BOLOGA, Andrei (Hagenauer Weg 2, Stutensee, 76297, DE)
WOLETZ, Klaus (Otto-Hahn-Strasse 12, Eggenstein-Leopoldshafen, 76344, DE)
PAUR, Hanns-Rudolf (Lauenburger Strasse 84, Karlsruhe, 76139, DE)
BOLOGA, Andrei (Hagenauer Weg 2, Stutensee, 76297, DE)
WOLETZ, Klaus (Otto-Hahn-Strasse 12, Eggenstein-Leopoldshafen, 76344, DE)
Patentansprüche :
1. Kollektorstufe eines elektrostatischen Abscheiders zur Reinigung von aus Verbrennungsprozessen entstandenem Rauchgas, wobei der Abscheider aus einer Ionisierungsstufe (1) mit Rauchgaseintritt und der sich gasstromabwärts anschließenden Kollektorstufe (2) mit Reingasaustritt besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kollektorstufe (2) aus mindestens einem Kollektor in Form eines Kollektorrohres (8) mit kreisförmig lichtem Querschnitt besteht, in dem eine wendeiförmige Bürste (5) mit mindestens einem vollen Gang drehbar gelagert in dem Kollektorrohr (8) sitzt, wobei die Bürste (5) aus einem zentralen, koaxial zum Kollektorrohr (8) sitzenden Stab oder Rohr (6) besteht, auf dessen äußerer Mantelfläche radial zur Wendelachse abstehende Bürstendrähte (7) büschelartig sitzen, die mit ihrem freien Ende die Innenwand des Kollektorrohres (8) streifend berühren, so dass bei Drehung der Bürste (5) auf der Innenwand des Kollektorrohrs (8) abgelagerte Partikel wegbürstbar sind, zumindest das Kollektorrohr (8) und die Bürste (5) an einem gemeinsamen elektrischen Bezugspotential liegen,
2. Kollektorstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwand des Kollektorrohrs (8) über höchstens den axialen Längenbereich der Bürste (5) mindestens eine Schiene (13) sitzt, durch die die drehende Bürste (5) reinigbar ist.
3. Kollektorstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (13) mit höchstens ein Fünftel des lichten Durchmessers d in das Innere des Kollektorrohres (8) ragt.
4. Kollektorstufe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Querschnitt zwischen zwei Gängen in der wendeiförmigen Bürste (5) mindestens gleich dem lichten Querschnitt des Kollek- torrohrs (8) ist.
5. Kollektorstufe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche des Kollektorrohrs (8) und /oder die Oberfläche der Bürste (5) mit einem katalytischen Material bedeckt sind.
6. Kollektorstufe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Stirn des Stabes (6) oder des Rohres (6) ein Handantrieb (10) oder ein Motorantrieb (11) ansetzt.
7. Kollektorstufe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der tiefsten Einbaulage des Kollektorrohres (8) oder der Kollektorstufe (2) eine zugängliche Auffangwanne (9) sitzt oder sich eine Zugangsklappe (15) befindet.
8. Kollektorstufe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (2) die Ionisierungsstufe (1) des elektrostatischen Abscheiders koaxial umgibt.
9. Kollektorstufe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorstufe aus mehreren achsenparallelen Kollektoren (2) besteht, die die Ionisierungsstufe (1) achsenparallel umgeben.
10. Kollektorstufe nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorstufe im Bürstenbereich von einem Wärmetauscher in Form von die Oberfläche vergrößernden Mitteln oder von einem mit Kühlmittel durchströmbaren Wärmetauscher (18) umgeben ist.
