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WO1984001602A1 - Gas scrubbing plant - Google Patents

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WO1984001602A1
WO1984001602A1 PCT/DE1983/000167 DE8300167W WO8401602A1 WO 1984001602 A1 WO1984001602 A1 WO 1984001602A1 DE 8300167 W DE8300167 W DE 8300167W WO 8401602 A1 WO8401602 A1 WO 8401602A1
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WO
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gas
gases
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flow
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PCT/DE1983/000167
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French (fr)
Inventor
Joachim Artmann
Ilan Brauer
Gerhard Bruggen
Dieter Karr
Roland Schreiber
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03CMAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/017Combinations of electrostatic separation with other processes, not otherwise provided for
    • B03C3/0175Amassing particles by electric fields, e.g. agglomeration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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    • B03C3/34Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/70Applications of electricity supply techniques insulating in electric separators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/01Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust by means of electric or electrostatic separators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0892Electric or magnetic treatment, e.g. dissociation of noxious components
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device according to the type of the main claim, as is known for example from the magazine Chem.-Ing.-Techn. 48th year 1976, No. 1, page 33.
  • a major difficulty with such devices is to ensure the electrical insulation between the high-voltage electrodes when cleaning gases from electrically conductive particles. If the electrical insulation is not guaranteed, leakage currents and finally short circuits between the electrodes occur, so that continuous operation of the device is impossible.
  • the device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a precipitation of conductive particles in the insulation area between the high-voltage electrodes is avoided with simple means. Flushing the areas to be insulated with compressed air has proven to be particularly expedient and economical, because it can be provided inexpensively and with the required pressure.
  • Flushing the surface to be insulated in the manner of a cascade with a plurality of flushing rooms connected in series is particularly advantageous, the gas passages between the insulated surface to be flushed and the opposing limits advantageously increasing gradually in the direction of the gas flow.
  • the amount of purge gas can be reduced to about a third of the amount otherwise required and a continuous and uniform flow is achieved at the front exit of the cascade, so that reliable insulation is ensured.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the device with radial flushing gas supply at both ends of the device
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the design of a cascade-shaped gas flushing of the insulating surface.
  • the device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a precipitation of conductive particles in the insulation area between the high-voltage electrodes is avoided with simple means. Flushing the areas to be insulated with compressed air has proven to be particularly expedient and economical, because it can be provided inexpensively and with the required pressure.
  • Flushing the surface to be insulated in the manner of a cascade with a plurality of flushing rooms connected in series is particularly advantageous, the gas passages between the insulated surface to be flushed and the opposing limits advantageously increasing gradually in the direction of the gas flow.
  • the amount of purge gas can be reduced to about a third of the amount otherwise required and a continuous and uniform flow is achieved at the front exit of the cascade, so that reliable insulation is ensured.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the device with radial flushing gas supply at both ends of the device
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the design of a cascade-shaped gas flushing of the insulating surface. Description of the embodiments
  • 10 denotes a coagulator, which essentially consists of a positive electrode 11 and a negative electrode 12 connected to ground.
  • the positive electrode 11 sits on an insulator 13, through which a current lead 14 to the electrode 11 is passed.
  • an essentially identical insulating part 15 each having a gas inlet 16 for a purge gas 29.
  • one-sided mounting and locking of the electrodes 11 and 12 would also be possible with only one insulating material part 15 with correspondingly small dimensions of the coagulator, the exhaust gas leaving the coagulator 10 in the axial direction.
  • the gas 30 to be cleaned is introduced into the coagulator 10 via a feed 18 and leaves it via a discharge 19.
  • the gas then reaches a mechanical separator 21, possibly with the shortest possible pipeline 20, at the outlet of which the cleaned one Gas escapes.
  • the cleaning device shown in Figure 1 is designed in two stages and consists on the one hand of the coagulator 10, in which small, finely divided particles are coagulated into larger agglomerates, which are removed from the gas to be cleaned in the downstream mechanical separator.
  • the coagulator consists of two cylindrical electrodes 11 and 12, between which an electric field E is applied.
  • the field Strength of the electrical field E is such that no ionization phenomena occur, so that practically no electrical power is consumed in the coagulator 10.
  • the gas with the particles to be removed flows through the coagulator 10 in the axial direction, polarization of the particles in the field direction resulting from the electric field due to influential charges.
