DE4308137A1 - Verfahren zur Rückgewinnung der in Abgasen enthaltenen Energie und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung der in Abgasen enthaltenen Energie, bei dem das Abgas von unten durch einen Rieselwärmetauscher mit Abgasstutzen strömt und im Kreislauf geführtes Kühlwasser im Gegenstrom zum Abgas über eine Benetzungseinrichtung durch den Rieselwärmetauscher geführt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens.

Ein derartiges Verfahren ist durch die DE 30 05 461 C2 bekannt. Hierbei wird Kühlwasser impulsartig durch die Be­ netzungseinrichtung in den Rieselwärmetauscher gespritzt. Es hat sich als Nachteil herausgestellt, daß eine gleich­ mäßig verteilte Wasserdosierung in den erforderlichen kleinen Mengen über die Füllkörperschichtung des Rieselwärmetauschers nur schwer zu erzielen ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mittels einer geeig­ neten Vorrichtung das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß durch nur kleine Wassermengen das Abgas zuverlässig fast auf Wassereintrittstemperatur abgekühlt werden kann, um hierdurch auch den durch die Feuchtigkeit im Abgas gebundenen Wärmeinhalt des Wasserdampfs zurückgewinnen zu können.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe bzgl. des Ver­ fahrens durch die Maßnahmen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 und bezüglich der Vorrichtung durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 9.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der in den Zeich­ nungen dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ausbildung der Vorrichtung in einer schema­ tischen Seitenansicht,

Fig. 2a bis 2d Detailansichten der Vorrichtung nach Fig. 1 in Seitenansichten im Schnitt und einer Drauf­ sicht,

Fig. 3 bis 5 je eine Ausbildung einer weiteren Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,

Fig. 6a bis 7c Detailansichten der Vorrichtung nach Fig. 3 bis 5 in Seitenansichten im Schnitt und in Draufsich­ ten.

Bei der Vorrichtung 1 ist in einem Behälter auf einem Lochbo­ den 7 das Füllkörperbett 6 eines Rieselwärmetauschers 5 aus­ gebildet. Unterhalb des Lochbodens 7 befindet sich eine Abgassammelkammer 9, die mit einem Brenner 8 in Wirkverbin­ dung steht. Aus den Rieselwärmetauscher 5 gelangen Kondens­ wasser in den unteren Kondenswasserbehälter 10. Oberhalb des Füllkörperbettes 6 ist ein Abgassammelraum 27 vorhanden, aus dem über einen Abgasaustritt 28 Abgas abgeführt werden kann. Der Abgassammelraum 27 befindet sich zwischen dem Füllkörper­ bett 6 und einer Lochplatte 30, die sich in dem Behälter über die gesamte vertikale Projektionsfläche des Füllkörperbettes 6 erstreckt. Die Lochplatte 30 weist über ihre Fläche gleich­ mäßig verteilt Löcher 36 auf. Auf der Lochplatte 30 ist ein Wasserfeinverteiler 31 angeordnet. Das Kühlwasser wird über einen Wasservorverteiler 33 zugeführt wobei sich auf dem Wasserfeinverteiler 31 ein Wasserstand 32 ausbildet. Aus dem Kondenswasserbehälter 10 wird Kondenswasser über ein Wasser­ leitung 20 mittels einer Pumpe 11 abgesaugt und über einen Filter 12 durch einen Gegenstromwärmetauscher 13 geführt. An den Gegenstromwärmetauscher 13 ist der Heizkreisrücklauf 16 mit einer Pumpe 15 sowie der Heizkreisvorlauf 14 mit einem Handregelventil 17 angeschlossen. An den aus dem Gegenstrom­ wärmetauscher 13 austretenden Abschnitt der Wasserleitung 20 ist ein Leitungsabschnitt angeschlossen, der in einem Über­ lauf 19 mündet. Dieser Leitungsabschnitt weist einen Niveau­ regler 18 auf, dessen Meßfühler im Kondenswasserbehälter 10 angeordnet ist. An die Wasserleitung 20 ist ferner der Wasserzulauf 21 und parallel zu diesem ein Beipaß 24 ange­ schlossen. In dem Beipaß 24 befindet sich ein Handregelventil 25 und eine Chemikalien-Dosiereinrichtung 26 über die dem in den Rieselwärmetauscher 5 einzutragenden Kühlwasser chemische Zusätze beigemischt werden können. Im Wasserzulauf 21 ist ein Handregelventil 22 und parallel zu diesem ein Regelventil 23 vorgesehen, dessen Sensor vor dem Gegenstromwärmetauscher 13 an die Wasserleitung 20 angeschlossen ist.

Wie in Fig. 2a dargestellt ist der Wasservorverteiler 33 als Prallteller ausgebildet der gegenüber dem Einlauf des Wasser­ zulaufs 21 abgehängt ist. Das aus dem Wasserzulauf 21 aus­ strömende Wasser wird so auf dem Prallteller 33 verteilt und strömt vergleichmäßigt durch dessen Durchbrechungen nach unten, so daß sich ein gleichmäßiger Wasserstand 32 über dem Wasserfeinverteiler 31 ausbildet. Der Wasserfeinverteiler 31 ist mittels eines Klemmringes 35 an der Behälterumrandung auf der Lochplatte 30 gehalten. Die Lochplatte 30 ist auf einem an der Behälterinnenwandung ausgebildeten Auflager 34 abge­ stützt.

Um eine Vergleichmäßigung des Wassereintrages in das Füllkör­ perbett 6 zu erzielen, sind an den Löchern 36 der Lochplatte 30 austrittseitig Tropfenabrißkanten 37 ausgebildet (Fig. 2c). Hierdurch wird eine definierte Wasserverteilung sicherge­ stellt. Die Tropfenabrißkanten 37 können als Grat, Stanzbör­ delung oder auch als Hinterfräsung ausgebildet sein.

Die in Fig. 3 dargestellt Vorrichtung 2 weist oberhalb der Lochplatte 30 ein Verteilersegment 40 auf, das mit einem Ein­ laufsammler 41 verbunden ist. In den Einlaufsammler 41 gelangt aus dem Wasserzulauf 21 sowie aus der Chemikalien-Do­ siereinrichtung 26 das in das Füllkörperbett 6 einzubringende Wasser. Mittels eines Antriebsgetriebemotors 38 wird das Ver­ teilersegment 40 um eine koaxial zur Mittelachse des Riesel­ wärmetauschers 5 angeordnete Drehachse über einen Riementrieb 39 gedreht. Die Drehzahl des Verteilersegment 40 beträgt etwa 4 U/min.

Die Vorrichtung 3 gem. Fig. 4 weist einen Schichtenspeicher 42 als Zwischenspeicher für das Kühlwasser auf. Das aus dem Kondenswasserbehälter 10 abgezogenen Kondenswasser wird über ein Wasserleitung 20 mit einem Niveauregler 18, einem Absperrventil 48 und einem Filter 12 entweder dem Gegenstrom­ wärmetauscher 13 oder aber einem oberen Strömungsgleichrich­ ter 43 im Schichtenspeicher 42 zugeführt. Überschüssiges Was­ ser im Schichtenspeicher 42 wird über einen Überlauf 54 abgeführt. Von unten in den Schichtenspeicher 42 einzuführen­ des Wasser gelangt in den Schichtenspeicher 42 über einen unteren Strömungsgleichrichter 44. In der Wasserleitung 46, die an den Gegenstromwärmetauscher 13 abgeschlossen ist, ist eine Pumpe 45 vorgesehen. In Strömungsrichtung hinter dem unteren Anschluß des Schichtenspeichers 42 in der Wasserlei­ tung 46 befindet sich eine weitere Pumpe 47, was aber nicht zwingend erforderlich ist. Während des Betriebes wird mit­ tels der Pumpe 47 Wasser aus dem Schichtenspeicher 42 oder bei Betrieb der Pumpe 45 als Gemisch aus der Leitung 46 und dem Schichtenspeicher 42 abgezogen und über den Einlaufsamm­ ler 41 dem Verteilersegment 40 zugeführt. Das Verteilerseg­ ment 40 der Vorrichtung 3 ist ebenfalls über einen Riemen­ trieb 39 von einem Antriebsgetriebemotor 38 in Rotation versetzbar. Das im Wasserzulauf 41 angeordnete Temperaturre­ gelventil 49 ist wie bei der Vorrichtung 1 über einen geeig­ neten Sensor mit der Leitung 20 verbunden.

Bei der Vorrichtung 4 nach Fig. 5 ist unter der Abgassammel­ kammer 9 ein größeres Sammelgefäß 53 für Kondenswasser vorge­ sehen. Auch dieses Sammelgefäß 53 weist einen oberen Strö­ mungsgleichrichter 51 und einen unteren Strömungsgleichrichter 52 auf. Gegenüber der Abgassammel­ kammer 9 ist das Sammelgefäß 53 durch einen Isolierschwimmer 56 gegen Wärmeverluste während der Stillstandszeit isoliert. Dieser kann aus einem plattenförmigen Isolierkörper mit einem randseitig vorstehenden umlaufenden Steg bestehen, auf dem sich eine Wasserschicht durch aus dem Füllkörperbett 6 herab­ tropfendes Wasser bilden kann. Zur Behälterwand ist die Abgassammelkammer 9 durch eine Isolierung 57 isoliert. Bei der Vorrichtung 4 erfolgt der Wassereintrag ebenfalls mittels eines Verteilersegmentes 40, das mit einem Einlaufsammler 41 verbunden ist. Die Drehachse des Verteilersegmentes 40 bildet gleichzeitig die Antriebsachse für einen Antriebsmotor 50.

In den Fig. 6a-c sind Verteilersegmente 40 dargestellt, die sich auf einer Lochplatte 30 bewegen, die oberhalb des gesamten Querschnittes des Füllkörperbettes 6 angeordnet ist. Das Verteilersegment ist als kreissegmentförmiger Segmentkör­ per 29 ausgebildet und liegt auf der Lochplatte 30 auf. Die Wasserzufuhr erfolgt vom Einlaufsammler 41, an dem ein Ein­ laufrohr 61 angeschlossen ist. An dessen Auslauf ist am Ein­ laufrohr 61 eine Prallplatte 62 angeordnet, durch die das einzuführende Wasser innerhalb des Segmentkörpers 29 verteilt wird. Hierdurch soll in dem Segmentkörper 29 ein gleich­ mäßiger Wasserstand 32 erreicht werden. Der Rotationsantrieb des Segmentkörpers 29 erfolgt indirekt. Das Einlaufrohr 61 ist mit einer Antriebsachse 63 verbunden durch deren Rotation das Einlaufrohr 61 geschwenkt wird. An dem Einlaufrohr 61 ist als Mitnehmer ein Anschlag 64 ausgebildet, der an einer Wand des Segmentkörpers 29 zur Anlage kommt. Hierdurch wird der Segmentkörper 29 entsprechend der Drehbewegung des Einlauf­ rohres 61 mitgeführt. Durch das Gleiten den Segmentkörpers 29 über die Löcher 36 in der Lochplatte 30 wird eine gewisse Selbstreinigung der Löcher erzielt. Der Segmentkörper 29 ist in einem Loslager 67 gelagert. Für die Antriebsachse 63 sind zwei Lager 65, 66 vorgesehen. Die Abdichtung des Einlaufroh­ res 61 zum Gerätedeckel erfolgt mittels einer Wellendichtung 68. In Fig. 6c ist eine Ausführung dargestellt, bei der das Einlaufrohr 61 mittels eines Riementriebes 39 durch einen Antriebsgetriebemotor 38 in Rotation versetzt wird. Die Rie­ menscheibe 70 des Riementriebes 39 ist auf einem senkrechten Abschnitt des Einlaufrohres 61 angeordnet, daß in zwei Lagern 69 gelagert ist. Die Verbindung zum Wasserzulauf 21 ist mit­ tels einer Wellendichtung 68 abgedichtet.

Bei dem in Fig. 7a und b dargestellten Verteilersegment 40 weist der Segmentkörper 29 einen Boden auf, der als Loch­ platte 30, Lochblech oder dergl. ausgebildet sein kann. Auf diesem Boden befindet sich ein Wasserfeinverteiler 31, dem über einem Wasservorlaufverteiler 33 Wasser so zugeführt wird, daß sich ein gleichmäßiger Wasserstand 32 ausbildet. Der Wasservorverteiler 33 ist mit dem Einlaufrohr 61 verbun­ den, daß ebenso mit dem Segmentkörper 29 verbunden ist. Bei Drehung des Einlaufrohres 61 mittels des Riementriebes 39 wird somit der Wasservorverteiler 33 synchron mit dem Seg­ mentkörper 29 verschwenkt. Für dieses Verteilersegment 40 ist keine besondere Lochplatte 30 erforderlich, die das gesamte Füllkörperbett 6 abdeckt.

Der Wasserfeinverteiler 31 kann z. B. aus Filterpapier, Gewebe, Vlies, Filz oder dergl. bestehen. Sofern für dieses Verteilersegment 40 für die Bodenplatte dünnwandiges Blech verwendet wird, können die Tropfenabreißkanten durch Stanz­ bördelung erzielt werden. Je nach erforderlicher Wassermenge kann bei dieser Ausführung des Verteilersegmentes 40 auch auf den Wasserfeinverteiler 31 verzichtet werden.

Bei Verwendung eines Gebläsebrenners als Brenner 8 kann bei entsprechender Brennerrohrgestaltung eine Injektionswirkung erzielt werden, durch die eine einfache Rauchgasrezirkulation aus dem Verbrennungsraum zur Verringerung des NOx-Gehaltes erzieltes werden kann.

Claims (18)

1. Verfahren zur Rückgewinnung der in Abgasen enthaltenen Energie, bei dem das Abgas von unten durch einen Rie­ selwärmetauscher mit Abgasstutzen strömt und im Kreis­ lauf geführtes Kühlwasser im Gegenstrom zum Abgas über eine Benetzungseinrichtung durch den Rieselwärme­ tauscher geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser über einen Wasserverteiler oberhalb einer Lochplatte in das Füllkörperbett des Rieselwärmetau­ schers eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser der Lochplatte durch einen auf der Lochplatte aufliegenden Wasserfeinverteiler ganz­ flächig oder abschnittsweise zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserverteiler als nach unten offener Segmentkör­ per mit den Rändern auf der Lochplatte aufliegend auf dieser gleichmäßig rotierend gleitet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Projektionsfläche eines auf der Lochplatte aufliegenden und über diese rotierenden Segmentkörpers mit einem porösem Wasserfeinverteiler ausgefüllt ist, der auf der Lochplatte aufliegend mit dem Segmentkör­ per über die Lochplatte gleitet.

5. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kühlwasser einem nach unten offenen Seg­ mentkörper zugeführt wird, der auf einem Wasserfeinverteiler aufliegend über diesem rotiert, wobei der Wasserfeinverteiler die Lochplatte ganz­ flächig abdeckt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser einem nach unten offenen Segmentkörper zugeführt wird, der auf einem Wasserfeinverteiler auf­ liegend mit diesem rotiert.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser über einen rotierenden Segmentkörper mit einer eine Anzahl gleichmäßig verteilter Löcher aufweisenden Bodenplatte in das Füllkörperbett des Rieselwärmetauschers eingebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser durch einen Wasserfeinverteiler auf dem als Lochplatte ausgebildeten Boden des Segmentkörpers in das Füllkörperbett des Rieselwärmetauschers einge­ bracht wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, mit einem Rieselwärmetauscher, des­ sen Füllkörperbett auf einem Lochboden oberhalb der Abgassammelkammer angeordnet ist, mit einem oberhalb des Füllkörperbettes angeordneten Abgassammelraum mit einem Abgasauslaßstutzen und einer oberhalb des Füll­ körperbettes angeordneten Benetzungseinrichtung für den Eintrag von Kühlwasser in das Füllkörperbett, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Füllkörper­ bettes (6) eine Lochplatte (30) angeordnet ist, die von oben mit Wasser beaufschlagt ist, das über die Fläche der Lochplatte (30) verteilt durch die Löcher (36) der Lochplatte (30) dem Füllkörperbett (6) zugeführt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Lochplatte (30) ein Wasserfeinverteiler (31) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch nett, daß über der Lochplatte (30) ein Wasservorver­ teiler (32) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Lochplatte (30) ein nach unten offener Segmentkörper (29) als Verteilersegment (40) angeord­ net ist, der ganzseitig auf der Lochplatte (30) dich­ tend aufliegt und mit gleichmäßiger Drehgeschwindig­ keit auf der Lochplatte (30) rotiert und über einen zentralen Einlaufsammler (41) mit dem Wasserzulauf (21) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Segmentkörper (29) über dessen vertikale Projektionsfläche sich erstreckend ein porö­ ser Wasserfeinverteiler (31) angeordnet ist, der auf der Lochplatte (30) aufliegt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wasserfeinverteiler (31) zwischen dem Segmentkörper (29) und der Lochplatte (30) auf dieser aufliegend angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (30) als Bodenplatte (71) eines über dem Füllkörperbett (6) angeordneten wannenartigen Segmentkörpers (29) ausgebildet ist, der zentrisch über dem Füllkörperbett (6) gelagert und über dieses mit gleichmäßiger Drehgeschwindigkeit rotiert und über einen zentralen Einlaufsammler (41) mit dem Wasserzu­ lauf (21) verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Bodenplatte (71) des Segmentkörpers (29) ein Wasserfeinverteiler (31) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10, 13, 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserfeinvertei­ ler (31) aus Filterpapier, Gewebe, Vlies, Filz oder dergl. besteht.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 11 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß an den Löchern (36) der Lochplatte (30), der Bodenplatte (71) und des Wasser­ vorverteilers (33) wasseraustrittseitig jeweils eine Tropfenabreißkante (37) ausgebildet ist.