AT502821B1

AT502821B1 - Method for condensation of flue gas of biomass boiler/solid fuel boiler in a condensation part cooled by heater water, comprises supplying hot flue gas in channels open towards the bottom over the surface of the fluid- or condensation bath

Info

Publication number: AT502821B1
Application number: AT7252006A
Authority: AT
Inventors: Johann Dipl Ing Haslmayr
Original assignee: Johann Dipl Ing Haslmayr
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-06-15
Also published as: AT502821A4

Abstract

The method for condensation of flue gas of a biomass boiler or solid fuel boiler (2) in a condensation part (1) cooled by heater water, comprises supplying hot flue gas in slight layer height in a channel or channels open towards the bottom over the surface of the fluid- or condensation bath (8), so that turbulent flow arises at the discharge, carrying out a warmth exchange between the flue gas and the fluid- or condensation bath, and lingering basic fly ash separated in the fluid or condensation bath or slurry tank, around the condensate to be neutralized. The method for condensation of flue gas of a biomass boiler or solid fuel boiler (2) in a condensation part (1) cooled by heater water, comprises supplying hot flue gas in slight layer height in a channel or channels open towards the bottom over the surface of the fluid- or condensation bath (8), so that turbulent flow arises at the discharge, carrying out a warmth exchange between the flue gas and the fluid- or condensation bath, and lingering basic fly ash separated in the fluid or condensation bath or slurry tank, around the condensate to be neutralized. The channel is lifted at the discharge through the suction force of the condensate by intercalated exhaust gas blower (3). The flow cross section is reduced and turbulent flow hastens itself. The flue gas is flow throughable outside of return tube or tubes with hot water. The return tube has a cross section form. The filling level of the fluid or condensation bath is constantly held at overflow through driven or controlled supply of fresh water. An independent claim is included for a condensation part for the condensation of flue gas of a biomass boiler or solid fuel boiler.

Description

2 AT 502 821 B12 AT 502 821 B1

Kondensationskessel für Festbrennstoff oder BiomasseCondensation boiler for solid fuel or biomass

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kondensation von Rauchgas eines Biomassekessels oder Festbrennstoffkessels in einem von Heizungswasser gekühlten Kondensationsteil 5 sowie auf das Kondensationsteil zur Durchführung des Verfahrens. Es gibt derzeit zwei Arten von Biomasse-Kondensationskessel. Einen von der Fa. Ökofen, wo dem herkömmlichen Kessel ein zusätzlicher Rohrwärmetauscher nachgeschaltet ist. Dabei treten grolle Probleme durch die Verschmutzung der Heizflächen im Kondensationsteil auf. Biomassefeuerungen haben anders als Öl- oder Gasfeuerungen einen großen Flugascheanteil, der bei Kondensation die Heizflä-io chen verkleben kann. Eine mechanische Reinigung der Heizflächen ist dann nicht mehr ausreichend.The invention relates to a process for the condensation of flue gas of a biomass boiler or solid fuel boiler in a cooled by heating water condensation part 5 and the condensation part for performing the method. There are currently two types of biomass condensation boilers. One from the company Ökofen, where the conventional boiler is followed by an additional tube heat exchanger. There are serious problems due to the contamination of the heating surfaces in the condensation part. In contrast to oil or gas firing, biomass furnaces have a large proportion of fly ash, which can stick the heating surfaces when condensed. A mechanical cleaning of the heating surfaces is then no longer sufficient.

Eine zweite Möglichkeit ist in AT 006695 U1 beschrieben, wo das Rauchgas durch ein Wasserbad gezogen wird. Da Biomassefeuerungen nicht wie Öl- oder Gasfeuerungen augenblicklich 15 ausgeschaltet werden können, muss für einen Störungsfall ein aufwendiges Bypasssystem vorgesehen werden, das auch bei Stromausfall noch sicher geöffnet werden kann. Außerdem kann dieses Kondensationsteil nicht nachträglich als Zusatzmodul eingebaut werden.A second possibility is described in AT 006695 U1, where the flue gas is drawn through a water bath. Since biomass furnaces can not be switched off at the moment, just like oil or gas firing, an elaborate bypass system must be provided for a malfunction, which can still be safely opened even in the event of a power failure. In addition, this condensation part can not be retrofitted as an additional module.

Aufgabe der Erfindung war es, ein Kondensationsteil für Biomassefeuerungen zu entwickeln, 20 das klein und kompakt ist, einen Selbstreinigungseffekt der Wärmetauscherflächen besitzt und wo die Verbindung von Brennkammer und Kamin bei Abgasgebläsestillstand oder Stromausfall automatisch gegeben ist.The object of the invention was to develop a condensation part for biomass furnaces, 20 which is small and compact, has a self-cleaning effect of the heat exchanger surfaces and where the connection of combustion chamber and chimney at exhaust fan stall or power failure is automatically given.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das heiße Rauchgas großflächig in geringer 25 Schichthöhe über die Oberfläche des Flüssigkeits- oder Kondensationsbades (8) geführt wird, sodass am Austritt (10) turbulente Strömung auftritt und so ein Wärmeaustausch zwischen Rauchgas und Flüssigkeits- oder Kondensationsbad (8) stattfindet. Durch direkten großflächigen Kontakt des Rauchgases mit der Kondensatoberfläche wird Wärme an das Flüssigkeitsoder Kondensationsbad übertragen. Diese Heizfläche reinigt sich durch die von der Gasströ-30 mung mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen und den wechselnden Flüssigkeitsspiegel selber. Die Verbindung zwischen Brennkammer des Kessels und Kamin ist immer gegeben. Die Anlage ist ohne Bypass eigensicher und wartungsfrei.This is inventively achieved in that the hot flue gas over a large area in low layer height 25 over the surface of the liquid or condensation bath (8) is guided, so that at the outlet (10) turbulent flow occurs and so a heat exchange between flue gas and liquid or condensation bath ( 8) takes place. By direct large-area contact of the flue gas with the condensate surface heat is transferred to the liquid or condensation bath. This heating surface is cleaned by the liquid particles entrained by the gas flow and the changing liquid level itself. The connection between the combustion chamber of the boiler and the chimney is always given. The system is intrinsically safe and maintenance-free without a bypass.

Wenn das heiße Rauchgas in einem nach unten offenen Kanal oder Kanäle (6) über die Ober-35 fläche des Flüssigkeits- oder Kondensationsbades (8) geführt wird und am Austritt (10) des Kanals oder der Kanäle (6) durch den Saugzug der Kondensatspiegel bei eingeschaltetem Abgasgebläse (11) angehoben wird und damit der Strömungsquerschnitt reduziert wird, stellt sich turbulente Strömung ein. Auch wenn der Kessel unter der Nennlast oder mit Temperaturen über der Kondensationstemperatur betrieben wird, liefert die zusätzliche Wärmetauscherober-40 fläche der Kanäle, die mit dem Kondensat leitend verbunden sind, eine Verbesserung des Kühleffekts. Durch die turbulente Strömung und innigen Kontakt von Rauchgas und Flüssigkeits- oder Kondensationsbad wird durch Venturiwirkung ohne Turbulatoren ein hoher Wärmeübergang zwischen Rauchgas und Flüssigkeits- oder Kondensatbad erreicht. Bei niedriger Flüssigkeits- oder Kondensationsbadtemperatur, die immer nahe der Rücklauftemperatur liegt, 45 wird dadurch eine hohe Kondensationsrate des Rauchgases erzielt.When the hot flue gas is passed in a downwardly open channel or channels (6) over the upper surface of the liquid or condensation bath (8) and at the outlet (10) of the channel or channels (6) through the induced draft condensate mirror is raised when the exhaust fan (11) and thus the flow cross-section is reduced, turns turbulent flow. Even if the boiler is operated below rated load or at temperatures above the condensation temperature, the additional heat exchanger surface area of the channels that are conductively connected to the condensate provides an improvement in the cooling effect. Due to the turbulent flow and intimate contact of the flue gas and liquid or condensation bath, a high heat transfer between the flue gas and the liquid or condensate bath is achieved by venturi effect without turbulators. At low liquid or condensation bath temperature, which is always close to the return temperature, 45 a high condensation rate of the flue gas is thereby achieved.

