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WO1998022223A1 - Koronaelektrode für eine filteranordnung zum abscheiden von verunreinigungen aus einem gasstrom, filteranordnung mit entsprechenden koronaelektroden sowie verfahren zu ihrem betrieb - Google Patents

Koronaelektrode für eine filteranordnung zum abscheiden von verunreinigungen aus einem gasstrom, filteranordnung mit entsprechenden koronaelektroden sowie verfahren zu ihrem betrieb Download PDF

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WO1998022223A1
WO1998022223A1 PCT/CH1997/000438 CH9700438W WO9822223A1 WO 1998022223 A1 WO1998022223 A1 WO 1998022223A1 CH 9700438 W CH9700438 W CH 9700438W WO 9822223 A1 WO9822223 A1 WO 9822223A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
curvature
corona
electrodes
corona electrode
plate
Prior art date
Application number
PCT/CH1997/000438
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Egli
Ulrich Kogelschatz
Original Assignee
Abb Research Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Abb Research Ltd. filed Critical Abb Research Ltd.
Priority to AU48607/97A priority Critical patent/AU4860797A/en
Publication of WO1998022223A1 publication Critical patent/WO1998022223A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/40—Electrode constructions
    • B03C3/41—Ionising-electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/10—Ionising electrode with two or more serrated ends or sides

Definitions

  • Corona electrode for a filter arrangement for separating contaminants from a gas stream, filter arrangement with corresponding corona electrodes and method for their operation
  • the invention relates to a corona electrode for a filter arrangement for separating contaminants from a gas stream, a filter arrangement with corresponding corona electrodes and a method for operating the same.
  • a filter arrangement of the structure described is e.g. B. known from the brochure S. Matts: 'Fläkt Electrostatic Precipitators' from ABB Asea Brown Boveri.
  • the corona electrodes are designed there as straight wire helices.
  • the risk of back spraying thus limits the field strength to which the dust layer may be exposed and thus the current density through the dust layer and thus ultimately the separation performance of the filter arrangement.
  • the electric field in the filter lane should be as high as possible.
  • the average field strength is primarily limited by the fact that, in the case of high-resistance dusts at the corona electrodes, where the field strength is greatest, there are no corona discharges between the voltage pulses become. Corona formation should only occur during the voltage pulses if possible.
  • a high density of corona electrodes leads to a more homogeneous field, but too many charge carriers are generated during the voltage pulses, which, as already mentioned, favors the back-spraying.
  • Bends only serve to mechanically reinforce the electrode by means of angled reinforcement strips, that is to say not by weld seams connected to it.
  • the corona electrodes are each designed as a flat rectangular plate which, for stiffening, has round flanges at its edges or obtuse-angled and then acute-angled profile strips which each extend over their entire height and form a narrow convex zone of curvature.
  • the flanges or profile strips each have press-made, vertically spaced, laterally projecting wart-like projections of approximately hemispherical shape and a larger curvature, on which the corona formation is to occur above all.
  • the invention is intended to remedy this.
  • the invention as characterized in the claims, creates a corona electrode with which it is possible to maintain a homogeneous electric field in the filter lane and at the same time to produce charge carriers on the limit the desired extent.
  • This option is used as advantageously as possible in the filter arrangement according to the invention, in particular if it is operated in accordance with the method according to the invention.
  • the advantages achieved by the invention are primarily that the high average field strength in the filter lane exerts large forces on the particles to be separated and the particles are transported at high speed against the separation electrodes, so that a high transport and separation performance is maintained. Thanks to the homogeneity of the field and the absence of strong local elevations, the average field strength can be approached relatively close to the limit, which leads to breakdowns in the dust layer or in the gas space.
  • the formation of corona and thus the production of charge carriers can be largely independent of that by specifically arranging zones of curvature, in which corona formation occurs preferably only and exclusively during the voltage pulses
  • Formation of the electric field in the filter lane can be set to desired values. Overall, a very high performance of the filter arrangement can be achieved by pushing back factors which favor the back spraying. Due to the continuous formation of the curvature zones over the entire height of the corona electrodes, all flow trajectories are also completely captured by the cleaning mechanism.
  • the invention is explained in more detail below with reference to figures which merely represent exemplary embodiments. Show it
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the flow direction of the gases through part of a filter lane of a filter arrangement according to the invention with corona electrodes according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2a shows the electrical potential between a corona electrode according to the first embodiment and a deposition electrode when a DC voltage is applied
  • Fig. 3 shows a longitudinal section through part of a filter passage of a second inventive
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through part of a filter lane of a filter arrangement according to the invention with corona electrodes according to a second embodiment according to the invention and 5 shows a longitudinal section through part of a filter lane of a filter arrangement according to the invention with corona electrodes according to a third embodiment according to the invention.
  • the filter arrangement according to the invention has a plurality of separation electrodes 1, which are at a distance of, for. B. 40 cm are arranged side by side and z. B. consist of three 5 m high stacked steel plates. Two adjacent separating electrodes 1 form between them a filter lane 2, through which a gas stream loaded with ash or other dust-like or droplet-like impurities is passed in the direction of the arrow. Successive corona electrodes 3 are arranged in the center of the filter alley 2. The same extend over the entire filter lane 2. Their height is therefore 15 m in the example described, although they can of course be composed of several sections like the separating electrodes 1.
  • a DC voltage is applied by means of a high-voltage generator 4, which, for. B. can be 60 kV.
  • This DC voltage is at a repetition rate, which, for. B. between 10 and 100 Hz and preferably not above 20 Hz, of short, z. B. superimposed about 10 to 100 ⁇ s voltage pulses, which have a peak value of, for example, 26 kV, so that the voltage reaches peak values of 86 kV overall.
  • the DC voltage is chosen so that it is high electric field generated in the filter lane, but does not lead to corona formation on the corona electrodes.
  • the corona electrodes 3 always form the negative pole.
  • the corona electrodes 3 are as flat rectangular plates 5 made of preferably 0.4-1.5 mm thick steel or
  • each corona electrode 3 is provided with a zone of curvature 6, in the area of which
  • Surface is strongly convexly curved. It is preferably produced by flanging the sheet and has the shape of a cylinder sector. Your radius of curvature is z. B. between 2 and 5 mm, preferably it is not larger than 4 mm.
  • the curvature zones 6 each extend over the entire height of the filter lane 2, so that each
  • curvature zones 6 form the parts which protrude furthest to the side and have an approximately uniform curvature over their length.
  • the corona electrodes 3 are preferably between 10 and 40 cm long and follow one another at intervals of 20 to 50 cm.
  • the plate-shaped design of the corona electrodes 3 forms an electric field in the filter alley 2, which is extremely homogeneous, particularly in the vicinity of the deposition electrode 1. This can be seen very well from FIG. 2a, where isolines are drawn in at a distance of 2 kV of that electrical potential, which forms while the DC voltage of 60 kV is present.
  • the field strength in the area adjoining the deposition electrode 1 is approximately 2.4 kV / cm. No corona discharges occur at the curvature zones 6 when the DC voltage is present.
  • the production of charge carriers can largely be influenced by several parameters independent of the generation of the electric field.
  • the density of the curvature zones 6 in the flow direction of the gas is decisive for this. It can be set as desired by the distance between successive corona electrodes 3 and the length thereof in the flow direction.
  • the strength of the corona discharges and the lower limit voltage for their occurrence can also be set by appropriately selecting the radius of curvature in the curvature zones 6 - in the present case the radius of the cylindrical flanges.
  • the supply in particular the adjustment of the length, height and repetition frequency of the voltage pulses, also offers the possibility of influencing the production of charge carriers.
  • the structure and supply of the filter arrangement must be so are coordinated so that the desired functionality - with corona formation only during the voltage impulses and favorable charge carrier density - is achieved.
  • the arrangement of the corona electrodes 3 according to FIG. 1 is almost ideal in terms of the homogeneity of the electric field.
  • corona electrodes 3 of the same design are inclined with respect to the flow direction, i. H. fixed about a central axis rotated parallel to the edges of the plate 5, alternately in the opposite direction. This reduces the effective electrical aisle width.
  • the inclination of the corona electrodes 3 is therefore particularly suitable for the entrance area or for use in the area of waste heat boilers, where due to space charge
  • Corona suppression requires higher field strengths to trigger corona discharges. In addition, the robustness against malfunctions and assembly tolerances is higher.
  • the design of the filter arrangement according to FIG. 4 has similar properties. She is with
  • Corona electrodes 3 each having a rectangular central plate 5a, which is aligned parallel to the deposition electrodes 1 and front and rear at an obtuse angle on opposite sides of shorter shorter plates 5b, which are also rectangular. At their free edges, the edge plates 5b have curvature zones 6 designed as flanges. 5 has corona electrodes 3 according to a third embodiment, in which two edge plates 5b connect symmetrically to the front and rear of the middle plate 5a, which project in a V-shape on opposite sides at an obtuse angle from the middle plate 5a . At their free edges, all edge plates 5b have curvature zones 6 designed as flanges. Due to the higher number of curvature zones, this design tends to result in a higher production of load carriers.

Landscapes

  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

Zur Vergleichmässigung des elektrischen Feldes in einer von zwei Abscheideelektroden (1) begrenzten Filtergasse (2) einer Filteranordnung zum Abscheiden von staub- oder tröpfchenförmigen Verunreinigungen aus einem Gasstrom werden Koronaelektroden (3) verwendet, welche plattenförmig - z.B. mit einer Mittelplatte (5a) und vorn und hinten in stumpfen Winkel anschliessenden, nach entgegengesetzten Seiten abstehenden Randplatten (5b) - ausgebildet sind und an ihrem vorderen und hinteren Rand jeweils eine durch Umbördelung erzeugte durchgehende Krümmungszone (6) mit einem Krümmungsradius zwischen 2 und 5 mm aufweisen. Die Krümmungszonen weisen über ihre Länge eine etwa gleichmässige Krümmung auf und bilden die seitlich am weitesten vorstehenden Teile. Über den mittleren Abstand aufeinanderfolgender Krümmungszone (6) und die Ausbildung derselben kann die Produktion von Ladungsträgern für die elektrostatische Reinigung gesteuert und insbesondere eine das Rücksprühen begünstigende Überproduktion derselben verhindert werden. Koronabildung tritt ausschliesslich während der Spannungsimpulse und nur an der Krümmungszone (6) auf.

Description

Koronaelektrode für eine Filteranordnung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus einem Gasstrom, Filteranordnung mit entsprechenden Koronaelektroden sowie Verfahren zu ihrem Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Koronaelektrode für eine Filteranordnung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus einem Gasstrom, eine Filteranordnung mit entsprechenden Koronaelektroden sowie ein Verfahren zum Betrieb derselben.
Es ist seit langem bekannt, Gase, vor allem aus Verbrennungsanlagen, in elektrostatischen Filteranordnungen zu entstauben. Dabei werden die Gase durch Filtergassen von gewöhnlich etwa 30-40 cm Breite, die beidseits von plattenförmigen Abscheideelektroden begrenzt sind, geleitet. In jeder Filtergasse sind etwa mittig zwischen den Abscheideelektroden Koronaelektroden angeordnet. Zwischen dieselben und die Abscheideelektroden wird eine Gleichspannung gelegt, die von kurzen Spannungsimpulsen gleicher Polung überlagert wird. Dabei sind die Koronaelektroden negativ gepolt. Während der Spannungsimpulse kann die Spannung z. B. etwa das 1,5-fache der Gleichspannung betragen. Die Repetitionsfrequenz der Spannungsimpulse liegt heute in der Regel bei 10 bis 100 Hz, deren Länge bei ca. 100 μs . Es wurden aber auch schon kürzere Impulslängen bis hinunter zu ca. 10 μs vorgeschlagen (G. Trebbi, B. G. Padera: 'Pulse energization; a new look at an attractive technology for upgrading ESP Performance1, Proc. Ann. Power Conf . 57-1 (1995), S. 785-792). Während der Spannungsimpulse bilden sich an den Koronaelektroden Koronaentladungen, durch welche Ladungsträger austreten und negativ geladene Ionen bilden, die sich an Staubpartikel anlagern. Die so aufgeladenen Staubpartikel wandern unter der Wirkung der vom elektrischen Feld auf sie ausgeübten Kräfte gegen die positiven Abscheideelektroden, wo sie sich als Filterstaub anlagern. Periodisch werden die Abscheideelektroden mechanisch in Schwingungen versetzt, wodurch sich der Filterstaub ablöst und in eine Sammelrinne fällt, aus der er z. B. mittels einer Schnecke abtransportiert wird.
Eine Filteranordnung des beschriebenen Aufbaus ist z. B. bekannt aus der Broschüre S. Matts: ' Fläkt Electrostatic Precipitators ' der ABB Asea Brown Boveri . Die Koronaelektroden sind dort als gestreckte Drahtwendeln ausgebildet .
