DE3511669C2 - Process for removing gaseous pollutants from flue gases, and device for carrying out the process - Google Patents
Process for removing gaseous pollutants from flue gases, and device for carrying out the processInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Entfernen von gasförmigen Schadstoffen aus den Rauchgasen von Feuerungsanlagen aufgezeigt, wobei man die Schadstoffe in wäßriger Lösung mit geeigneten chemischen Substanzen reagieren läßt und/oder die Rauchgase über einen Kamin oder dergleichen abführt. Hierbei kühlt man die heißen Rauchgase im wesentlichen bis zum Taupunkt ab, führt die gekühlten Gase zusammen mit dem kondensierenden Wasser über feste Substrate, die mindestens teilweise aus den geeigneten chemischen Substanzen bestehen, so daß das Kondensat zusammen mit den in ihnen gelösten Schadstoffen die wäßrige Lösung bildet, und führt abschließend die gereinigten Rauchgase ab.A process is shown for removing gaseous pollutants from the flue gases of combustion plants, whereby the pollutants are allowed to react with suitable chemical substances in an aqueous solution and/or the flue gases are discharged via a chimney or the like. In this process, the hot flue gases are cooled essentially to the dew point, the cooled gases are passed together with the condensing water over solid substrates which consist at least partially of the suitable chemical substances, so that the condensate together with the pollutants dissolved in them forms the aqueous solution, and finally the purified flue gases are discharged.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von gasförmigen Schadstoffen aus den Rauchgasen von Feuerungsanlagen, wobei man die Rauchgase bis zum Taupunkt abkühlt und das Kondensat mit neutralisierenden Stoffen reagieren läßt und die Rauchgase über einen Kamin abführt sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for removing gaseous pollutants from the flue gases of combustion plants, whereby the flue gases are cooled to the dew point and the condensate is allowed to react with neutralizing substances and the flue gases are discharged via a chimney, as well as to a device for carrying out this method.
Mit fossilen Brennstoffen betriebene Feuerungsanlagen enthalten bekanntermaßen in ihren Rauchgasen große Mengen an Schwefeloxiden, die maßgeblich an den Umweltbelastungen mit ihren bekannten schädlichen Folgen beteiligt sind.Combustion plants fired by fossil fuels are known to contain large quantities of sulphur oxides in their flue gases, which play a major role in environmental pollution with its well-known harmful consequences.
Beim Beseitigen von Schadstoffen aus Rauchgasen besteht das Problem, daß zum einen die Schadstoffe gründlich, also mit hohem Wirkungsgrad beseitigt werden müssen, daß die Anlagen nur ein geringes Bauvolumen aufweisen dürfen, da sie in Einfamilienhäusern ebenso verwendbar sein sollen wie in Großfeuerungsanlagen, daß die Anlagen einen geringen Herstellungspreis aufweisen müssen, daß die Anlagen nur wenig bewegte und somit zu wartende Teile aufweisen dürfen, daß die Anlagen einen geringen Energieeigenbedarf haben müssen und daß die Giftstoffe in neutralisierter Form und in geringen Volumenmengen anfallen.When removing pollutants from flue gases, the problem is that, on the one hand, the pollutants must be removed thoroughly, i.e. with a high degree of efficiency; that the systems must only have a small construction volume, since they are to be used in single-family homes as well as in large combustion plants; that the systems must have a low production cost; that the systems must have only a few moving parts and therefore only a few parts that require maintenance; that the systems must have a low energy requirement; and that the toxic substances must be produced in a neutralized form and in small volumes.
Die Großfeuerungsanlagen, die heute neu erstellt werden, versieht man im allgemeinen mit Entschwefelungsanlagen, bereits bestehende Anlagen werden zum Teil nachgerüstet oder stillgelegt. Die heute gebräuchlichen Entschwefelungsanlagen, die bei Großfeuerungsanlagen zum Einsatz kommen arbeiten größtenteils mit dem Kalkwasserverfahren - einer Naßentschwefelung -, wobei das Rauchgas nach Abfiltern des in ihm enthaltenen Staubes mit Kalkwasser besprüht wird. Der Kalk setzt sich mit dem Schwefeldioxid zu Gips um, der dann nach Trocknung abgefahren wird. In einem ähnlichen Verfahren wird statt Kalkwasser Amoniakwasser verwendet, wobei dann das Endprodukt Amoniumsulfat ist, das als Kunstdünger in der Landwirtschaft verwendet werden kann.The large combustion plants that are newly built today are generally equipped with desulfurization systems, while existing plants are partly retrofitted or shut down. The desulfurization systems that are commonly used today in large combustion plants mostly work with the lime water process - wet desulfurization - in which the flue gas is sprayed with lime water after the dust it contains has been filtered out. Lime reacts with sulphur dioxide to form gypsum, which is then removed after drying. In a similar process, ammonia water is used instead of lime water, and the end product is ammonium sulphate, which can be used as an artificial fertilizer in agriculture.
Dieses bekannte Prinzip wird in vereinfachter Form auch für kleinere Feuerungsanlagen verwendet, wobei jedoch Mindestwärmeleistungen von 200 kW aus Rentabilitätsgründen gefordert sind. Aus Kostengründen sind Kleinanlagen für Ein- und kleinere Mehrfamilienhäuser für Feuerungsanlagen bis 50 kW indiskutabel.This well-known principle is also used in a simplified form for smaller combustion systems, although a minimum heat output of 200 kW is required for reasons of profitability. For cost reasons, small systems for single-family homes and small apartment buildings for combustion systems up to 50 kW are out of the question.
