DE3631656A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserten rauchgasreinigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Rauch­ gasreinigung, wobei das Rauchgas in an sich bekannter Weise gereinigt, gefiltert, gewaschen und in die Atmosphäre geleitet wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Ver­ besserung der Rauchgasreinigung mittels Elektro- oder Gewebe­ filter, Rauchgaswäscher und Kamin.

Bekanntlich erfolgt die Rauchgasreinigung (die Rauchgase kön­ nen an sich von beliebiger Herkunft sein), die noch eine er­ hebliche Menge staubförmiger Partikel haben, in der Regel in Elektro- oder Gewebefiltern. Hier haben die Rauchgase, insbe­ sondere bei Gewebefiltern, noch Temperaturen von 180 bis 200°C.

Einmal enthalten die Rauchgase aber nach dem Austritt in die Atmosphäre immer noch, wenn auch fein verteilt und in geringer physikalischer Größe, Chlor, Schwefel, Fluor, Schwer­ metalle, z. T. in Aerosolform.

Man schaltet darum den Filtern, insbesondere Gewebefiltern, Wäscher nach; die gesättigten Rauchgase verlassen dann mit ca. 70 bis 80°C oder weniger den Wäscher und werden über ei­ nen Saugzug in den Kamin eingeleitet und treten in die Atmos­ phäre aus.

In der Regel ist unter gewissen atmosphärischen Bedingungen aber am Austritt aus dem Kamin eine die Umwelt störende Was­ serdampffahne in Kauf zu nehmen. Zudem enthält der in die At­ mosphäre gelangende Wasserdampf ebenfalls noch Schadstoffe wie z. B. Quecksilber, Reste von Chlor, Schwefel etc..

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei ei­ nem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Rauchgasreinigung, einmal hinsichtlich der in dem Ka­ mingas enthaltenen Schadstoffen, zum anderen hinsichtlich der die Umwelt störenden Dampffahne wesentlich zu verbessern. Dies soll mit einem technisch und wirtschaftlich vertretbaren Aufwand erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art überraschend dadurch gelöst, daß den gefilterten Rauchga­ sen durch Wärmeaustausch Wärme entzogen, die Rauchgase bei herabgesetzter Temperatur gewaschen und dann bis zum Auskon­ densieren des Wasserdampfs gekühlt sowie durch die Kondensa­ tionswärme getrocknet und auf Temperatur gehalten werden und vor dem Einleiten in die Atmosphäre aufgrund der vorher den Rauchgasen entzogenen Wärme wieder direkt oder indirekt erwärmt werden.

Vorzugsweise wird mit offener Kühlstrecke, gegebenenfalls zu­ sätzlichem äußerem Aufsprühen von Wasser auf die Kühlstrecke gekühlt.

Die oben stehende Aufgabe wird also nicht nur voll erfüllt. Das aufkonzentrierte Kondensat wird im Bereich der Kühlstrec­ ke abgeleitet. Es ist ein interessantes, an sich bekanntes physikalisches Phänomen, daß der in den Rauchgasen enthaltene Wasserdampf bzw. die Brüden einen neutralen pH-Wert haben und durch den Aufkonzentrationseffekt das Kondensat überraschend nicht den gleichen pH-Wert, sondern einen neuen niedrigen pH- Wert hat. Dem Kondensat muß sich also ein Schadstoffanteil er­ heblicher Konzentration angelagert haben. Die durch Kondensa­ tion erzielte Nachreinigung hat also eine überraschend große Wirkung und ist hervorragend zum Herabsetzen der Umweltbela­ stung geeignet, auch im Hinblick auf die im Kondensat enthal­ tenen Aerosole.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem den Rauchgasen vor dem Einleiten in den Wäscher Wärme entzogen wird (die ih­ nen kurz vor dem Schornstein wieder zugesetzt wird), entsteht also im Wäscher weniger Wasserdampf und durch das Zwischen­ schalten der Kühlstrecke erfolgt die Auskondensation und damit eine intensive Trocknung der Gase, die dann durch die ihnen vor dem Wäscher entzogene Wärme wieder aufgeheizt werden und in besonders trockenem Zustand in die Atmosphäre gelangen. Da es sich um eine offene Kühlstrecke handelt, ist diese beson­ ders leicht zugänglich. Besonders bei Sonneneinstrahlung, fehlendem Wind oder ähnlichen Zuständen wird die Kondensation durch äußere Kühlung der Kühlstrecke, beispielsweise indem auf Rohre der Kühlstrecke Wasser aufgespritzt wird, unter­ stützt. Es kann sich dabei um im Prozeß angefallenes Wasser, das nur nicht zu stark belastet sein darf, handeln. Im Winter kann man von einer Wasserberieselung der Kühlstrecke von au­ ßen absehen können.

