DE1239277B - Verfahren zur Abscheidung von Nebeln und Feststoffen aus Gasen mittels Roehren-Nassentstaubern - Google Patents

Description

DEUTSCHES ^/»W PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 12 e - 5

Nummer: 1239 277

Aktenzeichen: M 52608III/12 e

1 239 27T Anmeldetag: 21.April 1962

Auslegetag: 27. April 1967

Bei der Reinigung von feinstaubhaltigen Gasen, die Kondensat meist in Form von Nebeln enthalten, wirken sich die elektrischen Raumladungserscheinungen nachteilig auf den Abscheidegrad der elektrostatischen Entstauber aus. Erfolgt die Reinigung in elektrostatischen Röhren-Naßentstaubern, so macht sich die Raumladung besonders störend bemerkbar.

Die in der Praxis verwendeten Röhren-Naßentstauber weisen Sprühabstände von beispielsweise 115 mm bei Röhrendurchmessern von etwa 240 bis 250 mm auf. Als Sprühelektroden werden beispielsweise im Querschnitt dreieckfönnige Stäbe (vgl. britische Patentschrift 499 576), zusammengesetzte Streifenelemente in Sägeblattform (vgl. britische Patentschrift 428 471) oder Stangen mit sternförmiger Querschnittsfläche durch aufgeschraubte Längsstreifen (vgl. USA.-Patentschrift 1333 790) benutzt. Die früher häufig verwendeten Runddrähte oder Stäbe gewährleisten keine gute Aufladung der feinen Stäube. Durch Aufsetzen von Sprühspitzen auf diese Runddrähte (vgl. USA.-Patentschrift 2 505 907) hat man versucht, den Sprüheffekt zu verbessern. Alle diese Maßnahmen haben zwar eine Verbesserung der Teilchenaufladung bewirkt, jedoch gleichzeitig in Röhren-Naßentstaubern die Raumladungsbildung erheblich vergrößert, wodurch die Abscheidegrade dieser Filter verschlechtert werden.

Strömt ein staub- oder kondensathaltiges, vorzugsweise nebelhaltiges Gas z. B. von unten nach oben durch die Röhren eines oben beschriebenen einstufigen Naßentstaubers, so entstehen im unteren Teil der Röhren durch hohe Konzentration an Nebeloder genetzten Feinststaubteilchen starke Raumladungen, die den Abscheidevorgang erheblich stören. Diese Raumladungen bewirken beispielsweise, daß die Strom-Spannungs-Charakteristik, bezogen auf ein Röhrenelement, für den unteren Teil eine andere ist als für den oberen. Bezüglich der elektrischen Verhältnisse wird man dann die Spannungsversorgung eines solchen Abscheiders so wählen müssen, daß ein Teilabschnitt des Abscheiders (beispielsweise die obere Hälfte) gegenüber dem anderen (untere Hälfte) benachteiligt ist. Eine optimale Abscheidung wird sich mit einer solchen Anordnung nicht erzielen lassen. In normalen Betriebsfällen werden elektrostatische Röhren-Naßentstauber der oben beschriebenen Art mit Gleichspannungen von mindestens 40 Kilovolt betrieben. Die Gasgeschwindigkeiten liegen wegen der besonderen Art der Elektrodenbefestigungen und wegen der starken Raumladungserscheinungen in der Praxis vorzugsweise bei 0,3 m pro Sekunde. Höhere Gasgeschwindigkeiten, wie sie bei-Verfahren zur Abscheidung von Nebeln
und Feststoffen aus Gasen mittels
Röhren-Naßentstaubern

Anmelder:

