DE3619585C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausfiltern von Partikeln und zur Neutralisierung des Schwefeldioxids für Abgase, die bei Kesseln für Wohnhäuser, Wohngebiete oder Industrieanlagen ausströmen, bei der die Abgase nacheinander einen Wärmeaustauscher, eine Vorfilter­ einheit und eine Entschwefelungskammer durchströmen.

Ebenso bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Fil­ tern und zum Neutralisieren von Schwefeldioxid für Abgase.

Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist z.B. in Brennstoff-Wärme-Kraft 33 (1981) Nr. 5, S. 230-237 beschrie­ ben.

Man kennt heutzutage genau die Hauptursachen für die Luftver­ schmutzung und ihre Bedeutung. Insbesondere liegt dies an der großen Zahl von Einzelkesseln, Zentralkesseln oder Indu­ striekesseln mit ihrem Ausstoß von flüchtigen verschmutzen­ den Substanzen in die Luft, wozu Schwefeldioxid, Stickoxid, Kohlenoxid, kohlensaure Gase und ihre Zusammensetzungen gehören.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus den Abgasen vor allem von Hausbrandkesseln, Zentralkesseln oder Industriekesseln Partikel auszufiltern und insbesondere Schwefeldioxid zu neutralisieren.

Aus Sicherheitsgründen soll die erfindungsgemäße Vorrichtung so konzipiert sein, daß sie sich in Heizanlagen nach der Aus­ trittsleitung für das Abgas einbauen läßt, wobei es noch eine geeignete Vorrichtung zur Wärmegewinnung einschließen soll, um eine Absenkung der Abgastemperatur zu erreichen.

Dabei muß jedoch aus Gründen der Leistung und des Wirkungs­ grades der Reinigungs- und Filtervorgang bei einer in Bezug auf die Rauchgastemperaturen niedrigen Temperatur durchge­ führt werden, d.h. bei der für Wohnräume normalen Umgebungs­ temperatur.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß hinter der Ent­ schwefelungskammer eine Kondensationskammer und daran an­ schließend eine Abzugsturbine angeordnet sind.

Dabei kann der Wärmetauscher mit zwei in Serie geschalteten Stufen ausgeführt sein, einer ersten Stufe als Luft/Luft-Aus­ tauscher und einer zweiten Stufe als Luft/Wasser-Austau­ scher, die im hydraulischen Kreislauf der Heizung eingebaut sind.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 7.

Ein Verfahren zum Filtern und zum Neutralisieren von Schwe­ feldioxid für Abgase, die bei Kesseln für Wohnhäuser, Wohn­ gebiete oder Industrieanlagen ausströmen ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abgase im Wärmetauscher bis auf ungefähr 10 bis 25 Grad Celsius abgekühlt werden, dann durch ein Vor­ filter, welches mit einer auf Schwefeldioxid neutralisieren­ den Lösung gewaschen wird, geleitet werden und dann in den zwei Abteilen der Entschwefelungskammer im Gegenstrom mit einer Schwefeldioxid neutralisierenden Lösung, die in einem unteren Behälter aufgefangen und deren Konzentration ständig über einen Säuregradanzeiger reguliert wird, gewaschen werden.

Die neutralisierende Lösung kann eine Natron- oder Kalilauge sein.

Der Hauptvorteil der Erfindung ist in erster Linie sein ho­ her Wirkungsgrad hinsichtlich der Neutralisierung des Schwe­ feldioxids, das eine Hauptursache der Verunreinigung ist. Dabei liegt ein Hauptgrund in der angegebenen niedrigen Temperatur im Vergleich zu bekannten Verfahren, wobei die Verbrennungsgase stets vorgewärmt werden mußten.

Die Erfindung weist außerdem folgende ergänzende Vorteile auf:

• - Einsparung an Energie ungefähr 25%;
• - gleichzeitige Rückgewinnung und Reinigung;
• - Erzeugung von Warmluft oder Warmwasser;
• - wegen des eingebauten Entfeuchters keine Kondensation im Kamin;
• - es muß weder der Kessel noch der Kamin abgeändert werden;
• - rasche Installation in Form von Bausteinen;
• - vollkommen automatisches Arbeiten;
• - keine Einschränkung was die Austrittstemperatur der Abgase betrifft.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit seinen technischen Merkmalen und Vorteilen anhand der Zeich­ nung näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Horizontalschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 einen schematischen Vertikalschnitt, welcher die komplette Vorrichtung mit ihrem hydrauli­ schen Kreislauf zeigt.

