DE102015004020B3

DE102015004020B3 - Heizkessel Rauchgasfilter mit autom. Filterwechsel, Filterreinigung, Kühlung mit Wärmerückgewinnung und Rauchgas-Nachverbrennung

Info

Publication number: DE102015004020B3
Application number: DE102015004020.0A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2035-03-28

Abstract

Heizkessel Rauchgasfilter mit automatischen Filterwechsel, Filterreinigung, Kühlung mit Wärmerückgewinnung und Rauchgas-Nachverbrennung besteht aus dem zweischaligen Filtergehäu-se (1), den Filterführungsrahmen (2), dem Rauchgas-Grobstaub Filtereinsatz mit Metallstreifenwolle (3) oder den Rauchgas-Feinstaub Filtereinsatz (3.1) und der Gewindespindel mit Befestigungsmuttern (4), den Kettenantrieb mit Servomotor (5), den Umschaltklappen mit Stellmotor mit Federrücklauf (6), dem Rauch-gasgebläse mit Drehzahlgeregelten Elektromotor mit Radiallüfterrad (7) oder dem Rauchgasgebläse mit Zahnradübersetzung mit dem Turbolüfterrad (7.1), dem Rauchgasumgehungskanal (8), den Filterabkühlung Reinigungsbehälter (9), den Spritzdüsen mit Wasseranschluß (10), den Schlammablauf mit Motorenklappe (11), dem Rauchgas-Eintritt-Übergang (12), und den Rauchgas-Austritt-Übergang (13), der Steuereinheit mit Druckdifferenzsteuerung (14), den Heizwasser Zu- und Ablaufstutzen (15), den Endlagerschalter (16). Mit dieser Gerätekonstruktion wird der Rauchgasmassenstrom gefiltert und der Rauchgas-Grob-Filtereinsatz (3) oder der Rauchgas-Feinstaub-Filtereinsatz (3.1) werden über die Filterführungsrahmen (2) und über die beiden Gewindespindel mit Befestigungsmuttern (4) durch die Steuereinheit mit Druckdifferenzsteuerung (14) automatisch abwechselnd in den Filter Abkühl- und Reinigungsbehälter (9) abgesenkt und über die Spritzdüsen mit Wasseranschluß (10) automatisch abgekühlt und gereinigt. Über das Rauchgasgebläse mit drehzahlgeregelten Elektromotor und Radiallüfterrad (7) oder dem Rauchgasgebläse mit Zahnradübersetzung und Turbo-Lüfterrad (7.1) wird erreicht, dass ein konstanter Unterdruck am Heizkessel-Rauchgasausgang anliegt und im Filtergehäuse selbst bei jeder Betriebsphase durch den Unterdruck im Filtergehäuse (1) keine Rauchgase austreten können. Die bei der Gehäusekühlung mit Wärmerückgewinnung erzielten Betriebskosteneinsparungen gleichen die Kosten für den Ventilatorenstrom teilweise aus, so dass die Betriebskosten reduziert werden. Über das Zwischenbauteil mit Rauchgas-Nachverbrennung (21) wird die Geruchsbelästigung reduziert und durch das Zwischenbauteil mit Hochleistungs-Rauchgas-Wärmetauscher (23) wird die Rauchgaswärme der Wärmerückgewinnung zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rauchgasfilter-Heizkessel. Rauchgasfilter sind oft auf ein Temperaturniveau begrenzt und bedürfen eines hohen Wartungsaufwands (siehe dazu die Druckschriften WO 94 21 900 A1 , DE 43 06 228 A1 , AT 50 24 43 A1 und DE 10 2008 059 432 A1 ). Außerdem sind sie oft in ihrer Reinheitsleistung mangelhaft und benötigen wie zum Beispiel die Elektrofilter einen hohen zusätzlichen Energie- und Betriebskostenaufwand für Reinigung und Dauerbetrieb. Auch fehlt oft die automatische Notumschaltung, so dass der Heizbetrieb unterbrochen werden muss. Die meisten Rauchgasfilter arbeiten ohne Ventilatoren, so dass geringe Filterwiderstände in Kauf genommen werden müssen.
Nach DIN 24184 werden die Leistungsfähigkeiten und die Beurteilung für Grob- und Feinfilter festgelegt. Für die Beurteilung sind maßgebend:

– Druckdifferenz
– Staubspeicherfähigkeit
– Abscheidegrad
– Wirkungsgrad.

Die Neuheit des Rauchgasfilter-Heizkessel mit automatischem Filterwechsel, Filterreinigung, Kühlung mit Wärmerückgewinnung und Rauchgas-Nachverbrennung besteht darin, dass mit dem kompakten Gerät Folgendes erfolgen kann:

– Rauchgasfilterung
– Filterwechsel
– Filterreinigung
– Gehäusekühlung
– Wärmerückgewinnung
– Rauchgastransport mit Unterdruckregelung
– Rauchgas-Nachverbrennung

Zudem ergeben sich folgende Vorteile:

– Durch die Wärmerückgewinnung werden entsprechend der Rauchgastemperatur die Kosten für den Strombedarf und die Energie für die Rauchgas-Nachverbrennung in Höhe von ca. 30–100% ausgeglichen.
– Kein Energieverbrauch für Umwälzpumpe
– Notumschaltung bei Störung und Stromausfall
– Hoher Rauchgasfilter Reinheitsgrad für Rauchgas Grob- oder Feinstaubfilterung
– Rauchgastemperatur bis ca. +1.000°C
– Reduzierung der Geruchsbelästigung durch Rauchgas-Nachverbrennung und durch die Zuführung der Achsenkühlluft wird das Rauchgas ausgedünnt
– Das Rauchgasgebläse bei Biomasse-Heizkessel entfällt.

Der automatische Filterwechsel erfolgt nach Freigabe über die Druckdifferenzsteuerung (14) und die im Filtergehäuse (1) eingebauten beiden Filterführungsrahmen (2), die über die Gewindespindel (4) mit Befestigungsmuttern und dem Kettenradantrieb (5) mit Servomotor von dem Filtergehäuse in den Filter-Abkühl- und Reinigungsbehälter (9) abgesenkt werden. Gleichzeitig wird der gereinigte Filter zur Betriebsphase in das Filtergehäuse (1) angehoben. Nach dem Abkühlen des Rauchgas-Grobfiltereinsatzes (3) oder Rauchgas-Feinfiltereinsatzes (3.1) auf 60°C werden diese über die Spritzdüsen (10) mit Wasseranschluß gereinigt.
Die rauchgasseitige Abdichtung zwischen dem Filtergehäuse (1) und dem Filter-Abkühl- und Reinigungsbehälter (9) erfolgt über die an den Filter-Führungsrahmen (2) über Zug und Druckfedern angebrachte untere und obere Abdichtungsplatte (19). Die Gewindespindel (4) mit der Befestigungsmutter ist über Wellrohre mit Federdruck abgedichtet.
Bei der Filterausführung kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen der Rauchgasfilterung zwischen dem einfacheren Grobstaub-Filtereinsatz mit Metallstreifenwolle (3) oder dem Mehrschicht-Rauchgas-Feinstaubfiltereinsatz (3.1) gewählt werden. Die Filterwirkung beruht darauf, dass der Luftstrom beim Durchströmen der Filterschicht in eine große Zahl von Teilströmen zerlegt wird, welche vielfachen Richtungsänderungen unterworfen werden. Der Abscheidungsmechanismus basiert hier auf dem Sperreffekt und dem Trägheitseffekt.
Entsprechend der Rauchgastemperatur dehnt sich das Feinstaubfiltergewebe über dem Spannrahmen aus, so dass eine optimale Rauchgasreinigung über die geöffneten Poren des Rauchgas-Feinstaubfiltergewebe (3.1) erreicht wird.
Um dies zu ermöglichen ist das Filtermaterial mit verschiedenen Ausdehnungslängen auf die Rauchgastemperatur und das Brennmaterial wie Öl oder Biomasse abgestimmt.
Da bei dem Rauchgas-Feinstaubfiltereinsatz (3.1) der Filterwiderstand höher ist, ist im Filtergehäuse (1) statt dem Rauchgasgebläse (7) mit drehzahlgeregeltem Elektromotor mit Radiallüfterrad das Rauchgasgebläse (7.1) mit Zahnrad-Übersetzung und Turbolüfterrad und dem kleinen Motorkühl-Turbolüfterrad eingebaut.
Die Reinigung der Filtereinsätze (3) oder (3.1) erfolgt nach deren Abkühlung auf ca. +60°C. Über die Spritzdüsen mit Wasseranschluss (10) im Reinigungsbehälter (9) und das Schlammabwasser wird in das Haus-Abwassersystem über den Schlammablauf mit Motorenklappe automatisch abgeleitet.
Bei größeren Anlagen und bei einem hohen Verschmutzungsgrad der Filtereinsätze (3) oder (3.1) ist das Hochdruck-Reinigungsgerät (17) mit Spülmittelzusatz zwischen Spritzdüsen und dem Wasseranschluss (10) eingebaut. Bei hohen Reinheitsanforderungen ist jede Gewindespindel (4) mit Befestigungsmutter mit einem eigenen Servomotor ausgestattet, so dass auch bei dem Filterwechsel keine ungefilterten Rauchgase durch das Filtergehäuse (1) strömen können.
Für die Kontroll- und Reparaturarbeiten und den Filteraustausch sind wasser- und rauchgasdichte Kontrollklappen eingebaut.
Bei Stromausfall oder Störung wird der Rauchgasstrom über die Umschaltklappen mit Stellmotor und Federrücklauf (6) über den Rauchgasumgehungkanal (8) automatisch umgeleitet.
Für die Heizwasserdurchströmung des Filtergehäuses (1) ist in der Heizkessel-Rücklaufleitung die Drosselscheibe (18) so eingebaut, dass über die dabei entstehende Druckdifferenz der Heizwasserkreis zum Filtergehäuse (1) und zu dem Zwischenbauteil mit Rauchgas-Nachverbrennung (21) und dem Zwischenbauteil mit Hochleistungs-Rauchgas-Wärmetauscher (23) ohne Umwälzpumpe zirkuliert – 3.
Für den vollautomatischen Betrieb ist die elektronische Steuereinheit (14) mit folgenden Funktionen eingebaut:

– Druckdifferenzsteuerung für Filterwechsel
– Unterdruckregelung für das Rauchgasgebläse mit Drehzahlregelung
– Ansteuerung der Rauchgas-Nachverbrennung
– Steuerung für Filterreinigung und Filterabkühlung
– Freigabe des Rauchgasumgehungskanales (8) bei Störung oder Stromausfall mit Störmeldung über die Umschaltklappen mit Stellmotor und Federrücklauf (6).

Bei der Verbrennung von mittelschwerem Öl oder bei der Verbrennung von Biomasse wird die Schadstoff- und Geruchsbelästigung über die im Zwischenbauteil mit Rauchgas-Nachverbrennung (21) über dem angebauten Öl- oder Gasgebläsebrenner (24) mit der automatischen Luftklappe und dem Glühdraht-Zylinder (22) reduziert.
Bei dem Zwischenteil mit der Rauchgas-Nachverbrennung (21) wird die Rauchgastemperatur zusätzlich angehoben und über das Zwischenbauteil mit Hochleistungs-Rauchgaswärmetauscher (23) abgekühlt und die dabei entstehende Wärme wird über die Wärmerückgewinnung dem Heizsystem zugeführt, so dass keine zusätzlichen Betriebskosten anfallen.
Das gesamte Gerät steht dauernd im Unterdruckbereich, so dass keine Rauchgase während der Betriebs- oder Störphase austreten können. Auch die Lüftermotorenwelle wird nicht nur über das kleine Radial- oder Turbolüfterrad mit den auf der Welle befestigten Temperaturübertragungs-Scheiben gekühlt, sondern durch die im Motorachsen Kühlrohr (20) mit der selbsttätigen Abschluss- und Mengenbegrenzungsluftklappe durch den ständigen Unterdruck ein Rauchgasaustritt verhindert. Die beiden Umschaltklappen mit Stellmotor und Federrücklauf (6) werden über den Federrücklauf der Stellmotore auch bei Stromausfall selbsttätig so umgeschaltet, das die Rauchgase über den Rauchgas-Umgehungskanal (8) umgeleitet werden. Die Wellendurchführungen sind mit Stopfbüchsen oder Kugelgelenken abgedichtet. Die Außengeräteseite ist mit einem Blechisoliermantel versehen.
Bei größeren Anlagen sind mehrere Heizkessel-Rauchgasfilter mit automatischen Filterwechsel mit Filterreinigung und Kühlung mit Wärmerückgewinnung und Rauchgas-Nachverbrennung parallel geschaltet, so dass eine totale rauchgsseitige Abschaltung einzelner Geräte bei Schwachlast gegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Filtergehäuse
2: Filter-Führungsrahmen
3: Rauchgas-Grobstaubfiltereinsatz
3.1: Rauchgas-Feinstaubfiltereinsatz
4: Gewindespindel mit Befestigungsmuttern
5: Kettenradantrieb mit Servomotor
6: Umschaltklappen mit Stellmotor und Federrücklauf
7: Rauchgasgebläse mit Drehzahlgeregelten Elektromotor mit Radiallüfterrad
7.1: mit Zahnradübersetzung und Turbolüfterrad
8: Rauchgasumgehungskanal
9: Filter Abkühl- und Reinigungsbehälter
10: Spritzdüsen mit Wasseranschluss
11: Schlammablauf mit Motorklappe
12: Rauchgas-Eintritt-Übergang
13: Rauchgas-Austritt-Übergang
14: Steuereinhait mit Druckdifferenzsteuerung
15: Heizwasser Zu- und Ablaufstutzen
16: Endlageschalter
17: Hochdruck Reinigungsgerät mit Spülmittelzusatz
18: Drosselscheibe
19: Abdichtungsplatten
20: Motorachsenkühlrohr
21: Zwischenbauteil mit Rauchgas-Nachverbrennung
22: Glühdraht-Zylinder
23: Zwischenbauteil mit Hochleistungs-Rauchgas-Wärmetauscher
24: Öl- oder Gasgebläsebrenner

