DE3617040A1 - Rauchgaswaescher mit integrierter waermerueckgewinnung fuer kleinkesselanlagen - Google Patents

Description

Gattung des Anmeldegegenstandes

Die Erfindung betrifft einen Apparat mit Zusatzeinrichtungen in dem Rauchgase bzw. Abgase aus Feuerungsanlagen gereinigt und gekühlt werden. Die abgekühlte Wärmeenergie wird zum Vorwärmen der Brennstoffe und Wärmeträgermedien genutzt.

Angaben zur Gattung

Durch die besondere konstruktive Ausbildung des Gaswäschers ist es möglich, die Rauchgase mittels einer dreistufigen, absorptiven Wäsche von den Schadstoffen SO₂/SO₃, No _x , CO, CO₂, Staub und Asche zu befreien bzw. diese stark zu reduzieren.

Ein Kühlsystem bestehend aus Wasservorlagebehälter, Wasserumwälzepumpe und im Gaswäscher installiertes Rohrsystem führt die Rauchgasrestwärme dem Energienutzsystem zu und verbessert somit den wärmetechnischen Wirkungsgrad der Heizungsanlagen.

Stand der Technik:

In der Industrie gibt es zahlreiche Ausführungen von Gaswaschtürmen zum Reinigen von Gasen; wobei vorwiegend großtechnische Anlagen im Einsatz sind. Für das Reinigen von Rauchgasen aus Kleinkesselanlagen hat man unseres Wissens nach noch keine akzeptable Lösung für eine physikalische, chemische Wäsche mit einer integrierten Wärmerückgewinnungsanlage.

Alle uns bekannten Theorien, Verfahren und praktische Anwendungen benutzen Wasser als Absorbens bzw. binden einen Teil des SO₂ mittels des Kondensates, welches bei der Taupunktunterschreitung entsteht unter Bildung von schwefeliger Säure und anschließender Neutralisation. Die Restwärmenutzung wird seperat in Heizwertkessel, Brennwertkessel und Economiser durchgeführt.

Auf dem Gebiet der Gasreinigung von Kleinkesselanlagen sind uns die Entwicklungen folgender Firmen bekannt:
- Fröhling GmbH & Co., Overath: Typ RECITHERM Heizwert- und Brennwertgeräte
- Hermann Lübbers GmbH, Tarmstedt: Typ CALCOND Wärmetauscher mit Taupunktunterschreitung und Kondensatneutralisation
- Retherm Wärme- und Umwelttechnik GmbH, Ochtrup: Typ RETHERM Kunststoff-Wasserwäscher
- Walter Kroll GmbH, Kirchberg/Murr: Typ ABGAS-TURBO-WÄSCHER Kalziumcarbonatwäsche mit wärmerückgewinnung und Gipsauffangbehälter.
- Dr. Rudolf Wieser:
a) WASSERROHRKESSEL MIT INTEGRIERTER RAUCHGASENTSCHWEFELUNG mittels Kalk- bzw. Dolomitstaub
b)DOPPELROHR-ECONOMISER
- Gesellschaft für Techn. Studien, Entwicklung, Planung mbH, München: Typ SEP-VERFAHREN Reinigen von Dieselmotorabgase unterhalb des Taupunktes
- Fa. Sonnenenergie-Systeme Vetter Scheidegg: Heizkessel mit Rauchgaskühlung unter dem Taupunkt, Wärmerückgewinnung und Kondensatneutralisation
- Wilhelm & Sander GmbH, Uslar: Typ SUPER-NOVA Brennwertkessel mit Kondensatneutralisation
- Normatherm GmbH & Co. KG, Emsdetten: NORMATHERM-STERNZUG- KESSEL für hohe Brennertemperaturen von ca. 1320°C und Rauchgaskühlung bis 40°C mit Kondensatneutralisation

Ausführungen in Fachzeitschriften, wissenschaftliche Werke, Dokumentation sind uns nicht bekannt.

Kritik des Standes der Technik

Alle gutfunktionierenden Gaswäscher sind bisher nur für die Großindustrie entwickelt. Für Kleinkesselanlagen (Leistungsbereich bis 500 kW) gibt es keine Rauchgasabsorber mit integrierter Wärmerückgewinnung.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schadstoffe im Rauchgas von Heizungsanlagen der Privathaushalte, Kleinindustrie sowie von Gewerbebetrieben und Verwaltungsgebäuden:
- SO₂/SO₃, Asche/Staub zu beseitigen und
- CO, CO₂ und NO _x stark zu reduzieren
- sowie Abkühlung der Rauchgase auf Umgebungstemperatur und Nutzbarmachung der abgeführten Wärmeenergie.

Rauchgaswäsche und Wärmerückgewinnung soll dabei in einem Apparat erfolgen.

Lösung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst das das Gas in einem Dreistufenkunststoffwäscher gewaschen wird:
Stufe I - Sprühabsorption im Rauchgaseingangskanal und Abkühlung unter den Säuretaupunkt.
Stufe II und III - Gegenstrom-Absorption in 2 übereinander liegenden Füllkörperschichten.
Die Ablaufverhältnisse sind hierbei so geregelt, daß nur 1/3 der Waschflüssigkeitsmenge aus der Stufe III direkt in die darunter liegende Stufe II gelangt. Hierbei wird die Umbildung der Sulfite und Karbonate in Hydrosulfite bzw. Hydrokarbonate gewährleistet.

In dem Rauchgaswäscher werden die Rauchgase auf ca. 25° bis 30°C abgekühlt. Die Wärme wird von einem geschlossenen Kühlwasser- System bestehend aus:
- Wasserspeicher
- Wasserumwälzpumpe
- Rohrschlangenkühler
- Rohrleitungszuführungssystem
aufgenommen. Das erwärmte Kühlwasser wird der Heizungsanlage als Frischwasser bzw. Brauchwasser zugeführt.

Die Erfindung kann für alle Feuerungsanlagen bis zu einem Leistungsbereich von ca. 500 kW genutzt werden.

Erzielbare Vorteile

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin:
- SO₂/SO₃ Beseitigung 100%
- CO-Reduzierung ca. 30%
- CO₂-Reduzierung ca. 20%
- NO _x Reduzierung ca. 40%
- Asche-Beseitigung 100%
- Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades für Kesselanlagen über 99%
- Wegfall der teueren Kamine und Schornsteine

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung Anlage 4 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnung nach Aufbau und nach Wirkungsweise der dargestellten Erfindung.

Der Rauchgaswäscher mit Wärmerückgewinnungseinrichtungen besteht aus folgenden Hauptelementen
Pos. 1 Rauchgaswäscher
Pos. 2 Waschflüssigkeitspumpe
Pos. 3 Saugzugventilator
Pos. 4 Kühlwassersystem
Pos. 5 Sicherheits- u. Meßeinrichtungen

Das Waschen des Rauchgases erfolgt kontinuierlich in 3 Stufen (I, II, III).

Als Waschflüssigkeit wird Lauge verwendet.

Die Anfangskonzentration der Lauge beträgt 18%. Diese wird mit fortschreitender Betriebsdauer bis zum Erreichen des Neutralisationspunktes durch das zufließende Kondensat, welches sich bei der Taupunktunterschreitung in der Absorptionsstufe I bildet, verdünnt. Die Erstfüllung des Rauchgaswäschers beträgt deshalb nur ca. 3/4 des Gesamtassungsvermögens des Wäschers. Hierbei wird der obere Flüssigkeitsbehälter (Pos. 1.2.) ganz und der Untere (Pos. 1.1.) nur bis 1 cm über die Kühlschlangen gefüllt.

Die Waschlösung wird im oberen Teil des Rauchgaswäschers (Absorptionsstufe III) und in den Rauchgaseingangskanal (Absorptionsstufe I) mittels der Waschmittel-Umwälzpumpe (Pos. 2) aufgegeben. Die intensive Besprühung in der Stufe I und die zwei Füllkörperschichten in den Stufen II und III gewährleisten eine optimale Vermischung des Absorbens mit dem Rauchgas.

Der Hauptanteil der Lösung wird im oberen Teil des Wäschers (Absorptionsstufe III) im Kreislauf gefahren. Ein Teilstrom, ca. 1/6 der Gesamtmenge, strömt in dem Rauchgas-Steigrohr (Absorptionsstufe II) nach unten in den Waschflüssigkeitsbehälter (Pos. 1.1).

In den einzelnen Absorptionsstufen wird SO₂, CO₂ und NO _x durch die Lauge ausgewaschen.

Der Waschmittelstrom nimmt folgenden Weg im Rauchgaswäscher:
1. Die Umwälzpumpe (Pos. 2) saugt die Lauge aus dem unteren Behälter (Pos. 1.1)
2. 50% der Menge wird in den Füllkörperturm (Absorptionsstufe III) und die Restmenge in die Berieselungskammer des Rauchgaseingangskanals (Absorptionsstufe I) gefördert.
3. Über einen Lochboden wird die Waschflüssigkeit gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Rauchgaseingangskanals (Stufe I) verteilt.
4. In der Stufe III wird die Waschflüssigkeit über der Füllkörperschicht mittels einer Rundstrahldüse gleichmäßig verteilt und strömt nach unten. 2/3 dieser Flüssigkeitsmenge gelangt in den oberen Laugebehälter (Pos. 1.2). 1/3 strömt direkt weiter durch das Rauchgas-Steigrohr (Absorptionsstufe II) in den unteren Laugebehälter.
5. Die im oberen Laugebehälter (Pos. 1.2) sich sammelnde Waschlösung strömt im Behälter nach unten; wird in einem mit Kühlrohren versehenen Doppelmantelrohr (Pos. 1.4) wieder nach oben geführt und läuft vorwiegend an der Rohrwandung des Rauchgas-Steigrohres (Pos. 1.5) nach unten in den unteren Laugebehälter (Pos. 1.1).

Der Sättigungspunkt der Waschlösung, und damit der Zeitpunkt des Austausches des Absorbens, wird mittels pH-Wert-Messung (pH-Wert 7,0) erfaßt. Der gesamte Waschablauf erfolgt kontinuierlich und ist mit dem Brennermotor der Heizungsanlage elektrisch verriegelt. Das heißt: Umwälzpumpen (Pos. 2 und 4.2) und Abluftventilator (Pos. 3) sind gleichzeitig mit entsprechender Vor- und Nachlaufzeit mit dem Brennermotor der Heizungsanlage in bzw. außer Betrieb.

Am Kopf des Rauchgaswäschers wird das Rauchgas über einen Tropfenabscheider (Demister Pos. 1.6) mittels des Ventilators (Pos. 3) abgezogen. Das Rauchgas verläßt die Anlage als saubere und gekühlte Abluft. Eine Ableitung über einen Kamin ist nicht notwendig.

In dem Rauchgaswäscher werden die Rauchgase bis auf Umgebungstemperatur (ca. 25°C bis 30°C) abgekühlt. Die fühlbare und latente Wärme wird während des Waschprozesses von der Lauge aufgenommen.

Mittels eines Rohrregisters (Pos. 1.7 und 1.8) im unteren und oberen Laugebehälter wird die Lauge gekühlt. Das geschlossene Kühlwassersystem besteht aus folgenden Elementen:
-Wasserspeicher (Boiler Pos. 4.1)
-Umwälzpumpe (Pos. 4.2)
-Rohrschlangenkühler (Pos. 1.7) im oberen Laugebehälter (Pos. 1.2)
-Kühlrohrschlange (Pos. 1.8) im unteren Laugebehälter (Pos. 1.1)
-Kreislauf-Rohrleitungssystem (Pos. 4.3)

Als Kühlmittel dient Frischwasser, welches zum Auffüllen des Brauchwassersystems der Heizungsanlage benötigt wird. Somit wird die Wärme dem Heizungssystem zugeführt. Außerdem ist in dem unteren Waschflüssigkeitsbehälter (Pos. 1.1) eine Heizschlange (Pos. 1.9) zum Vorwärmen des Heizöles installiert. Das Öl wird hier auf 35°C aufgeheizt.

Der Rauchgaswäscher ist vollständig aus Kunststoff gefertigt. Der Kunststoffapparat besteht aus drei miteinander verschraubten Hauptteilen:
-Unterer, rechteckiger Waschflüssigkeitsbehälter (Pos. 1.1) mit Kühlwasser- und Heizölregister, Niveau- und pH-Wert- Wächter.
-Oberer, rechteckiger Waschflüssigkeitsbehälter (Pos. 1.2) mit innenliegenden Doppelmantel Absorptions-Kühleinrichtungen, außen angeordneten Rauchgas- Eingangskanal mit Temperaturwächter und Waschmittelpumpe.
-Absorptionsturm (Pos. 1.3) mit Saugzugventilator (Pos. 3) und Endtemperaturwächter (Pos. 5.1).

Claims (2)

1. Rauchgaswäscher mit integrierter Wärmerückgewinnung für Kleinkesselanlagen,
dadurch gekennzeichnet, daß
1.1. die Rauchgaswäsche in 3 hintereinander geschalteten Absorptionsstufen, angeordnet in einem Apparat, erfolgt,
1.2 die Stufe I als vertikale Rauchgaskanal mit Lochboden für Waschflüssigkeitsverteilung ausgebildet ist,
1.3 das Ablaufverhältnis von Absorptionsstufe III zu Absorptionsstufe II 3:1 beträgt,
1.4 durch besondere konstruktive Maßnahmen der Waschflüssigkeitsfluß im oberen Flüssigkeitsbehälter (Pos. 1.2) 2/3 der Flüssigkeitsmenge der Absorptionsstufe III beträgt. (siehe Zeichnung, Einzelheit X).

2. Rauchgaswäscher mit integrierter Wärmerückgewinnung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß
2.1 die Restwärme des Rauchgases (einschließlich der latenten Wärme) dem System mittels wassergespeisten Kühlrohren, ausgebildet als Schlangenkühler (Pos. 1.7) im Doppelmantelrohr (Pos. 1.4) und am Boden des unteren Waschflüssigkeitsbehälters I (Pos.1.1), entzogen und zum Vorwärmen des Heizungs- bzw. Brauchwassers der Heizungsanlage genutzt wird.
2.2 aus einem Wasserspeicher (Pos. 4.1) das Kühlwasser für den Rauchgaswäscher am Boden des Gefäßes entnommen und das erwärmte Kühlwasser in den oberen Teil des Gefäßes rückgeführt wird. Das Wasservorratsgefäß hat die Funktion einer Wasservorlage für die Heizungsanlage.