DE3713950A1 - Vorrichtung zur rauchgasreinigung und abwaermenutzung bei kleineren feuerungsanlagen - Google Patents

Description

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der Rauchgasentstaubung und -entschwefelung bei kleineren Kesseleinheiten und Feuerungen, bei welchen heiße feuchte Gase anfallen, deren sensible und latente Wärme genutzt werden soll. Heizungskessel sind in allen Industriezweigen und kommunalen Bereichen installiert. Insbesondere ist die Nutzung der Erfindung in verschiedenen Produktionsbereichen der Landwirtschaft und in Gartenbaubetrieben vorgesehen, in denen auch die Niedertemperaturwärme sinnvoll eingesetzt werden kann und oftmals eine Abwärmenutzung ohne Wärmepumpe möglich ist.

Bekannt sind Rauchgasreinigungsverfahren für Großkraftwerke, entweder als Rauchgaswäschen oder im Sprühtrocknungsverfahren oder als Trockenverfahren. Für die Wasch- und halbtrockenen Verfahren werden große Reaktoren benötigt, die als Leerraum­ wäscher mit Sprühdüsen oder als Wäscher mit Einbauten ar­ beiten. Oftmals ist eine vorherige Staubabscheidung erforderlich, da der Energieeintrag für eine ausreichende Staubabscheidung zu gering ist. Die trockenen Verfahren benötigen filternde Abscheider mit großen Filterflächen und sind zum Einbau in bestehende Baukörper wegen des hohen Platzbedarfes nicht geeignet.

Der Einsatz von Strahlwäschern zur Rauchgsreinigung bei kleinen Feuerungsanlagen ist möglich. Der Energieeinsatz erfolgt hierbei an der Trübepumpe. Müssen jedoch Drucksprünge im Bereich von 800 Pa und mehr überwunden werden, wird die umzuwälzende Trübmenge und der notwendige Druck der Flüssigkeit an der Treibdüse sehr hoch, was eine Folge des schlechten energetischen Wirkungsgrades der Strahlwäscher ist. Es werden dann sehr große elektrische Pumpenleistungen benötigt. Bei abrasiven Flugaschen ist ein starker Verschleiß an Pumpen und Treib­ düsen zu erwarten. Die mit Strahlwäschern zu erreichenden Abscheideleistungen bewegen sich nur im mittleren Wertebereich. Auf der Grundlage einer Kombination von Gleich- und Gegenstrom wurde für einen intensiven Stoff- und Wärmeaustausch eine Hochgeschwindigkeitskolonne entwickelt. Leider ist dieser zur Gasabsorption gut geeignete Apparat beim Einsatz für staubhaltige Medien stark ansatzgefährdet. In der Trocken- Naß-Zone des Gerätes ist eine regelmäßige Reinigung erforderlich. Die Abscheideleistung für Staub kleiner Korngrößen ist wegen des relativ geringen Energieeintrages in die Kontaktzone nicht hoch.

Bekannt ist auch die Möglichkeit des Einsatzes von Wirbelnaß­ abscheidern zur Rauchgasreinigung. Das in DD 2 16 170 dargestellte Wirbelelement in der Niederdruckausführung bringt bei Druck­ verlusten von 1200 bis 1500 Pa die gesetzlich festgelegten Reingaswerte für kleinere Feuerungsanlagen. Der Sedimentations­ raum der Wirbelnaßabscheider genügt jedoch nicht zur Ab­ scheidung der Feststoffe aus der Trübe. Außerdem ist das Wirbelelement hinsichtlich der Lastschwankungen empfindlich. Ein Belastungsgrad von 70% darf nicht unterschritten werden, sollen instabile Arbeitsweisen und starke Leistungsabfälle vermieden werden. Bei kleineren Feuerungsanlagen sind Ver­ minderungen der Leistung und damit der Rauchgasmengen auf 50% jedoch keine Seltenheit. Eine weitere Schwierigkeit beim Einsatz der derzeit serienmäßig gefertigten Wirbelnaß­ abscheider zur Rauchgasreinigung ist die Abführung der mit Feststoffen beladenen Trübe. In DD 2 39 990 wird eine Flüssigkeitszu- und -abfuhr für Wirbelnaßabscheider mit außenliegendem Trübekreislauf dargestellt. Der mit einem in der Höhe verstellbarem Schieber in ein Rohr mündende Abfluß kann unter den Bedingungen der Rauchgasreinigung schnell verstopfen. Notwendig wäre die leichte Einstellbarkeit des reingasseitigen Wasserstandes, weil davon die Leistung des Gerätes abhängt und über diesen Druckverlust ein sich langsam aufbauender höherer Druckverlust der Anlage infolge Ansatzbildung zumindest teilweise ausgeglichen werden kann.

Für Venturinaßabscheider liegen verschiedene konstruktive Lösungen mit verstellbaren Kehlen vor, die unter Rauchgas­ bedingungen wahrscheinlich keine ausreichende Zuverlässig­ keit haben. Eine andere Möglichkeit, die Parallelschaltung von mehreren Düsen und die Zu- oder Abschaltung je nach Gasdurchsatz, ist konstruktiv zu aufwendig.

Bei allen Verfahren der Rauchgasreinigung ist der Stoff- und der Wärmeaustausch gekoppelt. Bei adiabatem Betrieb nimmt die Trübe eine Temperatur nahe dem Taupunkt des Rauchgases an, wird Wärme ausgekoppelt, sinkt sie darunter und die latente Wärme kann gewonnen werden. Je größer die ausgekoppelte Wärmemenge, desto niedriger ist die Nutztemperatur. Entsprechende Ver­ fahren unter Einsatz von Wärmepumpen sind bekannt. Niedrigere Temperaturen sind mit höheren Investitionen beim Wärmever­ braucher verbunden. Wünschenswert wäre daher die Gewinnung von Wärme höherer Nutztemperatur. Dies müßte erfolgen vor der Abkühlung der Rauchgase in Vorkühlern, die entsprechenden Naßabscheidern meist vorgeschaltet werden, um organisch Korrosionsschutzschichten vor thermischer Zersetzung zu schüzten und die Wirksamkeit der Abscheider zu erhöhen.

Bei der Auskopplung von Wärme höherer Temperatur aus feuchten Rauchgasen kommt es zur Unterschreitung des Säurepunktes und damit zu Ansatzbildungen und Schäden durch Korrosion. Alle Anlagenteile in diesen Bereichen sind zu schützen. Der Stand der Technik ist der Einsatz hochwertiger Chrom- Nickel-Stähle oder die Beschichtung mit speziellen Kunst­ stoffen.

Ale Wärmeübertrager Gas-Flüssig-Wärmeübertrag können bei Rauchgasen wegen der Verkrustungsgefahr keine Rohr- und Rippenrohr-Wärmeübertrager zum Einsatz kommen. In DD 1 36 650 wird ein doppelwandiger Wärmeübertrager mit einer zyklonartigen Strömung beschrieben. Die Schriften DE 30 05 517, DE 29 28 832 und DE 30 45 900 befassen sich mit Reinigungs­ technologien unter Verwendung von Flüssigkeiten.

Der apparative und der Reinigungsaufwand ist aber bei den vorgeschlagenen Lösungen sehr hoch, so daß diese nicht für kleine Rauchgasströme in Frage kommen.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Rauchgasentstaubung und -entschwefelung zu schaffen, welche in kompakter Anlagengestaltung mit einem Minimum an Bau­ stellenmontage und leichter Anpaßbarkeit an die Fahrweise der Feuerungsanlage erlaubt, einen zuverlässigen Betrieb bei verbesserten Möglichkeiten zur Auskopplung der Wärme durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Rauchgasreinigung und Abwärmenutzung bei kleinen Feuerungsanlagen zu schaffen, die als kompakte Einheit aufstellbar ist, leicht einstellbar ist bei der Fahrweise mit stark unterschiedlichen Gasmengen und unterschiedlichen Leistungsanforderungen in Abhängigkeit von den Staubver­ hältnissen und den jeweiligen Druckverlustsituationen, die eine selbständige Abtrennung der Feststoffe aus der Umlauftrübe vornimmt, zuverlässig arbeitet und die Nutzung der Abwärme mit Temperaturen über der Temperatur der Trübe und ggf. auch noch über der Vorlauftemperatur einer mit Trübe als Wärmequelle arbeitenden Wärmepumpe gestattet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Naßabscheider direkt über einem Sedimentationsbecken teil­ weise in die Flüssigkeit eintauchend angeordnet ist, daß der Naßabscheider am Wirbelelement Einstellorgane zur Veränderung der Arbeitsbreite besitzt, daß den reingasseitigen Wasserstand regulierende Stellelemente angebaut sind und daß der Naßabscheider mit einem Vorkühler verbunden ist.

Das Wirbelelement ist so gestaltet, daß es in seiner Breite durch eine Zwischenwand im Verhältnis 1/3 zu 2/3 getrennt wurde. Die schmalere Sektion kann von außen von Hand oder über eine automatische Stellvorrichtung mit einer Klappe verschlossen werden.

Die Einstellung der reingasseitigen Wasserstände und damit des Druckverlustes am Wirbelelement erfolgt ebenfalls über eine Klappe oder über ein anhebbares Wehr. Um den am Wirbelnaßabscheider entstandenen kleinen Flüssigkeitsraum sauberhalten zu können, ist am Boden des Abscheiders eine größere Reinigungsklappe vorhanden.

