DE4339611A1 - Device for removing dust from exhaust gases - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Entstau bung von Abgasen- aus Verbrennungsanlagen und Verbrennungsma schinen mit Aufladeelektroden und jeweils beidseitig davon an geordneten Abscheideelektroden, welche zwischen sich einen Ab gaskanal definieren, durch welche das zu entstaubende Abgas im wesentlichen senkrecht zu den Aufladeelektroden geführt ist, und einer an die Aufladeelektroden angeschlossenen Hochspan nungsquelle, deren einer Pol mit den Aufladeelektroden und de ren anderer Pol an die Abscheideelektroden angeschlossen ist.The invention relates to a device for congestion Training of exhaust gases from incineration plants and combustion machines with charging electrodes and on both sides of them ordered separation electrodes, which have an Ab between them Define gas channel through which the exhaust gas to be dedusted in the is guided essentially perpendicular to the charging electrodes, and a high voltage connected to the charging electrodes voltage source, one pole with the charging electrodes and de other pole is connected to the separating electrodes.
Ein Elektrofilter dieser Bauart ist beispielsweise aus der DE- A-34 18 112 bekannt.An electrostatic filter of this type is for example from DE A-34 18 112 known.
Konventionelle Elektrofilter benutzen eine Koronaentladung, um Staubpartikel auf zuladen und mit Hilfe eines elektrischen Fel des abzuscheiden. Dabei wird normalerweise die gleiche Hoch spannungsquelle zur Zündung der Koronaentladung und zur Erzeu gung des für den Staubtransport erforderlichen elektrischen Feldes verwendet. Dieser durch ihre Einfachheit bestechenden Lösung haften jedoch einige Nachteile an:Conventional electrostatic filters use a corona discharge to Load dust particles and with the help of an electric field to separate the. It usually gets the same high Voltage source for igniting the corona discharge and for generating supply of the electrical necessary for the dust transport Field used. This one impresses with its simplicity However, there are some disadvantages to the solution:
- - Die als Spitzen oder scharfe Kanten ausgebildeten Korona- oder Sprühelektroden stellen oft ein beträchtliches Strö mungshindernis für das durch den Elektrofilter strömende Abgas dar, das zu komplexen Strömungsverhältnissen führt. - The corona or as pointed or sharp edges Spray electrodes often have a considerable current obstacle to the flow through the electrostatic filter Exhaust gas that leads to complex flow conditions.
- - Die aktive Zone der Koronaentladung beschränkt sich im wesentlichen auf die unmittelbare Nachbarschaft der Spit zen bzw. Kanten.- The active zone of the corona discharge is limited in the essential to the immediate neighborhood of the Spit zen or edges.
- - Das elektrische Feld zwischen den (plattenförmigen) Ab scheideelektroden im Abgaskanal ist sehr inhomogen und im Mittel weit unter der Durchschlagspannung. Trotzdem tre ten gelegentlich elektrische Durchschläge auf, die eine sofortige momentane Reduktion der Spannung erfordern.- The electric field between the (plate-shaped) Ab cutting electrodes in the exhaust duct is very inhomogeneous and in the Medium well below the breakdown voltage. Still tre occasionally had electrical breakdowns, one require immediate instantaneous reduction in tension.
- - Die Formgestaltung der Abscheideelektroden ist stark ein geschränkt, da der Abstand zu den Sprühelektroden über die gesamte Höhe des Abgaskanals konstant sein muß, wenn eine gleichmäßige Koronaentladung brennen soll.- The shape of the deposition electrodes is strong limited because the distance to the spray electrodes over the total height of the exhaust duct must be constant if an even corona discharge should burn.
Idealerweise wäre eine Staubaufladung im ganzen Volumen, eine möglichst hohes homogenes Abscheidefeld und eine automatische Verhinderung des elektrischen Durchschlages.Ideally, the entire volume of dust would be one highest possible homogeneous separation field and an automatic one Prevention of electrical breakdown.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Entstaubung von Abgasen aus Verbrennungsanlagen und Verbren nungsmaschinen zu schaffen, welche eine Staubaufladung im gan zen Volumen, eine möglichst hohes homogenes Abscheidefeld und auch eine automatische Verhinderung des elektrischen Durch schlages ermöglicht.The invention has for its object a device for Dedusting of exhaust gases from incineration plants and incineration machines to create a dust charge in the whole zen volume, the highest possible homogeneous separation field and also an automatic prevention of electrical through allows impact.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufladeelektroden Dielektrikumselektroden und Hochspan nungselektroden umfassen, die gruppenweise je an eine Hoch spannungsquelle anschaltbar sind, wobei die Dielektrikumselek troden mit Wechselspannung, die Hochspannungselektroden mit Gleichspannung beaufschlagt sind, daß zwischen jeder Dielek trikumselektrode eine Hochspannungselektrode angeordnet ist, und daß die Dielektrikumselektroden einen metallischen Kern aufweisen, der allseits von einer dielektrischen Schicht umge ben ist, während die Hochspannungselektroden als Metallplatten ausgebildet sind.This object is achieved in that the charging electrodes dielectric electrodes and high chip voltage electrodes, each in groups at a high Voltage source can be connected, the dielectric selec electrodes with AC voltage, the high-voltage electrodes with DC voltage are applied that between each Dielek a high-voltage electrode is arranged, and that the dielectric electrodes have a metallic core have, which vice versa of a dielectric layer ben is while the high voltage electrodes as metal plates are trained.
Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, die Aufladung der abzuscheidenden Staubpartikel räumlich zu trennen von deren Abscheidung. Im Prinzip könnte schon mit einer "dielektrisch behinderte" Entladung, bei der mindestens eine der beteiligten Elektroden mit einem Dielektrikum überzogen ist, die Erfin dungsaufgabe gelöst werden. Da die mit Dielektrikum beschich tete Elektrode jedoch den für die Staubabscheidung und Staub haftung erforderlichen Gleichstrom nicht führen kann, ist die Segmentierung in Strömungsrichtung vorgesehen, bei der sich dielektrisch behinderte Entladungsstrecken zur Aufladung der Staubpartikel mit "normalen" Abscheidestrecken mit hohen homo genen elektrischen Feldern zwischen metallischen Elektroden abwechseln.The invention is based on the idea of charging the Separate the dust particles to be separated from their Deposition. In principle, you could already use a "dielectric disabled "discharge, involving at least one of the participants Electrodes covered with a dielectric, the Erfin problem can be solved. Because she coated with dielectric However, the electrode used for dust separation and dust liability can not lead to direct current, is the Segmentation is provided in the direction of flow, in which Dielectric barrier discharge paths for charging the Dust particles with "normal" separation distances with high homo electrical fields between metallic electrodes alternate.
Auf diese Weise erreicht man eine homogene Aufladung des ge samten Volumenstroms im Bereich der dielektrisch behinderten Aufladung im Abgaskanal. Die aktive Zone wird damit auf die ganze Kanalbreite ausgeweitet, wobei das Dielektrikum den Stromflußautomatisch begrenzt und einen Übergang in eine Bogenentladung verhindert. Als weiterer Vorteil kann angeführt werden, daß - im Gegensatz zur konventionellen Anordnung - Ladungsträger beider Polaritäten im gesamten Volumen erzeugt werden, die nach Anlagerung an Staubpartikel bereits zu einer beschleunigten Koagulation gegenpolig geladener Partikel füh ren, was den anschließenden Abscheidevorgang erheblich er leichtert.In this way, a homogeneous charge of the ge is achieved entire volume flow in the area of the dielectric disabled Charging in the exhaust duct. The active zone is thus on the expanded the entire channel width, the dielectric Current flow automatically limited and a transition to one Arc discharge prevented. Another advantage can be mentioned that - in contrast to the conventional arrangement - Charge carriers of both polarities are generated in the entire volume become, which after accumulation on dust particles already a accelerated coagulation of particles with opposite polarity ren what the subsequent separation process considerably relieved.
Die Aufladung des Volumenstroms kann bezüglich der Strömungs geschwindigkeit optimiert werden. Zwischen die Abscheideelek troden kann ein hohes homogenes Feld angelegt werden. Die Hochspannungselektroden sowohl für die dielektrisch behinderte Entladung als auch für die Abscheidestrecken können strömungs technisch günstig ausgelegt werden. The charging of the volume flow can with respect to the flow speed can be optimized. Between the separator elec a high, homogeneous field can be created. The High voltage electrodes for both the dielectric disabled Discharge as well as for the separation sections can flow be technically favorable.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere damit erziel bare Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention and others achieved thereby bare advantages are explained in more detail below with reference to the drawing explained.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sche matisch dargestellt, und zwar zeigt:In the drawing, embodiments of the invention are cal represented mathematically, namely:
Fig. 1 einen stark vereinfachten Horizontalschnitt durch einen Elektrofilter mit zwei Gruppen von Hochspan nungselektroden, wobei jede Gruppe an eine separate Hochspannungsquelle angeschlossen ist; Figure 1 is a greatly simplified horizontal section through an electrostatic filter with two groups of high-voltage electrodes, each group being connected to a separate high-voltage source.
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Elektrofilter gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a vertical section through the electrostatic filter according to FIG. 1;
Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch eine platten förmige Dielektrikumselektrode; 3 is an enlarged cross-section through a plate-shaped Dielektrikumselektrode.
Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt durch eine aus meh reren diskreten Stäben bestehende Dielektrikumselek trode; Fig. 4 is an enlarged cross section through an existing trode of MEH eral discrete rods Dielektrikumselek;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Elektrodenanordnung gemäß Fig. 4; Fig. 5 shows a longitudinal section through the electrode assembly of FIG. 4;
Fig. 6 ein Diagramm, das den zeitlichen Spannungsverlauf an den beiden Elektrodengruppe der Fig. 1 zeigt, wobei in der oberen Hälfte den Spannungsverlauf zwischen den Dielektrikumselektroden und den Abscheideelek troden und in der unteren Hälfte der Spannungsver lauf zwischen den Hochspannungselektroden und den Abscheideelektroden wiedergegeben ist. Fig. 6 is a diagram showing the voltage profile over time at the two electrode groups of Fig. 1, wherein in the upper half the voltage profile between the dielectric electrodes and the separating electrodes and in the lower half of the voltage curve between the high-voltage electrodes and the separating electrodes is shown .
Der Elektrofilter gemäß Fig. 1 und 2 weist zwei parallel zu einander verlaufende plattenförmige Abscheideelektroden 1, 2 auf, die zwischen sich einen Abgaskanal 3 definieren. Das mit Staubpartikeln (Flugasche, Rußpartikel und dergl.) beladene Abgas durchströmt den Filter in Pfeilrichtung von links nach rechts. Im Abgaskanal 3 sind zwei Gruppen Elektroden, nämlich Dielektrikumselektroden 4 und Hochspannungselektroden 5 ange ordnet. Sie erstrecken sich, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, im wesentlichen über die gesamte Höhe des Elektrofilters und ver laufen in Richtung der vertikalen Symmetrieebene des Filters.Two of the electric filter according to Fig. 1 and 2, parallel to each other extending plate-shaped separation electrodes 1, 2 which define therebetween an exhaust passage 3. The exhaust gas loaded with dust particles (fly ash, soot particles and the like) flows through the filter in the direction of the arrow from left to right. In the exhaust duct 3 , two groups of electrodes, namely dielectric electrodes 4 and high-voltage electrodes 5 are arranged. They extend, as can be seen from Fig. 2, substantially over the entire height of the electrostatic precipitator and run in the direction of the vertical plane of symmetry of the filter.
Gemäß Fig. 3 bestehen die Dielektrikumselektroden 4 aus Me tallplatten 6, die bis auf den Hochspannungsanschluß allseits von einer dielektrischen Schicht 7 umgeben sind. Diese dielek trische Schicht 7 ist hinsichtlich Material und Dicke so be messen, daß es die zwischen den Dielektrikumselektroden 4 und den (auf Erdpotential liegenden) Abscheideelektroden 1, 2 anliegende, von einer Wechselspannungsquelle 8 erzeugte Span nung (typisch 50-100 kVolt) halten kann. Als Dielektrika kommen dabei hochspannungs- und teilentladungsfeste Materia lien wie Glas, Quarz, Keramik, Email, gefüllte Kunststoffe bzw. Verbundwerkstoffe in Frage. Derartige Beschichtungen und auch ihre Aufbringung auf Metalloberflächen ist bekannt; sie werden u. a. in Ozonerzeugern in großem Maßstab verwendet.Referring to FIG. 3 are the Dielektrikumselektroden 4 tallplatten from Me 6, which are surrounded up to the high-voltage terminal on all sides by a dielectric layer 7. This dielectric layer 7 is measured with respect to material and thickness so that it can hold the voltage (typically 50-100 kVolt) generated by an AC voltage source 8 between the dielectric electrodes 4 and the (lying at ground potential) deposition electrodes 1 , 2 . High-voltage and partially discharge-resistant materials such as glass, quartz, ceramic, enamel, filled plastics or composite materials can be considered as dielectrics. Such coatings and their application to metal surfaces are known; they are used on a large scale in ozone generators, among others.
Anstelle von beschichteten Platten können auch ein oder meh rere in Strömungsrichtung des Abgas es gesehen hintereinander angeordnete Metallstäbe 6′ verwendet werden, die ebenfalls allseits mit einer dielektrischen Schicht 7 versehen sind (Fig. 4). Bei mehreren Stäben sind diese durch eine Sammel schiene 9 (Fig. 5) untereinander verbunden, welche gleichzeitig der Kontaktierung dient. Die Anforderungen an das Dielektrikum sind dieselben wie bei plattenförmigen Dielektrikumselektro den 6. Instead of coated plates one or more in the flow direction of the exhaust gas it can be seen one behind the other arranged metal rods 6 'are used, which are also provided on all sides with a dielectric layer 7 ( Fig. 4). In the case of several bars, these are connected to one another by a busbar 9 ( FIG. 5), which also serves to make contact. The requirements for the dielectric are the same as for plate-shaped dielectric electrodes 6 .
Zwischen je einer Gruppe von Dielektrikumselektroden 4 ist gemäß Fig. 1 jeweils eine Hochspannungselektrode 5, die im einfachsten Fall als Metallplatte ausgebildet ist, vorgesehen. So wie alle Dielektrikumselektroden 4 parallelgeschaltet und an den einen Anschluß der Wechselspannungsquelle 8 geführt sind, sind auch die Hochspannungselektroden 5 untereinander elektrisch verbunden und an den einen Anschluß einer Hoch spannungs-Gleichspannungsquelle 10 geführt. Die anderen An schlüsse beider Spannungsquellen 8, 10 sind mit den auf Erd potential liegenden Abscheideelektroden 1, 2 verbunden. Die Hochspannungs-Gleichspannungsquelle 10 liefert eine Spannung von typisch 40-80 kVolt.According to FIG. 1, a high-voltage electrode 5 , which in the simplest case is designed as a metal plate, is provided between each group of dielectric electrodes 4 . Just as all dielectric electrodes 4 are connected in parallel and to one connection of the AC voltage source 8 , the high-voltage electrodes 5 are electrically connected to one another and to the one connection of a high-voltage DC voltage source 10 . The other connections to both voltage sources 8 , 10 are connected to the earth electrodes 1 , 2 . The high-voltage DC voltage source 10 delivers a voltage of typically 40-80 kVolt.
Im Längsschnitt durch den Elektrofilter gemäß Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Elektroden 4, 5 am oberen Ende an einem oberen Isolierteil 11 isoliert aufgehängt und dort außerhalb des Abgaskanals mit einer Anschlußarmatur 12 versehen. Ein Gewicht 13 am unteren Ende strafft die Elektroden.In the longitudinal section through the electrostatic filter according to FIG. 2 it can be seen that the electrodes 4 , 5 are insulated at the upper end from an upper insulating part 11 and provided there with a connection fitting 12 outside the exhaust gas duct. A weight 13 at the lower end tightens the electrodes.
Der Abstand zwischen den beiden Abscheideelektroden 1 und 2 beträgt typisch 300 bis 400 mm, der Abstand zwischen den Di elektrikumselektroden 4 und den Hochspannungselektroden 5 liegt zwischen 50 mm und 300 mm. Die Höhe des Abgaskanals 3 kann mehrere Meter betragen, ebenso seine Länge in Strömungs richtung der Abgase.The distance between the two separating electrodes 1 and 2 is typically 300 to 400 mm, the distance between the electric electrodes 4 and the high-voltage electrodes 5 is between 50 mm and 300 mm. The height of the exhaust duct 3 can be several meters, as well as its length in the flow direction of the exhaust gases.
Anstelle von freihängenden, durch Gewichte gestraffte Elektro den 4, 5 können diese auch in einem Rahmen angeordnet sein, der isoliert im Abgaskanal 3 aufgehängt ist.Instead of free-hanging, streamlined electro den 4 , 5 , these can also be arranged in a frame which is suspended in isolation in the exhaust duct 3 .
Wird nun bei eingeschalteten Spannungsquellen 8, 10 mit Staub partikeln beladenes Abgas durch den Abgaskanal 3 geleitet, so werden die Staubpartikel im Einflußbereich der Dielektrikums elektroden 4 unter der Wirkung der sich zwischen den besagten Elektroden und der Wandung des Abgaskanals 3 ausbildenden stillen elektrischen Entladungen mehr oder weniger stark elek trisch aufgeladen. Sie gelangen dann in den Einflußbereich der Hochspannungselektroden 5 und werden unter dem Einfluß des dort herrschenden elektrischen Gleichfeldes zum Teil an den Wänden des Abgaskanals 3 abgeschieden. Nicht oder noch nicht in ausreichender Höhe aufgeladene Partikel gelangen dann stromabwärts erneut in den Einflußbereich der nächsten Di elektrikumselektroden, wo sich die beschriebenen Vorgänge wie derholen.Now, when the voltage sources 8 , 10 are switched on, exhaust gas laden with dust particles is passed through the exhaust duct 3 , the dust particles in the area of influence of the dielectric electrodes 4 under the effect of the silent electrical discharges which form between the said electrodes and the wall of the exhaust duct 3 less electrically charged. They then reach the area of influence of the high-voltage electrodes 5 and are partially deposited on the walls of the exhaust gas duct 3 under the influence of the direct electric field prevailing there. Particles which are not charged or not yet charged to a sufficient level then come downstream again into the sphere of influence of the next electric electrodes, where the processes described are repeated.
Die Spannungsversorgung für die beiden Elektrodengruppen er folgt bevorzugt mit modernen getakteten Netzgeräten mit Schaltfrequenzen von einigen Kilohertz bis einigen Megahertz. Derartige Netzgeräte lassen sich bekanntlich durch von außen angelegte Steuersignale steuern. Diese Eigenschaft macht sich eine Weiterbildung der Erfindung zunutze. Mittels eines Steu ergeräts 14 werden die beiden Spannungsquellen 8 und 10 so ge steuert, daß die Wechselspannung U4 an den Dielektrikumselek troden 4 jeweils nur kurzzeitig anliegt und die an den Hoch spannungselektroden 5 anliegende Gleichspannung U5 jeweils in den Pausen angelegt wird (Fig. 6). Damit erreicht man eine ho mogene Aufladung im gesamten Volumenstrom im Bereich der di elektrisch behinderten Aufladung. Die Ladung (im Volumenstrom) kann durch das Verhältnis Dauer des Impulszuges zur Strömungs geschwindigkeit optimiert werden.The voltage supply for the two electrode groups is preferably carried out using modern clocked power supply units with switching frequencies from a few kilohertz to a few megahertz. Such power supplies are known to be controlled by control signals applied from the outside. A further development of the invention makes use of this property. By means of a control device 14 , the two voltage sources 8 and 10 are so controlled that the alternating voltage U 4 to the dielectric electrodes 4 is only briefly applied, and the direct voltage U 5 applied to the high voltage electrodes 5 is applied in each case in the breaks ( Fig. 6). This achieves a homogeneous charge in the entire volume flow in the area of the electrically disabled charge. The charge (in the volume flow) can be optimized by the ratio of the duration of the pulse train to the flow velocity.
BezugszeichenlisteReference list
1, 2 Abscheideelektroden
3 Abgaskanal
4 Dielektrikumselektroden
5 Hochspannungselektroden
6 Metallplatte
6′ Metallstab
7 Dielektrische Schicht
8 Wechselspannungsquelle
9 Sammelschiene
10 Gleichspannungsquelle
11 Isolierteil
12 Anschlußarmatur
13 Gewicht
14 Steuereinrichtung. 1 , 2 separation electrodes
3 exhaust duct
4 dielectric electrodes
5 high voltage electrodes
6 metal plate
6 ′ metal rod
7 dielectric layer
8 AC voltage source
9 busbar
10 DC voltage source
11 insulating part
12 connection fitting
13 weight
14 control device.
Claims (5)
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| DE4339611A DE4339611A1 (en) | 1993-11-20 | 1993-11-20 | Device for removing dust from exhaust gases |
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