DE69810486T2

DE69810486T2 - Kombinierter filter und elektrostatischer abscheider

Info

Publication number: DE69810486T2
Application number: DE69810486T
Authority: DE
Inventors: John Miller
Original assignee: ENERGY ENVIRONMENTAL RES CT FO
Current assignee: ENERGY ENVIRONMENTAL RES CT FO
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2018-08-22
Also published as: JP3370984B2; KR20010023156A; EP1005397A1; JP2001513440A; CA2302690A1; CA2302690C; US5938818A; AU9112498A; DE69810486D1; EP1005397B1; CN1236854C; CN1276744A; KR100348168B1; ES2190105T3; WO1999010103A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Bekämpfung von Luftverschmutzung.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die Erfindung auf eine Apparatur und ein Verfahren zur Reduzierung von teilchenförmigen Luftschadstoffen.

Probleme des Standes der Technik

In Einrichtungen wie Kraftwerken oder Fabriken können teilchenförmige Luftschadstoffe entstehen, die aus festem Material in einem gasförmigen Medium, Flüssigkeitspartikeln, feinen, dunstartigen Teilchen, verschiedenen Arten von Rauch, Staub oder jeder Art von Schwebstoffen bestehen können, die sich nicht leicht durch die Schwerkraft vom umgebenden gasförmigen Medium trennen lassen. Darüber hinaus kann in Industrien wie der Lebensmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie oder der chemischen Industrie sehr feiner Staub entstehen, der gesammelt werden muss. Dieser Staub kann von einer Vielzahl von Quellen herrühren, wie z. B. von der Verbrennung oder thermischen Verarbeitung von Brennstoffen oder Abfällen, chemischer Verarbeitung, Lebensmittelverarbeitung, Zementöfen oder der Verarbeitung von Pulvern.
Ein bisher übliches Verfahren zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe verwendet einen herkömmlichen Luftstoß-Schlauchfilter. Ein typischer Schlauchfilter enthält eine Mehrzahl einzelner Schläuche oder Filterröhren mit einem Durchmesser von vier bis sechs inches und einer Länge von acht bis zwanzig feet, die an einem Schlauchboden aufgehängt sind. Der Teilchenstaub sammelt sich an der äußeren Oberfläche der Schläuche, während das Gas durch das Schlauchmaterial in das Innere der Schläuche und von dort nach oben in einen Sammelbehälter für saubere Luft strömt und anschließend durch den Schornstein entweicht. In den Schläuchen sind Käfige angebracht um zu verhindern, dass die Schläuche im normalen Filterungsprozess zusammenfallen. Um die Schläuche zu reinigen, sind über jedem Schlauch Luftdüsen angebracht. Durch einen schnellen Luftstoß wird Luft mit hohem Druck in die Schläuche geleitet, die die Schläuche reinigt. Dieser Luftstoß bewirkt eine schnelle Ausdehnung der Schläuche und die Richtung des Gasflusses wird vorübergehend umgekehrt, was es ermöglicht, die Schläuche vom Staub zu befreien. In einem typischen herkömmlichen Schlauchfilter sind die Schläuche in einem rechteckigen Feld mit einem Abstand von einigen inches angeordnet. Gewöhnlich werden die Schläuche einer Reihe gleichzeitig durch den Luftstoß gereinigt, die einzelnen Reihen nacheinander, wobei sich in einer Reihe etwa fünfzehn Schläuche befinden. Aufgrund des geringen Abstandes der Schläuche zueinander und der Filterung durch die beiden Reihen von Schläuchen, die an die zu reinigende Reihe angrenzen, wird ein großer Teil des Staubs, der von einer Reihe entfernt wird, von den Schläuchen der benachbarten Reihen aufgenommen. Dadurch erreichen nach der Zufuhr der Luftstöße in die Schläuche nur die großen Ansammlungen von Staub den Trichter. Dieser Prozess des Sammelns von Staub nach der Reinigung der Schläuche ist ein größeres Hindernis beim Betrieb von herkömmlichen Schlauchfiltern mit höherer Filtergeschwindigkeit, auch bekannt als Filter (A/C)- Verhältnis.
Ein herkömmliches Verfahren, teilchenförmige Luftschadstoffe zu reduzieren, ist im US-Patent 4,904,283 von Hovis et al vom 27. Februar 1990 offen gelegt. Dieses herkömmliche Verfahren verbindet einen Filter und einen elektrostatischen Abscheider in einem Schritt. Eine Hochspannungselektrode wird im Zentrum der Filterschläuche angebracht, und die geerdeten Elektroden werden in die Schläuche eingewoben. Ein größeres Problem bei diesem Verfahren ist, dass es kein effektives Verfahren gibt, den gesammelten Staub ohne Einsammeln in den Trichter zu befördern.
Ein anderes herkömmliches Verfahren zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe ist im US-Patent 5,217,511 von Plaks u. a. vom 8. Juni 1993 offen gelegt. Bei diesem Verfahren werden Hochspannungselektroden zwischen Schläuchen mit Luftstoßreinigung angeordnet. Auch hier besteht ein großer Nachteil darin, dass es keine effektive Möglichkeit gibt, ohne Mitreißen mit dem Luftstrom und Einsammeln den Staub von den Schläuchen zum Trichter zu, befördern.
Ein weiteres herkömmliches Verfahren zur Reduzierung von Luftschadstoffen ist in den US-Patenten 5,024,681 und 5,158,580 von Chang vom 18. Juni 1991 und vom 27. Oktober 1992 offen gelegt. Dieses herkömmliche Verfahren verwendet einen Gewebefilter, der in Richtung des Gasstroms hinter einem elektrostatischen Abscheider liegt, und lässt die Möglichkeit offen, zwischen dem Abscheider und dem Gewebefilter einen separaten Vorladebereich einzufügen. Auch hier gibt es keine effektive Möglichkeit, den Staub ohne Mitreißen mit dem Luftstrom und erneutes Einsammeln zu entfernen.
Ein weiteres herkömmliches Verfahren zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe ist im US-Patent 4,357,151 von Helfritch u. a. vom 2. November 1982 offen gelegt. Dabei handelt es sich um ein Verfahren zum Sammeln von Partikeln, wobei elektrostatisches Sammeln und Filtern in einem Gehäuse kombiniert sind, in dem Hochspannungselektroden zwischen zylindrischen, perforierten, geerdeten Oberflächen angeordnet sind, die als äußere Filterhülle dienen, während sich innerhalb der zylindrischen Hüllen ein gefaltetes Filtermedium befindet. Dieses Verfahren besitzt dieselben Nachteile.
Noch ein weiteres Verfahren ist in WO-A-90/07382 von Hunt zu finden, wo ein Filter mit lose hängenden Fasern, ein Verfahren, die Fasern mit Hilfe von runden Elektrodenstäben, die zwischen den Filtern angeordnet sind, aufzuladen, sowie geerdete Käfige innerhalb der Filterschläuche dargestellt sind. Auch wenn die Anordnung der Elektroden und der geerdeten Oberflächen umgekehrt werden kann, besteht das Ziel von WO-A-90/07382 darin, dem Filterkuchen eine ausreichende Dicke zu verleihen, um eine zufrieden stellende Trennung von Teilchen und gasförmigem Material zu erreichen. Daher bietet WO-A-90/07382 keine Möglichkeit, den Staub ohne Mitreißen im Gasstrom und erneutes Einsammeln von den Schlauchoberflächen zum Trichter zu befördern.
Daher besteht ein Bedarf für eine Apparatur und ein Verfahren, teilchenförmige Luftschadstoffe effektiv und effizient zu reduzieren.

