DE3022384A1

DE3022384A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung gasfoermiger verbrennungsprodukte

Info

Publication number: DE3022384A1
Application number: DE19803022384
Authority: DE
Inventors: Tapio Ritvanen
Original assignee: Wartsila Oy AB
Current assignee: Ritvanen Tapio Sommersola Fi
Priority date: 1979-06-15
Filing date: 1980-06-14
Publication date: 1981-01-22
Also published as: FI791914A; GB2055056B; FI66124C; SE443725B; GB2055056A; CA1156437A; FI66124B; US4323371A; SE8004396L

Description

Oy Wärtsilä Ab WA 20

SF-00101 Helsinki.10 12. Juni 1980

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung gasförmiger Verbrennungsprodukte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung gasförmiger Verbrennungsprodukte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind verschiedene Verfahren zur Behandlung der Verbrennungsprodukte von Motoren, Brennern usw. bekannt, um Stickstoff- und Schwefelverbindungen, die für die Umgebung schädlich sind und die Umgebung verschmutzen, insbesondere Schwefeldioxid und Rauchgase in ausreichendem Maße zu entfernen, bevor die Verbrennungsprodukte in die Atmosphäre abgegeben werden. Den bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß aus diesen Verbindungen Säure gebildet wird, die mittels eines Konzentrierungsprozesses gewonnen wird. Das Ergebnis ist jedoch, daß das Verfahren ziemlich kompliziert wird und die Qualitätsanforderungen an die Materialien in der Vorrichtung zur Behandlung der Verbrennungsprodukte hoch sind, wodurch sich die Kosten der Vorrichtung und des Verfahrens beträchtlich vergrößern.

Der Erfindung liegt die Aufganbe zugrunde, ein technisch unkompliziert durchzuführendes und zu steuerndes Verfahren zur Behandlung gasförmiger Verbrennungsprodukte zu schaffen, das keine hohen Anforderungen an die einzusetzende Vorrichtung stellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Ver-.25 fahren zur Behandlung gasförmiger Verbrennungsprodukte gelöst, wie es durch den Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen be-

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schrieben.

Mittels des erfindungsgeraäßen Verfahrens werden Verunreinigungen in den Verbrennungsprodukten, die schädlich für die Umgebung sind, auf einfache und wirtschaftliche Weise entfernt und in eine solche Form gebracht, daß sie leicht, z.B. durch eine übliche Abwasserleitung beseitigt werden können.

Eine in das Reinigungswasser zu mischende Base wird vorzugsweise in einem getrennten Mischbehälter eingemischt, in den ebenfalls das gereinigte Wasser vor erneuter Behandlung eingeleitet wird. Die Steuerung der Zufuhr der Base kann vorteilhaft auf der Basis des pH-Wertes erfolgen, der nach Reinigung der Verbrennungsprodukte vorteilhaft aus einem Ablagerungstank zur Wiedergewinnung benutzten Reinigungswassers gemessen wird. Auf diese Weise kann die Zusammensetzung des Reinigungswassers regelmäßig so gehalten werden, daß die pH-Werte der zu entfernenden Verunreinigungsstoffe z.B. beim Einleiten in eine Abwasserleitung nicht von den zugelassenen Werten oder anderen vorteilhaft gewählten Werten abweichen.

Der zürn Wiedergewinnen benutzten Reinigungswassers verwendete Ablagerungstank kann direkt unter der Reinigungseinheit und dem Wärmetauscher so angeordnet werden, daß der Stand des in dem Tank gesammelten Reinigungswassers höher reicht als der Boden des Wärmetauschers, wodurch am Boden des Wärmetauschers eine dichte Flüssigkeitsabdichtung nach dem sogenannten Geruchsverschlußprinzip geschaffen wird. Mit dieser Anordnung ergibt sich ein einfacher und wirkungsvoller Aufbau für die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung.