11. Verfahren zum Betreiben einer Kollektorstufe gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 eines elektrostatischen Abscheiders zur Reinigung von aus Verbrennungsprozessen entstandenem Rauchgas, wobei der Abscheider aus einer Ionisierungsstufe (1) mit Rauchgaseintritt und der sich gasstromabwärts anschließenden Kollektorstufe mit Reingasaustritt besteht, bestehend aus den Verfahrensschritten:
die in einer Koronaentladung der Ionisierungsstufe (1) elektrisch geladenen Partikel des Rauchgases werden in die Kollektorstufe (2) aus mindestens einem Kollektorrohr (8) eingeströmt, in dem sich: teilweise die elektrisch geladenen Partikel an der sich auf einem elektrischen Bezugspotential befindenden inneren Oberfläche ablagern und elektrisch neutralisiert werden und teilweise die strömenden, elektrisch geladenen Partikel eine Raumladungswolke bilden aus der die elektrisch geladenen Partikel auf die sich auf dem elektrischen Bezugspotential befindende innere Oberfläche hin elektrisch beschleunigt werden und beim Auftreffen darauf ablagern und elektrisch neutralisiert werden;
die wendeiförmige Bürste (5) in jedem Kollektorrohr (8) ständig oder nur in vorgebbaren Zeitabständen gedreht wird, damit die auf der inneren Oberfläche eines Kollektorrohrs (8) abgelagerten und elektrisch neutralisierten Partikel abgebürstet und zu dem am tiefsten liegenden Bereich eines Kollektors (2) hingebürstet werden und die auf der wendeiförmigen Bürste (5) selbst abgelagerten und elektrisch neutralisierten Partikel über die Reinigung der Bürste (5) an der Schiene (13) zur diesem am tiefsten liegenden Bereich hin abfallen,
die Innenwand des Kollektorrohrs (8) wird über die Bürste (5) frei gebürstet und durch den dortigen Wärmeübergang durch das Kollektorrohr (8) zur Umgebung ein Temperaturgefälle vom Zentrum des Kollektorrohrs (8) her eingestellt, über das zusätzlich in dieser Zone schwebende Partikel zur Innenwand des Kollektorrohrs (8) hin thermophoretisch beschleunigt werden. |
Kollektorstufe eines elektrostatischen Abscheiders zur Reinigung von aus Verbrennungsprozessen entstandenem Rauchgas und Verfahren zum Betreiben
Die Erfindung betrifft die Kollektorstufe eines elektrostatischen Abscheiders und ein Verfahren zum Betreiben derselben. Die Einrichtung besteht aus einem elektrostatischen Abscheider mit einer Ionisierungsstufe und einer gasstromabwärts folgenden Kollektorstufe in einem Abschnitt eines Kanals zur Gasführung.
Es werden Rauchgase aus Verbrennungskammern, Holzöfen oder sonstigen Holzverbrennungseinrichtungen, die für die Erwärmung eingesetzt werden, behandelt. Im elektrostatischen Abscheider wird das zu reinigende Rauchgas in die Ionisierungsstufe eingeleitet und durch das elektrische Feld zwischen einer Hochspannungselektrode und einer auf einem Bezugspotential, meist Erdpotential, liegenden Elektrode geströmt, in dem die Partikel über Koronaentladung an der Hochspannungselektrode elektrisch geladen werden. Beim Weiterströmen in die Kollektorstufe werden die Partikel dort auf der auf Bezugspotential liegenden Oberfläche abgeschieden und elektrisch neutralisiert, wobei elek-trische Kräfte durch Raumladungsbildung aus geladenen Partikeln nach Austritt aus der Ionisierungsstufe und im Kollektorbereich die Ablagerung zusätzlich begünstigen.
Elektrostatische Abscheider werden ganz allgemein zur Gasreinigung eingesetzt. Das Verfahren der AerosolaufSammlung in einem elektrostatischen Abscheider mit Raumladungsausbildung beruht auf der Partikelladung in einer Koronaentladung und der Abscheidung unipolar geladener Partikel entsprechend dem Feld ihrer eigenen Raumladung. Der Mechanismus der Abscheidung über Raumladung ist in: „J.R. Melcher, K. S. Sachar, E. P. Warren, Overview of Electrostatic Devices for Con- trol of Submicrometric Particles, Proceedings of the IEEE, vol. 65, No.12, 1977, p. 1659-1669" beschrieben.
Die Entwicklung und Anwendung der Raumladungsabscheider zur Aufsammlung von Partikeln aus Verbrennungsgasen wird in der CH 649 645 vorgestellt. In dem elektrostatischen Abscheider gelangen die Verbren-
nungsgase durch den Ionisierer, in dem die Partikel in einer Koronaentladung geladen werden. Die Koronaentladung wird an der scharfen Kante der Hochspannungselektrode gebildet. Der Gaskanal ist geerdet. Die geladenen Partikel werden auf der inneren Oberfläche des Gasrohrs, dem Kollektorrohr, abgeschieden und gesammelt, hauptsächlich stromabwärts der Ionisierungsstufe.
Die Gestalt der Hochspannungselektrode, des Hochspannungsisolators und der Kollektorstufe eines Raumladungsabscheiders werden beispielsweise in der DE 10 2004 039 118 beschrieben und diskutiert: Partikel werden geladen und im ersten Ladungsfeld abgeschieden; Der Rest der Partikel gelangt durch das zweite Ladungsfeld und die geladenen Partikel werden unter dem Einfluss der Aerosolraumladung auf der inneren Oberfläche der Wände der Abscheiderkämmer, durch die das Verbrennungsgas gelangt, abgeschieden und gelangt dann aus dem Abscheider raus.
