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Dokumentenidentifikation DE102005037993A1 22.02.2007
Titel Elektrofilter für Abgassysteme
Anmelder STEAG encotec GmbH, 45128 Essen, DE
Erfinder Wortmann, Birgit, 45257 Essen, DE;
Stratmann, Werner, 44532 Lünen, DE;
Hages, Peter, 41515 Grevenbroich, DE;
Brüggendick, Hermann, Dr., 46514 Schermbeck, DE
Vertreter Zenz, Helber, Hosbach & Partner GbR, 45128 Essen
DE-Anmeldedatum 09.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005037993
Offenlegungstag 22.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.02.2007
IPC-Hauptklasse B03C 3/45(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B03C 3/40(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B03C 3/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B03C 3/51(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B03C 3/36(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B03C 3/47(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B03C 3/82(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B01D 45/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B03C 3/80(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B01D 47/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Das Elektrofilter hat ein Filtergehäuse (1), einen anströmseitigen Diffusor (2) und eine Abströmhaube (3). Zum Abscheiden der Staubpartikel dienen plattenförmige Niederschlagselektroden (5), die in der Hauptströmungsrichtung des den Innenraum durchströmenden Abgases parallel zueinander angeordnet sind. Ein Staubsammler mit mehreren trichterförmigen Bunkern (4, 4a...4d) ist an der Bodenseite des Gehäuses angeordnet. In einem dem Diffusor (2) benachbarten Bunker (4) sind mehrere Lamellen (6) quer zur Abgas-Einströmrichtung und schräg zur Vertikalrichtung derart eingebaut, daß sie den auftreffenden Abgasstrom weitgehend gleichmäßig am Bunker (4) vorbeiführen und in eine Längsrichtung des Filters entsprechend der Soll-Strömungsrichtung lenken.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Trocken-Elektrofilter für Abgassysteme, bei dem zu reinigendes Abgas aus einem Anströmkanal über einen Diffusor in einen Innenraum eines Filtergehäuses einströmt, wobei im Innenraum Niederschlagselektroden und Sprühelektroden zum Abscheiden von Staubpartikeln aus dem Abgasstrom in vorgegebener Verteilung eingebaut und ein Staubsammler mit mehreren, vorzugsweise trichterförmigen Bunkern in einer Bodenseite des Gehäuses angeordnet ist.

In derartigen Elektrofilteranordnungen kommt dem Diffusor die Aufgabe zu, die aus dem Anströmkanal zugeführte Abgasmenge auf die vergrößerte Eintrittsfläche des Filtergehäuse-Innenraums zu verteilen. Ziel ist es, definierte Geschwindigkeits- und Aschepartikelverteilungen des Abgases im Innenraum des Filters zu erreichen, und solche Strömungsanteile zu minimieren, die seitlich, ober- oder unterhalb die Niederschlagselektroden umgehen (Bypaßströmungen). Dieses Ziel soll bei möglichst geringem Druckverlust und bei möglichst geringem Bauvolumen der notwendigen Umbaumaßnahmen erreicht werden. Bisher wurden geeignete Leitbleche im Diffusor oder im Filtergehäuse unmittelbar hinter dem Diffusor eingebaut, sowie senkrechte Trennwände in den einzelnen Bunkern zur Vermeidung von Bypaßströmungen. Diese Maßnahmen führten aber nicht zu dem gewünschten Ergebnis, da der Diffusor den Abgasstrom auf den Eintrittsquerschnitt des Filtergehäuses aufweitet, wobei es vor allem an der Gehäuseunterseite durch die Konstruktion der Bunker zu erheblichen Abweichungen von dem gewünschten Geschwindigkeitsprofil und der gewünschten Aschepartikelverteilung kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Strömungs- profile im Filtergehäuse und damit den Wirkungsgrad der Staubpartikel-Abscheidung zu verbessern.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der anhand von Versuchsreihen und Simulationsrechnungen gewonnenen Erkenntnis aus, daß die durch die trichterförmigen Bunker hervorgerufenen Störungen im Strömungsprofil durch besondere Mittel im Bereich der dem Diffusor unmittelbar benachbarten ersten Bunkerreihe verbessert werden können.

