DE3406989C2

DE3406989C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Entschwefelung heißer, schadstoffhaltiger Abgase mit Wärmerückgewinnung

Info

Publication number: DE3406989C2
Application number: DE3406989A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-02-27
Filing date: 1984-02-27
Publication date: 1987-01-15
Also published as: DE3406989A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmerückgewinnungsanlage, kombiniert mit einer Abgaswäsche (Entschwefelung), die hinter Öl- oder Gaskesselanlagen geschaltet ist und mit sehr geringem Fremdenergieaufwand arbeitet. Die Anlage besteht im wesentlichen aus einem speziellen Abgas-Wasser-Luftwärmetauscher, der im Gegenstrom betrieben wird und eine starke Abkühlung der Abgase bewirkt, wobei die Abgase einer gründlichen Abgasreinigung (-wäsche) durch die hohe Taupunktunterschreitung unterzogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung heißer, schadstoffhaltiger Abgase mit Wärmerückgewinnung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Ausübung eines solchen Verfahrens.
Die Rückgewinnung der Wärme aus Abgasen von Feuerungsanlagen ist aus der DE-OS 31 06 716 sowie aus der DE-OS 31 49 183 bekannt. Hiernach werden die Rauchgase aus der Feuerung durch mehrstufige Wärmetauscher geführt, die den Rauchgasen Wärme entziehen und diese Wärme entweder wieder in den Kreislauf der Feuerungsanlage einspeisen oder einer Fremdnutzung zuführen. Die Kühlung der Rauchgase erfolgt jedoch in Bereichen oberhalb des Taupunktes der Rauchgase, so daß einerseits Kondensatbildungen vermieden und andererseits der Abzug der Rauchgase über Kamine herkömmlicher Bauart ermöglicht wird. Nachteilig ist aber, daß die aus dem Kamin austretenden Abgase mit allen mitgeführten Schadstoffen auch nicht mehr ausreichend in die Atmosphäre aufsteigen und sich dort verteilen können.
Aus der FR-PS 14 00 745 ist es bekannt, in einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abgasen der Feuerung einer Heizungsanlage eine Unterkühlung bis unter den Taupunkt vorzunehmen, um dadurch einen hohen Anteil an Wärmerückgewinnung und somit eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Zwangsläufig erfolgt bei diesem Verfahren eine Kondensatbildung, so daß mit dem Kondensat auch Schadstoffe ausfallen. Die bekannte Lösung hat jedoch den erheblichen Nachteil, daß alle Teile der Rauchgasleitung, die mit dem Gasstrom nach dessen Unterkühlung unter den Taupunkt in Berührung kommen, aus gegen aggressives Kondensat resistentem Werkstoff, z. B. Keramik, Edelstahl, oder dergleichen, bestehen müssen. Wenn die Ableitung der Rauchgase über einen herkömmlichen oder bereits vorhandenen Schornstein erfolgen soll, ist diese Vorrichtung nicht anwendbar. Sie erfordert außerdem einen erheblichen Anteil an Fremdenergie für die Ableitung der unter den Taupunkt abgekühlten Abgase. Die in dieser Druckschrift behandelte Ausbildung ist außerdem mit technischen Mängeln in Bezug auf die Gasführung behaftet, weil ständig Kondensat in den noch ungesättigten Gasstrom zurückfällt. Ebenso wie bei den zuvor genannten Anordnungen ist der erforderliche technische Aufwand zur Erreichung der beabsichtigten Wirkung sehr umfangreich. Aus diesen bekannten Anordnungen sind Anleitungen für die Gestaltung einer vor allem für die Verwendung in Verbindung mit Hausfeuerungen geeigneten Anlage nicht zu gewinnen.
Baulich einfachere Wärmerückgewinnungsvorrichtungen für Abgaswärme sind zwar aus der DE-OS 29 12 986 bekannt, jedoch ist damit eine Entschwefelung der Abgase nicht zu erreichen und auch nicht beabsichtigt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein wirkungsvolles Verfahren zur Entschwefelung von Abgasen, insbesondere von Rauchgasen aus Feuerungen, vor allem Feuerungen kleinerer Heizungsanlagen, bei gleichzeitiger Wärmerückgewinnung zu schaffen, das die Verwendung herkömmlicher Schornsteine und vor allem auch den nachträglichen Einbau einer dazu geeigneten Vorrichtung in bestehende Heizungsanlagen bei entsprechend kleinem Raumbedarf ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 vorgesehen.
Die Anwendung dieses Verfahrens ermöglicht die Entschwefelung der Abgase, insbesondere der Rauchgase einer Feuerung mit gezielter Wärmerückgewinnung in Anlagen, die an herkömmliche Schornsteine oder Kamine angeschlossen sind, so daß auch die nachträgliche Anwendung des Verfahrens in bestehenden Anlagen nicht auf Schwierigkeiten trifft. Zu den überragenden Vorteilen gehört es, daß bei diesem Verfahren gesättigte Abgase und Kondensat stets in der gleichen Richtung senkrecht nach unten strömen, so daß Kondensat nur in den gesättigten Bereich des Abgasstromes eintritt. Damit wird ein Dichtwachsen des die Kühlung der Abgase bewirkenden Wärmetauschers verhindert und dieser vielmehr mit fortlaufender Selbstreinigung betrieben.
Vorteilhaft durchströmt das Kühlmittel die Wasserkühlung und die Luftkühlung von unten nach oben, um zu erreichen, daß die Temperatur des Kühlmittels in Gegenrichtung zum Temperaturabfall des Gasstromes bei der Abkühlung ansteigt.
Die Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll mit möglichst geringem baulichen Aufwand in Kompaktbauweise die Aufgabe erfüllen. Als zur Lösung dieser Aufgabe wesentlich werden die Merkmale nach dem Kennzeichnen des Patentanspruches 2 vorgeschlagen.
Die Gaskanäle sind zweckmäßig in großer Zahl mit geringem Durchmesser ausgelegt, so daß eine große Kanalwandfläche vom Gasstrom berührt wird, um den Wärmetausch zu begünstigen. Dadurch werden kleine Abmessungen des aus dem Wasserkühler und dem Luftkühler gebildeten Wärmetauschers ermöglicht. Kompakt und im Sinne der Aufgabe günstig wirksam wird die Vorrichtung, wenn der die Abgaskanäle umschließende Wasserkühler und der die Abgaskanäle gleichfalls umschließende Luftkühler übereinander angeordnet sind. Beide Kühler weisen nach einer weiteren Ausgestaltung je einen unteren Einlauf sowie einen oberen Auslauf auf. Oberhalb des Wasserkühlers ist ein Eintrittssammler, und unterhalb des Luftkühlers ist ein Austrittssammler für die Abgase in den gerade von oben nach unten durchlaufenden Gaskanälen vorgesehen. Der Eintrittssammler liegt somit im überhitzten Bereich und der Austrittssammler demgegenüber im übersättigten Bereich, so daß ausfallendes Kondensat mit dem Gasstrom nach unten in einen Bereich geringerer Temperatur fällt und nicht rückverdampft. Eine solche Ausbildung ist kostengünstig herzustellen und erlaubt in einem Strang durchlaufende Abgaskanäle, die von oben nach unten durchströmt werden. Schließlich ermöglicht dies auch eine baulich einfache Kondensatableitung. Die Wiedererwärmung des Abgases erfolgt dagegen in einer Aufwärtsströmung durch die warme Abluft aus dem Luftkühler, wozu der Auslauf des Luftkühlers über einen Stutzen an ein senkrecht angeordnetes Teilstück der Gasleitung hinter dem Wärmeaustauscher angeschlossen wird, so daß das Abgas mit einer für die Einleitung in einen herkömmlichen Schornstein aus Mauerwerk oder dergleichen ausreichenden Temperatur abgeführt werden kann.
