Die Erfindung betrifft einen Kondensator zum Nachreinigen von Rauchgasen, insbesondere bei Kehrichtverbrennungsanlagen.
Ein Teil des städtischen Mülls wird durch Verbrennung in Öfen volumenmässig verkleinert. Die grosse Hitze in den Müllverbrennungsöfen wird meistens noch dazu ausgenutzt, um einen relativ grossen Anteil an schwierig zu beseitigendem Klärschlamm im Ofen mitzuverbrennen.
Aus dieser Tatsache haben sich in neuerer Zeit vor allem drei Kernprobleme ergeben: - Beseitigung der Geruchstoffe - Beseitigung von mineralischen und chemischen Substanzen, z.B. Schwefel - Beseitigung von metallischen Anteilen.
Für die Beseitigung der Geruchstoffe erweist sich im gegenwärtigen Zeitpunkt die Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur im Ofenoberteil als sehr vorteilhaft. Insbesondere kann durch die Anordnung von einem mittels Thermostat gesteuerten Nachbrenner eine konstante Temperatur von z.B. 8000C eingehalten werden. Eine Belästigung infolge übler Gerüche wird bei derart geführten Anlagen nicht mehr festgestellt.
Als sehr viel schwieriger haben sich jedoch die Beseitigung der mineralischen und chemischen sowie der metallischen Anteile aus den Rauchgasen erwiesen. Einerseits wird versucht, diese beiden Gruppen von Schadstoffen mittels Hochleistungselektrofiltern abzutrennen. Die metallischen Anteile können mit einem Elektrofilter ohne grosse Schwierigkeiten abgeschieden werden. Die grosse Schwierigkeit beim Einsatz eines Elektrofilters liegt jedoch im Vorhandensein von einem äusserst hohen Anteil an Wasserdampf sowie anderen leicht flüchtigen Bestandteilen in den Rauchgasen sowie auch in der hohen Temperatur der Rauchgase. Um die Geruchstoffe erfolgreich beseitigen zu können, muss die Rauchgastemperatur über dem für Elektrofilter üblichen Wert gehalten werden.
Es muss deshalb die Temperatur gesenkt werden, was gegebenenfalls durch Beifügen von Frischluft erreicht wird. Es resultiert daraus die Bildung von Wasserdampf bzw. das Ausfällen eines Teiles der verschiedenen Flüssigkeiten. Der Elektrofilter ist auch nicht in der Lage, verschiedene Mineralien oder chemische Substanzen mit genügend hohem Wirkungsgrad abzuscheiden, so dass der Elektrofilter nicht allein als Totalabscheider für Kehrichtverbrennungsanlagen eingesetzt werden kann.
Es müssen mindestens irgendwelche Nachreinigungs-Vorrichtungen vorgesehen werden.
Eine sehr wirtschaftliche Lösung für die Reinigung der Rauchgase von Müllverbrennungsanlagen hat sich mit dem Einsatz von Rauchgaswäschern ergeben. Die sehr hohe Temperatur der Rauchgase wird ausgenützt, um eine relativ grosse Menge von Wasser in den Gasstrom einzuspritzen. Ein Teil des Wassers verdampft sofort und senkt damit die Rauchgastemperatur. Eine weitere Senkung der Temperatur kann noch ein weiteres Kondensieren des Wasserdampfes ergeben, so dass für den Rauchgaswäscher geradezu ideale Voraussetzungen geschaffen sind. Selbst feinste Verunreinigungen, sei es durch chemische oder auch metallische Partikel, bilden bekanntlich Kondensationskerne. Es bilden sich selbst um feinste Staubpartikel Wassertröpfchen, die durch den Rauchgaswäscher relativ hochprozentig zurückgehalten werden können.
Die übergrosse Wärmemenge stellt deshalb für die Rauchgaswäscher keine Schwierigkeit dar, sondern wird viel eher ausgenützt, um die Schadstoffe mit dem Waschwasser zu binden. Obwohl mit den Rauchgaswäschern ein hoher Prozentsatz der Verunreinigungen ausgewaschen werden kann, ist man mit deren Reinigungsarbeit, bedingt durch die neuesten Forderungen des Gesetzgebers, nicht mehr restlos zufrieden.