Aus der US 4,675,029 ist zu entnehmen, dass ein Schadstoffentfer- nungsgerät bzw. ein Wärmetauschergerät aus mehreren ausgerichteten Durchgängen besteht. Negativ geladene Scheibenelektroden sind in röhrenförmigen Elektroden positioniert. Teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe und Feuchtigkeit in den Emissionsprodukten werden negativ geladen, während sie durch die röhrenförmige Elektrode gelangen, um auf ihrer Innenoberfläche abgeschieden zu werden. Umgebungsluft wird durch die Durchgänge zwischen den röhrenförmigen Elektroden geleitet, um Wärme von den Emissionskomponenten aufzunehmen, wobei die erwärmte Luft von dem Gerät entnommen wird. Die elektrostatische Abscheidung von Material auf den röhrenförmigen Elektroden entfernt nicht nur ungewünschtes Material von den Emissionskomponenten, sondern verstärkt auch den Wärmetausch mit der Umgebungsluft, die durch das Gerät gelangt .
Die Analyse der Entwicklung zeigt, dass der Gebrauch nasselektrostatischer Abscheider zur Abscheidung von Partikel aus Holzöfen kompliziert ist, hauptsächliche wegen der hohen Abgastemperatur, wegen der hohen Kosten der elektrostatischen Abscheider und wegen der Reinigung von Abwasser.
Das Problem der trockenelektrostatischen Abscheider besteht in der notwendigen Reinigung der Abscheideelektroden. Stellt man den Vergleich zwischen dem konventionellen und dem elektrostatischen Abscheider mit Raumladung an, gelangt man zu der Ansicht, dass der e- lektrostatische Abscheider mit Raumladung Vorteile hat, insbesondere beim Austauschen und Reinigen des Kollektors, weil letzterer von der Ionisierungsstufe getrennt ist.
Der Kollektor der bekannten elektrostatischen Abscheider braucht Austausch und Reinigung, d. h. Reinigung des Kanals oder des Kanalrohrs, der Röhrenbündel und der Kollektorkammer. Deshalb muss der elektrostatische Abscheider oft abgeschaltet, geöffnet und geschlossen werden. Das erhöht die Betriebskosten des Abscheiders. Kompliziert den Aus- und Einbau der Einheit wie auch die Einstellung der Ionisierungsstufe und der Kollektorstufe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Reinigung des Rauchgases von Verbrennungsvorgängen, insbesondere von Verbrennungsöfen industrieller als auch privathaushaltlicher Art, die eingebaut, auch nachträglich in eine bestehende Heizanlage eingebaut werden kann. Die Einrichtung soll zuverlässig arbeiten und wartungsarm sein und eine Wartung über den einfachen Zugang leicht ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und den Verfahrensschritten nach Anspruch 11 gelöst.
Nach Anspruch 1 besteht die Kollektorstufe des elektrostatischen Abscheiders zur Reinigung von aus Verbrennungsprozessen entstandenem Rauchgas, wobei der Abscheider aus einer Kollektorstufe mit mindestens einem Kollektor in Form eines Kollektorrohres mit kreisförmig lichtem Querschnitt besteht. In ihm sitzt eine wendeiförmige Bürste mit mindestens einem vollen Gang drehbar gelagert. Die Bürste besteht dabei aus einem zentralen, koaxial zum Kollektorrohr sitzenden Stab oder Rohr, auf dessen äußerer Mantelfläche radial zur Wendelachse abstehende Bürstendrähte büschelartig sitzen, die mit ihrem freien Ende das Kollektorrohr berühren und die Innenwand bei Drehung der Bürste
abbürsten .
Zumindest die Innenwand des Kollektorrohrs und die darin sitzende Bürste liegen an einem gemeinsamen elektrischen Bezugspotential, meist Erdpotential.
Nach Anspruch 11 besteht das Verfahren zum Betreiben der Kollektorstufe des elektrostatischen Abscheiders aus folgenden Verfahrensschritten:
Die in einer Koronaentladung des Ionisierers elektrisch geladenen Partikel des Rauchgases werden in die Kollektorstufe eingeströmt, in dem sich teilweise die elektrisch geladenen Partikel an der sich auf einem elektrischen Bezugspotential befindenden inneren Oberfläche ablagern und elektrisch neutralisiert werden; und teilweise die strömenden, elektrisch geladenen Partikel eine Raumladungswolke im Kollektor bilden, aus der die elektrisch geladenen Partikel auf die sich auf dem elektrischen Bezugspotential befindende innere Oberfläche hin elektrisch beschleunigen, bzw. darauf zu triften. Auch diese werden und beim Auftreffen und Ablagern darauf elektrisch neutralisiert.
Die wendeiförmige Bürste wird in jedem Kollektorrohr während der Gasströmung ständig oder nur in vorgebbaren Zeitabständen gedreht, damit die auf der inneren Oberfläche des jeweiligen Kollektorrohrs abgela- gerten und elektrisch neutralisierten Partikel abgebürstet und zu dem am tiefsten liegenden Bereich eines Kollektors hingebürstet werden. Die auf der wendeiförmigen Bürste selbst abgelagerten und elektrisch neutralisierten Partikel fallen über die Reinigung der Bürste an der Schiene zur diesem am tiefsten liegenden Bereich hin ab.
