DE3303475A1 - Process and apparatus for purifying flue gas and recovery of exhaust gas heat - Google Patents
Process and apparatus for purifying flue gas and recovery of exhaust gas heatInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von RauchgasMethod and device for cleaning flue gas
und Rückgewinnung von Abgaswärme Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Rauchgas und Rückgewinnung von Abgaswärme sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. and exhaust heat recovery The present invention relates to a process for cleaning flue gas and recovering exhaust heat as well a device for carrying out the method.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein derartiges Verfahren bzw. Vorrichtung, welche sich vorteilhafterweise für die Anwendung bei kleineren Verbrennungsanlagen, insbesondere Heizungsanlagen von Wohnhäusern, eignen.The invention relates in particular to such a method or Device, which is advantageous for use in smaller incineration plants, especially heating systems in residential buildings.
Die Umweltbelastung durch Verbrennungsrückstände fossiler Energieträger, wie Kohle und Heizöl, stellt ein immer drängender werdendes Problem dar, wobei insbesondere der hohe SO2-Gehalt der Rauchgase zu einer nicht 2 tolerierbaren Luftverunreinigung beiträgt. Gleichzeitig ist es im Hinblick auf die gesteigerten Energiekosten erforderlich, den Heizwert der Brennstoffe möglichst weitgehend auszunutzen.The environmental impact of combustion residues from fossil fuels, such as coal and fuel oil, is an increasingly pressing problem, in particular the high SO2 content of the flue gases leads to an intolerable air pollution contributes. At the same time, in view of the increased energy costs, it is necessary to utilize the calorific value of the fuels as much as possible.
Die bekannten Verfahren zur Rauchgasreinigung und Abgaswärme-Rückgewinnung sind nachteiligerweise äußert kompliziert und erfordern teure Anlagen. Die Anwendung derartiger Verfahren, welche im allgemeinen für Großfeuerungsanlagen, wie Heizkraftwerke oder dergl., konzipiert wurden, bei kleineren Verbrennungsanlagen , wie Heizanlagen von Einfamilienhäusern oder kleineren Wohneinheiten, kommt daher wegen des unvertretbar hohen Aufwandes nicht in Betracht. Andererseits ist es bekannt, daß der weitaus größte Anteil der Gesamtmenge der zu Heizzwecken verbrannten Brennstoffe gerade in diesen kleineren Feuerungsanlagen verbrannt wird. Demgemäß gelangt bisher der überwiegende Anteil der entstehenden Rauchgase ungereinigt in die Atmosphäre.The known processes for flue gas cleaning and waste gas heat recovery are disadvantageously extremely complicated and require expensive equipment. The application such processes, which are generally used for large combustion plants, such as thermal power stations Or the like., Conceived for smaller incineration systems, such as heating systems of single-family houses or smaller residential units, is therefore unreasonable because of the high effort not taken into account. On the other hand, it is known that the far largest share of the total amount of fuel burned for heating purposes is burned in these smaller furnaces. Accordingly, so far the the majority of the resulting flue gases enter the atmosphere uncleaned.
Es besteht daher ein dringender Bedarf nach einem Rauchgasreinigungsverfahren, welches sich insbesondere auch für kleinere Feuerungsanlagen eignet, d.h. welches bei einem vertretbaren Aufwand hinsichtlich der Kosten für die Installation und Wartung der zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Vorrichtung eine möglicht weitgehende Entfernung schädlicher Bestandteile des Rauchgases, insbesondere eine Absenkung des S02-Gehaltes, ermöglicht. Von besonderem Vorteil wäre es dabei, wenn eine derartige Anlage gleichzeitig die Möglichkeit zur Rückgewinnung der Abgaswärme bieten würde.There is therefore an urgent need for a flue gas cleaning process, which is particularly suitable for smaller combustion systems, i.e. which at a reasonable cost in terms of installation costs and Maintenance of the device required to carry out the method is possible extensive removal of harmful components of the flue gas, in particular one Lowering the S02 content, made possible. It would be of particular advantage if such a system at the same time the possibility of recovering the exhaust gas heat would offer.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung von Rauchgas und Rückgewinnung von Abgaswärme zu schaffen, welches unter Anwendung einer einfachen und kostengünstigen Vorrichtung weitgehend wartungsfrei betrieben werden kann und das sich aufgrund seiner Einfachheit in hervorragender Weise insbesondere zur Behandlung der Rauchgase eignet, die von kleineren Feuerungsanlagen ausgestoßen werden.It is therefore the object of the present invention to provide a method for Purification of flue gas and recovery of exhaust heat to create, which under Use of a simple and inexpensive device largely maintenance-free can be operated and due to its simplicity in excellent Way particularly suitable for treating the flue gases from smaller combustion systems be expelled.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die aus einer Feuerungsanlage austretenden Rauchgase in einer ersten Verfahrensstufe mit Wasserdampf belädt und das wasserdampfbeladene Rauchgas in einer zweiten Verfahrensstufe mindestens einer Kondensationseinrichtung zuleitet, welche von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt wird, welches das wasserdampfbeladene Rauchgas unter seinen Taupunkt abkühlt, wobei man das gebildete Kondensat aus dem System entfernt.This object is achieved in that one of the a combustion system exiting flue gases in a first process stage Steam loads and the steam-laden flue gas in a second process stage at least one condensation device which is fed by a heat transfer medium is flowed through, which the steam-laden flue gas below its dew point cools, removing the condensate formed from the system.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Beladung des Rauchgases mit Wasserdampf mittels eines wassergefüllten Siedegefäßes, welches durch das Rauchgas erhitzt wird.According to a preferred embodiment of the method, the Loading of the flue gas with water vapor by means of a water-filled boiling vessel, which is heated by the flue gas.
Die Abkühlung in der Kondensationseinrichtung kann vorteilhafterweise in mehreren, aufeinanderfolgenden Schritten erfolgen, und zwar unter Anwendung mehrerer, voneinander unabhängiger Kondensationseinrichtungen, die in der Strömungsrichtung des Rauchgases nacheinander angeordnet sind.The cooling in the condensation device can advantageously take place in several successive steps, using several, independent condensation devices that run in the direction of flow of the flue gas are arranged one after the other.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen im Rauchgaskanal angeordneten, durch das Rauchgas beheizbaren Wasserverdampfer und mindestens eine nachgeschaltete, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmte Kondensationseinrichtung auf.A preferred device for performing the invention The method has one which is arranged in the flue gas duct and can be heated by the flue gas Water evaporator and at least one downstream, from one Heat transfer medium flowed through condensation device.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch die beanspruchte Kombination der Verfahrensstufen folgende Vorteile erzielt: Der Wärmeenergiegehalt des aus der Feuerungsanlage austretenden Rauchgases wird zur Verdampfung von Wasser genutzt, wobei der entstehende Dampf sowohl als Energieträger als auch als Rauchgasreinigungsmittel Verwendung findet. In der nachfolgenden Kondensationsstufe wird nämlich die aus dem Rauchgas aufgenommene Wärmeenergie in Form von Kondensationswärme wieder freigesetzt, während gleichzeitig mit der Kondensation sowohl feste als auch wasserlösliche, gasförmige Schadstoffbestandteile des Rauchgases zusammen mit dem abtropfenden Kondensat entfernt werden. Da die Kondensationseinrichtung ständig von dem Kondensat benetzt wird, ist zudem eine Ablagerung von festen Rauchgasbestandteilen, d.h. eine Verkrustung, ausgeschlossen. Andererseits sind die Abgase, die stromab der Kondensationseinrichtung in den Kamin g#elangen, im-wesentlichen trokken, wodurch eine Versottung des Kamins verhindert wird.In the method according to the invention are claimed by the Combination of the process steps achieves the following advantages: The thermal energy content the flue gas emerging from the furnace is used to evaporate water used, with the resulting steam both as an energy source and as a flue gas cleaning agent Is used. In the subsequent condensation stage, namely, is off thermal energy absorbed by the flue gas is released again in the form of condensation heat, while simultaneously with the condensation both solid and water-soluble, gaseous pollutant components of the flue gas together with the dripping condensate removed. Since the condensation device is constantly wetted by the condensate is also a deposit of solid flue gas components, i.e. an encrustation, locked out. On the other hand, the exhaust gases are downstream of the condensing device got into the chimney, essentially dry, causing sooting of the chimney is prevented.