Der Erfindung wurde weiter die Aufgabe zugrundegelegt, den Abscheidegrad der Rauchgaswäscher weiter zu verbessern, und insbesondere möchte man, dass die durch den hohen Feuchtigkeitsgehalt der Abluft der Rauchgaswäscher bedingte Kondensatfahne der Abluft wenigstens stark vermindert werden kann.
In der Schwerindustrie ist es bekannt, Rauchgaswäschern Kondensatoren nachzuschalten. In den meisten Fällen ist in diesen Industriezweigen ein System der Wiederverwertung der verschiedenen Stoffe vorausgesetzt, so dass komplizierte und aufwendige Einrichtungen dafür eingesetzt werden können.
Bei den Kehrichtverbrennungsanlagen hat sich ein solches System der Wiederverwertung noch nicht durchgesetzt, so dass bei der Kehrichtverbrennung nur im Aufbau und in der Herstellung einfachste Apparate eingesetzt werden können, um die bekanntlich negativen Bilanzen der Anlagen nicht noch weiter wesentlich zu verschlechtern.
Der Erfindung wurde deshalb weiter die Aufgabe gestellt, einen Kondensator zu bauen, der in der Herstellung preisgünstig, im Betrieb keine grossen Energiemengen benötigt und vor allem auch für den Unterhalt leicht handzuhaben ist.
Die erfindungsgemässe Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator eine Gasverteilkammer mit Gaseintrittstutzen aufweist, und die Gasverteilkammer über eine Anzahl durch einen Kühlwasserbehälter geführter Rohre mit einer Reingas-Sammelkammer verbunden ist und anschliessend in ein Abluftrohr mündet.
Mit der erfindungsgemässen Lösung konnte schon bei einem ersten versuchsweisen Einbau des Kondensators nach dem Rauchgaswäscher ein unerwartet grosser Erfolg festgestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist die Massnahme, die Rohre bezüglich des Gaseintrittstutzens und/oder des Abluftrohres versetzt anzuordnen. Die Versetzung der Rohre bezüglich des Gaseintrittstutzens bewirkt durch die brüske Umlenkung des Gasstromes ein Ausschleudern eventuell noch grösserer vorhandener Wassertröpfchen. Diese Anordnung ist auch sehr vorteilhaft für die Reinigung der Rohre.
Werden die Rohre auf einer Kreisringfläche und der Gaseintrittstutzen und/oder das Abluftrohr mittig angeordnet, ist die Garantie für ein gleichmässiges Arbeiten des gesamten Kondensators gewährleistet.
Eine Vergrösserung der Kondensationsfläche kann dadurch erreicht werden, dass der durch den Kühlwasserbehälter begrenzte Raum gegen den Gaseintrittstutzen offen gehalten wird.
Es ist thermisch nicht unbedingt ein Erfordernis, oft jedoch in der Disposition ein Vorteil, den Gaseintrittstutzen unten und das Abluftrohr oben anzuordnen.
Ganz besonders vorteilhaft erweist sich die feste Verbindung der Rohre mit einer Bodenplatte des Kühlwasserbehälters.
Vorteilhaft lässt man zwischen dem oberen Ende jedes der Rohre und einer Deckplatte des Kühlwasserbehälters eine Spaltöffnung. Die Deckplatte des Kühlwasserbehälters hat damit nur noch eine Führungsfunktion für die Rohre und kann gegebenenfalls weggelassen werden.
Da der Kondensator einen wärmebeanspruchten und wenig- stens eintrittseitig teilweise auch durch verschiedene aggressive Säuren beanspruchten Apparat darstellt, kommt gerade der Massnahme der festen Verbindung der Rohre nur an einem Ende eine besondere Bedeutung zu. Es treten keine Spannungen auf und auch kann eine elektrolytische Elementbildung stark reduziert werden.