Die Innenwand des Kollektorrohrs wird über die Bürste frei gebürstet. Durch den dortigen Wärmeübergang durch das Kollektorrohr und durch die Wand zur Umgebung stellt sich ein Temperaturgefälle vom Zentrum des Kollektorrohrs her ein, über das zusätzlich in dieser Zone schwebende Partikel zur Innenwand des Kollektorrohrs hin thermophoretisch beschleunigt werden. Diese Trift der Partikel, ob geladen oder neutral, durch Thermophorese wird letztlich durch den Druckgradienten bewirkt, der durch den Temperaturgradienten erzeugt wird.
In den Unteransprüchen 2 bis 10 sind technische Maßnahmen beschrieben, die einen Langzeitbetrieb vorteilhaft unterstützen. So ist nach Anspruch 2 an der Innenwand des Kollektorrohrs über höchstens den a- xialen Längenbereich der Bürste mindestens eine Schiene zur Reinigung der Bürste beim Drüberstreifen angebracht.
Nach Anspruch 3 ragt die Schiene mit höchstens einem Fünftel des lichten Durchmessers d des Kollektorrohrs in das Innere des Kollektorrohrs .
Nach Anspruch 4, ist der lichte Querschnitt zwischen zwei Gängen in der wendeiförmigen Bürste mindestens gleich dem lichten Querschnitt des Kollektorrohrs. Dadurch wird ein Gasströmungsabbruch im Kollektor vermieden und die Kaminwirkung bleibt aufrechterhalten. Gegebenenfalls müsste ein Gebläse im Gasführungskanal den Gasstrom unterstützen oder gar erzwingen.
Nach Anspruch 5 ist die innere Oberfläche des Kollektorrohrs und /oder die Oberfläche der Bürste mit einem katalytischen Material bedeckt sind.
Nach Anspruch 6 setzt an mindestens einer Stirn des Stabes oder des Rohres ein Handantrieb oder ein Motorantrieb an.
Nach Anspruch 7 sitzt im Bereich der tiefsten Einbaulage des Kollektors oder des Kollektorrohres eine zugängliche Auffangwanne, oder es befindet sich dort eine Zugangsklappe.
Nach Anspruch 8 umgibt der Kollektor die Ionisierungsstufe des elektrostatischen Abscheiders koaxial.
Nach Anspruch 9 besteht die Kollektorstufe aus mehreren achsenparallelen Kollektoren, die die Ionisierungsstufe achsenparallel umgeben. Nach Anspruch 10 ist die Kollektorstufe im Bürstenbereich von einem Wärmetauscher in Form von die Oberfläche vergrößernden Mitteln oder von einem mit Kühlmittel durchströmbaren Wärmetauscher umgeben. Dadurch wird einerseits Wärme in die Umgebung abgegeben - wie immer die genutzt werden würde. Andrerseits wäre eine unterstützte Trift der schwebenden Partikel im Kollektor durch Thermophorese gegeben, sofern die Innenwand über die Bürstenrotation gereinigt würde.
Die Lage mit der Reinigung des Kollektors kann durch periodisches o- der kontinuierliches Reinigen ohne Ausbau oder öffnen des Kollektors verbessert werden. Die Verbesserung betrifft den Kollektor eines e-
lektrostatischen Abscheiders, in dem eine Bürste im Kollektorrohr o- der -kanal eingebaut ist. Die Bürste kann periodisch oder kontinuierlich betrieben werden. Die Bürste ist aus elektrisch leitenden, im Wesentlichen aus Stahldrähten gefertigt. Der Gebrauch der Bürste lässt die Verstärkung des Vorgangs der Partikelabscheidung bei gleichzeitiger Reinigung des Kollektorrohrs, -kanals mit der Bürste und das Abscheiden auf ihr selbst zu. Das schlägt sich konstruktiv in einer Verringerung der Baugröße der Kollektorstufe nieder, ohne die Abscheideeffizienz zu mindern.
Der Vorgang der Partikelabscheidung kann durch die Ausnutzung der gasdynamischen, elektrostatischen und thermophoretischen Verfahren der Gasreinigung in dem Kollektorrohr/-kanal verbessert werden. Die Reinigung der inneren Oberfläche des Kollektorrohrs verstärkt den Wärmeübergang und die thermophoretische Abscheidung der Partikel im Kollektor.
