AT514928B1 - Verfahren zum Reinigen eines Elektrofilters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Elektrofilters (9) für die Abgasreinigung von Feststofffeuerungen (2), insbesondere Pelletsfeuerungen, wobei eine definierte Menge an Reinigungsflüssigkeit, insbesondere Wasser, in bestimmten Zeitabständen auf den Elektrofilter (9) aufgespritzt wird und Verunreinigungen auf zumindest einer Elektrode (10, 11) des Elektrofilters (9) durch die Reinigungsflüssigkeit abgewaschen werden. Eine kostengünstige und umweltverträgliche Reinigung des Elektrofilters (9) wird zu ermöglicht, wenn die vom Elektrofilter (9) abfließende Schmutzflüssigkeit in einem Aschebehälter (13) gesammelt wird und der gesamte Flüssigkeitsanteil der gesammelten Schmutzflüssigkeit im Aschebehälter (13) zum Verdunsten oder Verdampfen gebracht wird.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Elektrofilters für die Abgasreini¬gung von Feststofffeuerungen, insbesondere Pelletsfeuerungen, wobei eine definierte Mengean Reinigungsflüssigkeit, insbesondere Wasser, in bestimmten Zeitabständen auf den Elektrofil¬ter aufgespritzt wird und Verunreinigungen auf zumindest einer Elektrode des Elektrofiltersdurch die Reinigungsflüssigkeit abgewaschen werden. Weiters betrifft die Erfindung eine Reini¬gungsvorrichtung zum Reinigen eines Elektrofilters für die Abgasreinigung von Feststofffeue¬rungen, insbesondere Pelletsfeuerungen, mit zumindest einer durch eine Steuereinrichtunggesteuerten Einspritzeinrichtung, um eine definierte Menge Reinigungsflüssigkeit in bestimmtenZeitabständen auf den Elektrofilter aufzuspritzen und Verunreinigungen am Elektrofilter abzu¬waschen, sowie einen Aschebehälter zum Sammeln der festen Verbrennungsrückstände.

[0002] Aus der WO 10/057488 A1 ist ein nass abreinigender Elektrofilter zur Abgasreinigung fürdie Abgase von Biomasse-Feuerungen bekannt, bei dem der Elektrofilter eine Abscheidkammeraufweist, durch die das Abgas geleitet wird, wobei im Bereich der Abscheidkammer oder an¬grenzend an diese eine Aufladeeinrichtung zur elektrostatischen Aufladung von in dem Abgasbefindlichen Partikeln angeordnet ist. Im Bereich der Abscheidkammer ist eine Abscheideinrich¬tung angeordnet, die von den aufgeladenen Partikeln durchströmt wird, wobei eine Abgabeein¬richtung für eine Reinigungsflüssigkeit den Bereich der Abscheideinrichtung periodisch besprühtund die an der Oberfläche der Abscheideinrichtung angelagerten Partikel abreinigt. Die durchbeispielsweise Wasser gebildete Reinigungsflüssigkeit wird in das Abwassernetz geleitet oderwiederverwendet.

[0003] Das Schmutzwasser mit den vom Elektrofilter abgewaschenen Verunreinigungen kannaber Problemstoffe wie beispielsweise Schwermetalle enthalten, welche nicht über das Kanal¬netz entsorgt werden dürfen. Eine Wiederaufbereitung des Schmutzwassers ist aber - insbe¬sondere für Kleinanlagen - teuer, da eine Vielzahl von Komponenten wie Pumpen Einigungsein¬richtungen, etc. erforderlich sind.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine kostengünstigeund umweltverträgliche Reinigung des Elektrofilters zu ermöglichen.

[0005] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die vom Elektrofilter abfließendeSchmutzflüssigkeit in einem Aschebehälter gesammelt wird, und dass der gesamte Flüssig¬keitsanteil der gesammelten Schmutzflüssigkeit im Aschebehälter zum Verdunsten oder Ver¬dampfen gebracht wird. Der ablauflos ausgeführte Aschebehälter ist dabei so unter dem Elekt¬rofilter angeordnet, dass die gesamte vom Elektrofilter abfließende Schmutzflüssigkeit imAschebehälter gesammelt werden kann, und der gesamte Flüssigkeitsanteil der gesammeltenSchmutzflüssigkeit im Aschebehälter verdunsten bzw. verdampfen kann.

