DE3527634A1 - Ofen bzw. kesselheizung mit katalytischer reinigung der rauchgase - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ofen- bzw. Kesselheizung mit katalytischer Reinigung der Rauchgase, in deren Rauchgaszügen sich ein Katalysator aus kera­ mischem Werkstoff mit waben- bzw. zellenartigen, gleichgerichteten Durchgangska­ nälen befindet, deren Oberfläche mit mindestens einer katalytisch aktiven Schicht belegt ist, wobei für die Anheiz- und Abbrandphase ein die Durchgangskanäle des Katalysators von den Rauchgasen freihaltender, diese abführender Bypass vorgesehen ist.

Es ist bekannt, die aus Verbrennungsanlagen entweichenden Rohgase zu reinigen. Diese Reinigung gewinnt im Hinblick auf das ständig steigende Umweltschutz-Be­ wußtsein immer größere Bedeutung. Während sie in großtechnischen Verbrennungs­ anlagen durch mechanisches oder elektrostatisches Filtern (Entfernung von Staub­ partikeln) und durch Auswaschen (Beseitigung gasförmiger Schadstoffe) der Rohgase erfolgt, werden die aus kleineren Verbrennungsanlagen wie Ofen- und Kessel­ heizungen vor allem privater Haushalte entweichenden Rohgase katalytisch ge­ reinigt, weil dort die vorerwähnten Filter- und Waschanlagen viel zu aufwendig wären; dabei kann der Katalysator entweder unmittelbar in der Feuerstätte ange­ ordnet oder in die Rauchgaszüge eingeschaltet sein.

Ein herkömmlicher Katalysator besitzt einen überlicherweie aus Keramik bestehen­ den Körper mit einer Vielzahl von Durchgangskanälen. Die Oberfläche dieser Durchgangskanäle ist mit einer katalytisch aktiven Schicht, z. B. auf Platin- oder Rhodiumbasis, versehen, die geeignet ist, den Schadstoff-Gehalt im Rauchgas zu vermindern, indem dieser zu ungiftigen und/oder umweltfreundlichen Verbindungen oxydiert und/oder umgewandelt wird.

Ein wesentliches Erfordernis für die Funktionsfähigkeit des Katalysators besteht da­ rin, daß dessen Waben bzw. Zellen stets offen bleiben, d. h. also nicht durch Ver­ brennungsrückstände oder durch vom Rauchgas mitgerissene Verbrennungsma­ terialien zugesetzt werden. Diese Gefahr des Zusetzens besteht während der An­ heiz- und Abbrandphase, in welchen der Katalysator noch nicht bzw. nicht mehr die für das katalytische Wirksamwerden erforderliche Temperatur besitzt. Für diese beiden Phasen ist der Katalysator mit einer Bypassanordnung ausgerüstet, die dazu dient, die Rohgase unter Umgehung seiner Durchgangskanäle abzuführen. Erst wenn der Katalysator seine Reaktionstemperatur besitzt, wird die Bypassanordnung geschlossen.

Die bislang erfolgende Aus- und Nachrüstung von Ofen- und Kesselheizungen mit Katalysatoren ist in hohem Maß zeit-, raum- und kostenaufwendig. Ursächlich dafür ist vor allem, daß die Bypassanordnung ein selbständiges, vom Katalysator ge­ trenntes Bauteil, z. B. in Gestalt einer Rauchgasumlenkung, darstellt. Der große Raumbedarf wirkt sich besonders beim Einbau in sichtbare Rauchgaszüge bzw. beim nachträglichen Einbau in bestehende Anlagen nachteilig aus. Beim Einbau in sicht­ bare Rauchgaszüge stört der optische Eindruck. Beim nachträglichen Einbau lassen sich die großvolumigen Bauteile durch die vorhandenen kleinquerschnittigen Öffnungen (Lüftungsgitter, Putztüren, Schürtüren usw.) nicht hindurchbringen; außerdem müssen an der Einbaustelle Abschnitte der Rauchgasrohre abgetrennt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Katalysator für derartige Anwen­ dungsfälle zu schaffen, der ohne nennenswerte Umrüstungsarbeiten, ohne das Erfor­ dernis einer zusätzlichen Bypassanordnung und ohne wesentliche Beeinträchtigung des optischen Eindrucks in die Rauchgaszüge, und zwar in jede bestehende Anlage, eingebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß daduch gelöst, daß der Katalysatorkörper eine seine Unterbringung in den Rohren der Rauchgaszüge zulassende Querschnitts­ fläche und -form aufweist und daß der Bypass fester, auf dieser Querschnittsfläche untergebrachter Bestandteil des Katalysatorkörpers ist.

Bei dieser Ausgestaltung wird der Querschnitt des Katalysatorkörpers also an den Querschnitt der Rauchgaszüge derart angepaßt, daß dieser Körper ohne weiteres in das Volumen der Rauchgasrohre eingebracht bzw. eingegeben werden kann. Da außerdem auch der Bypass auf diesem angepaßten Querschnitt des Katalysatorkör­ pers angeordnet ist, benötigt der Katalysator keinen zusätzlichen, d. h. über den normalen Umfang der Rauchgaszüge hinausgehenden Raum, verändert den äußeren optischen Eindruck nicht und läßt sich bei nachträglichem Einbau ohne Schwierig­ keiten durch die vorhandenen kleinquerschnittigen Öffnungen hindurchbringen und manipulieren, durch die bei Reparaturen ja auch die Rauchgasrohre passen müssen. Dabei wirkt es sich besonders günstig aus, daß zwecks Einbau des Katalysators kein Abtrennen von Rauchgasrohr-Abschnitten mehr erfolgen muß; vielmehr genügt es, eine Verbindung zwischen zwei Rauchgasrohren zu lösen, den Katalysator in eines der beiden Rauchgasrohre einzuschieben, darin zu fixieren und dann die Verbindung der beiden Rauchgasrohre wiederherzustellen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bypass im zentra­ len Bereich des Katalysatorkörpers in diesem integriert ist, wobei es besonders vor­ teilhaft ist, wenn die Mittellängsachse des Katalysatorkörpers mit der Mittel­ längsachse des Bypass' zusammenfällt. Diese Ausgestaltung ist strömungs- bzw. heizungstechnisch günstig; sie erleichtert jedoch auch den Einbau des Katalysators.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Er­ findung der Katalysatorkörper kreisförmigen und der Bypass quadratischen Quer­ schnitt aufweisen. Der kreisförmige Querschnitt des Katalysatorkörpers schafft die Anpassung an den meistens kreisförmigen Querschnitt der Rauchgasrohre und ver­ einfacht die Abdichtung beim Einbau, während der quadratische Querschnitt des By­ pass' die Ausbildung und Anbringung von dessen Verschlußorganen erleichtert bzw. einen dichten Abschluß des Bypass' gewährleistet, wenn dieser außer Betrieb sein soll.

In der Zeichnung (Fig. 1 - 4) sind mehrere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Katalysatoren in Querschnittsansicht dargestellt.

Der Körper 1 a des Katalysators gemäß Fig. 1 besitzt kreisförmigen Querschnitt. In seinem zentralen Bereich ist ein Bypass 2 a vorgesehen, der ebenfalls kreisförmigen Querschnitt aufweist; Katalysatorkörper 1 a und Bypass 2 a haben eine gemeinsame Mittellängsachse 3 a, sind also koaxial. Mit 4 sind - ebenso in den Fig. 2, 3 und 4 - waben- bzw. zellenartige, gleichgerichtete Durchgangskanäle bezeichnet, deren Oberfläche mit mindestens einer - in der Zeichnung dargestellten - kataly­ tisch aktiven Schicht belegt ist.

Der Körper 1 b des Katalysators gemäß Fig. 2 besitzt quadratischen Querschnitt. Auch er ist in seinem zentralen Bereich mit einem Bypass 2 b versehen, der gleich­ falls quadratischen Querschnitt aufweist; allerdings fallen im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Mittellängsachsen 3 b ₁ und 3 b ₂ des Kataly­ satorkörpers 1 b und des Bypass' 2 b auseinander.

Der Körper 1 c des Katalysators gemäß Fig. 3 besitzt rechteckigen Querschnitt. Auch er läßt in seinem zentralen Bereich einen Bypass 2 c erkennen, der ebenfalls rechteckigen Querschnitt aufweist; wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ha­ ben Katalysatorkörper 1 c und Bypass 2 c eine gemeinsame Mittellängsachse 3 c, sind also koaxial, wobei darüber hinaus auch noch die langen und kurzen Mittelachsen der beiden Rechteck-Querschnitte zusammenfallen.

Der Körper 1 d des Katalysators gemäß Fig. 4 besitzt wie bei dem Ausführungsbei­ spiel der Fig. 1 kreisförmigen Querschnitt; anders als dort weist der im zentralen Bereich des Körpers 1 d befindliche Bypass 2 d jedoch quadratischen Querschnitt auf. Katalysatorkörper 1 d und Bypass 2 d haben allerdings wieder eine gemeinsame Mittellängsachse 3 d, sind also koaxial.

Die Länge der Katalysatorkörper 1 a - 1 d sollte mindestens 40 mm betragen; gängige Querschnitte für die Durchgangskanäle 4 sind 5 x 5 mm. Die gebräuchlich­ sten Rauchgasrohr-Durchmesser sind 160, 180 und 200 mm, so daß der Durchmesser der Katalysatorkörper 1 a und 1 d mit kreisförmigem Querschnitt bzw. die Länge der Diagonalen der Katalysatorkörper 1 b und 1 c mit quadratischem bzw. rechteckigem Querschnitt bei etwa 158, 178 und 198 mm liegt. Der Querschnitt des Bypass' 2 a - 2 d richtet sich nach der Art des jeweils verwendeten Brennstoffs; beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 würde sich im Falle des Brennstoffs Holz bei einem Außendurchmesser des Katalysatorkörpers 1 a von 198 mm ein Bypass-Durchmesser von 85 mm, bei einem Außendurchmesser des Katalysatorkörpers 1 a von 178 mm ein Bypass-Durchmesser von 70 mm und bei einem Außendurchmesser des Katalysa­ torkörpers 1 a von 158 mm ein Bypass-Durchmesser von 55 mm empfehlen.

Claims (4)

1. Ofen- bzw. Kesselheizung mit katalytischer Reinigung der Rauchgase, in deren Rauchgaszügen sich ein Katalysator aus keramischem Werkstoff mit waben- bzw. zellenartigen, gleichgerichteten Durchgangskanälen befindet, deren Ober­ fläche mit mindestens einer katalytisch aktiven Schicht belegt ist, wobei für die Anheiz- und Abbrandphase ein die Durchgangskanäle des Katalysators von den Rauchgasen freihaltender, diese abführender Bypass vorgesehen ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (1 a - 1 d) eine seine Unterbringung in den Rohren der Rauchgaszüge zulassende Querschnittsfläche und -form aufweist und daß der Bypass (2 a - 2 d) fester, auf dieser Querschnittsfläche untergebrach­ ter Bestandteil des Katalysatorkörpers (1 a - 1 d) ist.

2. Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass (2 a - 2 d) im zentralen Bereich des Katalysatorkörpers (1 a - 1 d) in diesem integriert ist.

3. Heizung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellängsachse (3 a, 3 c, 3 d) des Katalysatorkörpers (1 a, 1 c, 1 d) mit der Mittellängsachse (3 a, 3 c, 3 d) des Bypass' (2 a, 2 c, 2 d) zusammenfällt.

4. Heizung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (1 d) kreisförmigen und der Bypass (2 d) quadratischen Querschnitt aufweisen.