Somit erfolgt einerseits eine wirksame Ausnutzung der Abgaswärme unter Rückgewinnung der Kondensationsenergie und andererseits eine wirkungsvolle Reinigung des Rauchgases von Schadstoffen, wobei insbesondere das S02 weitgehend vollständig aus dem Rauchgas entfernt wird. Das Verfahren kann unter Verwendung einer äußerst einfachen Vorrichtung durchgeführt werden, und ist daher hervorragend auch für kleinere Feuerungsanlagen geeignet. Die zur Durchführung des Verfahrens benötigten Bauteile können vorteilhafterweise auch mit geringem baulichem Aufwand in bereits bestehende Feuerungsanlagen eingebaut werden. Bei Verwendung eines im Rauchgaskanal angeordneten und durch das Rauchgas beheizbaren Wasserverdampfers ist darüber hinaus eine automatische Einstellung der optimalen Verfahrensbedingungen gewährleistet, wodurch sich die Anforderungen hinsichtlich Steuerung und Wartung der Anlage auf ein Minimum reduzieren.Thus, on the one hand, the exhaust gas heat is effectively utilized Recovery of the condensation energy and, on the other hand, effective cleaning the flue gas of pollutants, in particular the S02 largely completely is removed from the flue gas. The procedure can be performed using an extremely simple device and is therefore also excellent for smaller ones Suitable for firing systems. The components required to carry out the process can advantageously also be integrated into existing ones with little structural effort Built-in firing systems will. When using one in the flue gas duct arranged and heated by the flue gas water evaporator is also ensures automatic setting of the optimal process conditions, whereby the requirements regarding control and maintenance of the system arise reduce to a minimum.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung vereinfacht dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.In the following the invention is simplified with reference to one in the drawing illustrated, preferred embodiment explained in more detail.
In einem allgemein mit 1 bezeichneten Rauchgaskanal sind in Strömungsrichtung des Rauchgases aufeinanderfolgend ein Wasserverdampfer 3 und eine Kondensationseinrichtung 5 angeordnet. Ferner ist ein Sumpf 7 vorgesehen, in dem sich ein von der Kondensationseinrichtung abtropfendes Kondensat sammelt und über eine mit einem Absperrhahn 8 ausgerüstete Leitung 9 periodisch oder kontinuierlich abgeleitet werden kann. Der Wasserverdampfer 3 ist vorzugsweise als offenes Siedegefäß ausgebildet, welches eine Vielzahl von Strömungskanälen 10 für das aus einer nichtgezeigten Feuerungsanlage austretende Rauchgas aufweist und über eine mit einem Abspe#rrhahn 12 ausgerUstete Leitung 13 mit Frischwasser beschickt werden kann.In a flue gas duct, generally designated 1, are in the direction of flow of the flue gas successively a water evaporator 3 and a condensation device 5 arranged. Furthermore, a sump 7 is provided in which one of the condensation device Collects dripping condensate and is equipped with a stopcock 8 Line 9 can be derived periodically or continuously. The water evaporator 3 is preferably designed as an open boiling vessel, which has a plurality of Flow channels 10 for exiting from a combustion system, not shown Has flue gas and via a line 13 equipped with a discharge valve 12 can be charged with fresh water.
Die Kondensationseinrichtung 5 umfaßt vorzugsweise mehrere, in Strömungsrichtung des Rauchgases nacheinander angeordnete Kühlrohrsysteme 15, 16. Die Zahl dieser Kühlrohrsysteme ist nicht auf die in der Zeichnung gezeigten zwei Systeme beschränkt. Die Kühlrohrsysteme 15, 16 können eine beliebige, zweckentsprechende Form aufweisen, wobei es vor allem wichtig ist, daß eine ausreichend große Oberfläche für den Kontakt mit dem wasserdampfbeladenen Rauchgas zur Verfügung steht. Die Kühlrohrsysteme bestehen vorzugsweise aus einem korrosionsfesten, säurebeständigen Material, beispielsweise aus Edelstahl.The condensation device 5 preferably comprises several in the direction of flow of the flue gas successively arranged cooling pipe systems 15, 16. The number of these Cooling pipe systems is not limited to the two systems shown in the drawing. The cooling pipe systems 15, 16 can have any suitable shape, it is especially important that there is a sufficiently large surface area for contact is available with the steam-laden flue gas. The cooling pipe systems exist preferably made of a corrosion-resistant, acid-resistant material, for example made of stainless steel.