Ausgehend von einem Elektrofilter der eingangs angegebenen Art, sieht die Erfindung zur Lösung der Erfindungsaufgabe vor, daß wenigstens eine zur Abgas-Einströmrichtung quer verlaufende Lamelle in einen dem Diffusor benachbarten Bunker schräg zur Vertikalrichtung derart eingebaut ist, daß sie den auftreffenden Abgasstrom weitgehend gleichmäßig am Bunker vorbeiführt und etwa in eine Längsrichtung des Filters (Soll-Strömungsrichtung) lenkt. Dadurch werden sowohl eine Umgehung der Niederschlagselektroden als auch eine Vertikalkomponente der Abgasströmung zwischen den Niederschlagselektroden minimiert.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind vor allem auf die Diffusor-benachbarten Bunkerzellen gerichtet. Diese waren bisher für die stärksten Abweichungen vom angestrebten Strömungsprofil des Abgasstromes ursächlich. Der bekannte Einbau einer vertikalen und zentralen Trennwand hilft wenig; denn eine vertikale Trennwand bewirkt unvermeidlich eine starke Umlenkung des Abgasstromes in Vertikalrichtung, was wiederum zu einer Behinderung der von den Niederschlagselektroden abgeklopften, nach unten fallenden agglomerierten Partikel führt. Bei der Erfindung wird die querverlaufende Lamelle derart eingebaut, daß der auftreffende Abgasstrom überwiegend in die Längsrichtung des Gehäuseinnenraumes umgelenkt wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung taucht eine Gruppe von in gegenseitigem Abstand angeordneten Lamellen in jede der dem Diffusor benachbarten Bunkerzellen ein. Dies verbessert weiter die großflächige Umlenkung des in die Bunkerzelle gerichtete Abgasstroms in Gehäuse-Längsrichtung und schafft die Voraussetzung dafür, das Strömungsprofil im Elektrofilter zu optimieren und damit den Abscheidewirkungsgrad zu erhöhen.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung hat jede Lamelle eine Oberkante, die in Höhe oder oberhalb einer Bunker-Eintrittsebene verläuft. Dadurch wird die Beipaßströmung in das benachbarte Niederschlagselektrodenfeld noch weiter verringert. Die Höhe über der Bunkeroberkante ist durch die Hochspannung führenden Komponenten begrenzt.

Eine besonders einfache Bauform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen einer Gruppe in etwa parallelen Ebenen angeordnet sind. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Lamellen einer Gruppe in gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet sind.

Die Höhenabmessungen und damit die Eintauchtiefen der Lamellen in den Bunker orientieren sich an den Abständen der Bleche zueinander und beträgt vorzugsweise etwa das Doppelte des Lamellenabstandes. Die Höhenabmessung der Lamellen ist vorzugsweise so kurz, daß ein Abfließen des Staubes aus dem Bunker nicht behindert wird.

Die Eintauchtiefen der Lamellen in den Bunker betragen vorzugsweise 1/4 bis 1/3 der Bunkerwandtiefen.

Andere Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeich- nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher er- läutert. In der Zeichnung zeigt:

1 eine perspektivische Schemadarstellung eines Elektrofilters, wobei Deckwände und die der Blickrichtung zugewandten Seitenwände fortgelassen und eine Seitenwand einer der Blickrichtung zugewandten eintrittsseitigen Bunkerzelle teilweise weggebrochen sind.

2 eine schematische vertikale Schnittansicht durch eine trichterförmige Bunkerzelle mit einer eingebauten Lamellengruppe und einer schematischen Darstellung der an der Lamellengruppe umgelenkten Abgasströme;

3a, 3b und 3c schematische Schnittansichten verschiedener alternativer Ausführungen von schräg in eine Bunkerzelle eingebauten Lamellen und

4 eine Teildarstellung einer plattenförmigen Lamelle mit einer gezahnten Abwurfkante.

Die perspektivische Schemadarstellung eines Elektrofilters gemäß 1 ist beispielhaft für einen Filtertyp der hinsichtlich der Länge, der Anzahl der Niederschlagselektrodenfelder, der Form der An- und Abströmkanäle, der Anordnung und Ausführung von Leitblechen und Gasverteilungswänden und weiteren konstruktiven Merkmalen variieren kann.

Das in 1 dargestellte Elektrofilter hat ein Filtergehäuse 1, wenigstens einen anströmseitigen Diffusor 2 und wenigstens eine Abströmhaube 3. Zum Abscheiden der Staubpartikel sind plattenförmige Niederschlagselektroden 5 in parallelen Ebenen angeordnet, welche der Hauptströmungsrichtung des vom Diffusor 2 zur Abströmhaube 3 strömenden Gases entsprechen. Die Bodenseite des Filtergehäuses 1 wird durch eine Matrix von in Zeilen und Spalten angeordneten trichterförmigen Bunkern 4, 4a...4d gebildet. Die Bunker dienen dem Abführen der im Elektrofilter abgeschiedenen Staubpartikel. Die Sprühelektroden sind den Niederschlagselektroden 5 zugeordnet, in der Zeichnung gemäß 1 aber nicht dargestellt.

In verschiedenen Bunkern sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vertikale Trennwände 16 eingebaut, die der Verminderung von Bypaßströmungen unterhalb der Niederschlagselektroden 5 dienen und damit das Strömungsprofil und den Abscheidewirkungsgrad des Elektrofilters zusätzlich verbessern.

In den Bunkern 4 der dem Diffusor 2 benachbarten Bunkerreihe sind mehrere im wesentlichen parallel verlaufende Lamellen 6 quer zur Strömungsrichtung angeordnet. Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen verlaufen die Lamellen 6 im wesentlichen parallel zur abströmseitigen Bunkerwand 8, d.h. in dem dargestellten Ausführungsbeispiel unter einem Winkel von ca. 30° zur Vertikalebene. Andere Lamellen-Neigungswinkel können in Anpassung an die Profile des auftreffenden Abgasstromes unter Berücksichtigung der Vermeidung von Staubablagerungen auf den Lamellen zweckmäßig sein.

Die Anordnung einer Lamellengruppe in einem dem Diffusor 2 nächst gelegenen Bunker 4 ist schematisch in 2 dargestellt.

Alle in 2 dargestellten Lamellen 6 verlaufen in parallelen Ebenen. Jede der Lamellen 6 springt mit einem oberen Abschnitt über das Niveau der Bunkerebene 9 vor. Die Eintauchtiefe der Lamellen in den Bunker 4 ist so gewählt, daß die untere Abwurfkante 7 jeder Lamelle mit Abstand sowohl zu einer Bunkerwand als auch zu jeder benachbarten Lamelle angeordnet ist. Zur benachbarten vorderen Bunkerwand bzw. zum Bunkerboden bleibt also immer eine ausreichend große spaltförmige Öffnung zum ungehinderten Abführen der abgeschiedenen und auf einer Lamelle 6 abrutschenden Staubpartikel. Der Anstellwinkel jeder Lamelle ist ausreichend steil gewählt, damit die Lamelle 6 ähnlich der Bunkerwand 8 als Schütte für die Staubpartikel wirken kann. Trotz des Einbaus der Lamellengruppe 6 bleibt die Sammelfunktion der Bunkerzelle 4 praktisch die gleiche wie diejenige einer Bunkerzelle 4a ohne Einbauten.

In 2 ist schematisch ein Vertikalschnitt durch einen trichterförmigen Bunker 4 mit einem Strömungsfadenfächer 10 dargestellt, der die vorteilhafte Wirkung der Lamellengruppe 6 auf das Strömungsprofil im Bereich der ersten Bunkerreihe veranschaulicht. Die aus dem Diffusor 2 austretende, in den unteren Bereich des Filtergehäuses gerichtete Abgasströmung wird durch die schrägen Lamellen etwa in Längsrichtung des Filtergehäuses umgelenkt. Aufgrund dieser Umlenkung werden die quergerichteten Strömungsanteile besser auf den Innenraum verteilt und die beim Abgaseintritt in den Innenraum auftretenden Geschwindigkeitsdifferenzen verringert. Der weitaus größte Teil der Strömung bewegt sich jetzt in dem Wirkungsbereich der Niederschlagselektroden 5, so daß der Wirkungsgrad des Elektrofilters verbessert wird.

Die Einbauparameter der Lamellengruppe 6 können in Abstimmung auf das jeweilige Strömungsprofil in der Ausgangsebene des Diffusors 2 vielfach variiert werden. So können die Zahl der in einen trichterförmigen Bunker 4 eintauchenden Lamellen 6, deren gegenseitiger Abstand und/oder deren Abmessungen oberhalb und unterhalb der Bunkerebene 9 geändert werden. Vorzugsweise ist vor allem der eintrittsseitige Bereich der dem Diffusor 2 benachbarten Bunker 4 mit Lamellen 6 besetzt, welche die Abgasströmung in die Längsrichtung des Innenraums des Elektrofilters umlenken. Die einzelnen Lamellen 6 können auch, wie in 2 dargestellt, teilweise unterschiedliche Abstände zueinander haben.

Die Ausbildung der Lamellen 6 als ebene Bleche erweist sich herstellungstechnisch als besonders einfach. Möglich und bei bestimmten Strömungsprofilen unter Umständen zweckmäßig ist aber auch ein geschwungener oder abgewinkelter Verlauf der einzelnen Lamellen. Für ein besseres Abgleiten des Staubes auf den Blechen kann an der Unterseite auch eine kammförmige Form gewählt werden. Beispiele sind in den 3a, 3b und 3c mit 6a, 6b und 6c schematisch dargestellt.

In 4 ist eine plattenförmige Lamelle 6 schematisch dargestellt, deren Abwurfkante 7a gezahnt ist. Die Zahnung der Abwurfkante erleichtert in vielen Fällen das Abgleiten und Abwerfen der Staubpartikel in den Bunker 4.


Anspruch[de]
Elektrofilter für Abgassysteme, bei dem zu reinigendes Abgas aus einem Anströmkanal über einen Diffusor (2) in einen Innenraum eines Filtergehäuses (1) einströmt, wobei im Innenraum Niederschlagselektroden (5) und Sprühelektroden zum Abscheiden von Staubpartikeln aus dem Abgasstrom in vorgegebener Verteilung eingebaut und ein Staubsammler mit mehreren vorzugsweise trichterförmigen Bunker (4, 4a...4d) in einer Bodenseite des Gehäuses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lamelle (6) in einen dem Diffusor (2) benachbarten Bunker (4) quer zur Abgas-Einströmrichtung und schräg zur Vertikalrichtung derart eingebaut ist, daß sie den auftreffenden Abgasstrom weitgehend gleichmäßig am Bunker (4) vorbeiführt und im wesentlichen in eine Längsrichtung des Filters (Soll-Strömungsrichtung) lenkt. Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Lamelle (6) eine untere Abwurfkante (7) hat, an der eine Durchtrittsöffnung für abgeschiedene Staubpartikel gebildet ist. Elektrofilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gruppe von in gegenseitigem Abstand angeordneten Lamellen (6) in jeden der dem Diffusor (2) benachbarten Bunker (4) eintaucht. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lamelle (6) eine Oberkante hat, die in gleicher oder größerer Höhe als eine Bunker-Eintrittsebene (9) angeordnet ist. Elektrofilter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (6) einer Gruppe in parallelen Ebenen angeordnet sind. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (6) einer Gruppe in gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet sind. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefen der Lamellen (6) in den Bunker 1/4 bis 1/3 der Bunkerwandtiefe betragen. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (6) durch ebene Bleche gebildet sind. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenabmessung der Lamellen (6) mindestens doppelt so groß ist wie der Abstand zwischen benachbarten Lamellen. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (6a, 6b, 6c) gewölbte und/oder abgewinkelte Profile haben. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mehrere baugleiche Bunker (4) in einer Reihe nebeneinander dem Diffusor (2) benachbart angeordnet sind und jeder Bunker der Reihe mit einer Lamellengruppe (6) gleicher Ausbildung und Anordnung versehen ist. Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (6) wenigstens teilweise mit gezahnten Abwurfkanten (7a) versehen sind.






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