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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit mindestens einer
Kühlkammer
zum Kühlen
heißer, verunreinigter
Gase, die in Kraftwerken zur Stromerzeugung aus heißen Gasen
bei der Verbrennung fester, flüssiger
oder gasförmiger
Brennstoffe (Kraftstoffe) in größeren sowie
in kleineren Verbrennungskraftwerken verwendet werden kann.
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Ein
beträchtlicher
Teil der Energieerzeugung in der Welt wird durch Verbrennen unterschiedlicher Brennstoffe,
beispielsweise fossiler Brennstoffe und biologischer Brennstoffe
erhalten. Diese Brennstoffe erzeugen Gase, die Schadstoffe enthalten,
was Umweltprobleme entstehen lässt.
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Neben
diesen Umweltproblemen lassen einige Komponenten Probleme während der
Verbrennung entstehen. Falls Wasserlösungen aus sauren, aggressiven
Komponenten in Verbrennungsanlagen kondensieren, ist die Gefahr
einer Korrosion in Wärmetauschern
etc. beträchtlich.
Eine Kondensation impliziert ebenso oftmals eine Ansammlung von
Staub etc., der sich an den Wärmetauscheroberflächen ablagert
und hierdurch die Wärmeübertragung
verschlechtert. Um in der Lage zu sein, eine Kondensation zu vermeiden,
ist es normalerweise erforderlich, bestimmte Energieverluste zuzulassen,
indem die Gase mit einer unnötig
hohen Temperatur herausgelassen werden.
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Somit
ist es aus umwelttechnischer und wirtschaftlicher Sicht wünschenswert,
dass soviel wie möglich des
Energiegehalts des Brennstoffs eingesetzt wird, während die
Emissionen so gering wie möglich
sind, ohne dass die Vorrichtung zum Kühlen durch Schadstoff verstopft
wird.
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Es
gibt eine Anzahl unterschiedlicher Arten, um eine erhöhte Energiegewinnung
aus Gasen gleichzeitig zu einer Abnahme der Emissionen zu erzielen.
In SE-B-448 258 ist eine Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Gasen
bei einer Verbrennung sehr feuchter, fester Brennstoffe, beispielsweise
Torf, Späne
und Rinde, die einen Scrubber aufweist, offenbart. Wasser wird in
dem Scrubber eingespritzt, wobei die Einspritzrichtung senkrecht
zu den Strömungsrichtungen
der Gase ist. Das Wasser, das in dem Scrubber gesammelt wird, wird zu
einem Tank gefördert
und danach weiter in eine Ionentauschvorrichtung und einen Wärmetauscher
gefördert,
woraufhin das Wasser zurück
zu dem Scrubber gepumpt wird. Die Vorrichtung ist weniger geeignet
für Öl, da dann
Probleme mit Säurekorrosion
entstehen werden. Die Gastemperatur nach dem Scrubber ist als 50°C offenbart.
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IN
SE-B-500 737 ist eine Vorrichtung mit Gichtgaskühlung und einem Kühler offenbart,
der aus einem Einlass für
das Gas und Düsen
zum Zufügen
von Kühlwasser
in zerstäubter
Form besteht, ferner mit einer Kühlkammer,
in der die Einlasskanäle
enden, und falls erforderlich, einem Behälter zum Behandeln von Schadstoffen,
ferner einem Filter zur Trennung von Wasserverunreinigungen und
falls erforderlich einem Auslass, der mit einem Wasserriegel ausgestattet
ist. Sie ist derart aufgebaut, dass eine Leitung die Kühlkammer
mit einem Wärmetauscher
verbindet. Die Düsen
für Kühlwasser
sind gegen die Strömungsrichtung
des Gases gerichtet. Die Kühlkammer
ist herkömmlich
als Kasten ausgelegt, der mit mindestens einer, teilweisen Zwischenwand
ausgestattet ist, die derart angeordnet ist, dass die Gase gezwungen
werden, entlang einer Länge
entsprechend mindestens dem doppelten der Länge der Kühlkammer zu laufen. Die Kühlkammer
umfasst bevorzugt mehr als eine solche Zwischenwand, sodass die
Gase durch einen Labyrinthpfad hindurchgeführt werden. In diesem Teil
ist eine Anzahl von Düsen
vorgesehen.