[0006] Die Wärme zum Verdunsten bzw. Verdampfen des Flüssigkeitsanteils in der Schmutz¬flüssigkeit wird vorzugsweise durch das Abgas bereitgestellt. Somit sind keine externen Heiz¬einrichtung zum Beheizen des Aschebehälters erforderlich. Bevorzugt wird die Reinigungsflüs¬sigkeit, insbesondere Leitungswasser aus der vorhandenen Wasserleitung mit dem zur Verfü¬gung stehenden Wasserleitungsdruck, über ein Magnetventil zur Einspritzeinrichtung geführtund über Einspritzdüsen die verschmutzte Oberfläche des Elektrofilters mit der Reinigungsflüs¬sigkeit beaufschlagt, wodurch anhaftender Schmutz entfernt wird.

[0007] Die Schmutzflüssigkeit fließt bzw. tropft nach unten ab und gelangt in den unter demElektrofilter angeordnete Aschebehälter. Im Aschebehälter wird der Flüssigkeitsanteil derSchmutzflüssigkeit verdunstet bzw. verdampft, sodass nur mehr die festen Anteile im Aschebe¬hälter verbleiben und gelegentlich gemeinsam den festen Verbrennungsrückständen in her¬kömmlicher Weise, zum Beispiel mit dem Restmüll, entsorgt werden können.

[0008] Eine vollständige Verdunstung bzw. Verdampfung der Schmutzflüssigkeit kann ermög¬licht werden, wenn der Zeitabstand zwischen zwei Einspritzungen der Reinigungsflüssigkeit inAbhängigkeit von der Abgastemperatur, vom Abgasvolumen, der Oberfläche der Schmutzflüs¬ sigkeit im Aschebehälter, und/oder der gesammelten Schmutzflüssigkeitsmenge bestimmt wird.Insbesondere kann der Zeitabstand tR zwischen zwei Einspritzvorgängen der Reinigungsflüs¬sigkeit nach folgender Gleichung berechnet werden: tR =k-TA, [0009] wobei [0010] TA........der Mittelwert der Abgastemperatur über der gesamten Betriebszeit der Feue¬ rung und [0011] k ........ ein die Verdampfungswärme, den Abgasvolumenstrom, die Oberfläche der

Schmutzflüssigkeit in der Aschelade, und die zu verdampfende Schmutzflüs¬sigkeitsmenge berücksichtigender Rechenfaktor ist.

[0012] Wesentlich ist, dass zwischen zwei Einspritzvorgängen genügend Zeit zur Verfügungsteht, um eine vollständige Verdunstung bzw. Verdampfung des Schmutzwassers zu bewirken.Über einen Feuchtigkeitssensor kann gegebenenfalls die Restfeuchtigkeit im Aschebehältergemessen werden. Ist diese Restfeuchtigkeit unmittelbar vor einer geplanten weiteren Einsprit¬zung der Reinigungsflüssigkeit zu hoch und liegt über einem definierten Grenzwert, so wird diefolgende Einspritzung der Reinigungsflüssigkeit nicht frei gegeben und fällt somit aus.

[0013] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Fig. näher erläutert.

[0014] Es zeigen [0015] Fig. 1 schematisch eine Feuerungsanlage einer Feststofffeuerung mit einem Abgasrei¬ nigungsmodul, [0016] Fig. 2 den Abgasreinigungsmodul mit der Vorrichtung zum Reinigen eines Elektrofilters in einer Schrägansicht i [0017] Fig. 3 den Abgasreinigungsmodul ohne Modulgehäuse in einer Schrägansicht, [0018] Fig. 4 den Abgasreinigungsmodul in einer Schrägansicht in einem Schnitt gemäß der

Linie IV - IV in Fig. V, [0019] Fig. 5 den Abgasreinigungsmodul in einer Schrägansicht in einem Schnitt gemäß der

Linie V - V in Fig. IV, [0020] Fig. 6 den Abgasreinigungsmodul in einem Schnitt gemäß der Linie VI - VI in Fig. 7, [0021] Fig. 7 den Abgasreinigungsmodul in einer Seitenansicht und [0022] Fig. 8 die Steuerung der Einspritzung der Reinigungsflüssigkeit während des Betriebes.

