DE102021125149A1

DE102021125149A1 - Rauchgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021125149A1
Application number: DE102021125149.4A
Authority: DE
Inventors: Klaus Schmitt
Original assignee: Karl Schrader Nachf Inh Karl-Heinz Schrader E K; Karl Schraeder Nachf Inh Karl Heinz Schraeder E K
Current assignee: Karl Schrader Nachf Inh Karl-Heinz Schrader E K; Karl Schraeder Nachf Inh Karl Heinz Schraeder E K
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-03-30
Also published as: EP4294575A1; WO2023052137A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rauchgasreinigungsvorrichtung, insbesondere für den Einbau in einem Rauchgaskanal (1) einer Holzbrennstoff-Feuerstätte, mit einem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider (5), der eine im Innenraum des Rauchgaskanales (1) angeordnete Sprühelektrode (10), eine oder mehrere der Wandung des Rauchgaskanales (1) zugeordnete Abscheideelektroden(11) und ein außen am Rauchgaskanal (1) festlegbares Gehäuse (6) aufweist, dessen Innenraum über eine in der Wand des Rauchgaskanales (1) befindliche Durchtrittsöffnung mit dem Innenraum des Rauchgaskanales (1) in Verbindung steht und an dessen Rückseite sich ein Anschluss (7) für eine Hochspannungsleitung (8) befindet, wobei im Innenraum des Gehäuses (6) ein von einem Isolator (12) umgebener, bis in den Innenraum des Rauchgaskanales (1) reichender Elektrodenhalter (9) angeordnet ist, der die im Rauchgaskanal angeordnete Sprühelektrode (10) des Feinstaubabscheiders (5) trägt. Um eine derartige Rauchgasreinigungsvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass der Elektrodenhalter (9) mit möglichst geringem Aufwand vollständig und dauerhaft gegen schädliche Ablagerungen aus dem Rauchgas geschützt ist, schlägt die Erfindung vor, dass der Isolator (12) als aus einem feuerfesten Feststoff-Dielektrikum, insbesondere aus Glas oder Keramik hergestellter Hohlkörper ausgebildet ist, der den Elektrodenhalter (9) über dessen gesamte Länge mit Abstand umgibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rauchgasreinigungsvorrichtung, insbesondere für den Einbau im Rauchgaskanal einer Holzbrennstoff-Feuerstätte, mit einem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider, der eine im Innenraum des Rauchgaskanales angeordnete Sprühelektrode, eine oder mehrere der Wandung des Rauchgaskanales zugeordnete Abscheideelektroden und ein außen an Rauchgaskanal festlegbares Gehäuse aufweist, dessen Innenraum über eine in der Wand des Rauchgaskanales befindliche Durchtrittsöffnung mit dem Innenraum des Rauchgaskanales in Verbindung steht und an dessen Rückseite sich ein Anschluss für eine Hochspannungsleitung befindet, wobei im Innenraum des Gehäuses ein von einem Isolator umgebener, bis in den Innenraum des Rauchgaskanales reichender Elektrodenhalter angeordnet ist, der die im Rauchgaskanal angeordnete Sprühelektrode des Feinstaubabscheiders trägt und zugleich mit der benötigten elektrischen Spannung versorgt.
Eine derartige Rauchgasreinigungsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2006 003 028 A1 bekannt. Diese Vorrichtungen sind insbesondere für die Ausrüstung oder die Nachrüstung von mit Holz beheizten Kleinfeuerungsanlagen bestimmt, wie z. B. für Kamine oder Kaminöfen mit einer Wärmeleistung bis zu 70 kW. Solche Kleinfeuerungsanlagen emittieren wegen der Beheizung mit Holz in erheblichem Umfange Feinstaub. Bei dem Reinigungsvorgang mit einem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider werden die in dem Rauchgasstrom enthaltenen festen und zum Teil auch flüssigen Schwebstoffe mithilfe einer elektrischen Sprühelektrode aufgeladen und mithilfe eines elektrischen Feldes in Richtung auf Abscheideelektroden umgelenkt und abgeschieden. Ein solcher elektrostatisch wirkender Feinstaubabscheider ist insbesondere für Stäube und Schwebstoffe mit einer Partikelgröße von 0,01-10 µm geeignet.