Claims

Rauchgasfilter-Heizkessel mit automatischem Filterwechsel, automatischer Filterreinigung sowie Kühlung mit Wärmerückgewinnung und Rauchgas-Nachverbrennung dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (1) aus einem vierseitigen, doppelwandigen und druckfesten Gehäuse mit Zwischenboden besteht und dass zwei Filterdurchgangsöffnungen und zwei Heizungswasseranschlüsse als Zu- und Ablaufstutzen (15) an dem Filtergehäuse (1) eingeschweißt sind, dass zwei Filterführungsrahmen (2) eines vierseitigen Winkelgehäuses über Zug-Druckfedern befestigte obere und untere Abdichtungsplatten und seitliche Rauchgasabdichtungs- und Führungsleisten aufweisen und eine Gewindespindel (4) mit Befestigungsmuttern und eine Spindelabdichtung an den Abdichtungsplatten aus Wellrohren mit Druckfedern belastet sind und ein Kettenradantrieb (5) mit Servomotor mit einem Endlageschalter (16) als Betriebseinheit in das Filtergehäuse (1) eingebaut ist und dass in dem Filterführungsrahmen (2) ein Rauchgas-Grobfiltereinsatz (3) oder ein Rauchgas-Feinstaubfiltereinsatz (3.1) mit Flügelschrauben oder Klipsen eingesetzt und befestigt ist, dass unten am Filtergehäuse (1) ein Abkühl- und Reinigungsbehälter (9) angebaut ist und dieser mit einer Reinigungsklappe versehen ist, wobei die beiden Filterführungsrahmen (2) über die Gewindespindel (4) mit den Befestigungsmuttern und dem Kettenradantrieb (5) mit Servomotor von dem Filtergehäuse in den Abkühl- und Reinigungsbehälter (9) absenkbar sind und nach Reinigung der gereinigte Filter zur Betriebsphase in das Filtergehäuse (1) wieder angehoben werden und dass Spritzdüsen mit einem Wasseranschluss (10) und ein Schlammablauf (11) mit Motorenklappe ausgestaltet sind, dass im Filtergehäuse (1) ein doppelwandiger Rauchgasumgehungskanal (8) eingebaut ist, dass an einem Rauchgasgebläse (7) mit drehzahlgeregeltem Elektromotor mit Radiallüfterrad und einem kleinen Radiallüfterrad mit einem Motorachsen-Kühlrohr (20) mit einer automatischen Abschluss-Luftklappe mit Begrenzungseinrichtung angebaut ist, und dass auf der Motorenachse gelochte Temperaturübertragungsscheiben angebracht sind und dass an dem Filtergehäuse (1) ein Rauchgas-Eintritt-Übergang (12) und ein Rauchgas-Austritt-Übergang (13) angebaut ist und dass zwei Umschaltklappen mit Stellmotor und Federrücklauf (6) eingebaut sind und deren Achsen mit Stopfbüchsen oder Kugelgelenken abgedichtet sind und dass der Rauchgas-Eintritts-Übergang (12) und der Rauchgas-Austritts-Übergang (13) mit Reinigungsklappen versehen sind und dass eine Steuereinheit (14) mit Differenzdrucksteuerung vorgesehen ist, die einen automatischem Filterwechsel, die Filterreinigung und Abkühlung steuert, einen Unterdruck für das Rauchgasgebläse (7) regelt, die Rauchgas-Nachverbrennung ansteuert und den Rauchgasumgehungskanal (8) bei Störung oder Stromausfall mit Störmeldung über die Umschaltklappen (6) mit Stellmotor und Federrücklauf freigibt.
Rauchgasfilter-Heizkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wasseranschluss und den Spritzdüsen (10) ein Hochdruck-Reinigungsgerät mit Spülmittelzusatz (17) eingebaut ist.
Rauchgasfilter-Heizkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgas-Grobstaubfiltereinsatz (3) aus einem umlaufenden U-Rahmen besteht und dass an den beiden Außenseiten je ein Rauchgasein- und -austritts-Feinfilterdrahtgewebe aus Verstärkungs-Streckmetall besteht und dass das Grobfiltermaterial aus Metallstreifenwolle besteht und dass dieses zwischen den beiden äußeren Feinfilterdrahtgewebe wasserstrahlsicher verankert ist.
Rauchgasfilter-Heizkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgas-Feinfiltereinsatz (3.1) in den Filter-Führungsrahmen (2) eingesetzt ist und dass der Rauchgas-Feinstaubfiltereinsatz (3.1) aus einem Spannrahmen besteht, der an der oberen und an der unteren Seite aus Rundmaterial besteht, und dass die beiden Seiten aus Flachmaterial bestehen und dass dieser mit Druckfedern ausgestattet ist und dass über den Spannrahmen ein strumpfartiges Feinfiltergewebe aus hitzebeständigem Fasermaterial mit Metalldrahtverstärkung ausgestattet ist und dass das Filtermaterial auf Öl- oder Biomassenverbrennung so abgestimmt ist, dass sich das Filtergewebe entsprechend seines Ausdehnungskoeffizienten und über die Druckfedern des Spannrahmens entsprechend der Rauchgastemperatur ausdehnt und sich die Poren des Filtergewebes soweit öffnen, dass eine optimale Filterung und Rauchgasströmung erreicht wird und dass pro Feinfilter zwei Filterdurchgänge sind und mehrere Feinfilter hintereinander angeordnet sind.
Rauchgasfilter-Heizkessel nach den Ansprüchen 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrieb mit dem Rauchgas-Feinstaubfiltereinsatz (3.1) statt dem Rauchgasgebläse (7) mit drehzahlgeregeltem Elektromotor mit Radiallüfterrad und dem kleinen Motoren-Kühlluft-Radial-Lüfterrad ein Rauchgasgebläse (7.1) mit Zahnradübersetzung und Turbolüfterrad und einem kleinen Motoren-Kühlluft-Turbo-Lüfterrad eingebaut ist.
Rauchgasfilter-Heizkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass für die Heizungswasserzirkulation des Filtergehäuses (1) in einer Heizkessel-Rücklaufleitung eine Drosselscheibe (18) eingebaut ist und eine Heizungswasser-Anschlussleitung zum Filtergehäuse (1) vor und nach der Drosselscheibe (18) in der Heizungskessel-Rücklaufleitung angeschlossen ist.
Rauchgasfilter-Heizkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei größeren Heizleistungen mehrere Heizkessel-Rauchgasfilter mit Filterwechsel und Filterreinigung sowie Kühlung mit Wärmerückgewinnung und Rauchgas-Nachverbrennung parallel geschaltet und entsprechend der jeweiligen Leistung einzeln automatisch zu- und abschaltbar sind.
Rauchgasfilter-Heizkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenbauteil (21) mit Rauchgas-Nachverbrennung aus einem doppelwandigen vierseitigen druckfesten Körper mit einem hitzebeständigen Glühdraht-Zylinder (22) besteht und dass ein Öl- oder Gebläsebrenner (24) mit automatischer Luftabschlussklappe an dem Zwischenbauteil (21) angebaut ist und dass das Zwischenbauteil (21) zwischen dem Filtergehäuse (1) und dem Rauchgas-Eintrittsübergang (12) eingebaut ist und über einem Heizungswasserkreis mit dem Filtergehäuse (1) verbunden ist.
Rauchgasfilter-Heizkessel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbauteil einen Hochleistungs-Rauchgas-Wärmetauscher aufweist und dass in diesem Gehäuse eine Anzahl von wassergekühlten doppelwandigen Wärmeübertragungsplatten angeordnet sind, die auf eine hohe Rauchgasgeschwindigkeit ausgelegt sind und dass das Zwischenbauteil mit dem Hochleistungs-Rauchgaswärmetauscher zwischen dem Filtergehäuse (1) und dem Rauchgas-Austrittsübergang (13) rauchgasdicht eingebaut und mit dem Heizwasserkreis des Filtergehäuses (1) verbunden ist.