Da die ins Flüssigkeits- oder Kondensationsbad (8) abgeschiedene oder verweilende basische Flugasche das Kondensat neutralisiert, ist für das Kondensationsteil mit den innenliegenden Konstruktionsteilen nur rost- und keine säurebeständiges Material erforderlich. 50Since the basic fly ash separated or lingering in the liquid or condensation bath (8) neutralises the condensate, only rust-resistant and acid-resistant material is required for the condensation part with the internal structural parts. 50

Wenn die Seitenwände (7) des oder der nach unten offenen Kanäle (6) im unteren Bereich vom Flüssigkeits- oder Kondensationsbad (8) beaufschlagt sind, kann die so aufgenommene Wärme der Kanäle über die Seitenwände durch Wärmeleitung in das Flüssigkeits- oder Kondensatbad abgeführt werden. Der Kanal oder die Kanäle (6) bilden eine große Oberfläche für den Wärme-55 Übergang zum Rauchgas. Ein gut Wärme leitender Werkstoff für die Kanäle ist dabei von 3 AT 502 821 B1If the side walls (7) of the downwardly open channels or channels (6) are acted upon in the lower region by the liquid or condensation bath (8), the heat thus absorbed by the channels can be dissipated via the side walls by heat conduction into the liquid or condensate bath , The channel or channels (6) form a large surface for the heat transfer to the flue gas. A good heat-conducting material for the channels is from 3 AT 502 821 B1

Vorteil.Advantage.

Wenn am Austritt (10) oder kurz nach dem Kanalaustritt eine Barriere (9) vorgesehen ist, die unten ins Flüssigkeits- oder Kondensationsbad eintaucht und oben über den Kondensatspiegel 5 bei Abgasgebläsestillstand (18) hinausreicht, lässt die Barriere den Kondensatspiegel beim Austritt bei eingeschaltetem Abgasgebläse durch den Staudruck noch höher ansteigen und bewirkt dadurch eine Nasswäsche des Rauchgases.If at the outlet (10) or shortly after the channel outlet, a barrier (9) is provided, which dips into the liquid or condensation bath below and above the condensate level 5 at exhaust fan stoppage (18), the barrier leaves the condensate level on exit with the exhaust fan due to the back pressure rise even higher and thereby causes a wet scrubbing of the flue gas.

Wenn der Überlauf (15) zwischen Austritt (10) und Kanaleintritt (5) positioniert ist, ist sicherge-io stellt, dass sich der richtige Kondensatspiegel und damit die richtigen Strömungsquerschnitte am Kanalaustritt beim Ein- und Ausschalten des Abgasgebläses sofort einstellen.If the overflow (15) is positioned between the outlet (10) and the duct inlet (5), make sure that the correct condensate level and thus the correct flow cross sections at the duct outlet are set immediately when the exhaust fan is switched on and off.

Wenn der Kanal oder die Kanäle (6) in Kanalendteil (12) und Einheit für Vorkühlung (14) aufgeteilt sind, kann der Überlauf im Zwischenraum nach der Prallplatte (16) einfach und wirkungsvoll 15 angebracht werden und die Zirkulation und Pulsation des Kondensatspiegels gebremst werden.When the channel or channels (6) are divided into the channel end part (12) and the precooling unit (14), the overflow in the space after the baffle plate (16) can be easily and effectively attached and the circulation and pulsation of the condensate mirror can be braked ,

Wenn der oder die Kanäle (6) als Einsatz mit einer lösbaren Verbindung (19) im Kondensationsteil (1) eingesetzt sind, ist die Zugänglichkeit für Wartungs- und Reinigungsarbeiten gewährleistet. 20If the one or more channels (6) are used as an insert with a detachable connection (19) in the condensation part (1), the accessibility for maintenance and cleaning work is guaranteed. 20

Wenn die Kondensation in einem dem Kessel (2) angeflanschten eigenen Kondensationsteil (1), der jede beliebige Grundrissform aufweisen kann und in dem das Rauchgas außerhalb eines oder mehrerer mit Heizwasser durchflossenen Rücklaufrohrs oder Rohre (13), das oder die jede beliebige Querschnittsform haben können, geführt wird, erfolgt, kann das Kondensati-25 onsteil als modularer Zusatz an jedem Biomassekessel angebaut werden. Auch horizontale Rücklaufrohre, die nicht vom flüssigkeits- oder Kondensationsbad umspült sind, können außen durch mechanische Scheuerbewegungen leicht gereinigt werden. Die mechanisch entfernten Verunreinigungen fallen ins Kondensationsbad und setzen sich im Absetzbehälter ab. 30 Wenn der Füllstand des Flüssigkeits- oder Kondensatbades (8) beim Überlauf (15) durch gesteuerte oder geregelte Zugabe von Frischwasser (20) etwa konstant gehalten wird, kann selbst bei hohen Rücklauftemperaturen, die über der Kondensationstemperatur des Rauchgases liegen, eine Nutzung der latenten Wärme erfolgen und die Nasswäsche des Rauchgases ist sichergestellt. 35If the condensation in a boiler (2) flanged own condensation part (1), which may have any planform and in which the flue gas outside of one or more heating water with traversed return pipe or pipes (13), or may have any cross-sectional shape The condensate can be grown as a modular accessory on any biomass boiler. Also horizontal return pipes, which are not lapped by the liquid or condensation bath, can be easily cleaned by mechanical scrubbing outside. The mechanically removed impurities fall into the condensation bath and settle in the settling tank. 30 If the level of the liquid or condensate bath (8) at the overflow (15) is kept approximately constant by controlled or regulated addition of fresh water (20), even at high return temperatures, which are above the condensation temperature of the flue gas, use of the latent Heat takes place and the wet scrubbing of the flue gas is ensured. 35

Wenn eine partielle mechanische Reinigung der Außenoberfläche der Rücklaufrohre (13) durch mechanisch bewegte Abstreifer (21) erfolgt kann ein Zuwachsen des Abgaseintritts (4) vor dem Kanaleintritt (5) sicher verhindert werden. 40 Wenn die Entleeröffnung (23) des Kondensationsteils (1) mit einem abnehmbaren Absetzbehälter (25) über einen lösbaren Anschluss (24) flüssigkeitsdicht verbunden ist, kann Flugstaub mit kondensierten Schwermetallteilchen gesammelt und dann einfach entsorgt werden.If a partial mechanical cleaning of the outer surface of the return pipes (13) by mechanically moving scrapers (21) takes place, a growth of the exhaust gas inlet (4) before the channel inlet (5) can be reliably prevented. 40 When the emptying port (23) of the condensing section (1) is fluid-tightly connected to a detachable settling tank (25) via a detachable port (24), flue dust containing condensed heavy metal particles may be collected and then simply disposed of.

Die Zeichnungen stellen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Fig.1 zeigt den Schnitt 45 AA durch einen einseitig durchstömten Kondensationsteil. Fig. 2 zeigt den Querschnitt dieses Kondensationsteils. In Fig. 3 ist der komplette Kondensationskessel mit Kondensationsteil und Absetzbehälter dargestellt. Fig. 4 zeigt eine symmetrisch ausgeführte Variante eines Kondensationsteils mit mittigen Abgaseintritt, bei der eine sehr gute Tropfenabscheidung aus dem Rauchgas vor dem Abgasgebläseintritt zu bewerkstelligen ist. 50The drawings illustrate two embodiments of the invention. FIG. 1 shows the section 45 AA through a condensation part flowed through on one side. Fig. 2 shows the cross section of this condensation part. In Fig. 3 the complete condensation boiler is shown with condensation part and settling tank. 4 shows a symmetrically designed variant of a condensation part with central exhaust gas inlet, in which a very good separation of droplets from the flue gas can be accomplished before the exhaust gas inlet. 50

Der Kondensationsteil (1) ist ein modularer Zusatz zu einem herkömmlichen Biomassezentralheizungskessels, kurz Kessel (2) genannt. Das Abgas vom Kessel (2) mit herkömmlichen Abgastemperaturen wird durch das Abgasgebläse (3) über den Abgaseintritt (4) in das Kondensationsteil gesaugt. Durch Umlenkung und Querschnittserweiterung findet vor dem Kanaleintritt (5) 55 eine Grobabscheidung des Staubes statt. Im Kanal oder den Kanälen (6) kommt das RauchgasThe condensation part (1) is a modular addition to a conventional biomass central heating boiler, called boiler for short (2). The exhaust gas from the boiler (2) with conventional exhaust gas temperatures is sucked through the exhaust fan (3) via the exhaust gas inlet (4) in the condensation part. By deflection and cross-sectional expansion takes place before the channel inlet (5) 55 a coarse separation of the dust. In the channel or the channels (6) comes the flue gas

