DE3637973C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung.

Die stetige Umweltverschmutzung durch Verbrennen fossiler Brennstoffe wird im großindustriellen Be­ reich durch eingebaute Filter od. dgl. bekämpft.

Aus der DE-32 16 902 A1 ist eine Gebäudeheizeinrichtung bekannt, bei welcher die säurehaltigen Bestandteile der Abgase ausgeschaltet werden sollen, indem die Abgase mit oder ohne vorheriger Neutralisation, aber mit Temperaturen unter dem Taupunkt durch einen Behälter geführt werden, der mit stark basischen Ionenaustauschern gefüllt ist. Hierzu werden die heißen Abgase über ein Anschlußrohr der Tauscheranordnung zugeführt und in das Anschlußrohr mündet eine Düse, die mit zum Teil neutralisiertem Kondensat gespeist wird, wobei dieses Kondensat aus dem Sumpf entnommen wird. Bei der bekannten Anlage erfolgt also nach Inbetriebnahme des Wärmeerzeugers die Anfeuchtung der durch das Anschlußrohr strömenden Gase und - da diese Gase eine Temperatur über 200°C aufweisen können - wird das verdüste Kondensat verdampft. Die Tauscherrohre setzen sich zu und verstopfen. Versuche, hier Abhilfe zu schaffen hatten keinen Erfolg.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen unter Wärmerückgewinnung zu schaffen, das bei wirkungsvoller Reinigung der Gase gleichzeitig eine stetige Selbstreinigung des Gerätes ermöglicht, wobei die Wartung des Gerätes erleichtert wird. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des Hauptanspruches bzw. durch die Lehre des Anspruches 6 gelöst.

Mit anderen Worten ausgedrückt werden hochwirksame Tauscherrohre, nämlich Rippenrohrtauscherrohre eingesetzt, die schon vor Inbetriebnahme des Wärmeerzeugers angefeuchtet werden. Hierzu wird das sich im unteren Teil der Anlage befindende Wasser verdampft, d. h. erhitzt und der etwa 100°C heiße Dampf steigt durch die Tauscherrohre hoch und benäßt die gesamte Außenseite der Tauscherrohre, so daß bei Inbetriebnahme des Wärmeerzeugers die Tauscherrohre an ihrer Außenseite mit einem Flüssigkeitsfilm überzogen sind. Dieser Flüssigkeitsfilm wird dann während der Betriebsweise der Anlage ständig dadurch aufrechterhalten, daß die heißen Abgase zu einem weiteren Erzeugen von etwa 100°C warmem Dampf herangezogen werden und in überraschender Weise hat sich herausgestellt, daß auch nach zwei bis drei Jahren Betriebszeit diese Vorrichtung immer noch einwandfrei arbeitet und daß kein Zusetzen der Tauscheranordnung erfolgt. Andererseits werden durch die heißen Wasserdampfgase in der Tauscheranordnung alle Feststoffpartikelchen ausgewaschen und weiterhin der Schwefel gebunden, so daß aus der Gesamtanlage nicht mehr "Abgas", sondern "Abluft" austritt, die ohne jede Umweltbelästigung ins Freie entlassen werden kann oder die zur Aufheizung weiterer Räume mittels Gas-Luft-Tauscher benutzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat weiterhin den Vorteil, daß ein Versotten der älteren Rauchgaszüge in Privathäusern nicht mehr eintreten kann und daß jede unnütze Wärmevergeudung vermieden wird.

Die Arbeitsweise und der Aufbau der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung gehen aus der nachfolgenden Be­ schreibung anhand eines Ausführungsbeispieles her­ vor.

In der Zeichnung ist schematisch und geschnitten das erfindungsgemäße Gerät dargestellt.

Das erfindungsgemäße Gerät ist bei dem dargestell­ ten Ausführungsbeispiel als aufrechtstehender, aus mehreren zylindrischen Teilen bestehender Behälter 1 erkennbar, wobei in den unteren Bereich dieses Be­ hälters 1 eine Rauchgaszuführung 2 mündet, die an den nicht dargestellten Wärmeerzeuger anschließt. Der Behälter 1 besteht aus einem Außenmantel 3, einem Innenmantel 4, die beide zwischen sich eine Wassermantelisolierung 5 schaffen. Diese Wasserman­ telisolierung ist bei 6 an den Heizungsrücklauf und bei 7 an den Heizungsvorlauf angeschlossen.

Innerhalb des so gebildeten zylindrischen Behälter­ teiles ist eine zylindrische Wand 8 angeordnet, die im oberen und unteren Bereich offen ist. Zwischen der Innenwand 4 und der Wand 8 ist eine Tauscher­ anordnung 9 angeordnet, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rippenrohrwendeln 10 besteht. Diese Rippenrohrwendeln sind an einen Warmwasserkreis an­ geschlossen, wobei das kalte Wasser über den Ein­ laufstutzen 11 zufließt und das in dieser Tauscher­ anordnung 9 erwärmte Wasser durch den Ablaufstutzen 12 abgeführt werden kann.

Der Boden des Mantels 8 wird durch eine Bodenplatte 14 abgeschlossen, die nach unten hin mit Wärmetau­ scherrippen 15 ausgerüstet ist. Diese Bodenplatte 14 liegt im wesentlichen unmittelbar über der Einmün­ dung der Rauchgaszuführung 2. Oberhalb der Bodenplat­ te 14 ist eine Bodenplatte 16 vorgesehen, die mit ihrem äußeren Umfangsrand nicht dicht an die Wand 8 anschließt, so daß Wasser, das sich in dem durch die Wandung 8 geschaffenen Raum sammelt, durch diese Öffnungen auf die Bodenplatte 14 tropfen kann. Der durch die Wandung 8 geschaffene Raum ist als Flüs­ sigkeitsabscheider 18 bezeichnet.

Auf diese Weise wird im unteren Bereich des Flüssig­ keitsabscheiders 18 ein Verdampferraum 19 geschaf­ fen, der nach unten hin durch die Bodenplatte 14 und nach oben hin durch die Bodenplatte 16 begrenzt ist und in dem eine Bodenlochplatte 20 vorgesehen ist, die eine Verdampfung der in dem Verdampferraum 19 vorgesehenen Flüssigkeit erleichtert. Diese ver­ dampfte Flüssigkeit kann durch Öffnungen 21 unten im Bereich der Rauchgaseintrittseite 22 in die Tau­ scheranordnung 9 einströmen und strömt dadurch nach oben und bestreicht die Rippenrohrwendeln 10 und feuchtet diese an.

Im oberen Bereich des Feuchtigkeitsabscheiders 18 bzw. des Behälters 1 ist eine mit einer Frischwas­ serleitung 23 in Verbindung stehende Düse 24 vorge­ sehen, die einen kugeligen Aerosolnebel erzeugt, der im Ruhezustand des Gerätes, d. h. wenn der Wärmeer­ zeuger nicht im Betrieb ist, so gerichtet ist, daß dieses Aerosol oben in die Rauchgasaustrittseite 25 der Tauscheranordnung 9 eintreten kann.

Innerhalb des Feuchtigkeitsabscheiders 18 sind eine Vielzahl von Stufenböden 26 angeordnet, die die Aufgabe haben, die in den diesen Raum durchströmen­ den Gasen die Feuchtigkeit abzuscheiden, also als Tröpfchensammler ausgebildet sind und die gleich­ zeitig mit einem Granulat beschickt werden können, so daß in diesem Bereich eine Neutralisation der in den Rauchgasen enthaltenen Gase erfolgt. Die Stufen­ böden 26 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff.

Bei 27 ist ein Abgasrauchzug erkennbar, der an ein Gebläse anschließen kann, das aus Übersichtlich­ keitsgründen in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Mit 28 ist eine an einem Wassersammelraum 29 an­ schließende Zusatzheizung bezeichnet, die dann in Betrieb genommen wird, bevor der Wärmeerzeuger tä­ tig wird, d. h. wenn die Gesamtvorrichtung kalt ist. Der Wassersammelraum 29 weist ein Hauptablaß­ ventil 34 auf, das eine ggf. selbsttätige Entlee­ rung ermöglicht.

Die Arbeitsweise dieser Einrichtung ist wie folgt:

Die vom Wärmeerzeuger erzeugten Abgase strömen über die Rauchgaszuführung 2 in den unteren Teil des Be­ hälters ein und prallen auf die Tauscherflächen 15 der Bodenplatte 14. Vor Inbetriebnahme des Wärmeer­ zeugers wurde die Düse 24 eingeschaltet, die Wasser auf die Rauchgasaustrittseite 25 der Tauscheranord­ nung 9 führt, so daß vor Inbetriebnahme des Wärmeer­ zeugers die Tauscheranordnung 9 angefeuchtet ist. Außerdem befand sich vor Inbetriebnahme des Wärmeer­ zeugers im Verdampferraum 19 und im Wassersammelraum 29 Wasser. Das im Wassersammelraum 29 befindliche Wasser konnte über die Zusatzheizung 28 bereits er­ hitzt werden.

Durch den Druck der Abgase des Wärmeerzeugers werden die Rauchgase durch die Tauscheranordnung 9 geführt und drücken nunmehr den von der Düse 24 erzeugten Aerosolnebel nach unten, wie in der Zeichnung darge­ stellt, so daß nunmehr die Rauchgase durch diesen Nebel angefeuchtet auf die einzelnen Stufenbleche 26 gelangen, wobei sie in diesem Bereich ihre Feuchtig­ keit abgeben. Die gesammelte Feuchtigkeit gelangt im Feuchtigkeitsabscheider 18 nach unten in den Verdam­ pferraum 19, hier wird das Wasser verdampft und tritt durch die Öffnungen 21 wieder in die Tauscher­ anordnung 9 ein, wobei die Feststoffpartikelchen im Wasser verbleiben, das dann über das Ablaßventil 14 bzw. das Überlaufventil 31 abgelassen werden kann. Bei 30 ist eine in der Wassermantelisolierung 5 vor­ gesehene Öffnung dargestellt, die als Kontroll- und Beschickungsöffnung benutzt werden kann.

Die trockenen Abgase erreichen den Abgasrauchzug 27 und können mit einem Luftinjektor abgesaugt wer­ den. Da die Feuchtigkeit bei 30°C kaum nennenswert ist, können Schornsteine alter Herkunft für den Ab­ zug benutzt werden. Das Gebläse betreibt den Injek­ tor und sorgt für eine absolute Trockenhaltung der Ableitung.

Größere Feststoffpartikelchen fallen trocken in der zwischen dem Wassersammelraum 29 und der Rauchgaszu­ führung 2 befindlichen Kammer 32 an und können durch die dort vorgesehene Bodenklappe 33 entleert werden.

In dem erfindungsgemäßen Gerät erfolgt eine Nieder­ schlagbildung dann, wenn die Temperatur im Gerät unter den sogenannten Taupunkt sinkt. Es werden also die sich in der Atmosphäre für die Verursachung des sauren Regens ergebenden Eigenschaften in dem Gerät nachvollzogen.

Selbstverständlich ist es möglich, vor Eingang des Gerätes und hinter dem Wärmeerzeuger dann, wenn ein besonders großer Anteil an Feststoffpartikelchen, wie Flugasche usw., anfällt, entsprechende Filter einzuschalten.

Versuche mit dem neuen Gerät haben ergeben, daß bei Dauerbetrieb des Gerätes das Kondensat einen pH-Wert zwischen 4,2 und 6,2 aufweist. Werden zu­ dem in den Feuchtigkeitsabscheider 18 Neutralisa­ tionsgranulate eingebracht, kann der pH-Wert auf 7 bis 8 gesteigert werden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Reinigen von Abgasen eines Wärmeerzeugers unter gleichzeitiger Rückge­ winnung von Wärme, bei welchem die heißen Abgase in eine der Wärmerückgewinnung dienende Tauscheranordnung eingeführt werden, die vor und während des Betriebes des Wärmeerzeugers feuchtgehalten wird und anschließend die feuchten und abgekühlten Gase durch einen Feuchtigkeitsabscheider zum Abgasrauchzug geführt werden, wobei das sich im unteren Teil des Feuchtigkeitsabscheiders sammelnde Wasser in einem den Boden des Feuchtigkeitsabscheiders bildenden Verdampfungsraum gesammelt, wenigstens teilweise verdampft und in Dampfform zusammen mit den heißen Abgasen in die Tauscheranordnung geführt wird, und wobei vor Inbetriebnahme des Wärmeerzeugers über eine Zusatzheizung ein Verdampfen von Wasser im Bodenbereich des Gerätes erfolgt und der so erzeugte Wasserdampf zur Rauchgaseintrittsseite der Tauscheranordnung geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Einführen der heißen Abgase in die Tauscheranordnung die Abgase durch einen Feststoffabscheider geführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase nach Austritt aus der Tauscheranordnung und vor Eintritt in den Feuchtigkeitsabscheider durch einen durch Düsen erzeugten Wassernebel geführt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß vor Inbetriebnahme des Wärmeerzeu­ gers der von den Düsen erzeugte Wassernebel auf die Rauchgasaustrittsseite der Tauscher­ anordnung geleitet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich des Feuchtigkeitsabschei­ ders eine Neutralisation der sauren Abgase erfolgt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Behälter (1) mit einer Tauscheranordnung (9) aus einer oder mehreren Rippenrohrwendeln (10), einem der Tauscheranordnung (9) nachgeschalteten Feuchtigkeitsabscheider (18), dessen unteres Ende napfförmig zu einem Verdampferraum (19) ausgebildet ist und zum Feuchtigkeitsabscheider hin durch eine Bodenplatte (16) abgeschlossen ist, die einen Eintritt der im Feuchtigkeitsabscheider entstehenden Flüssigkeit in den Verdampferraum (19) ermöglicht, wobei die Tauscheranordnung (9) gegenüber dem Feuchtigkeitsabscheider (18) derart getrennt ist, daß vom Feuchtigkeitsabscheider (18) zum rauchgaseintrittseitigen Ende der Tauscher­ anordnung (9) eine Gasverbindung (21) besteht und an der Rauchgasaustrittsseite der Tauscheranordnung (9) eine Öffnung des Feuchtigkeitsabscheiders zu den Rippenrohrwendeln (10) hin geschaffen ist und der Feuchtig­ keitsabscheider (18) in seinem dem Eintritt der Rauchgase abgewandten Ende mit dem Abgasrauchzug (27) in Verbindung steht, wobei der Behälter (1) in seinem unteren Bereich als Wassersammelraum (29) ausgebildet ist, der mit einem Ablaßventil (14) ausgerüstet ist und im Wassersammelraum (29) eine Zusatzheizung (28) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (14) des zylindrischen Feuchtigkeitsabscheiders (18) unmittelbar oberhalb der Rauchgaszuführung (2) liegt und mit Wärmeleitrippen (15) ausgerüstet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Feuchtigkeitsabscheiders (18) eine Wasser­ nebeldüse (24) vorgesehen ist, die ein kuge­ lig ausgerichtetes Aerosol erzeugt, das auf die Rauchgasaustrittseite der Tauscheranord­ nung (9) hin gerichtet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verdampfer­ raum (19) eine Bodenlochplatte (20) angeord­ net ist und zwischen der Bodenplatte (14) und der Bodenlochplatte (20) Verbindungsöffnungen (21) in der Wandung des Feuchtigkeitsabscheiders (18) und der Tauscheranordnung (9) bestehen.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) eine Wassermantelisolierung (5) aufweist, die mit einem Heizungsvorlauf (7) und einem Heizungsrücklauf (6) in Verbindung steht.

11. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Tauscheranord­ nung (9) mit einem Warmwasserboiler in Ver­ bindung steht.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeich­ net, daß an den Abgasrauchzug (27) ein Saug­ gebläse anschließt.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Wassermantelisolierung (5) eine Kontroll- und Beschickungsöffnung (30) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung wenigstens nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verdampferraum (19) über ein Überlaufventil (31) mit dem Wassersammelraum (29) in Verbindung steht.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsabscheider (18) aus stufenförmig angeordneten Abscheider­ böden besteht, die ggf. mit eine Neutrali­ sation der Abgase bewirkenden Neutralisa­ tionsgranulaten beschickbar sind und vorzugs­ weise aus Kunststoff bestehen.