Ein Problem beim Einsatz einer derartigen Rauchgasreinigung mit einem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider besteht darin, dass dieser zwar vom Wirkungsprinzip her ausgezeichnet funktioniert, für den Dauereinsatz aber oft ungeeignet ist, weil sich in dem Rauchgas enthaltene feste und flüssige Partikel verhältnismäßig schnell und intensiv an dem aus dem Gehäuse herausführenden und bis in den Innenraum des Rauchgaskanales reichenden Elektrodenhalter ablagern und dort eine elektrisch leitfähige Schicht bilden, durch welche die erforderliche elektrische Isolierung des Elektrodenhalters beeinträchtigt wird. Die elektrische Leitfähigkeit der sich auf dem Elektrodenhalter niederschlagenden Schicht entsteht dadurch, dass das Rauchgas einer Holzfeuerung oft in erheblichem Umfange auch Kohlenstoff in Form von Ruß oder auch andere elektrisch leitfähige Substanzen enthält, welche die sich ablagernde Schicht insgesamt elektrisch leitfähig machen. Infolge der elektrischen Leitfähigkeit dieser sich ablagernden Schicht kommt es bereits nach kurzer Einsatzzeit oft zu Funkenüberschlägen oder unbeabsichtigten Stromleitungsbrücken zwischen dem Elektrodenhalter und dessen näherer Umgebung, wodurch die Wirksamkeit der Gesamtanlage erheblich beeinträchtigt wird.
Nach dem Stand der Technik (vgl. die oben genannten DE10 2006 003 028 A1 ) ist zwar bereits versucht worden, diese Ablagerungen auf dem Elektrodenhalter dadurch zu unterbinden, dass in dem Gehäuse ein Spühlluftstrom erzeugt wird, der die Oberflächen des Elektrodenhalters und dessen Isolierung von den oben beschriebenen Ablagerungen so gut wie möglich freihält. Diese Lösung des Problems erfordert allerdings die Installation eines zusätzlichen Gebläses mit zugehörigem Antrieb und ist aus diesem Grund mit einem erheblichen zusätzlichen technischen Aufwand verbunden. Außerdem ist diese Lösung nicht dauerhaft wirksam, weil trotz des Spülluftstromes die Außenseiten des Elektrodenhalters weitestgehend frei zugänglich bleiben, sodass sich die schädlichen Ablagerungen auf die Dauer doch nicht sicher vermeiden lassen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Rauchgasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass der Elektrodenhalter mit möglichst geringem Aufwand vollständig und dauerhaft gegen schädliche Ablagerungen aus dem Rauchgas geschützt ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer Rauchgasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass der Isolator als aus einem feuerfesten Feststoff- Dielektrikum bestehender Hohlkörper ausgebildet ist, der den Elektrodenhalter über dessen gesamte Länge mit Abstand umgibt.
Der nach der Lehre der Erfindung aus einem feuerfesten Feststoff-Dielektrikum, beispielsweise aus feuerfestem Glas oder Keramik hergestellte Hohlkörper umgibt mit Abstand den Elektrodenhalter über dessen gesamte Länge, d.h. vom am Gehäuse befindlichen Anschluss der Hochspannungsleitung bis zur im Rauchgaskanal angeordneten Sprühelektrode, und verhindert somit sicher und dauerhaft alle schädlichen Ablagerungen auf den Oberflächen dieses Elektrodenhalters. Hierdurch wird erstmals eine dauerhaft einwandfreie Funktionalität dieses elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheiders sichergestellt. Eine durchgeführte Untersuchung bei einer auf diese Fragen spezialisierten amtlichen Prüfstelle hat dies inzwischen bestätigt.
Die Verwendung von feuerfestem Glas oder Keramik für die Herstellung des Hohlkörpers hat den besonderen Vorteil, dass der Hohlkörper hierdurch besonders glatte und wärmeunempfindlicher Oberflächen enthält, von denen sich etwa dort bildende Ablagerungen, deren bloße Existenz für die Funktionalität des Elektrodenhalters allerdings nicht mehr schädlich ist, leicht ablösen lassen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Abstand zwischen den spannungsführenden Teilen des Elektrodenhalters und der Innenseite des den Isolatoren bildenden Hohlkörpers überall >5 mm ist. Bei Einhaltung dieses Abstandes ist absolut sichergestellt, dass nirgendwo Funken überspringen können.
Noch besser wird die Isolierung, wenn zusätzlich der den Isolatoren bildenden Hohlkörper evakuiert ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider eine katalytisch wirksame Reinigungsvorrichtung und eine in Abhängigkeit von der Temperatur des Rauchgases betätigte Drosselklappenanordnung vorgeschaltet sind, wobei sich die Drosselklappenanordnung zwischen der katalytisch wirksamen Reinigungsvorrichtung und dem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider befindet.
Diese dem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider vorgeschalteten Aggregate bewirken, dass dem Rauchgas bereits vor dem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider besonders schädliche Substanzen, nämlich unverbrannter Kohlenstoff (Ruß) und/oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe (Teer), durch eine katalytische Nachverbrennung entzogen werden, sodass der in den elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider gelangenden Staubanteile reduziert werden und weniger elektrisch leitfähige Substanzen enthält. Dabei bewirkt die oben erwähnte, in Abhängigkeit von der Temperatur des Rauchgases betätigte Drosselklappenanordnung, dass das durchtretenden Rauchgas durch eine entsprechende Steuerung der Feuerung in einem Temperaturbereich gehalten wird, in welchem die oben erwähnte katalytische Nachverbrennung gut funktioniert.
Für die von Zeit zu Zeit erforderliche Abreinigung der gesamten Rauchgasreinigungsvorrichtung ist es weiterhin nützlich, wenn die Drosselklappenanordnung und die katalytisch wirksame Reinigungsvorrichtung im Rauchgaskanal vertikal übereinander angeordnet sind, während die Sprühelektrode und der dieser zugeordnete Abscheidebereich in einem sich anschließenden, horizontal verlaufenden Abschnitt des Rauchgaskanales angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, dass die in dem elektrostatisch wirksamen Feinstaubabscheider abgeschiedenen Stäube nicht mehr in den Bereich der Drosselklappenanordnung und der katalytisch wirksamen Reinigungsvorrichtung zurückfallen sondern in dem horizontal verlaufenden Bereich des Rauchgaskanales verbleiben und von dort auf einfache Art und Weise entfernt werden können. Auf diese Weise ist es wesentlich einfacher, die katalytisch wirksame Reinigungsvorrichtung auf Dauer betriebsfähig zu halten.
Für die dennoch von Zeit zu Zeit notwendige Abreinigung der gesamten Rauchgasreinigungsvorrichtung ist es schließlich zweckmäßig, wenn

- in der Wandung des Rauchgaskanales der Anschlussöffnung des Gehäuses des elektrostatisch wirkenden Staubschneiders gegenüberliegend eine verschließbare Reinigungsöffnung angeordnet ist,
- wenn in der Wandung des Rauchgaskanales der Sprühelektrode des elektrostatisch wirkenden Staubschneiders gegenüberliegend eine verschließbare Reinigungsöffnung angeordnet ist
- und wenn in der Wandung des Rauchgaskanales im Bereich der Drosselklappenanordnung und /oder der katalytisch wirksamen Reinigungsvorrichtung verschließbare Reinigungsöffnungen angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1: schematisch einen vertikalen Schnitt durch eine in einem rechtwinklig abgeknickten Rauchgaskanal angeordnete Rauchgasreinigungsvorrichtung gemäß Erfindung;
2: schematisch im Detail den nach der Lehre der Erfindung hergestellten Isolator für den Elektrodenhalter des in 1 dargestellten elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheiders.

Die in 1 schematisch dargestellte Rauchgasreinigungsvorrichtung ist in einem rechtwinklig verlaufenden Rauchgaskanal 1 angeordnet, dessen vertikal verlaufender Abschnitt mit dem Bezugszeichen 1a und dessen horizontal verlaufender Abschnitt mit dem Bezugszeichen 1b bezeichnet ist. Durch den Rauchgaskanal 1 verläuft ein Rauchgasstrom, dessen Durchströmungsrichtung durch Pfeile 2 angedeutet ist.
In dem vertikal verlaufenden Abschnitt 1a des Rauchgaskanales 1 ist eine katalytisch wirkende Reinigungsvorrichtung 3 eingebaut, durch welche etwa im Rauchgas verbliebene Brennstoffe (Ruß und Kohlenwasserstoffe) so gut wie möglich katalytisch nachverbrannt werden.
Der katalytisch wirksamen Reinigungsvorrichtung 3 ist eine in Abhängigkeit von der Temperatur des Rauchgases betätigte Drosselklappenanordnung 4 nachgeschaltet. Diese Drosselklappenanordnung 4 befindet sich in Durchströmungsrichtung 2 hinter der katalytisch wirkenden Reinigungsvorrichtung 3 und bewirkt durch eine entsprechende Steuerung des Kaminzuges und damit der Feuerstätte, dass der aufsteigende Rauchgasstrom so gut wie möglich das für die katalytische Nachverbrennung günstige Temperaturfenster einhält.
Der Drosselklappenanordnung 4 in Durchströmungsrichtung 2 nachgeschaltet ist der nach der Lehre der Erfindung ausgestaltete elektrostatisch wirkende Feinstaubabscheider, der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet ist. Dieser Feinstaubabscheider 5 weist ein rohrförmig ausgebildetes Gehäuse 6 auf, welches mit einem Ende (Vorderseite) an der Wand des vertikal verlaufenden Abschnittes 1 des Rauchgaskanales 1 festlegbar ist. Das Innere des Gehäuses 6 steht über eine in der Wand des Rauchgaskanales 1 befindliche Durchtrittsöffnung mit dem Innenraum des Rauchgaskanales1 in Verbindung.
Am gegenüberliegenden Ende (Rückseite) ist das rohrförmige Gehäuse 6 mit einem Anschluss 7 für eine Hochspannungsleitung 8 versehen. An diese Hochspannungsleitung angeschlossen ist ein Elektrodenhalter 9. Dieser Elektrodenhalter 9 besteht aus einem zweifach abgewinkelten Stab, der aus einem elektrisch gut leitenden Metall hergestellt ist. Für seine Fixierung innerhalb des Gehäuses 6 ist dieser Elektrodenhalter 9 mit seinem proximalen Ende isoliert im Endbereich des Gehäuses 6 abgestützt und ragt distal freitragend durch die Innenräume des Gehäuses 6 und des vertikal verlaufenden Abschnittes 1a des Rauchgaskanales 1 hindurch bis in den Innenraum des horizontal verlaufenden Abschnittes 1b des Rauchgaskanales 1, wo er mit einer mittig in diesem Innenraum angeordneten Sprühelektrode 10 verbunden ist und diese trägt. Um die Sprühelektrode 10 herum sind im Bereich der Wandung des horizontal verlaufenden Abschnittes 1b des Rauchgaskanales 1 Abscheideelektroden 11 des elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheiders angeordnet. Dabei können die Wandungen des horizontal verlaufenden Abschnittes 1b des Rauchgaskanales 1 zugleich als Abscheideelektroden 11 wirken.
Nach der Lehre der Erfindung ist der Elektrodenhalter 9 mit einem Isolator 12 versehen, der als aus einem feuerfesten Feststoff-Dielektikum hergestellter Hohlkörper ausgebildet ist und den Elektrodenhalter 9 über dessen gesamte Länge mit Abstand umgibt. Dieser als Hohlkörper ausgebildete Isolator 12 ist in 2 zur Verdeutlichung gesondert dargestellt und besteht bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt aus feuerfestem Glas. Der Hohlraum dieses Isolators 12 ist allseitig geschlossen und kann zur Verbesserung der Isolationswirkung evakuiert werden. Der Abstand zwischen der Innenseite des Isolators und der Außenseite des Elektrodenhalters 9 beträgt überall mindestens 5 mm.
Wie aus 1 weiterhin hervorgeht, wird der Isolator 12 in dem Gehäuse 6 mithilfe eines isolierten Ringssitzes 13 gehalten.