Zweckmäßig wird die Kühlstrecke geneigt ausgebildet, das Kon­ densat läuft ab. Andererseits ist es möglich, Frischluft durch die Energie der gefilterten Rauchgase (nach dem Austritt aus dem Filter) aufzuwärmen und später den getrockneten und ge­ kühlten Rauchgasen vor Eintritt in die Atmosphäre, zweckmäßig vor oder im Schornstein, zuzumischen (Warmluftbeimischung).

In konsequenter Weiterbildung der Erfindung kann die Kühl­ strecke direkt in den Schornstein hineinleiten, die Warmluft­ beimischung im Schornstein (ähnlich wie die Sekundärluft bei ei­ nem Kohlenstaubbrenner) eingeblasen werden und dabei die mittig austretenden Rauchgase mitreißen.

In Abkehr von der vorbeschriebenen Maßnahme (bei der in übli­ cher Weise der Kamin isoliert ist) kann die Kühlstrecke auch in den Kamin selbst verlegt werden.

Vorzugsweise werden die Rauchgase erst in den nicht-isolierten Schornstein unter Kondensieren gekühlt, wobei Frischluft ein­ geführt und injektorartig etwa 1-2 m vor Eintritt der Rauch­ gase in die Atmosphäre mittig in den Rauchgasstrom ausgebla­ sen wird. Der nicht-isolierte Kamin wird also durch die Atmos­ phäre gekühlt. Die als Kühlstrecke dienende Schornsteinröhre ist also gleichzeitig Kondensationsfläche. Mittig durch den Schornstein wird Frischluft geführt, die sich einerseits auf­ wärmt, andererseits ist der Außenmantel des Frischluftrohrs ebenfalls Kondensationsfläche. Das Kondensat läuft unten am Schornstein ab.

Zweckmäßig endet das Frischluftrohr etwa 1 bis 2 m unterhalb des Kamins, d. h. unterhalb des Rauchgasaustritts in die Atmos­ phäre. Die Frischluft hat also einerseits die Möglichkeit, sich zu vermischen, andererseits als Injektor zu wirken und die Rauchgase mitzureißen. In einem solchen Fall kann sogar auf das sonst übliche Gebläse (Energieeinsparung) verzichtet werden.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 eine erste Ausführungsform;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein Detail, insbesondere zu Fig. 2; und

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform.

Gleiche Begriffe sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugs­ zeichen behaftet.

Nach Fig. 1 erfolgt die bekannte Rauchgasreinigung von staub­ förmigen Partikeln mit Hilfe von Elektro- oder Gewebefiltern, insbesondere Gewebefiltern 1. Die Rauchgase haben hier noch Temperaturen von 180 bis 200°C.

Eine weitere Reinigung der Rauchgase von Schadstoffen, insbe­ sonder von Chlor, Schwefel, Fluor, Schwermetallen usw. erfolgt dadurch, daß die Rauchgase über die Rauchgasleitung 2 einem Wärmeaustauscher 3 zugeführt werden, wo sie einen Teil ihrer Wärme abgeben. Sie werden von dort über die Rauchgasleitung 4 dem Wäscher 5 zugeführt. Eine vergleichsweise volumenmäßig kleinere Dampf- und Rauchgasmenge verläßt den Wäscher 5 und wird über den Saugzug 6 einer offenen Kühlstrecke 7 zugelei­ tet. Die Kühlstrecke 7 ist nicht isoliert. Beim Kondensieren reichert sich das Kondensat in der Kühlstrecke 7 in an sich bekannter Weise mit Schadstoffen an. Die erwähnte Aufkonzen­ tration findet statt. Das mit Schadstoffen stark angereicher­ te Kondensat verläßt die Kühlstrecke über den Kondensatab­ fluß 15.

Gleichzeitig wird durch die Kondensation Wärme frei, welche sowohl an die Umgebung als auch an das Rauchgas abgegeben wird. Die Rauchgase werden nun durch die Auskondensation ge­ trocknet. Dies ist ein Vorgang, wie die adiabadische Lufter­ wärmung bei Föhn.

Die vorgetrockneten und erwärmten Rauchgase werden im Wärme­ austauscher 3 nacherwärmt, somit weiter getrocknet und werden dann dem an sich bekannten, isolierten Schornstein 8 zugelei­ tet.

