DE102006021133A1 - Purification of polluted exhaust gas stream, comprises catalytically purifying the gas stream in a reactor containing a fill of metal chips and dedusting magnetizable particles of the exhaust gas stream by a magnetic field - Google Patents

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Abstract

The purification of polluted exhaust gas stream, comprises catalytically purifying the gas stream in a reactor containing a fill of metal chips and dedusting magnetizable particles of the exhaust gas stream by a magnetic field before or after the catalytic purification. The doped metal chips are heated up at a starting temperature before the first use. The required energy is made available for the production of magnetic field by a thermocouple subjected to the exhaust gas stream. An independent claim is included for a device for purification of polluted exhaust gas stream.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von mit Schadstoffen belasteten Abgasströmen, wobei der Abgasstrom in einem Reaktor mit einer darin enthaltenen Schüttung aus Metallspänen katalytisch gereinigt wird und wobei die dotierten Metallspäne vor dem ersten Einsatz auf eine Starttemperatur aufgeheizt werden sowie eine Vorrichtung zur Reinigung von mit Schadstoffen belasteten Abgasströmen, mit einem Reaktor mit einer darin enthaltenen Schüttung aus Metallspänen und einem Heizelement.The The invention relates to a process for the purification of pollutants loaded exhaust gas streams, wherein the exhaust gas stream in a reactor with a contained therein fill made of metal shavings is catalytically cleaned and wherein the doped metal chips before the first use to be heated to a starting temperature as well a device for cleaning contaminated with pollutants exhaust streams, with a reactor with a bed of metal shavings contained therein and a heating element.

Nachstehend wird ein neues, kostengünstiges Verfahren zur Staubabscheidung erläutert, dass in Verbindung mit einer katalytischen Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffreste und des Kohlenmonoxids zu einer umfassenden Reduzierung der Gesamtemissionen von Kleinfeuerungsanlagen führt. Das Einsatzgebiet ist damit nicht auf Kleinfeuerungsanlagen oder Feuerungsanlagen allgemein begrenzt sondern das Verfahren soll nur Anhand dieser Anlagen erläutert werden.below will be a new, inexpensive Dust removal method explains that in conjunction with a catalytic oxidation of the unburned hydrocarbon radicals and carbon monoxide to a comprehensive reduction of total emissions of small combustion plants leads. The field of application is thus not on small combustion plants or Firing systems generally limited but the procedure should only Explained on the basis of these attachments become.

Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Verfahren überall dort einsetzbar, wo heiße Gase zu entstauben und gegebenenfalls zu Reduzierung der Kohlenwasserstofffracht zu oxidieren sind.in principle is the inventive method everywhere can be used where hot Dust the gases and, if necessary, reduce the hydrocarbon load to oxidize.

Grundlage der Erfindung ist die überraschende Erkenntnis, dass sich der sogenannte Seebeck Effekt zur Entwicklung eines Verfahrens zur Entstaubung von Abgasen aus der Holzverbrennung bzw. ganz allgemein zur Entstaubung von heißen Gasen heranziehen lässt.basis The invention is the surprising Realization that the so-called Seebeck effect for development a process for the dedusting of exhaust gases from wood combustion or, more generally, to dedusting hot gases.

Der Seebeck Effekt beschreibt die Generierung einer elektrischen Spannung zwischen zwei verschiedenen elektrischen Leitern, die an einem Ende verbunden sind und erwärmt werden (Thermoelektrischer Strom). Die beiden anderen Enden haben dabei eine niedrigere Temperatur. Die Temperaturmessung mittels Thermoelementen beispielsweise gründet auf dem Seebeck Effekt. Bei Thermoelementen werden beispielsweise die Metallkombinationen Ni/CrNi, Fe/Konstantan u.a. zur Temperaturmessung herangezogen.Of the Seebeck effect describes the generation of an electrical voltage between two different electrical conductors, at one end are connected and heated become (thermoelectric current). The other two ends have while a lower temperature. The temperature measurement by means of thermocouples for example, founded on the Seebeck effect. For example, with thermocouples the metal combinations Ni / CrNi, Fe / Konstantan u.a. for temperature measurement used.

Die durch solche Metallkombinationen erzeugten Spannungen bewegen sich im Bereich von einigen μV pro °C Temperaturdifferenz zwischen kaltem und warmen Ende. So ist beispielsweise die Themospannung für Cu/Konstantan durch folgende Formel und Koeffizienten berechenbar. Δ U = α·Δ T α = 40·10–6·Δ T Thermokoeffizient für Cu/Konstantan The voltages generated by such metal combinations are in the range of a few μV per ° C temperature difference between cold and warm end. For example, the voltage of the current for Cu / Konstantan can be calculated using the following formula and coefficients. Δ U = α · ΔT α = 40 × 10 -6 · Δ T thermal coefficient for Cu / constantan

Bei 250°C Temperaturdifferenz zwischen den kalten und warmen Enden des Thermoelementes wird eine Spannung von 10 mV erhalten.at 250 ° C temperature difference between the cold and warm ends of the thermocouple becomes a Voltage of 10 mV.

Wird zur Berechnung der Stromstärke der Cu Leiter herangezogen, so wird gemäß nachstehender Berechnungsformel bei einem Leiterdurchmesser d von 10 mm und einer Länge l von 0,1 m bei einer Temperaturdifferenz von 250°C eine Stromstärke von 450 A erzeugt. I = π × α × Δ T × d2/ρ20 × l × 4 I = 0,0018 × d2 × Δ T/l in A If the Cu conductor is used to calculate the current, a current strength of 450 A is generated at a conductor diameter d of 10 mm and a length l of 0.1 m at a temperature difference of 250 ° C. according to the following calculation formula. I = π × α × ΔT × d 2 / ρ 20 × l × 4 I = 0.0018 × d 2 × ΔT / l in A

Die magnetische Feldstärke ist direkt proportional abhängig von der Stromstärke, d.h. je größer die Stromstärke ist, umso stärker ist das den Leiter umgebende Magnetfeld. Magnetisierbare Partikel, wie beispielsweise Ruß, der paramagnetisch werden dadurch auf dem Leiter abgeschieden. Außer Ruß können noch eine Vielzahl anderer Partikel verschiedenster Zusammensetzung durch dieses Verfahren immobilisiert werden. Die zwangsläufig bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen bzw. Holz oder anderem organischem Material entstehenden feinste Partikel sind mit Ruß behaftet bzw. lagern sich an Rußpartikel an. Dadurch ist es möglich insbesondere die Feinstpartikel weitgehend aus einem Abluftstrom herauszufiltern.The magnetic field strength is directly proportional from the current, i.e. the higher the current, the stronger is the magnetic field surrounding the conductor. Magnetizable particles, such as soot, the paramagnetic are thereby deposited on the conductor. Except soot can still one Variety of other particles of different composition by this process can be immobilized. The inevitably at the burning of fossil fuels or wood or other Organic matter resulting finest particles are afflicted with soot or are deposited on soot particles at. This makes it possible in particular the finest particles largely from an exhaust air stream filter out.