Merkmale der Erfindung:

Ein allgemeines Merkmal der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung von Luftschadstoffen zur Verfügung zu stellen, die die Probleme, die beim Stand der Technik zu finden sind; vermeidet:
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung von Luftschadstoffen zu liefern, die eine Kombination eines Filterelements und einer elektrostatischen Abscheidezone verwendet, wobei die Probleme im Stand der Technik vermieden werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe zur Verfügung zu stellen, in der sich eine Hochspannungselektrode zwischen einem Filterelement und einer geerdeten Platte befindet.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung von Luftschadstoffen unter Einschluss eines Verfahrens, Staub in einer effektiven Weise von den Filterelementen zu entfernen.
Weitere Merkmale, Gegenstände und Vorteile der Erfindung umfassen:
Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, in der eine Anzahl von Filterelementen in Reihen angeordnet ist, wobei sich zwischen jeden benachbarten Reihen eine geerdete Platte und zwischen jeder geerdeten Platte und Reihe ein Elektrodengitter befindet.
Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, in der Gase in eine Kammer an beiden Enden der Anzahl von Reihen von Filterelementen eingeleitet werden.
Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, in der Gase in eine Kammer von unterhalb der Filterelemente eingeleitet werden. Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, die einen Trichter umfasst, der unterhalb des elektrostatischen Abscheidebereiches angeordnet ist und dazu dient, den von den geerdeten Platten entfernten Staub zu sammeln.
Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, die eine Anzahl von Luftdüsen enthält, die sich über den Filterelementen befinden, und die dazu dienen, die Filterelemente zu reinigen, indem ein Luftstoß auf die Filterelemente gerichtet wird.
Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, wobei eine Anzahl von Luftpulsen verwendet wird, um die Filterelemente von Staub zu reinigen.
Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, in der sich der elektrostatische Abscheidebereich horizontal über die Filterelemente hinaus erstreckt.
Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, in der sich der elektrostatische Abscheidebereich vertikal über die Filterelemente hinaus erstreckt.
Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, die Reihen von Filterelementen enthält, die in einem Zickzackmuster angeordnet sind.
Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, die Filter aus Fasern verwendet, die aus Gore-Tex Membranfiltermedium bestehen. Ein Verfahren und eine Apparatur zur Reduzierung teilchenförmiger Luftschadstoffe, die an den Enden der Reihen von Filterelementen eine Anzahl von Ablenkplatten enthält, um den Strom verschmutzter Luft in die elektrostatischen Abscheidebereiche zu lenken.
Diese sowie andere Merkmale, Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Darstellung und den Patentansprüchen deutlich werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Apparatur und das Verfahren der Erfindung werden verwendet, um teilchenförmige Luftschadstoffe in einem gasförmigen Medium zu reduzieren. Die Erfindung besteht aus einer Kammer mit Einlass- und Auslassöffnungen, um den Gasstrom durch die Kammer zu ermöglichen, einer Anzahl von Filterelementen, die sich innerhalb der Kammer befinden, einer oder mehreren geerdeten Platten, die sich innerhalb der Kammer befinden, und einer oder mehreren Hochspannungselektroden, die zwischen den Filterelementen und der geerdeten Platte angeordnet sind, um einen elektrostatischen Abscheidebereich zu schaffen. Das Verfahren kann optional ein Verfahren beinhalten, Staub von den Filterelementen durch Treiben des Staubes von den Filterelementen zum elektrostatischen Abscheidebereich zu entfernen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, wobei der Deckel und der Boden entfernt sind, um das innere des Behälters des fortgeschrittenen Hybrid-Teilchensammlers (AHPC) zu zeigen,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, wobei der Deckel und zwei Seiten entfernt sind,
Fig. 4 einen Querschnitt des AHPC-Behälters aus Fig. 1,
Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf die Erfindung,
Fig. 6-8 Querschnitte zur Darstellung der Funktionsweise der Erfindung,
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 10 einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 11 eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und
Fig. 12 eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Die Erfindung wird hier unter Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei besteht nicht die Absicht, die Erfindung auf das beschriebenen Ausführungsbeispiel zu beschränken. Es ist vielmehr beabsichtigt, dass die Erfindung alle Alternativen, Modifikationen und gleichwertige Lösungen abdeckt, die im Rahmen der Erfindung enthalten sind.
Fig. 1 zeigt einen fortgeschrittenen Hybrid-Teilchensammler (AHPC) der Erfindung. Ein AHPC-Behälter 10 umfasst ein Paar von Seitenwänden 12 und ein Paar von Endwänden 14; die zusammen eine Kammer bilden. Unter den Seitenwänden 12 und den Endwänden 14 befindet sich ein Trichter 16, der wie unten beschrieben Teilchen sammelt. An jeder der Endwände 14 befindet sich eine Einlassleitung 18, die als Einlass für Abgas oder verschmutzte Luft für den AHPC-Behälter 10 dient. Im oberen Bereich des AHPC-Behälters 10 befindet sich ein Sammelbehälter 20 für gereinigtes Gas, der mit einer Auslassleitung 22 verbunden ist, die als Abgasauslass dient. Im Betrieb wird verschmutztes Abgas durch die Einlassleitungen 18 in den AHPC-Behälter 10 geleitet, und gereinigtes Gas wird durch die Auslassleitung 22 abgeführt. Die teilchenförmigen Luftschadstoffe werden schließlich im Trichter 16 gesammelt.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des AHPC-Behälters 10, wobei der Deckel und der Boden des Sammelbehälters 20 für das gereinigte Gas entfernt sind, um den Blick in das Innere der Kammer freizugeben. In ähnlicher Weise zeigt Fig. 3 den AHPC-Behälter 10, wobei der Sammelbehälter 20 für das gereinigte Gas, eine der Einlassleitungen 18, die Auslassleitung 22 und je eine der Seiten- und Endwände 12 und 14 entfernt sind.
Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, ist im Inneren des AHPC-Behälters 10 eine Anzahl von Filterschläuchen 24 in Reihen angeordnet. Die Filterschläuche 24 bestehen bevorzugt aus länglichen, zylindrischen Schläuchen um einen (nicht gezeigten) Drahtkäfig. Die oberen Enden der Filterschläuche 24 sind offen und befinden sich in Verbindung mit dem Sammelbehälter 20 für das gereinigte Gas (über einen Schlauchboden). Die Schläuche 24 sind im Bereich der unteren Enden abgedichtet. Die unteren Enden der Filterschläuche 24 sind geschlossen. Wenn Gas durch die Einlassleitung 18 in den AHPC-Behälter eingeleitet wird, strömt das Gas durch die Schläuche 24 in den Sammelbehälter 20 für die gereinigte Luft. Auf diese Weise muss das Gas, das in den AHPC-Behälter 10 eingeleitet wird, durch die Filterschläuche 24 strömen, bevor es den AHPC-Behälter 10 wieder verlässt. In diesem Ausführungsbeispiel strömt das Gas mit einer Filtergeschwindigkeit im Bereich von 8 bis 24 feet per minute.
Zwischen je zwei benachbarten Reihen von Filterschläuchen befindet sich eine geerdete Platte 26. Zwischen jeder Reihe von Filterschläuchen 24 und jeder benachbarten geerdeten Platte 26 befindet sich ein Elektrodengitter 28. Jedes der Elektrodengitter 28 ist vom AHCP-Behälter 10 durch die Isolatoren 30 abgeschirmt Jedes Elektrodengitter 28 bildet mit der benachbarten geerdeten Platte einen elektrostatischen Abscheide- (ESP-) Bereich 32. Daher befindet sich auf jeder Seite, jeder Reihe von Filterschläuchen 24 ein ESP-Bereich 32. Wenn ein Gas, das Teilchen enthält, durch die ESP-Bereiche 32 strömt, sammeln sich die Teilchen wie unten beschrieben an den geerdeten Platten 26. Die Schläuche 24, die Elektrodengitter 28 und die geerdeten Platten 26 werden bevorzugt so angeordnet, dass sich die Elektrodengitter 28 näher an den geerdeten Platten 26 als an den Schläuchen 24 befinden. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen den Schläuchen 24 und dem benachbarten Elektrodengitter 51% bis 80% des gesamten Abstandes von den Schläuchen 24 zur benachbarten geerdeten Platte 26. In Fig. 2 und 3 ist auch eine Anzahl von Ablenkplatten 34, gezeigt, die dazu dienen, das Gas von den Einlassleitungen 18 in die ESP-Bereiche 32 zu leiten.
Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht des AHPC-Behälters, die die Anordnung der Filterschläuche 24, der ESP-Bereiche 32 und der Ablenkplatten darstellt. Die Pfeile in Fig. 5 zeigen die Richtung des Gasflusses durch den AHPC-Behälter 10. Wie dort gezeigt, wird das Gas in die Kammer eingeleitet und dort durch die Ablenkplatten 34 in die ESP-Bereiche 32 geleitet. Anschließend strömt das Gas durch die Filterschläuche 24, in den Sammelbehälter 20 für das gereinigte Gas und dann hinaus durch die Auslassleitung 22 (unten beschrieben).
Fig. 6-8 sind vergrößerte Querschnitte einer Reihe von Filterschläuchen. Fig. 6-8 illustrieren die Funktionsweise der Erfindung im Detail.
Um die Funktionsweise der Erfindung vollständig zu verstehen, ist es hilfreich, den AHPC-Behälter 10 als in fünf Bereiche unterteilt zu betrachten, die sich in stetigem Fluidkontakt befinden. Bereich 1 besteht aus den Einlassleitungen und Ablenkplatten, deren Sinn darin besteht, das verunreinigte Gas in die Sammelbereiche zu leiten. Bereich 2 ist der elektrostatische Sammelbereich und besteht aus der Anzahl von Hochspannungselektroden oder Elektrodengittern 28 und den geerdeten Platten 26. Bereich 3 ist der Filterbereich und besteht aus der Anzahl von Filterelementen oder Filterplatten 24. Bereich 4 ist der Staubsammeltrichter 16, der sich unter den Bereichen 2 und 3 befindet. Bereich 5 ist der Sammelbereich für das gereinigte Gas über den Bereichen 2 und 3 und umfasst Luftleitungen und Luftdüsen 44 zur Reinigung der Schläuche, einen Sammelbereich in Verbindung zu den Schläuchen und die Auslassleitung 22, um das gereinigte Gas zur Lüftung und zum Schornstein (nicht gezeigt) zu leiten.
Fig. 6 zeigt den normalen Teilchen-Sammelmodus der Erfindung. Wie oben beschrieben wird Gas durch die Einlassleitungen 18 (Bereich 1) in den AHPC- Behälter 10 geleitet. Die Ablenkplatten 34 Leiten das Gas in die ESP-Bereiche, die sich zwischen den Elektrodengittern 28 und den geerdeten Platten 26 befinden (Fig. 5). Die Ablenkplatten 34 sorgen dafür, dass das Gas turbulent strömt, was durch die Pfeile 36 angedeutet wird. Aufgrund des elektrischen Feldes, das vom Elektrodengitter 28 und von den geerdeten Platten 26 erzeugt wird, werden die Teilchen sofort geladen und driften in Richtung der geerdeten Platte 26 mit einer Geschwindigkeit (Driftgeschwindigkeit), die von der Ladung der Teilchen und von der elektrischen Feldstärke abhängt. Da das gesamte Gas von Bereich 2 in Bereich 3 und durch die Schläuche 24 strömen muss, gibt es eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zu den Platten, die zwischen den Drähten oder durch das Elektrodengitter 28 hindurchgeht. Da die Driftgeschwindigkeit der Teilchen in Richtung der geerdeten Platten 26 größer ist als die Komponente der Gasgeschwindigkeit in Richtung der Schläuche 24, sammeln sich die meisten Teilchen an den Platten 26, anstatt durch das Elektrodengitter 28 zu den Schläuchen 24 transportiert zu werden. Unter idealen laminaren Strömungsbedingungen würden nur Teilchen, deren Driftgeschwindigkeit kleiner ist als die Gasgeschwindigkeit in Richtung der Schläuche 24, bei der normalen Filtration die Schläuche 24 erreichen. Tatsächlich kann aber wegen Strömungsunregelmäßigkeiten und der turbulenten Strömung ein kleiner Teil der Teilchen (weniger als 10%) während des normalen Sammelbetriebes die Schläuche 24 erreichen. Allerdings wird der Anteil der Teilchen, die die Schläuche 24 erreichen und tatsächlich eingesammelt werden, durch die Ladung der Teilchen erhöht. Geladene Teilchen lassen sich leichter einsammeln, da sie einer Coulomb-Kraft unterliegen, die sie in Richtung von geerdeten oder neutralen Oberflächen treibt. Darüber hinaus wird ein Filterkuchen aus geladenen Teilchen porös, was zu einem geringeren Druckabfall führt. Dadurch, dass über 90% des Staubs entfernt werden, bevor er das Filtermaterial erreicht, und durch das Vorladen der Teilchen und durch die Verwendung von geeignetem Membran- und Fasermaterial, das die Teilchen, die die Filteroberfläche erreichen, mit hoher Effizienz sammelt, wird eine sehr hohe Sammelquote für feine Partikel erreicht. Nachdem das Gas durch die Schläuche 24 geströmt ist, strömt es nach oben in den Sammelbehälter 20 für gereinigtes Gas, wie durch die Pfeile 42 dargestellt. Im Ergebnis ist das Gas, das in den Sammelbehälter 20 strömt, sehr sauber Das gereinigte Gas wird dann durch die Auslassleitung 22 zum Schornsteingeleitet (Fig. 1).
Fig. 7 stellt die Reinigung der Schläuche dar. Da sich der Staub auf den geerdeten Platten 26 und den Filterschläuchen 24 ansammelt, muss er regelmäßig entfernt und von den Bereichen 2 und 3 in den Trichter 16 oder Bereich 4 befördert werden. Über jedem Filterschlauch 24 befindet sich eine Luftdüse 44, die einen Luftstoß nach unten in die Filterschläuche 24 richten kann. Jeweils eine Reihe von Schläuchen 24 wird gleichzeitig durch einen Druckluft- oder Gasstoß aus den Düsen 44 gereinigt. Der Stoß besitzt genügend Energie, um den größten Teil des Staubs von den Schläuchen 24 zu lösen. Größere Ansammlungen fallen in den Trichter 16 und werden direkt von Bereich 3 in Bereich 4 befördert. Der größte Teil des Staubs besteht allerdings aus Teilchen, die zu klein sind um direkt in den Trichter zu fallen. Während es sich hierbei um kleine Teilchen handelt, haben sie sich zu viel größeren Teilchen zusammengeballt, als ursprünglich auf den Schläuchen 24 gesammelt wurden. Wie oben beschrieben, würden sich diese Teilchen in einem herkömmlichen Schlauchfilter unmittelbar wieder auf den Schläuchen 24 sammeln. In der Erfindung werden die Schläuche mit einem Luftstoß gereinigt, dessen Energie und Volumen ausreicht, um die Teilchen an den Hochspannungsdrähten vorbei zurück in Bereich 2, den ESP-Bereich zu treiben, wo sie sofort geladen werden und sich auf den Platten 26 sammeln. Da diese Teilchen viel größer sind als die, die ursprünglich an den Schläuchen gesammelt wurden, lassen sie sich sehr viel leichter im ESP- Bereich einfangen als die ursprünglichen, sehr kleinen Teilchen.
Um den Reinigungsprozess zu verbessern, kann man in der Erfindung einen zweistufigen Luftstoß verwenden. Ein erster, kurzer Luftstoß mit hohem Druck wird von einem zweiten, längeren Luftstoß mit niedrigerem Druck gefolgt. Bevorzugt besitzt der erste Luftstoß einen Druck von 15 bis 150 psig bei einer Dauer von 0.01 bis 0.5 Sekunden. Der zweite Luftstoß besitzt einen Druck von 1 bis 15 psig bei einer Dauer von 0.5 bis 10 Sekunden. Umgekehrt kann auch der erste Luftstoß einen Druck von 1 bis 15 psig und eine Dauer von 0.5 bis 10 Sekunden besitzen und der zweite Luftstoß einen Druck von 15 bis 150 psig bei einer Dauer von 0.01 bis 0.5 Sekunden. Natürlich kann die Erfindung auch einen einzelnen Luftstoß oder mehr als zwei Luftstöße verwenden. Bevorzugt werden die Planen 26 kurz nach dem Ende des Schlauch-Reinigungsprozesses gereinigt, indem das elektrische Feld für 0.1 bis 8 Sekunden abgeschaltet wird, um den Staub von den Platten 26 freizugeben. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Polarität des elektrischen Feldes während der Schlauch- und Plattenreinigung umgekehrt.
