CH372033A - Verfahren und Einrichtung zur Reinigung eines Heissgasstromes, insbesondere von Verbrennungsmotoren und Gasturbinen - Google Patents

Description

Verfahren und Einrichtung zur Reinigung eines Heffigasstromes, insbesondere von Verbrennungsmotoren und Gasturbinen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und cinc Einrichtung zur Reinigung eines Heiggas- stromes.

Es ist bekannt, Hei8gase vor Eintritt in cine elck- trische Niederschlagsvorrichtung z. B. dùrch Kond'en- satberieselung oder Dampfzufuhr ;so weît he-ru#nter- zukÜhlen, daB aus dem. Gas zu entfernende, in die- sem, in Gas bzw. Dampfform enthaltene Stoffe kon- densieren, wobei dann der Kondensationsnebel in der Niederschlagsvorrichtung abgeschieden wird. In den bisher bekanntgewordenen Niederschlagsvorrïchtun- gen lassen sich aber die. so erhaltenen fécinen Nebel nur zum, kleinsten Teil abscheiden. Dies hat scinen Grund darin, daf3 die abzuscheidenden Nèbeltrôpf- chen schr klein und die in den b#ekanntgewordenen Elektrofiltern zur Verfilgung stehenden Feldstârken relativ niedrig sind. Ferner führte der meist relativ groBe Feststoffanteil in dem. zu reinigend'en Rohgas dazu, daB das Gas bei seinem Eintritt in den dern eigentlichen Abscheider vorgelagerten lonisator als relativ guter Leiter wirkte, der das Sprühfeld des lonisators rasch abfallen lieB; die Beladung dër auszuscheidend'en T-eilchen mit den erzeugten Ionen und demzufolge deren Abscheidung bleiben unge- nügend. Diesem. Vbelstand versuchte, man dadurch abzuhelfen, daB man dem Rohgas Dampf, z. B. ôl- oder Wasserdampf, zuführt--; durch Anlagerung er- reichte man eine Vergrë>f3erung und zum. Teil auch bessere Isolierung der abzuscheïdenden Partikeln. In der Praxis zeigte aber dieses Verfahren erhébliche Nach,tcile. Einerscits stellt die Dampfzufuhr cinen nicht unbetrâchtlichen Aufwand dar; anderseits konnte die Feldstârke in d'en bekannten Ionisatoren trotz allem. nicht auf d'en gewünschten. hohen Wert gesteigert werden und auf3erdem. brachte die Dampf- zufuhr nicht nur cine Vergr5J3erang der abzuschei- denden Partikeln, sondern, auch,eine erhebliche Ver- grdBerung der Zahl dieser Partikeln#, da sich lângst nich,t aHer Dampf nur an die bereits vorhandenen Partikeln anlagern lieJ3, sondern. selbst wieder zur Partikelbildang bcitrug, so daB der nachgeschaltete Abscheider (ob nun mechanisch oder clektrisch arbei- tend) dem. Partikelandrang micht mehr gewachsen war; zwanglâufic, verbllièb, dann auch ein Teil der vom, Rohgas in die, Anlage, mitgebrachten abzuschei- denden Stoffé in dera den Abscheider verlassenden Reingas.

Die genannten Nachteile lassen sich beim. erfin- dungsgemâJ3en Verfahren vermeiden.; za diesem. Zweck wird der Heïf3,oasstrom durch, cinen Wârme- austauscher gekühlt und durch Ausniltzung eines Teils seiner Str5mungsenergie, mit Luft ggemischt, wonach die sich, dadurch bildenden Trëpfchen aus dem. Gas- strom abgeschieden werden.

Die Küh-lung durch einen Wârmeaustauscher ver- meidet,cine VergrôBerung der Gasmasse darch starke Nebel Mi dende Stoffe, welche den Anteil der ab- zuscheidenden Teilchen in unerwünschter Weise. er- hâhen, wâhrend die ZufÜhr von Luft unter Ausnüt- zung der Strëmungsencrgie des Gases cinerseits ohne baulichen Aufwand zu, bewerkstelligen ist und ander- seits dem. bei der Abkü#hlungentstandenen N--bell nur gerade so viel Feuchtigkeît zuführt, dal3 diese voll- stândig durch Anlagerung an die, abzuscheidenden Partikeln aufgebrauchtwird, ohne selbst dieTrë)pfchen- zah-1 zu verinchren, wobei gleichzeitig die Trôpfchen- dichte in dem. zurn Abscheider geqangenden. Gasstrom. so niedrig gehalten wird, daB eine cinwandfreie Ab- scheidung in alleu, Fâllen më)gllich ist.

Das beschriebene VérfahTen lâ8t sich mm mit besonders groBera Vorteil mittels einer ein Elektro- fiher als Abscheider aufweisenden Einrichtung durch- füh-ren. Diese ebenfalls Erfindungsgegenstand bil- dende Einrichtung ist gekennzeichnet durch eine HeiP)gasleitung, in welche cin im. Gegenstrom arbei- tender Wârmeaustauscher zur Abkiihlung des hefflen Gasstromes und Kondensation der abzuscheïdenden Gaskomponenten cingebaut ist und welche Ansaug- ôffnungen für Frischluft aufweist, sowie durch cinen stromabwârts dieser Ansau,-,üffnungen an die Gas- Icitung angeschlossenen Feldionisator mit anschlie- Bendem. elektrostatischem Abscheïder. Es hat sich gezeigt, da,13 die durch die angesaugte Luft erfolgende Feuchtig-keitszufuhr nicht nur cine genügende Ver- grüBerung der abzuscheidenden Nebeltru)pfehen ohne V-ergrë>Beruno, der Trôpfchenzahil bewirkt, sondern gleichzeitig auch die abzuscheidenen Festpartikeln genügend isoliert, um das im Ionisator herrschende, die zur Beladung der Partikéln erforderliche lonen- bewegung bewirkende elektrische Feld nicht zu bc- eintrâchtigen, so daf3 tatsâchlich eine, einwandfreie Abscheidung erfolgen kann.

An Hand der beiliegenden Zeichnung, die sche- matisch ein Ausführungsbeispiel der ebenfalls erfin- dungsgemâBen Einrichtung zeigt, ist im, folgenden das Verfaliren nach der Erfindung beispielsweise nâher erlâutert.

In der Zeichnung ist <B>1</B> ein Verbrennungsmotor, z. B. ein Dieselmotor, dessen Abgase gereinigt werden sollen, 2 ist ein Wârmeaustauscher, <B>3</B> ist eine Luft- ansaugstelle und 4 ist cin Elektrofilter. <B>Die</B> Abgas- leitung <B>5</B> des Verbrennungsmotors <B>1</B> filhrt durch den Wârmeaustauscher 2, der nach dem Gegenstrom- prinzip arbeitet; Wârmeaustauschmedium ist Luft, die mittels cines Ventilators <B>6</B> darch den Austauscher 2 getrieben wird. Der Wârmeaustauscher 2 ist so bemessen, daf3 die in Gas- bzw. Dampfform im Gas- strom. enthaltenen Anteile an auszuscheïdender Ma- terie unter ihren Taupunkt abgekühlt werden; es bilden sich fortlaufend kleinste Trüpfchen, die s-ich bis zum Austritt der Gasleitung aus dem Wârme- austauscher durch egensciti.-Y <B>9</B> e Anlagerung re-lativ stark vergrô]3ern; als Kondensationskerne dienen die vom. Gasstrom mitgeführten Feststoffpartikdln. Es hat sich gezeig dag eine Abkühllung des Heffigases auf <B>60</B> bis 801, <B>C</B> ira Wârmeaustauscher genügt, um praktisch alle Geruchskomponenten der Abgase eines Dieselmotors in Trbpfehen zu kondensieren. Die gebildeten. Tr5pfchen sind aber noch derart Idein, daI3 praktisch nicht realisierbare Feldstârken notwendig wâren, urn sie nach einer clektrischen Bieladung im Elektrofilter abscheiden zu kônnen. <RTI ID="0002.0276" WI="16" HE="3" LX="920" LY="2258"> Anderseits ist die Tr5pfchen- und Partikelzahl pro Volumeneinheit des den Wârmeaustauscher verlassenden Gasstromes derart groB, daf3 das Gas cin relativ guter Leiter wird, der das Ionenführungsfeld im nachgeordneten lonisator <B>7</B> des Elektrofilters zum Zusammenbruch bringen würde. Zur VergrMerung der abzuscheidén- den Partikéln und gleichzeitig zu deren Isolierung und zur Verdünnung des Gasstromes wird im. Anschlul3 an die Gaskühlung dem, Gasstrom Luft aus der Um- g,ebung beigemischt, und zwar durch Ausnützung eines Teils seiner Striimungsenergie. Beim gezeichneten Beispiel sind an der Stelle <B>3</B> in der den Wânneaus- tauscher 2 verlassenden Gasleitung Luftansaugôff- nungen vorgesehen, durch welche der Gasstrom Luft ansaugt. Die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit lagert sich zum groJ3en Teil an den als Konden- sationskerne dienenden Trüpfehen im Gasstrom an, der gleichzeitig zusâtzlich gekühlt und verdünnt wird. Es ist zu bemerken, dal3 die dadurch. bewirkte Trëpf- chenvergrôBerung auch dann notwendig wâre, wenn die Abscheidung der Trëpfchen nicht wie beim vor- liegenden Beispiel in einem, Elektrofilter, sondern z. B. in einem. mechanischen Filter abgeschieden werden. Der in der beschri#ebenen Weise vorbehandelte Gas- strom gelangt in der Folge in das Elektrofilter 4, wo ler zuerst den lonisator <B>7</B> passiert. Als besonders zwe,ckmâBig hat sich cin spezieller Spitzenionisator crwiesen, wobei vorteilhaft cine Mehrzahl von loni- satorzellen wabenartig nebencinanderliegend über den lonisatorquerschnitt verteilt sind. Jede Ionisator- zelle besitzt cine stromabwârtsgerichtete Spitzenelek- trode, die koaxial um einen kleinen Betrag in cine z#lindrische Gegenelcktrode hineinragt. Zwischen den beiden Elektroden ist cin Hochspannungsféld erzeugt, wodurch an der Elektrodenspitze Enfladun- gen erfolgen, welche den Gasstrom ionisieren, wâh- rend das Hochspannungsfeld gleichzeitig den erzeug- ten lonen eine starke Querbewegung #erteilt, so daI3 sic den ganzen Gasstromquerschnitt durchsetzen und die im Gasstrom enthaltenen Partikeln bzw. Trôpf- chen clektrisch beladen. Die lonenerzeugung bc- schrânkt sich auf die unmittelbare Umgebung der Elektrodenspitze, wobei die lonen mit Gegenpolaritât sofort zur Spitzenelektrode zurfickgesaugt werden, wâhrend die lonen mit gleicher Polaritât wie die Spitzenelektrode durch das starke lonisatorfeld quer durch dieRTI ID="0002.0551" WI="23" HE="4" LX="1346" LY="1719"> Ionisatorzellen, das heigt radial auswârts gegen die zylindrische. Gegenelektrode hin bewegt werden, wobeï sic ihre Ladung an die vom Gasstrom. mitgefiïhrten TrZ5pfehen abgeben. Die somit unipolar aufge.ladenen Trüpfchen werden im anschliel3enden Abscheiderfeld <B>8</B> des Elektrofilters, d'as zwischen parallelen Platten errichtet ist, abgeschieden bevor der gereinigte Gasstrom das Elektrofilter verlâl3t. Uni im lonisator groBe Feldstârken mit mi5glichst kleinen Spannungen zu -erziclen (groge lonenbeschleunigung bei geringer Erzeugung von Ozon und nitrosen Gasen) wird zweckmâl3ig zinc Elektrodenspitze vorgeschen, deren Spitzenkalotte cinen Radius von nur etwa <B>10-6</B> cm aufweist. Zweekmâffig wird zur Verstâr- kung der Ionenerzeugung auf die Spitzenkalotte cine nur wenige Atome umfassende Schicht ein#es radio- aktiven Materials (a- oder fl-Strahler, z. B. Radium- salze oder diesen entsprechende Isotrope), aufge- dampft, wâhrend der Schaft der Spitzenelektrode zur Vermcidung unerwünschter Schwingungen, die bei nicht genau koaxialer Anordnung der Spitzenelek- trode auftreten k5nnen, mit cinem Nickel- oder Kup- ferbelag ais Dâmpfungsbelag versehen wird. Die Auf- teilung des lonisatorquerschnittes #erfolgt zweckmâBig so, daf3 um eine zentrale Ionisaterzelle eine Mehrzahl weiterer Zellen auf einera Kreis angeordnet werden.

Das nach dem. beschriebenen Verfahren gereinigte Abgas ist praktisch geruchfrei und enthâilt keinc, Fest- oder Flüssigkeitskomponenten, mehr. Mit einer Reî- nigungs#einrichtung der beschriebenen Art verschene Verbrennungsmotoren lassen sich somit unbedenkjîch auch in geschlossenen Râumen (Tunnelbau, milit*àri- sche Anlagen, Notstromgruppen, Unterseebooten usw.) verwenden. Es hatsich auch gezeigt, dal3 keiner der genannten Verfahrensschritt-- (Kühllung, Luftzu- fuhr, Abscheidung) weggelassen werden kann, um brauchbare Resultate zu erreichen.

Es versteht sich, daJ3 bei Verwendu#ng von Elek- trofiltern an Stelle peiner Mehrzahl von Ionisatorzellen auch nur eine einzige solche Zelle, vorgeschen. sein kann. Ferner kbnnen die Luftansaugë>ffnungen in der Gasleïtung mit Reg pliermitteln zur Dosierung der an- gesaugten Luftmenge versehen sein. Anstatt mit Luft als Austauschmedium kann der Wârmeaustauscher auch mit Kühlwasse-r betrieben sein. Zweckmâgig ist nicht nur der Ionisator, sondern auch der nachgeord- nete Abscheider in Einz-elzellen aufgeteilt.

Für den Fall, dal3 zur Abscheidung 'bzw. Reini- gung der Gase ein Elektroffiter verwendet wïrd und die Filtrierung an bestimmte Sicherungsbedingungen gebunden ist, ist es zweckmâgig, nach dem Elektro- filter noch ein mechanisches Filter nachzuschalten, welches dann in Funktion tritt, wenn durch âuBere Vorgânge die Stromversorgung, des Elektrofilhers zeit- weilig unterbrochen ist. D#as nachgesch#ailtete mecha- nische, Filter unterliegt im normalen Betrieb keinern Verschleil3, da die Abscheidung ausschiliel3-lich ira Elektrofilter erfolgt, so d'aB das mechanische Filter nur als D#urchgangsgefât, ohne selbst cine. Filtrie- rungsfunktion, zu übernehmen, gedacht ist. Erst für den Fal-1, daf3 im Elektroffilter Stbrungen auftreten soliten, tritt dieses Sicherungsfilter in Funktion.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH <B>1</B> Verfahren. zur Reinigung cincs Hei,13gasstromes, dadurch gekennzeichnet, daB der Heiggasstrora durch einen Wârmeaustauscher gekühlt und durch Aus- niftzung cines Teils seiner Strômungsene-rgie mit Luft gemischt wird, wonach die sich dadurch, bildenden Trë>pf,chen aus dem Gasstrora abgeschieden, werdien. UNTERANSPRUCH <B>1.</B> Verfahren nach PatentanspruchI, dadurch ge- kennzeichnet, daB die nach der Kühlung und Luft- zumischung sich RTI ID="0003.0276" WI="15" HE="4" LX="1376" LY="500"> bildenden Trôpfchen durch elek- trische Feldionisation unipol-ar aufgeladen und an- sch,lieJ3end in einem elektrischen. Querféld abgeschie- den werden. PATENTANSPRUCH <B>Il</B> Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch <B>1,</B> gekerinzeichnet durch eine Heil3gaeeitu#ng, in welche ein ira Geggenstrom arbei- tender Wârmeaustauscher zur Abkühlung des heif3en Gasstremes und Kondensation der abzascheiden- den Gaskomponenten eingebaut ist und weilche, An- saugë)ffnungen für FriscMuft aufweist, sowie. dürch einen stromabwârts dieser An-saugi#ffnungen an die Gasleitung angeschlossenen Feldionisator mit an- schlieBendera elektrostatischem. Abscheider. UNTERANSPRUCHE 2. Einrichtung nach Patentanspruch <B>11,</B> dadurch gekennzeichnet, daB der Ionisator mindestens eine str,omabwârtsgerichtete Spitzenelelctrode aufweist, die koaxial in eine zylïndri#sche Gegenelektrode hinein- ragt. <B>3.</B> Einrichtung nach Untera-nspruch 2, dadurch. gekennzeichnet, daB der Ionisator eine Mehrzahl, von wabenlfë>rmig nèbeneinanderliegenden, den lonisator- querschnitt füllenden lonisatorzélilen mit<B>je</B> einer in eme, zylindnsche Gegenelektrode hineinragenden Spitzenelektrode aufweïst. 4. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daB die Spitzenkalotb der Spitzen- elektrode cinen Radius von etwa <B>10-6 CM</B> aufweist. <B>5.</B> Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dà1à die Spitzenkalotte, der Spitzen- elektrode mit cinem Belageines radioaktiven. a- oder fl-Strahlers versehen ist.