Bei gattungsgemässen Filteranordnungen treten bestimmte typische Schwierigkeiten auf. Eine davon ist das sogenannte Rücksprühen. Da die Ladung des angelagerten Filterstaubs weiter zur Abscheideelektrode fliessen muss - wobei der
Strom mit der Abscheideleistung steigt - führen Filterstäube mit hohem spezifischem Widerstand (>10 Ωcm) , wie sie vor allem bei der Verbrennung schwefelarmer Kohle entstehen, zu sehr hohen Feldstärken in der Staubschicht, was zu Durchschlägen und zur Bildung positiv geladener Ionen führen kann. Die Wanderung derartiger Ionen - unter der Wirkung der vom elektrischen Feld auf sie ausgeübten Kräfte von der Abscheideelektrode zur Koronaelektrode - führt jedoch zur Neutralisierung negativ geladener Partikel und wirkt der Abscheidung von Filterstaub an den Abscheideelektroden entgegen. Die Gefahr des Rücksprühens beschränkt somit die Feldstärke, der die Staubschicht ausgesetzt werden darf und damit die Stromdichte durch die Staubschicht und so letztlich die Abscheideleistung der Filteranordnung.
Besonders gross ist die Gefahr des Rücksprühens dann, wenn lokal ein Ueberschuss an durch Koronaentladungen erzeugten Ladungsträgern herrscht. Der Entstehung eines solchen Ueberschusses wirkt zwar die gepulste Speisung, wie sie aus diesem und anderen Gründen entwickelt wurde (s. z. B. H. J. Hall: 'History of pulse energization in electrostatic precipitation' , Journal of Electrostatics 25 (1990), S. 1- 22) , entgegen, doch ist es mit den bekannten drahtförmigen Koronaelektroden kaum möglich, dieses Problem ohne unerwünschte Nebenwirkungen zu lösen.
Bei verhältnismässig grossem Abstand zwischen aufeinanderfolgenden drahtförmigen Koronaelektroden ist das elektrische Feld stark inhomogen. Da die zulässigen Spitzenwerte der Feldstärke durch die Gefahr des Rücksprühens beschränkt sind, fällt sie zwischen zwei aufeinanderfolgenden Koronaelektroden auf verhältnismässig tiefe Werte. Im Interesse einer hohen Abscheideleistung sollte das mittlere elektrische Feld in der Filtergasse jedoch möglichst hoch sein.
Die mittlere Feldstärke wird aber vor allem auch dadurch beschränkt, dass jedenfalls bei hochohmigen Stäuben an den Koronaelektroden, wo die Feldstärke am grössten ist, zwischen den Spannungsimpulsen keine Koronaentladungen werden. Koronabildung sollte hier möglichst nur während der Spannungsimpulse eintreten.
Eine grosse Dichte von Koronaelektroden führt zwar zu einem homogeneren Feld, doch werden während der Spannungsimpulse zu viele Ladungsträger erzeugt, was wie schon erwähnt das Rücksprühen begünstigt.
Zur Lösung dieser Probleme wurde auch mit anderen als drahtförmigen Koronaelektroden experimentiert. So wurden Experimente mit plattenförmigen Koronaelektroden durchgeführt, welche zur Erzeugung von Koronaentladungen mit in einem bestimmten regelmässigen Muster angeordneten Dornen versehen waren (s. P. J. McKinney, J. H. Davidson, D. M. Leone: ' Current Distributions for Barbed Plate-to-Plate Coronas ' , IEEE Transactions on Industry Applications 28/6 (1992), S. 1424-1431). Dies führt zwar zu einem in grossem Massstab homogenen elektrischen Feld in der Filtergasse und erlaubt auch eine Einstellung der Produktion von Ladungsträgern über die Anordnung und Ausbildung der Dornen, doch ist das Feld im Nahbereich der Koronaelektroden sehr inhomogen, so dass gewisse Strömungstrajektorien von der Koronabildung und der dadurch bewirkten Aufladung der Partikel kaum erfasst werden und der Gasstrom dort praktisch keiner Reinigung unterworfen wird.
