Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden von Partikeln aus einem Gas mittels eines elektrostatisch arbeitenden Filters.

Elektrostatisch arbeitende Filter der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise aus der EP 0 847 806 B1 bekannt. Sie werden zur elektrostatischen Abscheidung beliebiger Partikel und Tröpfchen aus unterschiedlichen Gasen in vielen verfahrenstechnischen Prozessen eingesetzt, insbesondere zur Gasentstaubung. Dabei durchströmt das zu reinigende Gas ein gassenförmig angeordnetes Register von Niederschlagselektroden, von denen jede wesentlich als Platte ausgeformt ist. Mittig in jeder durch die Niederschlagselektroden gebildeten Gasse sind Sprühelektroden angeordnet. Zwischen den Sprühelektroden und den Niederschlagselektroden wird eine hohe Gleichspannung angelegt, die oberhalb der Korona-Einsatzspannung liegt. Dadurch wird erreicht, dass die Sprühelektroden Elektronen emittieren, die in unmittelbarer Umgebung der hochgespannten Sprühelektroden aufgrund der dort herrschenden hohen elektrischen Feldstärke so stark beschleunigt werden, dass ihre kinetische Energie ausreicht, weitere Elektronen aus neutralen Gasatomen und/oder-molekülen herauszuschlagen und auf diese Weise eine Elektronenwolke zu erzeugen. Auf dem Weg zur (geerdeten) Niederschlagselektrode nimmt die'elektrische Feldstärke schnell ab, so dass die kinetische Energie der Elektronen jenen Grenzwert unterschreitet, bei dem die Elektronen durch neutrale Gasmoleküle bzw. -atome unter Bildung von negativen Gasionen wieder gebunden werden.

Diese negativen Gasionen lagern sich im weiteren Verlauf des Abscheidemechanismus bevorzugt an die Staubartikel an und teilen diesen damit eine elektrische Ladung mit, wodurch die so geladenen Staubpartikel im elektrischen Feld eine beschleunigende Kraftwirkung in Richtung Niederschlagselektrode erfahren. Dort werden sie in einer Staubschicht, durch die die Ladungsträger zur geerdeten Niederschlagselektrode abfließen, gesammelt, agglomeriert und vorzugsweise durch Vibrationen der Elektroden, beispielsweise hervorgerufen durch Klopfschläge, abgereinigt und durch die Schwerkraft der Staubsammel-und Staubaustragsvorrichtung zugeführt.

Eine besondere Bauart eines elektrostatisch arbeitenden Filters wird in DE 3 723 544 A1 beschrieben. Hier wird eine"strukturierte Abscheideelektrode"als Niederschlagselektrode gezeigt, die der Sprühelektrode gegenübersteht. Die Strukturierung kann auf verschiedene Art und Weise ausgeprägt sein. Stets dient sie der mechanischen Bindung und Speicherung der elektrostatisch abgeschiedenen Staubpartikel.

Ein Abzug des Staubes während des Filterbetriebes aus dem System ist bei dieser Bauart nicht vorgesehen. Die Entsorgung des Staubes erfolgt durch Verbrennung im Filter oder durch Austausch oder Reinigung der Filter außerhalb des Filterbetriebes.

Sind die strukturbildenden Elemente der Abscheideelektrode einer geschlossen Metallplatte vorgelagert, dann entsteht innerhalb der Abscheideelektrode ein feldfreier Raum, der in seinen Dimensionen jedoch nicht beschrieben ist, da er für die Funktion der Abscheideelektrode ohne Belang ist : Es entsteht konstruktionsbedingt zufällig ein Faradayischer Käfig. Entscheidend für die Funktion dieses Filtertyps sind jedoch die porösen strukturbildenden Elemente, die eine Bindung und Speicherung des abgeschiedenen Staubes sicherstellen sollen.

