DE4342965A1 - Einrichtung zur Entfernung von Staubpartikeln aus Abgasen - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Entfernung von Staubpartikeln aus Abgasen, mit einem in einem Filterge­ häuse angeordneten Oberflächenfilter, bei welcher ein Vorauf­ lader zur Aufladung der Staubpartikel vorgesehen sind, bevor diese zum Oberflächenfilter gelangen, wobei der Vorauflader Hochspannungs- und Masseelektroden umfaßt, die an eine Hoch­ spannungsquelle angeschlossen sind.

Eine Einrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der US-A- 3,910,779 bekannt.

Technologischer Hintergrund und der Stand der Technik

Zur Abscheidung von Staubpartikeln aus Abgasen, z. B. Rauchga­ sen von kohlebefeuerten Verbrennungsanlagen, haben sich neben Elektrofiltern sogenannte Oberflächenfilter (engl. fabric fil­ ters) durchgesetzt. Das zu entstaubenden Abgas gelangt über eine Abgasleitung in den Filter. Bei Passieren des Oberflä­ chenfilters, der regelmäßig als Schlauchfilter ausgebildet ist, setzen sich die Staubpartikel auf der äußeren Oberfläche des Filterschlauches ab. Sie werden in regelmäßigen Abständen durch Klopf- oder Rüttelvorrichtungen oder auch Druckluftstöße entfernt und gelangen in trichterförmige Sammler am Bo­ den des Filtergehäuses.

Die sich dabei auf dem Filterschlauch aufbauende Staubschicht wirkt dabei ebenfalls als Filter. Wird diese Staubschicht zu dick und/oder zu kompakt, führt dies zu Strömungsverlusten, die durch öfteres Abreinigen verhindert werden müssen.

In der eingangs genannten US-A-3,910,779 werden Maßnahmen vorgeschlagen, um den Aufbau dieser Staubschicht zu beinflus­ sen, und zwar dergestalt, daß sich die Staubpartikel als ver­ gleichsweise poröser Belag (Filterkuchen) auf dem Filtermate­ rial absetzen. Dies wird durch die Kombination von zwei Maßnahmen erreicht: Die Staubpartikel werden zunächst durch einen Vorauflader geleitet und dort mittels Koronaentladungen auf­ geladen. Danach werden die nunmehr aufgeladenen Partikel in einem elektrischen Gleichfeld, das im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche verläuft, auf der sie abgeschieden werden sol­ len, abgeschieden. Dieses Gleichfeld wird dadurch erzeugt, daß im Inneren jedes Filterschlauchs eine gitterförmige Elek­ trode angeordnet ist, die auf Erdpotential liegt, die mit einer außerhalb des Filterschlauchs liegenden Hochspannungs­ elektrode zusammenwirkt. Zwingend ist, daß in diesem Gleich­ feld keine Koronaentladungen stattfinden dürfen, weil sonst die gewünschte Porösität des Filterkuchens nicht mehr gewähr­ leistet ist.

Die bekannte Einrichtung ist aus mehreren Gründen problema­ tisch:

• - Partikelfilter für kohlebefeuerte Verbrennungsanlagen be­ stehen aus Tausenden von "parallelgeschalteten" Filter­ schläuchen, die meist mehrere Meter lang sind. Der Aufwand für die Anspeisung der Hochspannungselektroden ist damit beträchtlich. Darüberhinaus muß der Aufbau so sein, daß keine großen Relativbewegungen zwischen den Filterschläu­ chen und den ihnen zugeordneten Hochspannungselektroden auftreten können, um Koronaentladungen zu verhindern.
• - Die Strömungsgeschwindigkeit des staubbeladenen Gases durch den Schlauchfilter (typisch 5 cm/sec.) ist um meh­ rere Größenordnungen kleiner als die Strömungsgeschwin­ digkeit in der Abgasleitung zum Filter, die in der Größenordnung von 10 m/sec. liegt. Integriert man nun wie im Fall der Einrichtung nach der US-A-3,910,779 den Vorauf­ lader in das Filtergehäuse, so findet dort bereits im Vorauflader (Position 14) eine Abscheidung von Staubpar­ tikeln statt. Dies bedingt auch in diesem Bereich Mittel zum Entfernen und Austragen des Staubes.

Kurze Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Entfernung von Staubpartikeln aus Abgasen zu schaffen, die bei bestehenden Filteranlagen einfach nachrüstbar ist, eine op­ timale Voraufladung ermöglicht und im Vorauflader praktisch keine Staubabscheidung auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vorauflader zur Aufladung der Staubpartikel als eigenständige Baueinheit ausgebildet ist, die in die Zuleitung zum Filter­ gehäuse eingebaut ist, wo die Strömungsgeschwindigkeit des Ab­ gases im Vergleich zur Strömungsgeschwindigkeit durch den Oberflächenfilter sehr hoch ist, und daß die Masseelektro­ de(n) des Voraufladers Gitterstruktur mit kreuz und quer ver­ laufenden Gitterelementen aufweist bzw. aufweisen und quer zum Abgasstrom ausgerichtet ist bzw. sind, und daß die Hochspan­ nungselektrode(n) als Sprühelektroden ausgebildet sind oder als solche wirken und annähernd planparallel zur Masselektro­ de(n) verläuft bzw. verlaufen und annähernd parallel verlau­ fende Gitterelemente umfaßt. Vorzugsweise ist dabei auch die Hochspannungselektrode aus kreuz und quer verlaufenden Git­ terelementen aufgebaut, wobei die Maschenweiten beider Gitter­ strukturen unterschiedlich sind.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß sich hohe Abscheideraten im Partikelfilter ohne Zuhilfenahme elek­ trischer Felder erreichen lassen, wenn optimal vorgeladene Partikel auf den Partikelfilter auftreffen. Dies gelingt durch die erfindungsgemäße Doppelgitteranordnung außerhalb des Filtergehäuses in der Abgasleitung. Durch die erfindungsgemäße Plazierung des Voraufladers in der Abgasleitung kurz vor dem Eintritt in den Partikelfilter ergibt sich ein zusätzli­ cher Effekt: Bei den hier herrschenden hohen Strömungsge­ schwindigkeiten von typisch 10 m/sec. und mehr findet im Vor­ auflader paraktisch keine Staubabscheidung mehr statt, weil solche Partikel sofort von der Strömung mitgerissen werden. Somit entfallen die sonst vorzusehenden Maßnahmen zur Reini­ gung und zum Staubaustrag im oder am Vorauflader, was die Kon­ struktion wesentlich vereinfacht. Der erfindungsgemäße Vorauflader kann leicht nachgerüstet werden, womit sich die Abscheideleistung des Oberflächenfilters ohne Eingriffe in den Filter selbst erheblich erhöhen läßt. Sollte die Voraufladung nicht ausreichend sein, können - wiederum ohne Eingriffe in den eigentlichen Partikelfilter - mehrere Doppelgitter in einer Baueinheit zusammengefaßt hintereinander geschaltet werden, oder es können mehrere Baueinheiten hintereinander an­ geordnet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu­ tert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sche­ matisch dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Oberflächenfil­ ters mit vorgeschaltetem Vorauflader;

Fig. 2 einen vereinfachten Längsschnitt durch den Voraufla­ der von Fig. 1;

Fig. 3 einen vereinfachten Querschnitt durch den Voraufla­ der gemäß Fig. 2;

Fig. 4 einen ersten Querschnitt durch einen Vorauflader auf der Höhe der Hochspannungselektrode, wobei die Elek­ troden als Drahtgitter ausgebildet sind, die in einem Metallrahmen gehalten sind und von einem Ge­ häuse aus Isoliermaterial umgeben sind;

Fig. 5 einen zweiten Querschnitt durch den Vorauflader gemäß Fig. 4 auf der Höhe der auf Erdpotential liegen­ den Elektroden.

Fig. 6 einen teilweisen Längsschnitt durch die Doppelgit­ teranordnung mit einer Hochspannungselektrode aus Stacheldraht;

Fig. 7 einen teilweisen Längsschnitt durch die Doppelgit­ teranordnung mit einer Hochspannungselektrode aus Metallstreifen mit einseitig aus der Streifenebene herausgebogenen spitzen Lappen, die gegen die Mas­ seelektrode gerichtet sind;

Fig. 8 einen teilweisen Querschnitt durch die Doppelgit­ teranordnung mit einer Hochspannungselektrode aus Metallstreifen mit beidseitig aus der Streifenebene herausgebogenen spitzen Lappen, die aufeinanderzu­ gerichtet sind;

Fig. 9 einen teilweise Längsschnitt durch die Doppelgit­ teranordnung mit einer Hochspannungselektrode in Form eines Sägeblattes;

Fig. 10 einen teilweisen Querschnitt durch die Doppelgit­ teranordnung mit einer Hochspannungselektrode aus zickzackförmig gebogenen Metallstreifen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zur Entfernung von Staubpartikeln aus Abgasen umfaßt ein in einem Filtergehäuse 1 angeordnetes Oberflächenfilter, z. B. ein Schlauchfilter 2, und einen in die zum Oberflächenfilter 2 führende Abgasleitung 3 eingebauten Vorauflader (engl. precharger) 4. Aufbau und Funktionsweise von Oberflächenfiltern sind bekannt.