Die innere Oberfläche des Kollektorkanals oder die Oberfläche der Bürste oder beides, des Kollektorkanals und der Bürste kann aus e- lektrisch leitendem Material mit katalytischer Beschichtung hergestellt sein, was die gasförmige Emission von brennenden Anteilen beim Durchgang durch den Kollektor mindert. Bei der Auswahl und Auslegung der Materialien für den elektrostatischen Abscheider sind von vorne herein Randwerte, wie Rauchgastemperatur, chemische Reaktionslosig- keit bzw. Reaktionsträgheit und mechanische Festigkeit über den zu berücksichtigenden Temperaturbereich hinweg, zu respektieren.
Anhand der Zeichnung werden verschieden Strukturen der Einrichtung zur Reinigung von Rauchgas mit einem zur Ausbildung von Raumladung geeigneten elektrostatischen Abscheider erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Figur Ia eine erste Abscheiderstruktur mit stehender Kollektorstufe und manuell angetrieben;
Figur Ib eine erste Abscheiderstruktur mit stehender Kollektorstufe und mit Motor axial angetrieben;
Figur 2a einen Abscheider mit stehender Kollektorstufe, senkrecht zur
Achse manuell angetrieben;
Figur 2b einen Abscheider stehender Kollektorstufe, senkrecht zur
Achse per Motor angetrieben;
Figur 3a einen Abscheider mit stehender Kollektorstufe und Zugang am Boden, manuell angetrieben;
Figur 3b einen Abscheider mit stehender Kollektorstufe und Zugang am Boden, axial per Motor angetrieben;
Figur 4a einen Abscheider mit liegender Kollektorstufe, manuell angetrieben;
Figur 4b einen Abscheider mit liegender Kollektorstufe, axial per Motor angetrieben;
Figur 5 einen umkleideten Abscheider mit senkrecht stehender Kollektorstufe;
Figur 6 einen Abscheider mit senkrecht stehender Kollektorstufe und wärmetauschender Ummantelung;
Figur Ia einen Abscheider mit koaxialer, stehender Kollektorstufe; Figur 7b einen Abscheider mit koaxialer, stehender Kollektorstufe und wärmetauschender Ummantelung;
Figur 8a einen Abscheider mit koaxialer, stehender Kollektorstufe aus mehreren Kollektoren;
Figur 8b einen Abscheider mit koaxialer, stehender Kollektorstufe aus mehreren Kollektoren und wärmetauschender Ummantelung; Figur 9a die Partikelanzahlkonzentration gasstromabwärts ohne Partikelladung;
Figur 9b die Partikelanzahlkonzentration gasstromabwärts mit Partikelladung.
Figur Ia zeigt die Einrichtung des elektrostatischen Abscheiders mit Raumladung. Der Abscheider besteht aus dem hier waagrecht liegenden Ionisierungsstufe 1 und der gasstromabwärts anschließenden, senkrecht stehenden Kollektorstufe 2. Die Ionisierungsstufe 1 ist nicht Erfindungsgegenstand, aber als ein zentraler Bestandteil des elektrostatischen Abscheiders in seiner Kontur angedeutet. In ihm wird das links unten im Bild durch den Rauchgaseinlass 3 eintretende, durch einen Pfeil angedeutete Roh- oder Rauchgas eingeströmt und die Partikel darin in einer Koronaentladung aufgeladen. Die Kollektorstufe 2 besteht hier aus dem einen senkrecht stehenden Kollektorrohr 8, in dem die sich um den Stab oder das Rohr 6 wie ein senkrecht gewundenes
Band windende Bürste 5 koaxial zur Achse des Kollektorrohrs 8 lagert.
Die Bürste 5 ist herstellungstechnisch etwa ein Büstenband und wird mit seiner Bürstenwurzel auf der Mantelflache des Stabes oder des Rohrs 6 wendeiförmig mit hier beispielsweise 3,5 Windungen verankert. Die Bürstendrähte 7 sind hier aus Metall, vorzugsweise aus thermisch belastbarem Edelstahl, deren freie Enden die innere Kollektorwand im Einbau über die ganze Wendel stets bürstend berühren. Sie sind aus mindestens bis 500 0 C wärmebeständigen, für den Prozess inerten Stahldraht. Das Lupenbild in Figur Ia zeigt die Situation vergrößert. Das Querschnittsbild der Bürste öffnet sich radial nach außen zur Innenwand des Kollektors v-förmig. Für technische Anwendungen gibt es solche wendeiförmigen Bürsten von spezialisierten Industriebürstenherstellern. An der oberen Stirn des Stabes oder des Rohrs 6, der durch die Stirnabdeckung 12 gelagert aus dem Kollektorrohr 8 ragt, ist ein Handgriff 10 angebracht, über den die Bürste 5 drehbar ist. In Figur Ib sitzt auf der Stirnabdeckung 12 der in Kontur angedeutete Motor 11. Oben, aus der Mantelwand heraus ragt der Flansch 4 für den Reingasaustritt .
Zur Reinigung der Bürste 5 sitzt starr und parallel zur Achse des Kollektorrohrs 8 auf der Innenwand des Kollektorrohrs 8 die Schiene 13, die schmalseitig oder kantig radial zur Achse gerichtet ist. Die Schiene 13 kann ein hochkant stehendes Bandmaterial mit rechteckigem Querschnitt oder ein spitzes Rohrprofil mit dreieckigem Querschnitt oder ein v-förmiger Winkel sein. Die Schiene 13 steht vorzugsweise höchstens mit 0,2-fachem lichtem Innendurchmesser des Kollektorrohrs 8 zur Achse gerichtet. Die Schiene 13 reicht mindestens über die gesamte axiale Länge der Bürste 5, so dass die Reinigungswirkung bei Drüberstreifen bei einer Volldrehung der Bürste 5 über die gesamte Bürstenwendel geht. Zweckmäßigerweise wird hier die Bürste 5 so gedreht, dass die an der Innenwand abgebürsteten Partikel nach unten gebürstet werden und schließlich in die an tiefster Kollektorstelle sitzende Auffangwanne 9 fallen. Das gleiche gilt für die auf der Bürste 5 bzw. auf den Bürstendrähten 7 abgelagerten Partikel.
In Figur Ia und Ib wird die Bürste 5 axial angetrieben. Gaseintritt und Gasaustritt erfolgen mantelwandseitig an der Kollektorstufe 2. In
den Figuren 2a und 2b wird die Bürste 5 über ein Winkelgelenk rechtwinkelig durch die Wand des Kollektorrohrs 8 hindurch gedreht. Hier kann deshalb der Gasaustritt aus der Kollektorstufe 2 stirnseitig erfolgen, wie der Pfeil oben andeutet.
Figuren 3a und 3b zeigen Struktur des Abscheiders mit horizontal liegender Ionisierungsstufe 1, der unten an der Kollektorstufe 2 mantel- wandseitig anflanscht. Die Kollektorstufe 2 aus dem hier einen Kollektorrohr 8 steht senkrecht. Die Bürste 5 wird durch die Stirnseite am Boden hindurch über den Handgriff 10 per Hand oder über den Motor 11 gedreht. über die verschließbare Zugangsklapppe 15 ist das Kollektorrohr 8 zugänglich, und die abgelagerte Partikelanhäufung ist ausräumbar.
Der nach den Figuren 4a und 4b vorgeschlagene Abscheider hat die axiale Baustruktur von Ionisierungsstufe 1 und Kollektorstufe 2 mit einem Kollektorrohr 8. Beide liegen jetzt horizontal, die Kollektorstufe gasstromabwärts zur Ionisierungsstufe. Die Auffangwanne 9 für die abgeschiedenen und über die Bürste 5 heran gebürsteten Partikel sitzt hier in einer zugänglichen Vertiefung 16 der Wand im Kollektorrohr 8. Die Schiene 13 zur Reinigung der Bürste 5 beim daran Vorbeidrehen ihre Bürstendrähte 7 sitzt jetzt über die Länge der Bürste 5, durch den Stab oder das Rohr 6 verdeckt, auf der Innenwand des Kollektorrohrs 8. Rauchgaseintritt und Reingasaustritt sind jeweils durch die beiden Pfeile angedeutet.
In Figur 5 ist die Einrichtung zur Rauchgasreinigung, der elektrostatische Abscheider aus zueinander rechtwinkeliger Anordnung von Ionisierungsstufe 1 und einrohriger Kollektorstufe 2, von einem Gehäuse 17 bis auf Rauchgaseintritt und Reingasaustritt völlig umgeben.
In Figur 6 ist der elektrostatische Abscheider aus der Ionisierungsstufe 1 und der dazu rechtwinkeligen einrohrigen Kollektorstufe 2 im Bereich der Bürste 5 von einem kühlmitteldurchströmbaren Wärmetauscher 18 ummantelt. Hierzu besitzt der Wärmetauscher 18 den Kühlmitteleingang 19 und den Kühlmittelausgang 20. Sonst ist die Struktur entsprechend den vorangegangenen Vorschlägen. Mit dem Wärmetauscher
18 im Bereich der Bürste 5 wird die Wirkung des trockenelektrostatischen Abscheiders bei Kühlmitteldurchströmung durch die Thermophorese verstärkt. Der Temperaturgradient vom Zentrum zur Wand hin bewirkt diese Trift durch ständige Unterdruckbildung. Es gibt die drei Triftmechanismen: der gasdynamische, der elektrostatische und der ther- mophoretische, wobei der elektrostatische sich in zwei Triftmechanismen aufspaltet, nämlich Attraktion eines einzelnen geladenen Partikels auf die Oberfläche mit Bezugspotential und Attraktion der Raumpartikel aus der Raumladungswolke zur Oberfläche mit Bezugspotential hin. Um die Trift durch Thermophorese jedoch deutlich aufrecht zu erhalten, muss die Innenwand des Kollektorrohrs 8 während des Betriebs mindestens in angemessenen Intervallen oder ständig durch die Bürste 5 abgebürstet werden, damit sich keine Wärmeisolationsschicht durch verbleibende Partikelablagerung aufbauen kann.