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zur Behandlung der Verbrennungsprodukte kann noch verbessert werden, wenn die Verbrennungsprodukte durch einen zweiten Wärmetauscher

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geleitet werden, um weiterhin Wärmeenergie zurückzugewinnen. Das hierbei erzeugte Kondenswasser kann -wieder in den Ablagerungstank zur erneuten Benutzung in dem Verfahren zur Behan-dlung der Verbrennungsprodukte geleitet werden. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Behandlung gasförmiger Verbrennungsprodukte aus einer ein Öl, Gas oder einen entsprechenden Treibstoff verwendenden Verbrennungseinheit zu schaffen, welche Vorrichtung eine Reinigungseinheit für die Verbrennungsprodukte und einen Mischbehälter zum Hinzugeben einer Base zu dem Reinigungswasser aufweist. Die Reinigungseinheit ist mit Einsprühdüsen für das aus dem Mischbehälter kommende Reinigungswasser versehen, welche Düsen das Reinigungswasser in Form eines feinverteilten Nebels in Berührung mit den Verbrennungsprodukten bringen. Die Vorrichtung weist weiterhin einen Wärmetauscher zum Vorheizen der Verbrennungsluft der Verbrennungseinheit mittels der Verbrennungsprodukte.,auf, soweie einen unterhalb dem Wärmetauscher angeordneten Ablagerungstank zum Sammeln des Reinigungswassers und des im Wärmetauscher gebildeten Kondenswassers und zum hieraus Absondern von festen Verunreinigungsstoffen durch Ablagerung, welches Wasser nach diesen Vorgängen zur Wiederbenutzung zum Mischbehälter zurückgeführt ist. Auf diese Weise ist im Hinblick auf die Behandlung der Verbrennungsprodukte eine unkomplizierte und wirkungsvolle Konstruktion geschaffen, die auch vom energetischen Standpunkt wirtschaftlich ist.

Der Ablagerungstank kann vorteilhaft mit Einrichtungen zur Bestimmung des pH-Wertes des benutzten Reinigungswassers und zum Ableiten der abgelagerten festen Verunreinigungsstoffe in Intervallen aus dem Ablagerungstank versehen sein. Somit kann die Zusammensetzung der abzuführenden Stoffe vor der Abgabe überprüft werden.

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Der Mischbehälter kann seinerseits mit Einrichtungen zum Zuführen einer Base sowie von zusätzlichem in dem Verfahren benötigten Wasser versehen sein. Das Zuführen der Base kann durch die Einrichtung zur Bestimmung des pH-Wertes des Reinigungswassers in dem Ablagerungstank gesteuert werden.

Die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung kann durch Zuordnung eines zweiten Wärmetauschers verbessert werden, mittels dem Wärmeenergie aus den gereinigten Verbrennungsprodukten zurückgewonnen wird. Das durch diesen Vorgang erzeugte Kondenswaser kann zwecks Wiederbenutzung in dem Verfahren zur Behandlung der Verbrennungsprodukte in den Ablagerungstank geleitet werden. Der Ablagerungstank kann unterhalb dem Wärmetauscher der Reinigungseinheit so angeordnet werden, daß der Stand des in dem Tank aufgenommenen Reinigungswassers über der Bodenkante des Wärmetauschers liegt, um dadurch am Boden des Wärmetauschers eine dichte Flüssigkeitsabdichtung zu schaffen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine Prinzipseitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung von Fig. 2; und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der in dem Wärmetauscher benutzten Wärmetauscherplatten.

In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Verbrennungseinheit, z.B. einen Verbrennungsmotor oder eine ähnliche Einheit, die Verbrennungsprodukte erzeugt, die insbesondere Schwefelverbindungen und Rauchgase enthalten. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Reinigungseinheit, 3 einen Ablagerungstank, in dem benutztes Reinigungswasser gesammelt

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wird, und 4 einen Mischbehälter, in dem dem Reinigungswasser eine Base zugegeben wird, bevor es mittels einer Pumpe 41 und Düsen 38 in die Reinigungseinheit 2 gesprüht wird.

Die Reinigungseinheit 2 ist in eine Reinigungskammer 5 und in einen Tropfenabscheider 6 unterteilt, während ein Wärmetauscher 39 diese zwei Räume miteinander verbindet. Mittels der Platten 39 a und 39 b (Fig. 4) des Wärmetauschers werden die Verbrennungsprodukte in der einen Richtung und Kühlungsluft in der anderen Richtung geführt, welche Luft auch als Verbrennungsluft in der Verbrennungseinheit benutzt wird. Die Platten 39 a und 39 b haben etwas unterschiedliche Form und sie sind in dem Wärmetauscher abwechselnd angeordnet, so daß die Verbrenn-ungsprodukte und die Kühlungsluft auf unterschiedlichen Seiten jeder Platte vorbeistreichen. Direkt unterhalb dem Wärmetauscher 39 ist der Ablagerungstank 3 angeordnet, der mit einer Steuereinheit 31 einschließlich einer Einrichtung zur Messung des pH-Wertes und mit einer Auslaßleitung 14 mit einem durch eine Steuereinheit 33 betätigten Schließventil 34 versehen ist.

Der Mischbehälter 4 ist mit einer Dosiereinheit 35 zum Einführen einer Base wie z.B. Kalk oder vorzugsweise Kalziumhydroxid verbunden, und weiterhin schließt an ihn eine mit einem Schließventil 36 versehene Leitung 16 zum Einleiten zusätzlichen Wassers an. Der Mischbehälter ist auch mit einem das Ventil 36 steuernden Flüssigkeitsstandsensor 40 ausgerüstet.

Die Pfeile 11 zeigen "den Strömungsweg der Verbrennungsprodukte, die Pfeile 12 den Strömungsweg der KÜhlungsluft der Reinigungseinheit, d.h. auch den Strömunjsweg der Verbrennungsluft der Verbrennungseinheit 1, die Pfeile 13 zeigen den Weg des Reinigungswassers, die Pfeile 19 den Weg des Kondenswassers und die Pfeile 15 die Zuführung der Base.

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Die Behandlung der Verbrennungsprodukte der Verbrennungseinheit 1 erfolgt in der folgenden Weise. Die Verbrennungsprodukte werden zur Reinigungskammer 5 der Reinigungseinheit 2 geleitet, wo durch Düsen 38, vorzugsweise ■5 · in Form eines so fein wie möglich verteilten Nebels alkalisches Reinigungswasser mit ihnen vermischt wird. Danach werden das Reinigungswasser und die Verbrennungsprodukte zwischen die Platten 39 a und 39 b des Wärmetauschers geleitet, wodurch an den Oberflächen der Platten Wasser kondensiert un-d die Verbrennungsprodukte gekühlt werden. Gleichzeitig wird die durch den Wärmetauscher 39 geleitete und als Kühlmittel wirkende Verbrennungsluft der Verbrennungseinheit 1 vorerhitzt, was Energie einspart.

Das den Wärmetauscher 39 durchquerende Reinigungswasser und das an den Platten 39 a und 39 b kondensierte Wasser werden im Ablagerungstank 3 gesammelt, der unterhalb des Wärmetauschers 39 so angeordnet ist, daß"sein Wasserstand über der Bodenkante der Platten 39 a und 39 b liegt und das Wasser somit am Boden des Wärmetauschers eine Flüssigkeitsabdichtung schafft. Wenn das Reinigungswasser eine genügende Menge einer Base enthält, wird es die Schwefelsäure, die durch die in den Verbrennungsgasen enthaltenen Schwefelverbindungen gebildet wird, unter Bildung .von.Salzen neutralisieren, die sich zusammen mit anderen Feststoffen am Boden des Ablagerungstanks 3 ablagern, von wo sie in geeigneten Zeitabständen durch die Auslaßleitang 14 abgeführt werden können.

Mittels einer pH-Wert-Messeinrichtung wird geprüft, daß die abzuführenden Stoffe neutral oder leicht alkalisch sind, d.h., daß sie einen geeigneten pH-Wert haben, so daß sie z.B. in das Abwassernetz eingeleitet werden können.