Zum Verständnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfolgt man den Weg der Abgase von dem Austritt aus dem Kessel bis zum Eintritt in den Kamin.

Die Einheit zum Filtern und Neutralisieren des Schwefeldi­ oxids stellt eine horizontal liegende bausteinartige Kasset­ te 1 dar, welche im Heizraum in der Nähe des Kessels zwi­ schen dem Austritt der Abgase und dem Kamin anzuordnen ist. Sie besteht aus mehreren in Serie im horizontalen Abgasweg angeordneten funktionellen Blöcken.

An den Enden der Vorrichtung sind einerseits, kesselseitig, ein Wärmeaustauscher 2 und andererseits eine doppelte Abzugs­ turbine 3 vorgesehen, welche dazu dient, den Abgasdurchsatz durch das Gerät zu erhöhen und am Austritt die gleichen Luft­ bedingungen wie am Kesselaustritt zu erhalten.

Der Wärmeaustauscher 2 ist in die Vorrichtung integriert, denn er stellt die erste Phase des Verfahrens dar, nämlich die ausreichende Senkung der Abgastemperatur bis in den Be­ reich der Umgebungstemperatur, d.h. 10 bis 25 Grad Celsius, ein Bereich, in welchem die Entschwefelungsleistung optimal ist.

Der Wärmeaustauscher 2 ist vorzugsweise ein Mischtyp Luft/ Luft+Luft/Wasser und zweistufig, wobei die erste Stufe beispielsweise ein Luft/Luft-Plattenaustauscher 4 ist, der am Austritt mit dem Rohrbündel (z.B. aus Kupfer) eines Aus­ tauschers Luft/Wasser 5 in Verbindung steht, dessen hydrau­ lischer Kreislauf 6 mit der Heizung durch Heizkörper, wie z.B. Radiatoren, über ein Mischventil 7 verbunden ist, z.B. in einfacher Weise durch Serienschaltung im Rücklauf 8 der Heizkörper. Der Vorteil dieser Anordnung besteht in der Sauberkeit der Austauscherbatterie. Die Batterie wird von einem sauberen Luftstrom durchströmt, der beim Überstreichen der Platten des Sekundärkreislaufes des Luft/Luft-Austau­ schers 4 erwärmt wird und folglich nicht durch die Abgase verschmutzt werden kann.

Gemäß den Anwendungsbedingungen kann die aus dem Mischaus­ tauscher kommende Luft zur Heizung dienen, in dem man sie in Zimmer oder Räumlichkeiten bläst oder in dem man sie zurück­ führt, wie es die Schleife in den Figuren zeigt.

Die aus dem Luftaustauscher 4 kommenden Abgase gelangen in eine Vorfiltereinheit 9, die aus einem feuerfesten und rege­ nerierbaren aus Glasfaserfäden hergestellten elektrostati­ schen Vorfilter 10 besteht.

Dieses Filter hält die dicksten Feststoffe zurück, welche im Abgas mitgerissen werden oder sonstwie enthalten sind (Unver­ branntes, Ruß ...).

Es handelt sich um eine erste Filtration von großer Wirksam­ keit bis zu einer Korngröße von 3 Mikron und von guter Wirk­ samkeit bis zu einem Mikron. Darunter nimmt die Retentions­ fähigkeit ab.

Dieses Vorfilter ist mit einer Reinigungseinrichtung 11 in Form eines oder mehrerer Spritzrohre 12 versehen, welche scharfe horizontale Sprühstrahlen auf die gesamte Rückseite 13 des Vorfilters abgeben. Der Druck des Wassers läßt die Dicke des Vorfilters bis zu den zurückgehaltenen Teilchen durchdringen, welche dann auf der Vorderseite 14 erscheinen.

Es genügt, die Vorderseite 14 durch ein oberes Spritzrohr 15 mit senkrechten Sprühstrahlen zu waschen, um das Filter vollständig zu reinigen. Die Partikel gelangen dabei in den Auffangbehälter 16, wo sie zur Recyclierung über die zwei Siebe 17 und 18 abgepumpt werden, wobei die Entleerung in den Kanal direkt am Boden über einem Elektromagnetventil 19 durchgeführt wird.

Zur Reinigung der Vorderseite 14 verwendet man eine hinsicht­ lich des Schwefeldioxids neutralisierende Lösung, wie z.B. Natronlauge (sodahaltiges Wasser). Aufgrund dieser Tatsache speist man den Auffangbehälter 16 über die Leitung 20, die mit dem System für Natronlauge 21 über eine Beschickungspum­ pe 22 verbunden ist. Die Konzentration der Natronlauge läßt sich im Inneren des Behälters 16 über die parallel geführte Einspeisung 23 von Frischwasser über die Leitung 24 durchfüh­ ren, die an den Verteiler 25, der am städtischen Netz hängt, angeschlossen ist.

Die Konzentration der Natronlauge kann man von einem elektro­ nischen Säuregradanzeiger 26 aus regeln, der den pH-Wert des Wassers in einen geeigneten Regelkreislauf anzeigt und auf die Elektromagnetventile 27 und 28 für die Zufuhr der Natron­ lauge und des Frischwassers einwirkt.

Die Reinigungsphasen des Vorfilters 10 finden während der Abschaltung des Brenners statt und sind durch eine Überwa­ chungsschaltung gesteuert.

Außerdem liefert ein Druckdifferenzmesser 29 des Vorfilters zwischen dessen Eintritt und Austritt entsprechende Informa­ tionen über einen Verschmutzungsgrad zu einer zentralen Steuerungseinheit, welche den Beginn der Reinigungsphase zwischen zwei Betriebsperioden des Brenners einleitet.

Bei Kesseln mit kontinuierlicher Feuerung, Kesseln für Koh­ le, für Holz, für Holzmehl ... durchströmen die Abgase das Rohrfilter kontinuierlich. In diesem Falle weist die Vorrich­ tung eine Vorfilterkammer mit zwei getrennten Abteilen auf, wobei jedes ein Vorfilter enthält. Die zwei Vorfilter lassen sich dank einer Umlenkeinrichtung, z.B. mit einer von den Differenzdruckmessern der Vorfilter gesteuerten, motorisch bewegten Klappe, nacheinander in Betrieb nehmen.

Die Abgase gelangen dann in die Entschwefelungskammer 30, wobei sie zuerst ein elektrostatisches Filter 31 mit hoher Partikelzurückhaltung passieren, das einen Wirkungsgrad von 100% für 3 Mikron und 90% für 1 Mikron hat. Dieses Filter hält den Hauptanteil der noch vorhandenen Partikel zurück. Es besteht z.B. aus hartem Kunststoffmaterial mit hohem Polymerisationsgrad und besitzt einen hohen Wirkungsgrad bezüglich der Abscheidung feiner Partikel.

Die Rückseite 32 des Filters 31 ist ständig in Gegenrichtung von einem nassen Strom aus einer bezüglich Schwefeldioxid neutralisierenden Lösung berieselt, z.B. mit Natronlauge, welches aus dem, den Boden der Zerstäubungskammer bildenden Auffangbehälter 33 entnommen wird. Diese Lösung wird aus dem Auffangbehälter 33 über eine Anordnung von Filtern 34 ange­ saugt und dann durch mehrere übereinander angeordnete Spritz­ rohre 35, die mit Düsen für quadratische Strahlen ausgerü­ stet sind, gleichmäßig verteilt in Gegenrichtung auf die Rückseite 32 des Filters 31 gespritzt. Die austretenden Strahlen bilden einen aktiven Mikronebel mit sehr feinen Tröpfchen, die sich im Gegenstrom ausbreiten. Auf ihrem Wege reagieren die feinen Tröpfchen mit dem Schwefeldioxid, neu­ tralisieren es und bilden dabei Natriumsulfat oder ein ande­ res Salz je nach der verwendeten neutralisierenden Lösung.

Die Reinigung dieses Filters beruht auf einer periodischen Betriebsweise. Die verspritzte neutralisierende Lösung rie­ selt entlang des Filters bis in den Auffangbehälter 33 der Kammer 30 zur Entschwefelung. Letzteres geschieht an einem zwischenliegenden Filter 36, welches elektrostatisch arbei­ tet, und von gleicher Art ist wie das Filter 31, dessen Rück­ seite in gleicher Weise von mehreren Spritzrohren 37 benetzt ist. Diese Anordnung gestattet die Aufteilung des Innenrau­ mes der Entschwefelungskammer 30 in zwei Spritzabteilungen 38 bzw. 39.

Der Auffangbehälter 33 für die Natronlauge weist einen Rück­ führkreislauf 40 auf, der aus einer unteren Absaugung 41 über die Siebgruppe 34, einem Elektromagnetventil 42 und anschließend der Hauptpumpe 43 und einer Gruppe von Elektro­ magnetventilen 44 besteht und dann zu den Spritzrohren 35 und 37 und zur Reinigungsvorrichtung 11 des Vorfilters 10 führt.

Der Auffangbehälter 33 ist mit Frischwasser vom Netz über ein Elektromagnetventil 45 und über eine Zuführleitung 46 versorgt. Es ist ebenso eine dem Auffangbehälter 33 zugeord­ nete Reguliereinrichtung für die Konzentration der Natron­ lauge über einen elektronischen Säuregradanzeiger 47 vorgese­ hen.

Das gleiche gilt für den Auffangbehälter 16, der mit der Pumpe 43 über die Siebe 17 und 18 so wie das Elektromagnet­ ventil 48 verbunden ist.

Die Natronlauge oder die neutralisierende Lösung kommen von einem äußeren Reservoir über die Verteilpumpe 22 und gelan­ gen in die Auffangbehälter 16 und 33 über die Elektromagnet­ ventile 27 und 49 bis zu den Zuführleitungen 50 und 51.

Die zweite Serie von Spritzrohren 37 für die Natronlauge er­ laubt außerdem, die winzigen Feststoffteilchen, die kleiner als 1 Mikron sind, zu neutralisieren.

Die elektrostatischen Filter 10, 31 und 36 sind in vertika­ ler Richtung zum Auffangbehälter hin verlängert, dargestellt durch die Trennwände 53 und 54, um den Durchgang der Abgase zwischen dem unteren Ende der Filter und dem Flüssigkeits­ niveau in jedem Behälter zu verhindern.

Ein zusätzliches elektrostatisches Filter 55 wirkt als Trop­ fenabscheider, um den Hauptanteil der in den behandelten Abgasen enthaltenen Feuchtigkeit zurückzuhalten.

Ein letztes elektrostatisches Filter 56 vom gleichen Typ wie die vorhergehenden spielt die Rolle eines Vorfilters für ein Aktivkohlefilter 57, in dem es eine hohe Retention auf das schwefelhaltige Gas und andere gasförmige verunreinigende Rückstände vor dem Durchgang durch die Abzugsturbine ausübt.

Beim Entfeuchter 58 handelt es sich um eine Kälteeinheit mit direkter Entspannung von der Art, wie man sie in den Kreis­ läufen von Kühlanlagen verwendet, oder um eine klassische Kondensationseinheit.

Für das gute hydraulische Funktionieren der Heizeinrichtung ist in der Rückführung 8 von den Heizkörpern eine zusätz­ liche Pumpe 59 eingebaut, welche die Druckverluste beim Durchlaufen der Wasseraustauschereinheit 5 kompensiert.

Um die Bedingungen der lufttechnischen Funktion zu berück­ sichtigen, insbesondere um denselben Absaugdruck für die Abgase wie am Ausfilter aus dem Kessel zu haben, steuert man die Leistung der Turbine 3 durch Informationen, die von einem Haupt-Druckdifferenzmesser 60 geliefert werden, der zwischen dem Eintritt des Vorfilters 10 und dem Austritt des Aktivkohlefilters 57 montiert ist.

Die Entleerung der Behälter 16 und 33 in den Kanal geschieht im unteren Teil bzw. über das Elektromagnetventil 19 und eine Gruppe 61 von Elektromagnetventilen, die mit einer gemeinsamen Entleerleitung 62 verbunden ist.

Die allgemeine Funktion der Vorrichtung wird durch ein zentrales Programmiergerät gesteuert, welches vor allem die Abläufe der Reinigung des Vorfilters 10 während der Abschal­ tung des Brenners und die Regulierung der Konzentration der neutralisierenden Lösungen steuert.

Das von der Vorrichtung in Gang gesetzte Verfahren besteht darin, die Temperatur der Abgase auf einen Wert abzusenken, der gleich oder ähnlich der Umgebungstemperatur ist, d.h. auf ungefähr 10 bis 25 Grad Celsius. Die Abgase werden dann beim Durchgang in einem Vorfilter, welches mit einer auf Schwefeldioxid neutralisierend wirkenden Lösung gewaschen wird, vom größten Teil der Partikel befreit. Anschließend durchlaufen die Abgase eine Entschwefelungskammer mit zwei elektrostatischen Filtern an den Enden und einen Zwischenfil­ ter, wodurch zwei Abteile entstehen, wobei man in einem zwei aufeinanderfolgende, gegen die Strömung gerichtete Vernebe­ lungen einer bezüglich Schwefeldioxid neutralisierend wirken­ den Lösung erzeugt, wobei diese auf eine Konzentration von 30% einregulierte Lösung horizontal durch die Abteile zwi­ schen den zwei elektrostatischen Filtern auf die Rückseiten der vorhergehenden Filter gespritzt und zur Recyclierung in einem unteren Behälter aufgefangen wird. Die Abgase durch­ strömen anschließend eine Gruppe von zwei elektrostatischen Filtern, welche durch einen Entfeuchter getrennt sind, und dann ein Aktivkohlefilter, um vor der Ableitung in den Kamin noch beschleunigt zu werden.

Als Beispiel sind nachstehend, außer der Natronlauge, mehre­ re Produkte angegeben, die eine in Bezug auf Schwefeldioxid ähnliche neutralisierende Aktivität aufweisen und somit bei dieser Erfindung anwendbar sind. Es handelt sich hauptsäch­ lich um eine Kalilösung, aber auch um Alkohol, um Aceton, um sehr feines in Wasser suspendiertes Zink, um ein Produkt, das man unter der Bezeichnung Holzkohlen-Coconat kennt, um Jod mit Oxydationswirkung.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Ausfiltern von Partikeln und zur Neutrali­ sierung des Schwefeldioxids für Abgase, die bei Kesseln für Wohnhäuser, Wohngebiete oder Industrieanlagen ausströmen, bei der die Abgase nacheinander einen Wärmeaustauscher, eine Vorfiltereinheit und eine Entschwefelungskammer durchströ­ men, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Entschwefelungskammer eine Kondensationskammer (58) und daran anschließend eine Abzugsturbine (3) angeord­ net sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (2) mit zwei in Serie geschalteten Stu­ fen ausgeführt ist, eine erste Stufe als Luft/Luft-Austau­ scher (4) und eine zweite Stufe als Luft/Wasser-Austauscher (5), die im hydraulischen Kreislauf der Heizung eingebaut ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austauscher (2) einen geschlossenen Luftkreislauf dar­ stellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorfiltereinheit (9) aus einem elektrostatischen feuer­ festen und regenerierbaren Vorfilter (10) gebildet ist, das mit einer Reinigungsvorrichtung (11) verbunden ist, die besteht aus mehreren gegen die Rückseite (13) des Vorfilters gerichteten Spritzrohren (12) und einem im Bereich der Vorderseite angeordneten oberen Rohr (15), das mit vertikal gerichteten Strahlen eine vollständige Reinigung der Vorder­ seite erlaubt, wobei das Vorfilterabteil nach unten in einem Auffangbehälter (16) endet, der mit der Reinigungsvorrich­ tung durch einen Rückführkreislauf verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Entschwefelungskammer aus zwei Zerstäubungsabteilen (38) und (39) zusammensetzt, die durch zwei an den Enden befindliche elektrostatische Filter (31) und (55) und ein elektrostatisches Zwischenfilter (36) bestimmt sind, wobei jedes Abteil auf die gegenüberliegende Filterfläche (31) und (36) gerichtete Spritzrohre (35) und (37) enthält, und sich die Entschwefelungskammer nach unten durch einen Auffang­ behälter verlängert, der mit den Spritzrohren (35) und (37) über einen Rückführkreislauf in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Auffangbehälter (16) und (33) einen Säuregradanzeiger (26) und (47) aufweist, der jeweils mit einem getrennten auf die Zuführung von Frischwasser und neutralisierender Lösung in jeden der besagten Behälter einwirkenden Regelkreislauf verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe aus einer Kondensationskammer (58), einem letz­ ten elektrostatischen Filter (56) und einem Aktivkohlefilter besteht.

8. Verfahren zum Filtern und zum Neutralisieren von Schwefel­ dioxid für Abgase, die bei Kesseln für Wohnhäuser, Wohngebie­ te oder Industrieanlagen ausströmen, in einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, wobei die Abga­ se im Wärmetauscher bis auf ungefähr 10 bis 25 Grad Celsius abgekühlt werden, dann durch ein Vorfilter, welches mit einer Schwefeldioxid neutralisierenden Lösung gewaschen wird, geleitet werden und dann in den zwei Abteilen der Ent­ schwefelungskammer im Gegenstrom mit einer Schwefeldioxid neutralisierenden Lösung, die in einem unteren Behälter aufgefangen und deren Konzentration ständig über einen Säure­ gradanzeiger reguliert wird, gewaschen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die neutralisierende Lösung Natron- oder Kalilauge ist.