  • the finely divided particles coagulate to form larger agglomerates, which leave the coagulator 10 at the gas discharge 19 and, due to their relatively large masses, can be easily separated in a simply constructed mechanical separator 21, for example a cyclone.
  • the present invention relates to the purging of the electrically insulating surface 17 of the insulator 13 with a gas which is free of electrically conductive particles which could be deposited on the surface 17.
  • the coagulator works on the principle of electrical influential charges, ie it works the better the greater the mobility of the electrical charges in the particles to be removed from the exhaust gas. This means that the coagulator is particularly well suited for the treatment of electrically conductive substances such as the soot-containing exhaust gases from combustion processes of fossil fuels.
  • the conductive particles must be kept away from the insulating surface 17, which is preferably achieved by flushing with compressed air.
  • the purge gas 29 enters the coagulator 10 through the inlets 16 and, after a corresponding deflection, generates an axial flow on the surface 17 which is opposite to the flow of the gas to be cleaned and thus forms a deposit 28 of particles prevents the gas to be cleaned on the electrically insulating surface. In this way, the electrical insulation between the high-voltage electrodes 10 and 11 remains guaranteed even after the arrangement has been in operation for a long time without the need for intermediate cleaning or the like.
  • the device shown in Figure 1 from a coagulator 10 and a mechanical separator 21 is only one application example for the measure according to the invention for electrical insulation between the high voltage electrodes of electrical gas cleaning systems high-voltage electrical separator when cleaning gases from electrically conductive particles the same problem occurs.
  • other purge gases can also be used, for example nitrogen or noble gas. These flushing gases have the advantage that undesired chemical reactions in the coagulator are avoided.
  • FIG. 2 shows a special exemplary embodiment in which the electrically insulating surface 17 is rinsed in the manner of a cascade with a plurality of rinsing spaces 22, 23, 24 connected in series.
  • the gas passages 25, 26 and 27 have gradually larger cross-sections between the insulating surface 17 to be flushed and the opposite boundaries on the insulating part 15 in the direction of the flushing gas flow, so that the flushing gas flow is smoothed towards its outlet.
  • the deposits indicated at 28, which are or at least contain conductive particles when cleaning the exhaust gases of fossil fuels, cannot migrate as far as the insulating part 15, so that an adequate insulation distance is always maintained.

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Description

Vorrichtung zum Reinigen von Gasen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches, wie sie beispielsweise bekannt ist aus der Zeitschrift Chem.-Ing.-Techn. 48. Jahrg. 1976, Nr. 1, Seite 33. Eine wesentliche Schwierigkeit bei derartigen Vorrichtungen besteht darin, beim Reinigen von Gasen von elektrisch leitfähigen Partikeln die elektrische Isolation zwischen den Hochspannungselektroden sicherzustellen. Wenn die elektrische Isolation nicht gewährleistet ist kommt es zu Kriechstromen und schließlich zu Kurzschlüssen zwischen den Elektroden, so daß ein kontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung ausgeschlossen ist. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln ein Niederschlag leitfähiger Partikel im Isolationsbereich zwischen den Hochspannungselektroden vermieden wird. Als besonders zweckmäßig und wirtschaftlich hat sich die Spülung der zu isolierenden Bereiche mit Druckluft erwiesen, weil diese preiswert und mit dem benötigten Druck leicht zur Verfügung gestellt werden kann.
Durch die in den weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei die Spülung der zu isolierenden Oberfläche nach Art einer Kaskade mit mehreren in Reihe geschalteten Spülräumen, wobei zweckmäßigerweise die Gasdurchlässe zwischen der zu spülenden isolierenden Oberfläche und den gegenüberliegenden Begrenzungen in Richtung der Gasströmung schrittweise zunehmen. Mit einer derartigen Anordnung kann man die Spülgasmenge auf etwa ein Drittel der sonst benötigten Menge reduzieren und man erreicht eine kontinuierliche und gleichmäßige Strömung am vorderen Ausgang der Kaskade, so daß eine sichere Isolation gewährleistet ist.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit radialer SpülgasZuführung an beiden Enden der Vorrichtung und Figur 2 in vergrößerter Darstellung die Ausgestaltung einer kaskadenförmigen Gasspülung der isolierenden Oberfläche. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln ein Niederschlag leitfähigar Partikel im Isolationsbereich zwischen den Hochspannungselektroden vermieden wird. Als besonders zweckmäßig und wirtschaftlich hat sich die Spülung der zu isolierenden Bereiche mit Druckluft erwiesen, weil diese preiswert und mit dem benötigten Druck leicht zur Verfügung gestellt werden kann.
Durch die in den weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei die Spülung der zu isolierenden Oberfläche nach Art einer Kaskade mit mehreren in Reihe geschalteten Spülräumen, wobei zweckmäßigerweise die Gasdurchlässe zwischen der zu spülenden isolierenden Oberfläche und den gegenüberliegenden Begrenzungen in Richtung der Gasströmung schrittweise zunehmen. Mit einer derartigen Anordnung kann man die Spülgasmenge auf etwa ein Drittel der sonst benötigten Menge reduzieren und man erreicht eine kontinuierliche und gleichmäßige Strömung am vorderen Ausgang der Kaskade, so daß eine sichere Isolation gewährleistet ist.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit radialer SpülgasZuführung an beiden Enden der Vorrichtung und Figur 2 in vergrößerter Darstellung die Ausgestaltung einer kaskadenförmigen Gasspülung der isolierenden Oberfläche. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist mit 10 ein Koagulator bezeichnet, welcher im wesentlichen aus einer positiven Elektrode 11 und einer negativen, mit Masse verbundenen Elektrode 12 besteht. Die positive Elektrode 11 sitzt auf einem Isolator 13, durch den eine Stromzuführung 14 zur Elektrode 11 hindurchgeführt ist. Als mechanische Abstandshalterung und Zentrierung zwischen der positiven Elektrode 11 und der Masseelektrode 12 dient auf beiden Seiten des Koagulators je ein im wesentlichen gleichgestaltetes Isolierstoffteil 15, welches jeweils einen Gaseinlaß 16 für ein Spülgas 29 besitzt. Selbstverständlich wäre auch eine einseitige Halterung und Arretierung der Elektroden 11 und 12 möglich mit nur einem Isolierstoffteil 15 bei entsprechend kleinen Abmessungen des Koagulators, wobei das Abgas den Koagulator 10 in axialer Richtung verlassen würde.
Im gezeichneten Ausführungsbeispiel wird das zu reinigende Gas 30 über eine Zuführung 18 in den Koagulator 10 eingeleitet und verläßt diesen über eine Abführung 19. Das Gas erreicht dann, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer möglichst kurzen Rohrleitung 20, einen mechanischen Abscheider 21, an dessen Ausgang das gereinigte Gas austritt.
Die in Figur 1 dargestellte Reinigungsvorrichtung ist zweistufig ausgebildet und besteht einerseits aus dem Koagulator 10, in dem kleine, fein verteilte Partikel zu größeren Agglomeraten koaguliert werden, welche in dem nachgeschalten mechanischen Abscheider aus dem zu reinigenden Gas entfernt werden. Der Koagulator besteht aus zwei zylindrischen Elektroden 11 und 12, zwischen denen ein elektrisches Feld E anliegt. Die Feld stärke des elektrischen Feldes E ist so bemessen, daß keine Ionisationserscheinungen auftreten, so daß auch praktisch keine elektrische Leistung im Koagulator 10 verbraucht wird. Das Gas mit den zu entfernenden Partikeln strömt in axialer Richtung durch den Koagulator 10, wobei sich aufgrund des elektrischen Feldes durch Influenzladungen eine Polarisation der Partikel in Feldrichtung ergibt. Aufgrund dieser Ladungen koagulieren die fein verteilten Partikel zu größeren Agglomeraten, welche den Koagulator 10 bei der Gasabführung 19 verlassen und aufgrund ihrer relativ großen Massen in einem einfach aufgebauten mechanischen Abscheider 21, beispielsweise einem Zyklon, leicht abgeschieden werden können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Spülung der elektrisch isolierenden Oberfläche 17 des Isolators 13 mit einem Gas, welches frei ist von elektrisch leitfähigen Partikeln, die sich auf der Oberfläche 17 niederschlagen könnten. Der Koagulator arbeitet nach dem Prinzip der elektrischen Influenzladungen, d.h. er arbeitet umso besser, je größer die Beweglichkeit der elektrischen Ladungen in dem aus dem Abgas zu entfernenden Partikeln ist. Dies bedeutet, daß sich der Koagulator besonders gut eignet zur Behandlung elektrisch leitfähiger Stoffe wie beispielsweise die rußhaltigen Abgase aus Verbrennungsprozessen fossiler Brennstoffe. Die leitfähigen Partikel müssen jedoch von der isolierenden Oberfläche 17 ferngehalten werden, was durch die Spülung vorzugsweise mit Druckluft erreicht wird. Das Spülgas 29 tritt durch die Einlasse 16 in den Koagulator 10 ein und erzeugt an der Oberfläche 17 nach entsprechender Umlenkung eine axiale Strömung, welche der Strömung des zu reinigenden Gases entgegengerichtet ist und somit eine Ablagerung 28 von Partikeln aus dem zu reinigenden Gas auf der elektrisch isolierenden Oberfläche verhindert. Auf diese Weise bleibt die elektrische Isolation zwischen den Hochspannungselektroden 10 und 11 auch nach längerem Betrieb der Anordnung gewährleistet ohne daß zwischenzeitliche Reinigungen oder dgl. erforderlich sind.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung aus einem Koagulator 10 und einem mechanischen Abscheider 21 stellt lediglich ein Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Maßnahme zur elektrischen Isolation zwischen den Hochspannungselektroden elektrischer Gasreinigungsanlagen dar. Statt dessen könnte auch ein herkömmlicher Elektroabscheider in der vorgeschlagenen Weise weitergebildet werden, da bei jedem mit Hochspannung arbeitenden Elektroabscheider beim Reinigen von Gasen von elektrisch leitfähigen Partikeln die gleiche Problematik auftritt. Anstelle von Druckluft können auch andere Spülgase verwendet werden, beispielsweise Stickstoff oder Edelgas. Diese Spülgase haben den Vorteil, daß unerwünschte chemische Reaktionen im Koagulator unterbleiben.
Figur 2 zeigt ein spezielles Ausführungsbeispiel, bei dem die Spülung der elektrisch isolierenden Oberfläche 17 nach Art einer Kaskade mit mehreren in Reihe geschalteten Spülräumen 22, 23, 24 erfolgt. Die Gasdurchlässe 25, 26 und 27 weisen zwischen der zu spülenden isolierenden Oberfläche 17 und den gegenüberliegenden Begrenzungen am Isolierstoffteil 15 in Richtung der Spülgasströmung schrittweise größere Querschnitte auf, so daß eine Beruhigung der SpülgasStrömung zu ihrem Austritt hin erfolgt. Auf diese Weise erhält man am äußeren Gasdurchlaß 27 eine gleichmäßige Gasströ mung, beim Ausführungsbeispiel eine gleichmäßige Druckluftströmung, welche der Strömungsrichtung der zu reinigenden Gase im wesentlichen entgegengerichtet ist. Die bei 28 angedeuteten Ablagerungen, welche beim Reinigen der Abgase fossiler Brennstoffe leitfähige Partikel sind oder zumindest enthalten, können nicht bis zum Isolierstoffteil 15 vorwandern, so daß stets ein ausreichender Isolationsabstand gewahrt wird.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Reinigen von Gasen von elektrisch leitfähigen Teilchen oder Tröpfchen, insbesondere zum Reinigen von Abgasen fossiler Brennstoffe, vorzugsweise von Dieselmotoren, unter Verwendung eines von den zu reinigenden Gasen durchströmten elektrischen Hochspannungsfeldes, welches zwischen gegeneinander isolierten Elektroden anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierenden Oberflächen (17) zwischen den gegenpoligen Hochspannungselektroden (10, 11) wenigstens teilweise von einem Gas (16) umspült sind, das im wesentlichen frei ist von elektrisch leitfähigen Partikeln.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas Druckluft verwendet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas das gereinigte Abgas verwendet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülung nach Art einer Kaskade mit mehreren in Reihe geschalteten Spülräumen (22, 23, 24 ) erfolgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdurchlässe (25, 26, 27) zwischen der zu spülenden isolierenden Oberfläche (17) und der gegenüberliegenden Begrenzung in Richtung der Gasεtrömung schrittweise größeren Querschnitte aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei hohlzylindrische Elektroden (11, 12) durch wenigstens einen zylindrischen Isolator (13) an wenigstens einem Elektrodenende gegeneinander isoliert sind und daß die Spülgase (29) derart auf die Isolatoroberfläche (17) geleitet werden, daß ihre Strömungsrichtung dort der Strömungsrichtung der zu reinigenden Gase (30) im wesentlichen entgegengerichtet ist.
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