Während des Betriebs der Vorrichtung werden die Kühlrohrsysteme von einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeübertragungsmedium durchströmt. Vorzugsweise wird Wasser als Wärmeübertragungsmedium verwendet. Das Wärmeübertragungsmedium wird in der durch die Pfeile angedeuteten Strömungsrichtung durch die Kühlrohrsysteme 15, 16 geleitet, d.h. im Gegenstrom bezüglich der Rauchgasströmungw Die Zulauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums wird bei jedem Kühlrohrsystem so gewählt, daß sie höchstens die Temperatur des Taupunktes des Rauchgases im zugeordneten Bereich der Kondensationseinrichtung 5 erreicht. Da der Taupunkt des Rauchgases während des Durchgangs durch die Kondensationseinrichtung absinkt, werden demgemäß die dem ersten Kühlrohrsystem 15 nachfolgenden Kühlrohrsysteme jeweils mit einer niedrigeren Zulauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums betrieben.During the operation of the device, the cooling pipe systems are from a liquid or gaseous heat transfer medium flows through it. Preferably water is used as a heat transfer medium. The heat transfer medium is in the direction of flow indicated by the arrows through the cooling pipe systems 15, 16, i.e. in countercurrent with respect to the flue gas flow w The inlet temperature of the heat transfer medium is selected in each cooling pipe system so that it is at most the temperature of the dew point of the flue gas in the associated area of the condensation device 5 reached. Because the dew point of the flue gas during its passage through the condensation device decreases, the cooling pipe systems following the first cooling pipe system 15 are accordingly each operated with a lower inlet temperature of the heat transfer medium.
Im folgenden wird die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung erläutert.The method according to the invention is carried out below explained using the device shown in the drawing.
Der Wasserverdampfer 3 wird über die Leitung 13 mit Wasser gefüllt. Das aus der nichtgezeigten Feuerungsanlage austretende Rauchgas, das bei herkömmlichen Ölheizungsanlagen beispielsweise eine Temperatur von etwa 1500C aufweist, strömt durch die Strömungskanäle 10 und erhitzt das Wasser im Wasserverdampfer 3 zum Sieden. Dabei vermindert sich die Temperatur des Rauchgases beispielsweise auf etwa 100 bis 1200C. Die aus dem Wasserverdampfer 3 verdampfte Wassermenge hängt ab von der Temperatur und der Menge des Rauchgases. Demgemäß weist die dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserverdampfers 3 einen speziellen Vorteil dahingehend auf, daß auf diese Weise eine vollständig automatische, optimale Steuerung der Wasserdampfmenge bewirkt wird.The water evaporator 3 is filled with water via line 13. The flue gas emerging from the combustion system, which is not shown, which in conventional Oil heating systems, for example, a temperature of about 1500C, flows through the flow channels 10 and heats the water in the water evaporator 3 to the boil. The temperature of the flue gas is reduced to around 100, for example up to 1200C. The amount of water evaporated from the water evaporator 3 depends on the Temperature and the amount of flue gas. Accordingly, the illustrated embodiment of the water evaporator 3 according to the invention has a special advantage in this regard on, that in this way a fully automatic, optimal control of the amount of water vapor is effected.