Das in dem Ablagerungstank 3 gesammelte überschüssige Wasser wird zum Reinigungswasser-Mischbehälter 4 geführt, in

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dem das Reinigungswasser rait einer geeigneten Menge einer Base vermischt wird, bevor es in der Rei'nigungseinheit 2 wiederbenutzt wird. Das Dosieren der in den Mischbehälter einzuleitenden Base wird durch die Steuereinheit 31 so gesteuert, daß der pH-Wert der abzuführenden Stoffe zwischen vorgegebenen Grenzwerten gehalten wird. Mit anderen Worten muß genügend Base zur Neutralisierung der beim Reinigen der Verbrennungsgase gebildeten Säuren vorhanden sein. Damit sich die durch die Neutralisierung der Säuren gebildeten Salze ablagern, sollte der im Ablagerungstank gemessene pH-Wert bei 7-10, vorzugsweise bei 8-9 liegen. Es sollte eine solche Base eingesetzt werden, die leicht ablagerbare Salze bildet, z.B. Kalziumhydroxid,wie zuvor erwähnt.Um zu verhindern, daß das gebildete Salz kristallisiert und feste Brocken im Ablagerungstank bildet, können auch geringe Mengen anderer Basen in das Reinigungswasser eingemischt werden, wie z.B. Natriumhydroxid, um eine geeignete Salzbildung im Ablagerungstank zu erhalten. In dem Fall, daß die aus dem Ablagerungstank zu entfernenden Stoffe nicht die Anforderungen bezüglich pH-Wertes erfüllen, wird das Öffnen des Schließventils 34 der Ableitung 14 durch die Steuereinheit 31 in Abhängigkeit von der pH-Wertmessung so gesteuert, daß in einem solchen Fall das Ventil nicht öffnet.

Die gereinigten Verbrennungsprodukte, die den Wärmetauscher 39 durchströmt haben, werden zum Tropfenabscheider 6 geleitet, wo ihre Strömungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird, wodurch ein Teil der in Form von Tropfen mit den Verbrennungsprodukten mitgeführten Feuchtigkeit in der Reinigungseinheit verbleibt und von dort zum Ablagerungstank geleitet wird. Danach können die gereinigten Verbrennungsprodukte zur weiteren Kühlung und zur weiteren Rückgewinnung von Kondenswasser durch einen zweiten Wärmetauscher 32 geleitet werden. Die dabei

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zurückgewönne Wärmeenergie kann entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen in verschiedener Weise verwendet werden, z.B. zum Trocknen, zum Vorheizen der Einlaßluft eines Air-conditioning-Systems usw.. Ebenso kann ein Teil der Wärmeenergie des in dem Mischbehälter 4 gesammelten Reinigung swassers genutzt werden, z.B. in einer Einheit 18 zum Vorheizen von Gebrauchswasser. Mit Hilfe all dieser Maßnahmen ist es möglich, den gesamten thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungssystems beträchtlich zu verbessern. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Abwandlungen sind innerhalb des Rahmens der Ansprüche möglich.

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Claims

Patentansprüche:

Verfahren zur Behandlung gasförmiger Verbrennungsprodukte vor deren Abgabe in die Atmosphäre, insbesondere von Verbrennungsprodukten, die Schwefeldioxid und Rauchgase enthalten, gemäß welchem Verfahren die Verbrennungsprodukte in einer Reinigungseinheit mit Reinigungswasser in Berührung gebracht werden, dem eine Base wie vorzugsweise Kalziumhydroxid zwecks Neutralisierung der in der Reinigungseinheit gebildeten Sauren hinzugegeben worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungswasser in diese gasförmigen Verbrennungsprodukte, "vorzugsweise in Form eines feinverteilten Nebels, gesprüht wird, daß die Verbrennungsprodukte nach dem Reinigungsvorgang durch einen Wärmetauscher geleitet werden, um'sie zu kühlen und Kondenswasser zu erzeugen, daß das benutzte Reinigungswasser und das Kondenswasser in einem Ablagerungstank gesammelt werden, an dessen Boden feste Verunreinigungsstoffe zum Abführen in geeigneten ZeitabstMnden niedergeschlagen werden, daß das überschüssige gereinigte Wasser in an sich bekannter Weise aus dem Ablagerungstank zum Zurückführen in die Reinigungseinheit

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ORIGINAL INSPECTED

abgeleitet wird, und daß die Menge der in das Reinigungswasser gemischten Base zum Umsetzen der in der Reinigungseinheit gebildeten Säuren in Ablagerungssalze so gewählt wird, daß der pH-Wert der Flüssigkeit in dem Ablagerungstank bei 7-10, vorzugsweise bei 8-9 liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Base in einem getrennten Mischbe— hSlter in das Reinigungswasser gemischt wird, in welchen Mischbehälter auch das gereinigte Wasser vor seiner Wiederbenutzung geleitet wird, und daß die Menge der in den Mischbehälter geleiteten Base nach dem im Ablagerungstank gemessenen pH-Wert gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der AbIagerungstank direkt unter der Reinigungseinheit und dem Wärmetauscher angeordnet wird, wobei der Stand des in dem Tank gesammelten Reinigungswassers höher gehalten wird als der Boden des Wärmetauschers, um dadurch am Boden des Wärmetauschers eine Flüssigkeitsabdichtung zu bilden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte durch einen zweiten Wärmetauscher geleitet werden, um weiterhin Wärmeenergie zurückzugewinnen, und daß das in dem zweiten Wärmetauscher erzeugte Kondenswasser zur erneuten Benutzung in dem Verfahren zur Behandlung der Verbrennungsprodukte in den Ablagerungstank geleitet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Behandlung gasförmiger Verbrennungsprodukte aus einer Verbrennungseinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Reinigungseinheit und einem Mischbehälter zum Hinzugeben einer Base zu dem Reinigungswasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungseinheit (2) mit

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Einsprühdiisen (38) für das aus dem Mischbehälter (4) kommende Reinigungswasser versehen ist, welche Düsen (38) das Reinigungswasser in Form eines feinverteilten Nebels in Berührung mit den Verbrannungsprodukten bringen, daß ein Wärmetauscher (39) zum Vorheizen der Verbrennungsluft der Verbrennungseinheit (1) mittels der Verbrennungsprodukte vorgesehen ist, daß unterhalb des Wärmetauschers (39) ein Ablagerungstank (3) zum Sammeln des Reinigungswassers und des im Wärmetauscher (39) gebildeten Kondenswasser und zum hieraus Absondern von festen Verunreinigungsstoffen durch Ablagerung angeordnet ist, und daß dieses Wasser nach diesen Vorgängen zur Wiederbenutzung zum Mischbehälter (4) zurückgeführt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e kennzeichnet, daß der Ablagerungstank (3) mit Einrichtungen (31,34) zur Bestimmung des pH-Wertes des benutzten Reinigungswassers und zum Ableiten der abgelagerten festen Verunreinigungsstoffe in Intervallen aus dem Ablagerungstank (3) versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter (4) mit Einrichtungen (35, 36) zum Zuführen einer Base sowie von zusätzlichem in dem Verfahren benötigten Wasser versehen ist, und daß das Zuführen der Base durch die Einrichtung (31) zur Bestimmung des pH-Wertes des Reinigungswassers in dem Ablagerungstank (3) gesteuert ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Wärmetauscher (32) vorgesehen ist, mittels dem Wärmeenergie aus den gereinigten Verbrennungsprodukten zurückgewonnen wird, und daß durch diesen Vorgang erzeugtes Kondenswasser zum Ablagerungstank (3) zwecks Wiederbenutzung in dem Verfahren

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geleitet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablagerungstank (3) unterhalb dem Wärmetauscher (39) der Reinigungseinheit (2) so angeordnet ist, daß der Stand des in dem Tank (3) aufgenommenen Reinigungswassers über der Bodenkante des Wärmetauschers (39) liegt, um am Boden des Wärmetauschers eine Flüssigkeitsabdichtung zu schaffen.

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