Geeignete Wärmetauscher mit Zwangskühlung sind aus der Kühler- /Wärmetauschertechnologie bekannt. An Stelle des zwangsgekühlten Wärmetauschers kann dort lediglich eine Oberflächenvergrößerung durch Kühlrippen beispielsweise - und damit eine natürliche Kühlung - genau so die Thermophorese provozieren.
In Figur 7a ist ein koaxialer und konzentrischer Aufbau des elektrostatischen Abscheiders dargestellt. Die Ionisierungsstufe 1 sitzt koaxial in der Kollektorstufe 2. Der Rauchgaseintritt von oben aus der Kammer 23 in die Ionisierungsstufe 1 geht durch die stirnseitig sitzende Lochscheibe hindurch. Die Kammer 23 ist eine abdeckende Verlängerung des äußeren Kollektorrohrs 8. Der Rauchgaseintritt 3 in die Kammer 23 ist hier mantelwandseitig gezeichnet. Auf der oberen Stirnwand der Kammer 23 sitzt zentral der Motor 11, dessen Antriebsachse in der Lochscheibe zur Ionisierungsstufe 1 endet, an der die Wand der Ionisierungsstufe 1 drehbar fest sitzt. Technische Details zu der Ionisierungsstufe 1, wie Hochspannungselektrodenmontage und Hochspannungsanschlüsse sind nicht eingetragen, da das hier nicht unmittelbar die Erfindung tangiert. Die auf Bezugspotential sitzende, umgebende Wand der Ionisierungsstufe 1 bildet hier gleichzeitig gewissermaßen das Rohr 6, auf dem an der äußeren Wand die wendeiförmige Bürste 5 sitzt, die die Innenwand des Kollektorrohrs 8 über ihren Längsbereich
hinweg bei Drehung bürstet. Damit, wie eingezeichnet, die Gasströmung in angedeuteter Weise erzwungen wird, ist das Kollektorrohr 8 stirnseitig zur Kammer 23 hin über eine Ringscheibe gleitdichtend zum Rohr der Ionisierungsstufe 1 hin abgedeckt. Der an diesem Rohr oben sitzende O-Ring deutet das an. Kurz unterhalb der oberen Stirn des Kollektorrohrs 8 sitzt der Reingasaustritt 4 aus der Kollektorstufe 2. Der Rauchgasstrom strömt in die Kammer 23 ein, tritt in die nur als Kontur angedeuteten Ionisierungsstufe 1 ein und strömt darin nach unten, wobei die Rauchgaspartikel in der dort bestehenden Koronaentladung elektrisch geladen werden. Der Rauchgasstrom mit elektrisch geladenen Partikeln tritt unten aus der Ionisierungsstufe 1 aus, streift die Auffangwanne 9, legt erste Partikel darin ab, fächert sich kontinuierlich trichterförmig auf und strömt in die Kollektorstufe 2 entgegen gesetzt nach oben. In der Kollektorstufe 2 gehen die weiteren Triften, gasdynamische, elektrische und thermophoretische, auf die Innenwand und die wendeiförmige Bürste 5 mit elektrischer Neutralisierung vor sich. Abfallende und abgebürstete Partikel fallen in die Auffangwanne 9 und werden dort gesammelt. Die Schiene 13, die die drehende Bürste 5 reinigt, ist hier nicht mehr hervorgehoben, ist aber auch in dieser Version Bestandteil. Figur 7b zeigt die selbe Situation wir in Figur 7a, den Abscheider betreffend, jedoch ummantelt der zwangsgekühlte Wärmetauscher 18 mit seinem Kühlmitteleinlass 19 und seinem Kühlmittelauslass 20 den Kollektor 2.
