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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Waschen von Rauchgas
aus Holz oder anderen biogenen Verbrennungsanlagen, bei denen das
Rauchgas durch eine Mischkammer geführt wird, wobei der
Mischkammer eine Entmischungsstrecke folgt, und dass von einer Wasserwanne
das Wasser in die Mischkammer gepumpt wird, diese durchströmt und über
die Entmischungsstrecke in die Wasserwanne zurück läuft,
wobei die Mischkammer ein Gehäuse ist, in dem eine Vielzahl
paralleler Injektionsrohre angeordnet ist, die den Boden des Gehäuses durchsetzen
und oben alle auf einem gleichen Niveau unterhalb des oberen Randes
des Gehäuses offen enden.
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Dem
Reinigen von Rauchgasen wurde bei industriellen Verbrennungsanlagen
immer schon eine wichtige Rolle zugeordnet. Hierbei spielen gerade
bei industriellen Grossverbrennungsanlagen sowohl die Absonderung
von toxischen Gasen, als auch von Feststoffpartikeln eine grosse
Rolle. Bei solchen Anlagen kann und muss der technische Aufwand
so betrieben werden, dass die strengen öffentlichen Auflagen
erfüllt werden. Dabei spielen weder der Raumbedarf noch
der finanzielle Aufwand eine wesentliche Rolle. Dem gegenüber
ist die Aufgabenstellung der Rauchgasreinigung bei Gebäudeheizungen
eine völlig andere. Hier muss bei kleinstmöglichem
Raumbedarf und bei geringstmöglichen Kosten eine möglichst
hohe Effizienz erzielt werden. Dies hängt damit zusammen,
dass die entsprechenden Auflagen bei Feuerungsanlagen für
Gebäudeheizungen wesentlich geringer sind.
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Gerade
bei Ölheizungen kann praktisch auf eine Rauchgasreinigung
verzichtet werden, da heute der Reinheitsgrad des Heizöles
sehr hoch ist. Hier wird das Problem praktisch darauf reduziert,
die Verbrennung möglichst effizient bei hohen Temperaturen und
so vollständig durchzuführen, das die Abgase praktisch
frei von Feststoffpartikel sind und der Anteil an NOx möglichst
gering ist. Dies wird nicht durch die Abgasreinigung, sondern durch
die bestmögliche Verbrennung erzielt.
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Hausfeuerungsanlagen
die jedoch nicht mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, sondern
mit Holz oder anderen biogenen Stoffe, wie Holzschnitzel oder Pellets,
haben zwangsläufig in den Abgasen einen wesentlich höheren
Feststoffpartikelanteil. Da auch bei diesen Gebäudeheizungen
die Vorschriften aus umwelttechnischen Gründen immer mehr
verschärft werden, müssen auch der Verbrennungskammer
entsprechende Vorrichtungen nachgeschaltet sein, mit denen das Rauchgas
entsprechend von Feststoffpartikeln befreit werden. Hierzu sind
diverse Anlagen bekannt, die mit Rauchgaswascher versehen sind.
Bei den meisten bekannten Rauchgaswaschvorrichtungen sind Mischkammern
vorhanden, in denen die Rauchgase durch einen Wassernebel geführt
werden, so dass die Feststoffpartikel mit dem Wasser weitgehend
dispergieren. Typische Beispiele dieser Art zeigen beispielsweise
die
EP0233971A die
JP2006167664A oder
die
DE 20 2004 017 380 U .
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Vorrichtungen
dieser Art sind relativ aufwendig und voluminös. Dies hängt
damit zusammen, dass im Bereich in denen das Wasser vernebelt wird, die
Rauchgase stark expandieren müssen um eine wesentliche
Reduktion der Strömungsgeschwindigkeiten zu erreichen,
damit das Wasser und die Rauchgaspartikel entsprechend dispergieren
können. Dieses Problem wurde erkannt und aus der
DE19810758C ist
eine Lösung bekannt, bei der das Rauchgas durch eine Mischkammer
geführt wird, wobei der Mischkammer eine Entmischungsstrecke folgt
und wobei das Wasser aus einer Wasserwanne in die Mischkammer gepumpt
wird und schliesslich wieder in die Wasserwanne zurückläuft.
