Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kompaktanlage zum Reinigen von Rauchgasen von Feuerungen, insbesondere \lfeuerungen von Heizungen, worin die aus dem Verbrennungsraum kommende Leitung für das ungereinigte Rauchgas bevor sie in eine Waschkammer führt mindestens einen Wärmeaustauscher durchtritt. Die Anlage enthält mindestens folgende zu einer kompakten Einheit zusammengefassten Komponenten:
Gas-Gas-Wärmetauscher, Waschkammer, eine Lauge zur Reinigung der Abgase und eine Regenerationsanlage für die Lauge.
Durch ihre kompakten Ausmessungen eignet sich die Anlage besonders für den nachträglichen Einbau in Ein- und kleinere Mehrfamilienhäuser.
Zum Waschen von Rauchgasen ist es seit langem bekannt, alkalische Lösungen zu verwenden. Bei der industriellen Anwendung werden Basen, wie Natronlauge, Ammoniak, Lösungen von Alkalisalzen von schwachen anorganischen oder organischen Säuren, wie Natriumcarbonat oder Citrat und aliphatische oder aromatische Amine verwendet.
Es ist ebenfalls bekannt, solche Verfahren kontinuierlich unter Verwendung eines Waschlösungskreislaufes durchzuführen (Ullmann's Enzyklopädie der technischen Chemie, Band 21, Seiten 58/59, Verlag Chemie Weinheim, 1982). Die hier beschriebenen Verfahren sind verhältnismässig kompliziert, und die entsprechenden Anlagen bedürfen daher einer sorgfältigen Wartung. Sie sind demzufolge nicht für den Einsatz in kleineren Wohnhäusern geeignet.
Die zunehmende Luftverschmutzung in den Industriestaaten führte in den letzten Jahren vermehrt zu Umweltschäden. Es werden deshalb Massnahmen gefordert, um die bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen freigesetzten Abgase möglichst unschädlich zu machen. In den letzten Jahren wurden ebenfalls Anstrengungen unternommen, Anlagen zu entwickeln, um die Rauchgase der zahlreichen \lfeuerungen für die Beheizung von Wohnhäusern zu reinigen. Da Heizöl in der Regel Schwefel enthält, können die schwefeldioxidhaltigen Abgase zu saurem Regen führen. Es wurden demzufolge in jüngster Zeit Anlagen entwickelt, welche für den Einbau in kleinere Wohnhäuser verwendet werden können. Solche Anlagen sind beispielsweise in der W0 87/04 366 und in der EP-A 0 172 375 beschrieben.
In der EP-A 0 172 375 ist eine Vorrichtung zur Reinigung der Abgase von Feuerungsanlagen beschrieben. Hier wird die Reinigungsflüssigkeit durch einen Lüfter versprüht, welcher gleichzeitig für die Umwälzung der Abgase verantwortlich ist. Mit dieser Lösung konnte vermieden werden, dass bei der Sprühung der Waschlauge die Düsen verstopften. Gleichzeitig erlaubte die feine Verteilung der Waschflüssigkeit in einen Sprühnebel einen intensiven Kontakt der Rauchgase mit der Waschflüssigkeit.
In den Rauchgas-Reinigungsanlagen der eingangs erwähnten Art wird entweder das Rauchgas im Kamin gewaschen oder aber das Rauchgas muss mittels eines Lüfters in das Kamin gefördert werden, damit der nötige Auftrieb des abgekühlten Gases vorhanden ist.
Zum Einbau in bestehende Bauten besteht ein Bedürfnis nach einer einfachen und kompakten Rauchgas-Reinigungsanlage. Solche Anlagen müssen ohne kostspielige, bauliche Veränderungen im Heizungsraum oder in einem benachbarten Kellerraum eines kleineren Gebäudes aufgestellt werden können. Die vorliegende Erfindung stellt eine solche Rauchgas-Reinigungsanlage zur Verfügung.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demzufolge die im Patentanspruch 1 definierte Rauchgas-Reinigungsanlage. Diese Anlage besteht im wesentlichen aus mindestens einem Wärmeaustauscherteil, einem Waschteil und einem Regenerationsteil für die Waschlauge.
Der in unmittelbarer Nachbarschaft zum Heizkessel angeordnete Gas-Gas-Wärmeaustauscher sorgt dafür, dass die Wärme des ungereinigten Rauchgases teilweise an das gereinigte Rauchgas übertragen wird. Dieses erhält dadurch Auftrieb und kann problemlos durch das Kamin entweichen. Unmittelbar nach diesem Gas-Gas-Wärmeaustauscher kann gegebenenfalls ein weiterer Wärmeaustauscher, nämlich ein Gas-Flüssig-Wärmeaustauscher angeordnet werden, welcher dazu dient, dass die noch verbleibende Wärme des Rauchgases genutzt werden kann. Die Wärme kann in bekannter Weise entweder einem Boiler oder dem Heizsystem zugeführt werden. Hat das Rauchgas diese beiden Wärmetauscher passiert, kommt es in die eigentliche Rauchgas-Waschkammer. Hier wird vorzugsweise eine Ca(OH)2-Lauge fein versprüht, damit sie mit Rauchgas innig in Kontakt kommt.
Die in der Kammer zu Boden fallende Waschlösung wird weggeleitet und der Regenerationsanlage zugeführt. Das Rauchgas wird ebenfalls weggeleitet und dem Gas-Gas-Wärmetauscher zugeführt, von wo es zum Eintritt in das Kamin mittels der zugeführten Wärme Auftrieb erhält. Zum Versprühen der Waschlauge können Düsen verwendet werden, die jedoch den Nachteil besitzen, dass die Gefahr besteht, dass diese mindestens teilweise verstopfen. Erfindungsgemäss wird in die Waschkammer vorzugsweise ein Flügelrad eingebaut, auf dessen Flügel der Strahl der Waschlauge geleitet wird, wobei sich das Rad durch den Flüssigkeitsstrahl dreht und die Waschlauge fein in der Waschkammer verteilt. Vorzugsweise ist das Flügelrad, welches keinen eigenen Antrieb aufweist, in einem Käfig angeordnet, wobei der Waschlaugen-Sprühnebel nur seitlich austreten kann.
Wegen der Verstopfungsgefahr haben sich für den Käfig solche Anordnungen bewährt, die durch vertikal angeordnete Gitterstäbe gebildet werden. Durch das Flügelrad, welches keinen eigenen Antrieb aufweist und durch den Käfig aus Gitterstäben wird die Wartungshäufigkeit der Waschkammer auf ein Minimum reduziert. Ausser verschiedenen automatisch regelbaren Ventilen und den Umwälzpumpen für die Waschlauge sind in der Rauchgaswaschanlage keine weiteren mechanischen Aggregate erforderlich.
Als Material für die Herstellung der Anlage muss insbesondere in der Waschkammer laugenfestes Material verwendet werden, beispielsweise Werkstoffe aus rostfreiem Stahl oder Kunststoff.
Die Wärmeaustauscherteile und die Waschkammer werden vorzugsweise mit einem wärmeisolierten Gehäuse versehen. Die Laugenregenerationsanlage muss hingegen nicht isoliert sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 dargestellt, welche lediglich einen Ausführungsweg zeigen:
Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung der erfindungsgemässen Kompakt-Rauchgas-Reinigungsanlage und
Fig. 2 zeigt einen Aufriss eines Flügelrads einschliesslich des Käfigs zur Versprühung der Waschlaugen;
Fig. 3 zeigt einen Seitenriss des Flügelrades.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe kompakte Rauchgas-Waschanlage 1 schematisch dargestellt. Dabei ist ihr Zusammenwirken mit der Heizanlage und einem elektrischen Boiler ersichtlich. Aus der Brennkammer 2 des Heizkessels tritt das ungereinigte, heisse Rauchgas in die Rauchgas-Reinigungsanlage ein. Zuerst gelangt das Gas über die Leitung 3 in den Gas-Gas-Wärmeaustauscher 4, worin ein Teil der Wärme an das gereinigte Rauchgas abgegeben wird. Im Anschluss daran gelangt das teilweise abgekühlte Rauchgas in einen weiteren Wärmetauscher 5, einen Gas-Flüssig-Wärmetauscher, welcher zur Abgabe von Wärme an das Heizungssystem 20 bzw. an den elektrischen Boiler 24 dient. Das ungereinigte, abgekühlte Gas tritt dann oben in die Waschkammer 6 ein, worin eine Waschlauge von oben her in den Raum gesprüht wird.
Das Versprühen erfolgt durch eine Sprühvorrichtung 19, in Form eines Flügelrades, welches durch mindestens einen Laugenstrahl angetrieben wird. Das drehende Flügelrad, welches sich in einem Käfig befindet, sorgt für feine Versprühung der Waschlösung. Im unteren Teil der Waschkammer befindet sich eine \ffnung für das gereinigte Rauchgas. Diese \ffnung ist mittels einer Haube gegen das unerwünschte Eintreten von Waschlauge geschützt. Das gereinigte Rauchgas gelangt dann durch die Leitung 8 in den Wärmetauscher 4, worin es einen Teil der Wärme wieder aufnimmt und den erforderlichen Auftrieb zum Steigen im Kamin 9 erhält. Benachbart zur Waschkammer 6 befindet sich die Regenerationsanlage 10 für die Waschlauge. Auf der Regenerationsanlage befindet sich das Vorratsgefäss 11 für trockenen, gebrannten Kalk CaO.
In der Regenerationsanlage befindet sich eine Kammer zur Aufnahme der Ca(OH)2-Lauge, die durch Löschen von gebranntem Kalk entsteht. Es können jedoch auch andere Laugen verwendet werden, sofern sie bezüglich der Handhabung und der Umweltverträglichkeit tauglich sind. Der untere Teil des Gefässes läuft in den Trichter 12 aus, welcher zum Auffangen des CaSO4-Niederschlages dient. An der tiefsten Stelle des Behälters befindet sich ein Ablassventil 13, welches zum Ablassen des CaSO4-Niederschlages in die Auffangwanne 14 dient. Von dieser Auffangwanne kann der Niederschlag entsorgt werden. Unten am Vorratsgefäss 11 befindet sich ein automatisches Ventil, welches mittels einer Regelungseinheit 22 aufgrund des pH-Wertes der Laugenlösung gesteuert wird. Der pH-Wert wird mittels der pH-Sonde 16 festgestellt.
Aus dem oberen Teil der Regenerationsanlage wird mittels der Pumpe 18 die zu versprühende Waschlauge in die Waschkammer gepumpt. Die verbrauchte Waschlauge wird wiederum in die Regenerationsanlage zurückgeführt. Dabei wird die Lauge vom unteren Teil der Waschkammer mittels der Pumpe 18 wiederum in die Regenerationsanlage gepumpt.
In Fig. 1 ist weiter das Expansionsgefäss 21, die Heizung 20, das automatisch gesteuerte Ventil 23 für die Nachspeisung von frischem Wasser in die Regenerationsanlage 10 und der Boiler 24 ersichtlich. Der Boiler 24 ist über die Leitungen 25 mit dem Gas-Flüssig-Wärmetauscher 5 verbunden. Ebenfalls mit dem gleichen Wärmetauscher verbunden ist die Heizanlage 20, nämlich über die Leitungen 26. Die aus dem Wärmetauscher 5 gewonnene Wärme kann alternativ in der Heizung oder im Boiler genutzt werden. Schliesslich ist im Heizkessel der Rauchgas-Bypass 27 ersichtlich, durch welchen das ungereinigte Rauchgas direkt in den Kamin 9 geleitet werden kann, wenn beispielsweise die Rauchgas-Reinigungsanlage wegen Revision ausser Betrieb ist.
In der Fig. 2 und 3 ist das in der Waschkammer 6 als Sprühvorrichtung dienende Flügelrad 28 ersichtlich. Das Flügelrad befindet sich in einem Käfig 29, dessen seitliche Abgrenzung die Stäbe 30 bilden. Die obere Abgrenzung ist die obere Wand der Waschkammer und die untere Abgrenzung ist die Abdeckplatte 32. Das Flügelrad ist durch den Befestigungsteil 31 befestigt. Das Flügelrad besitzt vorzugsweise eine Teflonwelle, welche auf Bronze gelagert ist.
Oberhalb des Flügelrades ist die Düse 33 angeordnet, durch welche der Laugenstrahl 34 austritt. Die Düse besitzt eine \ffnung mit einem Durchmesser von ca. 3 cm.
In die Waschkammer 6 können ebenfalls Eisenspäne dosiert werden, welche bewirken, dass in der Waschlauge gelöste nitrose Gase oder Nitrit- oder Nitrat-Ionen ebenfalls zur Ausfällung gelangen.
Die Analysenwerte des Niederschlages sowie des Vorlaufs, des Nachlaufs und des Schlamms, stimmten mit den in WO 87/04 366 angegebenen Daten überein.
The present invention relates to a compact system for cleaning flue gases from furnaces, in particular \ firing systems from heaters, wherein the line for the unpurified flue gas coming from the combustion chamber passes through at least one heat exchanger before it leads into a washing chamber. The system contains at least the following components combined into a compact unit:
Gas-gas heat exchanger, washing chamber, a lye for cleaning the exhaust gases and a regeneration system for the lye.
Thanks to its compact dimensions, the system is particularly suitable for retrofitting in single and smaller apartment buildings.
It has long been known to use alkaline solutions for washing flue gases. In industrial application, bases such as sodium hydroxide solution, ammonia, solutions of alkali salts of weak inorganic or organic acids, such as sodium carbonate or citrate, and aliphatic or aromatic amines are used.
It is also known to carry out such processes continuously using a washing solution circuit (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume 21, pages 58/59, Verlag Chemie Weinheim, 1982). The procedures described here are relatively complicated and the corresponding systems therefore require careful maintenance. As a result, they are not suitable for use in smaller houses.
Increasing air pollution in industrialized countries has led to increased environmental damage in recent years. Measures are therefore required to make the exhaust gases released during the combustion of fossil fuels as harmless as possible. In recent years, efforts have also been made to develop systems to purify the flue gases from the numerous oil burners for heating residential buildings. Since heating oil usually contains sulfur, the exhaust gases containing sulfur dioxide can lead to acid rain. As a result, systems have recently been developed which can be used for installation in smaller residential buildings. Such systems are described for example in WO 87/04 366 and in EP-A 0 172 375.
EP-A 0 172 375 describes a device for cleaning the exhaust gases from combustion plants. Here, the cleaning liquid is sprayed through a fan, which is also responsible for the circulation of the exhaust gases. With this solution it was possible to prevent the nozzles from becoming clogged when the wash liquor was sprayed. At the same time, the fine distribution of the washing liquid into a spray mist allowed intensive contact of the flue gases with the washing liquid.
In the flue gas cleaning systems of the type mentioned at the outset, either the flue gas is washed in the chimney or the flue gas must be conveyed into the chimney by means of a fan so that the necessary cooling of the cooled gas is available.
For installation in existing buildings there is a need for a simple and compact flue gas cleaning system. Such systems must be able to be set up in the boiler room or in an adjacent basement of a smaller building without costly structural changes. The present invention provides such a flue gas cleaning system.
The present invention accordingly relates to the flue gas cleaning system defined in claim 1. This system essentially consists of at least one heat exchanger part, a washing part and a regeneration part for the washing liquor.
The gas-gas heat exchanger in the immediate vicinity of the boiler ensures that the heat of the unpurified flue gas is partially transferred to the cleaned flue gas. This gives it buoyancy and can easily escape through the chimney. Immediately after this gas-gas heat exchanger, a further heat exchanger, namely a gas-liquid heat exchanger, can optionally be arranged, which serves to allow the remaining heat of the flue gas to be used. The heat can be supplied to either a boiler or the heating system in a known manner. Once the flue gas has passed through these two heat exchangers, it enters the actual flue gas washing chamber. A Ca (OH) 2 alkali is preferably sprayed here so that it comes into intimate contact with the flue gas.
The washing solution falling to the bottom of the chamber is led away and fed to the regeneration system. The flue gas is also channeled away and fed to the gas-gas heat exchanger, from where it is lifted by the heat supplied to enter the chimney. Nozzles can be used to spray the wash liquor, but these have the disadvantage that there is a risk that they will at least partially clog. According to the invention, an impeller is preferably installed in the wash chamber, on the wing of which the jet of the wash liquor is directed, the wheel rotating through the liquid jet and the wash liquor being finely distributed in the wash chamber. The impeller, which does not have its own drive, is preferably arranged in a cage, the wash liquor spray mist only being able to emerge from the side.
Because of the risk of clogging, such arrangements have been found for the cage, which are formed by vertically arranged bars. The frequency of maintenance of the washing chamber is reduced to a minimum thanks to the impeller, which does not have its own drive, and the cage made of bars. Apart from various automatically controllable valves and the circulation pumps for the wash liquor, no further mechanical units are required in the flue gas washing system.
Alkaline-resistant material, for example materials made of stainless steel or plastic, must be used in particular in the washing chamber as the material for the production of the system.
The heat exchanger parts and the washing chamber are preferably provided with a heat-insulated housing. The alkali regeneration plant, however, does not have to be isolated.
The invention is illustrated below with reference to FIGS. 1 and 2, which only show one embodiment:
1 shows the schematic representation of the compact flue gas cleaning system and
2 shows an elevation of an impeller including the cage for spraying the wash liquors;
Fig. 3 shows a side elevation of the impeller.
In Fig. 1, a compact flue gas scrubber 1 according to the invention is shown schematically. Their interaction with the heating system and an electric boiler can be seen. The uncleaned, hot flue gas enters the flue gas cleaning system from the combustion chamber 2 of the boiler. First, the gas passes through line 3 into the gas-gas heat exchanger 4, in which part of the heat is given off to the cleaned flue gas. Subsequently, the partially cooled flue gas passes into a further heat exchanger 5, a gas-liquid heat exchanger, which is used to give off heat to the heating system 20 or to the electric boiler 24. The unpurified, cooled gas then enters the wash chamber 6 at the top, in which a wash liquor is sprayed into the room from above.
The spraying is carried out by a spray device 19, in the form of an impeller, which is driven by at least one lye jet. The rotating impeller, which is located in a cage, ensures fine spraying of the washing solution. In the lower part of the washing chamber there is an opening for the cleaned flue gas. This opening is protected by a hood against the undesired entry of wash liquor. The cleaned flue gas then passes through line 8 into the heat exchanger 4, in which it absorbs part of the heat again and receives the necessary lift to rise in the chimney 9. The regeneration system 10 for the wash liquor is located adjacent to the wash chamber 6. The storage vessel 11 for dry, burnt lime CaO is located on the regeneration system.
In the regeneration plant there is a chamber to hold the Ca (OH) 2 lye, which is created by the extinguishing of burnt lime. However, other alkalis can also be used, provided they are suitable for handling and environmental compatibility. The lower part of the vessel runs out into the funnel 12, which serves to collect the CaSO4 precipitation. At the deepest point of the container there is a drain valve 13, which serves to drain the CaSO4 precipitate into the drip pan 14. The precipitation can be disposed of from this drip pan. At the bottom of the reservoir 11 there is an automatic valve which is controlled by means of a control unit 22 on the basis of the pH value of the lye solution. The pH value is determined by means of the pH probe 16.
From the upper part of the regeneration system, the wash liquor to be sprayed is pumped into the wash chamber by means of the pump 18. The used washing liquor is returned to the regeneration system. The liquor is pumped from the lower part of the washing chamber into the regeneration system by means of the pump 18.
1 also shows the expansion vessel 21, the heater 20, the automatically controlled valve 23 for the replenishment of fresh water into the regeneration system 10 and the boiler 24. The boiler 24 is connected to the gas-liquid heat exchanger 5 via the lines 25. The heating system 20 is also connected to the same heat exchanger, namely via the lines 26. The heat obtained from the heat exchanger 5 can alternatively be used in the heating or in the boiler. Finally, the flue gas bypass 27 can be seen in the boiler, through which the unpurified flue gas can be passed directly into the chimney 9 if, for example, the flue gas cleaning system is out of operation due to a revision.
2 and 3, the impeller 28 serving as a spraying device in the washing chamber 6 can be seen. The impeller is located in a cage 29, the lateral delimitation of which forms the rods 30. The upper boundary is the upper wall of the washing chamber and the lower boundary is the cover plate 32. The impeller is fastened by the fastening part 31. The impeller preferably has a Teflon shaft, which is mounted on bronze.
The nozzle 33, through which the lye jet 34 emerges, is arranged above the impeller. The nozzle has an opening with a diameter of approx. 3 cm.
Iron shavings can also be metered into the washing chamber 6, which cause nitrous gases or nitrite or nitrate ions dissolved in the wash liquor to also precipitate.
The analysis values of the precipitation as well as the flow, the wake and the sludge were in agreement with the data given in WO 87/04 366.