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In
SE-B-405892 ist eine Vorrichtung zum Gichtgaskühlen offenbart, die dahingehend
beschrieben ist, dass sie für
höhlgefeuerte
Boiler in Häusern,
Geschäftshäusern und
Boileranlagen geeignet ist, wobei sie dazu vorgesehen ist, die Effizienz
des Boilers zu erhöhen
und die Emissionen von schwefelenthaltendem Material zu der Atmosphäre zu verhindern.
Die Vorrichtung umfasst ein herkömmliches
System mit zirkulierendem, erwärmtem
Wasser und durch das Wasser erwärmten
Radiatoren, wobei eine Wärmepumpe
derart angeordnet ist, dass der Kondensator das Wasser vorwärmt, welches
zu dem Boiler zurückgeführt wird,
während
der Verdampfer die Gichtgase kühlt,
nachdem diese das Wasser erwärmt
haben. Das hierbei erhaltene Kondenswasser kann durch einen Filter
und nach unten zum Ausstoß strömen.
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DE-A1-34
31 835 offenbart einen W-förmigen
Reiniger mit Sprühdüsen in den
zwei Schenkeln, wobei der Reiniger mit einem System zum Reinigen
und Rückführen zugegebenen
Reinigungswassers ausgestattet ist.
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Die
Gefahr von Korrosionsschäden
an Verbrennungsanlagen kann verhindert werden, indem säurebeständiges Material
in den betroffenen Teilen eingesetzt wird. Bekannte Materialen sind
Glas oder Kunststoff und insbesondere säureresistenter Stahl, der sehr
teuer ist. Die Wärmetauscher,
in denen die Gase gekühlt werden,
müssen
regelmäßig gereinigt
werden, um in dem Kondensat enthaltenen Ruß zu beseitigen.
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Ferner
besitzen alle bekannten Anlagen ein großes Volumen, was oftmals ein
beträchtliches
Problem während
des Einbaus der Ausrüstung
ist. Die Technologie des Standes der Technik ist oftmals kostenintensiv, hängt oftmals
von großen
Volumina mit teuren Materialien und komplizierten Konstruktionen
der Kühlgeräte ab.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine nachfolgend als Kühlvorrichtung
bezeichnete Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben beschriebnen
Nachteile überwindet.
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Dies
wird mittels einer Kühlvorrichtung
erzielt, umfassend mindestens eine Kühlkammer zum Kühlen von
heißem
Gas wie einem Gichtgas, das bevorzugt eine Temperatur von mindestens
100°C besitzt,
wobei das Gas gesättigt
und gekühlt
wird, indem es in Kontakt mit Wasser gebracht wird, das in der Form
zerstäubten Kühlwassers
zugegeben wird, wobei in dem Gas enthaltener Dampf kondensiert wird,
nachdem das Gas gesättigt
ist und Verunreinigungen trägt,
woraufhin das Gas weggeführt
wird, das erwärmte
Wasser gesammelt wird, woraufhin möglicherweise vorhandene Verunreinigungen
von dem Wasser getrennt werden und dieses durch Wärmetauschen
mit einem Medium gekühlt
wird, das anschließend
für Erwärmungszwecke
verwendet werden kann. Das gekühlte
Wasser wird nach dem Austausch als zerstäubtes Kühlwasser zurückgeführt. Somit
werden die heißen
Gase durch ihr eigenes Kondensat in einem geschlossenen Kreislaufsystem
gekühlt, welches
der Hauptgegenstand der Erfindung ist. Nachdem das Verfahren gestartet
worden ist, wird normalerweise kein zusätzliches Wasser für das System
benötigt,
falls die Gase nicht sehr trocken sind. Nur eine Wassermenge entsprechend
der Wassermenge, die dem Gas zugegeben wird, wird aus dem System
abgeführt.
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Wenn
die heißen
Gase auf das Kühlwasser
treffen, geschieht das Folgende:
In einem ersten „Schritt" wird das heiße Gas durch
das zerstäubte
Wasser gesättigt.
Gleichzeitig während
das Gas mit Wasser gesättigt
wird, nimmt auch die Temperatur des Gases ab, was bei einer konstanten
Enthalpie geschieht, d.h. der Energiegehalt des Gases ist während des
ersten Schritts konstant. In einem zweiten „Schritt" wird das Gas weiter gekühlt, sodass
der Sättigungszustand
bewegt wird, Dampf in dem Gas kondensiert wird und ein Kondensat
entsteht. Schließlich
wird das Gas auf eine Temperatur sehr nahe zu der Temperatur des
eingespritzten Wassers gekühlt,
woraufhin das Gas die Kühlvorrichtung
in einem gesättigten
Zustand verlässt.
In diesem Schritt wird das Gas durch untertemperiertes Kühlwasser „mechanisch" gekühlt, d.h.
die zahlreichen kleinen Wassertropfen bilden einen großen Kühlbereich.
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Der
Wärmetauschbereich,
den die zahlreichen kleinen Wassertropfen bilden, besteht aus dem
Gesamtoberflächenbereich
der zahlreichen kleinen Wassertropfen, was in Gegenstrom zu dem
Gas mit einer relativ hohen Geschwindigkeit zwischen der Oberfläche der
Tropfen einen optimalen „Wärmetauscher" ergibt. Erstens
ist die Fläche
groß und
die Wärmeübertragungszahl
ist hoch, da die Relativgeschwindigkeit hoch ist. Der Massenstrom
der Flüssigkeit
ist wesentlich höher
als der Massenstrom von Gas.
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Da
das feuchte Gas auf eine Temperatur gleich oder unterhalb seines
Kondensationspunktes gekühlt wird,
wird ein Kondensat gebildet. Das Kondensat ist ein Arbeitsmedium,
das in einem geschlossenen Kreislauf einer Flüssigkeit zum Kühlen des
Gases verwendet wird, indem es zurückgeführt und gegen das Gas gesprüht wird.
Somit wird das Gas durch sein eigenes Kondensat gekühlt. Das „verbleibende" Kondensat kann von
dem Flüssigkeitskreislauf
abgeführt
werden, d.h. die Flüssigkeitsmenge,
welche das Gas vor dem Kühlen enthielt,
verglichen zu dem gekühlten,
gesättigten
Gas. Es wird keinerlei neue Flüssigkeit
zu dem System hinzugegeben, außer
beim Starten eines leeren Systems.
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In
einer in der Kühlvorrichtung
angeordneten Kühlkammer
sind Mittel zum Zugeben von Kühlwasser vorgesehen,
die bevorzugt eine Anzahl von Sprühdüsen aufweisen, welche zu der
Strömungsrichtung
des Gases gerichtet sind. Die Kühlkammer
gemäß der Erfindung
ist in der Form eines geneigten, U-förmigen
Rohrs mit zwei im wesentlichen parallelen Rohrschenkeln, die mittels
eines gekrümmten
Rohrabschnitts verbunden sind. Durch die Neigung der Kammer kann
Wasser entlang der Schenkel zu dem gekrümmten Abschnitt, dem Drainageabschnitt,
fließen,
in welchem eine Drainage für
Wasser vorgesehen ist. Die Zugabe von Gas wird in den Auslass eines
der Schenkel des Rohrs durchgeführt,
und das gekühlte
Gas strömt
durch den anderen Auslass des Schenkels heraus.
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Eine
Kühlvorrichtung
umfasst mindestens eine solche Kühlkammer,
bevorzugt mehrere, die miteinander in Reihe oder parallel verbunden
sind. Mit dem Drainageabschnitt in jeder Kühlkammer ist ebenso ein Behälter verbunden,
in welchem Kühlwasser
gesammelt wird. Kühlwasser
von jeder Kühlkammer
wird auf eine solche Weise, die unten stehend ausführlicher
beschrieben werden wird, gefördert,
dass ein geschlossenes System erhalten wird, in welchem nur überschüssiges Wasser
normalerweise abgeführt
werden muss. Falls erforderlich, wird zusätzliches Kühlwasser zugegeben, falls die
Gase trocken sind.
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Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist volumenmäßig sehr
effektiv, d.h. sie hat eine hohe Kühlkapazität und erfordert hierdurch ein
minimales Volumen. Die Konstruktion ist einfach und daher sehr kostengünstig herzustellen.
Sie besitzt keine der Probleme entsprechend anderer herkömmlicher
Kühler wie:
chemische Korrosion, Verunreinigung, Verstopfen, thermische Spannungen,
etc. Darüber
hinaus ist die Kühlvorrichtung
durch ein einfaches Modulsystem sehr flexibel, was viele Kombinationsmöglichkeiten
ergibt. Sie kann für
alle Arten von Gasen verwendet werden; von verschmutztem Verfahrensgas
aus der Industrie zu Gichtgaskühlung
von Wärme-
und Energieerzeugungsanlagen in denen Öl, Gas und biologischer Brennstoff den
Brennstoff bilden. Sie ist unabhängig
von der Eingabegastemperatur und dem Verschmutzungsgrad, da sie
große
Düsen aufweist,
die nicht verstopfen. Verunreinigungen, die ausgefällt werden,
können
in dem Wassersystem mit herkömmlicher
Technologie von heute behandelt werden. Durch ihre „Scrubber"-Wirkung wird das
Gas effektiv gereinigt, was gut für die Umwelt ist. Ferner kann
die Kühlvorrichtung
beträchtlich
kleiner ausgeführt
werden als der Kühler
beispielsweise in SE-B-500 737 infolge der U-Form der Kühlkammer,
sodass diese Kühlvorrichtung
verglichen mit der bekannten Technologie beträchtlich überlegen ist. Sie ist auch
viel einfacher und daher viel kostengünstiger herzustellen als der
in SE-B-500 737 beschriebene Kühler.
Der Kühlbereich
ist sehr groß.
Die Kühlkammern
können
in getrennte Teile aufgeteilt sein, die vor Ort montiert werden
können.
Dann wird man unabhängig
von großen
Türöffnungen,
um in der Lage zu sein, den Kühler
in das Gebäude oder
den Raum zu tragen, wo er eingesetzt werden soll.
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Im
Folgenden wird „Gichtgas" („stack
gas") als ein Gas
von der Verbrennung festen oder flüssigen Brennstoffs bezeichnet,
und „Abgas" bezieht sich auf
ein Gas, das die Kühlvorrichtung
durchlaufen hat. Die Begriffe „Wasser" und „Kühlwasser" umfassen nicht nur
reines Wasser, sondern auch Wasserlösungen mit größeren oder
kleineren Mengen gelöster
und/oder dispergierter Substanzen, ferner Wasser enthaltende Flüssigkeiten
mit nicht gelösten
oder dispergierten Partikeln, und alle Arten von Wasser enthaltenden
Flüssigkeiten mit
einer beträchtlichen
Menge von Wasser. „Trennen
von Kontaminanten" wird
als direkte Trennung von Kontaminanten sowie als Neutralisieren
von Kontaminanten durch Reagieren derselben mit oder Anhängen derselben
an jegliche Substanz, beispielsweise durch Wasserstoffionen, die
mittels Hydroxidionen neutralisiert werden, bezeichnet. Die Kontaminanten
können
ebenso mittels des Einsatzes eines oder mehrerer Sandfilter für Staub/Ruß und/oder
Festpartikeln getrennt werden. Falls erforderlich, wird das Wasser
pH-reguliert.
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Ein „passives
Kühlen" (P) wird ohne jegliche
mechanische Arbeitsmaschine, beispielsweise Wärmepumpe, ausgeführt. Das
Kühlmedium
ist normalerweise durch ein hochtemperiertes Medium gebildet, beispielsweise
zu einem Boiler, einem öffentlichen
Heizungsnetz, etc. zurückgeführtes Wasser.
Das Kühlmedium kann
durch Wasser für
die Warmwassererzeugung gebildet sein.
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Während des „aktiven
Kühlens" (A) wird das Kühlen, im
Gegensatz zum passiven Kühlen,
mittels einer Maschine oder dergleichen, beispielsweise einer Wärmepumpe
ausgeführt.
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Die
Erfindung ist ebenso geeignet zum Reinigen von Gasen bei der Verbrennung
von Brennstoffen, die in Wasser schwer lösliche Kontaminanten enthalten,
beispielsweise Gichtgasen von der Verbrennung biologischer Brennstoffe.
Die zugegebene Menge von Kühlwasser
in direkten Kontakt mit den Gasen ist dann hoch.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das Gas in einem ersten Schritt gekühlt, indem
es mit Wasser gesättigt
wird, woraufhin das Gas in einem zweiten Schritt derart gekühlt wird,
dass die Temperatur des Gases mittels zerstäubten Kühlwassers auf 50 bis 20°C gesenkt
wird, sodass Wärme
zu dem Wasser übertragen
wird, und Dampf in dem Gas kondensiert und Kontaminanten bringt.
Danach wird das Gas abgeleitet und in dem Wasser vorhandene, unlösliche Kontaminanten
werden von dem Wasser getrennt. Vorhandene, wasserlösliche Kontaminanten
werden zumindest teilweise von dem Wasser getrennt, woraufhin das
Wasser durch Wärmetauschen
gekühlt
und danach zu dem ersten und/oder dem zweiten Schritt zurückgeführt wird.
Somit wird das Gas durch sein eigenes Kondensat in einem geschlossenen
Kreislaufsystem gekühlt.
Eine bestimmte Zugabe von Wasser kann zum Ausgleichen von Verdampfung
etc. erforderlich sein.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung wird das Gas in drei Schritten gekühlt, was neben den oben genannten
zwei Schritten ebenso einen dritten Schritt umfasst, in welchem
eine Wärmepumpe
verwendet wird. Diese Ausführungsform
ist normalerweise nicht bevorzugt, da sie normalerweise viel teurer
ist, ohne das Kühlen
entsprechend zu verbessern.
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Im
Folgenden wird die Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf
die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1A ist
eine gesamte und schematische Seitenansicht einer Kühlkammer
im Querschnitt, welche das Grundprinzip der Erfindung veranschaulicht,
d.h. eine Kühlkammer
mit nur passivem oder aktivem Kühlen;
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1B ist
eine vereinfachte Seitenansicht der in 1A veranschaulichten
Ausführungsform;
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1c ist
eine vereinfachte, schematische Perspektivansicht eines Teils der
in 1A veranschaulichten Ausführungsform.
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2A ist
eine schematische Seitenansicht einer Kühlkammer;
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2B ist
eine schematische Seitenansicht von zwei in Reihe verbundener Kühlkammern,
die eine Kombination eines passiven (P) und eines aktiven (A) Kühlens veranschaulicht.
Die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung umfasst zwei in Reihe verbundene Kühlkammern mit nur passivem
Kühlen;
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2D ist eine schematische Seitenansicht
von zwei parallel miteinander verbundenen Kühlkammern, die nur passives
(P) oder aktives (A) Kühlen
besitzen;
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3 ist
eine gesamte, schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung, die ein P1, P2A-System
veranschaulicht, d.h. drei in Reihe miteinander verbundene Kühlkammern,
von denen die zwei ersten passiv und die letzte aktiv ist.
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Der
Wärmetauscher
in der ersten Kühlkammer
(passiv 1) ist mit der Rückleitung
des öffentlichen
Heiznetzes oder dem Rückführwasser
zu dem Primärkreislauf
eines Boilers verbunden, und der Wärmetauscher der zweiten Kühlkammer (passiv
2) wird zum Vorwärmen
und Befeuchten von Primärluft
zu dem Boiler eingesetzt.
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4 veranschaulicht,
wie ein Sandfilter mit dem System verbunden sein kann, um Kontaminanten von
dem Kühlwasser
zu beseitigen. Nur eine Kühlkammer
ist im Querschnitt von der Seite mit einem entsprechenden Filter
gezeigt.
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Somit
stellt das System eine Anzahl von Kombinationsmöglichkeiten bereit, falls nur
passives (P) oder aktives (A) Kühlen
erwünscht
wird, wird dies gemäß der grundlegenden
Ausführungsform
erzielt, die in 2A veranschaulicht ist. Die
Konstruktion kann in Abhängigkeit
von der Kapazität
und/oder den physikalischen Anforderungen gemäß 2C variieren.
Die bevorzugte Ausführungsform
ist in 2B veranschaulicht.
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In
einer alternativen Ausführungsform
wird sowohl ein passives als auch ein aktives Kühlen eingesetzt.
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Ausführliche
Beschreibung der Ausführungsformen
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In 1A,
die eine U-förmige
Kühlkammer 4 veranschaulicht,
welche einstückig
aus einem Rohr mit demselben Querschnitt entlang seiner gesamten
Länge hergestellt
ist, eintretendes, heißes
verunreinigtes Gas durch einen Einlasskanal 1 in einen
ersten Schenkel 5 des Rohrs, weiter zu einem Drainagerohrabschnitt 8 und
zu dem anderen Schenkel 6 geleitet. In den Schenkeln sind
Mittel 2 angeordnet, mit denen Kühlwasser zugegeben wird. Die
Mittel 2 umfassen eine Anzahl von Sprühdüsen 3, durch welche
das zugegebene Kühlwasser
zerstäubt
wird und eine sehr große
Kontaktfläche
zwischen dem Gas und dem Wasser erzielt wird. Das heiße Gas wird
mit dem wesentlichen konstanten Enthalpie heruntergekühlt und
wird mit Wasser gesättigt.
Das Gas wird weiter gekühlt
und über
einen Auslasskanal 7 durch einen Propeller 13 ausgeleitet.
Beim Kühlen
wird annähernd
der gesamte Wassergehalt des Gases kondensiert und strömt zusammen
mit dem zugegebenen Wassser entlang der Wände der Schenkel nach unten
zu dem gekrümmten
Rohrabschnitt 8, da die Kühlkammer nach unten geneigt
ist, was in 1B veranschaulicht ist. Das
kondensierte Wasser trägt
Kontaminanten, welche dem eintretenden Gas folgten, und strömt nach
unten in einen Behälter 9,
der mit einem Wasserriegel 10 versehen ist. Die Kontaminanten
können
dann beispielsweise unter Einsatz eines Sandfilters getrennt werden,
was in 4 veranschaulicht ist. Das gesammelte Kühlwasser
in dem Behälter 9 wird
in eine Leitung 12 zu einem Wärmetauscher 14 geleitet,
in welchem es mit von einer Leitung 11 kommenden Wasser
wärmegetauscht
wird. Das gekühlte
Wasser wird durch Leitungen 2 zu den Sprühdüsen in der
Kühlkammer
zurückgeführt. Somit
muss kein zusätzliches
Wasser während
des Kühlens
zugegeben werden. Falls erforderlich, muss etwas Wasser durch eine
Ableitung 19 (4) drainiert werden. Diese Menge
entspricht der Wassermenge, die mit dem Gas zugegeben wird. Manchmal
ist es erforderlich, eine pH-Regulierung
etc. einzusetzen, was ebenso in 4 veranschaulicht
ist. Um die Kontaminanten zu beseitigen, wird beispielsweise ein
Sandfilter 17 verwendet, sodass ein Teil des Wassers in
der Lage ist, den Sandfilter nach dem Behälter 9 zu durchlaufen, woraufhin
Staub in konzentrierter Form über
eine Leitung 18 zur Sedimentation etc. beseitigt wird.
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Falls
erforderlich, können
die Sprühdüsen 3 beweglich
ausgeführt
sein, sodass das Kühlwasser
mit dem Strom, entgegen des Stroms oder schräg zum Strom des Gasstroms gesprüht werden
kann. Insbesondere falls es eine Gefahr gibt, dass das Gas derart
mit Partikeln geladen ist, dass die Sprühdüsen 3 verstopfen können, werden
die Sprühdüsen 3 gedreht,
sodass sie mit dem Storm sprühen.
Selbstverständlich
kann die Vorrichtung 4 gemäß der Erfindung mit nicht beweglichen
Düsen 3 ausgestattet
sein, die mit dem Strom, entgegen des Stroms oder schräg zum Strom
oder in jeglicher Kombination dieser Richtungen sprühen.
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1B und 1C veranschaulichen,
wie die porenförmige
Kühlkammer 4 geneigt
ist, um dem Wasser zu ermöglichen,
nach unten zu dem Drainageabschnitt 8 zu strömen.
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2A bis
C veranschaulichen schematisch alle unterschiedlichen Verbindungen
passiv/aktiv, die innerhalb der Erfindung möglich sind. P stellt passiv
dar, und A stellt aktiv dar.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
wird ausführlicher
unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, die eine Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht. In dem ersten „Schritt" wird die entsprechende Ausrüstung durch „a" dargestellt, in
dem zweiten durch „b", in dem dritten
durch „c", und die Vorrichtung
zum Befeuchten von Luft durch „d". 3 veranschaulicht
schematisch ein Diagramm von Verbindungen einer Vorrichtung, bei
der die Kühlkammern 4a bis
c nur als Rechtecke gezeigt sind. Die Verbindungen zwischen der jeweiligen
Kühlkammer
ist sehr vereinfacht und zeigt nicht eine wirkliche Rohrverbindung.
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Temperaturen
in 3 beziehen sich auf Gastemperaturen, falls nicht
anders angegeben.
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In 3 ist
eine Ausführungsform
einer Vorrichtung mit einer P1P2A-Kühlung gezeigt, d.h. zwei passiven
und einem aktiven Schritt, die in Reihe verbunden sind.
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Es
ist gezeigt, wie die Kühlkammern
in einer Boileranlage verbunden sein können. Das heiße Gas wird von
den Kühlkammern 4a bis 4c und
danach in die Umgebung geleitet. Das Gas wird über den Einlass 1 zu der
Kühlkammer 4a zugeführt und
trifft auf das mittels der Düsen 3a bis 3c in
der jeweiligen Kühlkammer
zugegebene Wasser. Die erste Stufe 4a und die zweite Stufe 4b kühlen passiv.
Die dritte Stufe 4c kühlt aktiv,
was erreicht wird, indem man das Kühlwasser in der Leitung 12c einer
Wärmetauscherpumpe 14c passieren
lässt.
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Zuerst
wird das heiße
Gas zu der Kühlkammer 4a (Stufe 4a) über den
Einlass 1a geführt
und trifft dabei auf von der Leitung 12a kommendes Kühlwasser.
Die Funktion der Kühlkammer 4a ist
wie in 1a beschrieben. Das durch das
Gas erwärmte
Wasser wird über
den Behälter 9a weiter über die
Leitung 12a zu einem Wärmetauscher 14a transportiert,
in welchem eine Wärmetausch
mit eintretendem Kühlwasser
in der Leitung 11a erzielt wird. Von dem Behälter 9a wird,
falls erforderlich, etwas Wasser zur Kondensatbehandlung pH-Regulierung
und Staubsammlung übertragen.
Das Gas wird danach weiter von der ersten Stufe 4a zu der
zweiten Stufe 4b übertragen,
und wird auf dieselbe Weise gehandelt. Das Kühlwasser wird von den Behältern 9b weiter zu
einem Wärmetauscher 14b gefördert, in
welchem ein Wärmetausch
mit Wasser erzielt wird, das in einem Befeuchtungsteil 4d zum
Befeuchten von Primärluft
zu einem Boiler verwendet wird. Die Primärluft enthält eine Relativfeuchtigkeit
von 100, und gleichzeitig wird die Temperatur der Luft von 20°C auf etwa
40°C erhöht. Falls erforderlich,
wird in dieser zweiten Stufe zusätzlich
Kaltwasser (cw) zugegeben, falls der Luftstrom trocken ist. Dieses
Kaltwasser wird in einem Wärmetauscher 4d vorgewärmt, in
dem Wärme
mit dem rückgeführten Wasser
zu den Düsen
in der Kühlkammer 4b getauscht
wird. Das Gas wird von der zweiten Stufe 4b zu der dritten Stufe 4c gefördert. In
der dritten Stufe 4c wird das Gas aktiv mittels hinzutretenden
Wassers 12c gekühlt,
welches durch die Wärmepumpe 14c gekühlt wird,
woraufhin das Gas schließlich
durch einen Lüfter 13 ausgestoßen wird.
Die Staubkonzentration des Gases hat nun von > 3000 mg/Nm3 auf < 25 mg/Nm3 abgenommen.
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4 veranschaulicht,
wie ein Sandfilter mit einer Kühlkammer
verbunden werden kann. Ein Anteil des Kühlwassers von dem Behälter 9 wird
zu den Kühlmitteln 2 gepumpt,
und am zweiten Anteil wird ermöglicht,
einen Sandfilter 15 zu passieren. Von dem Sandfilter 15 wird
das gereinigte Kühlwasser
zu dem Behälter 9 zurückgeführt. Die
Kontaminanten in dem Filter können
intermittierend ausgespült
werden, indem sie durch ein Drainagerohr 18 beseitigt werden.
In 4 ist ebenso ein Abschluss 19 zum Ausstoßen überschüssigen Kondensats
veranschaulicht. Dem Behälter 9 können ebenso
pH-Modifizierer
zugegeben werden. Falls Öl
verbrannt worden ist, ist das Wasser sauer, und dann werden basische
pH-Modifizierer
zugegeben, um das Kühlwasser
zu neutralisieren. Für
biologische Pulpe trifft das Gegenteil zu.
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Die
Erfindung wird nun durch drei Beispiele beschrieben:
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Beispiel
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Daten
für eine
Boileranlage mit 100 MW Leistung.
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Beispiel
2 Selber
Brennstoff wie in Beispiel 1
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Beispiel
3 Selber
Brennstoff wie in Beispiel 1 Passives
und aktives Kühlen.
Aktives Kühlen
wird mit einer Wärmeübertragungszahl
von 3,3 vorgesehen.
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Die
Gichtgastemperatur betrug 150°C
für Späne und Briketts
und 180°C
für Öl.
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Die
Gesamtleistung betrug 1.500 kW (Späne), 1.227 (Briketts) und 1.166
kW (Öl).
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Wie
in den Ergebnissen gezeigt, ist die wiedergewonnene Energie höher, wenn
sowohl passives als auch aktives Kühlen eingesetzt wird, jedoch
sind die Kosten, um dieses vergleichsweise geringe Änderung
zu erzielen, oftmals zu groß.
Daher sind üblicherweise
zwei Stufen mit lediglich passivem Kühlen, bevorzugt, was in den
meisten Fällen
völlig
zufriedenstellend ist.
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Die
Temperatur ist in 3 für alle Brennstoffe veranschaulicht.
Die Daten sind näherungsweise.