In der nachfolgenden Beschreibung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Die zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einem Wärmetauscher mit einem Wasserkühler 24 in der Eingangsstufe, sowie einem Luftkühler 25 in der Ausgangsstufe. Der Wärmetauscher ist mit vorteilhaft rundem Querschnitt in stehender Bauart ausgeführt. Das Gehäuse 6 mit oberer Abschlußplatte 7 und unterer Abschlußplatte 8des Wasserkühlers 24 ist unter Zwischenschaltung einer Wärmedämmung 28 auf das Gehäuse 14 des Luftkühlers 25 aufgesetzt. Sowohl der Wasserkühler 24 als auch der Luftkühler 25 werden in Gegenrichtung zum Abgasstrom von unten nach oben durchströmt. Demzufolge wird das Wasser über einen unteren Einlauf 9 in den Wasserkühler 24 eingeleitet, aus der es über einen oberen Auslauf 3 wieder abfließt. Ebenso wird die Luft dem Luftkühler 25 über einen unteren Einlauf 12 zugeführt und über einen oberen Auslauf 26 wieder abgeleitet. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung der Luft im Luftkühler 25 ist dessen Einlauf 12 mit einer gegenüber der Mittellängsachse des Luftkühlers exzentrisch gestalteten Ringkammer 11 und dessen Auslauf 26 mit einer entsprechend exzentrisch gestalteten Ringkammer 10 verbunden, so daß die Luft über Schlitze 21 im gleichmäßigen Strom in den Luftkühler 25 eintritt und über Schlitze 30 wieder austritt. Zum Zwecke der Erzielung einer gleichmäßigen Zirkulation des Wassers in dem Wasserkühler 24 sind Wasserleitbleche 4 vorgesehen, und ebenso sind zur gleichmäßigen Zirkulierung der Luft in dem Luftkühler 25 Luftleitbleche 13 und 27 angeordnet. Wartungs- und Reparaturarbeiten des Wärmetauschers werden durch Öffnungen mit lösbaren Abdeckungen in der Gehäusewand des Gehäuses 6, 14 ermöglicht. Für die Abgasführung sind Gaskanäle 5 in großer Anzahl mit möglichst geringem Querschnitt in vertikaler Anordnung von oben nach unten sowohl über den Wasserkühler 24 als auch über den Luftkühler 25 durchgeführt. Diese Gaskanäle 5 durchdringen auch die Wärmedämmung 28. Das obere Ende der Gaskanäle 5 mündet in einen auf die Abschlußplatte 7 des Gehäuses 6 des Wasserkühlers 24 aufgesetzten Eintrittssammlers 1, während die unteren Enden in einen an die Unterseite des Luftkühlers 25 angeschlossenen Austrittssammler 16 einmünden.
Das Abgas wird dem Eintrittssammler 1 über die Abgasleitung 17 von oben zugeführt. Verteilereinbauten 2 aus Leitblechen oder dergleichen sorgen für eine gleichmäßige Verteilung des Abgases im Eintrittssammler 1, so daß es gleichmäßig in alle Gaskanäle 5 gelangt. Für Wartungsarbeiten in diesem Bereich ist eine Klappe 29 oder dergleichen im Eintrittssammler 1 vorgesehen. Das Abgas gelangt über die Gaskanäle 5 durch die beiden Kühler 24 und 25 im vertikalen Abwärtsstrom nach unten in den Austrittssammler 16. Im Anschluß an den Austrittssammler 16 ist die Abgasleitung 17 mit einem Krümmer an einen wieder senkrecht nach oben geführten Teil der Abgasleitung 17 angeschlossen. An der tiefsten Stelle dieses Krümmers sitzt ein Sammelraum 15 mit einer Austragsvorrichtung für das Kondensat. Im Bereich dieses vertikalen Teilstückes der Abgasleitung 17 ist über einen T-förmigen Anschlußstutzen 18 der obere Auslauf 26 des Luftkühlers 25 an die Abgasleitung 17 angeschlossen. Über einen in der Abgasleitung 17 hinter der Warmluftbeimischung angeordneten Ventilator 19 in Verbindung mit einer in der Abgasleitung 17 vor der Warmluftbeimischung angeordneten Regelklappe 20 ist der Gasstrom in der Abgasleitung 17 mit relativ geringem Zusatzenergieaufwand regelbar, um das Abgas einem nicht dargestellten Schornstein zuzuführen und in diesem Schornstein ausreichende Strömungsbedinungen zu schaffen.
Das in den Eintrittssammler 1 eintretende Abgas wird in dem Wasserkühler 24 auf Temperaturen um ca. 50 Grad Celsius abgekühlt und gelangt mit dieser Temperatur in den Luftkühler 25, der eine weitere Abkühlung auf 0 bis etwa 20 Grad Celsius bewirkt. Die dadurch bedingte Taupunktunterschreitung führt zur Kondensatbildung in den Gaskanälen 5, wobei dieses Kondensat im freien Fall in den unteren Austrittssammler 16 gelangt und von dort in den Sammelraum 15, aus dem das Kondensat mit einer dazu geeigneten, handelsüblichen Vorrichtung ausgetragen wird. Die Abgase werden danach in einen Aufwärtsstrom umgelenkt und in diesem Aufwärtsstrom durch Beimischung von erwärmter Luft aus dem Luftkühler 25 wiedererwärmt. Dabei ist eine Temperatur zu erzielen, die das gefahrlose Einleiten der Abgase in einen herkömmlichen Schornstein oder dergleichen ermöglicht. Ausreichende Strömungsgeschwindigkeiten lassen sich über den Ventilator 19 in Verbindung mit der Regelklappe 20 erreichen. Der Ventilator 19 besorgt auch die Luftzirkulation in dem Luftkühler 25, so daß ein weiteres Fördermittel für die aus der Atmosphäre angesaugte Luft des Luftkühlers 25 nicht benötigt wird. Die Wasserzirkulation in dem Wasserkühler 24 kann vorteilhaft in das Heizungssystem integriert werden, so daß sämtliches Heizungsrücklaufwasser den Wasserkühler 24 passieren muß, bevor es in den Heizkesselrücklauf wieder eintritt.

(1) Eintrittssammler
(2) Verteilereinbauten
(3) Oberer Auslauf
(4) Wasserleitbleche
(5) Gaskanäle
(6) Gehäuse (Wasser)
(7) Abschlußplatte
(8) Abschlußplatte
(9) Unterer Einlauf
(10) Ringkammer
(11) Ringkammer
(12) Unterer Einlauf
(13) Luftleitbleche
(14) Gehäuse (Luft)
(15) Sammelraum
(16) Austrittssammler
(17) Abgasleitung
(18) Anschlußstutzen
(19) Ventilator
(20) Regelklappe
(21) Schlitze
(24) Wasserkühler
(25) Luftkühler
(26) Oberer Auslauf
(27) Luftleitbleche
(28) Wärmedämmung
(29) Klappe
(30) Schlitze
Abgas
Luft
Luft-Abgasgemisch
Kondensat
Wasser

Claims

1. Verfahren zur Entschwefelung heißer, schadstoffhaltiger Abgase mit Wärmerückgewinnung, bei dem die Abgase zunächst im vertikalen Abwärtsstrom durch eine Wasserkühlung und anschließend durch eine Luftkühlung geführt und dabei unter den Taupunkt abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom im gesamten Kühlungsbereich ohne Umlenkung vertikal abwärts gerichtet ist und nach der Kühlung bei aufwärts gerichteter Strömung durch Beimischung von erwärmter Luft aus der Luftkühlung wiedererwärmt wird.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Wasserkühler und einem Luftkühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkühler (24) über dem Luftkühler (25) angeordnet ist und beide Kühler vertikal durchlaufende, gerade Gaskanäle (5) aufweisen, die in ein aufwärts gerichtetes Teilstück der Abgasleitung (17) übergehen, welches einen Abschlußstutzen (18) für Warmluftbeimischung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkühler (24) und der Luftkühler (25) jeweils einen unteren Einlauf (9, 12) sowie einen oberen Auslauf (3, 26) für das Kühlmittel aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (26) des Luftkühlers (25) mit dem Anschlußstutzen (18) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Austrittsende des Luftkühlers (25) ein Sammelraum (15) für Kondensat angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf (12) und der Auslauf (26) des Luftkühlers (25) jeweils mit einer gegenüber der Mittellängsachse des Luftkühlers (25) exzentrisch angeordneten Ringkammer (10, 11) verbunden sind, deren größte Exzentrizität dem Einlauf bzw. Auslauf diametral gegenüberliegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aufwärts gerichteten Teilstück der Abgasleitung (17) vor der Warmluftbeimischung eine Regelklappe (20) und hinter der Warmluftbeimischung ein Ventilator (19) angeordnet sind.