DE3708508A1 - Device and process for decreasing pollutants in combustion exhaust gases - Google Patents

Device and process for decreasing pollutants in combustion exhaust gases

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Abstract

To decrease pollutants in combustion exhaust gases (2), impact ionisation, caused by pulsed electrical fields, of the gas molecules is utilised. The electric fields are built up in this case between concentric metal tubes (4, 5) which are connected to an electric high voltage pulse source (6). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Vermindern von Schadstoffen in Verbrennungsabgasen, insbesondere in Rauch­ gasen von fossilen Kraftwerken und Auspuffgasen von Kraftfahr­ zeugen.The invention relates to a device for reducing of pollutants in combustion gases, especially in smoke gases from fossil power plants and exhaust gases from motor vehicles testify.

Es sind bereits die verschiedenartigsten Vorrichtungen und Ver­ fahren bekannt, um insbesondere schädliche Stickoxide und Schwefeloxide aus den Abgasen zu entfernen. Sehr viele dieser Verfahren arbeiten mit Hilfe von Katalysatoren (vergleiche z.B. DE-PS 32 33 461). Ebenso sind aber auch Verfahren bekannt, bei denen mit Hilfe ionisierender Strahlung oder Elektronen­ strahlen gearbeitet wird (vergleiche z.B. DE-OS 24 01 316 oder 34 39 190).There are already a wide variety of devices and Ver drive known to in particular harmful nitrogen oxides and Remove sulfur oxides from the exhaust gases. A lot of these Processes work with the help of catalysts (cf. e.g. DE-PS 32 33 461). Methods are also known, however, in those with the help of ionizing radiation or electrons blasting is working (compare e.g. DE-OS 24 01 316 or 34 39 190).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf sehr einfache Weise eine Verminderung des Schadstoffgehaltes in Ab­ gasen zu erreichen.The object of the present invention is to be very a simple way of reducing the pollutant content in Ab to reach gases.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale ge­ löst:This object is achieved by the following features solves:

  • a) im Abgaskanal ist mindestens ein Reaktionsraum angeordnet, der aus metallischen, parallelen Platten oder konzentrischen Rohren gebildet ist und einen Spaltquerschnitt hat,a) at least one reaction space is arranged in the exhaust gas duct, that of metallic, parallel plates or concentric Tubes is formed and has a gap cross-section,
  • b) es ist mindestens eine Platte oder ein Rohr eines Reaktions­ raumes mit einem elektrisch isolierenden, dielektrischen Material überzogen undb) it is at least one plate or tube of a reaction room with an electrically insulating, dielectric Material covered and
  • c) die beiden Platten oder Rohre jedes Reaktionsraumes sind an eine elektrische Hochspannungs-Pulsquelle angeschlossen, die derart aussteuerbar ist, daß es zur Stoßionisation von Schadstoffmolekülen im Reaktionsraum kommt.c) are the two plates or tubes of each reaction space connected to a high voltage electrical pulse source, which can be controlled in such a way that it is used for impact ionization of Pollutant molecules in the reaction chamber comes.

Das der Reinigung zugrunde liegende Verfahren ist im Anspruch 7 angegeben.The method on which the cleaning is based is in claim 7 specified.

Auf diese Weise kann eine Umwandlung relativ gefährlicher Ab­ gasstoffe in relativ ungiftige oder leicht entfernbare Stoffe erreicht werden.In this way, a conversion of relatively dangerous Ab gases in relatively non-toxic or easily removable substances can be achieved.

Die Zahl der jeweils parallel zu schaltenden Reaktionsräume bzw. die Länge der Reaktionsräume ist davon abhängig zu machen, welche Abgasmengen anfallen; z.B. ist es ersichtlich, daß zur Reinigung von Abgasen in Kraftwerken ganze Aggregate gebaut werden müssen, wohingegen evtl. für kleinere Kraftfahrzeugmoto­ ren ein einziger Reaktionsraum ausreichen kann, dessen Außenrohr vom Auspuffrohr gebildet wird.The number of reaction spaces to be connected in parallel or the length of the reaction spaces depends on what amounts of exhaust gas are generated; e.g. it can be seen that for Cleaning exhaust gases in power plants built entire units have to be, whereas possibly for smaller motor vehicles Ren a single reaction space can be sufficient, the outer tube is formed by the exhaust pipe.

Als Überzugswerkstoff hoher Durchschlagsfestigkeit und hoher Dielektrizitätskonstante kommt Porzellan, Keramik, Titanoxid, Aluminiumoxid oder Glas in Frage.As a coating material with high dielectric strength and high Dielectric constant comes porcelain, ceramic, titanium oxide, Alumina or glass in question.

Insbesondere in Kraftwerken, in denen Hilfseinrichtungen zur Verfügung stehen, wird man die Entgiftungswirkung noch durch zu­ sätzliche Filter, z.B. auf elektrischer Basis, unterstützen. Ferner kann es oft von Vorteil sein, zusätzliche, die Abschei­ dung erleichternde Stoffe, wie z.B. Ammoniak, mit einzuführen, oder einen Teil der Abluft im Kreislauf zu führen.Especially in power plants where auxiliary equipment for Are available, the detoxification effect will still be through additional filters, e.g. on an electrical basis. Furthermore, it can often be advantageous to add additional, the parting relief substances, e.g. Ammonia to introduce with or to recycle part of the exhaust air.

Was die elektrische Pulsspannungsquelle betrifft, ist es von Vorteil, wenn diese in ihren Parametern, wie z.B. Amplitude, Pulsanstiegsgeschwindigkeit, Pulsbreite und Pulswiederholungs­ frequenz, regelbar ist, z.B. in Abhängigkeit von gemessenen Schadstoffmengen und/oder Durchsatzmengen des Abgases.As for the electrical pulse voltage source, it is from Advantage if these in their parameters, e.g. Amplitude, Pulse rate, pulse width and pulse repetition frequency, is adjustable, e.g. depending on measured Quantities of pollutants and / or throughputs of the exhaust gas.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie­ les sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:Using an exemplary embodiment shown in the drawing The invention is explained in more detail; show it:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Einrichtung zur Stoßioni­ sation, Fig. 1 is a schematic diagram of a device for organization Stoßioni,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 is a cross section along the line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 die Unterbringung einer Stoßionisierungseinrichtung im Zuge eines Abgaskanals eines fossilen Kraftwerkes und Fig. 3, the accommodation of a shock ionization device in the course of an exhaust duct of a fossil power plant and

Fig. 4 das elektrische Ersatzschaltbild des isolierenden Überzuges auf einem Reaktionsrohr. Fig. 4 shows the electrical equivalent circuit diagram of the insulating coating on a reaction tube.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, gelangen die in einem Abgasrohr 14 in Richtung des Pfeiles 1 strömenden Rauchgase 2 in einen Reaktionsraum 3, der durch zwei konzentrische Rohre 4 und 5 ge­ bildet wird, wobei das äußere Rohr 5 die metallische Wandung des Abgasrohres 14 ist. Das innere, an nicht gezeigten Isola­ toren abgestützte Rohr 4 besteht aus einem metallischen Innen­ rohr 41 und einem Überzug 42 aus Keramik. Dieser Überzug soll eine Dielektrizitätskonstante < 5, insbesondere < 50 aufweisen und eine Durchschlagsfestigkeit von über 100 kV/cm. Ferner soll dieser Überzug möglichst dünn sein, z.B. nur einige zehntel Milli­ meter betragen, aber andererseits das metallische Innenrohr völ­ lig einhüllen.As seen from Fig. 1, flowing in an exhaust pipe 14 in the direction of arrow 1 the flue gases 2 enter into a reaction space 3, the concentric by two pipes 4 and 5 ge forms, is the outer tube 5, the metallic wall of the exhaust pipe 14 is . The inner, supported on Isola not shown tube 4 consists of a metallic inner tube 41 and a coating 42 made of ceramic. This coating should have a dielectric constant <5, in particular <50 and a dielectric strength of over 100 kV / cm. Furthermore, this coating should be as thin as possible, for example only be a few tenths of a millimeter, but on the other hand completely envelop the metallic inner tube.

Das metallische Innenrohr 41 ist über eine isolierende Durchfüh­ rung 7 im Rohr 5 an eine elektrische Hochspannungs-Pulsspannungs­ quelle 6 angeschlossen, die regelbar ist. Der andere Pol dieser Pulsspannungsquelle 6 liegt am metallischen äußeren Rohr 5.The metallic inner tube 41 is connected via an insulating bushing 7 in the tube 5 to an electrical high-voltage pulse voltage source 6 , which can be regulated. The other pole of this pulse voltage source 6 lies on the metallic outer tube 5 .

Auf diese Weise wird im Spalt zwischen den beiden als Elektroden wirkenden Rohren 4 und 5 ein starkes elektrisches, pulsierendes Feld aufgebaut. Gegebenenfalls kann die Wirkung dieses Feldes auch noch durch zusätzliche, überlagerte Gleichfelder verstärkt werden.In this way, a strong electric, pulsating field is built up in the gap between the two tubes 4 and 5, which act as electrodes. If necessary, the effect of this field can also be enhanced by additional, superimposed DC fields.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist eine aus mehreren derartigen Reaktionsräumen 3 bestehende Stoßionisierungseinrichtung 9 im Abgaskanal 16 eines fossilen Kraftwerkes angeordnet. Die zu rei­ nigenden Rauchgase 2 durchströmen zunächst einen Kühler 15, dann ein Elektrofilter 18 und gelangen dann nach Durchströmen der Re­ aktionsräume 3 wiederum in ein zur Abscheidung dienendes Elek­ trofilter 11 und von dort aus zum nicht gezeigten Schornstein.As can be seen from FIG. 3, a shock ionization device 9 consisting of several reaction spaces 3 of this type is arranged in the exhaust gas duct 16 of a fossil power plant. The flue gases 2 to be cleaned first flow through a cooler 15 , then an electrostatic filter 18 and then, after flowing through the reaction rooms 3, again pass into a separating elec trofilter 11 and from there to the chimney, not shown.

Wie angedeutet, können vor und nach dem Elektrofilter 8 Einrich­ tungen zur Frischluftzufuhr und zur Zufuhr von Ammoniak vorge­ sehen werden. Dies ist durch die Bezugszeichen 12 und 13 ange­ deutet. Ferner kann, wie durch die Rückführung 10 angedeutet ist, auch ein Teil der die Reaktionsräume durchströmenden Ab­ gase im Kreislauf geführt werden, um so den Reinigungsgrad zu erhöhen.As indicated, 8 devices can be seen before and after the electrostatic precipitator for the supply of fresh air and for the supply of ammonia. This is indicated by the reference numerals 12 and 13 . Furthermore, as indicated by the return 10 , some of the gases flowing through the reaction spaces can also be circulated in order to increase the degree of purification.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist die folgende:The arrangement works as follows:

Die Rauchgase werden nach einer Abkühlung im Kühler 15 und Ab­ scheidung des Staubes im Elektrofilter 8 in der Stoßionisierungseinrichtung 9, die aus mehreren parallelgeschal­ teten Räumen 3 entsprechend Fig. 1 besteht, mit einer pulsieren­ den Feldstärke beaufschlagt. Beim Strömen der Abgase durch die zwischen den Rohren gebildeten Ringspalte werden diese Gase einer laufenden Stoßionisation ausgesetzt, die zu einer Verrin­ gerung der Schadstoffe führt. Durch die pulsförmige Spannung und die Überzüge kann mit relativ hoher Feldstärke gearbeitet werden, ohne daß es zu Überschlägen und damit zum Zusammenbruch der Stoßionisation kommt.After cooling in the cooler 15 and separating the dust from the electrostatic filter 8 , the flue gases are subjected to a pulsation in the field strength in the shock ionization device 9 , which consists of several rooms 3 connected in parallel as shown in FIG. 1. When the exhaust gases flow through the annular gaps formed between the tubes, these gases are subjected to continuous shock ionization, which leads to a reduction in the pollutants. Due to the pulsed voltage and the coatings, it is possible to work with a relatively high field strength without arcing and thus collapse of the impact ionization.

Elektrisch sind diese Verhältnisse aus Fig. 4 ersichtlich, in der der Überzug 42 elektrisch als Kombination von Widerständen R und Teilkondensatoren C dargestellt ist. Durch eine Stoßionisa­ tion bzw. durch eine beginnende Entladung werden jeweils örtlich nur Teilkapazitäten entladen und nicht die gesamte Ladungsmenge eines Rohres schlagartig durch einen Kanal abgeführt.Electrically, these relationships can be seen in FIG. 4, in which the coating 42 is shown electrically as a combination of resistors R and partial capacitors C. Due to an impact ionization or an incipient discharge only partial capacities are locally discharged and not the entire amount of charge of a pipe is suddenly discharged through a channel.

Wie einleitend bemerkt, ist es vorteilhaft, Pulfolgefrequenz und Pulsamplitude der Hochspannungsanlage insbesondere in Abhängig­ keit vom gewünschten Reinheitsgrad zu steuern; z.B. kann bei Verringerung der Gasmenge auch die Pulsfolgefrequenz verringert werden und umgekehrt. As stated in the introduction, it is advantageous to use pulse frequency and Pulse amplitude of the high-voltage system, depending in particular control the desired degree of purity; e.g. can at Reducing the amount of gas also reduces the pulse repetition rate and vice versa.  

Die vorstehend geschilderte Einrichtung bzw. das damit verknüpf­ te Verfahren kann auch in einem Kraftwerk eingesetzt werden, das schon eine Entschwefelungsanlage hat. In diesem Falle wird im wesentlichen durch die vorstehend beschriebene Anordnung nur NOx abgeschieden.The device described above and the associated method can also be used in a power plant that already has a desulfurization system. In this case, essentially only NO x is deposited by the arrangement described above.

Anstelle durch konzentrische Rohre können die Reaktionsräume mit Spaltquerschnitt auch durch parallelliegende metallische Platten gebildet werden, wobei dann jeweils eine Platte mit dem isolierenden Überzug versehen ist.Instead of using concentric tubes, the reaction spaces with gap cross-section also through parallel metallic Plates are formed, then one plate with the insulating coating is provided.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung bzw. das Verfahren kann im Prinzip auch bei einem Kraftfahrzeug verwendet werden. In diesem Fall würde die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung als Teilstück des Auspuffes im Zuge der Auspuffleitung eingebaut sein. Auch hier könnte gegebenenfalls durch zusätzliche Hilfs­ mittel die Stoßionisation bzw. die Abscheidung gefördert wer­ den, z.B. wäre die Zugabe von Ozon denkbar.The device or method described above can in principle also be used in a motor vehicle. In this case, the device shown in FIG. 1 would be installed as a section of the exhaust in the course of the exhaust line. Here, too, the impact ionization or the deposition could be promoted by additional aids, for example, the addition of ozone would be conceivable.

Claims (7)

1. Einrichtung zum Vermindern von Schadstoffen in Verbrennungs­ abgasen, insbesondere in Rauchgasen von fossilen Kraftwerken und Auspuffgasen von Kraftfahrzeugen, gekennzeich­ net durch folgende Merkmale:
  • a) im Abgaskanal (14) ist mindestens ein Reaktionsraum (3) angeordnet, der aus metallischen, parallelen Platten oder konzentrischen Rohren (4, 5) gebildet ist und einen Spalt­ querschnitt hat,
  • b) es ist mindestens eine Platte oder ein Rohr (4) des Reaktions­ raumes (3) mit einem elektrisch isolierenden, dielektrischen Material (42) überzogen und
  • c) die beiden Platten oder Rohre (4, 5) jedes Reaktionsraumes (3) sind an eine elektrische Hochspannungs-Pulsquelle (6) ange­ schlossen, die derart aussteuerbar ist, daß es zur Stoßioni­ sation von Schadstoffmolekülen im Reaktionsraum (3) kommt.
1. Device for reducing pollutants in combustion gases, especially in flue gases from fossil power plants and exhaust gases from motor vehicles, characterized by the following features:
  • a) in the exhaust gas duct ( 14 ) at least one reaction space ( 3 ) is arranged, which is formed from metallic, parallel plates or concentric tubes ( 4 , 5 ) and has a gap cross section,
  • b) at least one plate or tube ( 4 ) of the reaction chamber ( 3 ) is coated with an electrically insulating, dielectric material ( 42 ) and
  • c) the two plates or tubes ( 4 , 5 ) of each reaction chamber ( 3 ) are connected to an electrical high-voltage pulse source ( 6 ), which can be controlled in such a way that it comes to shock ionization of pollutant molecules in the reaction chamber ( 3 ).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Rohre (4, 5) oder Platten aus Edelstahl und Über­ züge (42) aus Keramik oder Glas.2. Device according to claim 1, characterized by pipes ( 4 , 5 ) or plates made of stainless steel and coatings ( 42 ) made of ceramic or glass. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Reaktionsräumen zugeordnete elektrische Fil­ ter (8, 11).3. Device according to claim 1, characterized by the reaction spaces associated electrical Fil ter ( 8 , 11 ). 4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (12, 13) zur Zugabe von Zusatzstof­ fen zu den Abgasen.4. Device according to claim 1, characterized by devices ( 12 , 13 ) for adding additives to the exhaust gases. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine insbesondere in der Amplitude und Frequenz regelbare elektrische Hochspannungs-Pulsquelle (6).5. Device according to claim 1, characterized by a particularly adjustable in amplitude and frequency electrical high-voltage pulse source ( 6 ). 6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Überzuges mit einer Durch­ schlagsfestigkeit von < 100 kV/cm und mit einer relativen Die­ elektrizitätskonstante < 20.6. Device according to claim 1, characterized through the use of a single pass cover  impact strength of <100 kV / cm and with a relative die electricity constant <20. 7. Verfahren zum Vermindern von Schadstoffen in Verbrennungs­ abgasen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase einer Stoßionisation durch ein pulsierendes elek­ trisches Hochspannungsfeld unterworfen werden.7. Process for reducing pollutants in combustion exhaust gases, characterized in that the exhaust gases of a shock ionization by a pulsating elec trical high voltage field.
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