Der in dem Wasservqrdampfer 3 erzeugte Wasserdampf wird von dem Rauchgas mitgerissen, wobei eine innige Vermischung von Rauchgas und Wasserdampf erfolgt. Das wasserdampfbeladene Rauchgas -gelangt anschließend im Rauchgaskanal 1 zu der Kondensationseinrichtung 5 und trifft dort auf das erste Kühlrohrsystem 15. Hier erfolgt eine Kondensation des Wasserdampfes. Gleichzeitig werden die vom Wasserdampf benetzten, festen Bestandteile des Abgases abgeschieden sowie die in Wasser löslichen, gasförmigen Bestandteile, insbesondere S02, niedergeschlagen. Das gebildete Kondensat tropft von dem Kühlrohrsystem 15 ab und sammelt sich im Sumpf 7. Durch diesen ersten Kondensationsvorgang wird der Feuchtigkeitsgehalt des Abgases verringert, wodurch sein Taupunkt ebenfalls absinkt. Da jedoch das nachfolgende Kühlrohrsystem 16 mit einer unter dem Taupunkt des Abgases an dieser Stelle liegenden Zulauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums betrieben wird, wiederholt sich der für das ~Kühlrohrs;ystem 15 beschriebene Kondensationsvorgang. Es erfolgt eine weitere Reinigung und Entfeuchtung des Rauchgases, wobei wiederum Kondensationswärme zurückgewonnen und über das Wärmeübertragungsmedium aus dem System entfernt wird. Das von dem Kühlrohrsystem 16 abtropfende Kondensat sammelt sich ebenfalls im Sumpf 7. Falls erwünscht, können die beschriebenen Kondensationsvorgänge unter Anwendung weiterer Kühlrohrsysteme wiederholt werden.The water vapor generated in the Wasservqrdampfer 3 is from the flue gas entrained, with an intimate mixing of flue gas and water vapor takes place. The steam-laden flue gas then arrives in the flue gas duct 1 to the Condensation device 5 and meets the first cooling pipe system 15 there. Here a condensation of the water vapor takes place. At the same time the water vapor wetted, solid components of the exhaust gas as well as the water-soluble, gaseous components, in particular SO2, precipitated. The condensate formed drips from the cooling pipe system 15 and collects in the sump 7. Through this first The condensation process reduces the moisture content of the exhaust gas, thereby reducing it his dew point also drops. However, since the subsequent cooling pipe system 16 with an inlet temperature below the dew point of the exhaust gas at this point of the heat transfer medium is operated, the same for the cooling pipe system is repeated 15 described condensation process. Further cleaning and dehumidification takes place of the flue gas, whereby in turn condensation heat is recovered and via the heat transfer medium removed from the system. The condensate dripping off the cooling pipe system 16 also collects in the sump 7. If desired, the condensation processes described can be carried out can be repeated using further cooling pipe systems.
Die mittels der Kühlrohrsysteme zurückgewonnene Kondensationswärme kann beispielsweise für die Gebäudeheizung, für die Heizung von Brauchwasser oder für eine Fußbodenheizung verwendet werden. Die Zulauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums im ersten Kühlrohrsystem kann beispielsweise 50 bis 700C betragen. Mit dem hier aufgeheizten Wärmeübertragungsmedium kann somit direkt eine Gebäudeheizung betrieben werden. Das nächste, stromab gelegene Kühlrohrsystem 16 kann beispielsweise mit einer Zulauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums von 30 bis 5000 betrieben werden und beispielsweise zur Aufheizung von Brauchwasser Verwendung finden.The heat of condensation recovered by means of the cooling pipe systems can be used, for example, for heating buildings, for heating domestic water or be used for underfloor heating. The inlet temperature of the heat transfer medium in the The first cooling pipe system can be 50 to 700C, for example. With the one heated up here A building heating system can thus be operated directly with the heat transfer medium. The next, downstream cooling pipe system 16 can, for example, have an inlet temperature of the heat transfer medium are operated from 30 to 5000 and for example for heating domestic water use.
Die Wartung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist äußerst einfach. Da sich das Verfahren, wie oben erwähnt, selbsttätig steuert, ist es lediglich erforderlich, die im Wasserverdampfer 3 verdampfte Wassermenge wieder auf zu füllen und andererseits das in dem Sumpf 7 gesammelte Kondensat zu entfernen. Die Auffüllung des Wasserverdampfers 3 mit Frischwasser sowie die Ableitung des Kondensats kann unter Einsatz einer zweckentsprechenden Steuerungseinrichtung kontinuierlich oder periodisch erfolgen. Eine derartige automatische Steuerungseinrichtung ist allerdings nicht erforderlich. Es genügt für einen sicheren Betrieb der Vorrichtung, ~die Absperrhähne 12 bzw. 8 von Zeit zu Zeit per Hand zu betätigen.The maintenance of the device according to the invention is extremely simple. Since the process, as mentioned above, controls itself, it is only necessary to to refill the amount of water evaporated in the water evaporator 3 and on the other hand to remove the condensate collected in the sump 7. The filling of the water evaporator 3 with fresh water and the drainage of the condensate can be done using an appropriate Control device take place continuously or periodically. Such an automatic Control device is not required, however. It is enough for a safe Operation of the device ~ close the shut-off cocks 12 and 8 by hand from time to time actuate.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |