EP1952063A1 - Vorrichtung und verfahren zur reinigung der abgase in heizungsanlagen unter gleichzeitiger wärmerückgewinnung und mit staubentfernung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur reinigung der abgase in heizungsanlagen unter gleichzeitiger wärmerückgewinnung und mit staubentfernung

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EP1952063A1
EP1952063A1 EP06818666A EP06818666A EP1952063A1 EP 1952063 A1 EP1952063 A1 EP 1952063A1 EP 06818666 A EP06818666 A EP 06818666A EP 06818666 A EP06818666 A EP 06818666A EP 1952063 A1 EP1952063 A1 EP 1952063A1
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EP
European Patent Office
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exhaust gas
heat exchanger
chamber
perforated
guide element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06818666A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rupert Merkl
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Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1952063A1 publication Critical patent/EP1952063A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2217/00—Intercepting solids
    • F23J2217/50—Intercepting solids by cleaning fluids (washers or scrubbers)
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for cleaning the exhaust gases in heating systems with simultaneous heat recovery and with dust removal.
  • the invention also relates to the use of the method and apparatus for heating systems with selected fuels.
  • the permissible values for pollutant emissions from heating systems have been increasingly tightened by the legislator in recent years, thereby contributing to the reduction of environmental pollution.
  • the pollutants emitted by a heating system primarily include sulfur oxides and nitrogen oxides.
  • the CO 2 emissions should also be considered.
  • CO 2 is not a pollutant per se, but increasingly polluted by its increased emission from heating systems and the environment, it is also counted among the pollutants in the context of this invention.
  • the exhaust gas passes through a heat exchanger and the multiple diversion serves to extend the flow path via the heat exchanger.
  • the flow channel opens in the direction of the chamber with the spray device, where the already significantly cooled exhaust gas abuts a further element of the guide member and an annular gap formed thereby on the mist formed in the chamber of finely divided water droplets and so the pollutants from the exhaust effect be removed.
  • the so purified exhaust gas leaves the device via an outlet disposed above the chamber, while the condensate is guided in the direction of the bottom of the chamber and passed through a dedicated further outlet in a water bath,
  • the apparatus disclosed therein comprises a chamber having a spray system for producing finely divided drops of water disposed in the upper portion of the chamber and a plurality of step bottoms extending approximately from the bottom of the chamber to the spray unit.
  • a heat exchanger assembly of two concentrically arranged Rippenrohrder is arranged laterally in the chamber along its wall.
  • US-A-4,686,940 discloses a device for purifying the exhaust gases in heating systems with simultaneous heat recovery, in which also via a chamber in which finely divided water droplets are, which is also cleaned in this chamber exhaust gas is cleaned.
  • the water mist is not generated in this chamber itself, but in a tubular guide in which water, which feeds from a water bath located below the chamber, is conveyed upwards to a fan and is finely sprayed through it.
  • this tubular guide has a multiplicity of small openings through which the spray droplets then enter the chamber together with the exhaust gas.
  • the exhaust gas is directed via a separate inlet in the region of the tubular guide in which the fan is located.
  • a heat exchanger extends over the condensate collected at the bottom of the device up to the chamber. It is designed as a tubular heat exchanger and surrounds the chamber from the outside over its entire length.
  • the present invention seeks to provide an apparatus and a method for cleaning the exhaust gases in heating systems with simultaneous heat recovery and dust removal, said apparatus and methods are particularly, but not exclusively suitable for large systems, and wherein both the Device and the method as simple as possible and are therefore designed very economical and work with high efficiency.
  • This object is achieved by a method for cleaning the exhaust gases in heating systems with simultaneous heat recovery, in which the exhaust gas passes through a heat exchanger and then a chamber with a spray system for producing finely divided water droplets, wherein at least a portion of the exhaust gas via a pivotally mounted, perforated Guiding led into the chamber with the spray system and there contained in the exhaust gas Pollutants are removed by spraying with the finely divided water droplets produced by the spray system, and wherein the spray direction of the finely divided water droplets from the sprayer differs from the flow direction of the exiting the perforated guide element exhaust gas.
  • the exhaust gas is thereby guided completely by means of the pivotally mounted, perforated guide element into the chamber with the spray system.
  • the exhaust gas flow is quasi linearized and the area of the chamber in which the exhaust gas then impinges on the finely divided water droplet mist is applied uniformly.
  • This object is also achieved by a method for purifying the exhaust gases in heating systems with simultaneous heat recovery, in which the exhaust gas passes through a heat exchanger and then a chamber with a spray system for generating finely divided water droplets, wherein at least a portion of the exhaust gas via a perforated guide element into the chamber guided there with the spray system and there the pollutants contained in the exhaust gas are removed by spraying with the finely divided water droplets generated by the spray, the spray direction of the finely divided water droplets from the spray differs from the flow direction of the exiting the perforated guide element exhaust gas, and wherein the perforated guide member cooperates with a non-perforated orifice, which is pivotally mounted in the chamber with the Sprüh- anläge and adjacent to the heat exchanger.
  • the perforated guide element through which the exhaust gas flows from the heat exchanger into the chamber with the spray device, is preferably formed as a pinhole, and particularly preferably as a perforated plate, a simple and economical production of the perforated guide element is made possible in this way.
  • a material for the perforated guide element in principle stainless steel or other corrosion-resistant and temperature-resistant materials in question.
  • the achieved cleaning effect of the exhaust gas is optimized by the fact that in the flow of the exhaust gas through the perforated guide element, the pollutants contained in the exhaust gas first, in a first step, by drumming sch on the guide element and then, in a second step, by spraying be removed with the finely divided water droplets produced by the sprayer.
  • the further purification of the exhaust gas is effected when the exhaust gas, following the guide element, flows into the chamber with the spray system and there impinges on the spray of the finely divided water droplets. Even then, the exhaust is still hot enough so that the shock-like encounter with the finely divided water droplets can be used for a further effective dissolution of the pollutants from the exhaust.
  • heating systems In addition to the purpose of purifying exhaust gases in heating systems and heat recovery, it may be further provided to effectively eliminate dust deposition on the heat exchanger.
  • the problem of dust separation in particular in the use of wood and wood products, such as wood pellets and wood chips, or renewable raw materials, as well as their processing, of considerable importance. But it is precisely these fuels are becoming increasingly important due to the high cost of oil and natural gas.
  • Heating systems are z. B. designed so that they optionally suitable for petroleum and natural gas and wood and wood products, wood pellets and wood chips, as well as renewable raw materials for firing. So far, no concept has been known for a heating system, which allows cleaning of the heat exchanger existing for optimal energy use of the dust at selected intervals.
  • the problem of dust separation on the heat exchanger or leaching for solid fuel firing gains even more importance in firing than the question of saving energy in these heating systems.
  • the additional removal of the dust on the heat exchanger can be achieved in that the pivotally mounted, perforated guide member for removing the dust deposit pivoted away from the heat exchanger and thereby the finely divided water droplets are passed through the heat exchanger for cleaning.
  • the additional removal of the dust deposit on the heat exchanger can also be achieved by arranging the pivotally mounted, non-perforated diaphragm adjacent to the heat exchanger and adjacent to the chamber with the spray system, and forming this wall as it flows through the exhaust gas , which limits and closes the heat exchanger with respect to the chamber with the spray unit, and wherein the removal of the dust separation, the aperture swung open and thereby the finely divided water droplets are passed through the heat exchanger for cleaning.
  • the exhaust flow may be interrupted during this cleaning time.
  • this is not absolutely necessary, since the cleaning time is relatively short, so that it does not represent a significant environmental impact, if in this time the exhaust gas flows out of the device unpurified or less purified.
  • the pivotally mounted, perforated guide element or the pivotally mounted, non-perforated diaphragm is pivoted up to 180 °, more preferably up to about 90 ° or less.
  • the guide element or the aperture can be swung even at a greater angle than 180 ° to bring the finely divided water droplets in contact with the heat exchanger. It is crucial that the finely divided water droplets can be brought into sufficient contact with the heat exchanger.
  • a device for cleaning the exhaust gases in heating systems with simultaneous heat recovery with an inlet for the exhaust gas, a heat exchanger, a chamber with a spray system for producing finely divided water droplets, each having an outlet for the at least partially cleaned Exhaust gas and the contaminant receiving condensate, and arranged in the chamber, a perforated guide element, the Sprühaniage is arranged to produce finely divided drops of water relative to the guide member so that the spray direction of finely divided drops of water from the spray system from the flow direction of the guide element diffusing exhaust gas.
  • the perforated guide element is formed as a pinhole, preferably as a perforated plate.
  • the z. B. may be a perforated plate and which may be located where the exhaust passes from the heat exchanger into the chamber with the spray, the exhaust gas is at least partially forced to first pass through the perforated plate, and on the cam side on the surface of the pinhole already separated condensate causes a trickling of the exhaust gas passing through the pinhole and thus a first He-washing out of the pollutants from the exhaust gas.
  • the exhaust gas in the chamber the exhaust gas comes into contact with the spray from the finely divided water droplets and is now further purified.
  • the formation of condensate occurs when the exhaust gas hits the cool water droplets or the cool water droplet spray because the temperature suddenly drops below the so-called dew point. In principle, it exploits the same phenomenon that is responsible in the atmosphere for causing acid rain.
  • a further advantage of the device according to the invention is the possibility that it can also be used for removing the dust deposit on the heat exchanger (s) if, according to another embodiment, adjacent to the heat exchanger and adjacent to the chamber with the spray system not perforated panel arranged and is pivotally mounted.
  • This aperture can be swung open and the finely distributed spray mist from the water drops can thus be conducted directly via the at least one heat exchanger.
  • the cleaning of the heat exchanger is effected there by removal of the dust separation.
  • the exhaust gas flow does not have, but can be interrupted, as has already been described above with regard to an embodiment of the method according to the invention.
  • the perforated guide member may also be disposed only adjacent to the heat exchanger, wherein adjacent within the meaning of the present invention within the chamber not only includes the immediate vicinity of the heat exchanger, but also means adjacent to the chamber further away.
  • the perforated guide member may be pivotally mounted depending on the task releasing embodiment when the transition of the exhaust gas from the heat exchanger into the chamber, only in the broadest sense adjacent to the heat exchanger, pivotally or non-pivotably.
  • the posing task is also solved by the use of the above-described fiction, contemporary method and apparatus, each in one of the embodiments, for in itself any fuels, such as petroleum, gas, Wood and wood products, wood pellets and wood chips, renewable raw materials and preparations thereof.
  • any fuels such as petroleum, gas, Wood and wood products, wood pellets and wood chips, renewable raw materials and preparations thereof.
  • 1a is a sectional view of the device according to the invention with a pivotally mounted perforated plate
  • FIG. 1b shows a plan view of the device according to FIG. 1a rotated by 90 °
  • FIG. 2a is a sectional view of the device according to the invention with pivoting perforated plate and a bypass flap,
  • FIG. 2b shows a plan view of the device according to FIG. 2a rotated through 90 °
  • 3 a shows a sectional view of the device according to the invention with perforated plate and further diaphragm
  • FIG. 3b is a sectional view of Fig. 3a, integrated in a boiler area
  • FIG. 3c shows a view according to FIG. 3a, integrated in a complete heating system with water bath, FIG.
  • FIG. 4a shows a sectional view of a further embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 4b a sectional view of Fig. 3a, integrated in a boiler area
  • FIG. 4c shows a sectional view according to FIG. 3a, integrated into a heating boiler area for the use of wood chips as
  • the exemplary embodiments described below relate in each case to a device for purifying the exhaust gases in heating systems, which has a perforated guide element which is designed continuously as a perforated plate in the form of a perforated plate. They therefore do not relate to the simplest form in which the method according to the invention is exercised and the device according to the invention can be embodied, which merely provides a non-perforated, pivotable guide element.
  • the non-perforated guide element the exhaust gas cleaning by dissolving in the water droplet spray comes into consideration.
  • Fig. 1 a is the cleaning of the exhaust gas, the heat recovery and cleaning of the heat exchanger causing area of a heating system as shown here device according to the invention.
  • the exhaust gas is passed through inlet 1 into the apparatus and passes first a heat exchanger 3, which is formed in this and in the following embodiments as a tubular heat exchanger, with or without devisvidver Anlagenrnden fins, stainless steel or other, resistant to aggressive substances and media materials. Equivalent to this embodiment can also be provided to drive the exhaust gas through more than one heat exchanger.
  • a chamber 5 which has a spray unit 7 for generating finely divided water droplets.
  • This spray unit 7 can consist of a water nozzle or have a plurality of nozzle sticks, as is the case in FIG. 1a, and is illustrated once more in detail via FIG.
  • the outlet 9 closes for the purified exhaust gas, and 11, the pressure line for the spray unit 7 to be supplied water is called.
  • a pinhole 13 is pivotally mounted in the transition from the region in which the heat exchanger 3 is arranged, in the chamber 5, a pinhole 13 is pivotally mounted.
  • This pinhole 13 is formed in the present embodiment as a perforated plate and rotatably supported by approximately 90 °.
  • the angle by which the aperture plate 13 is rotatably mounted even up to, for example, 95 ° or 100 °. It is basically also a rotatable storage by 180 ° possible, if the construction of the device allows.
  • the exhaust gas flowing into the device via the inlet 1 is purified in the following way:
  • the exhaust gas strikes the fine spray of water droplets from the spray unit 7 itself and is further cleaned by this spraying.
  • the finely divided water drops have a temperature of about 20 ° C to 40 ° C, a maximum of 50 ° C.
  • the finely divided water droplet mist provides a very large surface area, which makes it possible in this shock-like encounter of despite the heat exchanger 3 and the first contact of the exhaust gas with the water condensate at the pinhole 13 still sufficiently hot exhaust gas with the relatively cold water droplet mist another very effective Dissolving the pollutant components of the exhaust gas, which can be referred to as heating or flue gas as well, to effect in the water droplets.
  • the water droplets of the mist are loaded from the finely divided water droplets with the pollutants of the exhaust gas and passed through a manifold 15 from the device in a further down to be explained in more detail reservoir.
  • this manifold 15 is arranged in the device that the water condensate is guided solely by the action of gravity to the manifold and there is derived from the chamber 5. Therefore, the manifold 15 is located at the bottom of the device. The so exempt from the pollutants at least to a large extent exhaust gas is then discharged through the outlet 9 to the atmosphere.
  • An in the figure not shown dropper is additionally provided here to effect the complete separation of the finely divided water droplets.
  • the problem of dust separation or leaching is very problematic and the cleaning of the heat exchanger more important the energy savings that can be made by the device.
  • the dust removal causes a significant reduction in the efficiency of the heating system, if no efficient cleaning can be made.
  • this cleaning is effected in a very simple manner by the pinhole 13, which is pivotally mounted, away from the heat exchanger by about 90 ° or a depending on the design thereof different degrees in the direction of the inner wall of the chamber 5 is folded.
  • the effluent stream is interrupted and the mist emerging from the spray unit 7 from the finely divided water droplets now passes directly to the heat exchanger 3 in order to clean it.
  • FIG. 2a and 2b A modification of the previously described device is shown in Figures 2a and 2b, wherein like components of the device with the same, only by 100 extended reference numerals are designated.
  • This modified according to the first embodiment device additionally has a bypass 117, which is arranged adjacent to the inlet 101 of the exhaust gas or heating or flue gas and opened or closed by a pivotable flap 119.
  • This pivotable flap 119 is pivotally connected to the pointing in the direction of the inlet part 1 of the heat exchanger 102, which is either closed by a 90 ° - rotation of the bypass 117 or opened by a 90 ° rotation in the opposite direction of the bypass 117. Ie.
  • the pivotable flap 119 passes the exhaust gas flowing into the device via inlet 101 either via the heat exchanger 103, and thus leads the exhaust gas to a purification, or via the bypass 117 directly to the outlet 109.
  • it is not at all necessary to interrupt the exhaust gas flow to clean the heat exchanger 103.
  • the cleaning of the Heat exchanger 103 usually takes only a short time, for this short period of time the exhaust gas can be passed without the cleaning step to the outlet 109, without presenting an environmental risk.
  • the exhaust gas first flows into the heat exchanger 203 via the inlet 201, as also described so far.
  • the heat exchanger 203 is followed by the passage of the exhaust gas into the chamber 205 with the spray unit 207, a pinhole 213, via which a first cleaning of the exhaust gas is effected, as also explained above.
  • the nozzles of the spray unit 207 are in this embodiment, however, not in a quasi-linear arrangement to the heat exchanger 203, based on the exhaust stream, but the exhaust gas is deflected and the nozzle of the spray nozzle 207 are in this embodiment above the heat exchanger 203.
  • the Heat exchanger 203 virtually integrated into the region of the chamber 205 with the spray unit 207, but still forms an independent unit.
  • the nozzles of the spray unit 207 are arranged above the heat exchanger 203 to prevent the mist from falling out of the finely divided drops of water To reach and exploit the 207 gravity spray unit with gravity.
  • the outlet 209 is arranged in this embodiment on the same side as the inlet 201 and adjacent thereto.
  • a cleaning of the heat exchanger is achieved in this arrangement, characterized in that a further aperture 221 is provided, which adjoins the chamber 205 with the spray unit 207 and opposite the chamber 205 forms a wall which limits the heat exchanger relative to the chamber 205 and closes.
  • This further panel 221 is also pivotally mounted on the joint 223 and is folded in this embodiment in the cleaning operation by about 90 ° - or depending on the design again at a different angle - upwards.
  • the cleaning of the heat exchanger 203 can then be done automatically via the mist from the finely divided water droplets of the spray unit 207 or alternatively by hand.
  • inventive device in its embodiment shown here by way of example with three embodiments can be retrofitted due to their compact design both in existing old heating systems, as are of course also used for any type of newly developed heating systems.
  • Fig. 3b is shown by way of example and schematically in block diagram, as the inventive device can be integrated into a boiler area of a heating system.
  • A is the burner for the use of petroleum or (natural gas), or the firebox shown using solid fuels, with a combination of both is possible, and with an arrow the transition to the area B with internal heat exchanger surfaces illustrated.
  • the exhaust gas is further led to the inlet 201 for the exhaust gas in the device according to the invention.
  • the device according to the invention is shown according to VARIANT 3, because here the compact construction according to this variant is well suited for installation.
  • the devices according to the embodiments 1 and 2, ie the VARIANTS 1 and 2 can be used.
  • the invention proper device itself is constructed, as has been explained with regard to VARIANT 3.
  • Fig. 3c a complete heating system is shown schematically, will now be described with reference to the further use of the dissolved water from the exhaust pollutants water condensate.
  • A again denotes the burner or combustion chamber, B, the internal heat exchanger surfaces, of which the exhaust gas in the device according to the invention, for example, again with reference to the VARIANT 3, is passed.
  • the pollutant-laden water droplets of the mist from the finely divided water droplets according to the embodiments of the VARIANTEN 1 and 2 are collected so that they flow together in the lower part of the chamber following gravity, and also according to the embodiment of VARIANT 3, it is provided that the water condensate collects in the lower region of the chamber 205 and is conducted via the outflow 225 to a reservoir in the form of a water bath 227.
  • the Wass ⁇ rbad 227 is selected depending on the type of fuel or firing, ie tuned to the fuel neutralizing agent such.
  • MgO in the case of petroleum as a fuel is added to a vessel 229 which passes through the water condensate before entering the water bath 227.
  • An additional heat exchanger 231 disposed in the water bath serves to cool the water bath 227 so that a temperature is reached which makes it suitable for reuse for feeding the spray unit 207 and thus reusing it as finely divided water droplet mist in the chamber 205.
  • the heat exchanger 231 serves to supply the cold water to the boiler feed in the hot water heating. This is shown in Fig.
  • FIG. 4a to 4c A further modification of the inventive device for purifying exhaust gases, heat recovery and cleaning of the heat exchanger used is shown in Figures 4a to 4c, wherein like components of the device with the same, only by 400 extended reference numerals are designated.
  • the exhaust gas is passed according to this embodiment via inlet 401 into the device and initially passes again a heat exchanger 403 in the form of a tubular heat exchanger with or without devisvidver Anlagenrnden lamellae, made of stainless steel or other, against aggressive substances and substances resistant materials is formed. It can also be provided more than one heat exchanger.
  • the heat exchanger 403 is connected via an outlet opening 404 to a chamber 405, in which the cleaning of the exhaust gas takes place, as also described in the previous exemplary embodiments, and in which there is a spray unit 407 for producing finely divided water droplets.
  • This spray unit 407 may consist of a water nozzle or a plurality of nozzle sticks 407 'have.
  • the spray cone formed by the actuation of the spray unit 407 for the purification of the exhaust gas is schematically illustrated in FIG. 4a with reference numeral 408.
  • the pressure line for the water to be supplied to the spray unit 407 is denoted by 411 and shown in Figs. 4b, 4c.
  • a plurality of nozzle rods 407 'of the spray system 7 are provided, and different nozzles can also be used. det to improve the cleaning result of the device according to the invention.
  • the chamber 405 with the spray unit 407 also has an outlet 409 for the purified exhaust gas and two, each designated 410 condensate discharge nozzle for connection to corresponding condensate drain lines. At a later time, it will be discussed why more than one drain is provided for the condensate.
  • the pinhole 413 is rotatably mounted in the exemplary embodiment by about 90 °. The angle by which the pinhole 413 is rotatably mounted, can also be more than 90 °.
  • the aperture 413 Upon exiting the aperture 413, it encounters condensate already deposited on the aperture 413 from the spray unit 407 to produce finely divided drops of water, and via the aperture 413 a first heat transfer between the condensate and the waste gas already takes place.
  • the exhaust gas that passes through this pinhole 413 is quasi sprinkled with the fine mist of the spray unit 407 which has now become a condensate of water droplets, thereby causing a first transition of the pollutants into the water condensate.
  • the exhaust gas After passing through the cleaning flap formed as a perforated plate 413, the exhaust gas impinges on the spray cone 408 from the fine water droplet spray from the spray system 407 and is further cleaned by this spraying.
  • the finely divided water droplets of the spray cone 408 When exiting the nozzle or nozzles of the spray unit 407, the finely divided water droplets of the spray cone 408 have a temperature of approximately 20 ° C. to 40 ° C. and a maximum of 50 ° C.
  • the spray of finely divided water droplets provides a very large surface, which makes it possible, in this shock-like coincidence of the exhaust gas still sufficiently hot despite the heat exchanger 403 and the first contact of the exhaust gas with the water condensate at the pinhole 413, with the relatively cold water droplet. Spray to cause a further, very effective dissolution of the pollutant components of the exhaust gas in the water droplets.
  • the water droplets of the spray are loaded with the pollutants of the exhaust gas and passed through the two condensate drain stub 410 via corresponding condensate drain lines from the chamber 405 in a reservoir which corresponds to the described with reference to the previous embodiments in Fig. 3c reservoir or condensate tank ,
  • the water condensate is also guided according to this embodiment so that it flows solely through the action of gravity to the condensate outlet stub 410 and out of the chamber 405. Therefore, the condensate discharge nozzles 410 are arranged in the lower region of the device. The exhaust gas thus at least largely freed from the pollutants is then released via the outlet 409 to the atmosphere.
  • a droplet separator (not shown in detail in FIG. 4 a) may additionally be provided here in order to effect the complete separation of the finely distributed water droplets.
  • the pivotally mounted pinhole 413 counterclockwise, ie away from the heat exchanger 403, by pivoting about 90 °, in the embodiment, slightly less than 90 °, in the direction of the wall of the chamber 405th brought into their cleaning position.
  • the fine water droplet- Spray no longer intercepted at the aperture 413, but flows in the direction of the ceiling of the chamber 405 and drips from there down.
  • the mist emerging from the spray system 407 from the finely distributed water drops now reaches the heat exchanger 403 via the deflection through the ceiling of the chamber 405 in order to clean it.
  • the second, in Fig. 4a left approximately below the heat exchanger 403 shown condensate drain neck 410 is required.
  • the reference numeral 414 correspondingly designates two heating connections in FIG. 4a.
  • this VARIANT 4 of the device according to the invention can be retrofitted due to their compact design in existing old heating systems or used for any type of newly developed heating systems.
  • Fig. 4b is shown by way of example and schematically in block diagram with reference to a complete heating system, as the device according to the invention can be integrated into the boiler area of a heating system.
  • An arrow shows the flow direction during this transition.
  • FIG. 4b shows a condensate drain line 410 in the form of the outflow 425 for the condensate flowing downwards during the exhaust gas purification, via which it is conducted to the reservoir or condensate tank in the form of a water bath 427.
  • the water bath 427 is also selected depending on the type of fuel or firing, ie tuned to the fuel neutralizing agent such.
  • MgO in the case of petroleum as a fuel is added in a vessel 429 which passes through the water condensate before it gets into the water bath 427.
  • An additional heat exchanger 431 arranged in the water bath serves to cool the water bath 427, so that a temperature is reached which makes it suitable for reuse for feeding the spray system 407 and thus reusing it as finely divided water droplet mist in the chamber 405.
  • the heat exchanger 431 serves to supply the cold water to the boiler feed in the hot water heating. This is shown in Fig. 4b via line 433, which opens into the boiler 435 for the service water a temperature of about 12-30 0 C.
  • the temperature of the water bath 427 is then about 15-25 ° C. Investigations in this embodiment have confirmed the already mentioned with respect to FIG. 3c result that the water condensate from the chamber 405, the overflow 425 and after passing the container 429 with MgO and the water bath 427 again for the water feed in the spray unit 407 is used, has a pH of about 7.0.
  • VARIANT 4 is again shown schematically in block diagram in FIG. 4c with reference to a complete heating system which is operated with a wood product.
  • this type of operation of the heating system with a wood product is particularly the problem of dust deposition on the heat exchanger.
  • VARIANT 4 is and, in addition, the VARIANTS 1 to 3 shown so far are also very well suited for a heating system operated with wood products.
  • a 'again denotes the boiler of the heating system, from which the approximately 160-220 0 C hot exhaust gas to that in the chamber 405 integrated, but of this through a wall, such.
  • the arrow shows the flow direction.
  • the water bath 427 After cleaning the exhaust gas this is discharged via outlet 409, wherein it has a temperature of about 10-40 ° C.
  • the water droplets of the mist loaded with the pollutants from the finely distributed water droplets flow into the lower region of the chamber 405 following gravity.
  • the water bath 427 also has a neutralizing agent tuned to the fuel added to the container 429, which passes through the water condensate before it enters the water bath 427. Investigations in this embodiment have confirmed the result already stated with regard to FIG. 3c that the water condensate is reused from the chamber 405, which is reused via the drain 425 and after passing the tank 429 with the neutralizing agent and the water bath 427, has a pH of about 7.0.
  • the temperature of the water bath 427 is about 1-25 ° C.
  • This cooling effect of the condensate to near 0 0 C is achieved by taking advantage of the cold outside air, as will be explained below.
  • the advantage is that very low exhaust gas temperatures can be achieved thereby.
  • the cold outside air can be exploited in that the heat exchanger 431 of the water bath 427 is connected via a pump 439 with another heat exchanger 441, in the area dry fresh air at a temperature of about -20 to 25 ° C flows into the system, as in Fig. 4c made clear with the arrows 443.
  • a fan 445 after passing the heat exchanger 441, transports the air into the bin or bunker 447 for the wood product, which in the exemplary embodiment is wood chips 449, and distributes the air there.
  • This wood is used to dry wood chips 449.
  • the hack Schnitzelbunker 447 escapes air of a high to very high moisture content and a temperature of about 1-20 0 C. It has been shown that the calorific value of the fuel wood in this way, ie by the drying, substantially until about the 2 times could be increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung, das für alle Arten flüssiger und fester Brennstoffe verwendet werden kann. Das Abgas passiert einen Wärmetauscher (3;103;203;403) und wird anschließend zumindest teilweise über ein perforiertes Führungselement in eine Kammer (5;105;205;405) mit einer Sprühanlage (7;107;207;407) zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen geführt, wo die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe durch Besprühen mit den feinverteilten Wassertropfen entfernt werden. Das perforierte Führungselement kann Schwenkbar gelagert sein. Bevorzugt ist das Führungselement eine Lochblende (13;113;213;413) bzw. ein Lochblech. Die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe werden zunächst durch Beträufeln und dann durch Besprühen mit den feinverteilten Wassertropfen entfernt. Die Sprührichtung der feinverteilten Wassertropfen unterscheidet sich dabei von der Fließrichtung des aus dem perforierten Führungselement austretenden Abgases. Das Verfahren kann zusätzlich zur Entfernung der Staubabscheidung verwendet werden. Die Erfindung betrifft auch auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung und mit Staubentfernung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung und mit Staubentfernung. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung für Heizungsanlagen mit ausgewählten Brennstoffen.
Die zulässigen Werte für die Schadstoffemission von Heizungsanlagen wurden durch den Gesetzgeber in den letzten Jahren immer mehr verschärft, um dadurch einen Beitrag zur Verringerung der Umweltbelastung zu erreichen. Bei den von einer Heizungsanlage emittierten Schadstoffen sind in erster Linie die Schwefeloxide und die Stickoxide zu nennen. Daneben ist auch der CO2-Austoß zu be- achten. Obwohl CO2 an sich kein Schadstoff ist, durch seine vermehrte Emission aus Heizungsanlagen aber auch die Umwelt zunehmend belastet, wird es im Sinne dieser Erfindung ebenfalls zu den Schadstoffen gezählt.
Zusätzlich zu dem Problem, die gesetzlichen Vorschriften und die darin geregel- ten zulässigen Grenzwerte für die Schadstoffemission von Heizungsanlagen einzuhalten kommt in zunehmendem Maße, bedingt durch die zunehmende Nutzung von Festbrennstoffen, wie Holz oder nachwachsenden Rohstoffen, ein erhebliches Staubproblem in der Heizungsanlage. Durch die WO-A-00/09948 ist bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung der Abgase von Heizungskleinanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung bekannt geworden, bei dem das aus der Heizung kommende Ab- gas über ein Einlaßrohr und eine mehrteilig ausgebildete Führung in eine Kammer mit einer Sprühanlage zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen geleitet wird. Die mehrteilig ausgebildete Führung des Abgases dient dazu, das Abgas zunächst mehrfach umzulenken und dann über einen ringförmigen Strömungskanal in die Kammer mit der Sprühanlage zu leiten. Dabei passiert das Abgas einen Wärme- tauscher und die mehrfache Umleitung dient dazu, den Strömungsweg über den Wärmetauscher zu verlängern. Der Strömungskanal öffnet sich in Richtung auf die Kammer mit der Sprühvorrichtung, wo das inzwischen schon deutlich abgekühlte Abgas über ein weiteres Element des Führungsteils und einen dadurch gebildeten Ringspalt auf den in der Kammer gebildeten Nebel aus feinverteilten Wassertropfen stößt und so die Schadstoffanteile aus dem Abgas wirksam herausgelöst werden. Das so gereinigte Abgas verläßt die Vorrichtung über einen oberhalb der Kammer angeordneten Auslaß, während das Kondensat in Richtung auf den Boden der Kammer geführt und über einen dafür vorgesehenen weiteren Auslaß in ein Wasserbad geleitet wird,
Des weiteren ist durch die DE-A-36 37 973 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung bekannt geworden. Die dort offenbarte Vorrichtung umfaßt eine Kammer mit einer Sprühanlage zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen, die im oberen Bereich der Kammer angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Stufenböden, die sich etwa vom Boden der Kammer bis zu der Sprühanlage erstrecken. Eine Wärmetauscheranordnung aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rippenrohrwenden ist seitlich in der Kammer entlang ihrer Wandung angeordnet. Das über einen Einlaß in die Kammer tretende zu reinigende Abgas wird nun von unten nach oben durch die Wärmetauscheranordnung zu der Sprühanlage zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen geführt und der von dieser erzeugte feine Wassernebel drückt dann das Abgas wieder in Richtung auf den Boden der Kammer, wobei es, durch diesen Wassernebel angefeuchtet, auf die einzelnen Stufenböden in der Kammer gelangt. Diese dienen zur Trocknung des Abgases, das dann im unteren Bereich der Kammer über einen Auslaß aus der Vorrichtung ausströmt.
Durch die US-A-4,686,940 wird eine Vorrichtung zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung offenbart, in der ebenfalls über eine Kammer, in der sich feinverteilte Wassertropfen befinden, das gleichfalls in diese Kammer geleitete Abgas gereinigt wird. Der Wassernebel wird aber nicht in dieser Kammer selbst erzeugt, sondern in einer röhrenförmigen Führung, in der Wasser, das sich aus einem unterhalb der Kammer befindlichen Was- serbad speist, nach oben zu einem Ventilator befördert und durch diesen fein versprüht wird. Im Bereich des Ventilators weist diese röhrenförmige Führung eine Vielzahl kleiner Öffnungen auf, durch die die Sprühnebeltröpfchen dann zusammen mit dem Abgas in die Kammer gelangen. Das Abgas wird über einen separaten Einlaß in den Bereich der röhrenförmigen Führung geleitet, in der sich der Ventilator befindet. Ein Wärmetauscher erstreckt sich über das im unteren Bereich der Vorrichtung gesammelte Kondensat bis hoch zu der Kammer. Er ist als röhrenförmiger Wärmetauscher ausgebildet und umgibt die Kammer von außen auf ihrer gesamten Länge.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung und mit Staubentfernung bereitzustellen, wobei Vorrichtung und Verfahren insbesondere, aber nicht ausschließlich für Großanlagen geeignet sind, und wobei sowohl die Vorrichtung als auch das Verfahren möglichst einfach und damit sehr wirtschaftlich ausgestaltet sind und mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung, bei dem das Abgas ei- nen Wärmetauscher und anschließend eine Kammer mit einer Sprühanlage zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen passiert, wobei zumindest ein Teil des Abgases über ein schwenkbar gelagertes, perforiertes Führungselement in die Kammer mit der Sprühanlage geführt und dort die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe durch Besprühen mit den durch die Sprühanlage erzeugten feinverteilten Wassertropfen entfernt werden, und wobei die Sprührichtung der feinverteilten Wassertropfen aus der Sprühanlage sich von der Fließrichtung des aus dem perforierten Führungselement austretenden Abgases unterscheidet.
Dadurch wird ein gegenüber dem Stand der Technik erheblich vereinfachtes und doch sehr wirksames Verfahren bereitgestellt. Bevorzugt wird das Abgas dabei vollständig mittels des schwenkbar gelagerten, perforierten Führungselements in die Kammer mit der Sprühanlage geführt. Durch die Perforierung des Führungs- elements wird der Abgasstrom quasi linearisiert und der Bereich der Kammer, in dem das Abgas dann auf den feinverteilten Wassertropfennebel trifft, gleichmäßig beaufschlagt.
Gelöst wird diese Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung, bei dem das Abgas einen Wärmetauscher und anschließend eine Kammer mit einer Sprühanlage zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen passiert, wobei zumindest ein Teil des Abgases über ein perforiertes Führungselement in die Kammer mit der Sprühanlage geführt und dort die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe durch Besprühen mit den durch die Sprühanlage erzeugten feinverteilten Wassertropfen entfernt werden, wobei die Sprührichtung der feinverteilten Wassertropfen aus der Sprühanlage sich von der Fließrichtung des aus dem perforierten Führungselement austretenden Abgases unterscheidet, und wobei das perforierte Führungselement mit einer nichtperforierten Blende zusammenwirkt, die in der Kammer mit der Sprüh- anläge und benachbart zu dem Wärmetauscher schwenkbar gelagert wird.
Wenn das perforierte Führungselement, durch welches das Abgas von dem Wärmetauscher in die Kammer mit der Sprühanlage strömt, bevorzugt als Lochblende, und besonders bevorzugt als Lochblech ausgebildet wird, ist auf diese Weise eine einfache und wirtschaftliche Herstellung des perforierten Führungselements möglicht. Als Material kommen für das perforierte Führungselement grundsätzlich Edelstahl oder andere korrosionsbeständige und temperaturfeste Materialien in Frage. Optimiert wird die erzielte Reinigungswirkung des Abgases dadurch, daß bei dem Strömen des Abgases durch das perforierte Führungselement die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe zunächst, in einem ersten Schritt, durch Beträufeln kam- merseitig an dem Führungselement und dann, in einem zweiten Schritt, durch Besprühen mit den durch die Sprühanlage erzeugten feinverteilten Wassertropfen entfernt werden.
Es hat sich gezeigt, daß durch die in diesen zwei Schritten erfolgende Reinigung des Abgases ein deutlich höherer Wirkungsgrad bei der Entfernung der Schadstoffe aus dem Abgas erzielt werden konnte. Dieser erhöhte Wirkungsgrad wird durch einen zweifachen Wärmeübergang bei dem Zusammentreffen des Abgases mit den in der Sprühanlage erzeugten feinverteilten Wassertropfen bewirkt. Zunächst bildet sich an dem perforierten Führungselement, kammerseitig bereits Kondensat aus dem feinen Sprühnebel der Wassertropfen, auf das das Abgas bei seinem Übergang von dem Wärmetauscher zu der Kammer mit der Sprühanlage trifft. Dieses Kondensat löst in dem trotz des Passierens des Wärmetauschers noch ausreichend heißen Abgas an dem perforierten Führungselement bereits einen Teil der in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe heraus. Die weitere Reinigung des Ab- gases wird bewirkt, wenn das Abgas im Anschluß an das Führungselement in die Kammer mit der Sprühanlage strömt und dort auf den Sprühnebel der feinverteilten Wassertropfen trifft. Auch dann ist das Abgas noch heiß genug, damit das schockartige Zusammentreffen mit den feinverteilten Wassertropfen für ein weiteres wirksames Herauslösen der Schadstoffe aus dem Abgas genutzt werden kann.
Zusätzlich zu dem Zweck der Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen und der Wärmerückgewinnung kann als weiteres vorgesehen sein, die Staubabscheidung an dem Wärmetauscher wirksam zu beseitigen. Grundsätzlich ist das Problem der Staubabscheidung, insbesondere bei der Verwendung von Holz und Holzproduk- ten, wie Holzpellets und -Hackschnitzeln, oder nachwachsenden Rohstoffen, sowie deren Aufbereitungen, von erheblicher Bedeutung. Aber gerade diese Brennstoffe erhalten durch die hohen Kosten für Erdöl und Erdgas einen immer höheren wirtschaftlichen Stellenwert. Heizungsanlagen werden z. B. so konstruiert, daß sie wahlweise für Erdöl und Erdgas und Holz und Holzprodukten, Holzpellets und - Hackschnitzeln, sowie nachwachsende Rohstoffe zur Befeuerung geeignet sind. Bisher ist kein Konzept für eine Heizungsanlage bekannt geworden, das ein Reinigen des zur optimalen Energienutzung vorhandenen Wärmetauschers von der Staubabscheidung in ausgewählten Intervallen ermöglicht. Dadurch gewinnt die Problematik der Staubabscheidung auf dem Wärmetauscher bzw. der Auswaschung für eine Feststoffbefeuerung, wie bei der Verwendung von Holzpellets, bei der Befeuerung noch mehr an Bedeutung als die Frage der Energieeinsparung in diesen Heizungsanlagen.
Erfindungsgemäß kann die zusätzliche Entfernung der Staubabscheidung an dem Wärmetauscher dadurch erreicht werden, daß das schwenkbar gelagerte, perforierte Führungselement zur Entfernung der Staubabscheidung von dem Wärmetauscher weggeschwenkt und dadurch die feinverteilten Wassertropfen zur Reinigung über den Wärmetauscher geleitet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zusätzliche Entfernung der Staubabscheidung an dem Wärmetauscher auch dadurch erreicht werden, daß die schwenkbar gelagerte, nichtpcrforiertε Blende benachbart zu dem Wärmetauscher und angrenzend an die Kammer mit der Sprühanlage angeordnet wird, und diese Blende bei Durchfließen des Abgases eine Wandung bildet, die den Wärmetauscher gegenüber der Kammer mit der Sprühanlage begrenzt und abschließt, und wobei zur Entfernung der Staubabscheidung die Blende aufgeschwenkt und dadurch die feinverteilten Wassertropfen zur Reinigung über den Wärmetauscher geleitet werden.
Wahlweise kann der Abgasfluß während dieser Reinigungszeit unterbrochen werden. Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich, da die Reinigungszeit relativ kurz ist, so daß es keine wesentliche Umweltbelastung darstellt, wenn in dieser Zeit das Abgas ungereinigt oder weniger gereinigt aus der Vorrichtung strömt.
Auf diese Weise kann einfach und wirtschaftlich, wahlweise durch ein eventuelles kurzzeitiges Unterbrechen der Befeuerung, eine Reinigung des oder der Wärmetauscher, wenn mehr als ein Wärmetauscher Verwendung findet, erreicht werden und die Anlage kann dennoch kompakt und ohne größeren Platzbedarf installiert werden.
Bevorzugt wird das schwenkbar gelagerte, perforierte Führungselement oder die schwenkbar gelagerte, nichtperforierte Blende um bis zu 180°, besonders bevorzugt bis etwa 90° oder weniger aufgeschwenkt. Je nach Art des Einbaus kann es ebenso möglich sein, daß das Führungselement oder die Blende sogar mit einem größeren Winkel als 180° aufgeschwenkt werden können, um die feinverteilten Wassertropfen in Kontakt mit dem Wärmetauscher zu bringen. Entscheidend ist, daß die feinverteilten Wassertropfen in ausreichenden Kontakt mit dem Wärmetauscher gebracht werden können.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Vorrichtung zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewin- nung, mit einem Einlaß für das Abgas, einem Wärmetauscher, einer Kammer mit einer Sprühanlage zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen, jeweils einem Auslaß für das zumindest teilweise gereinigte Abgas und das die Schadstoffe aufnehmende Kondensat, und einem in der Kammer angeordneten, perforierten Führungselement, wobei die Sprühaniage zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen relativ zu dem Führungselement so angeordnet ist, daß sich die Sprührichtung der feinverteilten Wassertropfen aus der Sprühanlage von der Fließrichtung des aus dem Führungselement austretenden Abgases unterscheidet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das perforierte Führungselement als Lochblende, bevorzugt als Lochblech ausgebildet.
Durch die Verwendung eines solchen perforierten Führungselements, das z. B. ein Lochblech sein kann und das dort angeordnet sein kann, wo das Abgas von dem Wärmetauscher in die Kammer mit der Sprühanlage übergeht, wird das Abgas zumindest teilweise gezwungen, zunächst das Lochblech zu passieren, und kam- merseitig an der Oberfläche der Lochblende bereits abgeschiedenes Kondensat bewirkt ein Beträufeln des die Lochblende passierenden Abgases und damit ein erstes He-rauswaschen der Schadstoffe aus dem Abgas. Auf dem weiteren Weg des Abgases in der Kammer kommt das Abgas in Kontakt mit dem Sprühnebel aus den feinverteilten Wassertropfen und wird nun weiter gereinigt. Die Kondensatbildung erfolgt beim Auftreffen des Abgases auf die kühlen Wassertropfen oder den kühlen Wassertropfen-Sprühnebel, weil dadurch die Temperatur schlag- artig unter den sogenannten Taupunkt sinkt. Im Prinzip wird damit das gleiche Phänomen ausgenutzt, das in der Atmosphäre für die Verursachung des saueren Regens verantwortlich ist.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht durch die Mög- lichkeit, diese zusätzlich auch zur Entfernung der Staubabscheidung auf dem oder den Wärmetauscher(n) einsetzen zu können, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform benachbart zu dem Wärmetauscher und angrenzend an die Kammer mit der Sprühanlage eine nichtperforierte Blende angeordnet und schwenkbar gelagert ist. Diese Blende kann aufgeschwenkt und dadurch der feinverteilte Sprüh- nebel aus den Wassertropfen direkt über den zumindest einen Wärmetauscher geleitet werden. Dadurch wird dort die Reinigung des Wärmetauschers durch Entfernen der Staubabscheidung bewirkt. Dazu muß der Abgasfluß nicht, kann aber unterbrochen werden, wie dies bereits weiter oben im Hinblick auf eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits geschildert worden ist.
Das perforierte Führungselement kann auch nur benachbart zu dem Wärmetauscher angeordnet sein, wobei benachbart im Sinne der vorliegenden Erfindung innerhalb der Kammer nicht nur die unmittelbare Nähe zu dem Wärmetauscher einschließt, sondern auch in der Kammer weiter entfernt benachbart meint.
Das perforierte Führungselement kann je nach der die Aufgabe lösenden Ausführungsform schwenkbar gelagert beim Übergang des Abgases von dem Wärmetauscher in die Kammer, nur im weitesten Sinne benachbart zu dem Wärmetauscher, schwenkbar oder nichtschwenkbar angeordnet sein.
Die sich stellende Aufgabe wird auch gelöst durch die Verwendung des weiter oben beschriebenen erfindungs gemäßen Verfahrens und der Vorrichtung, jeweils in einer der Ausgestaltungen, für an sich beliebige Brennstoffe, wie Erdöl, Gas, Holz und Holzprodukte, Holzpellets und -Hackschnitzel, nachwachsenden Rohstoffe sowie Aufbereitungen davon.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von ausgewählten Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. Ia: eine geschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem schwenkbar gelagerten Lochblech,
Fig. Ib eine Aufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. Ia um 90° gedreht,
Fig. 2a: eine geschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schwenkbarem Lochblech und einer Bypassklappe,
Fig. 2b: eine Aufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 2a um 90° gedreht,
Fig. 3 a: eine geschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Lochblech und weiterer Blende,
Fig. 3b: eine geschnittene Ansicht nach Fig. 3a, integriert in einen Heizkesselbereich,
Fig. 3c: eine Ansicht gemäß Fig. 3a, integriert in eine komplette Heizungsanlage mit Wasserbad,
Fig. 4a: eine geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4b: eine geschnittene Ansicht nach Fig. 3a, integriert in einen Heizkesselbereich, und
Fig. 4c: eine geschnittene Ansicht nach Fig. 3a, integriert in einen Heizkes- selbereich für die Verwendung von Holz-Hackschnitzeln als
Brennstoff. Ausführungsbeispiele
Die im folgenden beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele beziehen sich insgesamt jeweils auf eine Vorrichtung zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen, welche ein perforiertes Führungselement aufweist, das durchgängig als eine Lochblende in Form eines Lochblechs ausgestaltet ist. Sie beziehen sich daher nicht auf die einfachste Form, in der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeübt werden und die erfϊndungsgemäße Vorrichtung ausgebildet sein kann, welche lediglich ein nicht perforiertes, schwenkbares Führungselement vorsieht. Es ist jedoch für den Fachmann leicht ersichtlich, daß alle folgenden Ausführungen vollständig auch auf die nicht perforierte Form des Führungselements zu beziehen sind, sofern sie nicht das zweifache Lösen der Schadstoffe aus dem Abgas durch einerseits das Beträufeln und andererseits das Lösen in dem Wassertropfen-Sprühnebel betreffen. Für die einfache Ausführungsform des nicht perforierten Führungselements kommt die Abgasreinigung durch das Lösen in dem Wassertropfen- Sprühnebel in Betracht.
In dieser Weise soll bei den nachfolgend geschilderten Ausführπngsbeispielen jeweils auch die einfache Ausführungsform dargestellt sein, um so unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
1. Kombination von Abgasreinigung, Wärmerückgewinnung und Reinigung des Wärmetauschers nach VARIANTE 1
In Fig. 1 a. ist der die Reinigung des Abgases, die Wärmerückgewinnung und Reinigung des Wärmetauschers bewirkende Bereich einer Heizungsanlage als hier erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Das Abgas wird über Einlaß 1 in die Vorrichtung geführt und passiert zunächst einen Wärmetauscher 3, der in diesem und in den folgenden Ausführungsbeispielen als röhrenförmiger Wärmetauscher, mit oder ohne oberflächenvergrößernden Lamellen, aus Edelstahl oder sonstigen, gegen aggressive Substanzen und Medien beständigen Materialien ausgebildet ist. Gleichwertig zu dieser Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, das Abgas über mehr als einen Wärmetauscher zu fuhren. An den Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der den Wärmetauscher 3 aufnimmt, schließt sich eine Kammer 5 an, die eine Sprühanlage 7 zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen auf- weist. Diese Sprühanlage 7 kann aus einer Wasserdüse bestehen oder mehrere Düsenstöcke aufweisen, wie dies in Fig. Ia der Fall ist und über Fig. Ib noch einmal näher veranschaulicht wird. An die Kammer 5 mit der Sprühanlage 7 schließt sich der Auslaß 9 für das gereinigte Abgas an, und mit 11 ist die Druckleitung für das der Sprühanlage 7 zuzuführende Wasser bezeichnet. Zu einem spä- teren Zeitpunkt wird noch darauf eingegangen, woraus sich dieses Wasser speist. Bei dem Übergang aus dem Bereich, in welchem der Wärmetauscher 3 angeordnet ist, in die Kammer 5, ist eine Lochblende 13 schwenkbar angeordnet. Diese Lochblende 13 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Lochblech ausgebildet und um etwa 90° drehbar gelagert. Je nach Konstruktion kann der Winkel, um welchen die Lochblende 13 drehbar gelagert ist, auch bis zu beispielsweise 95° oder 100° betragen. Es ist grundsätzlich auch eine drehbare Lagerung um 180° möglich, sofern die Konstruktion der Vorrichtung dies ermöglicht.
Das über den Einlaß 1 in die Vorrichtung einströmende Abgas wird auf folgende Weise gereinigt:
Zunächst passiert es den Wärmetauscher 3 mit einer üblichen Anfangstemperatur von ca. 180°C bis 150°C und ist auf etwa 100°C oder sogar wesentlich darunter, nämlich etwa 50-60°C, abgekühlt, wenn es auf die Lochblende 13 trifft. Diese Lochblende 13 ist zunächst in die Vorrichtung hineingeklappt und der größte An- teil des Abgases strömt nun durch die Lochblende 13 hindurch, bzw. wird durch diese hindurchgeführt, wobei es auf bereite kammerseitig an der Lochblende 13 abgeschiedenes Kondensat aus der Sprühanlage 7 zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen trifft und über die Lochblende 13 ein erster Wärmeübergang zwischen dem Kondensat und dem Abgas stattfindet. An der Lochblende 13 wird das Abgas, das diese Lochblende 13 gerade passiert, mit dem nun zu einem Kondensat aus Wassertröpfchen gewordenen feinen Sprühnebel der Sprühanlage 7 quasi beträufelt, was einen ersten Übergang der Schadstoffe in das Wasserkondensat bewirkt. Nach dem Passieren der Lochblende 13 trifft das Abgas auf den feinen Sprühnebel der Wassertropfen aus der Sprühanlage 7 selbst und wird durch dieses Besprühen weiter gereinigt. Beim Austritt aus der oder den Düsen der Sprühanlage 7 weisen die feinverteilten Wassertropfen etwa eine Temperatur von 20°C bis 40°C, maximal 50°C auf. Der feinverteilte Wassertropfennebel stellt eine sehr große Oberfläche bereit, die es ermöglicht, bei diesem schockartigen Zusammentreffen des trotz des Wärmetauschers 3 und des ersten Kontaktes des Abgases mit dem Wasserkondensat an der Lochblende 13 noch ausreichend heißen Abgases mit dem relativ kalten Wassertropfennebel ein weiteres, sehr wirksames Herauslösen der Schadstoffanteile des Abgases, das genauso als Heiz- oder Rauchgas bezeichnet werden kann, in die Wassertropfen zu bewirken.
Auf diese Weise werden die Wassertropfen des Nebels aus den feinverteilten Wassertropfen mit den Schadstoffen des Abgases beladen und über eine Sammelleitung 15 aus der Vorrichtung in ein weiter untern noch näher zu erläuterndes Reservoir geführt. Dabei ist diese Sammelleitung 15 so in der Vorrichtung angeordnet, daß das Wasserkondensat allein durch die Wirkung der Schwerkraft zu der Sammelleitung hingeführt und dort aus der Kammer 5 abgeleitet wird. Daher ist die Sammelleitung 15 im unteren Bereich der Vorrichtung angeordnet. Das so von den Schadstoffen zumindest zu einem großen Teil befreite Abgas wird dann über den Auslaß 9 an die Atmosphäre abgegeben. Ein in der Abbildung nicht näher dargestellter Tropfenabscheider ist hier zusätzlich vorgesehen, um das vollständige Abscheiden der feinverteilten Wassertropfen zu bewirken.
Besonders dann, wenn die Heizungsanlage, mit welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung kombiniert werden soll, zur Befeuerung mit festen Brennstoffen, wie Holz, Holzpellets oder nachwachsenden Rohstoffen verwendet wird, ist das Problem der Staubabscheidung bzw. der Auswaschung sehr problematisch und die Reinigung des Wärmetauschers wichtiger als die Energieeinsparung, die durch die Vorrichtung bewirkt werden kann. Die Staubabscheidung bewirkt eine erhebliche Verringerung des Wirkungsgrades der Heizungsanlage, wenn keine effiziente Reinigung vorgenommen werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Reinigung in sehr einfacher Weise bewirkt, indem die Lochblende 13, die schwenkbar gelagert ist, von dem Wärmetauscher weg um etwa 90° oder um eine je nach Konstruktion davon unterschiedliche Gradzahl in Richtung auf die Innenwandung der Kammer 5 geklappt wird. Der Abflußstrom wird dabei unterbrochen und der aus der Sprühanlage 7 austretende Nebel aus den feinverteilten Wassertropfen gelangt nun direkt auf den Wärmetauscher 3, um ihn zu reinigen.
In der in den Figuren Ia und Ib gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung sind mehrere Düsenstöcke der Sprühanlage 7 vorgesehen und außerdem werden auch noch unterschiedliche Düsen verwendet, so daß dadurch jeglicher Staub aus dem Bereich des Wärmetauschers 3 ausgewaschen wird.
2. Kombination von Abgasreinigung, Wärmerückgewinnung und Reinigung des Wärmetauschers nach VARIANTE 2
Eine Abwandlung der zuvor geschilderten Vorrichtung ist in den Figuren 2a und 2b dargestellt, wobei gleiche Bestandteile der Vorrichtung mit denselben, nur um 100 erweiterten Bezugsziffern bezeichnet sind. Diese gemäß der ersten Ausführungsform abgewandelte Vorrichtung weist zusätzlich einen Bypass 117 auf, der im Anschluß an den Einlaß 101 des Abgases bzw. Heiz- oder Rauchgases angeordnet und über eine schwenkbare Klappe 119 geöffnet oder geschlossen wird. Diese schwenkbare Klappe 119 ist so mit dem in Richtung auf den Einlaß 1 weisenden Teil des Wärmetauschers 102 schwenkbar verbunden, das durch eine 90°- Drehung der Bypass 117 entweder geschlossen oder durch eine 90°-Drehung in entgegengesetzter Richtung der Bypass 117 geöffnet wird. D. h. die schwenkbare Klappe 119 leitet das über Einlaß 101 in die Vorrichtung einströmende Abgas entweder über den Wärmetauscher 103, und führt das Abgas damit einer Reinigung zu, oder über den Bypass 117 direkt zu dem Auslaß 109. Mit dieser Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es überhaupt nicht nötig, den Abgasstrom zu unterbrechen, um den Wärmetauscher 103 zu reinigen. Da die Reinigung des Wärmetauschers 103 in der Regel nur eine kurze Zeit in Anspruch nimmt, kann für diese kurze Zeitspanne das Abgas ohne den Reinigungsschritt zum Auslaß 109 geleitet werden, ohne ein Umweltrisiko darzustellen.
3. Kombination von Abgasreinigung, Wärmerückgewinnung und Reinigung des Wärmetauschers nach VARIANTE 3
Während mit den bisherigen Ausfuhrungsformen eine Vorrichtung zur Reinigung der Abgase mit Wärmerückgewinnung und Entfernung der Staubabscheidung an dem Wärmetauscher dargestellt worden ist, die in bezug auf den Abgasstrom eine quasi linearisierende Einheit zwischen dem Bereich des Wärmetauschers 3, 103 und der Kammer 5, 105 darstellt, ist dieser lineare Übergang des Abgases von dem Wärmetauscher 3, 103 in die Kammer 5, 105 im vorliegenden 3. Ausfüh- rungsbeispiel nicht mehr vorgesehen, wodurch eine kompaktere Bauweise möglich wird. Auch hier werden zur Beschreibung des Ausführungsbeispiels die gegenüber den vorherigen Ausführungsbeispielen gleichen Bestandteile mit derselben jedoch um 200 erweiterten Bezugsziffer bezeichnet.
Bei dieser eine kompaktere Bauweise von Wärmetauscher 203 und Kammer 205 bewirkenden Anordnung strömt das Abgas über den Einlaß 201 zunächst in den Wärmetauscher 203, wie auch bisher beschrieben. An den Wärmetauscher 203 schließt sich wieder beim Übergang des Abgases in die Kammer 205 mit der Sprühanlage 207 eine Lochblende 213 an, über welche eine erste Reinigung des Abgases bewirkt wird, wie auch weiter oben schon erläutert. Die Düsenstöcke der Sprühanlage 207 befinden sich bei dieser Ausführungsform jedoch nicht in quasi linearer Anordnung zu dem Wärmetauscher 203, bezogen auf den Abgasstrom, sondern das Abgas wird umgelenkt und die Düsenstöcke der Sprühanlage 207 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel oberhalb des Wärmetauschers 203. Dadurch ist der Wärmetauscher 203 quasi in den Bereich der Kammer 205 mit der Sprühanlage 207 integriert, bildet aber dennoch eine selbständige Einheit. Die Düsenstöcke der Sprühanlage 207 sind oberhalb des Wärmetauschers 203 angeordnet, um ein Fallen des Nebels aus den feinverteilten Wassertropfen aus der Sprühanlage 207 mit der Schwerkraft zu erreichen und auszunutzen. Der Auslaß 209 ist bei dieser Ausführungsform auf derselben Seite wie der Einlaß 201 und benachbart zu diesem angeordnet.
Eine Reinigung des Wärmetauschers wird bei dieser Anordnung dadurch erreicht, daß eine weitere Blende 221 vorgesehen ist, die an die Kammer 205 mit der Sprühanlage 207 angrenzt und gegenüber der Kammer 205 eine Wandung bildet, die den Wärmetauscher gegenüber der Kammer 205 begrenzt und abschließt. Diese weitere Blende 221 ist über das Gelenk 223 ebenfalls schwenkbar gelagert und wird in diesem Ausführungsbeispiel im Reinigungsbetrieb um etwa 90° - oder je nach Konstruktion wieder um einen davon unterschiedlichen Winkel - nach oben geklappt. Die Reinigung des Wärmetauschers 203 kann dann automatisch über den Nebel aus den feinverteilten Wassertropfen der Sprühanlage 207 oder auch wahlweise von Hand erfolgen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer hier beispielhaft mit drei Ausführungsbeispielen dargestellten Ausgestaltung kann aufgrund ihrer kompakten Bauweise sowohl in bestehende alte Heizungsanlagen nachträglich eingebaut werden, als selbstverständlich auch für jeden beliebigen Typ neu entwickelter Heizungsanlagen verwendet werden. In Fig. 3b ist beispielhaft und schematisch in Blockdarstellung gezeigt, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung in einen Kesselbereich einer Heizungsanlage integriert werden kann. Dabei ist mit A der Brenner für die Verwendung von Erdöl oder (Erd-) Gas, bzw. der Feuerungsraum bei Verwendung fester Brennstoffe dargestellt, wobei auch eine Kombination von beidem möglich ist, und mit einem Pfeil der Übergang in den Bereich B mit internen Wärmetauscherflächen veranschaulicht.
Von dem Bereich B wird das Abgas weiter zu dem Einlaß 201 für das Abgas in die erfindungsgemäße Vorrichtung geführt. In der Fig. 3b ist dabei die erfin- dungsgemäße Vorrichtung gemäß der VARIANTE 3 dargestellt, weil sich hier die kompakte Bauweise gemäß dieser Variante gut für den Einbau eignet. In der gleichen Weise können aber auch die Vorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen 1 und 2, d.h. den VARIANTEN 1 und 2, verwendet werden. Die erfindungs- gemäße Vorrichtung selbst ist aufgebaut, wie dies im Hinblick auf VARIANTE 3 erläutert worden ist.
In Fig. 3c wird schematisch eine komplette Heizungsanlage dargestellt, anhand der nun auch die weitere Verwendung des die aus dem Abgas herausgelösten Schadstoffe enthaltenen Wasserkondensats beschrieben wird. In Fig. 3c bezeichnet A wieder den Brenner bzw. Feuerungsraum, B die internen Wärmetauscherflächen, von denen das Abgas in die erfindungsgemäße Vorrichtung, beispielhaft wieder anhand der VARIANTE 3 dargestellt, geleitet wird.
Die mit den Schadstoffen beladenen Wassertropfen des Nebels aus den feinverteilten Wassertropfen werden gemäß den Ausführungsformen nach den VARIANTEN 1 und 2 so gesammelt, daß sie der Schwerkraft folgend im unteren Bereich der Kammer zusammenfließen, und auch gemäß der Ausführungsform nach VARIANTE 3 ist es vorgesehen, daß das Wasserkondensat sich im unteren Bereich der Kammer 205 sammelt und über den Abfluß 225 zu einem Reservoir in Form eines Wasserbades 227 geleitet wird. Um den gegebenenfalls mehr oder weniger sauren Niederschlag des Wasserkondensats aus dem Wassertropfennebel aus der Kammer 205 neutralisieren zu können, wird dem Wassεrbad 227 ein je nach Brennstoff- bzw. Befeuerungsart ausgewähltes, d.h. auf den Brennstoff abgestimmtes Neutralisationsmittel, wie z. B. MgO im Fall von Erdöl als Brennstoff, in einem Behälter 229 zugesetzt, den das Wasserkondensat passiert, bevor es in das Wasserbad 227 gelangt. Das Wasserkondensat aus dem Wassertropfennebel der Kammer 205, der durch das heiße Abgas erwärmt worden ist, weist nun noch eine Temperatur von etwa 30-50°C auf. Ein in dem Wasserbad angeordneter zusätzlicher Wärmetauscher 231 dient der Abkühlung des Wasserbades 227, damit eine Temperatur erreicht wird, die es für ein erneutes Verwenden zur Speisung der Sprühanlage 207 und damit ein erneutes Verwenden als feinverteilter Wassertropfennebel in der Kammer 205 geeignet macht. Der Wärmetauscher 231 dient dazu, das Kaltwasser der Boilereinspeisung bei der Brauchwassererwärmung zuzuführen. Dies ist in der Fig. 3c über die Leitung 233 dargestellt, die in den Boiler 235 für das Brauchwasser mündet. Die Temperatur des Wasserbades 227 beträgt in etwa zwischen 15-25°C. Untersuchungen haben gezeigt, daß das Wasserkondensat aus der Kammer 205, das über den Abfluß 225 und nach dem Passieren des Behälters 229 mit MgO sowie des Wasserbades 227 erneut für die Wassereinspeisung in die Sprühanlage 207 verwendet wird, einen pH-Wert von ca. 7,0 aufweist.
4. Kombination von Abgasreinigung, Wärmerückgewinnung und Reinigung des Wärmetauschers nach VARIANTE 4
Eine weitere Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen, Wärmerückgewinnung und Reinigung des verwendeten Wärmetauschers ist in den Figuren 4a bis 4c dargestellt, wobei gleiche Bestandteile der Vorrichtung mit denselben, nur um 400 erweiterten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Wie Fig. 4a zeigt, wird das Abgas gemäß dieser Ausführungsform über Einlaß 401 in die Vorrichtung geführt und passiert zunächst wieder einen Wärmetauscher 403 in Form eines röhrenförmigen Wärmetauschers mit oder ohne oberflächenvergrößernden Lamellen, der aus Edelstahl oder sonstigen, gegen aggressive Sub- stanzen und Medien beständigen Materialien ausgebildet ist. Es kann auch mehr als ein Wärmetauscher vorgesehen sein. Der Wärmetauscher 403 ist über eine Austrittsöffhung 404 mit einer Kammer 405 verbunden, in welcher die Reinigung des Abgases erfolgt, wie dies auch in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben ist, und in der sich dazu eine Sprühanlage 407 zur Erzeugung feinver- teilter Wassertropfen befindet. Diese Sprühanlage 407 kann aus einer Wasserdüse bestehen oder mehrere Düsenstöcke 407' aufweisen. Der durch das Betätigen der Sprühanlage 407 zur Reinigung des Abgases gebildete Sprühkegel ist in Fig 4a schematisch mit Bezugsziffer 408 veranschaulicht. Die Druckleitung für das der Sprühanlage 407 zuzuführende Wasser ist mit 411 bezeichnet und in den Fig. 4b, 4c dargestellt.
Es sind im Ausfuhrungsbeispiel mehrere Düsenstöcke 407' der Sprühanlage 7 vorgesehen, und es können ausserdem auch noch unterschiedliche Düsen verwen- det werden, um das Reinigungsergebnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verbessern.
Die Kammer 405 mit der Sprühanlage 407 weist außerdem einen Auslaß 409 für das gereinigte Abgas auf und zwei, jeweils mit 410 bezeichnete Kondensatablaufstutzen zur Verbindung mit entsprechenden Kondensatablaufleitungen. Zu einem späteren Zeitpunkt wird noch darauf eingegangen, warum hier mehr als ein Ablauf für das Kondensat vorgesehen ist. Benachbart zu der Austrittsöffhung 404 des Wärmetauschers 403, in der Kammer 405, ist ein perforiertes Führungselement in Form einer Lochblende 413 bzw. einem Lochblech als mit Leitblechen versehene Reinigungsklappe schwenkbar angeordnet. Die Lochblende 413 ist im Ausführungsbeispiel um bis etwa 90° drehbar gelagert. Der Winkel, um welchen die Lochblende 413 drehbar gelagert ist, kann auch mehr als 90° betragen.
Zur Reinigung des Abgases passiert dieses zunächst den Wärmetauscher 403 mit einer anlagenabhängigen Anfangstemperatur im Bereich von ca. 160°C bis 22O0C und wird im Wärmetauscher 403 auf etwa 100°C oder sogar wesentlich darunter, nämlich etwa 50-600C, abgekühlt, bevor es den Wärmetauscher 403 über die Aus- trittsöffnung 404 in Richtung auf die Kammer 405 verläßt. Dort trifft es auf die Reinigungsklappe in Form der Lochblende 413, die in diesem Ausführungsbeispiel für das Reinigen des Abgases in die Kammer 405 hineingeklappt ist, so daß das Abgas im wesentlichen durch die Lochblende 413 hindurchströmt, bzw. durch diese hindurchgeführt wird. Beim Austritt aus der Lochblende 413 trifft es auf bereits an der Lochblende 413 abgeschiedenes Kondensat aus der Sprühanlage 407 zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen und über die Lochblende 413 findet bereits ein erster Wärmeübergang zwischen dem Kondensat und dem Abgas statt. An der Lochblende 413 wird das Abgas, das diese Lochblende 413 gerade passiert, mit dem nun zu einem Kondensat aus Wassertröpfchen gewordenen feinen Sprühnebel der Sprühanlage 407 quasi beträufelt, wodurch ein erster Übergang der Schadstoffe in das Wasserkondensat bewirkt wird. Nach dem Passieren der als Lochblende 413 ausgebildeten Reinigungsklappe trifft das Abgas auf den Sprühkegel 408 aus dem feinen Wassertropfen-Sprühnebel aus der Sprühanlage 407 und wird durch dieses Besprühen weiter gereinigt. Beim Austritt aus der oder den Düsen der Sprühanlage 407 weisen die feinverteilten Wassertropfen des Sprühkegels 408 etwa eine Temperatur von 20°C bis 40°C, maximal 50°C auf. Der Sprühnebel aus feinverteilten Wassertropfen stellt eine sehr große Oberfläche bereit, die es ermöglicht, bei diesem schockartigen Zusammentreffen des trotz des Wärmetauschers 403 und des ersten Kontaktes des Abgases mit dem Wasserkondensat an der Lochblende 413 noch ausreichend hei- ßen Abgases mit dem relativ kalten Wassertropfen-Sprühnebel ein weiteres, sehr wirksames Herauslösen der Schadstoffanteile des Abgases in die Wassertropfen zu bewirken.
Auf diese Weise werden die Wassertropfen des Sprühnebels mit den Schadstoffen des Abgases beladen und über die beiden Kondensatablaufstutzen 410 über entsprechende Kondensatablaufleitungen aus der Kammer 405 in ein Reservoir geführt, das dem in bezug auf die vorherigen Ausführungsbeispiele in Fig. 3c erläuterten Reservoir bzw. Kondensatbehälter entspricht.
Dabei wird das Wasserkondensat auch gemäß dieser Ausführungsvariante so geführt, daß es allein durch die Wirkung der Schwerkraft zu den Kondensatablaufstutzen 410 und aus der Kammer 405 fließt. Daher sind die Kondensatablaufstutzen 410 im unteren Bereich der Vorrichtung angeordnet. Das so von den Schadstoffen zumindest zu einem großen Teil befreite Abgas wird dann über den Aus- laß 409 an die Atmosphäre abgegeben. Ein in Fig. 4a nicht näher dargestellter Tropfenabscheider kann auch hier zusätzlich vorgesehen sein, um das vollständige Abscheiden der feinverteilten Wassertropfen zu bewirken.
Zur Reinigung des Wärmetauschers nach dieser VARIANTE 4 wird die schwenk- bar gelagerte Lochblende 413 entgegen dem Uhrzeigersinn, d.h. von dem Wärmetauscher 403 weg, durch Schwenken um etwa 90°, im Ausführungsbeispiel etwas weniger als 90°, in Richtung auf die Wandung der Kammer 405 in ihre Reinigungsstellung gebracht. Auf diese Weise wird der feine Wassertropfen- Sprühnebel nicht mehr an der Lochblende 413 abgefangen, sondern strömt in Richtung auf die Decke der Kammer 405 und tropft von dort aus nach unten. Auf diese Weise gelangt der aus der Sprühanlage 407 austretende Nebel aus den feinverteilten Wassertropfen nun über die Umlenkung durch die Decke der Kammer 405 auf den Wärmetauscher 403, um ihn zu reinigen. In dieser Reinigungsphase wird der zweite, in Fig. 4a links, etwa unterhalb des Wärmetauschers 403 dargestellte Kondensatablaufstutzen 410 erforderlich. Mit der Bezugsziffer 414 sind in Fig. 4a entsprechend zwei Heizungsanschlüsse bezeichnet.
Auch diese VARIANTE 4 der erfindungsgemäße Vorrichtung kann aufgrund ihrer kompakten Bauweise in bestehende alte Heizungsanlagen nachträglich eingebaut oder für jeden beliebigen Typ neu entwickelter Heizungsanlagen verwendet werden. In Fig. 4b ist beispielhaft und schematisch in Blockdarstellung anhand einer kompletten Heizungsanlage gezeigt, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung in den Kesselbereich einer Heizungsanlage integriert werden kann. Dabei bezeichnet A' den Kessel der Heizungsanlage, aus dem das ca. 160-220 0C heiße Abgas zu dem in der Kammer 405 integrierten, aber von dieser durch eine Wandung, wie z. B. das Trennblech 437, abgetrennten Wärmetauscher 403 gelangt. Mit einem Pfeil ist die Strömungsrichtimg bei diesem Übergang veranschaulicht.
Nach erfolgter Reinigung des Abgases wird dieses über Auslaß 409 abgeführt, wobei es eine Temperatur von ca. 25-40 °C aufweist. Die mit den Schadstoffen beladenen Wassertropfen des Nebels aus den feinverteilten Wassertropfen werden so gesammelt, daß sie der Schwerkraft folgend in den unteren Bereich der Kam- mer 405 fließen. In Fig 4b ist eine Kondensatablaufleitung 410 in Form des Abflusses 425 für das während des Abgasreinigens nach unten fließenden Kondensats dargestellt, über den es zu dem Reservoir bzw. Kondensatbehälter in Form eines Wasserbades 427 geleitet wird. Um den gegebenenfalls mehr oder weniger sauren Niederschlag des Wasserkondensats aus dem Wassertropfennebel aus der Kammer 405 neutralisieren zu können, wird dem Wasserbad 427 auch hier ein je nach Brennstoff- bzw. Befeuerungsart ausgewähltes, d.h. auf den Brennstoff abgestimmtes Neutralisationsmittel, wie z. B. MgO im Fall von Erdöl als Brennstoff, in einem Behälter 429 zugesetzt, den das Wasserkondensat passiert, bevor es in das Wasserbad 427 gelangt. Das Wasserkondensat aus dem Wassertropfennebel der Kammer 405, der durch das heiße Abgas erwärmt worden ist, weist nun noch eine Temperatur von etwa 30-500C auf. Ein in dem Wasserbad angeordneter zusätzlicher Wärmetauscher 431 dient der Abkühlung des Wasserbades 427, da- mit eine Temperatur erreicht wird, die es für ein erneutes Verwenden zur Speisung der Sprühanlage 407 und damit ein erneutes Verwenden als feinverteilter Wassertropfennebel in der Kammer 405 geeignet macht.
Der Wärmetauscher 431 dient dazu, das Kaltwasser der Boilereinspeisung bei der Brauchwassererwärmung zuzuführen. Dies ist in der Fig. 4b über die Leitung 433 dargestellt, die in den Boiler 435 für das Brauchwasser einer Temperatur von etwa 12-300C mündet.
Die Temperatur des Wasserbades 427 beträgt dann etwa 15-25°C. Untersuchungen bei dieser Ausführungsvariante haben das schon im Hinblick auf Fig. 3c ge- nannte Ergebnis bestätigt, daß das Wasserkondensat aus der Kammer 405, das über den Abfluß 425 und nach dem Passieren des Behälters 429 mit MgO sowie des Wasserbades 427 erneut für die Wassereinspeisung in die Sprühanlage 407 verwendet wird, einen pH- Wert von ca. 7,0 aufweist.
Die als VARIANTE 4 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 4c noch einmal schematisch in Blockdarstellung anhand einer kompletten Heizungsanlage gezeigt, die mit einem Holzprodukt betrieben wird. Bei dieser Art des Betreibens der Heizungsanlage mit einem Holzprodukt besteht in besonderem Maß das Problem der Staubabscheidung an dem Wärmetauscher. Aufgrund der Möglichkeit, erfindungsgemäß die Abgasreinigung und Wärmerückgewinnung mit der Reinigung des Wärmeaustauschers kombinieren zu können, ist VARIANTE 4 und sind daneben die bisher dargestellten VARIANTEN 1 bis 3 ebenso für eine mit Holzprodukten betriebene Heizungsanlage sehr gut ge- eignet.
In Fig. 4c bezeichnet A' wieder den Kessel der Heizungsanlage, aus dem das ca. 160-220 0C heiße Abgas zu dem in der Kammer 405 integrierten, aber von dieser durch eine Wandung, wie z. B. das Trennblech 437, abgetrennten Wärmetauscher 403 gelangt. Der Pfeil zeigt die Strömungsrichtung.
Nach erfolgter Reinigung des Abgases wird dieses über Auslaß 409 abgeführt, wobei es eine Temperatur von ca. 10-40 °C aufweist. Die mit den Schadstoffen beladenen Wassertropfen des Nebels aus den feinverteilten Wassertropfen fließen der Schwerkraft folgend in den unteren Bereich der Kammer 405. Zur Neutralisation des eventuell mehr oder weniger sauren Niederschlags des Wasserkondensats wird dem Wasserbad 427 auch hier ein auf den Brennstoff abgestimmtes Neutrali- sationsmittel in dem Behälter 429 zugesetzt, den das Wasserkondensat passiert, bevor es in das Wasserbad 427 gelangt. Untersuchungen bei dieser Ausführungsvariante haben das schon im Hinblick auf Fig. 3c genannte Ergebnis bestätigt, daß das Wasserkondensat aus der Kammer 405, das über den Abfluß 425 und nach dem Passieren des Behälters 429 mit dem Neutralisationsmittel sowie des Was- serbades 427 erneut verwendet wird, einen pH- Wert von ca. 7,0 aufweist.
Die Temperatur dieses Wasserkondensats beträgt nun noch in etwa 30-50°C. Ein in dem Wasserbad angeordneter zusätzlicher Wärmetauscher 431 dient der weiteren Abkühlung des Wasserbades 427.
Danach beträgt die Temperatur des Wasserbades 427 etwa 1-25°C. Dieser Kühleffekt des Kondensats auf nahe O0C wird durch Ausnutzen der kalten Außenluft erreicht, wie anschließend noch erläutert wird. Der Vorteil liegt darin, daß dadurch sehr niedrige Abgastemperaturen erreicht werden können. Die kalte Außenluft kann dadurch ausgenutzt werden, daß der Wärmetauscher 431 des Wasserbades 427 über eine Pumpe 439 mit einem weiteren Wärmetauscher 441 verbunden ist, in dessen Bereich trockene Frischluft einer Temperatur von ca. -20 bis 25 °C in die Anlage einströmt, wie in Fig. 4c mit den Pfeilen 443 deutlich gemacht. Ein Ventilator 445 transportiert die Luft, nachdem sie den Wärmetauscher 441 passiert hat, in den Behälter oder Bunker 447 für das Holzprodukt, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel um Holz-Hackschnitzel 449 handelt, und verteilt die Luft dort. Mit dieser Luft werden die Holz-Hackschnitzel 449 getrocknet. Dem Hack- schnitzelbunker 447 entweicht dann Luft eines hohen bis sehr hohen Feuchtigkeitsgehalts und einer Temperatur von ca. 1-20 0C. Es hat sich gezeigt, daß der Heizwert des Brennstoffes Holz auf diese Weise, d.h. durch die Trocknung, wesentlich, bis in etwa auf das 2-fache erhöht werden konnte. Der Nachteil einer schnellen Staubabscheidung der Holzprodukte, hier der Holz- Hackschnitzel 449, auf dem Wärmetauscher 403, der dem Kessel A' nachgeschaltet ist, kann durch die schnell und leicht, ohne großen Aufwand und ohne wesentliche Störung des Betriebs der Heizungsanlage beliebig oft durchführbaren Reinigungsschritte aufgewogen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung, bei dem das Abgas einen Wärmetauscher (3;103;203;403) und anschließend eine Kammer (5;105;205;405) mit einer Sprühanlage (7;107;207;407) zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen passiert, wobei zumindest ein Teil des Abgases über ein schwenkbar gelagertes, perforiertes Führungselement in die Kammer (5;105;205;405) mit der Sprühanlage (7;107;207;407) geführt und dort die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe durch Besprühen mit den durch die Sprühanlage (7;107;207;407) erzeugten feinverteilten Wassertropfen entfernt werden, und wobei die Sprührichtung der feinverteilten Wassertropfen aus der Sprühanlage sich von der Fließrichtung des aus dem perforierten Führungselement austretenden Abgases unterscheidet.
2. Verfahren zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung, bei dem das Abgas einen Wärmetauscher (3;103;203;403) und anschließend eine Kammer (5;105;205;405) mit einer Sprühanlage (7;107;207;407) zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen passiert, wobei zumindest ein Teil des Abgases über ein perforiertes Füh- rungselement in die Kammer (5;105;205;4035) mit der Sprühanlage
(7;107;207;407) geführt und dort die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe durch Besprühen mit den durch die Sprühanlage (7;107;207;407) erzeugten fein verteilten Wassertropfen entfernt werden, wobei die Sprührichtung der feinverteilten Wassertropfen aus der Sprühanlage sich von der Fließrichtung des aus dem perforierten Führungselement austretenden Abgases unterscheidet, und wobei das perforierte Führungselement mit einer nichtperforierten Blende (221) zusammenwirkt, die in der Kammer (5;105;205;405) mit der Sprühanlage (7;107;207;407) und benachbart zu dem Wärmetauscher schwenkbar gelagert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnete, daß das per- forierte Führungselement bevorzugt als Lochblende (13;113;213;413) ausgebildet wird, durch das zumindest ein Teil des Abgases strömt, und die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe zunächst durch Beträufeln und dann durch Besprühen mit den durch die Sprühanlage (7;107;207;407) erzeugten feinverteilten Wassertropfen entfernt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnete, daß die Lochblende (13; 113;213;413) als Lochblech ausgebildet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, gekennzeichnet durch die zusätzliche Entfernung der Staubabscheidung an dem Wärmetauscher
(3;103;203;403), wobei das schwenkbar gelagerte, perforierte Führungselement zur Entfernung der Staubabscheidung von dem Wärmetauscher weggeschwenkt und dadurch die feinverteilten Wassertropfen zur Reinigung über den Wärmetauscher (3;103;203;403) geleitet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch die zusätzliche Entfernung der Staubabscheidung an dem Wärmetauscher (3;103;203;403), wobei die schwenkbar gelagerte, nichtperforierte Blende (221) benachbart zu dem Wärmetauscher (3;103;203;403) und angrenzend an die Kammer (5;105;205;405) mit der Sprühanlage (7;107;207;407) angeordnet wird, und diese Blende (221) bei Durchfließen des Abgases eine Wandung bildet, die den Wärmetauscher (3;103;203;403) gegenüber der Kammer (5;105;205;405) mit der Sprühanlage (7;107;207;407) begrenzt und abschließt, und wobei zur Entfernung der Staubabscheidung die Blen- de (221) aufgeschwenkt und dadurch die feinverteilten Wassertropfen zur
Reinigung über den Wärmetauscher (3;103;203;403) geleitet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das schwenkbar gelagerte, perforierte Führungselement oder die schwenkbar gelagerte, nichtperforierte Blende (221) um bis zu 180°, bevorzugt bis etwa 90° oder weniger aufgeschwenkt wird.
8. Vorrichtung zur Reinigung der Abgase in Heizungsanlagen unter gleichzeitiger Wärmerückgewinnung und mit Staubentfernung, mit einem Einlaß (l;101;201;401) für das Abgas, einem Wärmetauscher (3;103;203;403), einer Kammer (5;105;205;405) mit einer Sprühanlage (7;107;207;407) zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen, jeweils einem Auslaß
(9;109;209;409) für das zumindest teilweise gereinigte Abgas und das die Schadstoffe aufnehmende Kondensat, und mit einem in der Kammer (5;105;205;405) angeordneten, perforierten Führungselement, wobei die Sprühanlage (7;107;207;407) zur Erzeugung feinverteilter Wassertropfen relativ zu dem Führungselement so angeordnet ist, daß sich die Sprührichtung der feinverteilten Wassertropfen aus der Sprühanlage von der Fließrichtung des aus dem Führungselement austretenden Abgases unterscheidet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte Führungselement als Lochblende (13; 113;213;413), bevorzugt als Lochblech ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte Führungselement beim Übergang des Abgases von dem Wärmetauscher (3;103;203;403) in die Kammer (5;105;205;405) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine nichtperforierte Blende (221), die zusätzlich in der Kammer (205) mit der Sprühanlage (207) und benachbart zu dem Wärmetauscher (3;i03;203;403) schwenkbar gelagert angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte Führungselement benachbart zu dem Wärmetauscher (3;103;203;403) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte Führungselement schwenkbar gelagert angeordnet ist.
14. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13 für Heizungsanlagen deren Brennstoffe ausgewählt sind aus Erdöl, Gas, Holz und Holzprodukten, Holzpellets und -Hackschnitzeln, nachwachsenden Rohstoffen sowie Aufbereitungen davon.
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