Wie Fig. 3 erkennen läßt, kann die Kühlstrecke mit einem oder mehreren Rohren zur Vergrößerung der Kühlfläche ausgeführt sein; die Kühlfläche liegt schräg, um eine optimale Aufkonzen­ tration und einen problemlosen Kondensatablauf (bei 15, Fig. 3) zu gewährleisten. Die Ausbildung der Kühlstrecke ist derart zu treffen, daß im Hinblick auf eine möglichst wirksame Kon­ densatbildung nur geringe Rauchgasgeschwindigkeiten auftreten. Die Kühlstrecke wird wegen des sehr korrosiven Kondensats in korrosionsbeständigem Material ausgeführt bzw. entsprechend bearbeitet, insbesondere gummiert.

Der Kühleffekt ist umso größer, je niedriger die Außentempe­ raturen liegen und je größer die Luftgeschwindigkeiten bzw. Windstärken sind. Ein Schutz gegen Sonneneinstrahlung oder ei­ ne Intensivierung der Kondensatbildung durch Wasserbesprühung 14 ist zweckmäßigerweise vorgesehen. Die Aufwärmung der Rauch­ gase zur Verhinderung der möglichen Bildung einer Dampffahne durch den noch verbliebenen Wasserdampf erfolgt durch die er­ wähnte Aufheizung der Rauchgase (Rauchgasweg 2; 3; 4 in Fig. 1).

Nach einer zweiten, in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform kann die Bildung der Dampffahne durch den noch verbliebenen Wasser­ dampf aber auch durch Warmlufteindüsung erfolgen. Frischluft wird bei 10 durch einen Wärmeaustauscher 11 geleitet, in wel­ chem die aus dem Gewebefilter 1 austretenden Rauchgase (über 2) einen Teil ihrer Wärme abgegeben haben. Den Rauchgasen, die in der vorbeschriebenen Weise die Kühlstrecke durchströmt haben, wird vor oder im Kamin die aufgeheizte Warmluft, die über ein Warmluftgebläse 13 durch die Leitung 12 gesaugt wird, beigemischt. In den beiden vorbeschriebenen Fällen ist es zweckmäßig, den Wärmeinhalt der Rauchgase nach dem Gewebefil­ ter für diesen Zweck zu verwenden: Die Rauchgase werden hier­ zu von 200°C auf etwa 150°C abgekühlt, wobei entsprechende korrosionsbeständige Materialien für den Wärmeaustauscher vor­ zusehen sind.

Die Rauchgase werden also zur Erwärmung von Frischluft 10 in Luftvorwärmer 11 über eine Luftleitung 12 und einen Ventila­ tor 13 geführt und anschließend eingedüst.

Nach Fig. 1 wurden die Rauchgase von ca. 200°C über die Rauch­ gasleitung 2 dem Wärmeaustauscher 3 zugeführt und über die Rauchgasleitung 4 zum Wäscher 5 rückgeführt und geben damit auch Wärme an die nach der Kühlstrecke auskondensierten Rauch­ gase ab, so daß diese in etwa ihre Temperatur halten. Ein Bypass 9 ist eingezeichnet, der es möglich macht, den Wärme­ austauscher 3 zu umfahren. Eine entsprechende Möglichkeit im Bereich des Wärmeaustauschers ist nicht gesondert eingezeich­ net.

Durch die Rauchgasaufwärmung bzw. Rauchgastrocknung wird kei­ ne Fremdenergie benötigt, die Rauchgase werden statt mit 200°C nur noch mit ca. 150°C dem Wäscher zugeführt; der Wascheffekt wird effizienter.

Eine weitere Möglichkeit zur Kondensation des in den Rauchga­ sen enthaltenen Wasserdampfs besteht nun darin, gemäß Fig. 4 die Schornsteinröhre 8′ und das Innenrohr 20 in der Schorn­ steinröhre als Kühlstrecke 7′ zu verwenden. Gleichzeitig wird die Schornsteinröhre 20 zur Frischluftaufwärmung der bei 10′ eingetretenen Frischluft verwendet.

Die Schornsteinröhre 8′ besteht aus korrosionsbeständigem oder innen beschichtetem Material und ist nicht isoliert. Die Innenröhre 20, die von Umgebungsluft niedriger Temperatur durchströmt wird, wird in gleicher Weise wie die Außenröhre gegen korrosive Angriffe ausgeführt. In dieser Innenröhre 20 wird die Frischluft 10 durch die umgebende höhere Rauchgas­ temperatur erwärmt, was durch die freiwerdende Kondensatwärme noch verstärkt wird. Dadurch entsteht ein entsprechender Auf­ trieb, der durch die Injektorwirkung am Schornsteinende (mit­ reißen) noch intensiviert wird.

Wie Fig. 4 ebenfalls zeigt, ist zur Verhinderung der Wasser­ dampffahne das Ende des Innenrohrs 20 ca. 1 bis 2 m vor dem Schornsteinaustritt 21 vorgesehen. Das Kondensat 15 wird am Schornsteinfuß 18 abgeleitet. Die Rauchgase/Brüden 17 werden im Bereich des Schornsteinfußes 18 in den Kamin eingeleitet.

Die im Wäscher in Wasserdampf umgewandelte Energie wird durch Kondensation zur Luftaufwärmung im Kamin verwendet und so zu einem Teil wieder rückgewonnen. Durch den Luftauftrieb und die Injektorwirkung wird ein zusätzliches Gebläse hiermit ge­ genstandslos.

Bei niedrigen Temperaturen unter 0°C kann die Frischluft mit Dampf oder Rauchgasen auch über 0°C aufgewärmt werden.

Durch die Maßnahme nach der Erfindung wird eine zusätzliche, optimale Reinigung der Rauchgase von Schadstoffen bei einem sehr geringen Investitions- und Betriebsaufwand erreicht.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Kühlstrecke be­ reits so auszubilden, wie dies beim Kamin der Fig. 4 gesche­ hen ist, d. h. Frischluft in einem oder mehreren mittigen Roh­ ren durch die Kühlstrecke zu leiten, die selbst von Kühlroh­ ren (nicht isoliert) gebildet wird.

Claims (12)

1. Verfahren zur verbesserten Rauchgasreinigung, wobei die Rauchgase gefiltert, gewaschen und in die Atmosphäre ge­ leitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß den gefilterten Rauchgasen durch Wärmeaustausch Wärme ent­ zogen, die Rauchgase bei herabgesetzter Temperatur gewa­ schen und dann bis zum Auskondensieren des Wasserdampfs ge­ kühlt sowie durch die Kondensationswärme getrocknet und auf Temperatur gehalten werden und vor dem Einleiten in die At­ mosphäre aufgrund der vorher den Rauchgasen entzogenen Wär­ me wieder direkt oder indirekt erwärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit offener Kühlstrecke, gegebenenfalls unter äußerem Aufsprü­ hen von Wasser auf die Kühlstrecke gekühlt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Frischluft durch die Energie der ge­ filterten Rauchgase aufgewärmt, die Rauchgase selbst gewa­ schen und gekühlt werden und den durch Kondensation ge­ trockneten Rauchgasen vor Eintritt in die Atmosphäre die erwärmte Frischluft wieder zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase erst in einem nicht-isolierten Schornstein unter Abgabe der Kondensationswärme kondensieren, dabei im we­ sentlichen ihre Temperatur beibehalten, sowie dadurch ge­ trocknet werden, wobei Frischluft eingeführt und injektor­ artig etwa 1 bis 2 m vor Eintritt der Rauchgase in die At­ mosphäre mittig in den Rauchgasstrom ausgeblasen wird.

5. Vorrichtung zur Verbesserung der Rauchgasreinigung mit Elektro- oder Gewebefilter, insbesondere Gewebefilter, Rauchgaswäscher und Kamin, gekennzeichnet im Rauchgaseweg durch einen Wärmeaustauscher (3) vor dem Wäscher (5), eine dem Wäscher (5) nachgeschaltete Kühlstrecke (7), den Wär­ meaustauscher (3) und den Kamin (8).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Frischluft (10) durch einen Wärmeaustauscher (11) hinter den Filter (1) geführt und im Kamin im Bereich der Rauch­ gaseinleitung eindüsbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke zur Erleichterung des Kondensatablaufs geneigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kamin wärmeisoliert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schornsteinröhre (8′) sowie die Außenseite eines Schornsteininnenrohres (20) unisoliert sind und aus Korro­ sionsschutzmaterialien bestehen und die Kühlstrecke (7′) bilden, wobei die Innenröhre (20) umgebungsluftbeauf­ schlagt (10′) ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ende des Innenrohres (20) etwa 1 bis 2 m vor dem Schornsteinaustritt (21) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Schornsteinfuß (18) eine Kondensatableitung (15) vorge­ sehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Wärme­ übergang und Wärmerückgewinnung innerhalb des Kamins (8′), aufgrund der infolge Kondensation abgegebenen Wärme auf die im Innenrohr geführte Frischluft (10′) zur Erzeugung von Luftauftrieb und zur Begünstigung der Injektorwirkung.