In einem elektrostatischen Staubabscheider üblicher Bauart, oft auch kurz Elektrofilter genannt, wird das zu reinigenden, staubbeladene Gas durch die vielen parallelen Gassen eines Filtergehäuses geleitet. Die hintereinander an- geordneten Niederschlagselektroden können lineare Abmessungen bis etwa 15 m und mehr erreichen. Längsmittig zwischen den Niederschlagselektroden sind die Emmissionselektroden angeordnet, welche Elektronen emittieren.

Während die Niederschlagselektroden von bekannten Staubabscheidern an der Masse liegen, bzw. geerdet sind, liegen die Emmissionselektroden an hoher negativer Gleichspannung, welche üblicherweise im Bereich von 30 bis 100 kV liegt, aber diesen Wert auch überschreiten kann. Zwischen den beiden Elektro- den entsteht ein elektrisches Kraftfeld. Die elektrische Kraftkonzentration an der Emmissionselektrode muss gross genug sein, um eine Glimm-oder Korona- rentladung zu erzeugen, welches sich als starkes, bläuliches Aufleuchten be- merkbar macht. Die austretenden Elektronen ionisieren die Luft und andere, die Atmosphäre bildende Gase. Die bei der lonisierung entstehenden negativen und positiven lonen wandern zu den Elektroden entgegengesetzter Polarität.

Die wandernden lonen ihrerseits stossen mit den im Gasstrom suspendierten Staubteilchen zusammen, haften an ihnen und verleihen dadurch eine elektri- sche Ladung. Unter Einwirkung des elektrischen Feldes werden auch die gela- denen Staubpartikel von den Elektroden der entgegengesetzten Polarität ange- zogen. Die Staubpartikel werden wegen den Elektronen emittierenden Emmis- sionselektroden in überwiegender Mehrheit negativ geladen. Sie scheiden sich an den positiven Niederschlagselektroden ab. Nur ein bis drei Prozent der Staubpartikel werden positiv geladen und scheiden sich an den Emmissionse- lektroden mit negativem Potenzial ab.

Die Staubpartikel geben jedoch nicht alle ihre Ladung sofort an die betreffende Elektrode ab, sondern bilden, auch infolge von Adhäsions-und Kohäsionskräf- ten, locker zusammenhängende Feststoffschichten, insbesondere auf den Nie- derschlagselektroden.

Wenn die Staubschicht eine Dicke von 0,5 bis 2 cm erreicht hat, muss diese von der Elektrode abgelöst werden. Diese periodische Reinigung erfolgt bei Trockenfiltern durch Klopf-und Rüttelvorrichtungen, bei Nassfiltern durch Waschvorrichtungen. In der Praxis wird z. B. ein-bis achtmal pro Stunde ge- klopft, indem eine Welle mit Purzelhämmern gedreht wird.

Für den Wirkungsgrad von Elektrofiltern sind die durchströmende Gasmenge, die physikalische Beschaffenheit des Trägergases, dessen Feuchtigkeit und Temperatur, der elektrische Widerstand und das Verhalten des Staubes im elektrischen Feld von wesentlicher Bedeutung. Schliesslich sind auch die che- mische und die Kornzusammensetzung des Staubes, die Charakteristik des wirksamen elektrischen Feldes, die Gasgeschwindigkeit, das Wiederaufwirbeln des Staubes beim Klopfen, die Gaszusammensetzung, der Strom und der Spannungsverlauf für die Wandergeschwindigkeit der elektrisch geladenen Teilchen mitbestimmend.

In der WO, A1 90/07382 wird ein Staubabscheider beschrieben, welcher zwei funktionelle Elemente enthält, Sprühelektroden und Filterschläuche. Es handelt sich um einen verbesserten Schlauchfilter mit an den Schläuchen angebrachten Fasern, welche durch die Sprühelektroden ionisiert werden, wobei die Filter- schläuche wenigstens eine Öffnung zur Entladung der durch das Filtermaterial strömenden Gase haben. Weiter sind die Filterschläuche mit stützendem Mate- rial versehen. Die Sprühelektroden können inner-und/oder ausserhalb der Fil- terschläuche angeordnet sein.