MetallgesellschaftAktiengesellschaft,
Frankfurt/M., Reuterweg 14

Als Erfinder benannt:
Heinrich Möbus,

Dipl.-Ing. Otto Güpner, Offenbach/M.;
Josef Müller, Frankfurt/M.;
Dr.-Ing. Kurt Ruckeishausen, Offenbach/M.;
Dr.-Ing. Dietrich Ertl, Königstein (Taunus);
Dipl.-Ing.Werner Möbus, Kronberg (Taunus)-

spielsweise bei elektrostatischen Trockenentstaubern zur Vermeidung von Uberschlägen (vgl. USA.-Patentschrift 1 941 861) vorgeschlagen werden, haben sich als nicht brauchbar erwiesen. Um dem elektrischen Feld Zeit zu lassen, die Raumladungen abzubauen, wurden noch wesentlich geringere Geschwindigkeiten vorgeschlagen, die jedoch wegen der gegebenen Gasdurchsatzmengen und der erforderlichen großen Filter schlecht realisierbar sind.

Nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Abscheidung von Nebeln, vorzugsweise säurehaltigen Nebeln, und Feststoffen aus Gasen mittels elektrostatischen Röhren-Naßentstaubern vorgeschlagen. Dieses erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die zu reinigenden Gase mit hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise 5 bis 15 m pro Sekunde, durch die als Niederschlagselektroden wirkenden Röhren mit Rohrdurchmessern von beispielsweise 100 bis 120 mm hindurchgeleitet werden, die derart mit entsprechend starr befestigten Sprühelektroden ausgerüstet sind, daß der Abstand Sprühelektrode zu Niederschlagselektrode 20 mm beträgt.

Als Weiterbildung der Erfindung werden die aus Röhren bestehenden Sprühelektroden auf ihrem Umfang vorzugsweise mit rechteckigen, vertikal schraubenlinienförmig versetzt angeordneten Sprühlappen ausgerüstet und mittels der unteren Führungsvorrichtungen über wasserabweisende Isolatoren am Gehäuse getragen. Die Anordnung erfolgt zweckmäßig so, daß die einzelnen Sprühlappen gegenüber ihren darunter und darüber befindlichen Nachbarn um einen Winkel von 60° versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise

709 577/309

wird erreicht, daß jeweils erst jeder sechste Sprühlappen die gleiche Lage und Richtung (mit einer Höhendifferenz) aufweist wie der erste.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen Röhren-Naßentstauber, bei dem unter den Röhren ein Boden angeordnet ist, der Löcher von einem Durchmesser gleich dem Röhrendurchmesser aufweist, die auf kraterähnlichen Erhebungen im Boden zentrisch wenige Millimeter unter den Röhrenöffnungen angeordnet sind.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Röhren an ihrem unteren Ende trichterförmig zu erweitern, wobei die trichterförmigen, im Querschnitt quadratischen Teile an den Ecken ihrer unteren Öffnung mit senkrecht nach unten weisenden rechtwinkligen, in der Ansicht dreieckförmigen Abiaufflächen versehen sind.

Als weiteres Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß für die Abscheidung arsenhaltiger Nebel und Feststoffe die Gase in dem erfindungsgemäßen Röhren-Naßentstauber indirekt gekühlt werden. Diese Kühlung kann im Gleich-, Gegenoder Kreuzstrom erfolgen.

Infolge der hohen Gasgeschwindigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der sehr geringen Sprühabstände sowie der besonderen Sprühelektrodenvorrichtungen gemäß der Erfindung treten eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem herkömmlichen, zum Stande der Technik gehörenden Verfahren auf. Die hohen Gasgeschwindigkeiten verursachen eine starke Turbulenz in den einzelnen Röhren, die wiederum erfahrungsgemäß eine gute, gleichmäßige Ionisation des Gases fördert. Bei einer Gasstromrichtung im Röhren-Naßentstauber beispielsweise von oben nach unten wird durch die hohe Gasgeschwindigkeit eine zusätzliche Förderwirkung auf das niedergeschlagene, an den Röhrenwandungen abfließende Kondensat erzielt, die eine Erhöhung der Reinigungswirkung für die Röhren in bezug auf anhaftenden Staub durch das rasch abfließende Kondensat bewirkt.

Ferner wird bei Verwendung des Röhren-Naßentstaubers als indirekter Wärmeaustauscher durch die hohe Geschwindigkeit eine Erhöhung des Wärme-Übergangs auf der Gasseite erreicht. Wegen der geringen Sprühabstände, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt werden, können an Stelle der bis jetzt verwendeten Hochspannungsaggregate mit Sekundärspannungen von 40 Kilovolt und darüber Aggregate gewählt werden mit nur 16 bis 18 Kilovolt. Bei gleicher Stromdichte können somit erheblich billigere Aggregate verwendet werden als die für Anordnungen nach dem Stand der Technik notwendigen. Außerdem ist bei (zum Vergleich angenommen) zunächst gleicher Raumladung wie bei herkömmlichen Röhren-Naßentstaubern wegen des geringen Abstandes von Röhrenwand zu Sprühelektrode ihr Einfluß bedeutend geringer als bei den üblichen Konstruktionen. Durch die erheblich höhere Sprühwirkung — scharfe Kante auf Hochspannung wenige Millimeter vor glatter Fläche — und die beträchtlich höhere Feldstärke wird der Raumladungseinfiuß weitgehend vermindert, bzw. die Raumladung wird größtenteils durch sofortiges Niederschlagen beseitigt.

Besonders bei der Reinigung säurehaltiger Gase, beispielsweise für die Herstellung von Kontakt-

schwefelsäure, bestand das Problem, Säurenebel zu entfernen und vor allem die häufig in feinster Form anfallenden Arsenverbindungen, die Kontaktgifte sind, möglichst weitgehend abzuscheiden.

Wie Versuche zeigten, gelingt dies mit gutem Erfolg bei dem Verfahren nach der Erfindung und unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung.

Während bei der früheren Konstruktion nur die gewünschte Arsenfreiheit erreicht werden kann, wenn bereits Nebelfreiheit herrscht, wobei man diese Nebelfreiheit nur durch zwei hintereinandergeschaltete elektrostatische Abscheider erzielt, wird nach dem neuen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung diese gewünschte Reinigung schon mit einer Stufe des Röhren-Naßentstaubers erreicht. Diese Tatsache stellt eine wesentliche technische Vereinfachung dar.

Das Herstellen der Sprühelektroden beispielsweise im Strangpreßverfahren geschieht zweckmäßig dadadurch, daß Rohre mit durchgehend angeordneten Längsrippen, vorzugsweise sechs in gleichen Abständen über den Umfang verteilt, stranggepreßt werden. Danach werden die Längsrippen bis auf die gewünschten Sprühlappen durch Abschneiden entfernt. Die schraubenförmige Anordnung der Sprühlappen hat den Vorteil, daß die Sprühwirkung der Kanten und Ecken eines Sprühlappens nicht durch direkt darüber oder darunter befindliche Sprühlappen gestört wird, sondern sich bei jedem Sprühlappen voll entfalten kann.

A b b. 1 zeigt einen Schnitt durch einen einfeldigen elektrostatischen Röhren-Naßentstauber;

A b b. 2 zeigt eine einzelne Sprühelektrode, die

A b b. 3 einen Querschnitt durch die Sprühelektrode der A b b. 2 nach der Schnittlinie II-II;

A b b. 4 zeigt in Ansicht den zum Auffangen des Kondensates notwendigen unteren Zwischenboden, der in der Abb. 1 im Schnitt dargestellt ist; schließlich zeigt

A b b. 5 eine Röhre mit einer Ablaufvorrichtung am unteren Ende und

Abb. 6 zeigt davon eine schräge Draufsicht.