Aus DE-A-1 407 503 ist bekannt, bei plattenförmigen Abscheideelektroden und parallel dazu zwischen ihnen angeordneten Koronaelektroden zwecks mechanischer Verstärkung Randstreifen nach einer Seite im stumpfen Winkel ab- und dann nach der Gegenseite in spitzem Winkel Elektrode normal gerichtete Verstärkungsstreifen bilden. An den freien Rändern weisen diese jeweils eine weitere, zur Elektrode hin gerichtete spitzwinklige Umbiegung auf. An den beiden zylindersektorförmige Krümmungszonen bildenden Umbiegungen sind in Abständen dreieckige Sprühlappen ausgestanzt, welche in der zur Ebene der Elektrode normalen Ebene des Verstärkungsstreifens liegen und die Krümmungszonen seitlich überragen. Bei dieser Anordnung tritt Koronabildung nicht an den Krümmungszonen auf, sondern an den Sprühlappen. Die die Krümmungszonen bildenden
Umbiegungen dienen lediglich der mechanischen Verstärkung der Elektrode durch abgewinkelte, also nicht durch Schweissnähte mit ihr verbundene Verstärkungsstreifen.
Ähnlich ist die US-A-3 200 566 einzuschätzen. In dieser Schrift sind die Koronaelektroden jeweils als flache rechteckige Platte ausgebildet, welche zur Versteifung an ihren Rändern runde Umbördelungen oder stumpfwinklig ab- und dann spitzwinklig umgebogene Profilstreifen aufweist, die sich jeweils über ihre ganze Höhe erstrecken und eine schmale konvexe Krümmungszone bilden. Die Umbördelungen oder Profilstreifen weisen jeweils durch Pressen hergestellte, vertikal beabstandete seitlich vorstehende warzenförmige Vorsprünge etwa halbkugeliger Form und grösserer Krümmung auf, an denen die Koronabildung vor allem auftreten soll.
Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, schafft eine Koronaelektrode, mit welcher es möglich ist, ein homogenes elektrisches Feld in der Filtergasse aufrechtzuerhalten und zugleich die Produktion von Ladungsträgern auf das erwünschte Ausmass zu begrenzen. Bei der erfindungsgemässen Filteranordnung wird von dieser Möglichkeit möglichst vorteilhafter Gebrauch gemacht, insbesondere wenn sie entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren betrieben wird.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen vor allem darin, dass durch die hohe durchschnittliche Feldstärke in der Filtergasse grosse Kräfte auf die abzuscheidenden Partikel ausgeübt und dieselben mit hoher Geschwindigkeit gegen die Abscheideelektroden transportiert werden, so dass eine hohe Transport- und Abscheideleistung aufrechterhalten wird. Dank der Homogenität des Feldes und der Abwesenheit stärkerer lokaler Ueberhöhungen kann mit der durchschnittlichen Feldstärke verhältnismässig nahe an die Grenze herangegangen werden, welche zu Durchschlägen in der Staubschicht oder im Gasraum führt. Die Koronabildung und damit die Produktion von Ladungsträgern kann durch gezielte Anordnung von Krümmungszonen, an denen vorzugsweise allein und ausschliesslich während der Spannungsimpulse Koronabildung auftritt, weitgehend unabhängig von der
Ausbildung des elektrischen Feldes in der Filtergasse auf erwünschte Werte eingestellt werden. Insgesamt kann durch das Zurückdrängen von Faktoren, welche das Rücksprühen begünstigen, eine sehr hohe Leistung der Filteranordnung erzielt werden. Durch die jeweils über die ganze Höhe der Koronaelektroden durchgehende Ausbildung der Krümmungszonen werden ausserdem alle Strömungstrajektorien lückenlos vom Reinigungsmechanismus erfasst. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen der Strömungsrichtung der Gase folgenden Längsschnitt durch einen Teil einer Filtergasse einer erfindungsgemässen Filteranordnung mit erfindungsgemässen Koronaelektroden gemass einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2a das elektrische Potential zwischen einer Koronaelektrode gemass der ersten Ausführungsform und einer Abscheideelektrode bei angelegter Gleichspannung,
Fig. 2b das elektrische Potential zwischen einer
Koronaelektrode gemass der ersten Ausführungsform und einer Abscheideelektrode bei angelegter
Gleichspannung, überlagert von einem Spannungsimpuls und mit dadurch bewirkter Koronaent1adung ,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Filtergasse einer zweiten erfindungsgemässen
Filteranordnung mit Koronaelektroden gemass der ersten erfindungsgemässen Ausführungsform,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Filtergasse einer erfindungsgemässen Filteranordnung mit Koronaelektroden gemass einer zweiten erfindungsgemässen Ausführungsform und Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Filtergasse einer erfindungsgemässen Filteranordnung mit Koronaelektroden gemass einer dritten erfindungsgemässen Ausführungsform.
Die erfindungsgemasse Filteranordnung weist (Fig. 1) mehrere Abscheideelektroden 1 auf, welche in einem Abstand von z. B. 40 cm nebeneinander angeordnet sind und z. B. aus drei 5 m hohen übereinander angeordneten Stahlplatten bestehen. Zwei benachbarte Abscheideelektroden 1 bilden zwischen sich eine Filtergasse 2, durch welche in Pfeilrichtung ein mit Asche oder anderen staub- oder auch tropfchenförmigen Verunreinigungen befrachteter Gasstrom geleitet wird. Mittig sind in der Filtergasse 2 aufeinanderfolgende Koronaelektroden 3 angeordnet. Dieselben erstrecken sich über die gesamte Filtergasse 2. Ihre Höhe beträgt demnach im geschilderten Beispiel 15 m, wobei sie freilich wie die Abscheideelektroden 1 aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt sein können.
Zwischen die Abscheideelektroden 1, welche geerdet sein können, einerseits und die Koronaelektroden andererseits wird mittels eines Hochspannungsgenerators 4 eine Gleichspannung gelegt, welche z. B. 60 kV betragen kann. Diese Gleichspannung wird mit einer Repetitionsrate, welche z. B. zwischen 10 und 100 Hz und vorzugsweise nicht über 20 Hz liegt, von kurzen, z. B. ca. 10 bis 100 μs dauernden Spannungsimpulsen überlagert, welche einen Scheitelwert von beispielsweise 26 kV aufweisen, so dass die Spannung insgesamt Spitzenwerte von 86 kV erreicht. Die Gleichspannung ist so gewählt, dass sie ein hohes elektrisches Feld in der Filtergasse erzeugt, aber nicht zu Koronabildung an den Koronaelektroden führt. Die Koronaelektroden 3 bilden stets den negativen Pol.
Die Koronaelektroden 3 sind als ebene rechteckige Platten 5 aus vorzugsweise 0,4-1,5 mm starkem Stahl- oder
Aluminiumblech gefertigt. Sie können zur Gewichtsersparnis gelocht und zur Verbesserung der mechanischen Stabilität, die allerdings auch so sehr gut ist, leicht gewellt sein. Am vorderen und am hinteren Rand ist jede Koronaelektrode 3 mit einer Krümmungszone 6 versehen, in deren Bereich ihre
Oberfläche stark konvex gekrümmt ist. Sie ist vorzugsweise durch Umbördelung des Blechs hergestellt und weist die Form eines Zylindersektors auf. Ihr Krümmungsradius liegt z. B. zwischen 2 und 5 mm, vorzugsweise ist er nicht grösser als 4 mm. Die Krümmungszonen 6 erstrecken sich jeweils über die ganze Höhe der Filtergasse 2, so dass jede
Strömungstrajektorie jeweils zwangsläufig durch den zwischen derselben und der Abscheideelektrode 1 liegenden Bereich geht. Die Krümmungszonen 6 bilden die seitlich am weitesten vorstehenden Teile und weisen über ihre Länge eine etwa gleichmässige Krümmung auf.
Die Koronaelektroden 3 sind vorzugsweise zwischen 10 und 40 cm lang und folgen in Abständen von 20 bis 50 cm aufeinander. Durch die plattenförmige Ausbildung der Koronaelektroden 3 bildet sich in der Filtergasse 2 ein elektrisches Feld aus, das insbesondere in der Nähe der Abscheideelektrode 1 äusserst homogen ist. Dies ist sehr gut aus Fig. 2a ersichtlich, wo Isolinien im Abstand von 2 kV desjenigen elektrischen Potentials eingezeichnet sind, welches sich bildet, während die Gleichspannung von 60 kV anliegt. Die Feldstärke im an die Abscheideelektrode 1 anschliessenden Bereich beträgt ca. 2,4 kV/cm. An den Krümmungszonen 6 treten bei Anliegen der Gleichspannung noch keine Koronaentladungen auf. Wird derselben jedoch ein Spannungsimpuls von 26 kV überlagert, so bilden sich ausschliesslich an den Krümmungszonen 6 Koronaentladungen, welche die für den Transport und die Abscheidung der staub- oder tropfchenförmigen Verunreinigung erforderlichen Ladungsträger erzeugen. Diesen Fall zeigt Fig. 2b. Es sind ebenfalls Isolinien des elektrischen Potentials im Abstand von 2 kV dargestellt. Auch hier ist das Feld an der Abscheideelektrode 1 sehr homogen.
Die Produktion von Ladungsträgern kann weitgehend unabhängig von der Erzeugung des elektrischen Feldes durch mehrere Parameter beeinflusst werden. Insbesondere ist die Dichte der Krümmungszonen 6 in der Strömungsrichtung des Gases dafür massgeblich. Sie kann durch den Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Koronaelektroden 3 und die Länge derselben in Strömungsrichtung beliebig eingestellt werden. Auch die Stärke der Koronaentladungen und die untere Grenzspannung für ihr Auftreten kann eingestellt werden, indem der Krümmungsradius in den Krümmungszonen 6 - im vorliegenden Fall der Radius der zylindrischen Umbördelungen - entsprechend gewählt wird. Neben dem konstruktiven Aufbau der Filteranordnung und insbesondere der Koronaelektroden 3 bietet auch die Speisung, insbesondere die Einstellung der Länge, Höhe und Repetitionsfrequenz der Spannungsimpulse die Möglichkeit, auf die Produktion von Ladungsträgern Einfluss zu nehmen. Aufbau und Speisung der Filteranordnung müssen so aufeinander abgestimmt werden, dass die gewünschte Funktionsweise - mit Koronabildung nur während der Spannungsimpulse und günstiger Ladungsträgerdichte - erzielt wird. Die Anordnung der Koronaelektroden 3 gemass Fig. 1 ist nahezu ideal, was die Homogenität des elektrischen Feldes betrifft.
Bei Ausbildung der Filteranordnung nach Fig. 3 werden dagegen gleich ausgebildete Koronaelektroden 3 gegenüber der Strömungsrichtung schräggestellt, d. h. um eine zentrale, zu den Rändern der Platte 5 parallele Achse verdreht befestigt, und zwar abwechselnd in entgegengesetzte Richtung. Dadurch wird die effektive elektrische Gassenweite verringert. Die Schrägstellung der Koronaelektroden 3 eignet sich daher speziell für den Eingangsbereich oder für den Einsatz im Bereich von Abhitzekesseln, wo wegen raumladungsbedingter
Koronaunterdrückung höhere Feldstärken für die Auslösung von Koronaentladungen erforderlich sind. Ausserdem ist die Robustheit gegen Störungen und Montagetoleranzen höher.
Aehnliche Eigenschaften weist die Ausführung der Filteranordnung nach Fig. 4 auf. Sie ist mit
Koronaelektroden 3 gemass einer zweiten Ausführungsform versehen, welche jeweils eine rechteckige Mittelplatte 5a aufweisen, welche parallel zu den Abscheideelektroden 1 ausgerichtet ist und vorn und hinten in stumpfem Winkel nach entgegengesetzten Seiten von derselben abstehende kürzere Randplatten 5b, welche ebenfalls rechteckig sind. An ihren freien Rändern tragen die Randplatten 5b als Umbördelungen ausgebildete Krümmungszonen 6. Die in ihrer Wirkung ähnliche Filteranordnung gemass Fig. 5 weist Koronaelektroden 3 gemass einer dritten Ausführungsform auf, bei welcher an die Mittelplatte 5a vorne und hinten jeweils symmetrisch zwei Randplatten 5b anschliessen, welche V-förmig nach entgegengesetzten Seiten in stumpfem Winkel von der Mittelplatte 5a abstehen. An ihren freien Rändern tragen sämtliche Randplatten 5b als Umbördelungen ausgebildete Krümmungszonen 6. Durch die höhere Zahl von Krümmungszonen führt diese Ausbildung zu einer tendenziell höheren Produktion von Ladungsträgern.

Claims

Patentansprüche
1. Koronaelektrode (3) für eine elektrostatische Filteranordnung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus einem Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen im wesentlichen planen plattenförmigen Abschnitt umfasst und mindestens eine sich über ihre ganze Höhe erstreckende schmale Krümmungszone (6) aufweist, in welcher ihre Oberfläche konvex gekrümmt ist, wobei die mindestens eine Krümmungszone (6) über ihre Länge eine etwa gleichmässige Krümmung aufweist und den seitlich am weitesten vorstehenden Teil bildet.
2. Koronaelektrode (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius der Oberfläche im Bereich der Krümmungszone (6) zwischen 2 mm und 5 mm liegt.
3. Koronaelektrode (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungszone (6) die Form eines Zylindersektors aufweist.
4. Koronaelektrode (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungszone (6) jeweils an einem Rand eines plattenförmigen Abschnitts angeordnet ist .
5. Koronaelektrode (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungszone (6) durch eine Umbördelung am Rand des plattenförmigen Abschnitts hergestellt ist.
6. Koronaelektrode (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine plattenförmige Abschnitt aus 0,4-1,5 mm starkem Stahl - oder Aluminiumblech besteht .
7. Koronaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie als rechteckige Platte (5) ausgebildet ist.
8. Koronaelektrode (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine rechteckige Mittelplatte (5a) umfasst, an deren vorderem und hinterem Rand jeweils mindestens eine in stumpfem Winkel abstehende rechteckige Randplatte (5b) anschliesst .
9. Koronaelektrode (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am vorderen und hinteren Rand der Mittelplatte (5a) jeweils zwei nach entgegengesetzten Seiten in stumpfem Winkel abstehende rechteckige Randplatten (5b) anschliessen.
10. Koronaelektrode (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Länge zwischen 10 cm und 40 cm beträgt.
11. Elektrostatische Filteranordnung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus einem Gasstrom, mit mindestens zwei im wesentlichen planen Abscheideelektroden (1) , welche zwischen sich eine Filtergasse (2) bilden, in der mehrere Koronaelektroden (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend etwa mittig angeordnet sind.
12. Elektrostatische Filteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand aufeinanderfolgender Koronaelektroden (3) zwischen 20 cm und 50 cm beträgt.
13. Elektrostatische Fil eranordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Koronaelektroden (3) gegenüber der Strömungsrichtung schräg gestellt sind.
14. Elektrostatische Filteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägstellungen aufeinanderfolgender Koronaelektroden (3) gegensinnig sind.
15. Verfahren zum Betrieb einer elektrostatischen
Filteranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Koronaelektroden (3) und die Abscheideelektroden (1) eine im wesentlichen konstante negative Gleichspannung gelegt wird, wobei erstere den negativen Pol bilden, welche Gleichspannung von Spannungsimpulsen von gleicher Polung überlagert wird, wobei die Gleichspannung derart bemessen ist, dass sie keine Koronabildung verursacht, während die Spannungsimpulse jeweils zu Koronabildung ausschliesslich in den Krümmungszonen (6 ) führen .
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung derart bemessen ist, dass zwischen den Spannungsimpulsen die Feldstärke in den an die Abscheideelektroden (1) anschliessenden Bereichen der Filtergasse (2) mindestens 2 kV/cm beträgt.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsimpulse mit einer Frequenz von 10 bis 20 Hz aufeinanderfolgen.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsimpulse eine Länge von 10 bis 100 μs aufweisen.
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE
[beim Internationalen Büro am 9. März 1998 (09.03.98) eingegangen; ursprünglicher Anspruch 1 geändert; alle weiteren Ansprüche unverändert (1 Seite)]
1. Koronaelektrode (3) für eine elektrostatische Filteranordnung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus einem Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen im wesentlichen planen plattenförmigen Abschnitt (5) umfasst, der parallel oder schräg zur Abscheideelektrode (1) ausgerichtet ist und mindestens eine sich über ihre ganze Höhe erstreckende schmale Krümmungszone (6) aufweist, in welcher ihre Oberfläche konvex gekrümmt ist, wobei die mindestens eine Krümmungszone (6) über ihre Länge eine etwa gleichmässige Krümmung aufweist und den seitlich am weitesten vorstehenden Teil bildet.
2. Koronaelektrode (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius der Oberfläche im Bereich der Krümmungszone (6) zwischen 2 mm und 5 mm liegt.
3. Koronaelektrode (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungszone (6) die Form eines Zylindersektors aufweist.
4. Koronaelektrode (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungszone (6) jeweils an einem Rand eines plattenförmigen Abschnitts angeordnet ist.
5. Koronaelektrode (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungszone (6) durch eine Umbördelung am Rand des plattenförmigen Abschnitts hergestellt ist.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL
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