Bei dieser bekannten Lösung besteht die Mischkammer aus
einer Trommel die mit Granulat gefüllt ist und wobei die Wasserzufuhr
in die drehende Mischkammer mittels einer Pumpe von der Wasserwanne
in eine hohle Drehachse der Trommel geführt wird. Eine
solche Lösung kann relativ kompakt gebaut werden, wobei
es jedoch nachteilig ist, das nicht nur das Waschwasser von Zeit
zur Zeit ausgewechselt werden muss, was einfach genug geht, sondern
auch das Granulat der Trommel gelegentlich ausgewechselt werden
muss.
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Es
ist dem Anmelder bekannt, dass auf dem Markt eine Vorrichtung erhältlich
ist, die für Kehrichtverbrennungsanlagen konzipiert ist
und die Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 aufweisen.
Bei dieser Anlage ist die Mischkammer entsprechend sehr gross und
weist eine bedeutende Höhe auf. Das Waschwasser wird im
unteren Bereich des Gehäuses der Mischkammer eingepumpt
und die Injektionsrohre, deren oberes Ende allesamt auf dem selben
Niveau angeordnet sind, dienen entsprechend als Injektionsrohre
in denen eine hohe Fliessgeschwindigkeit herrscht und entsprechend
auch die Rauchgase mit einer erheblichen Strömungsgeschwindigkeit
durchströmen können, bei gleichzeitig geringen
Querschnitt. Die eigentliche Vermischung erfolgt somit in den Injektionsrohren
selber. Die Anmelderin hat sich zur Aufgabe gestellt, eine solche bekannte
Vorrichtung in wesentlich kleineren Dimensionen herzustellen, so
dass die Vorrichtung für Verbrennungsanlagen von Holz oder
anderen biogenen Brennstoffen für Gebäudeheizungen
geeignet ist. Bei den ersten Versuchsaufbauten, die im Wesentlichen den
bekannten Vorrichtungen entsprochen haben, haben Messungen des gereinigten
Rauchgases völlig unbefriedigte Resultate ergeben.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
gemäss des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 so zu verbessern,
dass bei Vorrichtungen, die in der Grösse für
Verbrennungsanlagen für Gebäudeheizungen geeignet
ist und bei gleichbleibenden Gesamtaufbau, eine Erhöhung
der Effizienz erreicht wird.
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Diese
Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1.
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Bei
den Untersuchungen hat sich gezeigt, dass bei kleineren Mischkammern
mit geringer Bauhöhe das unten eingepumpte Waschwasser
an der Oberfläche derart sprudelt, dass ein klar gegebenes Wasserniveau
nicht mehr vorhanden ist und entsprechend durch die einzelnen Injektionsrohre
in der Mischkammer der Durchlauf völlig unregelmässig
ist und somit praktisch die Rauchgase immer durch jene Injektionsrohre
strömte, in denen möglichst wenig Waschwasser
vorhanden war. Mittels der Mittel des kennzeichnenden Teiles des
Patentanspruches 1 wurde dies behoben. Hierbei wurde festgestellt,
dass die Bauhöhe der Mischkammer praktisch beliebig reduziert
werden konnte. Bei besonders kleinen Bauhöhen von unter
30 cm konnte das erwünschte Resultat auch noch erzielt
werden, in dem Beruhigungsplatten auf unterschiedlichen Niveaus
angeordnet wurden.
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Während
bei grossen Mischkammern mit einer relativ grossen Bauhöhe
die Injektionsrohre auch entsprechend lang sind und die erforderliche
Durchmischung praktisch immer erreicht wird, wurde festgestellt,
dass man die Durchmischung verbessert, in dem die Injektionsrohre
einlaufseitig über eine gewisse Distanz im Innendurchmesser
von oben nach unten konisch zusammenlaufen lässt. Des Weiteren konnte
die Durchmischung verbessert werden, in dem die Krone der Injektionsrohre
einlaufseitig mit Einlaufkerben versehen wurde.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Erfindungsgegenstandes gehen
aus den weiteren abhängigen Patentansprüchen hervor
und deren Bedeutung und Wirkungsweise werden in der nachfolgenden
Beschreibung mit Bezug auf die anliegende Zeichnung erläutert.
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In
der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt:
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1 die
erfindungsgemässe Vorrichtung in einer perspektivischen
Ansicht;
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2 dieselbe
Vorrichtung gemäss 1 in einem Vertikalschnitt;
und
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3 die
Krone eines Injektorrohres teilweise in einem zentrischen Diametralschnitt.
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In
der perspektivischen Darstellung gemäss der 1 ist
die gesamte Vorrichtung mit 1 bezeichnet. Über
einer Rauchgaszuführung 2 kommt das mit Feststoffpartikel
beladene Rauchgas von der Feuerungs- bzw. Verbrennungsanlage zur
Vorrichtung 1. Daneben etwas distanziert erkennt man die
Rauchgasabführung 3. Zwischen der Rauchgaszuführung 2 und
der Rauchgasabführung 3 ist üblicherweise
ein Bypass angeordnet, in dem eine Klappe vorhanden ist, mittels
dem der Bypass vollständig oder teilweise geöffnet,
bzw. geschlossen werden kann. Dieser Bypass mit Klappe wird insgesamt
mit 10 bezeichnet und ist in der 2 ersichtlich.
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Die
Rauchgaszuführung 2 mündet in einer Mischkammer 4,
die hier als zylindrisches Gehäuse gestaltet ist. Dieses
Gehäuse könnte aber auch quaderförmig
oder prismenförmig ausgestaltet sein. Die Mischkammer 4 ist
auf einer Entmischungsstrecke 5 aufgesetzt und damit in
kommunizierender Verbindung. Die Entmischungsstrecke 5 besteht
im Wesentlichen aus einem quaderförmigen Gehäuse,
dessen Boden zu einem Ablauf führt. Auf der Entmischungsstrecke 5,
neben der Mischkammer 4, ist eine handelsübliche
Kondensationseinheit angeordnet. Das bereits gewaschene Rauchgas
besitzt einen gewissen Dampfanteil in deren Wassertröpfchen emulgierte
Feststoffpartikel, also Feinstaub, noch enthalten sind. In der Kondensationseinheit
wird dieses Rauchgas entsprechend soweit abgekühlt, so dass
eine Kondensation erfolgt und das kondensierte Wasser mit den darin
emulgierten Feststoffpartikeln zurück in die Entmischungsstrecke 5 und
von dort in eine Wanne 7 gelangt. Diese Wasserwanne 7,
vorzugsweise in der Form eines Kunststofftankes, ist mit einer stabilisierenden
Traggitterkonstruktion 8 umgeben, auf dem die Entmischungsstrecke 5 und
die damit verbundenen Bauteile der Vorrichtung 1 ruhen. Die
Traggitterkonstruktion 8, zusammen mit der Wasserwanne 7,
können wie hier dargestellt, gemeinsam auf einem Palett 9 ruhen.
Dies zeigt auch, dass die gesamte Vorrichtung äusserst
kompakt ist und entsprechend auf kleinem Raum untergebracht werden kann.
Beispielsweise seien hier gewisse Masse einer erfindungsgemässen
Vorrichtung wie in der Zeichnung gemäss der 1 dargestellt
genannt. So kann das Palette die Masse von 80 × 120 cm
aufweisen. Die gesamte Bauhöhe kann in der Grössenordnung zwischen
200 und 250 cm betragen. Die Höhe der Mischkammer liegt
in dieser Ausführung in einem Grössenbereich von
40–70 cm. Dies entspricht auch etwa der Bauhöhe
der handelsüblichen, hier zu verwendenden Kondensationseinheiten 6.
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Die
Mischkammer 4 weist ein zylindrisches Gehäuse 40 auf,
welches über einen konischen Kragen 41 zur Rauchgaszuführung 2 führt.
Das Gehäuse 40 der Mischkammer 4 ist
bevorzugterweise zylindrisch gestaltet. Mittels einem Flansch 42 ist
das Gehäuse 40 mit der Entmischungsstrecke 5 verbunden. Das
Gehäuse 40 ist im Wesentlichen somit ein zylindrischer
Rohrabschnitt. Unten, das heisst auf der Seite des Flansches 42,
besitzt die Mischkammer 40 einen Boden 43. Dieser
Boden verschliesst den Innenraum des Gehäuses 40,
wird jedoch von einer Vielzahl, im Gehäuse angeordneten
parallel verlaufenden, senkrecht auf den Boden 43 stehenden
Injektorrohren 44 durchsetzt. Diese Injektorrohre 44 erstrecken
sich vom Boden 43 bis nahe dem konischen Kragen 41.
Die Injektionsrohre 44 werden üblicherweise in
regelmässiger Anordnung im Gehäuse 40 verteilt
angebracht. Beispielsweise können diese auf konzentrischen
Kreisen stehend angeordnet sein.
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Über
den Einlaufstutzen 45 lässt sich im bodennahen
Bereich Wasser aus der Wasserwanne 7 mittels einer Tauchpumpe 11 in
die Mischkammer 4 hineinpumpen. Im Prinzip kann der Einlaufstutzen 45 auch
etwas höher angeordnet sein, doch ist es sinnvoller, den
Einlaufstutzen im Bereich möglichst nahe dem Boden 43 anzuordnen,
da das eingepumpte Waschwasser auch teilweise mit Feststoffpartikel
beladen ist. Befindet sich der Einlaufstutzen 45 zu weit vom
Boden 43 entfernt, würde eine gewisse Gefahr bestehen,
dass in der Mischkammer 4 diese Feststoffpartikel sedimentieren
könnten. Befindet sich jedoch der Einlaufstutzen im bodennahen
Bereich, so werden die Partikel von selber wieder nach oben geschwemmt.
Das durch den Einlaufstutzen 45 in die Mischkammer 4 eingepumpte
Waschwasser steigt so hoch bis es das Niveau der Oberkanten der
oben offenen Injektionsrohre 44 erreicht hat. Nun strömt
das eingepumpte Wasser durch die Injektionsröhren 44 hinunter
und gelangt in die Entmischungsstrecke 5. Innerhalb der
Injektionsröhren erfolgt die Vermischung des Waschwassers
mit dem Rauchgas. Hierzu wird weiter auf die nachfolgende Beschreibung der 3 verwiesen.
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Die
Entmischungsstrecke 4 hat ein trogförmiges Gehäuse 50.
Dieses trogförmige Gehäuse 50 besitzt
einen geneigten Boden 51 in dessen tiefsten Bereich ein
Ablaufrohr 52 angeschweisst ist, welches in die darunter
befindliche Wasserwanne 7 führt. Gegen oben ist
das trogförmige Gehäuse 50 durch eine Deckfläche 53 abgeschlossen,
auf den die Mischkammer 4 mittels dem genannten Flansch 42 aufgeschraubt
ist, wobei in diesem Bereich die Deckfläche 53 an
sich offen ist und der Boden 43 des Gehäuses 40 der
Mischkammer 4 sich befindet. Die Seitenwände des
trogförmigen Gehäuses 50 sind seitlich
weitergezogen und im Bereich des Bodens 51 mit Versteifungsbleche
oder Versteifungsprofilabschnitte versehen. In diesen Versteifungsbleche
oder -Profile 54 sind offene Einhängeösen 55 eingeformt.
Mittels dieser offenen Einhängeösen 55 ist
die Mischstrecke auf die Traggitterkonstruktion 8 lagestabil
aufsetzbar. In der Deckfläche 53 ist ferner eine
entsprechende Öffnung vorhanden, über die die
Rauchgase noch beladen mit Dampf in die Kondensationseinheit 6 einströmt.
Diese Kondensationseinheit 6 ist eine marktübliche
Konstruktion und bezüglich deren spezifischen Ausgestaltung
wird auf entsprechend bestehende Literatur verwiesen. Ist das Rauchgas
auskondensiert, so verlässt es die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 durch
die Rauchgasabführung 3. Unter gewissen Bedingungen,
beispielsweise im Kaltzustand der Anfeuerungsphase, kann es erforderlich sein,
mindestens teilweise das Rauchgas ungereinigt abzuführen.
Entsprechend ist der Bypass 10 zwischen der Rauchgaszuführung 2 und
der Rauchgasabführung 3 mit einer steuerbaren
Klappe eingebaut. Die Kondensationseinheit kann entfallen, wenn
die Rauchgase bereits in der Mischkammer eine geringe Temperatur
von beispielsweise unter 60°C aufweist.
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In
praktisch beliebiger Höhe zwischen dem Boden 43 der
Mischkammer 4 und dem oberen Ende der Injektionsrohre 44,
ist eine Beruhigungsplatte 46 eingeschweisst. Diese Beruhigungsplatte 46 wird von
den Injektionsrohren 44 durchsetzt. Im Bereich zwischen
den Injektionsröhren 44 sind in der Beruhigungsplatte 46 eine
Vielzahl von Durchtrittsöffnungen angebracht. Durch diese
Durchtrittsöffnungen gelangt das im bodennahen Bereich
durch die Einlaufstutzen 45 eingepumpte Waschwasser in
das Gehäuse 40 der Mischkammer und steigt durch
die Beruhigungsplatte 46 nach oben. Hierdurch wird erreicht,
dass der Pegel des Waschwassers so beruhigt ist, dass das Waschwasser
gleichmässig in alle Injektionsrohre 44 einströmt.
So wird sichergestellt, dass nicht durch eine sprudelnde Oberfläche
das Waschwasser ungleichmässig in die Injektionsrohre strömt
und damit den Reinigungseffekt zunichte macht. Bei geringerer Bauhöhe
der Mischkammer 4 können im Gehäuse 40 auch
zwei oder mehr Beruhigungsplatten 46 parallel distanziert übereinander
angeordnet sein.
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Bei
den durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, dass die
Effizienz der Vermischung des Rauchgasstromes mit dem Waschwasser
trotz geringer Bauhöhe auf zwei verschiedene Arten verbessert werden
kann. Zum einen versieht man die oberen Enden der Injektionsrohre 44,
die man als Kronen 47 bezeichnet, mit Einlaufkerben 48.
Diese Einlaufkerben 48 weisen einen V-förmigen
Einlauftrichter auf, der nach unten in einen U-nutförmigen
Einschnitt mündet. Die V-förmigen Einlauftrichter
sind mit 48, und die U-nutförmigen Einschnitte
mit 48' bezeichnet. Hierdurch ergibt sich ein praktisch
relativ enger Einlaufbereich, so dass das durchströmende
Wasser nicht nur der Innenwand der Injektionsrohre entlang strömt,
sondern sich durch den Kuandaeffekt von der Injektionsrohrinnenwand
löst. Gleichzeitig bildet auch das Injektionsrohr 44 eine
Durchgangsverengung, so dass die Rauchgase beschleunigt werden und
somit praktisch die Einlaufkerben 48 wie Injektionsdüsen wirken
und somit auch ein venturiprinzip besteht. Dies lässt sich
zusätzlich erhöhen, indem man die Injektionsrohre 44 einlaufseitig über
eine gewisse Distanz im Innendurchmesser von oben nach unten konisch
zusammenlaufen lässt. Dies ist in der 3 deutlich
ersichtlich.
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Durch
die hier offenbarten erfindungsgemässen Verbesserungen
lässt sich die gestellte Aufgabe einer kompakten Rauchgaswaschvorrichtung
effizient lösen.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Rauchgaszuführer
- 3
- Rauchgasabführer
- 4
- Mischkammer
- 5
- Entmischungsstrecke
- 6
- Kondensationseinheit
- 7
- Wasserwanne
- 8
- Traggitterkonstruktion
- 9
- Palett
- 10
- Bypass
mit Klappe
- 11
- Pumpe
- 40
- Gehäuse
der Mischkammer
- 41
- konischer
Kragen
- 42
- Flansch
- 43
- Boden
- 44
- Injektionsröhren
- 45
- Einlaufstutzen
- 46
- Beruhigungsplatte
- 47
- Krone
- 48
- Einlauftrichter
- 50
- trogförmiges
Gehäuse
- 51
- geneigter
Boden
- 52
- Ablaufrohr
- 53
- Deckfläche
- 54
- Versteifungsbleche
- 55
- Einhängeösen,
offen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0233971
A [0004]
- - JP 2006167664 A [0004]
- - DE 202004017380 [0004]
- - DE 19810758 C [0005]