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Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von schadstoffen aus abgasen, insbesondere bei der holzspaenetrocknung
DE2926663A1
Germany
- Other languages
English - Inventor
Guenter Dipl Ing Waldmann - Current Assignee
- GIFA PLANUNGSGESELLSCHAFT fur
Worldwide applications
Application DE19792926663 events
1979-07-02
1980-03-14
1980-06-23
1980-06-30
1981-01-15
Status
Withdrawn
Description
translated from
Planungsgesellschaft für Industrie- und Forschungsanlagen mbH
Wörthstrasse 14 8000 München 80
Wörthstrasse 14 8000 München 80
Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Schadstoffen aus Abgasen, insbesondere bei der Holzspänetrocknung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung gemäss dem überbegriff fies Anspruchs 10.
Zur Weiterverarbeitung von Holzspänen, beispielsweise für Spanplatten oder dergleichen, ist es erforderlich
die Rohspäne einer Trocknung zu unterwerfen. Bei der Trocknung werden mit dem Abgas Schadstoffe, insbesondere
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Holzstaub sowie natürliche und künstliche Harze und Terpene, sowie Wasserdampf mitgerissen ( vergleiche
dazu zum Beispiel " Holz als Roh- und Werkstoff" (1978) S.407 - 411 ). Insbesondere bei grösseren
Trocknungsanlagen ergab sich dadurch eine erhebliche Umweltbelastung. Versuche, die Schadstoffe mittels
Nassabscheidern aus dem Abgas zu entfernen waren nur zum Teil erfolgreich. Zwar ist es mittels Nassabscheidern
möglich, den Staubgehalt erheblich zu verringern, jedoch bleiben die Harze und insbesondere
die Terpene im Abgas, da sie aufgrund ihrer hydrophobenEigenschaft
kaum abscheidbar sind.
Ein weiterer, erheblicher Nachteil bestehender Trocknungsanlagen liegt darin, dass bei der Trocknung sehr grosse
Wärmemengen und damit grosse Mengen an fossilen Brennstoffen wie Erdöl erforderlich sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung anz' jeben, durch die die erwähnten Schadstoffe
aus dem Abgas abtrennbar sind.
Die Aufgabe wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 9 weitergebildet.
Die Aufgabe wird bei der erfindungsgemässen Vorrichtung
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 10 gelöst und durch die Merkmale der Ansprüche 11 bis
weitergebildet.
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Es hat sich gezeigt, dass durch die Erfindung nicht nur der Staub, sondern auch die Harze und die Terpene
praktisch vollständig aus dem Abgas entfernt werden können, wobei durch die durch die Erfindung ermöglichte
Wärmerückgewinnung ausserdem der Bedarf an Brennstoffen in ausserordentlich hohem Masse verringert
werden kann. Darüberhinaus ist es durch Verwenden eines Teils des gereinigten Abgases als Inertgas
möglich, die Explosionsgefahr stark zu verringern.
Die Erfindung ist dabei nicht nur bei der Holzspänetrocknung anwendbar, sondern auch in solchen Fällen,
in denen vergleichbare schadstoffbeladene Abgase entstehen, wie beispielsweise bei der Furniertrocknung,
der Lackverarbeitung oder dergleichen.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Flussschema einer erfindungsgemäss ausgebildeten Trocknungsanlage.
Einem Trockenraum 1 wird über eine Zuführleitung 2 das zu trocknende Gut zugeführt, das beim erläuterten
Ausführungsbeispiel aus zu trocknenden Holzspänen besteht, über eine Abführleitung 3 wird das getrocknete
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Gut aus dem Trockenraum 1 entfernt. Zur Trocknung wird dem Trockenraum 1 ein Heissgas über eine Leitung 4 zugeführt,
das in einem Brenner 5, dem über eine Leitung 6 ein Brennstoff wie Erdöl oder dergleichen zugeführt
wird, auf eine zur Trocknung des Gutes geeignete Temperatur erhitzt wird. Das bei der Trocknung entstehende Abgas wird
aus dem Trockenraum 1 über eine Abgasleitung 7 entfernt. Das Abgas besitzt eine vergleichsweise hohe Temperatur t.
und reisst bei der Trocknung anfallende Schadstoffe mit. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen die
Schadstoffe im wesentlichen aus grösseren Mengen an Holzstaub und aus Harzen und aus Terpenen. Im allgemeinen wird
es sich um natürliche Harze handeln, jedoch sind auch im geringerem Umfang künstliche Harze enthalten, da auch Abfallprodukte
wie Reste von Spanplatten oder dergleichen einer Wiederverwendung zugeführt und daher ebenfalls getrocknet
werden.
