierung ist eine sehr große Vielfalt von Varianten möglich, wovon einige bildlich in 3 dargestellt sind.In the constructive realization of a very large variety of variants is possible, some of which are figuratively in 3 are shown.

Die Hochspannungselektrode 1 kann als tragender Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt sein und eine oder mehrere Hilfselektroden 10 mit dem umgebenden Dielektrikum 15 können auf der Oberfläche der Hochspannungselektrode 1 anliegen (3a), mit einem Luftspalt 16 von der Oberfläche der Hochspannungselektrode 1 abgehoben sein (3b) oder in die Oberfläche der Hochspannungselektrode 1 eingelassen sein (3c).The high voltage electrode 1 may be designed as a supporting part of the device according to the invention and one or more auxiliary electrodes 10 with the surrounding dielectric 15 can on the surface of the high voltage electrode 1 issue ( 3a ), with an air gap 16 from the surface of the high voltage electrode 1 be lifted off ( 3b ) or in the surface of the high voltage electrode 1 be admitted ( 3c ).

Umgekehrt kann die Hilfselektrode 10 mit dem umgebenden Dielektrikum 15 als das tragende Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt sein, und die Hochspannungselektrode 1 kann auf der Oberfläche der Hilfselektrode 10 anliegen (3d, 3e), mit einem Luftspalt 16 von der Oberfläche der Hilfselektrode 10 abgehoben sein (3f) oder in das Hilfselektrode 10 umgebende Dielektrikum 15 eingelassen sein (3g).Conversely, the auxiliary electrode 10 with the surrounding dielectric 15 be executed as the supporting part of the device according to the invention, and the high voltage electrode 1 can on the surface of the auxiliary electrode 10 issue ( 3d . 3e ), with an air gap 16 from the surface of the auxiliary electrode 10 be lifted off ( 3f ) or in the auxiliary electrode 10 surrounding dielectric 15 be admitted ( 3g ).

Weiterhin kann zusätzlich auch die Hochspannungselektrode 1 mit einem Dielektrikum umhüllt sein (3d), wenn nur sehr geringe Stromdichten erzeugt werden sollen und das Dielektrikum eine hinreichende Leitfähigkeit besitzt.Furthermore, in addition, the high voltage electrode 1 be wrapped with a dielectric ( 3d ), if only very low current densities are to be generated and the dielectric has a sufficient conductivity.

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Claims (24)

Elektroabscheider zum Abscheiden von Stäuben mit einem hohen elektrischen Widerstand mit mindestens einer Niederschlagselektrode (5) und einer Hochspannungselektrode (1), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mittel zur Zuführung von Hilfsenergie an die Hochspannungselektrode (1) vorgesehen ist, wodurch die Freisetzung von Ladungen steuerbar ist.Electrostatic precipitator for separating high electrical resistance dusts with at least one collecting electrode ( 5 ) and a high voltage electrode ( 1 ), characterized in that at least one means for supplying auxiliary energy to the high-voltage electrode ( 1 ), whereby the release of charges is controllable. Elektroabscheider gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Zuführung von Hilfsenergie wenigstens ein Bestrahlungsmittel zur Erzeugung von Licht, insbesondere UV-Licht umfaßt.Electrostatic precipitator according to claim 1, characterized in that the means for supplying auxiliary energy comprises at least one irradiation means for generating light, in particular UV light. Elektroabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Bestrahlungsmittel mindestens eine Hg-Gasentladungslampe und/oder Bogenlampe und/oder Halogenlampe und/oder UV-Leuchtdiode aufweist.Electrostatic precipitator according to claim 2, characterized in that irradiation means comprises at least one Hg gas discharge lamp and / or arc lamp and / or halogen lamp and / or UV light emitting diode. Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Zuführung von Hilfsenergie wenigstens ein Bestrahlungsmittel zur Erzeugung einer radioaktiven bzw. Röntgenstrahlung umfaßt.Electrostatic precipitator according to claim 1, characterized in that the means for supplying auxiliary energy comprises at least one irradiation means for generating a radioactive or X-radiation. Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Bestrahlungsmittel die Oberfläche der Hochspannungselektrode vollständig oder zumindest teilweise bestrahlbar ist.Electrostatic precipitator according to one of claims 2 to 4, characterized in that by means of the irradiation means, the surface of the high voltage electrode is completely or at least partially irradiated. Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bestrahlungsmittel in der Gehäusewand und/oder in wenigstens einer Elektrode (1, 10) angeordnet ist.Electrostatic precipitator according to one of claims 2 to 5, characterized in that the at least one irradiation means in the housing wall and / or in at least one electrode ( 1 . 10 ) is arranged. Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 2, 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlungsmittel zur Erzeugung von Licht, insbesondere UV-Licht, ein lichtdurchlässiges, insbesondere UV-lichtdurchlässiges Fenster oder Schutzhülle aufweist.Electrostatic precipitator according to one of claims 2, 3, 5 or 6, characterized in that the irradiation means for generating light, in particular UV light, has a translucent, in particular UV-transparent window or protective cover. Elektroabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlungsmittel ein Mittel zur Reinigung des Fensters bzw. der Schutzhülle vorsieht.Electrostatic precipitator according to claim 7, characterized in that the irradiation means provides a means for cleaning the window or the protective cover. Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Glühdraht ist, der mit der Hochspannungselektrode (1) verbunden bzw. verbindbar ist.An electrostatic precipitator according to claim 1, characterized in that the means is a filament connected to the high voltage electrode ( 1 ) is connected or connectable. Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel mindestens eine isolierte Hilfselektrode (10) umfaßt, die in unmittelbarer Nähe zur Hochspannungselektrode (1) angeordnet ist.Electrostatic precipitator according to Claim 1, characterized in that the means comprise at least one isolated auxiliary electrode ( 10 ) in close proximity to the high voltage electrode ( 1 ) is arranged. Elektroabscheider nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektrode (10) vollständig oder zumindest teilweise von einem Dielektrikum (15) umhüllt ist.Electric separator according to claim 10, characterized in that the auxiliary electrode ( 10 ) completely or at least partially of a dielectric ( 15 ) is wrapped. Elektroabscheider nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (15) einen Luftspalt (16) zwischen Hochspannungs- (1) und Hilfselektrode (10) umfaßt.Electric separator according to claim 11, characterized in that the dielectric ( 15 ) an air gap ( 16 ) between high voltage ( 1 ) and auxiliary electrode ( 10 ). Elektroabscheider nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (15) Polymer und/oder Glas und/oder Keramik aufweist.Electric separator according to claim 11, characterized in that the dielectric ( 15 ) Polymer and / or glass and / or ceramic. Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hilfselektrode (10) eine Wechselspannung anlegbar ist.Electric separator according to one of claims 10 to 13, characterized in that at the auxiliary electrode ( 10 ) An AC voltage can be applied. Elektroabscheider nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die angelegte Wechselspannung hinsichtlich Frequenz und Amplitude einstellbar ist, insbesondere im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 1 MHz, besonders bevorzugt 50 Hz, und im Amplitudenbereich von 100 V bis 20 kV.Electrostatic precipitator according to claim 14, characterized in that the applied alternating voltage is adjustable in terms of frequency and amplitude, in particular in the frequency range of 0.1 Hz to 1 MHz, more preferably 50 Hz, and in the amplitude range of 100 V to 20 kV. Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Potential der Hilfselektrode (10) an das der Hochspannungselektrode (1) angekoppelt ist.Electrodepositioner according to one of Claims 10 to 15, characterized in that the mean potential of the auxiliary electrode ( 10 ) to the high voltage electrode ( 1 ) is coupled. Elektroabscheider nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trenntransformator (20) zur Kopplung der mittleren Potentiale der Hilfs- (10) und Hochspannungselektrode (1) vorgesehen istElectric separator according to claim 16, characterized in that an isolating transformer ( 20 ) for coupling the mean potentials of the auxiliary ( 10 ) and high voltage electrode ( 1 ) is provided Elektroabscheider nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Messung der Stromstärke vorgesehen ist.Electrostatic precipitator according to one of the preceding claims, characterized in that a means for measuring the current intensity is provided. Elektroabscheider nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungselektrode (1) eine vollständige oder teilweise Beschichtung aufweist, die eine niedrigere Elektronen-Austrittsarbeit aufweist.Electrostatic precipitator according to one of the preceding claims, characterized in that the high-voltage electrode ( 1 ) has a complete or partial coating that has a lower electron work function. Verfahren zur Abscheidung von Stäuben mit elektrischem Widerstand mit einer Vorrichtung, die eine Hochspannungselektrode (1) und mindestens eine Niederschlagselektrode (5) aufweist, wobei die Hochspannungselektrode (1) mit eine Gleichspannung unterhalb der Corona-Einsatzspannung betrieben wird und dieser Hilfsenergie zur kontrollierten Freisetzung von Ladungen zugeführt wird.Method for depositing dust with electrical resistance with a device comprising a high-voltage electrode ( 1 ) and at least one collecting electrode ( 5 ), wherein the high voltage electrode ( 1 ) is operated with a DC voltage below the corona threshold voltage and this auxiliary energy is supplied to the controlled release of charges. Verfahren nach Anspruch 20 in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19.Method according to claim 20 in a device according to one of claims 1 to 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass Ladungen aus der Oberfläche der Hochspannungselektrode (1) und/oder mittels Barriereentladung zwischen den Oberflächen von Hochspannungselektrode (1) und Dielektrikum (15) freigesetzt werden. Method according to one of claims 20 or 21, characterized in that charges from the surface of the high-voltage electrode ( 1 ) and / or by means of barrier discharge between the surfaces of high-voltage electrode ( 1 ) and dielectric ( 15 ) are released. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass Änderungen oder Variationen der Stromstärke durch eine Nachregelung kompensiert werden.A method according to claim 22, characterized in that changes or variations of the current are compensated by a readjustment. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Variation der an der Hochspannungselektrode (1) anliegenden Spannung und/oder einer an einer Hilfselektrode (10) anliegenden Wechselspannung und/oder der Bestrahlungsintensität eines Betrahlungsmittels und/oder der Stärke des Dielektrikums (15) und/oder der Abmessung der Elektroden (1, 5, 10) die geänderte Stromstärke kompensiert wird.A method according to claim 23, characterized in that by means of variation of the at the high voltage electrode ( 1 ) voltage and / or one at an auxiliary electrode ( 10 ) applied voltage and / or the irradiation intensity of an irradiation medium and / or the thickness of the dielectric ( 15 ) and / or the dimension of the electrodes ( 1 . 5 . 10 ) the changed current is compensated.
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