In A b b. 1 tritt bei 1 das zu reinigende Gas in den Röhren-Naßentstauber, dessen Gehäuse mit 2 bezeichnet ist, ein. In Zwischenboden 3, 3' sind die Röhren 4 eingelassen. Die Räume 5 zwischen den Niederschlagsröhren 4 dienen zur Aufnahme der Kühlflüssigkeit, die sowohl im Gleich-, Gegen- oder Kreuzstrom die Röhren 4 umspülen kann. Zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und des Wärmeübergangs können die Zwischenräume 5 mit Füllkörpern 6, wie Kugeln, grobkörnigem Material, Raschig-Ringen u. dgl. angefüllt sein. Die erfindungsgemäßen Sprühelektroden 7 mit den aufgesetzten Sprühlappen 8 sind an ihrem oberen Ende an Führungen 9 über Stangen 10 an Isolatoren 11 getragen. An ihrem unteren Ende werden die Sprühelektroden? in einer Führungsvorrichtung 12 geführt und über einen Isolator 13 gegen die Gehäusewand distanziert. Vorzugsweise besteht die Distanziervorrichtung aus wasserabweisendem Kunststoff oder ist mit einem solchen überzogen. Der Abzug des Reingases sowie die Zufuhrvorrichtung für Kühlflüssigkeit sind der Einfachheit halber nicht gezeichnet.

Unter den Röhren 4, in wenigen Millimetern Abstand, ist ein Zwischenboden 14 angeordnet, der Löcher 15 vom gleichen Durchmesser wie der Roh-

Claims (5)