Vor wenigen Jahren wurden Hybridfilter, eine Kombination von Elektrofiltern mit Gewebefiltern bekannt. Dabei steht die Nutzung von Synergien, die sich zwischen elektrischer und filternder Abscheidung ergeben können, im Vorder- grund. Vorerst wurden Hybridfilter bekannt, bei welchen die Elektrofilter und die Gewebefilter in Strömungsrichtung des Gases räumlich getrennt sind. Nach der WO, A1 99/10103 kann ein Hybridfilter eingesetzt werden, ohne dass eine räumliche Trennung der beiden Filtertypen im erwähnten Sinne erfolgt. Im Grundsatz wird jede zweite Niederschlagselektrode durch eine Reihe von im Querschnitt kreisförmigen Filterschläuchen ersetzt. Dieser aktuelle Stand der Technik wird in den Fig. 1 und 2 dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen elektrostatischen Staubabscheider 10 mit integrierten Filter- schläuchen 12, welche alternierend eine plattenförmige Niederschlagselektrode 14 ersetzen. Benachbart zu den beiden Niederschlagselektroden 14 sind parallel zu deren Ebene Emmissionselektroden 16 angeordnet.

Ein durch Pfeile charakterisierter, mit Staub beladener Gasstrom 20, das Roh- gas, tritt seitlich in den elektrostatischen Staubabscheider 10 ein. Mehr als 90 % des Staubes werden dank des eingangs beschriebenen lonisierungsprozesses an den Niederschlagselektroden 14 abgeschieden. Durch entsprechende bauli- che Massnahmen wird das teilentstaubte Rohgas gezwungen, den elektrostati- schen Staubabscheider 10 durch die Filterschläuche 12 als Reingas 26 (Fig. 3) mit ausserordentlich niedrigem Staubanteil zu verlassen.

Aus Fig. 2 können noch einige Details des aus der erwähnten WO, A1 99/10103 entnommen werden. Die Emmissionselektroden 16 sind gegenüber dem Ge- häuse 18 des elektrostatischen Staubabscheiders 10 (Fig. 1) isoliert und am negativen Pol einer nicht dargestellten Hochspannungs-Erzeugungsanlage angeschlossen. Der positive Pol der Hochspannungs-Erzeugungsanlage ist mit der Masse 24 verbunden. Die plattenförmigen Niederschlagselektroden 14 und die Filterschläuche 12 sind mit dem Filtergehäuse (18) verbunden. Die Staub- partikel des Rohgasstroms 20 werden grösstenteils in Richtung der Nieder- schlagselektroden 14 abgelenkt und bilden auf diesem eine Staubschicht 22, welche durch regelmässiges Klopfen entfernt wird. Nur eine verhältnismässig geringe Zahl von Staubpartikeln wird in Richtung der Filterschläuche 12 abge- lenkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Staubabscheider der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine Leistungssteigerung pro Volumenein- heit erlaubt und damit wirtschaftlicher arbeitet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Niederschlags- elektroden gegenüber dem Filtergehäuse elektrisch isoliert und mit dem positi- ven Pol der Hochspannungs-Erzeugungsanlage verbunden sind, der negative Pol der Hochspannungs-Erzeugungsanlage mit dem die Masse bildenden Fil- tergehäuse verbunden ist, und die Emmissionselektroden mit den Sprühspitzen, wie auch die in deren unmittelbarer Nähe angebrachten Filterschläuche elek- trisch leitend mit dem Filtergehäuse verbunden sind. Spezielle und weiterbil- dende Ausführungsformen der Vorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.

Dank des gleichen elektrischen Potenzials der Emmissionselektroden und der Filterschläuche entfällt der tote Raum, in dem Staub ohne Vorionisierung zu den Filterschläuchen gelangen kann. Der Abstand der Emmissionselektroden zu den Filterschläuchen kann derart kleiner gehalten werden.

Zweckmässig ist der Abstand der Emmissionselektroden bzw. der Sprühspitzen von der zugeordneten Niederschlagselektrode wenigstens doppelt so gross wie der Abstand der Emmissionselektroden vom nächsten Filterschlauch. Vorzugs- weise ist dieser Abstand Emmissionselektrode bzw. Sprühspitzen von der Nie- derschlagselektrode drei-bis zehnmal grösser als der Abstand der Emmis- sionselektrode vom nächstgelegenen Filterschlauch.

Nach einer ersten Variante werden die erwähnten Abstandsverhältnisse reali- siert, indem die parallel zur Niederschlagselektrode in Reihe angeordneten Fil- terschläuche alternierend kleinere und grössere Abstände haben, mit anderen Worten die Filterschläuche paarweise gruppiert sind. So können die Emmis- sionselektroden mit Sprühspitzen wenigstens in Richtung der zugeordneten Niederschlagselektrode in der durch die grösseren Abstände der Filterschläu- che gebildeten Lücke angeordnet sein. Der Abstand der in der Praxis beidseits der Längsmittelebene der Filterschläuche liegenden Emmissionselektroden entspricht zweckmässig etwa dem Radius der Filterschläuche, kann jedoch auch verhältnismässig geringfügig grösser oder kleiner sein.

Nach einer anderen, besonders vorteilhaften Variante haben die Filterschläuche einen inneren Stützkorb aus auch bei Arbeitstemperaturen mechanisch festen Werkstoff, beispielsweise aus einem mechanisch festen Kunststoff oder einem leicht bearbeitbaren Metall. Der innere Korb hat eine reine Stützfunktion, keine elektrische. Metallische innere Filterkörbe sind im Arbeitseinsatz direkt mit der Masse verbunden und/oder mit einem Metalldraht oder-band mit der betreffen- den Sprühelektrode verbunden.

Ausserhalb des Filterschlauchs ist in Abstand eine als äusserer Korb mit nach aussen gerichteten Sprühspitzen ausgebildete gasdurchlässige Emmission- elektrode aus einem metallischen Werkstoff angeordnet, welche mit dem die Masse bildendem Filtergehäuse verbunden ist.

Die Sprühspitzen sind regelmässig über den ganzen Umfang der korbförmigen

Emmissionselektrode verteilt oder in Richtung der zugeordneten Nieder- schlagsplatten konzentriert angeordnet.

Vorzugsweise sind die Sprühspitzen und der Filterschlauch 20-70 mm, insbe- sondere etwa 30-50 mm von einander entfernt.

Für die Filterschläuche können normale Filtermedien eingesetzt werden, bevor- zugt ist jedoch antistatisches Material mit Membrane. Die Filterschläuche sind vollständig vom elektrischen Feld getrennt. Obwohl im Normalfall vom inneren Korb gestützt, können die Filterschläuche auch auf einer speziell für diesen Zweck konzipierten Innenseite eines die Emmissionselektrode bildenden äusse- ren Filterkorbes aufgehängt werden.

Im Normalfall sind die Filterschläuche bezüglich ihres Querschnitts kreisförmig ausgebildet. Der Querschnitt kann jedoch jede beliebige, in der Praxis hand- habbare Form annehmen, beispielsweise quadratisch, elliptisch, rechteckig, langrechteckig oder langrechteckig mit halbkreisförmig ausgebildeten Schmal- seiten. Der innere und der äussere Korb sind entsprechend angepasst ausge- bildet.

Der als Emmissionselektrode ausgebildete äussere Filterkorb und der gestützte Filterschlauch können als Einbaumodul konzipiert sein. Mit anderen Worten kann die Erstmontage erfolgen, indem die äussere Korbelektrode mit den Sprühspitzen zusammen mit Schlauch und Innenkorb als vormontiertes Modul eingebaut wird. Beim Auswechseln eines Filterschlauches wird das ganze Modul ausgewechselt, das eigentliche Ersetzen des Filterschlauchs erfolgt in der Werkstatt.

Nach einer Variante kann vorerst der Aussenkorb mit den Sprühspitzen, dann der Schlauch und zuletzt der Innenkorb, also der Stützkorb für den Filter- schlauch, montiert werden. Bei einem Schlauchwechsel wird die äussere Korbelektrode mit den Sprühspitzen in der Filteranlage belassen. Während dem

Einführen des neuen Filterschlauches ist die äussere Korbelektrode eine ge- naue Führung zum unteren Stabilisiersystem, der Wechsel kann komplett von oben gemacht werden.