Figur 8a und 8b zeigen die von der Kollektorstufe 2 aus mehreren Kollektorrohren 8, in den beiden Figuren sechs beispielsweise, koaxial umgebene Ionisierungsstufe 1, die zentral und achsparallel zu den sechs Kollektorrohren 8 sitzt. Das zu reinigende Rauchgas mit seinen elektrisch noch neutralen Partikeln tritt von oben in die Ionisierungsstufe 1 ein und strömt darin nach unten, dabei werden die Partikel des Rauchgasstroms in der dort bestehenden Koronaentladung elektrisch geladen. Unten tritt der Rauchgasstrom mit seinen elektrisch geladenen Partikeln aus, streift die Auffangwanne 9, in die ein Teil Partikel abgeschieden und elektrisch neutralisiert wird. Der Rauchgastrom kehrt nach dem Durchgang durch die Ionisierungsstufe 1 seine Richtung zwangsweise entgegen gesetzt um und fächert sich in diskrete Ströme durch die sechs Kollektorrohre 8 auf. Aus den Kollektorrohren
8 strömt die sechs Reingasströme in der abdeckenden, ringförmigen
Kammer 21 wieder zusammen und treten als ein Reingasstrom am Flansch 4 aus. Die Bürsten 5 in den einzelnen Kollektorrohren 8 werden über je den Motor 11 angetrieben. In Figur 8b kann wegen des ummantelnden, zwangsgekühlten Wärmetauschers 18 mit seinem Kühlmitteleingang 19 und seinem Kühlmittelausgang 20 die thermophoretische Trift provoziert werden. In beiden Figuren 8a und 8b sind die wendeiförmigen Bürsten nur noch das Bezugszeichen 5 angedeutet. Zu beiden Axialschnitten steht jeweils rechts dazu der Querschnitt durch die Kollektorstufe 2 und Ionisierungsstufe 1.
Die wendeiförmige Bürste 5 ist aus elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise Metall- bzw. Stahldrähten hergestellt. Die Bürste 5 kann auch aus halbleitendem Material hergestellt sein. Die Bürstendrähte können mit unterschiedlich katalytischen Materialien beschichtet sein. Die wendeiförmige Bürste 5 ist wegen des Bürstens an der Innenwand des Kollektorrohrs 8 und wegen des Reinigens beim Streifen der mindestens einen Schiene 13 an der Innenwand des Kollektorrohrs 8 sowie der doch hohen Rauchgastemperatur, bis etwa 500° C für einen Langzeitbetrieb ausgelegt.
Ein elektrostatischer Abscheider mit der Struktur gemäß Figur 3a wurde gebaut, aufgestellt und experimentell untersucht. Das Rauchgas von einem Haushaltsholzofen wurde mit einer Temperatur von 250 - 32O 0 C in den Ionisierer eingeleitet. Zur elektrischen Partikelladung wurde eine negative Gleichspannung von 14 - 20 kV an die Hochspannungselektroden angelegt. Die Koronaentladung zur Partikelladung benötigte je nach Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur einen Koronastrom von 0,3 bis 0,6 mA. Im Kollektorrohr 8 mit 120 mm lichtem Durchmesser war eine wendeiförmige Drahtbürste 5 eingebaut. Das Kollektorrohr war 600 mm lang.
Gravimetrische Messungen gemäß VDI 2066 wurden durchgeführt. Der Messungspunkt lag etwa 1 m gasstromabwärts des Abscheiders. Die Partikel-Massen-Konzentration im Rauchgas lag zwischen 50 und 110 mg/Nm 3 . (Die Dimension mg/Nm 3 heißt hier: Milligramm pro Normkubikmeter und meint mit Norm bei 0 0 C und 1 Atm Luftdruck.) Der Trenngrad oder auch
Abscheidegrad des Abscheiders lag zwischen 60 und 80% bei einer Gasgeschwindigkeit von 0,5 bis 0,7 m/s im Kollektorrohr. Damit wurde im Vergleich mit bekannten Abscheidereinrichtungen die hervorragende e- lektrostatische Abscheidung bei reduzierter Kollektorrohrslänge aufgrund der eingebauten drehbaren Bürste bestätigt. Die Messungen der Partikel-Anzahl-Konzentration im Gasstrom zeigen nach Figur 9, dass der elektrostatische Abscheider mit wendeiförmiger Bürste im Kollektorrohr 8 die deutliche Abnahme der Partikel-Anzahl-Konzentration im Gasstrom bewirkt. Bei abgeschaltetem Abscheider war die Konzentration der Partikel im gasstromabwärts des Abscheiders zwischen (1 - 3,5)*10 7 #/cm3 (siehe Figur 9a) . Bei dazugeschalteten Abscheider war die Partikel-Anzahl-Konzentration (1 - 3)*10 5 t/cm 3 (siehe Figur 9b) . Die Reinigung des Kollektorrohrs mit der wendeiförmigen Bürste 5 verstärkt die Abscheidereffizienz des raumladungsbehafteten Abscheiders. Wurde das Kollektorrohr 8 mit der wendeiförmigen Bürste 5 durch Drehung gebürstet, verringerte sich die Partikel-Anzahl-Konzentration in der Reingasströmung von 3,3*10 5 t/cra 3 auf l,2*10 5 i/cm 3 .
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