rendurchmesser aufweist. Diese Löcher befinden sich auf kraterähnlichen Erhebungen 16 (man vgl. dazu besonders die Abb.4), die zentrisch unter den Öffnungen der Röhren angebracht sind, so daß die Gasströmung ohne Störung durch den Zwischenboden 14 hindurchtreten kann. Es ist auch möglich, die Ränder der Löcher 15 um wenige Millimeter in die Röhren 4 hineinragen zu lassen. Das an den Röhrenwandungen nach unten abfließende Kondensat, welches am Ende derselben der leicht nach außen gebogenen Randfläche der Röhren folgt, wird auf dem Boden 14 in den Vertiefungen zwischen den kraterförmigen Erhebungen aufgefangen und durch Öffnungen 17 über Ablaufrinnen 18 in den Bunker 19 abgeführt. Bei 20 kann der anfallende Schlamm aus dem elektrischen Gasreiniger entnommen werden. Es ist auch möglich, an Stelle des Zwischenbodens 14 die untere Öffnung der Röhren 4 derart auszubilden, daß die Röhren an ihrem unteren Ende trichterförmig in der Weise erweitert sind, daß der trichterförmige im Querschnitt quadratische Teil 21 an seinen Ecken mit senkrecht nach unten weisenden rechtwinkligen in der Ansicht dreieckförmigen Ablaufflächen 22 versehen ist. Man vgl. dazu die Abb. 5 und 6. Das Kondensat, das an den Röhrenwandungen nach unten fließt, folgt den schräg verlaufenden Flächen des trichterförmigen Teiles 21 und wird dadurch aus dem Einflußbereich der Sprühelektroden weggeführt. An den Abläufen 22 kann es ohne Störung für das elektrische Feld nach unten abtropfen, oder es kann in Rinnen aufgefangen werden. Diese Vorrichtung sowie das Einziehen eines Zwischenbodens 14 weisen den gemeinsamen Vorteil auf, daß der Störeffekt, der bei elektrostatischen Röhren-Naßentstaubern oft auftritt, nämlich, daß das herablaufende Kondensat am unteren Ende als Folge des elektrischen Feldes zu den Sprühelektroden hingezogen wird, hierbei ausgeschlossen ist. Zur Durchführung des Verfahrens können die Röhren 4 vorzugsweise eine Länge von etwa 4 m aufweisen. Durch die Durchmesserverringerungen der Röhren wird bei gleicher Wandstärke wie bei den herkömmlichen eine höhere Stabilität erzielt. In der Abb. 2 ist ein Stück einer Sprühelektrode 7 mit aufgesetzten Sprühlappen 8 dargestellt. Bei einer Materialstärke der Sprühlappen von etwa 2 mm betragen ihre Höhen beispielsweise 20 mm und ihre Längen vorzugsweise 25 mm bei einem Abstand untereinander von etwa 5 mm. Bei der Elektrode gemäß der Erfindung ist zu bemerken, daß jeder Sprühlappen ungestört seine volle Sprühstärke bei vorgegebener angelegter Spannung erreicht, da, wie erwähnt, seine beiden Nachbarn in der Höhe vorzugsweise je 5 mm von ihm entfernt und in der Horizontalen mit ihm einen Winkel von je vorzugsweise 60° bilden. Schneidet man die Elektrode der Abb. 2 nach der Schnittlinie in II-II, so erhält man das Bild, wie es in A b b. 3 dargestellt ist. Bei Röhrendurchmessern von etwa 100 mm und bei Durchmessern der eigentlichen Sprühelektrode 7 von etwa 10 mm wird bei den vorgegebenen Längen der Sprühlappen ein Sprühabstand von etwa 20 mm erreicht. Zur Erhöhung der Stabilität der Niederschlagselektroden liegt es im Rahmen der Erfindung, die Seele des Bleirohres aus Stahl auszubilden. Die beschriebenen Vorteile, die das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung aufweisen, bestehen hauptsächlich in der beträchtlich höheren Reinigungswirkung, verglichen mit Verfahren und Anordnungen gemäß dem Stand der Technik. Versuche haben gezeigt, daß bei gleichem Reinigungsgrad die Gesamtniederschlagsfläche gegenüber den bekannten Anordnungen ungefähr halbiert werden kann, d.h.,daß der Materialaufwand nach der Erfindung um etwa die Hälfte geringer ist. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abscheidung von Nebeln, vorzugsweise säurehaltigen Nebeln, und Feststoffen aus Gasen mittels elektrostatischen Röhren-Naßentstaubern und gegebenenfalls indirekter Kühlung dieser Gase, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Gase mit hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise 5 bis 15 m pro Sekunde, durch die als Niederschlagselektroden wirkenden Röhren mit Rohrdurchmessern von beispielsweise 100 bis 120 mm hindurchgeleitet werden, die derart mit entsprechend starr befestigten Sprühelektroden ausgerüstet sind, daß der Spannungsabstand Sprühelektrode zu Niederschlagselektrode etwa 20 mm beträgt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Röhren bestehenden Sprühelektroden (7) auf ihrem Umfang vorzugsweise mit rechteckigen, vertikal schraubenlinienförmig versetzt angeordneten Sprühlappen (8) ausgerüstet und mittels der unteren Führungsvorrichtungen (12) über wasserabweisende Isolatoren (13) am Gehäuse (2) getragen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Röhren (4) ein Boden (14) im elektrostatischen Röhren-Naßentstauber angeordnet ist, der Löcher (15) von einem Durchmesser gleich dem Röhrendurchmesser aufweist, die auf kraterähnlichen Erhebungen (16) im Boden zentrisch wenige Millimeter unter den Röhrenöffnungen angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (4) an ihrem unteren Ende trichterförmig derart erweitert sind, daß die trichterförmigen, im Querschnitt quadratischen Teile (21) an den Ecken ihrer unteren Öffnung mit senkrecht nach unten weisenden rechtwinkligen, in der Ansicht dreieckförmigen Ablauffiächen (22) versehen sind.

5. Betriebsweise von elektrischen Röhren-Naßentstaubern vorzugsweise für die Abscheidung arsenhaltiger Nebel und Feststoffe aus Gasen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase in den Naßentstaubern indirekt gekühlt werden, wobei die Kühlung mittels Kühlflüssigkeit erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1013 626; USA.-Patentschriften Nr. 1941861, 2 505 907, 790;

britische Patentschriften Nr. 499 576, 428 471.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 577/309 4.67 © Bundesdruckerei Berlin