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Luftgekühlter Kondensator zur Ausscheidung von
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Schadstoffen im Rauchgas Gegenstand der Erfindung ist ein luftgekühlter
Kondensator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Es sind derartig luftgekühlte
Kondensatoren bekannt, die allerdings lediglich eine geringe Kondensatabscheide-Leistung
aufweisen.
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Darüberhinaus ist die Ausscheidung von Schadstoffen im Rauchgas relativ
gering. Bei Rauchgasen aus Verbrennungsprozessen ist vor allem ein hoher SO2-Gehalt
zu beseitigen, was mit den herkömmlichen, luftgekühlten Kondensatoren nur schwierig
gelingt. Solche luftgekühlten Kondensatoren werden für Wärmerückgewinnungsanlagen
eingesetzt; eine andere Bezeichnung ist hierfür auch "Kondensations-Luftwäscher".
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Aufgabe des Kondensations-Luftwäschers ist es, mittels eines Wärmetauschers
feuchte, verunreinigte Gase unter den Taupunkt abzukühlen und eine intensive Kondensatausscheidung
zu erwirken. Dadurch wird erreicht, daß a) mit der Kondensatbildung ein erheblicher
Teil an Schadstoffen auskondensiert wird, und b) durch einen intensiven Kontakt
zwischen Kondensat und Gas ein zusätzlicher Reinigungseffekt durch Auswaschung der
Verunreinigungen aus dem Gas auftritt.
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Das Gerät besteht grundsätzlich aus einem Wärmetauscher, z.B. aus
Rohrbündeln, wo auf der einen Seite die feuchten, verunreinigten Gase und auf der
anderen Seite das Kühlmedium, vorzugsweise Außenluft, durchgeführt wird. Das Gas
tritt unten in den Wärmetauscher ein und kühlt sich an den Tauschflächen ab. Das
dabei entstehende Kondensat fliesst im Gegenstrom zum Gas und bewirkt infolge der
reichlich
bemessenen Oberfläche eine Auswaschung der. Gase.' In einer Kondensatwanne wird
die Flüssigkeit gesammelt, eventuell nachbehandelt und dem Ablauf zugeführt.
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Sollte der Kondensatanfall durch reines Kondensieren ungendgend sein-
so besteht die Möglichkeit, mittels einer Umwälzpumpe aus der Wanne Kondensat an
geeigneter Stelle, z.B. gasseitig am Eintritt oder aber auch am Austritt des Wärmetauschers
in das Gas einzusprühen.
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Die Sekundärluft, welche in einer beliebigen Strömungsart zum Gasstrom
geführt werden kann und mengenmässig ein Mehrfaches der Gasmenge darstellt, erwärmt
sich beim Durchströmen des Wärmetauschers und soll sich anschließend intensiv mit
dem gereinigten Gas vermischen. Dadurch wird erreicht, daß ein trockenes Luft-Gas-Gemisch
an die Atmosphäre abgegeben wird. Die Bemessung der Sekundärluftmenge wird einerseits
beeinflusst durch die angestrebte Kondensatbildung und andererseits durch das Bestreben,
daß sich sämtliche am Systm beteiligten Gas-Luft-Vermischungen außerhalb des Nebelgebietes
abspielen.
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Bei der Gerätedimensionierung wird auf eine möglichst große Höhe geachtet,
um dadurch die Notwendigkeit eines nachgeschalteten Kamins zu eliminieren.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird eine wesentliche Verbesserung
also dadurch erreicht, daß ein Rauchgas-Wascher mit einem anschließenden Schwadentrockner
in ein und demselben Gerät verwirklicht wird.
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Es handelt sich hierbei um einen Rohrbündel-Wärmetauscher mit stehenden
(Polypropylen=)PP-Rohren, das Rauchgas wird in den Rohren von unten nach oben geführt,
Sekundärluft (Kühlluft) wird um die Rohre ebenfalls von unten nach oben im Gleichstrom
geleitet, um die Voraussetzungen für
eine intensive Vermischung
von Rauchgas und Sekundärluft in der Mischzone zu schaffen. Infolge des sehr großen
spezifischen Wärmeinhaltes der Rauchgase spielt es zudem praktisch keine Rolle,
ob die Ströme im Glcich-, Kreuz-oder Gegenstrom zueinander geführt werden.
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Die Gaseintrittskammer mit der Kondensatwanne ist ebenfalls aus PP
und die Rohre sind im Rohrboden verschweisst.
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Die Sekundärluft-Gebläse sowie das Gehäuse kommen nur mit Außenluft
in Berührung, so daß dafür preisgUnstige Materialien eingesetzt werden können, z.B.
Zinkblech oder Kunststoff.
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Technische Daten Rauchgasmenge 1 000 kg/h Rohrbündel L/B/H 0,5 / 0,5
/ 5,0 m Anzahl Rohre 400 Rohrabmessung ~ /L 16 x 1 mm / 5,0 m lang-Tauschfläche
94 m2 Rauchgas-Druckverlust 12 mm WS Sekundärluftmenge 4 000 kg/h Sekundär-Druckverlust
16 mm WS Sekundär-Kraftbedarf 0,4 kW Voraussetzung für eine optimale Kondensationsleistung
ist ein praktisch gesättigter Rauchgas-Eintrittszustand, d.h. die vorgeschaltete
Wärmerückgewinnung muß die Rauchgase so nahe wie möglich an den Taupunkt heranbringen.
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Ist dies nur unvollständig möglich, so findet im Kondensations-Luftwäscher
ein komplizierter Vorqanq von Kondensation und Nachbefeuchtung statt, der die Gesamtleistung
reduziert und eine effektive Taupunkt-Berechnung im voraus nicht zulässt.
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Unter der Annahme, daß anstelle der Rauchgase, wo für Berechnungen
Werte für Wärmeinhalte, Taupunktzustände,
Kondensationswärme usw.
fehlen, gesättigte Luft dem Kondensations-Luftwäscher zugeführt wird, sind mit dem
Gerät folgende Leistungen erreichbar (im Jahresmittel bei 100C Außentemperatur)
-Taupunkttemperatur 500C 400C Wärmeinhalt Gaseintritt 65,3 kcal/kg 39,5 kcal/kg
Wassergehalt Gaseintritt 86,2 g/kg 48,8 g/kg Wärmeinhalt Sekundärlufteintritt 5,6
kcal/kg 5,6 kcal/kg Wärmeinhalt S#'kundJ1rlutL-austritt 12,3 kcal/kg 9,9 kcal/kg
Wärmetauscher-Leistung 26 800 kcal/h 17 200kcal/h Temperatur Gasaustritt 39,40C
28,80C Wärmeinhalt Gasaustritt 38,4 kcal/kg 22,3 kcal/kg Wassergehalt Gasaustritt
47,2 g/kg 25,3 g/kg Wasserausscheidung Gas 39 l/h 23 l/h Bei bekannten Anlagen wurde
bei vergleichbaren Abmessungen und vergleichbaren physikalischen Verhältnissen lediglich
teine Kondens#tabschc'jdeleistunq von maximal 5,9 l/h erreicht. Mlt dem System nach
der Erfindung werden also hervorragende Abscheidegrade nur durch Kondensation erreicht.
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In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es zur zusätzlichen
Reinigung der Rauchgase und zur zusätzlichen Abscheidung von Schadstoffen aus den
Rauchgasen nach dem Gegenstand des Anspruches 8 vorgesehen, daß in der Gaseintrittskammer
ein Düsenstock mit darin befestigten Düsen angeordnet ist, der von einer Umwälzpumpe
beaufschlagt ist, die gereinigtes Kondensat über den Düsenstock in der Gaseintrittskammer
zu einem Aerosolnebel versprüht.
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Der am Stutzen in die Gaseintrittskammer eintretende Rauchgasstrom
muß durch diesen Aerosolnebel hindurchtreten, so daß sich die Schadstoffe an den
Aerosoltröpfchen anlagern und in Lösung übergehen. Ein Teil des Aerosolnebels wird
mit den Rauchgasen in die Rohre des Rohrbündels mitgerissen, wo er kondensiert und
unter Aufnahme der Schadstoffe nach unten in die Kondensatwanne tropft.
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Es wird hierbei nach dem Gegenstand des Anspruches9 bevorzugt, wenn
der Umwälzpumpe eine Neutralisationsanlage vorgeschaltet ist, die insbesondere bei
stark saurem Kondensat erforderlich ist, wenn es also gilt, S02 Schadstoffe aus
dem Rauchgas zu entfernen. Bei anderen Rauchgaszusammensetzungen ist eine solche
Neutralisationsanlage nicht erforderlich.
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich
beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik
neu sind.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich einen Ausführungsweg
darstellenden Zeichnung näher erläutert.
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Hierbei gehen aus der Zeichnung und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Die Zeichnung zeigt schematisiert einen luftgekühlten Kondensator
nach der Erfindung.
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In einem - vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten - Gehäuse aus einem
kostengünstigen Material, z.B. Zinkblech, sind
am unteren Ende des
Gehäuses zwei seitliche Stutzen 4,5 angeordnet, in denen jeweils Radial-Ventilatoren
6,7 angeordnet sind. Die Ventilatoren 6,7 saugen Frischluft in den Pfeilrichtungen
8,9 an und leiten diese verdichtet zwischen die Rohre 3 eines Rohrbündels 2, das
zentrisch und axial im Gehäuse 1 angeordnet ist. Der untere Teil der Rohre 3 ist
in einem Rohrboden 10 innerhalb des Gehäuses 1 befestigt. Im Falle, daß die Rohre
aus PP bestehen, wird es bevorzugt, wenn der Rohrboden ebenfalls aus PP-Kunststoffmaterial
ausgebildet ist, weil die Rohre 3 dann in den Rohrboden 10 eingeschweisst werden
können.
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Bei höheren Gaseintrittstemperaturen können die Rohre auch durch Metallrohre
oder Glasrohre ersetzt werden; im Falle der Verwendung von Glasrohren würden diese
dann mit entsprechenden dauerelastischen Silikondichtungen im Rohrboden 10 eingepasst
und abgedichtet sein. Die untere Stirnseite 11 der Rohre 3 mündet in eine Gaseintrittskammer
3O , an der ein Stutzen 14 für den Gaseintritt 15 des Rauchgases ansetzt. Die Unterseite
der Gaseintrittskammer ist durch eine Kondensatwanne 12 gebildet, über deren Boden
erhöht der Kondensatablauf 13 ansetzt.
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Die über den Stutzen 14 eintretenden Rauchgase werden in Pfeilrichtung
16 in der Gaseintrittskammer umgelenkt und treten in die Stirnseiten 11 der Rohre
3 ein.
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Sie erfahren mit dem Durchströmen der Rohre 3 nach oben hin eine zunehmende
Abkühlung durch die über die Stutzen 4,5 eingeblasene Frischluft von den Ventilatoren
6,7, so daß es zu einer Kondensation der Rauchga#se in den Rohren 3 kommt. Das Kondensat
fliesst entgegen der Luftströmungsrichtung der Rauchgase nach unten in die Kondensatwanne
12 und wird entfernt.
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Durch Bildung des Kondensates gehen die im Rauchgas befindlichen,
wasserlöslichen Schadstoffe in Lösung mit dem Kondensat über, so daß ein starker
Reinigungseffekt
des Rauchgases die Folge ist. Das so gereinigte
Rauohgas tritt abgekühlt an den oberen Stirnseiten der Rohre 3 in eine Mischzone
18 ein, die dadurch gebildet ist, daß das Gehäuse 1 über die Stirnseiten 27 der
Rohre 3 hinaus axial nach oben verlängert ist. Die in Pfeilrichtung 19 in die Mischzone
18 einströmenden, gereinigten Gase vermischen sich mit der das Gehäuse 1 ebenfalls
verlassenden, erwärmten Frischluft und werden hierdurch sowohl aufgewärmt als auch
verdünnt. Durch die Aufwärmung mit der erwärmten Frischluft wird der Taupunkt so
weit angehoben ~daß es nicht zu einer Nebelbildung beim Austritt aus der Mischzone
18 in Pfeilrichtung 20 kommen kann.
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Es wird hierbei bevorzugt, wenn das Gehäuse 1 als Schornstein mit
einer Höhe von etwa 5 - 6 m ausgebildet ist, so daß in Pfeilrichtung 20 ein hochgereinigter
und erwärmter Luftstrom den Kondensator verlässt.
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Zur Erhöhung der Kondensationsleistung kann es vorgesehen sein, daß
im Luftraum 17 der Gaseintrittskammer 30 ein Düsenstock 21 angeordnet ist, an dem
Düsen befestigt sind.
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Das in der Kondensatwanne 12 aufgefangene Kondensat wird über ein
Rohr 23 abgepumpt und einer Neutralisationsanlage 24 zugeführt, die nur dann erforderlich
ist, wenn ein stark saures Kondensat vorliegt. Ilinter der Neutralisationsanlage
24 ist eine Ummwälzzpumpe 25 geschal #e# , dle das gereinigt# Kondent4~lL ilber
dj#; I#ohr 26 Ullt <.~r Hochdruck dem Düsenstock 21 zuführt, wo das Kondensat
in Pfeilrichtung 22 in den Luftraum 17 als Aerosol versprüht wird.
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Die über den Stutzen 14 eintretenden Rauchgase müssen zunächst durch
diesen Aerosol-Nebel hindurchtreten, wobei schon der größte Teil der wasserlöslichen
Schadstoffe an den Aerosol-Tröpfchen anlagert und in Lösung überqeht.
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Ein anderer Teil der Aerosol-Tröpfchen wird in die Rohre 3 mit hineingerissen
und schlägt sich an den Innenseiten der Rohre 3 nieder, was die Kondensation der
übrigen Rauch-
gasteile begünstigt und eine höhere Aufnahme von
Schadstoffen aus dem Rauchgas zur Folge hat.
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Die am Düsenstock 21 eingezeichnete Sprührichtung (Pfeilrichtung 22)
ist nicht zwingend; der Düsenstock 21 kann auch anders angeordnet sein; es ist nur
wesentlich, daß der Luftraum 17 möglichst vollständig mit dem Aerosolnebel beschickt
wird.