Als Vorkühler wird ein Doppelmantelwärmeübertrager mit einem Kernstück eingesetzt, welcher in seinem unteren Teil einen Spalt enthält, aus welchem die Flüssigkeit ausströmt und einen Wasserschleier zur direkten Kühlung erzeugt. Der Wärmeübertrager wird durch tangentiale Ein- und Ausströmung mit einer Drallströmung beaufschlagt, die einen guten Wärmeübergang bringt, durch Vorkoagulation die Staubabschei­ dung im Wirbelnaßabecheider unterstützt und bei groben Flugstaubanteilen die Wärmeaustauscherfläche in gewissem Sinne reinigt.

Der Spalt zwischen unterem und oberen Teil des Kernes bildet sich nach dem Kräftegleichgewicht zwischen dem Gewicht des Kernoberteils und dem Flüssigkeitsdruck aus und schließt sich beim Abstellen der Wasserpumpe, wobei Verstopfungen am Spalt selbständig beseitigt werden. Der Oberteil des Kernes ist im unteren Teil geführt, welcher als Sedimentationsraum mit Abführungseinrichtung für gröbere Verunreinigungen gestaltet ist.

Um eine Reinigung der Austauschflächen ohne Demontagen durch­ führen zu können ist im Wärmetauscher eine Ringbürste in­ stalliert, die von außen durch den Wärmetauscher bewegt werden kann und in bestimmten Zeitabständen mit/ohne Unterstützung durch eingedüste Flüssigkeit die Austauschflächen säubert. Um den Reinigungsvorgang während des Betriebes der Anlage durchführen zu können, hat dis Bürste Gasdurchtrittsöffnungen. Die Abwärme wird zunächst mit niedrigem Niveau aus der Trübe ausgekoppelt und danach im Doppelmantelwärmetauscher auf ein höheres Niveau gebracht, wobei die erreichbaren Temperaturen vom Durchsatz des Wärmeübertragers nutzerseitig abhängen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 die Gestaltung des Wirbelnaßabscheiders,

Fig. 3 das einstellbare Wirbelelement,

Fig. 4 den Doppelmantel-Wärmetauscher mit integrierter direkter Kühlung.

Der an die Leistung der Feuerungsanlage anpaßbare Wirbel­ naßabscheider 1 ist auf das Sedimentationsbecken 2 so auf­ gesetzt, daß sein unterer Teil in die Flüssigkeit eintaucht. Der Doppelmantel-Wärmetauscher 7 sitzt platzsparend am Eintritt des Naßabscheiders. Eine beidseitige Anordnung von Doppelmantel-Wärmetauschern ist möglich. Der Trübekreis­ lauf zur Wärmeauskopplung wird über die Pumpe für den Trübe­ umlauf 3, den Wärmetauscher Trübe 4 zur in dem Doppelmantel- Wärmetauscher 7 angeordneten direkten Kühleinrichtung und/oder in den Wirbelnaßabscheider geführt. Die mit Feststoffen be­ ladene Trübe verläßt den Abscheider über eine verstopfungs­ sichere Verbindung und strömt langsam durch das Becken, wobei die Feststoffe zu Boden sinken. Der Nutzkreislauf baut sich aue der Pumpe für das Heizmedium 5, dem Wärmetauscher Trübe 4, dem Doppelmantel-Wärmetauscher 7 und dem Wärmetauscher bzw. -verbraucher 6 auf. Im tangentialen Eintritt 18 des Wärmetauschers befindet sich die Eindüsung für die Reinigungs­ flüssigkeit 21. Über den Schieber 26 können grobe Verun­ reinigungen in das Sedimentationsbecken 2 abgelassen werden.

Der Naßabscheider ist gemäß Fig. 2 aufgebaut. Die im Rohgas­ raum mit dem Gasstrom ankommende Flüssigkeit benetzt die Wände des Rohgasraumes und geht gemeinsam mit der zusätzlich einströmenden Flüssigkeit durch das einstellbare Wirbel­ element 8. Der reingasseitige Wasserstand wird durch die Klappe 11 vorgegeben. Zur Reinigung dient die Reinigungs­ klappe 12.

In Fig. 3 ist die Aufteilung des Wirbelelementes in zwei Sektionen dargestellt. Das Trennblech 9 dient gleich­ zeitig der Halterung der Klappe 10, die so drehbar und arretierbar ist, daß die kleinere Sektion des Wirbelele­ mentes völlig verschlossen oder geöffnet ist.