Claims

4 AT 502 821 B1 is in contact with the side walls (7) and the variable condensate mirror (11), (18) over a large area and is cooled down almost to the temperature of the liquid or condensation bath (8). 5 To overcome the flow loss in the duct or the ducts (6) and the barrier (9), the condensate level must rise at the outlet (10) when the exhaust fan (11) is switched on. The resulting constriction of the free flow cross-section and the associated increase in flow velocity leads to intensive cooling of the flue gas in Kanalendteil (12) almost to the temperature of the heating water in the return pipe or io return pipes (13). As a side effect it comes to a wet scrubbing of the flue gas. The separation of the channel or channels (6) into a pre-cooling unit (14) and channel end portion (12) allows easy positioning of the overflow (15) and baffle (16) between the channel inlet (5) 15 and outlet (10). The baffle plate (16) throttles the circulation and pulsation (17) of the liquid or condensation bath (8). The overflow must be between channel inlet (5) and outlet (10). This is the only way to ensure that the condensate level with the exhaust fan (18) switched off immediately closes the free flow cross-section as soon as the exhaust fan is switched on by raising the condensate level with the exhaust fan (11) switched on at the outlet (10). The channel or channels (6) with the top and side walls (7) should be advantageously attached for maintenance as a whole unit with a detachable connection (19). 25 At return temperatures RL1 and RL2 above the condensation temperature of the flue gas, fresh water (20) can be added to the liquid or condensation bath (8) via a solenoid valve, thus also obtaining a large part of the flue gas's latent heat and flue gas scrubbing Kon-30 densatspiegel be guaranteed with the exhaust fan (11). Mechanically moved arms (21) can partially clean the return pipe or the return pipes (13) in the region of the exhaust gas inlet (4) from the fly ash. The heavy fly ash (22) settles and is flushed by the circulation (17) into the condensation part (1) via a discharge opening (23) and the detachable connection (24) in the settling tank (25). The heavy fly ash can then be easily disposed of with the container. 1. A method for the condensation of flue gas of a biomass boiler or solid fuel boiler in a cooled by heating water condensation part, characterized in that the hot flue gas over a large area in low layer height over the surface of the liquid or condensation bath (8) is guided so that at the outlet ( 10) turbulent flow occurs and thus a heat exchange between flue gas and liquid or condensation bath (8) takes place.

2. The method according to claim 1, characterized in that the hot flue gas in a downwardly open channel or channels (6) over the surface of the liquid or so condensation bath (8) is guided and at the outlet (10) of the channel or channels (6) is raised by the induced draft of the condensate level with the exhaust fan (11) and thus the flow cross-section is reduced and adjusts turbulent flow.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid or AT 502 821 B1 condensation bath (8) separated fly ash in the condensation bath (8) or settling tank (25) dwells to neutralize the condensate.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the condensate-5 sation in a boiler (2) flanged own condensation part (1), which may have any plan shape and in which the flue gas outside of one or more with Heating water flowed through return pipe or pipes (13), or may have any cross-sectional shape, is guided takes place. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the level of the liquid or condensation bath (8) in the overflow (15) by controlled or regulated addition of fresh water (20) is kept approximately constant.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a partial 15 mechanical cleaning of the outer surface of the return pipes (13) by mechanically moving scrapers (21).

7. condensation part for carrying out the method according to claims 1 to 6 for the condensation of flue gas of a biomass boiler or solid fuel boiler 20 characterized in that the side walls (7) of the downwardly open channels or channels (6) in un direct range from the liquid or Condensation bath (8) are acted upon.

8. condensation part according to claim 7, characterized in that at the channel outlet (10) or shortly after the channel outlet, a barrier (9) is provided, which dips down into the liquid keits- or condensation 21 and above the condensate level at exhaust fan stoppage (18 ).

9. condensation part according to one of claims 7 or 8, characterized in that the overflow (15) between the outlet (10) and channel inlet (5) is positioned. 30

10. condensation part according to one of claims 7 to 9, characterized in that the channel or the channels (6) in the channel end part (12) and unit for precooling (14) are divided.

11. condensation part according to one of claims 7 to 10, characterized in that the one or more channels (6) are used as an insert with a releasable connection (19) in the condensation part (1).

12. condensation part according to one of claims 7 to 11, characterized in that the 40 emptying opening (23) of the condensation part (1) with a removable settling tank (25) via a detachable connection (24) is liquid-tightly connected. For this purpose 1 sheet of drawings 45 50 55