DE2363149C3

DE2363149C3 - Elektroabscheider

Info

Publication number: DE2363149C3
Application number: DE2363149A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Yokohama Kanagawa Hayashi (Japan)
Original assignee: Nafco Giken Ltd
Current assignee: Nafco Giken Ltd
Priority date: 1972-12-30
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1980-09-04
Also published as: SE391879B; GB1446029A; FR2212181A1; NL7317750A; BE808567A; CH574274A5; FR2212181B1; DE2363149A1; JPS4989962A; US3958962A; CA1024906A; DE2363149B2

Description

Auffangen von Partikeln mit einem hohen spezifischen Widerstand geeignet, der den Bereich von 10⁴ Ohm · cm bis 10" Ohm · cm überschreitet. Partikel mit diesen Werten können theoretisch durch die bekannten Elektroabscheider nicht auf gelange η werden. Zum Zwecke des einwandfreien Auffangens solcher Partikel mit hohem spezifischem Widerstand, beispielsweise schwere Metalloxide und deren Verbindungen, insbesondere Bleioxid und Bleisulfat, bei denen Werte von oberhalb 10⁴ Ohm · cm auftreten, schafft die !Erfindung einen geeigneten Elektroabscheider.

In der Zeichnung sind Ausfuhrungsbeispiele des erfindungsgemäßen Elektroabscheider* dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung der Grundkonstruktion des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 veranschaulichten Teile,

Fig. 3 eine vektorielle Darstellung der Partikelgeschwindigkeit, die sich aus der Gasströmungsgeschwindigkeit und der Wanderungsgeschwindigkeit des Partikels ergibt, die durch die Coulombsche Kraft auf das geladene Partikel in einem inhomogenen elektrischen Feld gemäß Fig. 2 erzeugt wird,

Fig. 4 ein schematisches Schaubild einer Gruppe mehrerer Elektroabscheider,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Abscheide-Elektrodenplatte zur Verwendung im erfindungsgemäßen Elektroabscheider,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Halters mit den von diesem getragenen nadeiförmig ausgebildeten Entladungselektroden in einem größeren Maßstab, und

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 5 in einem größeren Maßstab.

Bei dem in Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellten Elektroabscheider wird die Ionisierung durch nadeiförmig ausgebildete Entladungselektroden 1 mit scharfen Spitzen erreicht, die von den Randteilen 4 von Abscheideelektrodenplatten 2 vorspringen, die zwischen Elektrodenplatten 3 angeordnet sind. Diese nadeiförmigen Entladungselektroden sind, wie Fig. 1 zeigt, gegenüber den vorderen Randteilen der Elektrodenplatten 3 in Richtung auf den Austritt des Gasstromes etwas zurückgesetzt, so daß die ionisierenden Felder durch die inhomogenen elektrischen Felder zwischen den Nadeln 1 und den vorderen Rändern der Elektrodenplatten 3 gebildet werden (Fig. 2).

Die Orientierung und die Bemessung der Elektrodenplatte und der Entladungselektroden sind von erheblicher Bedeutung, um die erwarteten Ergebnisse zu erreichen.

Der Schlüssel für alle Beziehungen zwischen den Abständen und Abmessungen der Teile ist der Abstand zwischen der Elektrodenplatte 3 und der Abscheide-Elektrodenplatte 2 eines Plattensatzes. Der Abstand χ zwischen den Platten wird so gewählt, daß er der Art der Substanz sowie der Korngröße der Partikel im Gasstrom entspricht ),·; den meisten Fällen liegt der Abstand zwischen 62,5 und 87,5 mm. Die genauen Abmessungen des Elektroabscheiders werden unter Bezugnahme auf Fig. 1, 2 und 7 wie folgt bezeichnet:

Y = Breite der Abscheide-Elektrodenplatte 2,
Z = Breite der Elektrodenplatte 3,
S = Abstand zwischen den Spitzen der nadelförmigen Entladungselektroden 1,
L = Länge der Entladungselektroden 1.

Die entscheidenden Beziehungen zur Berechnung dieser Größen Y, Z, S und L in mm sind dann
Y = 10*

Z = y + 300 mm (± 25 mm)
5 = V,A-
L = ³ZlX.
Wenn z. B. der Abstand zwischen den Elektrodcnplatten 75 mm beträgt (X = 75), so werden: Y = 750 mm, Z = 1050 mm, S = 37,5 mm und L = 56 mm. Die Zurücksetzung der Spitzen der nadeiförmigen Entladungselektroden 1 gegenüber dem angrenzenden Rand der Elektrodenplatte 3 in Richtung des Gasstromes beträgt in diesem Beispiel 150- L bzw. 94 mm. Die Zurücksetzung des angrenzenden Randes der Abscheide-Elektrodenplatte 2 gegenüber dem entsprechenden vorderen oder hinteren Rand der Elektrodenplatte 3 in dieser Richtung beträgt ¹Z₂ ■ (Z-Y) bzw. 150 mm (±25 mm). Die nadeiförmigen Entladungselektroden 1 werden mit dem positiven Pol eines Hochspannungs-Gleichrichters verbunden, der Spannungen bis zu 50 kV erzeugt. Die Elektrodenplatten 3 sind mit dem negativen Pol dieses Gleichrichters verbunden und sind ferner über die Erdanschlüsse geerdet. Die positiven Abscheide-Elektrodenplatten 2 sind gegenüber den nadeiförmigen Entladungselektroden 1 zurückgesetzt und fluchten mit diesen. Sie sind fest mit den Entladungselektroden 1 verbunden, so daß die Abscheide-EIektrodenplatten 2 ebenfalls mit der positiven Spannung des Gleichrichters verbunden sind. Die negative Elektrodenplatte 3 und die positive Abscheide-Elektrodenplatte 2 bilden das homogene elektrische Feld, das in Fig. 2 gezeigt ist.

Durch den Anschluß der positiven Spannung an die Abscheide-Elektrodenplatten 2 und die negative Spannung an die Elektrodenplatten 3 erfolgt eine Ionisierung an den scharfen Spitzen der nadeiförmigen Entladungselektroden 1 in dem in Fig. 2 gezeigten homogenen Feld. Es entstehen dabei sowohl positive, als auch negative Ionen. Die aufgeladenen Partikel der zugeführten Gase werden durch den Gasstrom weiter stromabwärts und an den Spitzen der Entladungselektroden vorbeigeführt. Gleichzeitig trägt der an den Nadelspitzen erzeugte elektrische Wind dazu bei, die geladenen Staubpartikel von den Nadelspitzen wegzublasen. Die negativ geladenen Staubpartikel, die an den scharfen Spitzen der Entladungselektroden 1 vorbeigeblasen werden, werden von den positiven Abscheide-Elektroden angezogen und durch diese aufgefangen, und zwar durch die Wirkung der Coulombschen Kraft des homogenen elektrischen Feldes zwischen den positiven Abscheide-Elektrodenplatten 2 und den negativen Elektrodenplatten 3. Die Migrationsgeschwindigkeiten verschiedener Arten aufgeladener Staubpartikel hängen von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise der Masse der Partikel, der Stärke der Ladung, der Stärke des

bo elektrischen Feldes usw. Normalerweise liegen die Migrationsgeschwindigkeiten in Elektroabscheider in der Größenordnung von 25 cm/sec oder darunter. Andererseits liegen die Gasgeschwindigkeiten in Elektroabscheidern in der Größenordnung von 0,5 mm/sec bis 3 m/sec. Die negativ geladenen Partikel werden also in einer Richtung an den Entladungselektroden 1 vorbeigeführt, die gleich der vektoriellen Summe aus der Migrationsgeschwindigkeit und der

Gasströmungsgeschwindigkeit ist, wie dies Fig. 3 zeigt.

Die positiv geladenen Staubpartikel andererseits werden von den positiv geladenen Entladungselektroden 1 zurückgestoßen und von den negativen Elektrodenplatien 3 angezogen. Damit werden die scharfen Spitzen der Entladungselektroden 1 von der Ansammlung positiv aufgeladener Staubpartikel freigehalten. Ferner wandern die positiv aufgeladenen Staubpartikel in eine Richtung, die etwa gleich der Vektorsumme aus der Migrationsgeschwindigkeit und der Gasströmungsgeschwindigkeit ist, wie das für die negativ aufgeladenen Staubpartikel vorstehend beschrieben wurde. Damit wandern die positiv geladenen Staubpartikel an den vorderen Rändern der negativen Elektrodenplatten 3 vorbei. Die Ränder der negativen Elektrodenplatten 3 werden somit ebenfalls von der Ansammlung positiv aufgeladener Staubpartikel freigehalten. Da die negativ aufgeladenen Staubpartikel von den negativen Elektrodenplatten 3 zurückgestoßen werden, erfolgt keine Ansammlung negativ aufgeladener Staubpartikel an irgendeinem Teil der negativen Elektrodenplatte 3.

Damit werden sowohl die scharfen Spitzen der Entladungselektroden 1 als auch die vorderen Ränder der negativen Elektrodenplatten 3 von einer Ansammlung positiv oder negativ aufgeladener Staubpartikel freigehalten. Aufgrund dieser Tatsache wird das Rück-Corona-Phänomen verhindert, das durch die Ansammlung von Staub mit hohem spezifischen Widerstand von etwa 10" Ohm · cm an den Elektrodenplatten der bekannten Elektroabscheider hervorgerufen wird. Das macht jedoch das Auffangen von Staubpartikeln mit hohem spezifischen Widerstand im Elektroabscheider gemäß der Erfindung mit hohem Wirkungsgrad möglich. Um ein Vibrieren der Entladungselektroden, wie es bei bekannten Elektroabscheidern möglich ist, zu verhindern, sind die nadeiförmigen Entladungselektroden 1 starr an den Abscheide-Elektrodenplatten 2 befestigt. Da die nadeiförmigen Entladungselektroden 1 nur zum Ionisieren und nicht zum Auffangen von Staubpartikeln verwendet werden, treten keine Wiedereintrittsprobleme auf, auch nicht bei hohen Gasströmungsgeschwindigkeiten. Darüber hinaus kann der Abstand zwischen den positiven Entladungselektroden 1 sowie den Abscheide-EIektrodenplatten 2 und den negativen Elektrodenplatten 3 kleiner gehalten werden, wodurch zwischen den Elektrodenplatten das Beibehalten hoher Spannungsgradienten zwischen den Elektroden seihst bei geringen Spannungen möglich ist.

Das Arbeiten mit niedrigen Spannungen zur Ionisierung verringert den häufigen Funkenüberschlag, der normalerweise bei bekannten Elektroabscheidern erfolgt, und verringert damit den Stromverbrauch. Ferner macht das homogene elektrische Feld zwischen den positiven und negativen Elektrodenplatten (Fig. 2) die Dicke der auf diesen Elektrodenplatten aufgefangenen Staubschichten gleichmäßig; das beseitigt ebenfalls den Funkenüberschlag, der durch ungleichmäßige Dicke der im inhomogenen Feld aufgefangenen Staubschicht auftritt. Diese Tatsachen tragen dazu bei, den Stromverbrauch auf etwa V₁₀ des Wertes zu verringern, der normalerweise bei den bekannten Elektroabscheidern gleicher Kapazität und gleichen Auffangwirkungsgrades benötigt wird.

Die Entladungselektroden 1 sind aus einem dauerhaften, elektisch leitenden Werkstoff gefertigt, beispielsweise aus Edelstahl oder Platin. Die nadeiförmigen Entladungselektroden 1 sind im Querschnitt vorzugsweise kreisrund. Ihr Schaft Ib hat einer Durchmesser von weniger als 5 mm und sie sind am freien Ende la mit einer Spitze versehen, deren Rain dius höchstens etwa 0,5 mm betragen soll. Die nadeiförmigen Entladungselektroden 1 sind je an ihrem stumpfen Ende Ic an die in Längsrichtung verlaufende äußere Fläche 20 eines im Querschnitt U-förmig gestalteten Halfters 21 angeschweißt (Fig. 7). Die ir Längsrichtung des Halters 21 aufeinanderfolgender nadeiförmigen Entladungselektroden 1 haben gleiche Abstände S voneinander. Die Abstände S sind kleiner als die Abstände zwischen je einer geerdeter Elektrodenplatte 3 und einer benachbarten Absehetdeelektrodenplatte 2. Der Halter 21 ist auf eine ah Abscheide-Elektrodenplatte 2 dienende Stahlplatte 2fl aufgeschoben, wobei die Schenkel des Halters 21 beidseitig auf der Platte la aufliegen, so daß der Halter 21 auf dem Rand der Platte la sitzt. Der Haltei 21 ist beispielsweise 1,5 m lang; und drei solcher Halter sind an einem Rand der im Ausführungsbeispie dargestellten Platte la befestigt. Die Schenkel dei Halter weisen Löcher 22 zur Aufnahme von Nieter 23 auf, die Löcher 24 in der Platte la durchdringen Die Platte la ist, wie Fig. 5 zeigt, an gegenüberliegenden Rändern Ib und Ic mit Haltern 21 versehen Die Platte la hängt an Aufhängern 25 am oberer Ende im Elektroabscheider. Die Aufhänger 25 sine mit einer Klopfvorrichtung verbunden, um die Ab scheide-Elektrodenplatten 2 periodisch von abgelagerten Partikeln zu reinigen. Obwohl die nadeiförmigen Entladungselektroden 1 nicht wegen eines Ver schleißens zu wechseln sind, ist deren Austausch relativ einfach und erfordert nur eine sehr kurz« Stillegung des Elektroabscheider. Zu diesem Zwecl wird der Halter 21 durch Abscheren der Nieten Il entfernt und es wird ein neuer Halter 21 mit neuer nadeiförmigen Entladungselektroden 1 angenietet.

Werden die Elektrodenplatten vibriert oder mechanischen Stoßen ausgesetzt, fallen die feinen Staubpartikel, die sich auf den Elektrodenplatten angesammelt haben, in großen Stücken ab, weil sich die einzelnen Partikel während des Abscheidens zusammenballen. Ein Teil der gelösten Staubpartikel trit jedoch wieder in den Gasstrom ein und wird stromabwärts geführt. Um diese wiedercinireienden Staubpartikel aufzufangen, können mehrere Abscheider < und 6' stromaufwärts, wie in Fig. 4 dargestellt ist, angeordnet sein, um auch diesen nachteiligen Effekt zi beseitigen. In dieser Anordnung sind die nadelförmi gen Entladungselektroden am Ende der Abscheide-Elektrodenplatten 2 mit 1' und die Entladungselektroden am vorderen Rand des folgenden Abscheiders 6 mit 1" bezeichnet. Durch Erhöhen der Zah der hintereinander angeordneten Elektroabscheidei und durch Erhöhen oder Verringern der Gasströmungsgeschwindigkeit ist es möglich, Auffangwirkungsgrade von mehr als 99,99% selbst für Staubpartikel aus Cadmium-Oxid zu erreichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektroabscheider mit einem Gaskanal mit mindestens zwei in diesem in Strömungsrichtung verlaufenden, parallel zueinander liegenden fla- ; chen geerdeten Abscheideelektrodenplatten, zwischen denen isoliert aufgehängt eine weitere Abscheideelektrodenplatte angeordnet ist, die an dem stromaufwärts liegenden Querrand mit der Elektrodenplatte fluchtende Entladungselektro- ι ο den trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungselektroden (1) nadeiförmig ausgebildet und an beiden Querrändern der isoliert aufgehängten Abscheideelektrodenplatte (2) in Abständen voneinander angeordnet sind, die kleiner als der Abstand der isoliert aufgehängten Elektrodenplatte (2) von der benachbarten geerdeten ElektrodenpJatte (3) sind, daß der Durchmesser der nadeiförmigen Entladungselektroden (1) etwa 2 bis 5 mm beträgt, daß die Spitzen der Entladungselektroden (1) einen Radius von maximal etwa 0,5 mm haben und daß die nadeiförmigen Entladungselektroden (1) sowie die isoliert aufgehängte Abscheideelektrodenplatte (2) mit dem Pluspol und die geerdete Elektrodenplatte (3) mit :■> dem Minuspol einer Hochspannungsquelle verbunden sind.

2. Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satz der nadeiförmigen Entladungselektroden (1) entgegen dem Gasstrom und der andere Satz mit diesem gerichtet ist.

3. Abscheideelektrodenplatte mit Entladungselektroden zur Verwendung in einem Elektroabscheider nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch langgestreckte Halter (21), die mittels Nieten (23) längs der einander abgewandten geraden Ränder der Abscheideelektrodenplatte befestigt sind, und durch Nadeln (1), deren eine Enden auf einer Fläche (20) jedes Halters (21) in Abständen voneinander befestigt sind und die rechtwinklig von der Fläche (20) des Halters (21) vorspringen, wobei die freien Enden der Nadeln (1) längs jedes Randes in einer etwa geraden Linie in der Mittelebene der Abscheideelektrodenplatte liegen. v>

4. Abscheideelektrodenplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln (1) gleiche axiale Länge haben und in gleichen Abständen in Längsrichtung jedes Halters (21) angeordnet sind. so

5. Abscheideelektrodenplatte nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (21) durch ein längliches Profil gebildet ist, dessen Mittelsteg die besagte äußere Fläche (20) aufweist und dessen Schenkel den geraden Rand (Ib) der v, Abscheideelektrodenplatte (2 a) umgreifen.

6. Abscheideelektrodenplatte nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatte (2a) eine unperforierte Stahlplatte ist.

7. Abscheideelektrodenplatte nach Anspruch 3 wi bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln (1) aus Edelstahl gefertigt sind.

8. Abscheideelektrodenplatte nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln an ihren freien Enden (la) scharf zugespitzt sind, μ wobei der Radius der Spitze ca. 0,5 mm oder weniger beträgt.

Die Erfindung betrifft einen Elektroabscheider mit einem Gaskanal mit mindestens zwei in diesem in Strömungsrichtung verlaufenden, parallel zueinander liegenden flachen, geerdeten Abscheide-Elektrodenplatten, zwischen denen isoliert aufgehängt eine weitere Abscheide-Elektrodenplatte angeordnet ist, die an dem stromaufwärts liegenden Querrand mit der Elektrodenplatte fluchtende Entladungselektroden trägt.

Bei einem bekannten Elektroabscheider dieser Art (DE-OS 2116566) könnten Staubpartikel mit einem hohen spezifischen Widerstand von mehr als etwa 10" Ohm · cm nicht aufgefangen werden, außer mit extrem niedrigen, für die Praxis ungeeigneten Wirkungsgraden. Ferner erfordern die bekannten Elektroabscheider relativ geringe Gasströmungsgeschwindigkeiten, was zu hohen Anlagekosten und großen Abmessungen führt, und machen eine Hochspannung von 50 kV und mehr erforderlich. Diese kann zu Durchschlägen der elektrischen Isolation führen und macht das Arbeiten mit teuren Hochspannungs-Gleichrichtersystemen erforderlich. Auch macht das Arbeiten mit negativ geladenen (ionisierenden) Elektroden ein häufiges Entfernen des aufgefangenen Staubes erforderlich, was bekanntlich nachteilig ist. Schließlich werden bei der Verwendung von negativ geladenen Abscheide-Elektroden bei diesen hohen Spannungen große Mengen von schädlichem Ozon und Stickoxiden erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Elektroabscheider dahingehend zu verbessern, daß sie diese Nachteile nicht mehr aufweisen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Entladungselektroden nadeiförmig ausgebildet und an beiden Querrändern der isoliert aufgehängten Abscheide-Elektrodenplatte in Abständen voneinander angeordnet sind, die kleiner als der Abstand der isoliert aufgehängten Elektrodenplatte von der benachbarten geerdeten Elektrodenplatte sind, daß der Durchmesser der nadeiförmigen Entladungselektroden etwa 2 bis 5 mm beträgt, daß die Spitzen der Entladungselektroden 1 einen Radius von max. G,5 mm haben und daß die nadeiförmigen Entladungselektroden sowie die isoliert aufgehängte Abscheide-Elektrodenplatte mit dem Pluspol und die geerdete Elektrodenplatte 3 mit dem Minuspol einer Hochspannungsquelle verbunden sind.

In der DE-PS 282310 ist bereits ein Hinweis enthalten, daß Entladungselektroden wahlweise an den positiven oder negativen Pol einer Spannungsquelle angeschlossen werden können. Es ist jedoch nicht angegeben, daß der Anschluß an den positiven Pol eine günstigere Wirkung zeigt als der Anschluß des negativen Pols. Die nadeiförmigen Entladungselektroden arbeiten am wirkungsvollsten, wenn sie spitz sind. Die Betriebsdauer des Elektroabscheiders steht damit in Abhängigkeit von der Fähigkeit der Nadeln, die Schärfe ihrer Spitzen zu wahren. Ein weiteres Merk- :nal der Erfindung besteht darin, daß die Nadeln aus einem verschleißfesten Material hergestellt sind, während für die Abscheider-Elektrodenplatten ein preiswerteres Material verwendet werden kann. Als besonders günstig hat sich zur Herstellung der nadeiförmig ausgebildeten Entladungselektroden ein Edelstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt gezeigt, a in dem sowohl die Nadeln als auch die U-förmigen Halter hergestellt werden.

Der erfindungsgemäße Elektroabscheider ist zum