Mit dem genannten Prinzip lassen sich in vielen Anwendungen unterschiedlich geartete Staubpartikel und Tröpfchen aus verschiedensten Gasströmen abscheiden. Dabei wird die Abscheideeffizienz durch die Partikel, aber auch durch die Gaseigenschaften stark beeinflusst. Die Gaszusammensetzung bestimmt entscheidend die lonisierbarkeit der Gase und damit die Anzahl der Gasionen, die zur Chargierung, d. h. zur elektrischen Beladung der Staubpartikel zur Verfügung steht. Bei den Staubpartikeln ist vor allem der spezifische elektrische Staubwiderstand als wesentliche Staubeigenschaft bekannt, da über diese Größe die Menge der zur Niederschlagselektrode abfließenden Ladungsträger limitiert wird.

Unabhängig von den Randbedingungen, die durch die Gas-und Staubeigenschaften gegeben sind, wird durch eine geeignete Regelung der Spannungsquelle (HS-Aggregat) stets versucht, die für eine bestimmte Konstellation mögliche und sinnvolle maximale Ladungsträgermenge (Strom) bereitzustellen. Dabei wird akzeptiert, dass der maximale Stromfluss auch eine in der Regel abscheidungshemmende Turbulenz, einen sog. elektrischen Wind, im Gas erzeugt.

Zur Vermeidung des elektrischen Windes schlägt die EP 0 847 806 B1 ein Verfahren vor, bei dem die Chargierung der Staubpartikel und deren Abscheidung verfahrenstechnisch in entkoppelten Teilschritten erfolgt. In einer ersten Chargierungszone werden die Staubpartikel bei möglichst hohem Ladungsträgerangebot-auch unter Inkaufnahme einer hohen Gasturbulenz-elektrisch beladen. In einer sich anschließenden zweiten Zone, der Abscheidezone, werden die elektrisch geladenen Staubpartikel in einem elektrischen Feld abgeschieden, dessen Spannung unterhalb der Korona-Einsatzspannung liegt. Hierdurch wird die Anregung des elektrischen Windes vermieden.

Bei vorbekannten elektrostatisch arbeitenden Filtern, die auch als Elektrofilter bezeichnet werden, ist für eine effiziente Abscheidung der Partikel bzw. Tröpfchen aus dem Gas ein relativ hoher Energieaufwand erforderlich. Desweiteren stellt sich im Allgemeinen das genannte Problem, dass der erzeugte elektrische Wind abscheidungshemmende Turbulenzen erzeugt. Bei hohem spezifischen elektrischen Widerstand des Staubes wirkt die Staubschicht an den Niederschlagselektroden zunehmend als limitierend für den Strom und die Abscheideeffizienz.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und ein Elektrofilter und ein Verfahren zu seinem Betrieb vorzuschlagen, die sich durch eine hohe Abscheideeffizienz bei geringem Energieaufwand auszeichnen.

Weiterhin soll die Entstehung von elektrischem Wind minimiert und die begrenzende Wirkung des spezifischen elektrischen Staubwiderstandes aufgehoben werden.

Schließlich soll im Gegensatz zu DE 3 723 544 A1 die Konstruktion so ausgeführt sein, dass ein kontinuierlicher oder quasi kontinuierlicher Abzug der abgeschiedenen Partikeln während des laufenden Filterbetriebs gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektroden des elektrostatisch arbeitenden Filters einen Raum umfaßt, in den die Partikel eintreten können und in dessen Erstreckung beim Betrieb des Filters kein elektrischer Potentialunterschied herrscht. Es wird also an der Elektrode ein Raum vorgesehen, der weitgehend elektrisch feldfrei ist.

Dabei wird auf den Einsatz einer Sprühelektrode verzichtet, also einer Elektrode, an der durch kleine Radien oder andere geometrische Zuspitzungen extreme Feldstärkespitzen erzeugt werden. Da dann die Elektroden beider Polaritäten als Niederschlags-oder Abscheideelektroden wirken, ist deswegen begrifflich nur noch zwischen hochgespannter und geerdeter Elektrode zu unterscheiden. Hochgespannt kann dabei die positive oder negative Elektrode sein.

Gemäß einer Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass nur die mindestens eine an die Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode, vorzugsweise alle an die Hochspannungsquelle angeschlossenen Elektroden, einen solchen Raum enthält bzw. enthalten. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur die mindestens eine geerdete Elektrode, vorzugsweise alle geerdete Elektroden, einen solchen Raum enthält bzw. enthalten. Schließlich kann sowohl die mindestens eine an die Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode als auch die mindestens eine geerdete Elektrode, vorzugsweise alle Elektroden, einen solchen Raum enthalten.

Mit Vorteil wird dieser Raum zumindest teilweise durch ein Gitter, Netz oder dergleichen und ein Abscheideblech gegrenzt, die elektrisch leitend miteinander verbunden, die Elektrode bilden. Das Gitter weist Eintrittsöffnungen für die Partikel auf.

Dabei stellt das Gitter, Netz oder dergleichen eine Versperrung der projektierten Elektrodenfläche (= Fläche des Abscheidebleches) von maximal 10% dar. Es hat in keiner Weise die Funktion eines mechanischen Abscheiders oder eines Speichers für die abgeschiedenen Partikel.

Der zwischen dem Gitter, Netz oder dergleichen und dem Abscheideblech gebildete quasi feldfreie Raum ist so ausgebildet, dass die eintretenden Partikel so weit abgebremst werden, dass sie nach dem Aufprall auf das Abscheideblech nicht über längere Zeit anhaften, sondern kontinuierlich nach unten fallen und abgeführt werden.

Das Gitter, Netz oder dergleichen kann aus einer Anzahl miteinander verbundener parallel zueinander angeordneter Stäbe gebildet werden, wobei diese mit dem plattenförmig ausgebildeten Abscheideblech elektrisch leitend verbunden sind. Es kann beispielsweise aber auch vorgesehen werden, dass das Gitter aus einer Anzahl miteinander verbundener parallel zueinander angeordneter Ringe gebildet wird, wobei diese, mit einem zylindrisch oder hohlzylindrisch ausgebildeten Abscheideblech elektrisch leitend verbunden, die Elektrode bilden.

Der elektrostatisch arbeitende Filter kann als"Platten-Elektrofilter"ausgebildet sein, bei dem eine Anzahl ebener kastenförmig ausgebildeter Elektroden parallel zueinander angeordnet sind. Es ist genauso möglich, dass er als Röhren-Elektrofilter ausgebildet ist, bei dem mindestens zwei zylindrisch oder hohlzylindrisch ausgebildete Elektroden koaxial zueinander angeordnet sind.

Zum verbesserten Austrag der gefilterten Partikel kann vorgesehen werden, dass mindestens eine Elektrode einen Abfuhrkanal für Partikel aufweist, der an den elektrisch weitgehend feldfreien Raum angrenzt.

Das Verfahren zum Abscheiden von Partikeln aus einem Gas mittels eines elektrostatisch arbeitenden Filters, das mindestens eine an eine Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode und mindestens eine geerdete oder eine gegensätzliche gepolte Elektrode aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das mit Partikeln beladene Gas zwischen den Elektroden hindurchgeführt wird, wobei die Partikel zu einer der Elektroden abgelenkt werden, und dass die Partikel in einen Raum der Elektrode gelangen, in dessen Erstreckung kein elektrischer Potentialunterschied herrscht.

Es gehört zu den Merkmalen dieser Filterbauweise, dass die Hochspannung führenden und die geerdeten Elektroden konstruktiv gleichartig aufgebaut sein können. Zwischen den Elektroden bildet sich daher ein quasi homogenes elektrisches Feld senkrecht zur Strömungsrichtung des Partikel beladenen Gases aus-ohne Feldstärkespitze, wie bei den bisher bekannten Systemen mit Sprühelektroden. Im Unterschied zu den bisher bekannten Elektrofilterbauarten kann die Abscheidung von Partikeln aus dem Gas an den Elektroden beider Polarität in gleicher Weise erfolgen.

Das vorgeschlagene Verfahren nutzt die Wirkung eines elektrischen Feldes zwischen zwei Elektroden auf nicht durch eine technische Einrichtung ionisierte Staubpartikel oder auf gezielt ionisierte Staubpartikel in einem Gasstrom. Die Elektroden stehen dabei bevorzugt unter einer Spannung, die unterhalb der Korona-Einsatzspannung liegt. Dabei werden die Partikel im elektrischen Feld je nach Polarität zu einer der beiden Elektroden hin abgelenkt.

Der Elektrofilter kann als horizontal durchströmter Filter aufgebaut sein, bei dem eine Kaskade von kastenförmigen Elektroden zum Einsatz kommt. Jede zweite kastenförmige Elektrode ist dabei entweder an die Hochspannungsquelle angeschlossen oder geerdet oder gegensätzlich gepolt. Genauso kann auch eine Bauart vorgesehen werden, die zu einem vertikal durchströmten Röhren-oder Waben- Elektrofilter führt. Gleichermaßen ist das vorgeschlagene Prinzip auf einen Nass- Elektrofilter anwendbar.

Die Erfindung nutzt den Umstand, dass bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung der Elektroden mit einem quasi elektrisch feldfreien Raum Staubpartikel aufgrund ihrer kinetischen Energie in den Raum eintreten können, in diesem aber dann keiner weiteren äußeren elektrostatischen Krafteinwirkung ausgesetzt sind und deshalb unter Nutzung der Schwerkraft abgeschieden und aus dem System kontinuierlich ausgetragen werden.

In vorteilhafter Weise hat der vorgeschlagene Elektrofilter eine hocheffiziente Abscheidungs-fähigkeit von Partikeln und Tröpfchen aus einem beliebigen Gasstrom, wobei nur ein geringer Energieaufwand nötig ist. Die Entstehung eines elektrischen Windes wird weitgehend vermieden.

Bei riesel-oder fließfähigen Partikeln erfolgt die Abreinigung der Elektroden, wie beschrieben, selbsttätig. Handelt es sich dagegen um Partikel mit klebenden oder haftenden Eigenschaften, kann die Abreinigung der ausgefilterten Partikel von den Wandungen des Elektrofilters und/oder den Elektroden in an sich bekannter Weise durch Klopfung der Elektroden erfolgen, wobei das Herunterfallen der Partikel überwiegend im weitgehend elektrisch feldfreien Raum erfolgt. Je nach Eigenschaften der Partikel ist auch deren Abspülen-also eine Nassfilterung-während des Betriebes möglich.

Die Abscheidung von Partikeln an/in den Elektroden (zwischen Abscheideblechen und den Gittern/Stäben/oder ähnlichen, die zusammen die Elektroden bilden) ist auch wesentlich abhängig von der Feldstärke, die zwischen der Hochspannungselektrode und der geerdeten Elektrode herrscht. Die Feldlinie maximaler Feldstärke steht entsprechend der Polarität senkrecht zwischen den Elektroden ; dies gilt grundsätzlich auch für bekannte Filter mit geerdeten Abscheideblechen und auf Hochspannungspotential liegenden Sprühelektroden. Um die Effektivität der Erfindung zu erhöhen, wird angestrebt, den Abstand zwischen den Elektroden unterschiedlicher Polarität zu erhöhen.

Dies wird dadurch erreicht, dass von den sich gegenüberstehenden Elektroden verschiedener Polarität wechselseitig elektrisch leitende, mit den entsprechenden Elektroden leitend verbunden, Körper-z. B. Drähte-in den Raum zwischen den Elektroden ragen. Diese Körper können parallel oder senkrecht oder schräg zur Strömungsrichtung der zu reinigenden Gase angeordnet werden.

Daraus ergeben sich maximale Feldstärken erstens zwischen den Körpern und den gegenüberliegenden Elektroden und zweitens zwischen den Körpern unterschiedlicher Polarität. Die maximalen Feldstärken hängen von der konstruktiven Anordnung ab und können damit unterschiedliche Werte und Richtungen haben. Die Winkel zwischen den maximalen Feldstärken (Körper-Elektrode oder Körper-Körper) können all Werte zwischen 0° und 180° annehmen.

In den folgenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines elektrostatisch arbeitenden Filters, der als horizontal durchströmter Filter ausgebildet ist ; Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines vertikal durchströmten Röhrenfilters ; Fig. 3a, 3b Querschnitte durch die Elektroden des Filters ; und Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Filtergasse eines horizontal durchströmten Filters, dessen Elektroden mit feldfreien Räumen und mit zusätzlichen Körpern (hier Drahtbügeln) versehen sind In Fig. 1 ist ein Elektrofilter gezeigt, der zum Filtern von Partikeln und/oder Tröpfchen aus einem Gasstrom geeignet ist. Das mit Partikeln verunreinigte, in den Filter einströmende Gas ist durch einen Pfeil mit der Bezugsziffer 1 versehen. Der Gasstrom strömt durch den Filter, wobei die sich im Gas befindlichen Partikel herausgefiltert und abgeführt werden. Das ausströmende, gereinigte Gas ist durch den Pfeil mit der Bezugsziffer 2 verdeutlicht. Nach unten tritt der Strom der abgeschiedenen Partikel 3 aus dem Filter aus.

Zum Reinigen eines größeren Gasstromes kommt eine Kaskade von Elektroden zum Einsatz. Wie Fig. 1 entnommen werden kann, ist eine Anzahl kastenförmiger Elektroden 4 und 5 parallel zueinander angeordnet. Zwischen den Elektroden 4,5 sind Gassen 8 vorhanden, durch die das zu reinigende Gas 1 geleitet wird. Die Elektroden 4,5 sind abwechselnd entweder an eine Hochspannungsquelle angeschlossen (nämlich die Elektroden 4) oder geerdet (nämlich die Elektroden 5).

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind sämtliche Elektroden 4,5 mit einem hier nicht bezeichneten Raum versehen, in den die auszufilternden Partikel eintreten können, in dessen Erstreckung jedoch kein elektrischer Potentialunterschied herrscht ; er wird hier deshalb auch als quasi elektrisch feldfreier Raum bezeichnet. Dieser Raum wird in den Elektroden 4,5 dadurch geschaffen, dass das Abscheideblech 7 von einem Gitter 6 umgeben ist. Abscheidebiech 7 und Gitter 6 sind elektrisch leitend verbunden. Das Gitter 6 besteht aus einer Anzahl parallel zueinander angeordneter Stäbe.

Das mit Partikeln beladene Gas strömt zunächst zwischen den Elektroden 4,5 ein (vgl.

Gasstrom 1) und gerät dort unter die Wirkung des quasi homogenen elektrischen Feldes. Die Partikel werden in Richtung der Elektroden abgelenkt und treten durch die Gitteröffnungen ein. Damit befinden sie sich im quasi elektrisch feldfreien Raum, wo sie keiner weiteren äußeren elektrostatischen Krafteinwirkung mehr ausgesetzt sind. Sie fallen infolge der Schwerkraft nach unten und können kontinuierlich-während des laufenden Filterbetriebes-aus dem Filter entfernt werden. Das gereinigte Gas verlässt in horizontaler Richtung den Filter über eine Austrittshaube (vgl. Gasstrom 2).

Die Elektroden 4,5 gemäß Fig. 1 zeigen beispielhaft die Schaffung des elektrisch feldfreien Raumes durch das aus miteinander verbundenen Stäben aufgebaute Gitter 6, das mit dem innenliegenden Abscheideblech 7 elektrisch leitend verbunden ist. Die Elektroden 4,5 können modular aufgebaut sein und über-und hintereinander angeordnet werden, wie in Fig. 1 dargestellt.

In diesem Beispiel weisen die Elektroden zu beiden Seiten des Abscheidebleches einen feldfreien Raum auf. Randständige Elektroden oder bei einem Filter mit nur einer Gasse für den Gasdurchtritt können die Elektroden auch so aufgebaut sein, dass sie nur auf einer Seite des Abscheidebleches einen feldfreien Raum aufweisen. In jedem Fall richtet sich die Tiefe des feldfreien Raumes nach den Erfordernissen des kontinuierlichen Partikelabzuges.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausgestaltung dieses Elektrofiltertyps als Röhrenfilter skizziert. In dem Beispiel enthält nur die geerdete Elektrode 5 den quasi feldfreien Raum 9, der hier durch ein Ringgitter 6 und das zylindrische Abscheideblech 7 begrenzt wird.

Das Gitter 6 wird hier durch eine Anzahl miteinander verbundener parallel zueinander angeordneter Metallringe gebildet, wobei diese mit dem Abscheideblech 7 elektrisch leitend verbunden sind und zusammen die Elektrode 5 bilden.

Angestrebt wird in allen Fällen, dass zur Vermeidung des erneuten Staubeintritts in den Gasstrom die elektrisch feldfreien Räume 9 als strömungsberuhigte Zonen ausgebildet werden. Dies kann durch entsprechende geometrische Anordnung der Gitterstäbe bzw.

Gitterringe erreicht werden und/oder eine entsprechende Gestaltung des Gaseintritts und des Gasaustritts.

In den Fig. 3a und 3b sind einige Details zur Ausgestaltung der Elektroden 4,5 mit dem Abscheideblech 7, dem Gitter 6 und den dadurch definierten quasi elektrisch feldfreien Räumen 9 ersichtlich.

Gemäß Fig. 3a sind die Abscheidebleche 7 plattenförmig ausgebildet und von stabförmigen Gitterelementen umschlossen, die das Gitter 6 bilden. Zwischen den Abscheideblechen 7 und dem Gitter 6 entsteht der weitgehend elektrisch feldfreie Raum 9 in den Elektroden 4,5. Die ausgefilterten Partikel bewegen sich in Richtung des Pfeils 3 (Richtung der Schwerkraft) nach unten und können aus dem Elektrofilter entfernt werden.

In Fig. 3b ist eine doppelwandige Ausführung der Elektroden 4,5 zur Unterstützung des Austrags der Partikel aus dem Filter zu sehen. Die sich im weitgehend elektrisch feldfreien Raum 9 befindlichen Partikel sinken aufgrund der Schwerkraft nach unten und werden durch Leitbleche und Schlitze des doppelwandigen Abscheideblechs 7 in einen innen liegenden geschützten Zwischenraum, nämlich in einen Abfuhrkanal 10, geleitet.

Dort können sie unbeeinflusst von der äußeren Gasströmung aus dem Elektrofilter herausgeführt werden.

Der dargestellte Aufbau der Elektroden kann prinzipiell bei einem horizontal und vertikal durchströmten Elektrofilter vorgesehen werden, wobei gerade, gekrümmte, gekantete oder runde Elektroden eingesetzt werden können.

Die Ausbildung der Elektroden und die Höhe der Spannung sind so aufeinander abgestimmt, dass keine Überhöhung der elektrischen Feldstärke vorkommt, die zu einer Korona oder zu äußeren Teilentladungen führt.

In Fig. 4 ist als Ausschnitt eine Gasse eines horizontal durchströmten Elektrofilters dargestellt. Vor dem Abscheideblech 7 sind die Gitter 6, hier gebildet aus Drahtbügeln, eingesetzt. Zwischen den Gittern 6 sind die Körper 11 dargestellt. Sie sind hier aus Drahtbügeln aufgebaut, die mit den jeweiligen Elektroden (4,5) leitend verbunden sind.

In der darggestellten Konstruktion sind die geraden Drähte senkrecht zum Gasstrom angeordnet. Die Körper können auch parallel zum Gasstrom oder in allen Winkeln zwischen senkrecht und parallel zum Gasstrom angeordnet sein. Diese möglichen Anordnungen von Körpern (z. B. Drahtringe oder-spiralen) sind auch auf rohrförmige Elektroden übertragbar.

Bezugszeichenliste 1 einströmendes, mit Partikeln verunreinigtes Gas 2 ausströmendes, gereinigtes Gas 3 austretender Strom der abgeschiedenen Partikel 4 mit einer Hochspannungsquelle in Verbindung stehende Elektrode 5 geerdete Elektrode 6 Gitter 7 Abscheideblech 8 Gasse zwischen den Elektroden 9 weitgehend elektrisch feldfreier Raum 10 Abfuhrkanal 11 Körper an den Elektroden