In der DE-OS 32 28 885 wird ein Rauchgas-Waschverfahren beschrieben, bei dem die Rauchgase nach Abkühlung im Gegenstrom durch einen üblichen Gaswäscher gegen eingesprühtes Wasser geleitet werden, und anschließend die sich bei diesem Vorgang bildenden Säuren neutralisiert werden. Derartige Rauchgaswäscher, die mit neutraler Flüssigkeit arbeiten, sind wegen einer großen Anzahl benötigter Pumpen und einem hohen Wasserverbrauch sehr kostenaufwendig und das Verfahren benötigte Anlagen mit großem Bauvolumen.DE-OS 32 28 885 describes a flue gas scrubbing process in which the flue gases are cooled and passed through a conventional gas scrubber in countercurrent against sprayed water, and the acids formed during this process are then neutralized. Such flue gas scrubbers, which work with neutral liquid, are very expensive due to the large number of pumps required and the high water consumption, and the process requires systems with a large construction volume.
Die DE-OS 32 10 236 beschreibt die Rückgewinnung kondensierbarer Stoffe aus einem Gasstrom. Hierbei werden kondensierbare Flüssigkeiten dadurch einem Gasstrom entnommen, daß man diese Flüssigkeit durch Zuführung einer identischen, gekühlten Flüssigkeit abkühlt und danach in einer zweiten Stufe den teilgereinigten Gasstrom über ein Aktivkohlenbett führt, um dort weitere kondensierbare Flüssigkeit von der Aktivkohle aufnehmen zu lassen. Das Festbett dient bei dem beschriebenen Verfahren allein als Absorbtionsmittel, welches keine chemische Veränderung der absorbierten Substanz bewirkt. Es ist also erforderlich, daß in einem weiteren Schritt die absorbierten Stoffe wieder durch Regeneration zurückgewonnen oder aber chemisch umgesetzt werden müssen.DE-OS 32 10 236 describes the recovery of condensable substances from a gas stream. Condensable liquids are removed from a gas stream by cooling this liquid by adding an identical, cooled liquid and then, in a second stage, passing the partially purified gas stream over an activated carbon bed in order to allow further condensable liquid to be absorbed by the activated carbon. In the process described, the fixed bed serves only as an absorbent, which does not cause any chemical change to the absorbed substance. It is therefore necessary that the absorbed substances are recovered by regeneration or chemically converted in a further step.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung für kleinere, gegebenenfalls schon bestehende Heizanlagen ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches aufzuzeigen, das eine kostengünstige und dennoch wirksame Entfernung von Schadstoffen aus den Rauchgasen und deren Entgiftung erlaubt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.Based on the aforementioned prior art, it is therefore the object of the present invention to provide a method according to the preamble of the main claim for smaller, possibly already existing heating systems, which allows a cost-effective and yet effective removal of pollutants from the flue gases and their detoxification, as well as to provide a device for carrying out this method.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches dadurch gelöst, daß man die gekühlten Gase zusammen mit dem kondensierenden Wasser über feste Substrate aus Aktivkohle oder Sinterglas führt, die mindestens teilweise die neutralisierenden Stoffe Calciumcarbonat Bariumoxid, Ammoniumdicarbonat, Natronlauge, Calciumhydroxid enthalten.This object is achieved in a process according to the preamble of the main claim in that the cooled gases together with the condensing water are passed over solid substrates made of activated carbon or sintered glass, which at least partially contain the neutralizing substances calcium carbonate, barium oxide, ammonium dicarbonate, sodium hydroxide, calcium hydroxide.
Dadurch, daß man das zur chemischen Reaktion benötigte Wasser den Rauchgasen entnimmt, entfällt eine zusätzliche Frischwasserzufuhr, so daß die Betriebskosten erheblich gesenkt werden können. Weiterhin kann die während der Kühlung dem Rauchgas entzogene Wärme einem anderen Bestimmungszweck zugeführt werden, so daß der Wirkungsgrad der Feuerungsanlage erheblich steigt, was wiederum die Amortisationszeiträume wesentlich verkürzt.By taking the water required for the chemical reaction from the flue gases, there is no need for additional fresh water, which means that operating costs can be reduced considerably. Furthermore, the heat extracted from the flue gases during cooling can be used for another purpose, which significantly increases the efficiency of the combustion system, which in turn significantly shortens the payback period.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens führt man den Rauchgasen vor dem Abführen in den Kamin Luft aus dem Umgebungsraum zu und erhöht den Druck des so entstandenen Gemisches. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die zunächst wassergesättigten Rauchgase nach Verlassen des Entgiftungssubstrates in eine niedrigere relative "Luft"feuche überführt werden, so daß es bei weiterer Abkühlung im Kamin nicht zu der dort gefürchteten Kondensatbildung kommen kann. Weiterhin wird durch die Druckerhöhung der Zug der Anlage gewährleistet.In a preferred embodiment of the method according to the invention, air from the surrounding area is added to the flue gases before they are discharged into the chimney, increasing the pressure of the resulting mixture. This ensures that the flue gases, which are initially saturated with water, are converted to a lower relative "air" humidity after leaving the detoxification substrate, so that further cooling in the chimney does not lead to the feared formation of condensate. Furthermore, the draught of the system is ensured by increasing the pressure.
Vorzugsweise führt man überschüssiges Kondensat weiteren geeigneten Substanzen zu, in denen dies entgiftet, bzw. neutralisiert wird.Preferably, excess condensate is added to other suitable substances in which it is detoxified or neutralized.
Aus sicherheitstechnischen Gründen ist es besonders vorteilhaft, wenn man die Druckdifferenz der Rauchgase über den festen Substraten also zwischen Eintritt und Austritt der Rauchgase zu den Substraten mißt und bei überhöhtem Meßwert, der eine Verstopfung anzeigt, die Rauchgase an den festen Substraten vorbeileitet. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Feuerungsanlage nicht gegen allzu hohe Strömungswiderstände arbeiten muß.For safety reasons, it is particularly advantageous to measure the pressure difference of the flue gases above the solid substrates, i.e. between the inlet and outlet of the flue gases to the substrates, and to direct the flue gases past the solid substrates if the measured value is too high, indicating a blockage. This ensures that the combustion system does not have to work against excessive flow resistance.
Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, die einen Wärmetauscher aufweist, der an die Feuerungsanlage und einen Kühlmittelskreislauf derart angeschlossen ist, daß den aus der Feuerungsanlage abgeführten Rauchgasen Wärme entzogen wird. Weiterhin ist in der Vorrichtung ein Reaktionsbehälter angeordnet, der mit einem Rauchgaseinlaß an den Ausgang des Wärmetauschers, mit einem Rauchgasauslaß an den Kamin angeschlossen ist.A device is suitable for carrying out the described method, which has a heat exchanger which is connected to the combustion system and a coolant circuit in such a way that heat is extracted from the flue gases discharged from the combustion system. Furthermore, a reaction vessel is arranged in the device, which is connected with a flue gas inlet to the outlet of the heat exchanger and with a flue gas outlet to the chimney.
Im Behälter ist ein gasdurchlässiges erstes Substratbett gasdicht zwischen dem Rauchgaseinlaß und dem Rauchgasauslaß angeordnet. Durch diese Serienschaltung von Wärmetauscher und Reaktionsbehälter ist gewährleistet, daß eine schnelle Reaktion auf geänderte Bedingungen z. B. beim An- und Abschalten der Anlage erfolgen kann, so daß der Reaktionsbehälter im wesentlichen bei konstanten Bedingungen betrieben werden kann, was wiederum dessen Wirkungsgrad beim Entgiften wesentlich erhöht. Zwischen dem Substratbett und dem Rauchgaseinlaß ist vorteilhafterweise ein Entspannungsraum für die Rauchgase angeordnet. Das vom Wärmetauscher kommende Gas wird also in diesen Raum zuerst eingeleitet. Von dort strömt es durch das Substratbett in Richtung Rauchgasauslaß und von dort zum Kamin. Das Substratbett kann aus einer homogenen Schicht bestehen, oder aber auch aus mehreren Schichten, die durch Entspannungsräume für die Rauchgase getrennt sind. Die Substratschicht besteht hierbei vorteilhafterweise aus einem neutralisierend wirkenden Granulat oder Pulver, oder aber aus Feststoffen, die vorzugsweise Poren aufweisen und zur Erzeugung einer großen Oberfläche entsprechend geformt sind (z. B. wellpappartig aufgerollt sind) und die mit den entsprechenden neutralisierenden Stoffen kontaminiert sind. Die Stoffmenge soll hierbei so bemessen sein, daß mindestens über ein ganzes Jahr hinweg eine ausreichend hohe Neutralisierungskapazität sichergestellt ist.In the container, a gas-permeable first substrate bed is arranged in a gas-tight manner between the flue gas inlet and the flue gas outlet. This series connection of heat exchanger and reaction container ensures that a rapid reaction to changed conditions, e.g. when the system is switched on and off, can take place, so that the reaction container can be operated under essentially constant conditions, which in turn significantly increases its efficiency during detoxification. An expansion chamber for the flue gases is advantageously arranged between the substrate bed and the flue gas inlet. The gas coming from the heat exchanger is therefore first introduced into this chamber. From there it flows through the substrate bed towards the flue gas outlet and from there to the chimney. The substrate bed can consist of a homogeneous layer, or of several layers separated by expansion chambers for the flue gases. The substrate layer advantageously consists of a neutralizing granulate or powder, or of solids that preferably have pores and are shaped to create a large surface area (e.g. rolled up like corrugated cardboard) and that are contaminated with the corresponding neutralizing substances. The amount of substance should be such that a sufficiently high neutralizing capacity is ensured for at least a whole year.
Als neutralisierende Stoffe werden hierbei Calciumcarbonat, Bariumoxid, Ammoniumdicarbonat, Natronlauge, Calciumhydroxid verwendet. Als Substratmaterial wird Aktivkohle oder Sinterglas verwendet.Calcium carbonate, barium oxide, ammonium dicarbonate, caustic soda and calcium hydroxide are used as neutralizing substances. Activated carbon or sintered glass is used as substrate material.
Vorteilhafterweise ist im Rauchgasauslaß eine Einlaßöffnung für Luft aus dem Umgebungsraum vorgesehen, nach der Einlaßöffnung Druckerhöhungsmittel, wie z. B. ein Gebläse oder dergleichen, die das so entstandene Gasgemisch dem Kamin zuführen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die abgeführten Rauchgase eine niedrige relative Feuchtigkeit aufweisen, so daß es bei der weiteren, im Kamin folgenden Abkühlung nicht zu einer Unterschreitung des Taupunktes kommt.Advantageously, an inlet opening for air from the surrounding area is provided in the flue gas outlet, and after the inlet opening there is a pressure-increasing means, such as a fan or the like, which feeds the resulting gas mixture into the chimney. This ensures that the flue gases discharged have a low relative humidity, so that the dew point is not undershot during the subsequent cooling in the chimney.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist ein zweites Subtratbett räumlich unter dem ersten gasdurchlässigen Substratbett im Reaktionsbehälter angeordnet, und weiterhin ein Überlaufstutzen vorgesehen, der relativ zum zweiten Substratbett so angeordnet ist, daß diejenige Wassermenge, die vom zweiten Substratbett nicht mehr aufgefangen werden kann, über diesen Überlaufstutzen in den Abwasserkanal abgeführt werden kann. Vorzugsweise strömt hierbei die überschüssige Wassermenge durch das zweite Substratbett hindurch und wird dort neutralisiert.In a preferred embodiment of the device a second substrate bed is arranged spatially below the first gas-permeable substrate bed in the reaction vessel, and an overflow nozzle is also provided which is arranged relative to the second substrate bed in such a way that the amount of water which can no longer be collected by the second substrate bed can be discharged into the sewer via this overflow nozzle. Preferably, the excess amount of water flows through the second substrate bed and is neutralized there.
Um bei Verstopfung des Substratbettes die einwandfreie Funktion der Feuerungsanlage dennoch zu gewährleisten ist vorteilhafterweise zwischen dem Rauchgaseinlaß und dem Rauchgasauslaß eine Bypassleitung vorgesehen, in der Ventilmittel, z. B. eine Rauchklappe, zur Abriegelung oder Freigabe angeordnet sind. Mit den Ventilmitteln steht ein Differenzdruckmeßorgan in Wirkverbindung, das den Differenzdruck in Strömungsrichtung gesehen vor und nach dem gasdurchlässigen ersten Substratbett mißt. Bei Überschreiten eines voreinstellbaren Differenzdruckpegels öffnet dann das Differenzdruckmeßorgan die Ventilmittel, so daß die Rauchgase nicht mehr über das Substratbett geführt werden, sondern direkt in den Kamin gelangen. Vorteilhafterweise steht das Differenzdruckmeßorgan gleichzeitig mit Ventilmitteln im Kühlmittelkreislauf in Wirkverbindung, so daß bei Überschreiten des voreinstellbaren Differenzdruckpegels auch der Kühlmittelkreislauf geschlossen wird. Darüber hinaus werden vorteilhafterweise auch die Druckerhöhungsmittel bei Überschreiten des Differenzdruckpegels abgeschaltet. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei Störungen im Reaktionsbehälter die Feuerungsanlage in konventioneller Weise arbeitet, so daß die Rauchgase mit ihrer ursprünglichen Temperatur, wie sie aus der Feuerungsanlage kommt, in den Kamin gelangen und dort frei abströmen.In order to ensure that the combustion system functions properly even if the substrate bed is blocked, a bypass line is advantageously provided between the flue gas inlet and the flue gas outlet, in which valve means, e.g. a smoke flap, are arranged for blocking or releasing. A differential pressure measuring device is operatively connected to the valve means, which measures the differential pressure in the direction of flow before and after the gas-permeable first substrate bed. When a preset differential pressure level is exceeded, the differential pressure measuring device opens the valve means so that the flue gases are no longer guided over the substrate bed, but go directly into the chimney. The differential pressure measuring device is advantageously simultaneously operatively connected to valve means in the coolant circuit so that when the preset differential pressure level is exceeded, the coolant circuit is also closed. In addition, the pressure increasing means are advantageously also switched off when the differential pressure level is exceeded. In this way, it is ensured that in the event of a fault in the reaction vessel, the combustion plant operates in a conventional manner, so that the flue gases enter the chimney at their original temperature, as they come from the combustion plant, and flow out freely there.
Vorzugsweise besteht der Wärmetauscher aus Einzelelementen, die über Spannmittel zu beliebig langen Einheiten in gas- bzw. flüssigkeitsdichter Verbindung miteinander zusammenpackbar sind. Durch diese Ausführungsform des Wärmetauschers kann sichergestellt werden, daß die Rauchgase auf die für das Entgiftungsverfahren notwendige Temperatur mit exakter Anpassung abgekühlt werden können, da der Wärmetauscher je nach Wärmeleistung der Feuerungsanlage größer oder kleiner dimensioniert werden kann. Man muß also nicht wie bisher üblich den Kühlmittelkreislauf steuern, sondern kann den Wärmetauscher selbst hinsichtlich seiner Kapazität bestimmen.The heat exchanger preferably consists of individual elements that can be packed together using clamping devices to form units of any length in a gas- or liquid-tight connection. This design of the heat exchanger ensures that the flue gases can be cooled to the temperature required for the detoxification process with precise adjustment, since the heat exchanger can be made larger or smaller depending on the heat output of the combustion plant. This means that the coolant circuit does not have to be controlled as was previously the case, but the heat exchanger itself can be determined in terms of its capacity.
Vorteilhafterweise bestehen die Einzelelemente aus Innenrohrstücken mit radial nach außen ragenden und parallel zur Rohrachse verlaufenden Rippen, die von Außenrohrelementen im wesentlichen eng umschlossen sind, wobei die Innenrohrstücke vorzugsweise als Gußteile ausgebildet sind. Der Wasserdurchlauf erfolgt hierbei im Gegenstrom zum Rauchgas im zentralen Rohr, während die Rauchgase das zentrale Rohr im Außenbereich durchströmen. Durch die Verrippung ist ein guter Wärmeübergang gewährleistet.The individual elements advantageously consist of inner pipe sections with ribs that project radially outwards and run parallel to the pipe axis, which are essentially tightly enclosed by outer pipe elements, whereby the inner pipe sections are preferably designed as cast parts. The water flows through in countercurrent to the flue gas in the central pipe, while the flue gases flow through the central pipe in the outer area. The ribbing ensures good heat transfer.
Die am Zentralrohr angeordneten Wärmeübertragungselemente, d. h. die Rippen, sind vorteilhafterweise derart angeordnet und gestaltet, daß der aus mehreren Einzelsegmenten zusammengesetzte Wärmetauscher leicht von Rückständen (z. B. Ruß, Flugkoks, teerige Bestandteile) gereinigt werden kann. Dies wird durch die sternförmige Rippenanordnung erreicht, die strömungsgünstig in Axialrichtung ausgerichtet ist. Im allgemeinen ist eine einfache Reinigung dadurch erreichbar, daß man z. B. mit einer speziellen Reinigungsbürste jeweils zwischen einem Rippenpaar auf der gesamten Wärmetauscherlänge hindurchfährt.The heat transfer elements arranged on the central tube, i.e. the fins, are advantageously arranged and designed in such a way that the heat exchanger, which is made up of several individual segments, can be easily cleaned of residues (e.g. soot, fly coke, tarry components). This is achieved by the star-shaped fin arrangement, which is aligned in the axial direction for optimal flow. In general, simple cleaning is achieved by, for example, running a special cleaning brush between a pair of fins along the entire length of the heat exchanger.
Die Außenrohrelemente können mit den Innenrohrstücken fest verbunden sein (z. B. durch Angießen). Es können jedoch auch separate Außenrohrelemente rings um die Innenrohrstücke angeordnet werden. Die Außenrohrelemente können als ineinander verschiebbare Rohrstücke ausgebildet sein, oder aber auch als Rohr-Halbschalen die ebenfalls segmentweise aufgebaut sein können. Bei beiden bevorzugten Ausführungsformen ist ein einfaches Offenlegen des Wärmetauschers möglich, so daß die oben erwähnte Reinigung leicht erfolgen kann.The outer pipe elements can be firmly connected to the inner pipe sections (e.g. by casting). However, separate outer pipe elements can also be arranged around the inner pipe sections. The outer pipe elements can be designed as pipe sections that can be moved into one another, or as pipe half-shells that can also be constructed in segments. In both preferred embodiments, it is possible to simply open up the heat exchanger so that the cleaning mentioned above can be carried out easily.
Die im Einzelfall notwendige Anzahl an Einzelsegmenten wird durch zwei an beiden Enden angebrachte Deckel verschlossen, die wiederum über eine durchgehende Zentralstange miteinander verbunden werden. Vorzugsweise verspannt man die Einzelelemente über Gewinde und zugehörige Muttern.The number of individual segments required in each individual case is closed by two covers attached to both ends, which in turn are connected to one another via a continuous central rod. The individual elements are preferably clamped together using threads and associated nuts.
Selbstverständlich sind die Einzelelemente so gefertigt, bzw. durch Dichtungen so miteinander verbunden, daß der Innenraum zum Außenraum fest abgedichtet ist, so daß kein Kühlmedium austreten kann.Of course, the individual elements are manufactured in such a way, or are connected to one another by seals, that the interior is tightly sealed from the exterior, so that no cooling medium can escape.
Der Zulauf des Kühlmediums in das Zentralrohr geschieht durch den Deckel oder ein Einzelsegment am Eingang des Wärmetauschers, z. B. in der Weise, daß das Zuführungsrohr durch den Deckel hindurch zum Ende des Wärmetauschers geführt wird, wo dann das Kühlmedium in den Innenraum des Innenrohrstückes eintritt und entgegen der Strömungsrichtung der Rauchgase zurückfließt. Es ist auch eine Zuführung des Mediums direkt durch den Deckel oder durch ein Einzelsegment am Ende des Wärmetauschers möglich. Vorzugsweise sind im Inneren der Innenrohrstücke entsprechende Verwirbelungselemente angebracht, die gewährleisten, daß über den gesamten Querschnitt des Innenrohrstückes eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Kühlmedium gegeben ist.The cooling medium is fed into the central pipe through the cover or an individual segment at the inlet of the heat exchanger, e.g. in such a way that the feed pipe is led through the cover to the end of the heat exchanger, where the cooling medium then enters the interior of the inner pipe section and flows back against the flow direction of the flue gases. The medium can also be fed directly through the cover or through an individual segment at the end of the heat exchanger. Preferably, appropriate swirling elements are installed inside the inner pipe sections to ensure that the heat in the cooling medium is evenly distributed across the entire cross section of the inner pipe section.
Vorteilhafterweise kann der Wärmetauscher auch aus Gruppen von Einzelelementen bestehen, die z. B. über 90° oder 180° Krümmer miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann die Anlage den gegebenen Platzverhältnissen besonders leicht angepaßt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Innenrohrstücke im Krümmungsbereich von Deckel zu Deckel Verbindungsrohre für den Vor- und Rücklauf des Kühlmediums enthalten. Es ist auch möglich den Krümmungsbereich durch Kompaktteile zu überbrücken, die im wesentlichen den normalen axialen Einzelelementen entsprechen. Die Außenrohrelemente zur Führung und Außenbegrenzung der Rauchgase können im Krümmungsbereich durch entsprechende Rohrkrümmer ersetzt werden. Bei kompakten Krümmer- und Einzelsegmenten (mit angegossenen Außenrohrelementen) ist dies ebenfalls möglich.The heat exchanger can also advantageously consist of groups of individual elements that are connected to one another, for example, via 90° or 180° bends. In this way, the system can be adapted particularly easily to the given space conditions. This can be achieved, for example, by the inner pipe sections in the bend area from cover to cover containing connecting pipes for the flow and return of the cooling medium. It is also possible to bridge the bend area with compact parts that essentially correspond to the normal axial individual elements. The outer pipe elements for guiding and externally limiting the flue gases can be replaced in the bend area with corresponding pipe bends. This is also possible with compact bends and individual segments (with cast-on outer pipe elements).
Die Einzelelemente sind vorteilhafterweise aus Aluminium gegossen und erhalten bei Bedarf im Rauchgasführungsraum eine Oberflächenbeschichtung zum Schutz gegen die saueren Bestandteile in den Rauchgasen. Hierfür eignen sich Kunststoffe oder auch Emaille. Gleiches gilt selbstverständlich auch für andere Einzelteilen, die den Rauchgasen ausgesetzt sind, wobei man auch widerstandsfähige Edelstähle verwenden kann.The individual elements are preferably cast from aluminum and, if necessary, are given a surface coating in the flue gas guide chamber to protect against the acidic components in the flue gases. Plastics or enamel are suitable for this. The same naturally applies to other individual parts that are exposed to the flue gases, although resistant stainless steels can also be used.
Durch den Aufbau der beschriebenen Wärmetauscher in Segmentbauweise wird erreicht, daß nicht nur die angestrebte Rauchgastemperatur exakt erreicht werden kann, sondern auch nur diejenigen Kosten verursacht werden, die unbedingt erforderlich sind.The construction of the described heat exchangers in segmental design ensures that not only the desired flue gas temperature can be achieved exactly, but also that only those costs are incurred that are absolutely necessary.
Weiterhin ist es durch die bevorzugte Ausführungsform des Wärmetausches möglich den jährlichen Aufwand an Energiekosten (für Gas, Öl bzw. Kohle) um bis zu 15% zu senken, wodurch eine kurzfristige Amortisation der Anschaffungskosten gegeben ist.Furthermore, the preferred design of the heat exchanger makes it possible to reduce the annual energy costs (for gas, oil or coal) by up to 15%, which ensures a short-term amortization of the acquisition costs.
Durch die Erfindung wird eine Reduzierung der Schwefeloxid im Jahresmittel um ca. 90% erreicht, wobei die hierfür notwendigen Investitionskosten äußerst niedrig sind. Insbesondere ist zu bemerken, daß durch die Erfindung keine zusätzlichen Kosten, wie z. B. Umbau des Kamines oder der übrigen Feuerungsanlagenteile entstehen. Die Reinigung und Wartung der Gesamtanlage ist leicht zu bewerkstelligen, die neutralisierten Kondensate können in die öffentliche Kanalisation abgeleitet werden.The invention achieves a reduction in sulphur oxide on average by around 90%, and the investment costs required for this are extremely low. It should be noted in particular that the invention does not result in any additional costs, such as rebuilding the chimney or other parts of the combustion system. The entire system is easy to clean and maintain, and the neutralised condensate can be discharged into the public sewer system.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in Figuren dargestellt sind. Hierbei zeigtIn the following, preferred embodiments of the device according to the invention are explained in more detail using exemplary embodiments which are shown in figures.
Fig. 1A einen Querschnitt durch ein Innenrohrstück des Wärmetauschers entlang der Linie A-A aus Fig. 1B; Fig. 1A shows a cross-section through an inner tube section of the heat exchanger along the line AA of Fig. 1B;
Fig. 1B einen Längsschnitt durch ein Innenrohrstück nach Fig. 1A entlang der Linie B-B; Fig. 1B is a longitudinal section through an inner pipe section according to Fig. 1A along the line BB ;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen vollständigen Wärmetauscher; Fig. 2 shows a longitudinal section through a complete heat exchanger;
Fig. 3A, B Krümmerelemente eines Wärmetauschers nach Fig. 2; Fig. 3A, B elbow elements of a heat exchanger according to Fig. 2;
Fig. 4 eine Prinzipskizze durch eine Anlage mit Wärmetauscher, Reaktionsbehälter, Bypass und Kamin; Fig. 4 a schematic diagram of a system with heat exchanger, reaction vessel, bypass and chimney;
Fig. 5 eine Prinzipskizze der Anordnung eines vollständigen Systems, und Fig. 5 is a schematic diagram of the arrangement of a complete system, and
Fig. 6A-C verschiedene räumliche Anordnungsformen des Systems. Fig. 6A-C different spatial arrangements of the system.
Gemäß Fig. 1 bestehen die Innenrohrstücke 20 aus Rohrabschnitten, die sternförmig nach außen ragend mit Rippen 21 versehen sind, zwischen denen sich der Raum 31 für die Rauchgase findet. Die Innenrohrstücke sind hierbei vorteilhafterweise als Gußstücke ausgebildet, wobei die Rippen 21 dem durchströmenden Rauchgas die Wärme entziehen und an das Kühlmedium im Innenraum 32 der Innenrohrstücke 20 abgeben. Selbstverständlich ist auch die zusätzliche Ausbildung von Rippen und/oder Verwirbelungselementen im Inneren des Innenrohrstückes möglich.According to Fig. 1, the inner pipe sections 20 consist of pipe sections which are provided with ribs 21 projecting outwards in a star shape, between which the space 31 for the flue gases is located. The inner pipe sections are advantageously designed as cast pieces, with the ribs 21 extracting the heat from the flue gas flowing through and transferring it to the cooling medium in the interior 32 of the inner pipe sections 20. Of course, the additional design of ribs and/or swirling elements inside the inner pipe section is also possible.
In Fig. 2 ist ein vollständiger Wärmetauscher dargestellt, der aus Innenrohrstücken 20 nach Fig. 1 besteht, die aufeinander gesetzt mit Endstücken 15 A und 15 B abgeschlossen werden. Die Endstücke 15 A und 15 B sind mit zentralen Bohrungen versehen, durch die ein Spannstab 13 geführt ist, der an seinen beiden Enden Gewindeansätze aufweist. Die Innenrohrstücke können, abweichend von der gezeigten Ausführungsform, auch unterschiedliche Länge aufweisen. Fig. 2 shows a complete heat exchanger consisting of inner pipe sections 20 according to Fig. 1, which are placed one on top of the other and closed with end pieces 15 A and 15 B. The end pieces 15 A and 15 B are provided with central holes through which a tension rod 13 is guided, which has threaded attachments at both ends. The inner pipe sections can also have different lengths, deviating from the embodiment shown.
Auf den Gewindeansätzen sitzen Muttern, über die die Innenrohrstücke 20 zusammengespannt werden können. In den einen Deckel 15 A münden der Kühlmittelzulauf 12 und der Kühlmittelablauf 10, wobei der Kühlmittelzulauf 12 über ein Verlängerungsrohr bis in die Nähe des zweiten Deckels 15 B geführt ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das Kühlmedium vom einen Ende des Innenrohres zurück zum anderen Ende und dort zum Kühlmittelausgang 10 fließt.Nuts are located on the threaded attachments, by means of which the inner pipe sections 20 can be clamped together. The coolant inlet 12 and the coolant outlet 10 open into one cover 15 A , with the coolant inlet 12 being guided via an extension pipe to the vicinity of the second cover 15 B. In this way, it is ensured that the cooling medium flows from one end of the inner pipe back to the other end and from there to the coolant outlet 10 .
Der Öffnung des Kühlmittelzulaufs 12 gegenüberliegend ist ein Ventilkegel 5 angeordnet, der auf einer Betätigungsstange sitzt, die flüssigkeitsdicht durch den zweiten Deckel 15 B nach außen geführt ist. Durch diese Anordnung kann der Kühlmittelkreislauf unterbrochen werden.A valve cone 5 is arranged opposite the opening of the coolant inlet 12 and sits on an actuating rod which is guided outwards in a liquid-tight manner through the second cover 15 B. This arrangement allows the coolant circuit to be interrupted.
In den Fig. 3A und 3B sind zwei Krümmer gezeigt, die dazu dienen, den Wärmeaustauscher aus Gruppen von Einzelsegmenten in beliebiger Form aufzubauen. Hierbei sind die Außenrohrelemente 24 über ein gekrümmtes Außenrohrelement 24 B bzw. 24 C verbunden, während die Innenrohrelemente über Krümmer 15 C bzw. 15 D verbunden sind.In Fig. 3A and 3B, two bends are shown which serve to construct the heat exchanger from groups of individual segments in any shape. Here, the outer tube elements 24 are connected via a curved outer tube element 24 B or 24 C , while the inner tube elements are connected via bends 15 C or 15 D.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher wird folgendermaßen betrieben: Durch den Kühlmittelzulauf 12 wird Wasser z. B. aus dem Heizungsrücklauf einer Zentralheizungsanlage in den Innenraum 32 der Innenrohrstücke 20 geleitet und fließt dort zum Rücklauf 10 zurück. Das Rauchgas wird durch den Außenraum 31 zwischen Innenrohrstücken 20 und Außenrohrelementen 24 entgegen dem Kühlmittelstrom geführt. Über die Rippen 21 findet hierbei der Wärmeaustausch vom Rauchgas zum Kühlmittel statt.The heat exchanger according to the invention is operated as follows: Water, for example from the heating return of a central heating system, is fed through the coolant inlet 12 into the interior 32 of the inner pipe sections 20 and flows back there to the return 10. The flue gas is guided through the outer space 31 between the inner pipe sections 20 and the outer pipe elements 24 against the coolant flow. The heat exchange from the flue gas to the coolant takes place via the fins 21 .
Durch diese Energierückgewinnung kann der Heizungsbetreiber je nach Verhältnissen bis zu 15% der Heizkosten einsparen. Am Ausgang des Wärmetauschers sind die Rauchgase auf eine Temperatur von etwa 100°C abgekühlt, so daß die Kondensation beginnt.This energy recovery allows the heating operator to save up to 15% of heating costs, depending on the conditions. At the outlet of the heat exchanger, the flue gases are cooled to a temperature of around 100°C, so that condensation begins.
Im folgenden wird anhand von Fig. 4 das vollständige System beschrieben. Die durch den Wärmetauscher geleiteten Rauchgase gelangen in einen Rauchgaseinlaß 210, der ins Innere eines Reaktionsbehälters 200 führt. Der Rauchgaseinlaß 210 führt in einen Entspannungsraum 212, über dem ein Substratbett 214 angeordnet ist. Das Substratbett besteht entweder direkt aus den geeigneten Substanzen oder aus einem Feststoff, der mit den geeigneten Substanzen kontaminiert ist. Hierbei ist das Substratbett so locker aufgebaut, daß die Rauchgase mit nur geringem Druckverlust hindurchströmen können. Dadurch, daß das Rauchgas durch den Wärmeentzug im Wärmetauscher 2 auf eine relativ niedrige Temperatur abgekühlt wurde, kondensiert das Wasser im Rauchgas. Die entstehenden feinen Tropfen haften an den festen Grenzflächen im Substratbett an. An den Grenzflächen findet eine weitere Kondensation statt, wobei die Flüssigkeit weiter in das Feststoffinnere eindringt. In der Flüssigkeit lösen sich die Schadstoffe, insbesondere die Schwefeloxide begierig, so daß nunmehr die Schadstoffe in wäßriger Lösung vorliegen. In dieser wäßrigen Lösung reagieren sie nun mit dem wirksamen Material des Substratbettes, wobei auch gleichzeitig eine katalytische Oxydatin von SO2 zu SO3 sowie von Sulfit zu Sulfat stattfindet. Ein Teil des Wassers wird z. B. bei Erzeugung von Gips gebunden, der Bilanzrest tropft nach unten ab.The complete system is described below with reference to Fig. 4. The flue gases passed through the heat exchanger enter a flue gas inlet 210 which leads into the interior of a reaction vessel 200. The flue gas inlet 210 leads into a relaxation chamber 212 , above which a substrate bed 214 is arranged. The substrate bed consists either directly of the suitable substances or of a solid that is contaminated with the suitable substances. The substrate bed is constructed so loosely that the flue gases can flow through with only a small loss of pressure. Because the flue gas has been cooled to a relatively low temperature by the heat extraction in the heat exchanger 2 , the water in the flue gas condenses. The resulting fine droplets adhere to the solid interfaces in the substrate bed. Further condensation takes place at the interfaces, with the liquid penetrating further into the interior of the solid. The pollutants, especially the sulphur oxides, dissolve readily in the liquid, so that the pollutants are now in an aqueous solution. In this aqueous solution they react with the active material of the substrate bed, whereby a catalytic oxidation of SO 2 to SO 3 and of sulphite to sulphate also takes place at the same time. Some of the water is bound, for example, when producing gypsum, and the balance remains dripping down.
Nachdem das Rauchgas das Substratbett 214 durchströmt hat, gelangt es in einen Raum 218 über dem Substratbett und von dort in einen Rauchgasauslaß 220. Im Rauchgasauslaß 220 befindet sich Öffnungen 222. Am Ende des Rauchgasauslasses 220 ist ein Gebläserad 110 angebracht, das über einen außenliegenden Elektromotor 113 angetrieben wird. Durch diese Anordnung ist gewährleistet, daß die Rauchgase nicht aus den Öffnungen 222 austreten können, sondern vielmehr Umgebungsluft den Rauchgasen zugemischt wird.After the flue gas has flowed through the substrate bed 214 , it enters a space 218 above the substrate bed and from there into a flue gas outlet 220. Openings 222 are located in the flue gas outlet 220. At the end of the flue gas outlet 220 , a fan wheel 110 is mounted, which is driven by an external electric motor 113. This arrangement ensures that the flue gases cannot escape from the openings 222 , but rather that ambient air is mixed with the flue gases.
Die aus dem Gebläserad 110 austretenden Gase gelangen dann über eine Leitung 240 in den Kamin 100.The gases exiting the fan wheel 110 then pass through a line 240 into the chimney 100 .
Zwischen dem Rauchgaseinlaß 210 und dem Rauchgasauslaß 220 bzw. der Leitung 240 zum Kamin 100 ist ein Rohrstück 230 als Bypass vorgesehen. Dieses Rohrstück 230 ist normalerweise durch eine Klappe 117 geschlossen. In den Raum 218 über dem Substratbett 214 ragt ein Differenzdruckmechanismus 114, der mit seinem anderen Ende mit dem Rauchgaseinlaß 210 in Verbindung steht, so daß er mit dem Differenz, druck über dem Feststoffbett 214 beaufschlagt wird. A pipe section 230 is provided as a bypass between the flue gas inlet 210 and the flue gas outlet 220 or the line 240 to the chimney 100. This pipe section 230 is normally closed by a flap 117. In the space 218 above the substrate bed 214 A differential pressure mechanism 114 projects, the other end of which is connected to the flue gas inlet 210 so that it is subjected to the differential pressure across the solid bed 214 .
Die Klappe 117 ist über eine Hebelverbindung mit der Betätigungsstange des Ventilkegels 5 derart verbunden, daß bei Öffnen der Klappe 117 der Ventilkegel 5 auf die Öffnung des Kühlmittelzulaufes 12 aufgedrückt wird. Weiterhin steht die Klappe 117 über Verbindungsmittel 107 mit einem Schalter 116 in Verbindung, der den Motor 113 an- bzw. ausschaltet. Diese Verbindung 107 ist hierbei derart, daß bei Öffnung der Klappe 117 (entgegen dem Uhrzeigersinn) der Schalter 116 geöffnet wird, so daß der Elektromotor 113 außer Betrieb gesetzt wird.The flap 117 is connected to the actuating rod of the valve cone 5 via a lever connection in such a way that when the flap 117 is opened, the valve cone 5 is pressed onto the opening of the coolant inlet 12. The flap 117 is also connected via connecting means 107 to a switch 116 which switches the motor 113 on and off. This connection 107 is such that when the flap 117 is opened (anticlockwise), the switch 116 is opened so that the electric motor 113 is put out of operation.
Das Differenzdruckmeßorgan 114 wird derart, daß bei erhöhtem Differenzdruck die Klappe 117 freigesetzt wird, so daß sich diese in Strömungsrichtung stellt und den Bypass freigibt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei verstopftem Substratbett 214 zum einen die Rauchgase direkt aus dem Wärmetauscher 2 in den Kamin 100 gelangen, zum anderen der Wärmetauscher über Abschaltung des Kühlmittelkreislaufes außer Betrieb gesetzt wird, so daß die Rauchgase nunmehr mit der üblichen hohen Temperatur in den Kamin 100 strömen können. Sobald die Anlage abgeschaltet wird, schließt die Klappe 117 wieder, so daß bei erneutem Anfahren der Feuerungsanlage wieder der Differenzdruck gemessen wird und somit erneut die Durchlaßfähigkeit der Substratschicht 214 geprüft wird, wonach gegebenenfalls der Bypass 230 wieder geöffnet wird.The differential pressure measuring device 114 is such that when the differential pressure increases, the flap 117 is released so that it is positioned in the direction of flow and opens the bypass. In this way, it is ensured that when the substrate bed 214 is clogged, the flue gases pass directly from the heat exchanger 2 into the chimney 100 , and the heat exchanger is shut down by switching off the coolant circuit so that the flue gases can now flow into the chimney 100 at the usual high temperature. As soon as the system is switched off, the flap 117 closes again so that when the combustion system is started up again, the differential pressure is measured again and the permeability of the substrate layer 214 is checked again, after which the bypass 230 is opened again if necessary.
Unter dem Substratbett 214 ist ein zweites Substratbett 216 angeordnet, in das überschüssiges Wasser aus dem ersten Substratbett 214 tropft und dort neutralisiert wird. Überschüssiges Kondensat fließt nach der Neutralisation über einen Überlaufstutzen 224 in die Kanalisation (nicht gezeigt).A second substrate bed 216 is arranged beneath the substrate bed 214 , into which excess water from the first substrate bed 214 drips and is neutralized there. After neutralization, excess condensate flows via an overflow nozzle 224 into the sewer system (not shown).
Fig. 5 zeigt eine vollständige Anlage in schematischer Anordnung. Die Anlage wird zwischen einen Heizkessel 1 und einen Kamin 100 geschaltet. Der funktionsnotwendige Wärmetauscher 2 ist vor dem Reaktionsbehälter 200 angeordnet. Wenn wegen einer Betriebsströmung der Kühlmittelzulauf 76 in dem Wärmetauscher 2 stillgelegt ist, tritt der Direktzufluß 78 in Kraft. Zusätzlich ist der Wärmetauscher mit einem Sicherheitsventil 77 versehen. Fig. 5 shows a complete system in a schematic arrangement. The system is connected between a boiler 1 and a chimney 100. The functionally necessary heat exchanger 2 is arranged in front of the reaction vessel 200. If the coolant inlet 76 in the heat exchanger 2 is shut down due to an operating flow, the direct inlet 78 comes into effect. In addition, the heat exchanger is provided with a safety valve 77 .
In den Fig. 6A-6C sind verschiedene Anordnungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, die durch die besondere Formvariabilität der Wärmetauscher 2 ermöglicht werden, so daß man die Anlage an jeden bestehenden Raum anpassen können.In Fig. 6A-6C, different arrangements of the device according to the invention are shown, which are made possible by the special shape variability of the heat exchangers 2 , so that the system can be adapted to any existing room.
Claims (11)
4. Device for carrying out the method according to claims 1 to 3
5. Device according to claim 4, characterized by
6. Device according to claims 4 and 5, characterized by
7. Device according to claims 4 to 6 characterized by
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| DE19853511669 DE3511669C2 (en) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | Process for removing gaseous pollutants from flue gases, and device for carrying out the process |
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1985
- 1985-03-29 DE DE19853511669 patent/DE3511669C2/en not_active Expired
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| DE3716610A1 (en) * | 1987-05-18 | 1989-02-02 | Gebhard Noeth | Process for removing pollutants from flue gases and apparatus for carrying out the process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3511669A1 (en) | 1986-10-02 |
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