Die verschiedenen Reihen von Platten 24, Elektrodengittern 28 und Platten 26 wirken als "elektrischer Vorhang" und hindern den Staub daran, sich wieder an denselben Schläuchen 24 zu sammeln. Die Platten 26 hindern den Staub daran, sich an benachbarten Reihen von Schläuchen 24 zu sammeln.
Die Staubschichten müssen regelmäßig von den geerdeten Platten 26 entfernt werden. Fig. 8 zeigt den Platten-Reinigungsprozess, durch den der Staub und die Teilchen von den geerdeten Platten 26 entfernt oder von Bereich 2 in den Trichter 16 oder Bereich 4 befördert werden. Nach Abtrennen des Elektrodengitters 28 von der Hochspannung werden die geerdeten Platten 26 abgeklopft oder geschüttelt, um große Ansammlungen von Teilchen zu lösen, die dann in den Trichter 16 fallen. Ein Teil des Staubs wird in Form von Teilchen, die zu klein sind um in den Trichter 16 zu fallen, wieder in die Luft abgegeben. Die meisten der wieder in die Luft abgegebenen Teilchen sammeln sich erneut an den Platten 26. Der verbleibende feine Staub, der den ESP-Bereich 32 verlässt, wird mit sehr hoher Effizienz an den Filterschläuchen 24 gesammelt. Das Reinigen der Platten kann auch durchgeführt werden, ohne die Hochspannung zu trennen.
Fig. 9 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 9 zeigt einen AHPC- Behälter 10A, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der in Fig. 1 gezeigte AHPC- Behälter 10, bis auf die unten dargestellten Unterschiede. In den AHPC-Behälter 10A wird das verunreinigte Gas unter den Reihen von Filterschläuchen 24 eingeleitet anstatt von den Seiten. Wie in Fig. 9 dargestellt, befindet sich eine Abgas- Einlassleitung 18A unter der Kammer des AHPC-Behälters 10A, so dass das verunreinigte Abgas unter den Reihen von Filterschläuchen 24 und den ESP- Bereichen 32 einströmt. Das Abgas muss aufwärts in die Kanäle, die von benachbarten geerdeten Platten begrenzt werden, strömen, um die Filterschläuche 24 zu erreichen. Die Auslassleitung 22A und der Sammelbehälter 20A für das gereinigte Gas sind die gleichen wie in Fig. 1.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 10 zeigt einen AHPC-Behälter 10B, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der AHPC-Behälter 10 in Fig. 1, außer dass sich die ESP-Bereiche 32B weiter nach unten erstrecken als die Schläuche 24B. Der Zweck dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, einen größeren Teil des Staubs einzufangen, bevor er die Filterschläuche 24 erreicht. Dieser Unterschied ist am leichtesten durch Vergleich von Fig. 10 mit Fig. 4 zu sehen.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 11 ist eine Darstellung ähnlich wie Fig. 5, außer dass sich die ESP-Bereiche 32C horizontal über die Reihen von Filterschläuchen 24C hinaus erstrecken. Auf diese Weise muss das Gas, das durch die Einlassleitungen 18C einströmt, ausgedehnte ESP-Bereiche 32 passieren, bevor es die Filterelemente oder Filterschläuche 24C erreicht. In diesem Ausführungsbeispiel muss das Abgas durch ein ausgedehnte elektrostatische Zone 32C strömen, bevor es den Schlauchbereich erreicht. Der Zweck dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass ein größerer Teil des Staubs eingefangen wird, bevor er die Filterschläuche 24 erreicht. Der Unterschied in diesem Ausführungsbeispiel lässt sich am einfachsten durch Vergleich von Fig. 11 mit Fig. 5 sehen.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das in Fig. 12 gezeigte Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen das gleiche wie das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel, außer dass die ESP-Bereiche 32D ein Zickzackmuster bilden. Wie gezeigt bestehen die geerdeten Platten 26D und die Elektrodengitter 28D aus einer Anzahl gerader Segmente, die wie gezeigt angeordnet sind. Die geerdeten Platten 26D und/oder Elektrodengitter 28D können auch gebogen sein oder ein anderes Muster bilden als das gezeigte Zickzackmuster.
Um die besten Ergebnisse zu erzielen, sollten die Filterschläuche 24 der Erfindung aus einem hoch entwickelten Gewebe bestehen, das eine sehr hohe Sammeleffizienz aufweist und auch häufige, hochenergetische Luftstöße aushalten kann. Außerdem sollte das gewählte Gewebe auch in der schwierigsten chemischen Umgebung, die zu erwarten ist, betriebssicher sein (z. B. hoher SO&sub3;-Gehalt). Die Filterschläuche 24 bestehen bevorzugt aus einer Gore-Tex-Membran auf Gore-Tex- Filz, die aus einer ausgedehnten Membran aus Polytetrafluorethylen mit einer Porenstruktur besteht, die auf ein Stützmaterial aus Filz oder Fasern aufgebracht ist, wie z. B. das von W. L. Gore and Associates, Inc. hergestellte. Ein anderes mögliches Filterelement umfasst den Gebrauch einer Filterkartusche aus Papier oder Gewebe. Die bevorzugte Filterkartusche ist bekannt als Gore-Tex leichte Puls-Filterkartusche, hergestellt von W. L. Gore and Associates, Inc. Außerdem kann jeder andere geeignete Papier- oder Gewebefiltertyp verwendet werden. Ein weiteres mögliches Filterelement ist ein keramischer Gasfilter. Ein Beispiel für einen geeigneten keramischen Gasfilter wird von CeraMem Separations unter dem Namen CeraMem produziert.