Der Vorauflader 4 ist als eigenständige Baueinheit ausgeführt und ist mittels Flanschen 5, 6 (Fig. 2) in die Abgasleitung 3 kurz vor dem Eintritt in das Filtergehäuse 1 montiert. Gemäß Fig. 2 und 3 weist er ein metallisches Gehäuse 7 auf, dessen freier Querschnitt demjenigen der Abgasleitung 3 entspricht. Quer zur Strömungsrichtung des Abgases sind im Gehäuse 7 me­ tallische Gitter 8, 9 aus kreuz und quer gespannten Metall­ drähten, Metallstreifen oder Metallstäben im Abstand von ty­ pisch 100 mm vorgesehen. Die drei mit 8 bezeichneten Gitter liegen auf Erdpotential und sind mit der Gehäusewand direkt verbunden. Sie bilden die Massenelektroden. Die jeweils zwi­ schen den Masseelektroden (Gitter 8) liegenden Gitter 9 sind in einem metallischen Rahmen 9a gehalten der gegenüber dem Ge­ häuse 7 mittels Isolatoren 10a, 10b elektrisch isoliert befe­ stigt ist. Die oberen Isolatoren 10a dienen gleichzeitig als elektrisch Durchführung für den Hochspannungsanschluß 11 des Gitters 9. Die Gitter 9 bilden die Sprühelektroden. Die Gitter 8 und 9 sind jeweils parallel geschaltet und je mit dem einen und dem anderen Pol einer Spannungsquelle 12 verbunden, die eine Gleichspannung in der Größenordnung von 40-100 kVolt liefert.

Eine besonders wirkungsvolle Aufladung der Staubpartikel im Vorauflader 4 läßt sich erzielen, wenn die Maschenweiten der beiden Gitter 8 und 9 unterschiedlich sind, wobei es weniger darauf ankommt, ob das auf Erdpotential liegende Gitter 8 oder das Hochspannungsgitter 9 die kleinere Maschenweite aufweist.

Wesentlich ist nur, daß die sich zwischen benachbarten Git­ tern ausbildenden Sprüh- oder Koronaentladungen möglichst über den gesamten Querschnitt des Gehäuses 7 und damit der Abgas­ leitung erstrecken.

In der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsvarian­ te sind die beiden Gitter 8 und 9 je in einem Metallrahmen 13 bzw. 14 eingespannt, die ihrerseits in einem Gehäuse 7a aus Isoliermaterial befestigt sind. Hochspannungsanschluß 15 und Masseanschluß 16 der Gitter 8 bzw. sind durch die Gehäusewand nach außen geführt. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Maschenweiten beider Gitter 8, 9 aus den oben genannten Grün­ den unterschiedlich gewählt.

Obwohl nach den derzeitigen Erkenntnissen eine Doppelgitteran­ ordnung mit kreuz und quer angeordneten Metalldrähten als die technisch wirtschaftlich einfache Ausführung angesehen wird, bestehen - ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen - zahl­ reiche Abwandlungen hinsichtlich der Geometrie der Hochspan­ nungselektroden 9. So können anstelle von kreuz und quer ge­ spannten Drähten auch Gitter mit nur parallel verlaufenden Me­ talldrähten 17, Metallstreifen oder Metallstäben verwendet werden, die in regelmäßigen Abständen mit Spitzen 18 in der Art von Stacheldraht (Fig. 6) versehen sind, um die Entladung gezielt über den Querschnitt des durchströmten Querschnitts zu verteilen. Weiterhin sind Metallstreifen 19 geeignet, aus denen regelmäßig verteilt spitze Lappen 20 herausgebogen sind, wobei diese Lappen entweder in Richtung des auf Massepo­ tential liegenden Gitters 8 weisen (Fig. 7) oder aufeinanderzu­ gerichtet (Fig. 8). Ferner sind Gitterelemente in Form eines Sägeblatts 21 (Fig. 9) möglich, wobei auch hier die Spitzen vorzugsweise in Richtung des Gitters 8 weisen. Auch sind zick­ zackförmige Gitterelemente 22 (Fig. 10) geeignet. All diese Elektrodengeometrien bieten wenig Strömungswiderstand für das durch sie strömende Abgas. Sie lassen sich alle in einem Rah­ men einspannen. Auf ihnen sammelt sich auch keine Filterstaub an.

Bei anliegender Hochspannung wird ein beträchtlicher Teil der im Abgas mitgeführten Partikel aufgeladen. Sie behalten ihre Ladung bis zum Auftreffen auf das Filtermaterial der Schlauch­ filter 2 und bilden dort einen vergleichsweise lockeren luft­ durchlässigen Filterkuchen, der die Durchströmung durch das Filtermaterial wenig behindert. Auf diese Weise lassen sich die Intervalle zwischen den Reinigungsphasen verlängern. Die Anordnung des Voraufladers in der Abgasleitung 3, also in einem Gebiet mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, verhindert dort Staubabscheidungen, so daß dort auch keine Reinigungs- und Staubaustragvorrichtungen vorgesehen werden müssen.

Bezugszeichenliste

1 Filtergehäuse
2 Schlauchfilter
3 Abgasleitung
4 Vorauflader
5, 6 Flansche
7 Voraufladergehäuse
7a Voraufladergehäuse aus Isoliermaterial
8 gitterförmige Masseelektroden
9 gitterförmige Hochspannungselektroden
10a Isolierteil mit elektrischer Durchführung
10b Isolierteil
11 Hochspannungsanschluß
12 Hochspannungsquelle
13, 14 Metallrahmen
15 Masseanschluß
16 Hochspannungsanschluß
17 Metalldraht
18 Spitzen
19 Metallstreifen
20 Lappen
21 sägeblattartiger Metallstreifen
22 zickzackförmige Streifen

Claims (6)

1. Einrichtung zur Entfernung von Staubpartikeln aus Abga­ sen, mit einem in einem Filtergehäuse (1) angeordneten Oberflächenfilter (2), bei welcher ein Vorauflader (4) zur Aufladung der Staubpartikel vorgesehen ist, bevor diese zum Oberflächenfilter (2) gelangen, wobei der Vor­ auflader Hochspannungs- und Masseelektroden umfaßt, die an eine Hochspannungsquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorauflader (4) zur Aufladung der Staubpartikel als eigenständige Baueinheit ausgebil­ det ist, die in die Zuleitung (3) zum Filtergehäuse (1) eingebaut ist, wo die Strömungsgeschwindigkeit des Ab­ gases im Vergleich zur Strömungsgeschwindigkeit durch den Oberflächenfilter (2) sehr hoch ist, und daß die Masse­ elektrode(n) (8) des Voraufladers (4) Gitterstruktur mit kreuz und quer verlaufenden Gitterelementen aufweist bzw. aufweisen und quer zum Abgasstrom ausgerichtet ist bzw. sind, und daß die Hochspannungselektrode(n) (9) als Sprühelektroden ausgebildet sind oder als solche wirken und annähernd planparallel zur Masseelektrode(n) (8) verläuft bzw. verlaufen und annähernd parallel verlaufende Gitterelemente umfaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Hochspannungselektrode(n) (9) Gitterstruktur mit kreuz und quer verlaufenden Metalldrähten, Metallstreifen oder Metallstäben aufweist bzw. aufweisen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß innerhalb einer Baueinheit eine Mehrzahl von Elektroden (8, 9) angeordnet sind, die abwechselnd mit dem einen und dem anderen Pol der Hochspannungsquelle (12) verbunden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere als Baueinheiten ausgebildete Voraufla­ der in die Zuleitung zum Filtergehäuse (1) eingebaut sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektroden (8, 9) aus vorzugsweise kreuz und quer gespannten Metalldrähten, Metallstreifen oder Metallstäben bestehen, von denen die Masseelektroden Elektrode(n) (8) direkt mit dem metallischen Gehäuse (7) des Voraufladers (4) verbunden sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektroden (8, 9) aus vorzugsweise kreuz und quer gespannten Metalldrähten, Metallstreifen oder Metallstäben bestehen, die je in einem metallischen Rahmen (13, 14) gehalten sind, und daß das Gehäuse (7a) des Voraufladers (4) aus einem Isoliermaterial besteht.