Der Doppelmantel-Wärmetauscher gemäß Fig. 4 besteht aus dem Doppelmantel 13, dem tangentialen Eintritt 18 mit der Ein­ düsung Reinigungsflüssigkeit 21, dem tangentialen Austritt 19 sowie dem Kernstück "oben" 15 und dem Kernstück "unten" 16. Zwischen den beiden Kernstücken wird der Spalt 17 ge­ bildet. Das Kernstück "oben" ist durch Führungen 23 so fixiert, daß es nur Bewegungen in axialer Richtung aus­ führen kann. Der Boden des oberen Kernstückes 24 und die Kante des unteren Kernstückes sind aus verschleißfestem Material gefertigt, der gesamte Wärmeübertrager aus nicht­ rostendem Stahl. Unterhalb des Deckels 14 befindet sich die kreisringförmig gestaltete Bürste 20 in Ruhestellung.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Rauchgasreinigung und Abwärmenutzung bei kleinen Feuerungsanlagen unter Verwendung eines Naßab­ scheiders, vorzugsweise eines Wirbelnaßabscheiders, dadurch gekennzeichnet, daß der Naßabscheider direkt über einem Sedimentationsbecken angeordnet ist und dabei in die Trübe des Sedimentationsbeckens eintaucht, daß der Naßabscheider am Wirbelelement Einstellorgane hinsichtlich des Gasdurch­ satzes und den reingasseitigen Wasserstand regulierende Stellelemente besitzt und daß der Naßabscheider mit einem Rauchgas-Vorkühler gekoppelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Wirbelelement mit senkrechten Trennblechen in Sektionen geteilt ist, die wahlweise während des Betriebes mit von Hand oder über Stellmotoren betätigten Klappe abgedeckt werden können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellelemente eine drehbare und arretierbare Klappe oder ein vorstellbares Wehr eingebaut sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Naßabscheiders mit einer leicht zu öffnenden Klappe zur Reinigung des Gerätes versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgas-Vorkühler einen Doppelmantelwärmetauscher und einen direkt wirkenden Wärmeübertrager enthält, die beide zu einer Baugruppe zusammengefaßt sind, die aus einem mit Heizmedium gefüllten Doppelmantel, mit unterem und oberen Deckel sowie einem ebenfalls ale Wärmetauscher ausgebildetem Kernstück besteht und mit einer Drall­ strömung beaufschlagt wird und die eine Reinigungsein­ richtung und im unteren Teil des Kernstückes zur direkten Vorkühlung einen Spalt zur Erzeugung eines radialen Wasserschleiers enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallströmung durch einen tangentialen Eintritt ar­ zeugt wird und zum energiesparenden Austritt des Gases eine tangentiale, im Drehsinn der Gasströmung gelegene tangentiale Gas- und Trübeabführung vorhanden ist.

7. Vorichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung der Wände, speziell im unteren Bereich, wo der Säuretaupunkt einsetzt und an der Trocken-Naß-Grenze über eine senkrecht im Doppelmantelwärmeübertrager geführte kreis­ ringförmig gestaltete Bürste erfolgt, der Effekt der diskonti­ nuierlichen Reinigung durch im tangentialen Eintritt eingedüste Flüssigkeit unterstützt wird und die Bürste während das Passierens der Vorkühlung durch die radiale Flüssigkeitsein­ sprühung sauber gehalten wird, wobei zur Sicherung eines noch notwendigen Gasdurchsatzes durch die Vorrichtung während des Reinigungsvorganges Gasdurchtrittslöcher in der Bürste vorhanden sind und die Bürste nach dem diskontinuierlichen Reinigungszyklus in eine Ausgangsstellung oberhalb des Rauchgaseintrittes zurückgeführt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkühlung über einen radialen Wasserschleier erfolgt, der infolge des Wasserdruckes in einem Ringspalt entsteht, der im unteren Teil des Kernstückes angeordnet ist, wobei sich der obere Teil durch den Druck der Flüssigkeit auf die notwendige Spaltbreite anhebt, eine Führung des oberen Teiles des Kernes im Deckel und im unteren Kernteil vor­ handen ist und der Boden des oberen Kernstückes und die Kante des unteren Kernteiles aue verschleißfestem Material gefertigt sind, wodurch beim Abstellen und Wiedereinstellen der Anlage durch die Bewegung des oberen Kernteiles und durch selbständige Erweiterung des Spaltes bei Verstopfungs­ erscheinungen der Spalt freigehalten wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Kernstück als Sedimentationsbehälter ausge­ bildet ist und daß grobe Verunreinigungen deshalb nicht zum Ringspalt gelangen können, sondern im unteren Kern­ stück aussedimentieren und diskontinuierlich in den Sedimentationsbehälter durch Öffnen des Schiebers von Hand oder automatisch abgeführt werden können.