Das Elektrodengitter 28 besteht bevorzugt aus Hochspannungs-Korona-Elektroden, entweder in Form von Drähten oder als fester Rahmen. Vorzugsweise werden Richtungskorona-Elektroden verwendet, wobei die Korona eher zur Platte hin als zu den Schläuchen hin gezwungen wird. Darüber hinaus kann jede andere Art von herkömmlicher Elektrode verwendet werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Schläuche 24 durch Einfügen einer Reihe geerdeter Drähte zwischen dem Elektrodengitter 28 und den Schläuchen 24 geschützt werden. In typischen Fällen ist diese zusätzliche Reihe geerdeter Drähte jedoch nicht notwendig, außer im Fall starker Funkenbildung. Ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel beinhaltet die Verwendung von Mehrfachbehältern, z. B. zum Gebrauch in großen Kraftwerken. Es gibt eine große Synergie zwischen den ESP- und Filtrationsmoden der Erfindung, die ihre Funktion gegenseitig verbessern. Die Filterelemente sammeln während des normalen Betriebes und während der Reinigung der Platten die überschüssigen Emissionen aus der elektrostatischen Abscheidung, während der elektrostatische Abscheider den Staub sammelt, der bei der Reinigung der Filterelemente wieder freigesetzt wird, wodurch die. Möglichkeit, den Druckabfall zu kontrollieren, und der Betrieb bei hohen A/C-Verhältnissen stark verbessert wird. Die Erfindung bewirkt eine hohe Sammeleffizienz und benötigt eine viel kleinere Sammelplattenfläche als herkömmliche ESP-Geräte und eine viel kleinere Filterfläche als herkömmliche Schlauchfilter. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Gewebe bei einem A/C- Verhältnis von 12 ft./min. verwendet. Die entsprechende benötigte Plattenfläche wäre eine spezifische Sammelfläche (SCA) von 72 square ft. pro tausend acfm. (?). Ein Schlauchfilter, der mit einem A/C-Verhältnis von 2 ft./min. betrieben wird, besitzt dieselbe Sammelfläche wie ein elektrostatischer Abscheider mit einer SCA von 500. Daher bietet die Erfindung bei einem A/C-Verhältnis von 12 ft./min. eine Reduzierung der Gewebefläche um 83% im Vergleich zu einem Schlauchfilter bei 2 ft./min. und eine Reduzierung der Plattenfläche um 86%, verglichen mit einem herkömmlichen elektrostatischen Abscheider mit einer SCA von 500. Die kombinierte Sammelfläche der Erfindung ist um 69% niedriger als im herkömmlichen Schlauchfilter oder Abscheider.
Die Funktion der Erfindung kann auch verbessert werden, indem vor dem Schlauchfilter nacheinander eine kleine, aber wirksame Menge von Ammoniakgas (NH&sub3;) und Schwefeltrioxid (SO&sub3;) eingeleitet wird. Dadurch sinkt das Druckgefälle im Schlauchfilter und die Menge teilchenförmigen Materials bei der Rauchemission wird erheblich verringert. Dieses Verfahren wird im US-Patent 5,034,030 mit dem Titel "Process of Flue Gas Conditioning Applied to Fabric Filtration" von Miller et al vom 23. Juli 1990 im Einzelnen beschrieben, das in den Referenzen enthalten ist.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen und der Spezifikation beschrieben worden, und auch wenn spezifische Ausdrücke verwendet wurden, dienen diese ausschließlich der Beschreibung und nicht der Beschränkung. Die Erfindung schließt Änderung an Form und Proportionen einzelner Teile oder die Ersetzung durch ähnliche Teile, je nachdem wie die Umstände dies für sinnvoll erachten lassen, ein, ohne den Geist und Rahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die folgenden Patentansprüche definiert wird.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen von Staub auf Filterelementen in einer Filtrations- und elektrostatischen Abscheidevorrichtung mit einer Anzahl von Filterelementen (24), geerdeten Platten (26) und Elektrodengittern (28), wobei die geerdeten Platten (26) und die Elektrodengitter (28) beide völlig außerhalb der Filterelemente (24) angeordnet sind und dadurch außen, den Filterelementen (24) benachbarte, elektrostatische Abscheidebereiche (32) bilden, wobei die Anzahl von Filterelementen (24) in mehreren Reihen angebracht ist, mit den, zwischen jeder Reihe von Filterelementen (24) angeordneten, geerdeten Platten (26) und mit den, zwischen jeder benachbarten Reihe von Filterelementen (24) und jeder benachbarten geerdeten Platte (26) angeordneten Elektrodengittern (28); wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Anordnen der Anzahl von Filterelementen (24), geerdeten Platten (26) und Elektrodengittern (28), so dass die Elektrodengitter (28) im Abstand zwischen den Filterelementen (24) und den geerdeten Platten (26) angeordnet sind,

