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ElektrofilterElektrofilter, auch: EGR (Elektrische Gasreinigung), Elektro-Staubfilter, Elektrostat (engl.: ESP electrostatic precipitator) sind Anlagen zur Abscheidung von Partikeln aus Gasen, die auf dem elektrostatischen Prinzip beruhen. Da es sich strenggenommen um keinen Filter im klassischen Sinne handelt, ist die wissenschaftlich korrekte Bezeichnung Elektroabscheider oder Elektro-Staubabscheider. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
Historie
PrinzipDie Abscheidung im Elektrofilter kann in 5 getrennte Phasen unterteilt werden:
Die Staubteilchen besitzen zwar eine natürliche Ladung, aber diese reicht bei weitem nicht aus. Die weitere Aufladung erfolgt in einem elektrischen Gleichspannungsfeld von 20 bis 80 kV, das zwischen der emittierenden negativen Sprühelektrode und der geerdeten Niederschlagselektrode gebildet wird. Der für die Verhältnisse im Elektrofilter maßgebliche Mechanismus der Ladungserzeugung ist die „Stoßionisation“. Die im Gas vorhandenen freien Elektronen werden im elektrostatischen Feld der Koronahaut in der Umgebung der Sprühelektrode stark beschleunigt (Gasentladung). Beim Auftreffen auf Gasmoleküle werden entweder weitere Elektronen abgespalten oder an die Gasmoleküle angelagert. Im 1. Fall entstehen so neue freie Elektronen und positive Gasionen, im 2. Fall negative Gasionen. Die positiven Gasionen werden vom Sprühgitter neutralisiert, während die negativen Ladungen (freie Elektronen und Gasionen) in Richtung der Niederschlagselektrode wandern.
Die Aufladung eines Staubteilchens beginnt mit seinem Eintritt in den vom Sprühstrom durchflossenen Raum, verursacht durch die Anlagerung von negativen Ladungen, wenn diese mit dem Staubkorn zusammenstoßen. Der Aufladevorgang erfolgt zum einen durch Feldaufladung und zum anderen durch Diffusionsaufladung. Bei der Feldaufladung treffen die Gasionen auf Grund ihrer gerichteten Bewegung auf die Staubpartikeln und laden diese soweit auf, bis eine Sättigung eintritt. Für sehr kleine Teilchen (d < 0,1 µm) verschwindet der Einfluss der Feldaufladung. Die Staubteilchen werden durch von der thermischen Bewegung der Gasmoleküle verursachte Stoßvorgänge aufgeladen.
Die aufgeladenen Staubpartikeln wandern durch die einwirkende elektrische Kraft des anliegenden Gleichspannungsfeldes quer zur Strömungsrichtung des Gases zur Niederschlagselektrode, wo sie ihre Ladungen abgeben.
Nachdem die Staubteilchen ihre Ladung abgegeben haben, werden sie durch Haftkräfte gebunden, die im wesentlichen durch die elektrische Feldstärke innerhalb der anhaftenden Staubschicht bestimmt werden. Ein Staubkorn gilt als „abgetrennt“, wenn die Haftkräfte größer sind als die Strömungskraft des Gases.
Die sich auf der Niederschlagselektrode bildende Staubschicht muss in regelmäßigen Abständen abgereinigt werden. Dies geschieht in den meisten Fällen durch Klopfschläge mit einem Hammerwerk. Der Staub löst sich und fällt in einen Sammelbunker. Allerdings wird ein gewisser Prozentsatz der Staubteilchen vom Gasstrom wieder mitgerissen und muss erneut aufgeladen und abgeschieden werden. AnwendungIhre hauptsächliche Anwendung finden Elektrofilter in der Reinigung von Rauchgasen, beispielsweise bei der Stromerzeugung aus Kohle, bei der Verhüttung oder der Zementherstellung. Dort werden Gesamtabscheidegrade bis zu 99,9 % erreicht, was bei einem Kohlekraftwerk die Emission von bis zu 10 t Staub pro Tag verhindert. Ein Kraftwerksfilter ist unter Umständen einige zehn Meter hoch, die Plattenabstände liegen im Bereich von einigen zehn Zentimetern, bis zu mehrere hundert Filtergassen können parallel geschaltet sein. Abhängig von der Art des eingesetzten Klopfungssystems entsteht ein nicht zu vernachlässigender Verschleiß sowohl an den klopfenden Teilen und deren Antrieben selbst als auch an den geklopften Niederschlags- bzw. Sprühelektroden und deren Aufhängungen und den (meistens keramischen) Isolatoren. Über den Einsatz von Elektrofiltern in Pkws wurde nachgedacht, bisher ist dies jedoch nicht zu verwirklichen. In der metallbe- und verarbeitenden Industrie finden elektrostatische Abscheider insbesondere bei der Absaugung und Filterung von Aerosolen, bestehend aus Kühlschmierstoffen (KSS) und Stoffabriebpartikeln, Anwendung. Siehe auch: Ölnebelabscheider BauformenElektrofilter unterscheiden sich in Form und Größe der Filtergasse (Rohre, Platten), der Form der Sprühelektroden (Helix, Draht, Dornelektrode), der Betriebsspannung (Gleichspannung, Wechselspannung, gepulste Gleichspannung, pulsüberlagerte Gleichspannung) und der Art der Reinigung (Klopfen, Spülen). In aggressiven Atmosphären werden Spezialstähle oder sogar Blei verbaut. HerausforderungenDie Abscheidung von besonders giftigen Feinststäuben im Bereich unter ein Mikrometer stellt eine besondere Herausforderung an die Abscheiderate von Elektrofiltern dar. Solche Stäube gelangen in die Lunge (sie sind lungengängig) und können daher nicht abgehustet werden. Sie stellen je nach Substanz ein erhebliches Krebsrisiko dar. Siehe auchFeinstaub, Müllverbrennung, Elektrostatik elektrostatisch unterstütztes Farbspritzen, Laserdrucker, Xerox-Verfahren (ähnliche Funktionsprinzipien) |
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Elektrofilter aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |