DE3314170A1

DE3314170A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen von gasen von leitfaehigen partikeln

Info

Publication number: DE3314170A1
Application number: DE3314170A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Brüggen; Manfred 7141 Freiberg Gaugler; Dieter Dipl.-Phys. 7250 Leonberg Karr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1984-10-25
Also published as: DE3314170C2

Description

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.. 1849p T

28.3.1983 Rs/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Gasen von leitfähigen Partikeln

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Reinigen von Gasen entsprechend der Gattung des Hauptanspruches. Ein derartiges Verfahren ist bereits vorgeschlagen worden; dabei werden rußhaltige Gase zunächst einem elektrostatischen Abscheider und anschließend einem mechanischen Abscheider zugeführt. In dem elektrostatischen Abscheider werden in einer Koronaentladung Ladungsträger erzeugt, welche sich an Rußpartikeln anlagern und einen Niederschlag derselben an einer geerdeten Kammerwand verursachen. Von dort werden größere Rußflocken wieder abgelöst und in einem zweiten Prozeß einem mechanischen Rußabscheider zugeleitet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß hohe elektrische Feldstärken benötigt werden zur Erzeugung der Koronaentladung und daß eine beachtliche elektrische Leistung für die Aufrechterhaltung der Koronaentladung bereitgestellt wird. Die Bereitstellung dieser Leistung in einem Hochspannungsfeld erfordert einen großen technischen Aufwand. Weiterhin

ist bei diesem älteren Verfahren kein tatsächlich kontinuierlicher Betrieb gegeben, veil die an den Wandungen der elektrostatischen Abscheideanordnung entstehenden niederschlage in einem getrennten Verfahrensschritt zunächst wiederum abgelöst werden müssen, bevor sie in einem mechanischen Trennverfahren endgültig eliminiert werden können.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches und die zugehörige Vorrichtung haben demgegenüber den Vorteil, daß mit geringem elektrischem und mechanischem Aufwand ein kontinuierlicher Arbeitsprozeß ermöglicht wird, bei dem kleine, feinverteilte Partikel zu größeren Agglomeraten vereinigt werden, welche sich wegen ihrer relativ großen Masse in mechanischen Abscheidern leicht absondern lassen, so daß der apparative Aufwand und die Beeinträchtigungen des Abgasstromes durch nachgeschaltete mechanische Abscheider gering ist.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung derart ausgebildet werden, daß die Agglomerate, d.h. die angelagerten Rußteilchen von der zweiten Elektrode durch die Kräfte der Gasströmung ablösbar sind. Dies wird dadurch erreicht, daß einerseits eine ausreichend hohe Gasströmung in der Abscheidevorrichtung aufrechterhalten wird und daß die zweite Elektrode aus strömungstechnisch gut zugänglichen Teilflächen mit einer Vielzahl von Durchbrüchen ausgebildet wird, an denen sich die Partikel vorübergehend niederschlagen, durch die Gasströmung als größere Agglomerate jedoch leicht wieder ablösbar sind.

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Um die Aufladung möglichst aller Partikel im Gas zu gewährleisten wird für die erste Elektrode eine besonders große Oberfläche angestrebt, um den wenigstens einmaligen Aufprall der abzuscheidenden Partikel auf die Elektrode zu gewährleisten. Zur Herstellung einer Elektrode mit großer Oberfläche hat sich eine Packung aus gepreßten Metalldrähten oder Metallspänen besonders bewährt. Um den Gasstrom hierbei nicht übermässig zu behindern ist es zweckmäßig, wenn sich die erste Elektrode in Richtung der Gasströmung trichterförmig öffnet, so daß die aufgeladenen Partikeln auf ihrem Weg zur zweiten Elektrode dann möglichst ungehindert ihren Weg fortsetzen können.

Die Entstehung von geladenen Rußteilchen an der ersten Elektrode kann man so erklären: Die Rußteilchen sind elektrisch leitend, sie treffen im neutralen Zustand auf die metallische Oberfläche der ersten Elektrode auf. Da die Elektrode ein großes elektrisches Potential besitzt, nehmen die Rußteilchen während der Berührung des elektrische Potential der Elektrodenoberfläche an, dies geschieht durch Ladungsaustausch zwischen Rußteilchen und Elektrode.

Beim Zurückprallen des Teilchens in den Gasstrom ist es elektrisch mit der Polarität der ersten Elektrode aufgeladen. Lädt man in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die erste Elektrode positiv gegen die zweite Elektrode, so fließt ohne ein sonstiges Ionisierungsmittel ein Strom positiver Ionen von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode.

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Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert..Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In der Figur ist mit 10 das Gehäuse einer Abscheidevorrichtung für leitfähige Partikel aus Gasen bezeichnet. Das Gehäuse 10 besitzt eine erste Stirnwand 11 aus isolierendem Material, vorzugsweise aus Keramik, welcher eine zweite Stirnwand 12 aus Metall gegenüberliegt. Ein zylindrischer Mantel 13 des Gehäuses 10 besteht ebenfalls aus Metall.

Eine erste Elektrode "\k wird gebildet aus einem Trichter 15 mit einem Rohransatz 16, welcher in der Stirnwand 11 isoliert gehalten ist. Der Trichter 15 und der Rohransatz 16 können wahlweise aus Metall oder Keramik bestehen. Im Trichter befindet sich Metallwolle 17 aus gepreßten Metalldrähten oder Metallspänen, welche die eigentliche Elektrode bildet und mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle von 10 kV verbunden ist. Im Abstand zu der ersten, Elektrode 1U ist eine

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daß sie einerseits große Flächen zur Ablagerung der Partikel besitzt, andererseits sollen die Flächen für die Gasströmung gut zugänglich sein, so daß die angelagerten Partikel möglichst ohne äußere Einwirkung allein durch die Gasströmung wieder ablösbar sind. In der Zeichnung sind ebene Flächenteile 19 angedeutet, welche die Oberfläche des querverlaufenden Mittelteils der zweiten Elektrode vergrößern.

In Strömungsrichtung des durch Pfeile angedeuteten Gases schließt sich an die Zylinderwand 12 ein Auslaß 20 zu einem Fliehkraftabscheider 21 an, welcher in herkömmlicher, bekannter Weise (Zyklon) gestaltet sein kann. In einem derartigen Fliehkraftabscheider 21 werden die größeren Agglomerate durch Fliehkräfte abgesondert, welche in einer rotierenden Gasströmung auf die Agglomerate einwirken. Das gereinigte Gas verläßt die Vorrichtung durch einen Reingas-Auslaß 22, die abgeschiedenen Partikel werden getrennt vom Abgas durch einen Auslaß 23 abgesondert.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung haben sich insbesondere bewährt zum Reinigen von Abgasen von Dieselmotoren. In den Abgasen des Motors treten in großer Zahl feine, leitfähige, graphitartige Kohlestoffpartikel mit einem mittleren Durchmesser von ca. 0,2 ,um auf. Diese Rußpartikel werden einerseits als störend empfunden, andererseits zwingen verschärfte gesetzgeberische Maßnahmen zur Abscheidung der Partikel aus den Abgasen von Dieselmotoren oder sonstigen Abgasen fossiler Brennstoffe. Die abzuscheidenden Partikel liegen in den Gasen überwiegend in elektrisch neutraler Form vor. Durch die Erfindung wird es nun mit minimaler Zufuhr an elektrischer Energie ermöglicht, daß die ungeladenen Partikel im Gasstrom zu größeren Agglomeraten vereint werden, welche sich in einem nachgeschalteten mechanischen Verfahren einfach abscheiden lassen. Hierzu

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werden die zu reinigenden Gase nach dem Eintritt über den Rohransatz 16 im Trichter 15 über die großflächige erste Elektrode aus Metallwolle 17 geleitet. Der überwiegende Teil der Partikel kommt dabei in wiederholten kurzzeitigen Kontakt mit der Elektrodenoberflache, wobei die Teilchen aufgeladen werden. Die Partikel geben dabei Elektronen an die positiv geladene erste Elektrode \h ab und werden dabei zu positiven Ionen, welche sich auf die negativ vorgespannte zweite Elektrode 18 zubewegen und zunächst auf dieser niederschlagen. Die Anordnung ist räumlich so gestaltet, daß sich bei einer angelegten Gleichspannung von 10 kV eine Feldstärke von ca 5 kV/cm ergibt, also eine Feldstärke unterhalb der Ionisierungsfeldstärke. Da praktisch keine Koronaentladung auftritt fließt in der Anlage nur ein sehr geringer Strom, so daß die Abscheidung der Partikel nahezu leistungslos erfolgt.

Die Aufladung der Partikel im Gasstrom erfolgt an der ersten Elektrode selektiv, d.h. es werden nur die leitfähigen Partikel, also insbesondere Rußpartikel in den Abgasen fossiler Brennstoffe, aufgeladen, während elektrisch nicht leitfähige Partikel die Anlage passieren können, wenn sie nicht aufgrund ihrer Masse in dem Fliehkraftabscheider 21 abgeschieden werden. "

Nach dem Aufladeprozeß der Partikel an der ersten Elektrode \h wird der Gasstrom über die zweite, negativ geladene Elektrode 18 geleitet. Die geladenen Partikel schlagen sich auf der zweiten Elektrode 18 zunächst nieder, aufgrund der großen Strömungsgeschwindigkeit der Gase platzen jedoch bald größere Agglomerate von der zweiten Elektrode 18 wieder ab und werden in dem nachgeschalteten Fliehkraftabscheider 21 mechanisch aufgrund ihrer Masse abgeschieden.

Claims

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28.3.1983 Rs/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

1./Verfahren zum Reinigen von Gasen von leitfähigen

ikeln, insbesondere zum Reinigen von Abgasen fossiler Brennstoffe, vorzugsweise von Dieselmotoren, unter Verwendung von wenigstens zwei Elektrodenanordnungen, welche unterschiedliches elektrisches Potential besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase zunächst über eine erste, vorzugsweise großflächige Elektrode (1U) geleitet werden, wo die Partikel beim Aufprall aufgeladen werden, daß die Gase anschließend über eine zweite, vorzugsweise ebenfalls großflächige Elektrode (18) geleitet werden, auf der sich die Partikel vorübergehend ablagern, und daß die auf der zweiten Elektrode (18) niedergeschlagenen Partikel von dieser als größere Agglomerate wieder abgelöst und in einem nachgeschalteten mechanischen Abscheider (21) abgeschieden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate von der zweiten Elektrode (18) durch iie Kräfte der Gasströmung abgelöst werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate nach dem Ablösen von der zweiten Elektrode (18) durch Fliehkrafteinwirkung abgeschieden werden.

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k. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1U) an einer positiven Gleichspannung und die zweite Elektrode (18) an einer negativen Gleichspannung liegt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1U) aus einer Packung aus gepreßten Metalldrähten oder Metallspänen besteht.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode ( 1 U ) eine sich in Richtung der Gasströmung öffnende Trichterform (15) besitzt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (18) aus vorzugsweise ebenen Flächenabschnitten. (19) mit einer Vielzahl von Durchbrüchen zusammengesetzt ist.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Elektrode (18) ein Fliehkraftabscheider (21) nachgeordnet ist.