Treiben von Staub, der sich an der Anzahl von Filterelementen (24) gesammelt hat, in Richtung der elektrostatischen Abscheidebereiche (32); und

Sammeln des Staubs an den geerdeten Platten (26).

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Treibens von Staub weiter den Schritt umfasst, Luft durch die Elemente (24) impulsartig zu bewegen, um den Staub in die elektrostatischen Abscheidebereiche (32) zu treiben, in denen er sich auf den geerdeten Platten (26) sammelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, weiter mit dem Schritt des Bereitstellens einer Anzahl von, zwischen jedem der Filterelemente (24) und seinem benachbarten Elektrodengitter (28) angeordneten, geerdeten Drähten.

4. Filtrations- und elektrostatische Abscheidevorrichtung zur Sammlung von teilchenförmigem Material, umfassend: eine durch Innenwände begrenzte Kammer mit einer Einlassleitung (18), um Schmutzgas in die Vorrichtung einzuführen und eine Auslassleitung (22), um gereinigtes Gas aus der Vorrichtung zu bewegen; eine Anzahl von Filterelementen (24), die in mehreren Reihen angebracht und innerhalb der Kammer angeordnet sind, wobei sich die Anzahl von Filterelementen (24) in Verbindung mit der Auslassleitung (22) der Vorrichtung befindet; geerdete Sammelplatten (26), die innerhalb der Innenwände der Kammer angeordnet und zwischen jeder der benachbarten Reihen von Filterelementen (24) angebracht sind; Elektrogitter (28), die jeweils im Abstand zwischen jeder Reihe von Filterelementen (24) und jeder benachbarten, geerdeten Platte angebracht sind, um elektrostatische Abscheidebereiche (32) neben den Reihen von Filterelementen (24) zu bilden; und Mittel (44) zum Richten eines Luftstosses durch die Filterelemente (24) und in Richtung der benachbarten, geerdeten Platten (26), um an den Filterelementen (24) gesammeltes, teilchenförmiges Material in die elektrostatischen Abscheidebereiche (32) zu treiben, um es an den benachbarten, geerdeten Platten (26) zu sammeln.

5. Filtrations- und elektrostatische Abscheidevorrichtung nach Anspruch 4, bei der Mittel zum Leiten eines Luftstosses durch die Filterelemente (24) eine Anzahl von Luftdüsen (44) aufweist, wobei eine der Luftdüsen (44) oberhalb jedes Filterelements (24) angeordnet ist, um einen Luftsstoss in das Innere des Elements (24) zu leiten.

6. Filtrations- und elektrostatische Abscheidevorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Abstand von jedem Filterelement (24) zu dem benachbarten Elektrodengitter (28) von 51 bis 80% der gesamten Distanz von dem Filterelement (24) zu der benachbarten, geerdeten Sammelplatte (26) beträgt.

7. Filtrations- und elektrostatische Abscheidevorrichtung nach Anspruch 4 weiter umfassend keine Anzahl von geerdeten Drähten, die zwischen den Filterelementen (24) und dem Hochspannungs-Elektrodengitter (28) angeordnet sind.

8. Filtrations- und elektrostatische Abscheidevorrichtung nach Anspruch 4, bei der sich die Anzahl von elektrostatischen Abscheidebereichen (32) nach unten weiter als die Filterelemente (24) erstreckt.

9. Filtrations- und elektrostatische Abscheidevorrichtung nach Anspruch 4, bei der sich die Anzahl von elektrostatischen Abscheidebereichen (32) im Wesentlichen hinter dem Ende der Reihen von Filterelementen (24) erstreckt.

10. Filtrations- und elektrostatische Abscheidevorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Anzahl von elektrostatischen Abscheidebereichen (32) eine Anzahl von zwischen den Reihen von Filterelementen (24) und der Anzahl von geerdeten Sammelplatten (26) angeordneten Richtungskorona-Elektroden aufweist, wobei die Richtungskorona-Elektroden die Korona eher zu den Sammelplatten (26) als zu den Filterelementen (24) hin zwingen.

11. Filtrations- und elektrostatische Abscheidevorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Anzahl von geerdeten Sammelplatten (26) und die Anzahl von Elektrodengittern (28) in entsprechenden, parallelen Paaren angeordnet sind, die eine der geerdeten Sammelplatten (26) und eine der Elektrodengitter (28) aufweisen, wobei sich die Paare von geerdeten Sammelplatten (26) und Elektrodengittern (28) in einem Zickzackmuster erstrecken.

12. Filtrations- und elektrostatische Abscheidevorrichtung nach Anspruch 4, bei der zumindest das eine Elektrodengitter (28) mindestens ein Hochspannungs-Elektrodengitter aufweist.