Zwar ist es möglich den Staub im Abgas mittels Nassabscheider oder dergleichen aus dem Abgas abzutrennen,
jedoch können die Harze und Terpene auf diese Weise nicht abgeschieden werden und gelangen über einen Kamin
in die Umgebung, weshalb offensichtlich die Umweltbelastung zumindest bei grösseren Trocknungsanlagen sehr stark ist,
zumal einzelne Harze und Terpene als toxische oder gesundheitsschädigendet
Stoffe angesehen werden müssen.
Das Abgas der Temperatur t1 in der Abgasleitung 7 wird
einem ersten indirekten Wärmetauscher 8 zugeführt, in dem das Abgas Wärme mit einem vergleichsweise kalten Fluid,
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insbesondere Frischluft tauscht, das dem Wärmetauscher 8
über eine Leitung 9 zugeführt wird. In dem ersten Wärmetauscher 8 wird das Abgas auf eine Temperatur t~ abgekühlt
die deutlich unter dem Kondensationspunkt der Harze und Terpene liegt. Die Harze und Terpene schlagen sich somit
beim Durchgang durch den ersten Wärmetauscher 8 in diesem
nieder, wobei der Staub an den sich niederschlagenden Harzen und Terpenen festjgebunden wird. Das den ersten Wärmetauscher
über eine Leitung 10 verlassende Abgas der Temperatur t? ist
somit praktisch schadstoffrei. Darüberhinaus wird die bei dem Wärmetausch im ersten Wärmetauscher 8 abgegebene Wärme dadurch
wieder verwendet, dass die erwärmte Frischluft über eine Leitung 11 dem Brenner zugeführt wird. Somit ist die
Energie für die Erzeugung der Heissluft und damit die Menge des über die Leitung 6 zuzuführenden Brennstoffs verringert.
Von weiterem Vorteil ist es, wenn auch das Wasser aus dem Abgas entfernt wird. Dazu ist ein zweiter Wärmetauscher 12
vorgesehen, dem das schadstoffreie Abgas in der Leitung 10 zugeführt wird, wobei wieder ein indirekter Wärmetausch
vorzugsweise ebenfalls mit Frischluft so erfolgt, dass das den zweiten Wärmetauscher 12 über eine Leitung 13 verlassende
Abgas deutlich unter den Taupunkt bzw. Sättigungspunkt von Wasser abgekühlt ist, wobei das ausgeschiedene Wasser aus dem
zweiten Wärmetauscher 12 entfernt wird. Auf diese Weise kann nicht nur die durch die Temperaturdifferenz erreichte Wärme,
sondern auch die Kondensationswärme rückgewonnen werden. Die Frischluft wird dem zweiten Wärmetauscher 12 über eine
Leitung 14 zugeführt und über eine Leitung 15 abgeführt,
wobei die Leitung 15 beim dargestellten Ausführungsbeispiel in der Leitung 11 mündet. Die rückgewonnene Wärme kann auch
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auf andere Weise verwendet werden. Beispielsweise kann sie durch Zuführen der vorerwärmten Frischluft über eine
Leitung 16 zu anderen Anlagen wie der Holz- und Spänevortrocknung verwendet werden. Statt Frischluft kann einem
oder beiden Wärmetauschern 8,12 auch ein anderes Fluid zugeführt werden, das in anderer Weise verwendbar ist.
Beispielsweise ist eine Erwärmung von Wasser für Heizzwecke oder für öffentliche Bäder oder dergleichen möglich.
Das gereinigte und wasserfreie Abgas in der Leitung 13 vom zweiten Wärmetauscher kann weiterverwendet werden, kann
aber auch an die Umgebung über einen Kamin oder dergleichen abgegeben werden. Zur Förderung des Abgases ist
ein Gebläse 17 vorgesehen.
Es hat sich nun gezeigt, dass insbesondere bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel, nämlich der Holzspänetrocknung/ der dem Abgas ausgesetzte Teil des ersten
Wärmetauschers 8 schnell zuwächst, da der Staubanteil im Abgas in der Leitung 7 erheblich ist und sich dieser
Staub an den zwangsweise kondensierten Harzen und Terpenen im ersten Wärmetauscher 8 bindet. Der erste Wärmetauscher ί
muss daher relativ häufig gereinigt werden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn daher dieser Teil des ersten Wärmetauschers 8 mit einer Abbrenneinrichtung
18 kombiniert ist, durch die der/gebundene und brennbare Staub verbrannt und die niedergeschlagenen Harze und
Terpene von der Wärmetauschfläche entfernt werden. Das
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Abbrennen erfolgt beispielsweise durch Entzünden eines über eine Leitung 19 zugeführten Brennstoffs wie Heizöl.