Wie schließlich der 1 noch entnommen werden kann, ist die Rauchgasreinigungsvorrichtung gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von verschließbaren Reinigungsöffnungen versehen, nämlich

- mit einer Reinigungsöffnung 14 der Wandung des vertikalen Abschnittes 1a des Rauchgaskanales 1 der Anschlussöffnung des Gehäuses 6 gegenüberliegend;
- mit einer Reinigungsöffnung 15 in der Wandung des horizontalen Abschnittes 1b des Rauchgaskanales 1 im Bereich der Abscheideelektroden 11
- und mit einer oder mehreren Reinigungsöffnungen 16 in der Wandung des vertikalen Abschnittes 1a des Rauchgaskanales 1 im Bereich der Drosselklappenanordnung 4 und oder der katalytisch wirksamen Reinigungsvorrichtung 3.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006003028 A1 [0002, 0004]

Claims

Rauchgasreinigungsvorrichtung, insbesondere für den Einbau im Rauchgaskanal (1) einer Holzbrennstoff-Feuerstätte, mit einem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider (5), der eine im Innenraum des Rauchgaskanales (1) angeordnete Sprühelektrode (10), eine oder mehrere der Wandung des Rauchgaskanales (1) zugeordnete Abscheideelektroden (11) und ein außen an Rauchgaskanal (1) festlegbares Gehäuse (6) aufweist, dessen Innenraum über eine in der Wand des Rauchgaskanales (1) befindliche Durchtrittsöffnung mit dem Innenraum des Rauchgaskanales (1) in Verbindung steht und an dessen Rückseite sich ein Anschluss (7) für eine Hochspannungsleitung (8) befindet, wobei im Innenraum des Gehäuses (6) ein von einem Isolator (12) umgebener, bis in den Innenraum des Rauchgaskanales (1) reichender Elektrodenhalter (9) angeordnet ist, der die im Rauchgaskanal angeordnete Sprühelektrode (10) des Feinstaubabscheiders (5) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (12) als aus einem feuerfesten Feststoff-Dielektrikum bestehender Hohlkörper ausgebildet ist, der den Elektrodenhalter (9) über dessen gesamte Länge mit Abstand umgibt.
Rauchgasreinigungsvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (12) aus feuerfestem Glas oder aus Keramik besteht.
Rauchgasreinigungsvorrichtung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den spannungsführenden Teilen des Elektrodenhalters (9) und der Innenseite des den Isolator (12) bildenden Hohlkörpers überall >5 mm ist.
Rauchgasreinigungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der den Isolator (12) bildende Hohlkörper evakuiert ist.
Rauchgasreinigungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider (5) eine katalytisch wirksame Reinigungsvorrichtung (3) und eine in Abhängigkeit von der Temperatur des Rauchgases betätigte Drosselklappenanordnung (4) vorgeschaltet sind, wobei sich die Drosselklappenanordnung (4) zwischen der katalytisch wirksamen Reinigungsvorrichtung (3) und dem elektrostatisch wirkenden Feinstaubabscheider (5) befindet.
Rauchgasreinigungsvorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappenanordnung (4) und die katalytisch wirksame Reinigungsvorrichtung (3) im Rauchgaskanal (1) vertikal übereinander angeordnet sind, während die Sprühelektrode (10) und der dieser zugeordneten Abscheidebereich in einem sich anschließenden, horizontal verlaufenden Abschnitt (1b) des Rauchgaskanales (1) angeordnet sind.
Rauchgasreinigungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Rauchgaskanales (1) der Anschlussöffnung des Gehäuses (6) des elektrostatischen Staubabscheiders (5) gegenüberliegend eine verschließbare Reinigungsöffnung (14) angeordnet ist.
Rauchgasreinigungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Rauchgaskanales (1) der Sprühelektrode (10) des elektrostatischen Staubabscheiders (5) gegenüberliegend eine verschließbare Reinigungsöffnung (15) angeordnet ist.
Rauchgasreinigungsvorrichtung nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Rauchgaskanales (1) im Bereich der Drosselklappenanordnung (4) und/oder der katalytisch wirksamen Reinigungsvorrichtung (3) verschließbare Reinigungsöffnungen (16) angeordnet sind.