[0023] Fig. 1 zeigt schematisch eine Feuerungsanlage 1 einer Feststofffeuerung 2, beispiels¬weise zur Verbrennung von Brennstoffpellets, mit einem zwischen der Feststofffeuerung 2 undeinem Kamin 3 angeordneten Abgasleitung 5. In der Abgasleitung 5 ist ein Reinigungsmodul 6angeordnet, wobei innerhalb des Gehäuses 7 des Reinigungsmoduls 6 eine Hochspannungs¬einheit 8 und ein Elektrofilter 9 mit einer beispielsweise durch eine Mantelelektrode gebildetenpositiven Niederschlagselektrode 10 und einer beispielsweise durch eine Mittelelektrode gebil¬deten negativen Sprühelektrode 11 im Abgasströmungsweg 12 angeordnet sind. Die Nieder¬schlagselektrode 10 ist im Wesentlichen vertikal angeordnet. Die Strömung erfolgt innerhalbdes Elektrofilters 9 ebenfalls in vertikaler Richtung. Die Strömung innerhalb des Reinigungsmo¬duls 6 ist mit Pfeilen S angedeutet. Stromaufwärts, also unterhalb, des Elektrofilters 9 ist ein ausdem Gehäuse 7 entfernbarer Aschebehälter 13 zum Auffangen von Flugasche vorgesehen,welcher einen Ascheauffangraum 14 bildet. Mit 26 ist ein Isolator für die Stromzuführung zurSprühelektrode 11 bezeichnet.

[0024] Die Elektrofilter 9 dient zur Abscheidung vom Partikeln im Abgas und arbeitet in bekann¬ter Weise auf der Basis des elektrostatischen Prinzips. Die Abscheidung im Elektrofilter 9 bein¬haltet die Schritte: Freisetzung von elektrischen Ladungen, Aufladung der Staubpartikel im elektrischen Feld, Transport der geladenen Staubteilchen zur Niederschlagselektrode 10, An¬haftung der Staubpartikel an der Niederschlagselektrode 10 und Entfernung der Staubschichtvon der Niederschlagselektrode 10.

[0025] Zur Entfernung der an der Niederschlagelektroden 10 anhaftenden Staubschicht ist eineReinigungsvorrichtung 15 vorgesehen, welche eine Einspritzeinrichtung 16 für eine Reinigungs¬flüssigkeit, beispielsweise Wasser, aufweist. Die beispielsweise mit Leitungswasser einer Ver¬sorgungswasserleitung gespeiste Einspritzeinrichtung 16 ist im Ascheauffangraum 14 unterhalbdes Elektrofilters 9 angeordnet. Über die Einspritzeinrichtung 16 kann die Reinigungsflüssigkeitüber eine oder mehrere Düsen 17 nach oben auf die Niederschlagselektrode 10 gespritzt wer¬den, wodurch die anhaftenden Staubpartikel abgewaschen werden. Die verschmutzte Reini¬gungsflüssigkeit - die Schmutzflüssigkeit - fließt durch das eigene Gewicht samt dem mitgeris¬senen Staubpartikeln entlang der Niederschlagselektrode 10 nach unten und weiter in denAschebehälter 13.

[0026] Der als aus dem Gehäuse 7 entfernbare Lade ausgebildete Aschebehälter 13 ist ablauf¬los ausgeführt, so dass die gesammelte Schmutzflüssigkeit im Aschebehälter 13 verbleibt, alsoweder einem Abwassersystem, noch einem Wiederaufbereitungssystem zugeführt wird.

[0027] Das aus der Feststofffeuerung 2 emittierte Abgas gelangt über die Eintrittsöffnung 18 inden Reinigungsmodul 6, wird über ein Fallrohr 19 nach unten in und horizontal durch den durchden Aschebehälter 13 gebildeten Ascheauffangraum 14 geführt, wobei es die Oberfläche der imAschebehälter 13 aufgefangenen Schmutzflüssigkeit überstreicht und diese erwärmt. Danachwird das Abgas nach oben umgelenkt und strömt durch den Einlauftrichter 20 in den Elektrofilter9, wobei Staubpartikel aufgeladen werden und an der Niederschlagselektrode 10 anhaften.Nach Passieren des Elektrofilters 9 verlässt das Abgas den Reinigungsmodul 6 durch denAustritt 21 und wird schließlich dem Kamin 3 zugeführt.

[0028] Beim Durchströmen des Ascheauffangraumes 14 durch das Abgas wird Wärme an dieSchmutzflüssigkeit abgegeben und ein Verdunsten bzw. Verdampfen dieser bewirkt. Nach demvollständigen Verdunsten bzw. Verdampfen der Flüssigkeitsanteile der Schmutzflüssigkeitverbleiben die abgewaschenen festen Bestandteile im Aschebehälter 13 und können problem¬los mit den festen Verbrennungsrückständen entsorgt werden.