Die bei der Verbrennung des Brennstoffs und damit beim Abbrennen des Staubs und dem Entfernen der Harze und
Terpene erforderliche Energie wird in nicht unerheblichem Masse dadurch zurückgewonnen, dass dem ersten Wärmetauscher
weiterhin Frischluft zugeführt wird, die auch während des Abbrennens erwärmt wird.
Um ein Abbrennen jedesmal dann zu erreichen, wenn dies durch das Zuwachsen des Strömungsquerschnittes des ersten
Wärmetauschers 8 erforderlich ist, wird vorzugsweise eine Differenzdruckmessung durchgeführt. Dazu ist in der Leitung
ein erster Druckfühler 20 und in der Leitung 10 ein zweiter Druckfühler 21 vorgesehen, deren Ausgangssignale in einem
Summierglied 22 voneinander subtrahiert werden. Abhängig davon,ob der dadurch gebildete dem Differenzdruck entsprechende
Wert einen Schwellenwert überschreitet, wird die Zufuhr des Brennstoffs zur Abbrenneinrichtung 18 mittels
eines Ventils 23 ermöglicht, wobei ausserdem auch die Entzündung der Brennerflamme ausgelöst wird.
Der Abbrennbetrieb kann auf verschiedene Weise erfolgen;
a) Wenn sich das Abbrennen als notwendig erweist, wird mittels eines ( nicht dargestellten) Ventils in der
Abgasleitung 7 der Abgasstrom unterbrochen und die Wärmetausch .fläche des ersten Wärmetauschers 8 abgebrannt.
Nach dem Abbrennen wird die Abbrenneinrichtung ausser Betrieb gesetzt und das genannte Ventil
wieder geöffnet.
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b) Zumindest der mit dem Abgas versorgte Teil des ersten Wärmetauschers 8 besteht aus mehreren
Wärmetauscneinheiten, denen jeweils ein Teilstrom des Abgases zuführbar ist und die getrennt
betreibbar und getrennt abbrennbar sind. Der Betrieb der einzelnen Wärmetauschereinheiten erfolgt
wie bei a), wobei die Anzahl der Wärmetauschereinheiten von der jeweils für das Abbrennen
und das Zuwachsen der Wärmetauschereinheit erforderlichen Zeit abhängt. Durch das
zyklische Umschalten der Wärmetauschereinheiten derart, dass stets eine für die Reinigung des
Abgases erforderliche und geeignete Anzahl von Wärmetauschereinheiten zur Verfügung steht, ist
ein praktisch kontinuierlicher Betrieb der Trocknungsanlage möglich.
Je nach Art des verwendeten Wärmetauschers und nach der
Weise, in der das Abbrennen erfolgt, kann die Abbrenneinrichtung 18 als Koordinatenbrenner, als Brennerzeile
oder auch als fest installiertes Befeuerungssystem ausgebildet sein. Wesentlich ist lediglich, dass eine Beaufschlagung
desjenigen Teils des ersten Wärmetauschers mit schadstoffbeladenem Abgas nicht erfolgt, der gerade
abgebrannt wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Wärmetauschern gezeigt, die mittels Wärmerohren (beispielsweise
solchen der Firma Q-Dot , Dallas, USA) aufgebaut sind ( vergleiche hierzu Deutsche Patentanmeldung
P 29 20 577.4 ). Mit einem derartigen Wärmetauscher
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ist bei vergleichsweise geringer Baugrösse ein hoher Wirkungsgrad beim Wärmetausch erreichbar, wobei ein
derartiger Wärmetauscher hoch belastbar, d.h., für das Abbrennen mittels der Abbrenneinrichtung 18 geeignet
ist.
Bei dem geschildertenBeispiel der Holzspänetrocknung besteht eine nicht unwesentliche Explosionsgefahr.
Diese Explosionsgefahr ist zunächst dadurch einschränkbar,
dass die Abbrenneinrichtung explosionsgeschützt bzw. explosionssicher ausgebildet ist, wobei, wie dargestellt
vor der Abbrenneinrichtung eine Rückschlagklappe 24 oder dergleichen vorgesehen ist. Eine weitere
Verringerung der Explosionsgefahr ist dann erreichbar, wenn der Betrieb der Trocknungsanlage trotz des
intermittierend erfolgenden Abbrennens praktisch kontinuierlich erfolgt ( vergleiche Alternative b).
Ein Teil des schadstoffreien und entwässerten Abgases der Temperatur t-, in der Leitung 13 kann, wie das in
Strichpunktlinien dargestellt -ist, entweder dem Brenner
5 oder dem Trockenraum 1 als Inertgas, dessen Sauerstoff anteil sehr gering ist, zugeführt werden.
Schliesslich kann, wie das in Strichlinien dargestellt ist, insbesondere dann, wenn der Staubanteil sehr hoch
ist, vor der Temperaturerniedrigung, d.h., vor dem Auskondensieren der Harze und Terpene, das Abgas vom Trockenraum
einem Zyklonabscheider 25 zugeführt werden, durch den
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ein nicht unerheblicher Teil des Staubes im Abgas des Trockenraumsi abtrennbar ist. Dadurch kann die
Zykluszeit für das Abbrennen des ersten Wärmetauschers 8 verlängert werden.
Es sei erwähnt, dass bei Verwendung von Frischluft als Wärmetauschmedium die Austrittstemperaturen t„ und
t3 an den Wärmetauschern 8 bzw. 12 von der jeweiligen
Umgebungstemperatur abhängen, weshalb die Wärmetauscher 8, 12 bezüglich des ungünstigsten Falles ( hohe Umgebungstemperatur
bei niedriger Temperatur t., des Abgases) ausgelegt
werden müssen.
Für die folgende Abschätzung der durch die Erfindung
erreichten Einsparungen wird von einem Trockenraum 1 mit einem Abgasvolumen von etwa 65 000 Nm3/h bei
durchschnittlich t- = 1300C und einem Dampfgehalt von
77 g/kg trockener Abgase ausgegangen. Der Temperaturwert t1 des Abgases liegt im allgemeinen zwischen
120 und 140°C. T. :.r Abscheidung der Harze und Terpene wird das Abgas im ersten Wärmetauscher auf eine
Temperatur t~ zwischen etwa 73 und 850C^Xm Durchschnitt
auf 800C7 abgekühlt. Zur Wasserabscheidung wird das
schadstoffreie Abgas im zweiten Wärmetauscher 12 auf
unter 48°C ( Taupunkt von Wasser bei diesen Bedingungen) und zwar durchschnittlich auf etwa 400C abgekühlt. Bei
einer über den Jahresdurchschnitt gesehen durchschnittlichen Temperatur der zugeführten Frischluft von 80C
werden den beiden Wärmetauschern jeweils etwa 32 500 Nm3/h
Frischluft zugeführt, die den ersten und zweiten Wärme-
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tauscher mit einer Temperatur von etwa 120 bzw. 700C
verlassen.
Bei einer herkömmlichen Trocknungsanlage ohne Wärmetauscher und Wärmerückgewinnung war für den Betrieb
eine Brennstoffmenge von etwa 8 50 kg/h Heizöl erforderlich.
Durch die Erfindung ergibt sich eine Einsparung demgegenüber von etwa 310 bis 320 kg/h, d.h.,
also eine Einsparung von über einem Drittel. Die bei einer Betriebsstundenzahl von etwa 6 000 h/a erreichbare
Einsparung zeigt, dass eine erfindungsgemäss ausgebildete
Trocknungsanlage sich in relativ kurzer Zeit amortisiert hat. Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt,
dass eine Energierückgewinnung aus dem Abgasstrom bisher an dem hohen Staubgehalt ( mindestens 300 mg/Nm3)
sowie dem hohen Anteil gasförmiger Harze bzw. Terpene scheiterte.
Schliesslich ist noch darauf hinzuweisen, dass bestehende Trocknungsanlagen ohne grössere Probleme
mit einer erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtung ausgerüstet werden können, insbesondere dann, wenn die
erwähnten vergleichsweise kleine Baugrössen aufweisenden Wärmerohr-Wärmetauscher verwendet werden.
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Claims (23)
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Claims (23)
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1. Verfahren zur Abtrennung zugeführter brennbarer
und/oder kondensierbarer bzw. niederschlagbarer Schadstoffe aus Abgasen von Trocknungsanlagen,
insbesondere bei der Holzspänetrocknung, dadurch gekennzeichnet,
dass das Abgas abgekühlt wird, bis die flüchtigen Schadstoffe zwangsweise kondensieren und sich unter
Bindung von Staub oder dergleichen im Abgas niederschlagen.
