DE3732653A1 - Heizkessel bzw. warmwasserbereiter zur waermegewinnung aus gasfoermigen kohlenwasserstoffhaltigen brennstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Heizkessel bzw. Warmwasserbereiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eines der wesentlichen Probleme bei der Verbrennung fossiler Brenn­ stoffe in Kesselanlagen mittels Brenner mit und ohne Gebläse ist einer­ seits die unvollständige Verbrennung des Brennstoffes unter Bildung von Kohlenmonoxid sowie andererseits die unvermeidbare Bildung von Stickoxi­ den, die beide als hochgiftige Schadstoffe anzusehen sind. Ihre Beseiti­ gung aus den durch die Verbrennung gebildeten Abgasen ist mit den bisheri­ gen Methoden nicht oder nur mit einem erheblichen apparativen und verfah­ renstechnischen Aufwand möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Heizkessels der beschriebenen Art zugrunde, der die Gewinnung von Wärme unter Bildung von - abgesehen von Kohlendioxid - absolut schadstofffreier Abgase ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einem Filter mit den im Patentanspruch Abb. 1 wie­ dergegebenen Merkmalen gelöst.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Heizkessels wird eine Umsetzung des Brennstoffes flammenlos ausschließlich auf dem Wege der katalytischen Oxi­ dation erreicht, wodurch die Grundlage für die Bildung der als in besonde­ rem Maße giftig einzustufenden Stickoxide entfällt. Infolge der Führung des Gasgemisches durch einen schaumkeramischen bzw. schaummetallischen Katalysatorkörper ergibt sich selbsttätig eine intensive und gleichmäßige Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft, wobei gleichzeitig aufgrund der großen Kontaktfläche eine vollständige katalytische Reaktion des zugeführten Brennstoffes sichergestellt ist. Es ist somit auch - gegen den herkömmlichen brennerbetriebenen Anlagen - ein Betreiben des Kessels mit geringerem Sauerstoffüberschuß bei Erzielung eines höheren thermischen Wirkungsgrades möglich. Die Anlage ist darüber hinaus einfach im Aufbau und kann praktisch wartungsfrei betrieben werden.

Als Brennstoff kann jeder beliebige gasförmige oder vergasbare Kohlen­ wasserstoff, also beispielsweise Methan-, Butan- oder Propangas, darüber hinaus aber auch vergastes Benzin oder Mischungen aus diesen Brennstoffen.

Das katalytisch wirksame Material besteht vorteilhaft aus einem Me­ talloxid oder mehreren Metalloxiden der Gruppen Ib, Vb, VIb, VIIb oder der Fe-Gruppe des periodischen Systems, vorzugsweise aus einem der Kupfer-, Eisen-, Mangan-, Kobalt- oder Chromoxide sowie einer Alkali- oder Erdalka­ limetallverbindung, vorzugsweise Kaliumcarbonat als Aktivator, die mit Hilfe einer Bindemittelschicht, insbesondere Vanadiumpentoxid oder Alumi­ niumoxidgel auf einen Träger aufgebracht sind. Besonders vorteilhaft fin­ den hierbei Mischoxide oder Spinelle des Kupfers, Chroms und Mangans, ins­ besondere Kupferchromit oder Kupfermanganit Verwendung, denen Eisenoxid und Kobaltoxid in einer Menge von jeweils bis zu 10 Gew.-% und eine Al­ kali- oder Erdalkaliverbindung, insbesondere Kaliumcarbonat oder Barium­ carbonat, in einer Menge bis zu 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamt­ menge des katalytisch wirksamen Materials beigemischt ist. Zur Bildung der Spinelle enthält das katalytisch wirksame Material hierbei vorteilhaft Kupferoxid und Chromoxid in einer Menge bis zu je 40 Gew.-%, Kobaltoxid in einer Menge bis zu 20 Gew.-% sowie Eisen-(III)-oxid in einer Menge bis zu 10 Gew.-%, bezogen jeweils auf die Gesamtmenge der katalytisch wirk­ samen Substanz, wobei das katalytisch wirksame Material zweckmäßig in eine Matrix aus Aluminiumoxid und/oder Aluminiumhydroxid und/oder Titandioxid und/oder Siliziumdioxid eingebettet ist.

Der Träger kann aus jedem beliebigen Material bestehen, es findet je­ doch als Träger vorteilhaft ein Körper aus Keramik- oder Metallschaum, Me­ talldrahtgewirk oder einem Wabenmaterial Verwendung. Hierbei können - bei Verwendung eines Metallschaumkörpers - mit großem Vorteil inbesondere Ferro-Chrom-Aluminium-Legierungen (FECRALLOY) eingesetzt werden.

Weitere Ausführunsformen und Vorteile ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung, in der die Erfindung anhand der Zeich­ nung beispielsweise erläutert ist.

Der in der Zeichnung dargestellte Heizkessel bzw. Warmwasserbereiter zur Wärmegewinnung aus gasförmigen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen besteht aus einem der Umsetzung des Brennstoffes dienenden Gehäuse 1, ei­ nem Wärmetauscher 2 sowie einem Abgassammelrohr 3. Zur Herbeiführung der Oxidation und damit Freisetzung der Wärme ist in dem Gehäuse 1 ein Kera­ mik- oder Metallschaumkörper 4, vorzugsweise aus einer Ferro-Chrom-Alumi­ nium-Legierung, oder ein ähnlicher gasdurchlässiger Körper vorgesehen, der als Träger für ein die katalytische Oxidierung von Kohlenwasserstoffen be­ wirkendes katalytisches dient, beispielsweise mit einer derart katalyti­ schen Beschichtung versehen ist. Die Zuführung des gasförmigen Brennstof­ fes, etwa Erdgas, Methan- oder Propangas, erfolgt über die Zuleitung 6, wohingegen die Oxidationsluft direkt über das Gestell eingesaugt werden kann. Die Rauchgasabführung und damit entsprechend die Luftansaugung er­ folgt mittels eines Ventilators 8, der von einer auch die Gaszuführung regelnden Kohlenwasserstoffsonde 9 gesteuert wird. Ein Kondensatabscheider 10 dient der Sammlung des im Wärmetauscher aus dem Rauchgas abgeschiedenen Wassers. Die Einleitung der Oxidation erfolgt mittels Erdgas, das durch eine Bye-pass-Leitung 12 über einen Zündkatalysator oder eine anderweitige Zündeinrichtung 13 geleitet wird.

Claims (10)

1. Heizkessel bzw. Warmwasserbereiter zur Wärmegewinnung aus gasför­ migen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen mit einem der Umsetzung des Brennstoffes dienenden Gehäuse, einem Wärmetauscher sowie einem Abgassam­ melrohr, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herbeiführung der Oxidation und damit Freisetzung der Wärme in dem Gehäuse (1) ein Keramik- oder Metall­ schaumkörper (4), vorzugsweise aus einer Ferro-Chrom-Aluminium-Legierung, oder dergl. gasdurchlässiger Körper vorgesehen ist, der als Träger für ein die katalytische Oxidierung von Kohlenwasserstoffen bewirkendes kataly­ tisches Material dient.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kataly­ tisch wirksame Material aus einem Metalloxid oder mehreren Metalloxiden der Gruppen Ib, Vb, VIb, VIIb oder der Fe-Gruppe des periodischen Systems, vorzugsweise aus einem der Kupfer-, Eisen-, Mangan-, Kobalt- oder Chrom­ oxide sowie einer Alkali- oder Erdalkalimetallverbindung, vorzugsweise Kaliumcarbonat als Aktivator besteht, die mit Hilfe einer Bindemittel­ schicht, insbesondere Vanadiumpentoxid oder Aluminiumoxidgel auf einen Träger aufgebracht sind.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein Körper aus Keramik- oder Metallschaum, Metalldrahtgewirk oder einem Wabenmaterial vorgesehen ist.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß als Träger ein aus einer Ferro-Chrom-Aluminium-Legierung herge­ stellter Metallkörper vorgesehen ist.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das katalytisch wirksame Material aus Mischoxiden oder Spinellen des Kupfers, Chroms und Mangans, insbesondere Kupferchromit oder Kup­ fermanganit besteht, denen Eisenoxid und Kobaltoxid in einer Menge von je­ weils bis zu 10 Gew.-% und ein Alkali- oder Erdalkaliverbindung insbeson­ dere Kaliumcarbonat oder Bariumcarbonat, in einer Menge bis zu 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge des katalytisch wirksamen Materials beigemischt ist.

6. Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kataly­ tisch wirksame Material zur Bildung der Spinelle Kupferoxid und Chromoxid in einer Menge bis zu je 40 Gew.-%, Kobaltoxid in einer Menge bis zu 20 Gew.-% sowie Eisen-III-oxid in einer Menge bis zu 10 Gew.-%, bezogen jeweils auf die Gesamtmenge der katalytisch wirksamen Substanz enthält.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das katalytisch wirksame Material in eine Matrix aus Aluminium­ oxid und/oder Aluminiumhydroxid und/oder Titandioxid und/oder Siliziumdi­ oxid eingebettet ist.

8. Heizkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Matrix Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid zu etwa gleichen Teilen enthal­ ten sind.

9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Abgasleitung (3) ein der Rauchgaszuführung dienender Ven­ tilator (8) vorgesehen ist, der von einer auch die Gaszuführung regelnden Kohlenwasserstoffsonde (9) gesteuert wird.

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Einleitung ein über eine Bye-pass-Leitung 12 mit Gas beaufschlagter Zündkatalysator (13) vorgesehen ist.