Im Übrigen können die Hybridfilter wie bisherige Elektrofilter betrieben werden.

Die Hauptmenge des Staubes, 95 % oder mehr, scheidet sich weiterhin an den nun gegenüber dem Filtergehäuse elektrisch isolierten Niederschlagselektroden ab. Nachdem die Staubschicht eine vorausbestimmte Schichtdicke erreicht hat, werden die Niederschlagselektroden mit einem Klopfmechanismus üblicher Bauart erschüttert, die Staubschicht fällt hinunter.

Das so vorgereinigte Abgas kann ausschliesslich durch die Filterschläuche aus der Filterkammer austreten und als Reingas abfliessen. Von Zeit zu Zeit werden auch die Filterschläuche gereinigt, indem Druckluft von innen nach aussen durch das Filtermedium geblasen wird. Durch diese Abreinigung erfährt der auf der Schlauchoberfläche haftende Staub eine Beschleunigung in Richtung des elektrischen Feldes. Er wird an den Emmissionselektroden vorbei in das elektri- sche Feld transportiert und an den Niederschlagselektroden wie in einem klas- sischen Elektrofilter abgeschieden.

Für die Filterschläuche wird Gewebematerial benötigt, das die Synergien zwi- schen elektrischer und Gewebefilter-abscheidung bestmöglich nutzt. An das Gewebefiltermedium wird der Anspruch gestellt, einerseits den erhöhten Fein- staubanteil zu filtrieren, der nach der Vorabscheidung vermehrt im Gasstrom noch enthalten ist und andererseits dem anhaftenden Staub einen möglichst optimalen Impuls bei der Abreinigung ins elektrische Feld zu geben.

Zusammengefasst hat die vorliegende Erfindung die folgenden wesentlichen Vorteile : - Der Abstand der Emmissionselektroden bzw. Sprühspitzen zu den Filter- schläuchen kann wesentlich kleiner als üblich gehalten werden, dadurch

können auch die Filtergehäuse bis 50% kleiner gebaut werden.

- Dank der geringeren zu den Schlauchfiltern gelangenden Staubmenge ist eine höhere Schlauchbelastung möglich.

- Das an einen Filterschlauch abgeschiedene staubförmige Material wird bei der Abreinigung zurück in das elektrische Feld transportiert und wie beim Elektrofilter abgeschieden. Das erlaubt gegenüber normalen Filterschläu- chen eine höhere Schlauchbelastung.

-Das gleiche elektrische Potenzial für die Emmissionselektroden und die Innenkörbe der Filterschläuche ermöglicht, dass beide unten, mit dem glei- chen System, aneinander und am Filtergehäuse fixiert werden.

Hauptanwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung sind die Zementindustrie und Verbrennungsanlagen, wie Kohlekraftwerke, Müllheizkraftwerke, usw.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei- spielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Ansprüchen sind, näher er- läutert. Es zeigen schematisch : - Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Hybridfilters, - Fig. 4 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht gemäss Fig. 3, - Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Emmissionselektrode, - Fig. 6 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Filter- moduls mit Emmissionselektrode und Filterschlauch, - Fig. 7 einen Aufriss eines Elektrodensystems, - Fig. 8 einen Grundriss gemäss Fig. 7, - Fig. 9 einen Querschnitt durch einen Filterschlauch, - Fig. 10 eine Variante gemäss Fig. 9, - Fig. 11 eine Draufsicht auf Emmissionselektroden mit Elektrodenplatten, und - Fig. 12 eine Variante von Fig. 11.

Von einem elektrostatischen Staubabscheider 10 mit nicht sichtbaren Filter- schläuchen ist im wesentlichen lediglich das Gehäuse 18 sichtbar. Der bela- dene Gasstrom 20 tritt auf etwa halber Höhe in den Filter ein und verlässt die- sen als Reingasstrom 26.

Eine Gaseintrittsöffnung 28 hat einen kegelstumpfförmigen Aufsatz 29, das Reingas 26 verlässt den Filter über einen quaderförmig ausgebildeten Gasaus- trittsstutzen 30. Unterhalb des im wesentlichen kubusförmigen Gehäuses 18 ist ein Staubsammeltrichter 32 ausgebildet.

Im oberen Bereich des Gehäuses 18 ist ein Druckluftrohr 34 montiert, von wel- chem mehrere Druckleitungen 36 abzweigen. Diese dienen der Abreinigung der Filterschläuche 12 durch Druckluftstösse, auch Pulsjet genannt. Jede Drucklei- tung 36 führt zu einer Reihe von Filterschläuchen. Dies ist besser in Fig. 4 er- kennbar, oberhalb jeder Öffnung 40 der Filterschläuche 12 ist eine Druckluft- düse 38 ausgebildet.

Die Filterschläuche 12 sind von einem später im Detail dargestellten Filterkorb umgeben, welcher die Emmissionselektrode 16 bildet. Die Filterschläuche 12 selbst sind von einem Innenkorb, welcher ebenfalls später im Detail dargestellt ist, abgestützt.

Die Emmissionselektroden 16 sind in einem Lochboden 42 aufgehängt. Ab einer gewissen Grösse ist es vorteilhaft, die Emmissionselektroden 16 im unte- ren Teil ebenfalls zu fixieren und durch einen Stabilisierungsrahmen mit dem Gehäuse 18 mechanisch und elektrisch zu verbinden.

Für den Aufbau eines elektrischen Feldes sind die Niederschlagselektroden 14 gegenüber dem Gehäuse 18 elektrisch isoliert und mit dem positiven Anschluss einer nicht dargestellten Hochspannungs-Erzeugungsanlage verbunden. Dazu werden die Niederschlagselektroden 14 über einen Rahmen 46 an Tragisolato- ren 44 aufgehängt, genauer gesagt muss vor und nach dem Feld ein Rahmen

46 an je zwei Tragisolatoren 44 aufgehängt werden. Auf dem oberen Querträ- ger 48 des Rahmens 46 liegen die Plattentrageisen 50 auf, von welchen zwei fest mit dem Querträger 48 verbunden sind und eine mechanische Verbindung zum anderen Rahmen 46 bilden. Dabei muss zum Lochboden 42 ein Span- nungsabstand eingehalten werden, beispielsweise 150 mm. Die plattenförmigen Niederschlagselektroden 14 werden wie üblich mit Bolzen in den Trageisen 50 eingehängt.

Der Lochboden 42 trennt den Rohgas-vom Reingasbereich. Die Filterschläu- che 12 müssen deshalb an den Öffnungen 40 gasdicht aufgehängt sein, damit ein Schlupf verunmöglicht wird.

In analoger Weise, wie in Fig. 4 gezeigt, können die korbförmig ausgebildeten Emmissionselektroden 16 mit den Filterschläuchen 12 auch schräg im Filter- gehäuse 18 eingehängt sein. Weiter kann ein Filtergehäuse 18 derart gestaltet sein, dass eine horizontale Führung der Emmissionselektroden 16 und der Filterschläuche 12 möglich ist.

Fig. 5 zeigt eine als metallischen Filterkorb ausgebildete Emmissionselektrode 16. Zwölf Längsdrähte 52 sind in 2-3 cm Abstand innenseitig elektrisch leitend mit einem oberen und einem unteren Ring 54,56 verbunden. Zwischen diesen Ringen ist je nach der Länge der Korbemmissionselektrode 16 wenigstens ein Verstärkungsring 58 angebracht.

An allen Längsdrähten 52 sind in regelmässigen Abständen radial nach aussen weisende Sprühspitzen 60 angebracht.

In Fig. 6 ist wiederum eine als Filterkorb ausgebildete Emmissionselektrode 16 dargestellt, jedoch mit eingesetztem Filterschlauch 12. Dieser teilweise wegge- schnittene Filterschlauch wird von einem inneren Stützkorb 62 in Zylinderman- telform gestützt. Von diesem Stützkorb sind lediglich die Längsstäbe angedeu- tet, die entsprechenden Innenringe sind einfachheitshalber'weggelassen bzw.

nicht sichtbar.

Der Filterkorb und der Stützkorb bilden ein Einbaumodul, welches am Lochbo- den 42 (Fig. 4) gasdicht befestigt werden kann. Das vorgereinigte Rohgas tritt, wie mit einem Pfeil 70 angedeutet, durch das Filtermedium 64 in den Innen- raum 66 des Filterschlauchs 12 und wird dabei von den letzten feinteiligen Staubresten befreit. Über die obere Filteröffnung 68 tritt der Reingasstrom 26 aus dem Filterschlauch 12 aus. Die gasdichte Befestigung des Filterschlauches 12 am Lochboden 42 (Fig. 4) verhindert einen Gasschlupf.

In den Fig. 7 und 8 ist, in Ergänzung von Fig. 4, das Elektrodensystem gezeigt.

Aus Fig. 7 geht deutlich hervor, dass die plattenförmigen Niederschlagselektro- den 14 mit Tragisolatoren 44 aufgehängt sind. Auch im unteren Bereich sind die Niederschlagselektroden 14 gegenüber dem Gehäuse 18 (Fig. 4) isoliert. Die als Filterkorb ausgebildeten Emmissionselektroden 16 dagegen sind ab einer gewissen Länge nicht nur am Lochboden 42 befestigt und dadurch elektrisch mit dem die Masse 24 bildenden Filtergehäuse 18 verbunden, sondern auch im unteren Bereich, was mit 24 symbolisiert ist.

Der Lochboden 42 mit den abgedichtet aufgehängten Filterschläuchen 12 trennt den Innenraum des Hybridfilters in einen Rohgasraum 72 und einen oben lie- genden Reingasraum 74. Der Übertritt vom Rohgasraum 72 in den Reingas- raum 74 kann ausschliesslich über die Filterschläuche 12 erfolgen.

In den Fig. 9 und 10 sind Querschnitte durch Varianten von Filterschläuchen 12 dargestellt. Die geometrischen Querschnittsform, in Fig. 9 quadratisch und in Fig. 10 elliptisch, wird durch den betreffenden Stützkorb 62 festgelegt. Dieser liegt, wie der die Emmissionselektrode 16 bildende Filterkorb bzw. das Filter- medium 64, an der Masse 24. Das Filtermedium 64 besteht zweckmässig aus Gewebematerial, das die Synergien zwischen elektrischer und Gewebefilter- abscheidung bestmöglich nutzt. Es hat einerseits den Feinststaubanteil zu fil- trieren, der beispielsweise nach der Vorabscheidung noch in einem Rauchgas

enthalten ist, und andererseits bei der Abreinigung dem anhaftenden Staub einen möglichst optimalen Impuls ins elektrische Feld zu geben. Hochwertige ePTFE-Membranfilterschläuche (Polytetrafluorethylen) erfüllen diese Forderung problemlos, da sie den Staub auf der Oberfläche abscheiden.

Fig. 11 zeigt eine Variante von in regelmässigen Abständen k von beispiels- weise 200 mm angeordneten Emmissionselektroden 16 mit Filterschläuchen 12. Die Sprühspitzen 60 des Filterkorbes sind lediglich in Richtung der Nieder- schlagselektroden 14 ausgebildet.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel, wie die Emmissionselektroden 16 näher zu den Filter- schläuchen 12 gebracht werden können, ohne dass ein Filterkorb um den Filter- schlauch herum ausgebildet ist. In einer Reihe sind die Filterschläuche 12 alter- nierend mit einem kleineren Abstand k von beispielsweise 200 mm und einem grösseren Abstand g von beispielsweise 240 mm angeordnet. Dank dieser paarweisen Anordnung von Filterschläuchen 12 können die Emmissionselek- troden 16 beidseits in den Zwischenraum zwischen den Filterschläuchen 12 gebracht werden. Die Sprühspitzen 60 der Emmissionselektroden 16 sind nur in Richtung der Niederschlagselektroden 14 ausgebildet.

In beiden Ausführungsformen gemäss Fig. 11 und 12 ist gezeigt, dass der Ab- stand a einer Sprühspitze 60 vom nächsten Filterschlauch 12 wesentlich kleiner ist als der Abstand b einer Sprühspitze 60 zur zugeordneten Niederschlags- elektrode 14.