[0029] Um ein vollständiges Verdunsten bzw. Verdampfen der Schmutzflüssigkeit zu erreichenist es wesentlich, dass jeweils zwischen zwei Einspritzvorgängen genug Zeit bleibt, um einvollständiges Verdunsten bzw. Verdampfen zu ermöglichen. Weiters muss die AbgastemperaturTA ausreichend hoch sein. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Abgastemperatur TA über zumin¬dest einen Temperatursensor 22 und/oder die Feuchtigkeit der Rückstände im Aschebehälter13 über einen Feuchtigkeitssensor 23 gemessen wird und einer Steuereinheit 24 zugeführtwird. Ist die Abgastemperatur TA unterhalb eines Grenzwertes von beispielsweise 100*0, oderzeigt der Feuchtigkeitssensor einen zu hohen Wassergehalt in der Asche des Aschebehälters13 an, so erfolgt keine weitere Einspritzung der Reinigungsflüssigkeit, bis die Abgastemperaturund/oder der Feuchtigkeitsgehalt wieder im Sollbereich liegt.

[0030] Der Zeitabstand tR zwischen zwei Einspritzvorgängen ist somit abhängig von der Abgas¬temperatur TA, vom Abgasvolumen, der Oberfläche der Schmutzflüssigkeit im der Aschebehäl¬ter 13, und/oder der gesammelten Schmutzflüssigkeitsmenge.

[0031] Für die Ermittlung des Zeitabstandes tR zwischen zwei Einspritzvorgängen der Reini¬gungsflüssigkeit kann folgende Gleichung verwendet werden:

tR = k-TA

[0032] wobei [0033] TA........der Mittelwert der Abgastemperatur TA über der gesamten Betriebszeit der

Feuerung und [0034] k ........ein die Verdampfungswärme, den Abgasvolumenstrom, die Oberfläche der

Schmutzflüssigkeit im Aschebehälter und die zu verdampfende Schmutzflüs¬sigkeitsmenge berücksichtigender Rechenfaktor [0035] ist.

[0036] Die Steuereinheit 24 berechnet den Zeitabstand tR und steuert über zumindest ein bei¬spielsweise durch ein Magnetventil gebildetes Ventil 25 die Einspritzung der Reinigungsflüssig¬keit.

[0037] Die Steuereinheit 24 steuert das Ein- und Ausschalten des Stromes für den Elektrofilter9, sowie die Einspritzung der Reinigungsflüssigkeit. Grundsätzlich ist der Elektrofilter 9 stetseingeschalten, wenn die Feststofffeuerung in Betrieb ist, also auch während des Anfahrens undAbfahrens der Feuerungsanlage 1 Anlage, aber nicht bei deaktivierter Feststofffeuerung 2.Durch die Steuereinheit 23 wird ein Reinigungsprogramm - zeitgesteuert und/oder durch dieAbgastemperatur TA gesteuert - gefahren und dabei der Elektrofilter 9 abgeschaltet und dieEinspritzeinrichtung 16 über das Ventil 24 kurz - zum Beispiel für 0,5 bis 1 Sekunden einge¬schaltet. Mit dem erneuten Einschalten des Elektrofilters 9 wird gewartet, bis dieser wiederweitgehend abgetrocknet ist. Die Trocknungsdauer AtF für den Elektrofilter 9 kann beispielswei¬se 5 - 30 Minuten betragen. Die Einschaltzeit tF für den Elektrofilter 9 kann dann zum Beispielmehr als 2 Stunden betragen. Eine Reinigung des Elektrofilters 9 kann beispielsweise 1 bis 4mal pro Tag erfolgen. Für kleinere bis mittlere Hausfeuerungsanlagen reicht beispielsweise eineReinigungsflüssigkeitsmenge von beispielsweise 0,5 Liter pro Einspritzvorgang. Bevorzugt wirdals Reinigungsflüssigkeit Wasser unter dem zur Verfügung stehenden Leitungsdruck einge¬spritzt, wodurch Speisepumpen entfallen können. Falls der Leitungsdruck zu gering ist, kannselbstverständlich zur Einspritzung auch eine eigen Pumpe verwendet werden.

[0038] In Fig. 8 ist das Steuersignal E für das Ventil 25 für die Einspritzung der Reinigungsflüs¬sigkeit schematisch über der Zeit t dargestellt. Die Einspritzdauer AtR beträgt jeweils beispiels¬weise zwischen 0,5 Sekunden und zehn Sekunden. Das Abreinigungsintervall ergibt sich unterAnwendung der oben erwähnten Beziehung des Mindestzeitabstandes tR, der für die vollständi¬ge Verdampfung nötig ist. Weiters ist das Steuersignal F für den Elektrofilter 9 über der Zeitaufgetragen. Steuersignal E bzw. F gleich "0" bedeutet hier Deaktivierung des Ventils 25 bzw.des Elektrofilters 9, Steuersignal E bzw. F gleich "1" bedeutet Aktivierung des Ventils 25 bzw.des Elektrofilters 9. Während die Feuerungsanlage in Betrieb ist, ist die Hochspannung desElektrofilters eingeschaltet, das Steuersignal F = 1. Ist die Abgastemperatur T größer als derdefinierte Grenzwert, so wird das Steuersignal G auf Ί" gesetzt und die Einspritzung der Reini¬gungsflüssigkeit freigegeben. Um eine Einspritzung der Reinigungsflüssigkeit durchzuführen,müssen also alle drei Bedingungen für die Steuersignale E, F und G erfüllt sein: E=1, F=0 und G=1

Claims (10)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Reinigen eines Elektrofilters (9) für die Abgasreinigung von Feststofffeue¬rungen (2), insbesondere Pelletsfeuerungen, wobei eine definierte Menge an Reinigungs¬flüssigkeit, insbesondere Wasser, in bestimmten Zeitabständen auf den Elektrofilter (9)aufgespritzt wird und Verunreinigungen auf zumindest einer Elektrode (10,11) des Elektro¬filters (9) durch die Reinigungsflüssigkeit abgewaschen werden, dadurch gekennzeich¬net, dass die vom Elektrofilter (9) abfließende Schmutzflüssigkeit in einem Aschebehälter(13) gesammelt wird, und dass der gesamte Flüssigkeitsanteil der gesammelten Schmutz¬flüssigkeit im Aschebehälter (13) zum Verdunsten oder Verdampfen gebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitabstand (tR) zwischenzwei Einspritzungen der Reinigungsflüssigkeit in Abhängigkeit von der Abgastemperatur(TA), vom Abgasvolumen, der Oberfläche der Schmutzflüssigkeit im Aschebehälter (13),und/oder der gesammelten Schmutzflüssigkeitsmenge bestimmt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitabstand tR zwischenzwei Einspritzungen der Reinigungsflüssigkeit nach folgender Gleichung berechnet wird: tR =k-TA wobei TA........der Mittelwert der Abgastemperatur über der gesamten Betriebszeit der Feue¬ rung und k ........ein die Verdampfungswärme, den Abgasvolumenstrom, die Oberfläche der Schmutzflüssigkeit im Aschebehälter (13), und die zu verdampfende Schmutz¬flüssigkeitsmenge berücksichtigender Rechenfaktorist.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rest¬feuchtigkeit im Aschebehälter (13) gemessen wird und die folgende geplante Einspritzungder Reinigungsflüssigkeit nur dann freigegeben wird, wenn die Restfeuchtigkeit unterhalbeines definierten Grenzwertes liegt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas¬temperatur (TA) im Abgas gemessen wird und die folgende geplante Einspritzung der Rei¬nigungsflüssigkeit nur dann freigegeben wird, wenn die Abgastemperatur (TA) oberhalb ei¬nes definierten Grenzwertes liegt.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die festenRückstände der verdunsteten bzw. verdampften Schmutzflüssigkeit zusammen mit denfesten Verbrennungsrückständen des Aschebehälters (13) entsorgt werden.
7. 7. Reinigungsvorrichtung (15) zum Reinigen eines Elektrofilters (9) für die Abgasreinigungvon Feststofffeuerungen (2), insbesondere Pelletsfeuerungen, mit zumindest einer durcheine Steuereinrichtung (24) gesteuerten Einspritzeinrichtung (16), um eine definierte Men¬ge Reinigungsflüssigkeit in bestimmten Zeitabständen auf den Elektrofilter (9) aufzusprit¬zen und Verunreinigungen am Elektrofilter (9) abzuwaschen, sowie einen Aschebehälter(13) zum Sammeln der festen Verbrennungsrückstände, dadurch gekennzeichnet, dassder ablauflos ausgeführte Aschebehälter (13) unterhalb des Elektrofilters (9) so angeordnetist, dass die vom Elektrofilter (9) abfließende Schmutzflüssigkeit im Aschebehälter (13)sammelbar ist, und dass der gesamte Flüssigkeitsanteil der gesammelten Schmutzflüssig¬keit im Aschebehälter (13) verdunstbar oder verdampfbar ist.
8. 8. Reinigungsvorrichtung (15) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein¬spritzung der Reinigungsflüssigkeit mittels zumindest eines vorzugsweise als Magnetventilausgebildeten Ventils (25) durch die Steuereinheit (24) steuerbar ist.
9. 9. Reinigungsvorrichtung (15) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass imBereich des Aschebehälters (13) zumindest ein mit der Steuereinheit (24) verbundenerFeuchtigkeitssensor (23) angeordnet ist.
10. 10. Reinigungsvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass in der Abgasleitung (5) zumindest ein mit der Steuereinheit (24) verbundener Tempe¬ratursensor (22) angeordnet ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen