Bei Kraftwerken enthalten die Abgase vielerlei Partikel (Staub) deren Emission in die Umwelt verhindert werden muss. Die Partikelgröße variiert von ca. 0,01μm bis ca. 100 μm. Es gibt verschiedene Verfahren, mit denen man die Gasreinigung durchführt: Trockenentstaubung, Nassentstaubung und Elektroentstaubung.
Als Anwendung elektrischer Felder sollen hier die sogenannten Elektrofilter erläutert werden, die in kleiner Ausführung auch in Klimaanlagen Verwendung finden.
Röhren-Elektrofilter
In der Achse der geerdeten, zylinderförmigen Niederschlagselektrode befindet sich eine sogenannte Sprühelektrode, die sehr stark negativ aufgeladen ist. Von dieser Sprühelektrode wandern aufgrund der Spitzenwirkung (ein Draht besitzt einen kleinen Krümmungsradius) Elektronen zur Niederschlagselektrode. Auf dem Weg dorthin treffen sie auf Gasatome, die sie ionisieren. Es befinden sich zwischen den Elektroden also negative Elektronen und positive Ionen. Gelangt nun ein staubeladener Gasstrom in diese Anordnung, so lagern sich Elektronen aber auch die positiven Ionen an den Staubteilchen an und laden diese somit auf. Die auf diese Weise positiv geladenen Staubteilchen wandern zur Sprühelektrode, die negativen Teilchen zur Niederschlagselektrode. Von Zeit zu Zeit muss der Staubniederschlag von den Elektroden entfernt werden, was z.B. durch Klopfen geschieht.
Platten-Elektrofilter
Häufiger als der Röhren-Elektrofilter wird das Platten-Elektrofilter eingesetzt. Durch den Ionisator werden die Staubteilchen geladen (siehe oben) und dann in den unterschiedlich geladenen Kollektorplatten aufgefangen. Eine Klopfvorrichtung sorgt wieder dafür, dass der Raum zwischen den Kollektorplatten freigehalten wird.
Kleinere Staubteilchen lassen sich bei der Elektroentstaubung leichter, grobe Teilchen dagegen schwerer als in der mechanischen Entstaubung abscheiden. Daher ist den Elektrofiltern stets eine Trocken- oder Nassentstaubung vorgeschaltet (Vorabscheider).
Die Filterrückstände (Flugasche) werden deponiert oder in der Bauindustrie verwendet. 99,9% der im Rauchgas befindlichen Staubmasse kann durch Elektrofilter abgeschieden werden. Der Elektrofilter hat nicht für alle Korngrößen des Staubes den gleichen Abscheidegrad. Insbesondere Stäube mit kleinem Korndurchmesser (Feinstaub), an denen sich bevorzugt Schwermetalle und andere Schadstoffe (z.B. Dioxine) anlagern, werden nur zu ca. 95% zurückgehalten.
Im Gegensatz zu mechanischen Filtern braucht man bei Elektrofiltern weniger Energie, um die Rauchgase durch das Filter zu treiben.
Aufgabe
Die Abscheideleistung bzw. der Wirkungsgrad eines Elektrofilters hängt von der Gasgeschwindigkeit im Filter ab.
Interpretiere das nebenstehende Diagramm und versuche eine Plausiblitätserklärung.