Weiter kann man dem Betrieb des Kondensators dadurch noch mehr Sicherheit geben, dass der Kühlwasserbehälter an der tiefsten Stelle einen Wassereintrittstutzen aufweist, der Wasseraustrittstutzen ein wenig unterhalb der obersten Begrenzung des Kühlwasserbehälters liegt und zwischen Wasseraustrittstutzen und der obersten Begrenzung des Kühlwasserbehälters kleine Öffnungen vorhanden sind, die mit einem Kondensatablauf in Verbindung stehen. Im Kühlwasserbehälter selbst ergibt sich dadurch ein freier Abfluss. Unnötige Druckbeanspruchungen auf die Kühlwasserbehälterwände werden vermieden, was erlaubt, dem Kühlwasserbehälter selbst jede beliebige Form zu geben.
Der Wärmeübergang vom Wasser auf das Rohr ist bekanntlich sehr viel intensiver als der Wärmeübergang von einem Gas auf das Rohr. Um den schwächer an der Wärmeübertragung beteiligten Teil wenigstens teilweise unterstützen zu können, pflegt man vorteilhaft die Flüssigkeit mit einer durch die Erwärmung gegebenen Geschwindigkeit im Innern der Rohre strömen zu lassen, um mit dem Gas die Rohre quer anströmen zu können. Bei der Verwendung des erfindungsgemässen Kondensators als Nachreiniger nach einem Rauchgaswäscher von Kehrichtverbrennungsanlagen hat sich die an sich verkehrte Anwendung der Wärmetauschtheorien dadurch, dass man das Gas im Innern der Rohre strömen lässt und die Flüssigkeit an der Aussenseite der Rohre vorsieht, als besonders vorteilhafte Lösung erwiesen.
Folgende Vorteile lassen sich erreichen: - Anwendung eines reingasseitig offenen Kühlwasserbehälters, - Verhinderung von Wärmespannungen und elektrolytischer Elementbildung durch Trennung der mit feuchten Rauchgasen beaufschlagten Rohre von der Reingasseite des Kondensators, - Verwendung von eventuell nicht gereinigtem Wasser durch den gegebenenfalls oben offenen Kühlwasserbehälter, - leichte Reinigung der Rohre dadurch, dass die Gasverteilkammer einen Kondensatsammler aufweist, dessen Unterteil als Reinigungstüre für die Rohre ausgebildet ist, - sehr einfacher Aufbau des Kondensators, - grosse Betriebssicherheit dadurch, dass keine grossen statische Drücke der Medien aufgebaut werden müssen.
Der Kondensator ist in der Lage, einen sehr grossen Teil der Restverunreinigungen den Gasen zu entziehen, insbesondere können Schwefel und metallische Verunreinigungen hochprozentig mit dem Kondensat abgeführt werden. Durch die gleichzeitige Wegnahme eines grossen Anteiles des Wassergehaltes kann auch die oft als lästig empfundene Kondensatfahne der Abluft verhindert werden.
Verschiedene Teile eines Kehrichtverbrennungsofens müs sen mit Frischluft gekühlt werden. Wenn der Kondensator nach der Erfindung mit einem solchen Ofen kombiniert wird, kann im Bereich des Abluftrohres des Kondensators nun ein
Anschluss für das Einblasen der erhitzten sauberen Luft ange ordnet werden, womit die Kondensatfahne wiederum eine
Reduktion erfährt.
Es hat sich weiter als sehr vorteilhaft erwiesen, die Reingas
Sammelkammer teilweise durch ein Abschlusstück zu begren zen, welches die Reingas-Sammelkammer von einem Raum trennt, der mit dem Anschluss für erhitzte saubere Luft ver bunden ist. Eine Kondensierung im Innern der Reingas-Sam melkammer kann auf diese Art vermieden werden.
Das Abluftrohr kann im Bereich des Anschlusses für erhitzte saubere Luft injektorartig ausgebildet werden, womit
Drucknullpunkte im System der Rauchgase und im System für die erhitzte saubere Luft beeinflusst werden können. Der
Anschluss für erhitzte saubere Luft kann tangential zum
Abluftrohr angeordnet werden, um eventuell eine Stabilisie rung der Gasströmung im Abluftrohr und auch eine innige
Mischung der beiden Luftströmungen zu erreichen.
Zum besseren Verständnis wird auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung hingewiesen
Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Kondensator
Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausfüh rungsform des Kondensators.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3.
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Gasverteilkammer 1 mit einem Gaseintrittstutzen 2. Die Gasverteilkammer 1 ist oben mit einem Boden 3 begrenzt, welcher eine grosse Anzahl Rohre 4 trägt. Die Rohre 4 sind wasserdicht mit dem Boden 3 verbunden. Die Rohre 4 befinden sich in einem Kühlwasserbehälter 5, der unten durch den Boden 3 begrenzt ist und einen Aussenmantel 6 sowie einen zylindrischen Innenmantel 7 aufweist.
Der Kühlwasserbehälter 5 ist oben durch einen Deckel 8 begrenzt. Die Rohre 4 verbinden die Gasverteilkammer 1 mit einer Reingas-Sammelkammer 9. Die Reingas-Sammelkammer 9 ist durch ein konisches Abschlussstück 10 nach oben begrenzt und weist ein Abluftrohr 11 auf. Der Gaseintrittstutzen 2 sowie das Abluftrohr 11 sind zentral in dem kreisringförmig angeordneten, die grosse Anzahl Rohre aufnehmenden Raum angebracht. Der Kühlwasserbehälter 5 weist einen Wassereintrittstutzen 15 sowie einen Überlauf 16 auf. Zwischen dem Überlauf 16 und dem Deckel 8 ist eine grössere Anzahl Bohrungen 17 angeordnet. Der Kühlwasserbehälter 5 weist einen zylindrischen Raum 18 auf, der oben durch den Deckel 8, seitlich durch den Innenmantel 7, unten durch den Boden 3 begrenzt ist. Im Boden 3 ist ferner ein Drainagerohr 19 angeordnet, das im Raum 18 eventuell vorhandenes Wasser wegführt.
Die Gasverteilkammer 1 weist unten einen Kondensatsammler 20 auf, der als kreisringförmige Vertiefung auf dem ganzen Umfang der Gasverteilkammer 1 angeordnet ist.
Der Kondensatsammler 20 wird durch einen Kondensatablauf 21 mit einer nicht dargestellten Kanalisation verbunden, welche das Wasser einer speziellen Reinigungsanlage zuführt. Der Kondensatsammler 20 ist durch eine sich leicht öffnende Reinigungstüre 22 auf dem ganzen Umfang nach unten verschlossen. Die Rohre 4 weisen gegenüber dem Deckel 8 einen Spalt 25 auf, so dass einer Längenänderung der ersteren infolge Erwärmung kein Widerstand entgegengesetzt wird. Das Abluftrohr 11 ist mit einem Anschluss 30 für erhitzte saubere Luft versehen. Der Anschluss 30 mündet zuerst in einen Raum 31, dessen untere Begrenzung gleichzeitig das konische Abschlusstück 10 der Reingas-Sammelkammer 9 ist. In der Reingas-Sammelkammer 9 kann es somit im oberen Teil zu keiner Kondenswasserbildung kommen, da die Temperatur des konischen Abschlusstückes 10 ständig über dem Taupunkt gehalten wird.
Der Raum 31 ist mit dem Kamin 32 verbunden.
Im Kamin 32 ist ein Injektor 33 angeordnet, in dessen Zentrum das Abluftrohr 11 mündet. Mit der konstruktiven Ausgestaltung des Injektors 33, insbesondere der Passage 34 und gegebenenfalls 35, kann die Strömung im Abluftrohr 11 mit einer sehr hohen Geschwindigkeit der erhitzten sauberen Luft unterstützt werden.
Die Funktion des Kondensators ist nun folgende:
Die in einem nicht dargestellten Rauchgaswäscher gereinigten Gase treten durch den Gaseintrittstutzen 2 in die Gasverteilkammer 1. Die noch sehr feuchten Gase werden in der Gasverteilkammer 1 nach aussen abgelenkt und strömen durch die Rohre 4 gleichmässig in die Reingas-Sammelkammer 9.
Durch die starke Umlenkung der Gase in der Gasverteilkammer 1 können kleine in Tropfenform vorhandene Flüssigkeitsteilchen direkt in den Kondensatsammler 20 abgegeben werden. Die Rohre 4 sind auf der ganzen Höhe in das Kühlwasser des Kühlwasserbehälters 5 eingetaucht, so dass sich die im Innern der Rohre 4 nach oben steigenden Gase an der Innenwand der Rohre 4 abkühlen und das Kondensat sich an der Innenwand der Rohre 4 ablagert. Das Kondensat fliesst an der
Innenwand der Rohre 4 nach unten und tropft in den Kondensatsammler 20, von wo es durch den Kondensatablauf 21 weggeführt wird. Durch den sehr hohen Anteil an Schmutzbe standteilen im Kondensat ist die gute Arbeitsweise des erfin dungsgemässen Kondensators bewiesen, was ganz besonders durch die grosse Menge an abgeschiedenem Kondensat noch bestätigt wird.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Der durch den Kühlwasserbehälter 5 begrenzte Innenraum 40 ist gegenüber dem Eintrittstutzen 2 offen. Es kann damit eine Vergrösserung der Kühlfläche erreicht werden. Durch diese sehr starke Umlenkung über einer grossen Höhe kann die Abscheidung von Kondensat sehr intensiv gefördert werden. Die geringen Spaltöffnungen zwischen den Rohren 4 und dem Deckel 8 sowie die weiteren Öffnungen 17 für einen Übertritt von Gasen im Kühlwasser, sowie gegebenenfalls ein Übertritt der Kühlflüssigkeit zum Kondensat, können so klein gewählt werden, dass kein nennenswerter Durchtritt von nicht gereinigten Gasen in die Reingas-Sammelkammer erfolgen kann. Um die Strömung im Kamin 32 zu stabilisieren, kann der Anschluss für erhitzte saubere Luft tangential zum Abluftrohr 11 angeordnet sein (Fig. 4).
Selbstverständlich können die Anschlüsse für den Gaseintritt 2 sowie die Abluft 11 vertauscht werden. Das Abluftrohr 11 befindet sich in diesem Fall im unteren Teil, und der Gaseintrittstutzen im oberen Teil des Kondensators. Auch in dieser Ausführung kann der Innenraum des Kühlwasserbehälters 5 für Kühlzwecke ausgenützt werden, indem der Deckel 8 eine mittlere Öffnung aufweist.
Weiter ist es denkbar, den Gaseintrittstutzen 2 sowie das Abluftrohr 11 horizontal mit der Gasverteilkammer 1 bzw. der Reingas-Sammelkammer 9 zu verbinden. Es müssten nur Mittel vorgesehen werden, um für alle Rohre eine ungefähr gleichmässige Luftverteilung zu erzwingen.
Weiter wäre es auch denkbar, die Gasverteilkammer 1 sowie die Reingas-Sammelkammer 9 seitlich zu vergrössern für die Anschlüsse des Gaseintrittstutzens 2 sowie des Abluftrohres 11, und die Rohre 4 gebündelt auf einem Kreis, Viereck usw. axial (bzw. seitlich) zum Gaseintritt- und Gasaustrittstutzen anzuordnen, was insbesondere für Reinigungszwecke weitere Vorteile bringt.
Weiter wäre es auch vorstellbar, den erfindungsgemässen, thermisch bewusst nicht optimalen Kondensator für andere Industriezweige zu verwenden, wo eine derart unbestimmte Zusammensetzung der Rauchgase vorhanden ist, wo ebenfalls in erster Linie ein betriebssicheres und einfaches Gerät gewünscht wird und trotzdem ein hoher Abscheidegrad erreicht werden kann.