Dies ist in Anbetracht von 14,6 Mio. fossil befeuerten Kleinfeuerungsanlagen in der Bundesrepublik Deutschland (2003) besonders relevant, da diese Verbrennungseinheiten einen Großteil der Partikel kleiner PM 10 emittieren, darunter größtenteils Ruß. Bekannt ist auch, dass an Ruß aus Verbrennungseinheiten auch Kohlenwasserstoffe wie PAK und darunter auch Benz(a)pyren gebunden sind, deren kanzerogene Wirkung unstrittig ist.This is in view of 14.6 million fossil fuel fired small combustion plants in the Federal Republic of Germany (2003) is particularly relevant since these combustion units are a majority of particles smaller than PM 10 emit, including mostly Soot. Known is that too made of soot Combustion units also include hydrocarbons such as PAHs and below also benz (a) pyrene are bound, whose carcinogenic effect is beyond dispute is.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung zur Reduzierung gasförmiger und fester Emissionen aus den Rauchgasen holzbetriebener Klein- und Kleinstfeuerungsanlagen. Dies geschieht vor dem Hintergrund, dass ein Großteil der aus Kleinfeuerungsanlagen emittierten Staub-, Kohlenmonoxid- (CO) und Kohlenwasserstoffmengen aus der Holzverbrennung resultiert. Hinsichtlich steigender bzw. gleichbleibend hoher Öl- und Gaspreise ist mit einer Zunahme dieser Feuerungsstellen, insbesondere der Pelletheizungen, zu rechnen. Darüber hinaus ist erwünscht, dass eine sichere und problemlose Nachrüstung von Altanlagen möglich ist.task The present invention is the development of a method and a device for reducing gaseous and solid emissions from the flue gases of wood-operated small and micro-firing systems. This happens against the background that much of the small-scale firing systems emitted dust, carbon monoxide (CO) and hydrocarbon quantities the wood combustion results. Regarding rising or constant high oil and gas prices is with an increase of these stinging sites, in particular the pellet heaters, to be expected. In addition, it is desirable that a safe and easy retrofitting of old systems is possible.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, dass vor, mit oder nach der katalytischen Reinigung eine Entstaubung der magnetisierbaren Partikel des Abgasstromes in einem Magnetfeld erfolgt.These Task is solved in terms of the method according to the invention that before, with or after the catalytic purification a dedusting the magnetizable particles of the exhaust stream in a magnetic field he follows.

Hinsichtlich der Vorrichtung besteht die Lösung der Aufgabe darin, dass der Reaktor in einer den kompletten lichten Querschnitt des Abgasrohres ausfüllenden Kartusche angeordnet ist und dass ein weiteres Element zur Entstaubung des Abgasstromes vorgesehen ist.Regarding the device is the solution the task is that the reactor in a complete clear Cross section of the exhaust pipe filling Cartridge is arranged and that another element for dedusting the exhaust stream is provided.

Die verfahrenstechnische Auslegung ist nachfolgend beispielhaft für eine Entstaubungseinheit für Kleinfeuerungsanlagen bzw. Einzelraumfeuerstätten beschrieben.The procedural design is exemplified below for a dedusting unit for small combustion plants or individual room fireplaces described.

Die eigentliche Entstaubungseinheit nach einer weiteren Lehre der Erfindung kurz Abscheidegitter genannt, besteht aus einem gut elektrisch leitendenden Ringmaterial wie beispielsweise Kupfer oder einem anderen Metall in aus einem darauf angebrachten Metallgitter, beispielsweise aus Edelstahl der V2A oder V4A Gruppe oder einem anderen Metall bzw. Metalllegierungen. Das Abscheidegitter ist beispielsweise in einem Ofenrohr so montiert, dass es auf zwei diagonal angelöteten oder angeschweißten runden Metallstücke fixiert ist. Zwei Bohrungen im Ofenrohr dienen als Auflager, wobei das eine Rundmetall als Knebel ausgeführt ist, wodurch es möglich wird, das Abscheidegitter im Ofenrohr frei zu drehen. Nicht eingezeichnet ist eine Klappe, die es ermöglicht, die Katalysatorkartusche und das Abscheidegitter mit wenigen Handgriffen aus dem Ofenrohr zu entfernen. Die Drehknebel an Abscheidegitter und Katalysatorkartusche sind so konzipiert, dass sie von Katalysatorkartusche und Abscheidegitter gelöst werden können, wodurch die Klappe auch ohne die genannten Katalysatorkartusche und Abscheidegitter wieder zum Verschluss des Ofenrohrs dienen kann.The actual de-dusting unit according to another teaching of the invention called Abscheidegitter short, consists of a good electrically conductive Ring material such as copper or another metal in from a metal grid mounted thereon, for example Stainless steel V2A or V4A group or other metal or Metal alloys. The separation grid is for example in a stovepipe Mounted on two diagonally soldered or welded rounds metal pieces is fixed. Two holes in the furnace tube serve as a support, wherein that a round metal is designed as a gag, which makes it possible to freely rotate the separation grid in the furnace tube. Not shown is a flap that makes it possible the catalyst cartridge and the separation grid in a few steps to be removed from the stovepipe. The knobs on separation grid and catalyst cartridge are designed to be separated from catalyst cartridge and separation grid solved can be whereby the flap even without the mentioned catalyst cartridge and Abscheidegitter can serve to close the stovepipe again.

Erfindungsgemäß kann das Gitter der Entstaubungseinheit auch mit einer katalytisch aktiven Substanz beschichtet sein, die die Totaloxidation von beispielsweise Ruß auf dem Gitter unterstützt. Die Abreinigung des Abscheidegitters, das genau in das Ofenrohr bzw. in jede andere Geometrie eingepasst ist, erfolgt durch ruckartige Drehbewegung gegen ein im Ofenrohr angebrachtes Hindernis, im Falle des obigen Beispiel an die Katalysatorkartusche, bzw. mechanisch. Denkbar wäre ebenfalls ein Klopfwerk. Auch der Ausbau des Gitters und eine externe Reinigung ist möglich.According to the invention that Grid of dedusting unit also with a catalytically active Substance coated, which is the total oxidation of example Soot on supported the grid. The cleaning of the separation grid, which is exactly in the stovepipe or fitted in any other geometry is done by jerky Rotary movement against a mounted in the furnace tube obstacle, in the case of the above example to the catalyst cartridge, or mechanically. It would be possible also a knockout. Also the expansion of the grid and an external Cleaning is possible.

Ein von der Anmelderin bereits entwickeltes katalytisches Abgasreinigungssystem basiert auf einem Trägerkatalysator, dessen Grundgerüst aus gereinigten Edelstahlspänen besteht, die bei der Produktion in metallverarbeitenden Betrieben anfallen. Diese Fertigungsrückstände werden durch Dotierung mit verschiedenen Übergangsmetallen zu Oxidationskatalysatoren aufgebaut, die für eine effektive Umsetzung von Schadstoffen (Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid) zu ungiftigem Kohlendioxid und Wasserdampf eingesetzt werden. Zur Untersuchung von Wirksamkeit sowie Praxistauglichkeit wurde neben den Versuchen in Labor und Technikum ein mehrmonatiger Feldversuch in Privathaushalten durchgeführt.One by the Applicant already developed catalytic exhaust gas purification system based on a supported catalyst, its basic structure from cleaned stainless steel shavings exists during production in metalworking companies attack. These manufacturing arrears become by doping with various transition metals to oxidation catalysts built up for effective conversion of pollutants (hydrocarbons, carbon monoxide) be used to non-toxic carbon dioxide and water vapor. For examination effectiveness and practicality was in addition to the experiments in the laboratory and technical center a several months field test in private households carried out.

Bei den durchgeführten Entwicklungsarbeiten zeigte sich, dass die Katalysatoraktivität bei Temperaturen oberhalb von 330 °C einsetzt. Durchgeführte Messungen der Staubkonzentrationen im Abgas verdeutlichten die Dringlichkeit einer Partikelabscheidung. Weiterhin ergab sich im Feldversuch die Notwendigkeit der Herabsetzung des Druckverlustes der Katalysatorschüttung im Sinne einer universellen Nutzung in Kleinfeuerungsanlagen ohne zusätzliche Heißgasventilation.at the carried out Development work showed that the catalyst activity at temperatures above 330 ° C starts. Performed Measurements of the dust concentrations in the exhaust gas clarified the urgency a particle separation. Furthermore, the field trial showed the Need to reduce the pressure loss of the catalyst bed in the Sense of a universal use in small combustion plants without additional Hot gas ventilation.

Die bestmögliche Nutzung der Katalysatoreigenschaften hinsichtlich seiner Emissionsminderungswirkung wird erreicht, wenn dieser sofort ab Feuerungsbeginn die erwünschte Arbeitstemperatur aufweist. Hierzu soll gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung eine elektrische Beheizung der Katalysatorschüttung dienen. Das durch die Katalysatorschüttung geführte Abgas soll einer Entstaubung unterworfen werden. Erste Beobachtungen deuten darauf hin, dass eine Partikelabscheidung durch Nutzung thermoelektrischer Effekte geeignet ist. Alternativ dazu ist die Konzeption einer kleinen Elektrofiltereinheit denkbar.The best Use of the catalyst properties with regard to its emission reduction effect is achieved when this immediately from the start of firing the desired working temperature having. For this purpose, according to a serve further teaching of the invention, an electric heating of the catalyst bed. The through the catalyst bed guided Exhaust gas should be subjected to dedusting. First observations suggest that particle separation by use of thermoelectric Effects is suitable. Alternatively, the concept of a small Electric filter unit conceivable.

Unter idealen Bedingungen werden bei der Verbrennung von festen, flüssigen und gasförmigen Energieträgern im Wesentlichen Kohlendioxid und Wasser freigesetzt. In Kleinfeuerungsanlagen sind die Voraussetzungen für die vollständige Oxidation des Brennstoffes allerdings nicht zu realisieren, weshalb umweltbelastende Stoffe wie Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffverbindungen, die zum Teil auch sehr geruchsintensiv sind, emittiert werden. Daneben kommt es insbesondere bei Verbrennung von Kohle und Holz zur Freisetzung von Staub- und Rußpartikeln. Selbst bei einem modernen Pelletkessel (Köb & Schäfer Pyrot 300) fällt eine jährliche Staubemission von ca. 35 kg an. Das Spektrum der Partikeldurchmesser verteilt sich hauptsächlich über Feinststäube; so liegen über 75 % der Staubemissionen aus holzbetriebenen Anlagen bei Partikeldurchmessern von unter 0,5 μm.Under ideal conditions are used in the combustion of solid, liquid and gaseous energy essentially released carbon dioxide and water. In small combustion plants, however, the prerequisites for the complete oxidation of the fuel can not be realized, which is why polluting substances such as carbon monoxide and hydrocarbon compounds, some of which are also very odorous, are emitted. In addition, the combustion of coal and wood in particular causes the release of dust and soot particles. Even with a modern pellet boiler (Köb & Schäfer Pyrot 300) an annual dust emission of approx. 35 kg is required. The spectrum of the particle diameter is mainly distributed over fine dusts; Thus, over 75% of the dust emissions from wood-fueled plants are at particle diameters of less than 0.5 μm.

Rund 35 % des energetisch genutzten Holzes werden in Kleinstfeuerungsanlagen verbrannt. Von diesen Feuerungsstätten sind ca. sieben Millionen Einheiten in Deutschland in Betrieb. Oberhalb einer Leistung von 15 kW wird der derzeitige Anlagenbestand auf 200 000 bis 400 000 geschätzt. Insbesondere die Kleinstfeuerungsanlagen gelten als hauptsächliche Schadstoffquellen, für die Emissionsminderungsmaßnahmen bisher nicht erhältlich sind. In Baden-Württemberg stammen 70 % der PM10-Gesamtemission aus Kleinfeuerungsanlagen von 1 314 t/a aus holzbetriebenen Einheiten, zur CO-Emission tragen sie mit 32 259 t/a und einem Anteil von 74 % ebenfalls in erheblichem Ausmaß bei. Weiterhin resultieren die Emissionen an Kohlenwasserstoffen aus Kleinfeuerungen überwiegend aus mit Holz befeuerten Öfen.Around 35% of the energy used in the wood is burned in mini-firing systems. Of these firing stations, about seven million units are in operation in Germany. Above a power of 15 kW, the current plant stock is estimated at 200,000 to 400,000. In particular, the mini-firing systems are considered to be the main pollutant sources for which emission reduction measures are not yet available. In Baden-Württemberg, 70% of the PM 10 total emissions from small-scale combustion plants come from 1 314 t / a of wood-fueled units, while CO emissions also account for a significant contribution of 32 259 t / a and a share of 74%. Furthermore, the emissions of hydrocarbons from small furnaces mainly result from wood-fired stoves.

Neben den aus ökologischer Sicht ohnehin nachteiligen Folgen der beschriebenen Schadstofffreisetzungen kommt es infolge der geringen Schornsteinhöhen dieser Anlagen gerade im näheren Umfeld zu Geruchsbelästigungen, die Anlass für Nachbarschaftsstreitigkeiten geben. Auf Grund dieser Tatsachen dürfen beispielsweise offene Kamine, die mit Holz befeuert werden, nur gelegentlich, nach der geltenden Rechtsprechung an 8 Tagen im Monat für jeweils ca. 5 Stunden und nur mit naturbelassenem, stückigem Holz im lufttrockenen Zustand oder mit Holzbriketts betrieben werden.Next the ecological one View anyway adverse consequences of pollutant releases described Due to the low chimney heights of these systems, it is precisely in the closer Environment to odor nuisances, the occasion for Give Neighborhood Disputes. For example, due to these facts open fireplaces fueled with wood, only occasionally, after the applicable case law 8 days a month for each about 5 hours and only with natural, lumpy wood in the air-dry Condition or be operated with wood briquettes.

Der Gesetzgeber hat sich in Anbetracht der steigenden Zahl der mit Holz bzw. Holzpellets (prognostizierter Anstieg der Pelletproduktion von 90 000 Tonnen im Jahr 2003 auf 260 000 Tonnen im Jahr 2006) betriebenen Kleinfeuerungsanlagen des Problems angenommen und bereitet eine weitere Novellierung der 1. BImSchV vor. Sollte deren Fortschreibung zu einer Erweiterung des Geltungsbereiches auf Anlagen unterhalb einer Leistung von 15 kW führen, würde dies fraglos zur Stilllegung einer größeren Anzahl dieser Feuerstätten führen. Angesichts des wünschenswerten Einsatzes von Holz als nachwachsendem, heimischem Brennstoff, der sich CO2-neutral verhält, liegt die Entwicklung von Verfahren zur Schadstoffminderung nahe, damit die Vorteile der Holzfeuerung künftig verstärkt genutzt werden können.In view of the increasing number of small wood burning plants using wood or wood pellets (forecast increase in pellet production from 90 000 tonnes in 2003 to 260 000 tonnes in 2006), the legislator has tackled the problem and is preparing a further amendment to the 1st BImSchV , Should their continuation lead to an extension of the scope to installations below 15 kW, this would undoubtedly lead to the decommissioning of a larger number of these fireplaces. Given the desirability of using wood as a renewable, domestic fuel that is CO 2 -neutral, the development of pollution abatement techniques is near, so that the benefits of wood burning can be exploited in the future.

Die Kenntnis der Verbrennungsvorgänge und der entstehenden Verbindungen ist für die Entwicklung und Anpassung von Abgasreinigungsmaßnahmen von großer Bedeutung. Die Verbrennung von Holz kann prinzipiell in 3 Phasen eingeteilt werden.The Knowledge of combustion processes and the resulting compounds is for development and adaptation of emission control measures of great Importance. The burning of wood can in principle in 3 phases to be grouped.

Erwärmung und Trocknung: warming and drying:

Bei diesem endothermen Vorgang wird das Holz von außen nach innen durch Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung auf etwas über 100°C erwärmt. Dabei wird freies, ungebundenes Wasser sowie bei höheren Temperaturen auch zellgebundenes Wasser freigesetzt. Entgasung und thermische Zersetzung: Ab ca. 200°C beginnt die Freisetzung von flüchtigen Verbindungen wie Teeren, organischen Säuren, Kohlenwasserstoffen, Kohlenoxid und Wasserstoff aus der Zellulose und Hemizellulose sowie dem Lignin.at this endothermic process is the wood from outside to inside by radiation, Convection and heat conduction to something over Heated to 100 ° C. there becomes free, unbound water as well as cell-bound at higher temperatures Water released. Degassing and thermal decomposition: From approx. 200 ° C begins the release of volatile Compounds such as tars, organic acids, hydrocarbons, carbon monoxide and hydrogen from the cellulose and hemicellulose as well as the lignin.

Verbrennung: Combustion:

Die flüchtigen Verbindungen, die etwa 85 Gew.-% bezogen auf die trockene Holzmenge ausmachen, verbrennen im Feuerraum mit dem Luftsauerstoff; im Idealfall vollständig zu Kohlendioxid und Wasserdampf. Die verbleibende Holzkohle verbrennt deutlich langsamer.The volatile Compounds which are about 85 wt .-% based on the dry amount of wood make out, burn in the firebox with atmospheric oxygen; ideally Completely to carbon dioxide and water vapor. The remaining charcoal burns much slower.

In der Trocknungsphase verliert Holz je nach Feuchtegehalt 10-15 % seines Gewichtes, bei der sich anschließenden Entgasung bis zu 85 Gew.-%. Als Holzkohle verbleiben ca.In the drying phase loses wood depending on the moisture content 10-15% its weight, in the subsequent degassing up to 85 Wt .-%. As charcoal remain approx

10 Gew.-% und als Asche ca. 1-2 Gew.-%. Herrscht nun im Feuerraum Luftmangel, schlechte Durchmischung oder zu niedrige Temperatur, kann eine vollständige Oxidation der organischen Verbindungen in der Gasphase nicht stattfinden. Diese Verbindungen bilden zusammen mit CO2, H2O, CO, NOX und den Partikeln das Abgas, das über den Kamin abgegeben wird. Das Spektrum der so freigesetzten Verbindungen reicht von einfachen Kohlenwasserstoffen wie den Alkanen bis hin zu Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK).10 wt .-% and as ash about 1-2 wt .-%. If there is a lack of air in the combustion chamber, poor mixing or too low a temperature, complete oxidation of the organic compounds in the gas phase can not take place. These compounds together with CO 2 , H 2 O, CO, NO X and the particles form the exhaust gas that is released through the chimney. The spectrum of compounds thus released ranges from simple hydrocarbons such as alkanes to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH).

Unter den Kohlenwasserstoffen in Tabelle 1 sind neben den aufgeführten Verbindungen noch eine Vielzahl von organischen Verbindungen, darunter Alkane und Alkene, Carboxylsäuren, Alkohole, Benzol, Phenole und Kresole, Polystyrole sowie Dioxine und Furane zusammengefasst. Die genannten organischen Verbindungen verursachen den typischen Geruch von Holzrauch und sind teilweise hochtoxisch. Kohlenwasserstoffe 4800 mg/MJ 100-8000 mg/MJ Aldehyde 30-130 mg/MJ Formaldehyd 90 mg/MJ 20-125 mg/MJ Essigsäure 360 mg/MJ PAK 0,3-11 mg/MJ BaP 0,005-0,3 mg/MJ Tabelle 1: Organische Verbindungen im Abgas kleiner Holzverbrennungsanlagen Among the hydrocarbons in Table 1, in addition to the compounds listed, a large number of organic compounds, including alkanes and alkenes, carboxylic acids, alcohols, benzene, phenols and cresols, polystyrenes and dioxins and furans are summarized. The organic compounds mentioned cause the typical smell of wood smoke and are sometimes highly toxic. hydrocarbons 4800 mg / MJ 100-8000 mg / MJ aldehydes 30-130 mg / MJ formaldehyde 90 mg / MJ 20-125 mg / MJ acetic acid 360 mg / MJ PAK 0.3-11 mg / MJ BaP 0.005-0.3 mg / MJ Table 1: Organic compounds in the exhaust of small wood burning plants

Als einfache Lösung zur Rauchgasreinigung in Kleinfeuerungsanlagen bieten sich katalytische Systeme zur Oxidation der schädlichen Abgaskomponenten Kohlenwasserstoffe und CO zu geruchsneutralem CO2 und H2O an.As a simple solution for flue gas cleaning in small combustion plants, catalytic systems for the oxidation of the harmful exhaust gas components hydrocarbons and CO to odorless CO 2 and H 2 O offer.

Erfindungsgemäß wurde ein preiswerter und einfach aufgebauter Katalysator entwickelt, der in seinem Grundgerüst aus einem metallischen Träger besteht, auf den katalytisch aktive Substanzen aufgebracht werden.According to the invention was developed a cheap and simple catalyst, the one in its backbone from a metallic carrier exists, are applied to the catalytically active substances.

Als Trägermaterial zur Aufnahme der katalytisch wirksamen Komponenten kommt eine Schüttung aus gereinigten Edelstahlspänen, die bei der Produktion in Metall verarbeitenden Betrieben anfallen, zum Einsatz. Diese im Sinne des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes als Abfälle bezeichneten Stoffe werden durch Dotierung mit verschiedenen Übergangsmetallen zu dem Oxidationskatalysator aufgebaut. Durch die Anwesenheit des Katalysators kann die gewünschte Oxidationsreaktion zum Abbau der Kohlenwasserstoffe im Rauchgas zu unschädlichem CO2 und Wasser unter milden Reaktionsbedingungen gestartet und unterhalten werden. Mit den Metallspänen steht ein kostengünstiges und robustes Trägermaterial zum Aufbau von Katalysatoren zur Verfügung.As a carrier material for receiving the catalytically active components is a bed of purified stainless steel chips, which are produced during production in metal processing plants used. These substances, referred to as waste within the meaning of the Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz, are built up by doping with various transition metals to form the oxidation catalyst. The presence of the catalyst, the desired oxidation reaction for the degradation of the hydrocarbons in the flue gas to harmless CO 2 and water can be started and maintained under mild reaction conditions. With the metal chips, a cost-effective and robust carrier material is available for the construction of catalysts.

In der beschriebenen Anordnung konnten hohe Emissionsminderungen bzgl. CO und Kohlenwasserstoffen gemessen werden. Testläufe des Systems am Institut für Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen (IVD) der Universität Stuttgart bestätigten IUTA-eigene Untersuchungen über die Emissionsminderungen. Am IVD konnten eine CO-Minderung von 60% und Kohlenwasserstoffabsenkungen von 45-50 (jeweils gemittelt über mehrere Stunden) festgestellt werden.In the described arrangement could with respect to high emission reductions. CO and hydrocarbons are measured. Test runs of the Systems at the Institute for Process Engineering and Steam Boiler Systems (IVD) of the University of Stuttgart confirmed IUTA's own studies on the emission reductions. On the IVD, a CO reduction of 60% and hydrocarbon subsidence of 45-50 (each averaged over several Hours).

In den 4 und 5 sind die CO- und Kohlenwasserstoffkonzentrationen im Abgas vor und nach Passieren des Katalysators dargestellt.In the 4 and 5 are the CO and hydrocarbon concentrations in the exhaust before and after passing through the catalyst shown.

Offen blieb bisher die Entstaubung der Abgase, wobei im Abgas von Kleinfeuerungsanlagen von 70 m3/h führt dies zu einer stündlichen Freisetzung von 42 g, was den dringenden Handlungsbedarf deutlich macht, insbesondere da zu ca. drei Vierteln Feinststäube unterhalb eines Durchmessers von 0,5 μm emittiert werden.Until now, the dedusting of the exhaust gases remained open, whereby in the exhaust of small combustion plants of 70 m 3 / h, this leads to an hourly release of 42 g, which makes clear the urgent need for action, especially as about three quarters of fine dust below a diameter of 0, 5 microns are emitted.

Erste Versuche mit einer elektrischen Vorheizung des Katalysators zeigten, dass bei Verwendung einer Heizpatrone eine starke Partikelabscheidung auf dem Edelstahlgitter der Katalysatorkartusche eintrat. Dieser Effekt ist wahrscheinlich auf die bekannte thermoelektrische Erscheinung zurückzuführen, wonach infolge eines Stromflusses durch den Seebeck-Effekt ein elektromagnetisches Feld ausgebildet wird, das der Partikelabscheidung auf dem Gitter dienen kann.First Experiments with electric preheating of the catalyst showed that when using a heating cartridge a strong particle deposition on the stainless steel grid of the catalyst cartridge entered. This Effect is probably due to the known thermoelectric phenomenon attributed to what due to a current flow through the Seebeck effect an electromagnetic Field is formed, the particle deposition on the grid can serve.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung soll das Abgas von mitgeführten Feinstaubmengen durch Integration eines dafür zu konzipierenden Filters befreien. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, zur Partikelabscheidung einen Elektrofilter zu installieren, dessen Ausgestaltung unten näher erläutert wird.To Another teaching of the invention is the exhaust of entrained fine dust by integrating one for it to free filter to be designed. Another embodiment of The invention provides for particle separation an electrostatic precipitator to install, whose embodiment is explained in more detail below.

Die Verwirklichung des Gesamtvorhabens bis hin zur Marktreife soll zu einem Endprodukt führen, das durch Robustheit, einfache Handhabung und einen akzeptablen Preis den Bedürfnissen der Verbraucher entgegenkommt und zum anderen die bestehende Lücke in den Maßnahmen zur Luftreinhaltung schließt.The Realization of the overall project up to the market is supposed to lead to an end product, this through robustness, ease of use and an acceptable Price the needs the consumer and on the other the existing gap in the activities closes for air pollution control.

In einem durchgeführten Feldversuch in Privathaushalten wurde weiterer Optimierungsbedarf des katalytischen Abgasreinigungssystems aufgezeigt, der nach eigenen Technikumsuntersuchungen bzw. den Tests in anderen Instituten nicht ersichtlich war. Bereits während der Feldversuche wurden Verbesserungen bzgl. der Handhabbarkeit vorgenommen. So wurde zusätzlich eine Revisionsklappe eingeführt, um einen einfacheren Zugriff auf die Katalysatorkartusche zu ermöglichen.In one performed Field trial in private households needed further optimization of the catalytic emission control system, which according to own Technikumsuntersuchungen or the tests in other institutes not was apparent. Already during The field trials have been improved in terms of manageability performed. So was added introduced a revision flap, for easier access to the catalyst cartridge.

Als entscheidendes Kriterium für den effektiven Einsatz des Katalysators erwiesen sich die individuell sehr unterschiedlichen Zugverhalten der Kamine in den Privathaushalten. Bei sehr ungünstigen Verhältnissen reicht der Kaminzug lediglich dazu aus, die Verbrennung im Bypass-Betrieb des Katalysators zu unterhalten. Entscheidende Verbesserungen hinsichtlich der Einsatzfähigkeit bei verschiedenen Kaminzügen und Ofensystemen sind über eine Minderung des durch die Katalysatorschüttung hervorgerufenen Druckverlustes zu erwarten.When decisive criterion for the effective use of the catalyst proved to be very individual different pulling behavior of the fireplaces in the private households. At very unfavorable Ratios are sufficient the chimney draft only to the combustion in bypass mode to entertain the catalyst. Decisive improvements regarding the operational capability at different chimney trains and furnace systems are over a reduction in the pressure caused by the catalyst bed pressure loss expected.

Die Anwendung des Katalysators ab Feuerungsbeginn und unter allen Zugverhältnissen erfordert folgende Veränderungen:

  • 1. eine Herabsetzung des Katalysator-Druckverlustes durch eine weitere Entwicklungsstufe des Katalysators,
  • 2. die zusätzliche Beheizung der Katalysatorschüttung durch Integration einer Heizpatrone.
The application of the catalyst from the start of firing and under all draw ratios requires the following changes:
  • 1. a reduction of the catalyst pressure loss by a further development stage of the catalyst,
  • 2. the additional heating of the catalyst bed by integration of a heating cartridge.

Dies soll nachfolgend erläutert werden.This will be explained below become.

Druckverlust:Pressure loss:

Ein handelsüblicher Kaminofen braucht für einen ordnungsgemäßen Durchbrand von Holz einen Zug von ca. 10-15 Pa. Die Untersuchung des Druckverlustes der Katalysatorschüttung ergab einen Wert von ca. 13 Pa bei einem Volumenstrom von ca. 70 m3/h. Somit müsste der Kaminzug mindestens 30 Pa betragen.A standard stove needs a draft of approx. 10-15 Pa for a proper burn through of wood. The investigation of the pressure loss of the catalyst bed gave a value of about 13 Pa at a volume flow of about 70 m 3 / h. Thus, the flue draft would have to be at least 30 Pa.

Der Kaminzug Δp ergibt sich zu: Δp = h (dAbgas – dLuft) g (1)

dAbgas
: Dichte Abgas in kg/m3
dLuft
: Dichte Außenluft in kg/m3
g
Erdbeschleunigung = 9,81 m/s2
The chimney draft Δp results in: Δp = h (i exhaust - d air ) g (1)
d exhaust gas
: Dense exhaust gas in kg / m 3
d air
: Dense outside air in kg / m 3
G
Gravitational acceleration = 9.81 m / s 2

h Höhe des Kamins in mh height of the chimney in m

Gemäss Gl. 1 beträgt die notwendige Kaminhöhe bei 10°C Außentemperatur, 250°C Abgastemperatur am Kamineintritt und einem λ (Luftzahl) von 3,5 zur Erzeugung von 30 Pa Ofenzug ca. 6 m. Unter Witterungsbedingungen, die zu einer Verringerung der Luftdichte führen, wäre diese Kaminhöhe nicht mehr für eine ideale Verbrennung ausreichend. Gleichsam ungünstig kann sich auch die Hanglage eines Hauses auf die Zugverhältnisse auswirken, wenn Abwinde gegen den Abgas-Auftrieb im Kamin wirken. Da kein Parameter von Gl. 1 hinsichtlich einer Erhöhung von Δp zu beeinflussen ist, muss eine Verringerung des Druckverlustes angestrebt werden.According to Eq. 1 is the necessary chimney height at 10 ° C Outside temperature, 250 ° C exhaust gas temperature at Chimney inlet and a λ (air ratio) of 3.5 to produce 30 Pa furnace train about 6 m. Under weather conditions, which lead to a reduction in air density, this chimney height would not more for adequate combustion is sufficient. Almost unfavorable also the slope of a house on the Zugverhältnisse affect when downwinds act against the exhaust buoyancy in the chimney. Since no parameter of Eq. 1 with respect to an increase of Δp to influence is, a reduction in pressure loss must be sought.

Der an Schüttgütern eintretende Druckverlust ΔpV ist direkt proportional zur Länge der durchströmten Schicht: ΔpV = 0,5 λR ρf u0 2 l/d (2)

λR
: Reibungskoeffizient
ρf
: Dichte des Gases
u0
: Strömungsgeschwindigkeit
dP
: Partikeldurchmesser
l
: Länge der Schüttung
The pressure loss Δp V entering on bulk solids is directly proportional to the length of the layer through which it flows: Ap V = 0.5 λ R ρ f u 0 2 l / d (2)
λ R
: Coefficient of friction
ρ f
: Density of the gas
u 0
: Flow velocity
d P
: Particle diameter
l
: Length of the bed

Inzwischen hat der Lieferant des eingesetzten Spänekatalysators eine Weiterentwicklung in der Beschichtung vorgenommen. Erste Versuche mit dieser Modifikation zeigten eine deutlich erhöhte Aktivität gegenüber dem ursprünglichen Katalysator. Durch Verwendung dieses aktiveren Katalysators wird eine Verringerung der Kartuschenhöhe bzw. der Katalysatormenge erzielt, was gemäß Gl. 2 zwangsläufig den Druckverlust erniedrigt.meanwhile the supplier of the used chip catalyst has a further development made in the coating. First attempts with this modification showed a significantly increased activity across from the original one Catalyst. By using this more active catalyst is a reduction in the cartridge height or the amount of catalyst achieved what, according to Eq. 2 inevitably reduces the pressure loss.

Beheizung:heating:

Durch eine externe Beheizung ist die sofortige Betriebsbereitschaft des Katalysators sichergestellt und auch das Abgas in der Anfangsphase der Verbrennung kann durch den Katalysator geführt werden. Gerade zu diesem Zeitpunkt war bei den vorausgegangenen Versuchen ein Bypass-Betrieb nötig, um den Verbrennungsvorgang zu beginnen.By external heating is the immediate operational readiness of the Catalyst ensured and also the exhaust gas in the initial phase the combustion can be conducted through the catalyst. Just to this Time was in the previous attempts a bypass operation necessary, to start the combustion process.

Die Vorbeheizung der Katalysatorschicht bewirkt insbesondere beim Anfeuern des Ofens eine Erhöhung des Zuges durch Konvektion wegen der auftretenden Dichteunterschiede der Luft. Der Effekt der Beheizung auf die Dichte ρLuft wird aus dem idealen Gasgesetz sichtbar: ρLuft = (M p)/(R T) (3)

M
: Molmasse Luft (2,9·10–2 kg/mol)
p
: Atmosphärendruck (105 Pa)
R
: allgemeine Gaskonstante (8,314 J/mol K)
T
: Temperatur (in K)
The preheating of the catalyst layer causes in particular when starting the furnace, an increase of the train by convection because of the occurring density differences of the air. The effect of heating on the density ρ air becomes visible from the ideal gas law: ρ air = (M p) / (RT) (3)
M
: Molecular weight air (2.9 × 10 -2 kg / mol)
p
: Atmospheric pressure (10 5 Pa)
R
: general gas constant (8,314 J / mol K)
T
: Temperature (in K)

Aus Gl. 3 zeigt sich, dass eine Erwärmung der Luft von 20 °C auf 350 °C zu mehr als einer Halbierung der Dichte von 1,153 auf 0,530 kg/m3 führt.From Eq. Figure 3 shows that heating the air from 20 ° C to 350 ° C results in more than a halving of the density from 1.153 to 0.530 kg / m 3 .

Zum Einsatz soll eine möglichst selbstregelnde 200 W-Heizpatrone kommen, die mit Netzspannung betrieben werden kann und im Zentrum der Katalysatorkartusche platziert ist. Der Stromfluss und damit die externe Beheizung wird bei ca. 350 °C automatisch abgeschaltet.To the Use should be as possible self-regulating 200 W heating cartridge come, which can be operated with mains voltage and in the center the catalyst cartridge is placed. The current flow and thus the external heating is switched off automatically at approx. 350 ° C.

Die Umsetzung des Gesamtkonzeptes soll durch innovative Kombination der katalytischen Abgasreinigung mit einer Entstaubung verwirklicht werden.The Implementation of the overall concept should be through innovative combination the catalytic exhaust gas purification realized with a dedusting become.

Vor Umsetzung der ursprünglich vorgesehenen Entwicklung eines kleinen Elektrofilters war zu prüfen, ob die beobachtete Partikelabscheidung auf den Seebeck-Effekt zurückgeht, und ob er ausreichend für eine umfangreiche Entstaubung ist.In front Implementation of the original intended development of a small electrostatic precipitator was to consider whether the observed particle separation is due to the Seebeck effect, and if he is sufficient for an extensive dedusting is.

Eine bekannte Anwendung dieses Effektes ist neben dem Thermoelement der thermoelektrische Generator. Bei diesem Gerät wird durch Aneinanderreihung von Thermoelementen und unter Zufuhr von Wärme ein elektrischer Strom generiert.A known application of this effect is in addition to the thermocouple of thermoelectric generator. In this device is by juxtaposing of thermocouples and under the supply of heat an electric current generated.

Die einzelnen Schweißpunkte des Edelstahlgitters der Katalysatorkartusche in leitender Verbindung mit der Kupferoberfläche der eingesetzten Heizpatrone lassen Parallelen zum Thermogenerator erkennen. Ein auftretender Thermostrom führt zur Ausbildung eines elektromagnetischen Feldes, wodurch es insbesondere zur Abscheidung der paramagnetischen Ruß-Feinstpartikel kommt.The individual welds the stainless steel grid of the catalyst cartridge in conductive communication with the copper surface The heating cartridge used can be parallels to the thermal generator detect. An occurring thermal current leads to the formation of an electromagnetic Feldes, which makes it especially for the deposition of paramagnetic Russ fines comes.

Sollte der Effekt auch für mineralische Partikel ausreichend hoch sein, könnte vor dem Katalysator eine gitterförmige Abscheideeinheit angeordnet werden, die völlig unkompliziert auf der thermoelektrischen Kontaktspannung zweier unterschiedlicher Metalle basiert. Die Reinigung des Gitters würde durch die erweiterte Revisionsklappe erfolgen, beispielsweise mittels Staubsauger oder händisch nach dem problemlos zu gestaltenden Ausbau.Should the effect also for mineral particles could be sufficiently high, before the catalyst a latticed Separating unit can be arranged, which is completely uncomplicated on the thermoelectric contact voltage of two different metals based. The cleaning of the grid would be through the extended access panel done, for example by means of a vacuum cleaner or by hand the easy-to-design expansion.

Ansonsten ist zur Reinigung des Abgases von Partikeln der Einsatz eines Elektrofilters denkbar, da dieses Verfahren auch für kleine Partikeldurchmesser von ca. 0,1 μm eine hohe Abscheidungsrate von über 95 aufweist und sich im Gegensatz zu anderen Filtersystemen durch das Auftreten eines geringen Druckverlustes auszeichnet.Otherwise For cleaning of the exhaust gas of particles is the use of an electrostatic precipitator conceivable, since this procedure also for small particle diameter of about 0.1 μm a high deposition rate of over 95 and in contrast to other filter systems by the Occurrence of a low pressure loss is characterized.

Hierzu wird eine drahtförmige Elektrode (Sprühelektrode) negativ aufgeladen, die aufgrund der hohen Spannung eine derartige Feldstärke erhält, dass es zu Koronaentladungen kommt. Diese Entladungen führen zur Bildung ionisierter Gasmoleküle des Abgasstroms, die in Folge von Kollisionen mit Staubpartikeln zu einer Ladungsübertragung auf diese Staubteilchen führen. Die nun negativ geladenen Stäube lagern sich unter der Wirkung des elektrischen Feldes an der positiven Elektrode (Abscheideelektrode) an.For this purpose, a wire-shaped electrode (spray electrode) is negatively charged, which receives such a field strength due to the high voltage that it comes to corona discharges. These discharges lead for the formation of ionized gas molecules of the exhaust stream, which result in a charge transfer to these dust particles as a result of collisions with dust particles. The now negatively charged dusts are deposited on the positive electrode (precipitation electrode) under the effect of the electric field.

Die notwendige Filterspannung von 10-15 kV lässt sich aus einer herkömmlichen 220 V Wechselspannung-Steckdose durch Hintereinanderschaltung eines Gegentakt-Resonanzwandlers mit einer mehrstufigen Spannungsvervielfacherkaskade nach Villard generieren. Nachteil dieses Verfahrens ist neben der zwingend notwendigen Bedienersicherheit eine permanente Zufuhr von elektrischer Leistung, die die Betriebskosten der Öfen, wenn auch nur geringfügig, erhöht.The necessary filter voltage of 10-15 kV can be derived from a conventional 220 V AC socket by connecting a series Push-pull resonant converter with a multi-stage voltage multiplier cascade to Villard to generate. Disadvantage of this method is in addition to the mandatory Operator safety a permanent supply of electrical power, the operating costs of the furnaces, if only slightly, elevated.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand einer lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:The Invention will be described below with reference to a purely preferred embodiments drawing closer explained become. In the drawing show:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung, 1 a device according to the invention in a schematic representation,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Einsatzschemas der Vorrichtung aus 1, 2 a first embodiment of the deployment scheme of the device 1 .

3 den schematischen Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 3 the schematic structure of another embodiment of the device according to the invention,

4 eine Darstellung der Minderung der Kohlenwasserstoffemission durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und 4 a representation of the reduction of the hydrocarbon emission by the device according to the invention and

5 eine Darstellung der Minderung der Kohlenmonoxidemission durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. 5 a representation of the reduction of carbon monoxide emission by the device according to the invention.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Eine in einer Edelstahllinse 1 befindliche Katalysatorkartusche 2 ist von außen frei drehbar in einem Ofenrohr 3 installiert. Zum Anfeuern und bis zur nötigen Betriebstemperatur des Katalysators von ca. 330 °C steht die Linse (1) senkrecht im Bypassbetrieb; nach Erreichen dieser Temperatur wird sie waagerecht gestellt, so dass der gesamte Abgasstrom durch die katalytisch aktive Schicht in der Katalysatorkartusche 2 tritt. Für Wartungsarbeiten (Abreinigen der Späne von anhaftendem Staub) kann eine Revisionsklappe (nicht dargestellt) dienen, die einen einfachen Zugriff auf die Katalysatorkartusche 2 ermöglicht.In 1 an embodiment of a device according to the invention is shown schematically. One in a stainless steel lens 1 located catalyst cartridge 2 is freely rotatable from the outside in a stovepipe 3 Installed. For firing and up to the required operating temperature of the catalyst of about 330 ° C is the lens ( 1 ) vertically in the bypass mode; after reaching this temperature, it is placed horizontally, so that the entire exhaust gas flow through the catalytically active layer in the catalyst cartridge 2 occurs. For maintenance work (cleaning the chips of adhering dust) may serve a revision flap (not shown), which provides easy access to the catalyst cartridge 2 allows.

Die nachfolgenden 2 und 3 zeigen die Katalysatorkartusche 2 und ihre Anordnung im Ofenrohr 3.The following 2 and 3 show the catalyst cartridge 2 and their arrangement in the stovepipe 3 ,

Zum Verdrehen der Linse 1 im Ofenrohr 3 dient eine senkrecht zum Ofenrohr angeordnete Drehachse 4. Des weiteren zeigt 1, dass der Edelstahllinse 1 mit Katalysatorkartusche 2 ein Abscheidegitter 5 vorgeschaltet sein kann, um die groben Bestandteile des Abgasstroms vor Erreichen der Linse 1 abzufangen. Auch dieses Abscheidegitter 5 kann mittels einer Drehachse 6 im Ofenrohr 3 verdreht werden. Die Betätigung der Drehachse 4, 6 erfolgt beispielsweise über einen (nicht dargestellten) Knebel.For twisting the lens 1 in the stovepipe 3 serves a perpendicular to the furnace tube arranged axis of rotation 4 , Further shows 1 that the stainless steel lens 1 with catalyst cartridge 2 a separation grid 5 may be upstream of the coarse components of the exhaust stream before reaching the lens 1 intercept. Also this separation grid 5 can by means of a rotation axis 6 in the stovepipe 3 to be twisted. The actuation of the rotation axis 4 . 6 takes place for example via a (not shown) gag.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als Element zur Entstaubung eine im Abgasstrom angeordnete Sprühelektrode und eine im Abgasstrom oberhalb der Sprühelektrode angeordnete Abscheideelektrode vorgesehen sind. Dies soll anhand von zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt werden:According to the invention, it is provided that as an element for dedusting a arranged in the exhaust stream spray electrode and a deposition electrode disposed in the exhaust stream above the spray electrode are provided. This is to be understood by means of two different embodiments being represented:

Das in 2 dargestellte Reinigungsverfahren basiert auf einer Partikelabscheidung nach dem Katalysator und soll insbesondere bei größeren Hausheizungen (Pelletfeuerungen) eingesetzt werden.This in 2 The cleaning process shown is based on a particle separation after the catalyst and should be used in particular for larger house heating (pellet firing).

Eine Sprühelektrode 8 befindet sich innerhalb des aus einem Ofen 7 kommenden Ofenrohres 3. Sie kann weitgehend mit einer Keramikhülse ummantelt sein. Ihr gegenüber liegt eine Abscheideelektrode 9 als flächige, isolierte Metallauskleidung vor.A spray electrode 8th is inside of a furnace 7 coming stovepipe 3 , It can be largely covered with a ceramic sleeve. Opposite is a deposition electrode 9 as a flat, insulated metal lining.

In dieser Anordnung ist zu erkennen, dass die Staubabscheidung an einer Stelle erfolgt, von wo aus die Partikel herabfallen können, wenn eine entsprechende Aufwuchsmasse 11 gebildet wurde. Es ist zu prüfen, inwieweit eine Umpolung der Elektroden 8, 9 außerhalb des Ofenbetriebes zu einem Herabfall abgeschiedener Partikel führt. Als Vorteile können sich das Freihalten der Katalysatorschüttung von zusätzlichen Staubablagerungen und eine einfachere bauliche Ausgestaltung des Bereiches der Katalysatorkartusche 2 erweisen.In this arrangement, it can be seen that the dust separation takes place at a point from where the particles can fall off, if a corresponding growth mass 11 was formed. It has to be examined to what extent a polarity reversal of the electrodes 8th . 9 outside of the furnace operation leads to a drop of deposited particles. As advantages may be keeping the catalyst bed free of additional dust deposits and a simpler structural design of the area of the catalyst cartridge 2 prove.

3 zeigt den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels, bei dem die Katalysatorkartusche 2' als Abscheideelektrode 9' wirkt. 3 shows the schematic structure of an embodiment in which the catalyst cartridge 2 ' as a precipitation electrode 9 ' acts.

Bei dieser Variante soll die Sprühelektrode 8' in einem Abstand von ca. 20 cm unterhalb der Katalysatorkartusche 2' angebracht werden. Als positive Abscheideelektrode 9' wird der metallische Körper der Katalysatorkartusche 2' geschaltet.In this variant, the spray electrode 8th' at a distance of about 20 cm below the catalyst cartridge 2 ' be attached. As positive precipitation electrode 9 ' becomes the metallic body of the catalyst cartridge 2 ' connected.

Diese dargestellte und insoweit bevorzugte bauliche Ausgestaltung beinhaltet eine Isolation der frei drehbaren Kartusche 2' durch Verwendung einer Keramikhülse 12 als Drehachse, sowie die äußere Beschichtung des Linsenkörpers 1' mit einem Keramikvlies 13. Zur sicheren Vermeidung von Überschlägen durch Ausbildung leitfähiger Rußfilme ist die weitgehende Ummantelung der Sprühelektrode 8' mit Keramik 14 vorgesehen. Die als Keramikhülse 12 ausgebildete Drehachse kann ferner mit einem Heizelement 15 ausgestattet sein.This illustrated and so far preferred structural embodiment includes an isolation of the freely rotatable cartridge 2 ' by using a ceramic sleeve 12 as a rotation axis, as well as the outer coating of the lens body 1' with a ceramic fleece 13 , To reliably prevent flashovers by forming conductive soot films is the extensive sheathing of the spray electrode 8th' with ceramics 14 intended. The as a ceramic sleeve 12 trained axis of rotation can also with a heating element 15 be equipped.

Als vorteilhaft wird bei dieser Anordnung angesehen, dass der Nutzer infolge der Drehbarkeit der Katalysatorkartusche 2' leicht eine Abreinigung des anhaftenden Staubes vornehmen kann. Weiterhin erscheint der Abbrand abgeschiedener Rußpartikel unter den herrschenden hohen Temperaturen in diesem Bereich günstig.It is considered advantageous in this arrangement that the user due to the rotation of the catalyst cartridge 2 ' easy to carry out a cleaning of the adhering dust. Furthermore, the combustion of deposited soot particles appears favorable under the prevailing high temperatures in this area.

Claims (10)

Verfahren zur Reinigung von mit Schadstoffen belasteten Abgasströmen, wobei der Abgasstrom in einem Reaktor mit einer darin enthaltenen Schüttung aus Metallspänen katalytisch gereinigt wird und wobei die dotierten Metallspäne vor dem ersten Einsatz auf eine Starttemperatur aufgeheizt werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor, mit oder nach der katalytischen Reinigung eine Entstaubung der magnetisierbaren Partikel des Abgasstromes in einem Magnetfeld erfolgt.A process for the purification of exhaust gas streams contaminated with pollutants, wherein the exhaust gas stream is catalytically cleaned in a reactor with a bed of metal shavings contained therein and wherein the doped metal shavings are heated to a starting temperature before the first use, characterized in that before, with or after catalytic cleaning a dedusting of the magnetizable particles of the exhaust stream is carried out in a magnetic field. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benötigte Energie zur Erzeugung des Magnetfeldes von einem dem Abgasstrom ausgesetzten Thermoelement bereitgestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that that needed Energy for generating the magnetic field of a the exhaust stream exposed thermocouple is provided. Vorrichtung zur Reinigung von mit Schadstoffen belasteten Abgasströmen, mit einem Reaktor mit einer darin enthaltenen Schüttung aus Metallspänen und einem Heizelement, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor in einer den kompletten lichten Querschnitt des Abgasrohres (3) ausfüllenden Kartusche (2, 2') angeordnet ist und dass ein weiteres Element zur Entstaubung des Abgasstromes vorgesehen ist.Apparatus for purifying waste gas streams contaminated with pollutants, comprising a reactor with a bed of metal chips and a heating element contained therein, characterized in that the reactor is arranged in a completely clear cross section of the exhaust pipe ( 3 ) filling cartridge ( 2 . 2 ' ) Is arranged and that a further element for dedusting the exhaust stream is provided. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Element zur Staubabscheidung ein Abscheidegitter (5) vorgesehen ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that as an element for dust separation a Abscheidegitter ( 5 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Element zur Entstaubung eine im Abgasstrom angeordnete Sprühelektrode und eine im Abgasstrom oberhalb der Sprühelektrode angeordnete Abscheideelektrode vorgesehen sind.Device according to claim 3, characterized in that that as an element for dedusting a arranged in the exhaust stream spray electrode and a deposition electrode disposed in the exhaust stream above the spray electrode are provided. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühelektrode (8) der Kartusche (2) im Abgasstrom nachgeschaltet ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that the spray electrode ( 8th ) of the cartridge ( 2 ) is connected downstream in the exhaust gas stream. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühelektrode (8') der Kartusche (2') vorgeschaltet ist und dass die Kartusche (2') als Abscheideelektrode (9') ausgebildet ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that the spray electrode ( 8th' ) of the cartridge ( 2 ' ) and that the cartridge ( 2 ' ) as a deposition electrode ( 9 ' ) is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zur Entstaubung mit einer katalytisch beschichteten Substanz beschichtet ist.Device according to one of claims 3 to 7, characterized that the element for dedusting with a catalytically coated Substance is coated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befreiung der Abgase von im Abgasstrom mitgeführten Feinstaubungen ein Filterelement vorgesehen ist.Device according to one of claims 3 to 8, characterized that for the liberation of the exhaust gases carried in the exhaust stream fine dust a filter element is provided. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Filterelement ein Elektrofilter vorgesehen ist.Device according to claim 9, characterized in that in that an electrostatic precipitator is provided as filter element.
DE102006021133A 2006-05-04 2006-05-04 Purification of polluted exhaust gas stream, comprises catalytically purifying the gas stream in a reactor containing a fill of metal chips and dedusting magnetizable particles of the exhaust gas stream by a magnetic field Withdrawn DE102006021133A1 (en)

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