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BANKEN: VEREINIGTE SPARKASSEN WEILHEIM (BLZ 7035IO3O) 3848 - POSTSCHECK MÜNCHEN (BLZ 70010080) 24976S-800
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,
dass die niedergeschlagenen brennbaren Schadstoffe durch intermittierendes Abbrennen beseitigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abbrennen der Abgasstrom unterbrochen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom zum Abkühlen in mehrere Teilströme
aufgeteilt wird, die zyklisch tauschend zum Abbrennen unterbrochen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das durch Zwangskondensation gereinigte Abgas weiter unter den Taupunkt von Wasser abgekühlt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abkühlung mittels Wärmetausch erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetausch mit einem anschliessend dem
Trocknungsprozess zugeführten Frischluftstrom erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil des gereinigten Abgases als Inert gas dem Trocknungsprozess zugeführt wird.
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9. Verfahren nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche
5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass das Abbrennen bei Überschreiten eines Schwellenwertes des Differenzdrucks zwischen dem schadstoffhaltigen
und dem schadstoffreien Abgas ausgelöst wird.
10. Vorrichtung zur Abtrennung zugeführter brennbarer und/
oder kondensierbarer bzw. niederschlagbarer Schadstoffe aus Abgasen von Trocknungsanlagen, insbesondere bei der
HolzSpänetrocknung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer
durch Heissgas von einer Brennkammer versorgten Trockenkammer, die vom zu trocknenden Gut durchsetzbar
ist und aus der das schadstoffbeladene Abgas abführbar
ist,
gekennzeichnet durch einen ersten Wärmetauscher (8), der das Abgas von der Trockenkammer (1) auf eine
Temperatur (t„) abkühlt, bei der Schadstoffe unter Binden von Staub im Abgas zwangsweise niederschlagen
bzw. auskondensieren.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das vom ersten Wärmetauscher (8) erwärmte Fluid
der Trockenkammer (1) bzw. dem Brenner (5) zuführbar
ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet
durch einen zweiten Wärmetauscher (12), der das vom ersten Wärmetauscher (8) austretende schadstoffreie
Abgas unter den Taupunkt von Wasser abkühlt.
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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass das vom zweiten Wärmetauscher (12) erwärmte Fluid der Trockenkammer (1) bzw. dem Brenner (5) zuführbar
ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet
durch Wärmerohr-Wärmetauscher.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung dem ersten Wärmetauscher (8) eine "Abbrenneinrichtung (18)
zugeordnet ist, durch die die niedergeschlagenen bzw. gebundenen brennbaren Schadstoffe abbrennbar sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Wärmetauscher (8) so ausgebildet ist, dass das kontinuierlich zugeführte Abgas zyklisch
stets nur einem Teil der Wärmetauscherfläche zuführbar
ist, und der andere Teil während_dessen abbrennbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet
durch einen Koordinaten-Brenner, der zyklisch relativ zur Wärmetauscherfläche des ersten Wärmetauschers (8)
bewegbar ist.
18. Vorrichtung«nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet
durch eine Brennerleiste, die zyklisch relativ zur Wärmetauscherfläche des ersten Wärmetauschers (8)
bewegbar ist.
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19. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet
durch eine ortsfeste Brennereinrichtung, deren einzelne Brenner zyklisch betreibbar sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine ortsfeste Brennereinrichtung, die
intermittierend bei abgetrenntem Abgasstrom von der Trockenkammer (1) betreibbar ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbrennen des
ersten Wärmetauschers (8) bzw. eines entsprechenden Teils davon auslösbar ist, wenn der Differenzdruck
(Δρ·) zwischen dem schadstoffbeladenen Abgas vor
und dem schadstoffreien Abgas nach dem ersten Wärmetauscher (8) einen Schwellenwert (Δρ ) überschreitet.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbrennen des
ersten Wärmetauschers (8) bzw. des entsprechenden Teils davon auslösbar ist, wenn der Druck des
schadstoffreien Abgases nach dem ersten Wärmetauscher (8) einen Schwellenwert überschreitet.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber, der das
Abbrennen des ersten Wärmetauschers (8) bzw. eines entsprechenden Teils davon zu vorgegebenen
Zeitpunkten oder nach vorgegebenen Zeitintervallen auslöst.
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