EP2492593B1 - Vorrichtung zur Reinigung eines Abgasstromes - Google Patents

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EP2492593B1
EP2492593B1 EP12156323.3A EP12156323A EP2492593B1 EP 2492593 B1 EP2492593 B1 EP 2492593B1 EP 12156323 A EP12156323 A EP 12156323A EP 2492593 B1 EP2492593 B1 EP 2492593B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter elements
filter
perforations
exhaust gas
exhaust flow
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP12156323.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2492593A2 (de
EP2492593A3 (de
Inventor
Volker Prehn
Manfred Schäftlein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rauschert Kloster Veilsdorf GmbH
Original Assignee
Rauschert Kloster Veilsdorf GmbH
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Publication date
Application filed by Rauschert Kloster Veilsdorf GmbH filed Critical Rauschert Kloster Veilsdorf GmbH
Publication of EP2492593A2 publication Critical patent/EP2492593A2/de
Publication of EP2492593A3 publication Critical patent/EP2492593A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2492593B1 publication Critical patent/EP2492593B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • F23J15/022—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow
    • F23J15/025—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow using filters
    • 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
    • F23J2217/10—Intercepting solids by filters
    • F23J2217/104—High temperature resistant (ceramic) type

Definitions

  • the invention relates to a device for reducing particulate matter pollution of the environment by combustion processes with a high proportion of particulate matter in the exhaust stream, as generically from the De 20 2007 016 125 U1 is known.
  • a problematic form of air pollution is the exposure to dust, ie particles of different sizes contained in the air.
  • dusts whose particle size is less than 10 ⁇ m are considered to pose a health risk.
  • PM standard of the US Environmental Protection Agency (EPA) from the year 1987, particles with a diameter of less than 10 ⁇ m (so-called inhalable particulate matter) are in the category PM10 and those in the category PM 2,5 with a diameter of less than 2.5 ⁇ m (so-called respirable dust, fine dust).
  • a system may be mentioned here, as is known from US Pat EP 1 750 071 B1 is known.
  • an adsorbing material is accommodated in the diversion, at which organic particulate matter is adsorbed and released and burned in a later firing phase.
  • the adsorbing material used here is mainly volcanic rock with a grain size of 2 to 64 mm (so-called lapilli).
  • the system proposed here works on the basis of adsorbent materials and is not intended for the catalytic conversion of substances.
  • the catalyst system consists of a lenticular metal housing filled with various metals as a catalyst material, which is integrated into a commercial furnace tube and can be removed therefrom for the purpose of cleaning the catalyst.
  • the metal shell is manually aligned in the exhaust gas stream so that it can pass the catalyst.
  • the latter is pivoted into the exhaust gas stream so that it essentially passes through the catalytic converter.
  • the durability of the furnace catalyst is specified with at least two heating periods.
  • the furnace catalyst is available in a standard version. Although other designs are possible, but an adaptation to a particular type of plant or even to a single system at least time and cost consuming, since the required dimensions of the furnace catalyst are not determined from the outset and must be determined empirically. In addition, if necessary, another, non-normalized size of the Catalyst-containing metal lens to make a single piece, which can bring high costs.
  • the catalyst In the emission-intensive start phase, the catalyst is bypassed with a bypass damper, requiring manual readjustment after about 20 to 30 minutes of each heating operation. Purification of the catalyst is necessary once or twice a year.
  • a device for the treatment of exhaust gases from incinerators for solid fuels in which a ceramic network is introduced into the exhaust gas flow, that it is flowed through by the exhaust gas stream.
  • the webs present in the ceramic network can be coated with catalytically active substances. Cleaning is done by self-ignition and burning off of the particles deposited on the ceramic network. Electric heating is also possible.
  • a disadvantage of this type of device is that no adjustability to different phases of the operation of the incinerator is possible. moreover There is a risk that the ceramic network may be adversely affected by burned particles (ash) that do not fit through the pores of the ceramic network and that its performance is limited.
  • a certain degree of adjustability of a catalytic particulate filter is disclosed in US Pat DE 20 2007 016 125 U1 disclosed.
  • a housing flat ceramic filter discs are pressed, which are perforated and arranged one behind the other in the housing so that the filter discs are flowed through by an exhaust gas stream.
  • the holes of the filter discs are aligned with each other, so that the successive holes of the filter discs form channels through which the exhaust flow can pass with low flow resistance. All, or just a few filter discs can be provided with catalytically active substances.
  • Soot particles are produced according to the solution of DE 20 2007 016 125 U1 collected in a soot particle storage and burned if necessary after electrical ignition.
  • the proposed particulate filter should work over a longer period maintenance-free.
  • the proposed solution allows an adjustment of the number of filter discs used to different operating conditions.
  • the filter discs are pressed into the housing and are therefore not easily replaceable or changeable in number.
  • the known prior art has the disadvantage that an individual adaptation of the filter system to specific, in particular retrofitting already existing, heating systems is very time and labor intensive and can be associated with high costs.
  • the invention has for its object to propose a possibility for initial or subsequent equipment of a combustion system with a modular filter system.
  • the object is achieved by a device for cleaning a, resulting in a combustion process and out in one direction, exhaust gas stream with stacked in the exhaust gas flow along a direction extending in the direction of the exhaust gas flow longitudinal axis arranged and forming a filter unit Filter elements, wherein the filter elements in the direction of the longitudinal axis have a number of the respective filter element completely penetrating perforations, thereby solved, at least two filter elements are detachably arranged in the exhaust gas stream, the perforations of the individual filter elements are present with regard to their shape, their size and their arrangement on the respective filter elements in such a way that the perforations of filter elements arranged adjacent to one another correspond to one another, that the filter elements are arranged to be movable relative to one another, wherein the perforations of filter elements arranged adjacent to one another can be delivered to one another such that a pressure drop of the exhaust gas flow can be set by aligning at least two filter elements with one another and the filter elements consist of a heat-resistant and refractory material in
  • incinerators plants are referred to below, in which solid, liquid or gaseous fuels, and combinations of these, are converted by incineration.
  • the device according to the invention also relates to combustion plants, in the Ordinance to Implement the Federal Immission Control Act (Ordinance on small and medium combustion plants - 1st BlmSchV) of 26 January 2010 (Federal Law Gazette 2010 Part 1 No. 4, issued on 01 February 2010) under ⁇ 3 (I) Nos. 1 to 8 and 13 are listed.
  • the arrangement of the device according to the invention in the exhaust gas flow can be in or directly behind a combustion chamber or in a region of the trigger near the combustion chamber, for. B. in a stovepipe or in the beginning of a chimney. It is important that the operating temperature of the exhaust stream for the functioning of the device according to the invention is sufficiently high.
  • Perforations are breakthroughs, z. B. holes, in the filter elements through which a part of the exhaust gas flow can pass through the respective filter element.
  • Each filter element may have a plurality of perforations, edges and depressions.
  • At least one of the filter elements has one or more depressions in the surface, which can be delivered to a perforation of the adjacently arranged filter element.
  • At least one perforation of at least one filter element has an edge protruding from the surface of the filter element.
  • the filter elements are rotatable relative to one another about a longitudinal axis, which is selected so that it extends perpendicularly through the center of the filter elements.
  • the longitudinal axis of the stack of filter elements coincides with the rotational symmetry axes of the filter elements.
  • the filter elements are rotatable relative to each other about the longitudinal axis in angles between 0 ° and 360 °, wherein a change in the relative angular position between the respective filter elements is adjustable.
  • the perforations of the filter elements are congruent with each other or are in order a certain part of a circular arc shifted against each other. With increasing displacement of the perforations and a concomitant reduction in the free cross section of the channel formed by the mutually facing perforations, the pressure drop of the exhaust gas flow is increased.
  • the filter elements are laterally, substantially orthogonal to the direction of the exhaust stream, against each other displaceable.
  • the alignment of the perforations to each other is effected by a linear displacement of at least one filter element, whereby a relative change in position of the perforations of at least two filter elements is effected to each other.
  • the device when two adjacently located filter elements are continuously adjustable between a first position and a second position relative to each other, wherein in the first position (open position) the at least one perforation of each filter element are aligned and a small pressure drop of the exhaust gas flow occurs and in the second position (closed position) the perforation is delivered to the edge of the one filter element of the recess of the adjacently arranged filter element, so that a large pressure drop occurs, but a discharge of the exhaust gas flow is ensured.
  • the perforations preferably have a round cross-section, but can also z. B. oval, slit-shaped, polygonal or irregular shaped.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention is given by the fact that in two successively arranged filter elements between the filter elements, a gap is formed, which is determined by the dimensions of the edge and the spacing of the filter elements to each other.
  • an advantageous embodiment of the device according to the invention is that the edge has radial recesses at its upper end, so that through these recesses a part of the exhaust gas flow can laterally enter the intermediate space.
  • the filter elements are arranged relative to one another such that the upper end of the edge is arranged closely spaced apart (eg, ⁇ 1 mm distance) from the surface of the second filter element having the depression.
  • the proportion of the exhaust gas stream which passes through the perforation, directed by the effect of the edge in the recess. There it is braked, deflected and passed through the recesses at the upper end of the edge laterally into the space between the filter elements. From there, the proportion of the exhaust gas flow passes through perforations of the second filter element and is further removed in the direction of a trigger.
  • Catalytically active substances can be any suitable substances or compounds which in particular support or make possible the oxidative conversion of exhaust gases.
  • the above-described turbulence increases the likelihood that particles contained in the exhaust gas stream will come into physical contact with the filter elements and be adsorbed on the surface of the filter elements. This corresponds to the function of a wall-flow filter.
  • the amount of the laterally derived portion of the exhaust stream depends substantially on the selected relative positions of the filter elements and thus the orientation of the perforations to each other and the resulting pressure drop of the exhaust stream from. If the perforations are only congruent to each other to a small extent, a high pressure drop is produced. Conversely, if the perforations are to a large extent or completely congruent to each other, only a small pressure drop occurs.
  • the choice of the relative positions of the filter elements to each other allows an adjustment of the cleaning performance of the device according to the invention both to different operating conditions and to different operating phases.
  • the pressure drop can be reduced by appropriate selection of the relative positions of the filter elements to one another during the phase of heating and be increased again after reaching the operating temperature of the combustion system.
  • the device according to the invention is installed in an oven, in the deduction of which there is a fan or a ventilation device with the same effect. If the pressure drop occurring in the closed position can be compensated by the fan or the same effect ventilation device, a fixed installation of the filter elements is possible. The filter elements then do not have to be movable relative to each other. In any case, however, that the filter elements releasably and the individual filter elements in the removed state, for. B. for the purpose of cleaning, are easily separable.
  • the arrangement of the device according to the invention also depends on the expected temperature distribution of the oven.
  • the device is arranged at a region of the furnace or the hood, are reached over the temperatures between 200 ° C and 600 ° C. According to the working range and the temperature stability of the catalyst, the device is positioned in the furnace or in the flue.
  • a plurality of devices according to the invention are arranged in an incinerator.
  • a device according to the invention the filter elements made of corrosion and heat resistant ceramic, z. B. be attached directly to the transition of the combustion chamber to the exhaust system of the furnace. This device withstands high temperatures of at least 1000 ° C.
  • a second device according to the invention may be arranged in a region of the trigger in which lower temperatures of, for example, 200 to 300 ° C. are present.
  • the filter elements of the second device according to the invention are coated with catalytically active substances that do not have to withstand a temperature of 1000 ° C or more.
  • the number of arranged filter elements is variable and depends on the individual requirements of the respective incinerator.
  • the thickness of the existing filter elements may be different from each other.
  • a modularity of the filter elements and the device according to the invention is given. Due to the modularity of the device, a pressure drop of an exhaust gas stream of a combustion system is individually adjustable. The combinability of the device with a fan, an induced draft fan or an equivalent ventilation device increases the adaptability to the respective incinerator.
  • the filter elements are advantageously made of heat-resistant and refractory ceramics, preferably of silicate ceramics, such. Cordierite and / or mullite. In other embodiments, however, other ceramic materials or composite materials can be used. It can also be combined filter elements made of different materials and with different mechanical, fluidic, chemical and catalytic properties in a holder.
  • the holder made of heat-resistant and refractory ceramics.
  • the surfaces of the filter elements each have a defined porosity.
  • defined porosity is the porosity of the ceramic material (expressed as open porosity, measured by the usual in the ceramic industry measuring method for determining the water absorption, preferably with an open porosity of 10 to 50%) and the size distribution of the pores and the average pore size understood, which are within certain ranges and which unfold in their combination a specific and desired effect in their use in filter elements in an exhaust gas stream.
  • some or all existing filter elements can be electrically contacted and electrically heated.
  • other known methods for preheating catalysts such. B. the use of radiation, heated gases or radiators used.
  • the filter elements are perforated discs.
  • the filter elements may also be honeycomb bodies with cells open in one direction.
  • the continuously open cells correspond to the aforementioned perforations. Doing so, the direction of the open Cells with the direction of the exhaust stream coincide or run at a certain angle to the direction of the exhaust stream.
  • the filter elements can have any desired shape. However, it is preferred embodiments when the shape of each perforated filter element is selected from a group comprising the three-dimensional basic shape of a disc, a cuboid and a cylinder. In this case, serving as filter elements perforated discs preferably have a circular basic shape. Other basic shapes may be, for example, triangular, quadrangular, polygonal or rounded. If the filter elements are formed, for example, from honeycomb bodies, their basic shape is preferably a cuboid or a cylinder. It is also possible that the filter elements are combined from different basic shapes. Also filter elements can be arranged combined with different basic shapes in a device according to the invention.
  • an emptying collecting device may be present, in which the particles cleaned off from the filter elements are collected.
  • a fallback device may be present, by means of which the particles removed from the filter elements are returned to a combustion chamber of the device.
  • cleaned particles fall into an existing in the oven or fume collection and collected there.
  • the filter elements can be manually and / or automatically removed and cleaned at certain time intervals from the incinerator. It is advantageous if the filter elements by appropriate Openings in the envelope of incinerators can be reversibly inserted into this and removed again.
  • Such means may be, for example, electrically operated filaments or glow plugs.
  • a holder of the filter elements is preferably designed so that it can be inserted into tubes or ducts of standard dimensions, in which the exhaust gas flow is guided. It is particularly advantageous if the holder is arranged detachably and easily removable in the exhaust stream and secured. Suitable mechanisms for releasably securing the support in the exhaust flow may be, for example, adjustable retaining claws or releasable clamping mechanisms which secure the support to the inner wall of the tubes or ducts carrying the exhaust flow.
  • the holding device can flow through a device with a very low flow resistance, such as a basket or a cage made of temperature-resistant material, which is advantageously not attacked by the action of the exhaust gases and can develop a catalytic effect itself in advantageous embodiments of the invention.
  • the holder may also be a ring with arranged at its periphery devices for fixing the holder.
  • the z. B. are held in a vertical installation of the holder by the weight of the filter elements in the holder. It is also possible that the filter elements releasably by axially acting elements such. B. clips or springs are held, for example, are mounted in a wall of the holder or attack on a wall of the holder. By holding the filter elements by means of clips or the like, the holder can also be arranged horizontally or at any angle to the horizontal.
  • the installation of the device in non-standard pipes or channels can be made possible on the one hand by correspondingly wide adjustment of the attachment of the holder and by adjustments to the dimensions of the holder and filter elements.
  • the installation of the holder in the pipes or channels leading into the exhaust gas stream can take place by means of openings which are already present or have been introduced specially for this purpose in the wall of the pipes or channels.
  • Holder and filter elements can be dimensioned so that a portion of the exhaust gas flow past the filter elements without having to pass through them. It is also possible that the holder and filter elements are dimensioned and matched to one another such that the entire exhaust gas flow or at least the predominant part (at least 70%) passes through the filter elements.
  • a fan can be arranged in or on the exhaust, which is preferably controllable.
  • the device according to the invention is intended for use in installations in which combustion processes with a high proportion of fine dust occur in the exhaust gas flow. Use in systems with medium and low particulate matter is also possible.
  • the provisions of the Ordinance on Implementation of the Federal Immission Control Act (Ordinance on Small and Medium-sized Furnaces - 1st BlmSchV) of 26 January 2010 (Federal Gazette 2010 Part 1 No. 4, issued on 01. February 2010) listed in Appendix 4 and exceeded.
  • the filter system according to the invention can be modular and thus easily, reversibly and individually adjusted and adjusted.
  • a first embodiment of a filter element 4a according to the invention is shown, which is designed as a filter disc.
  • the filter element 4a has a number of lying on a circumference perforations 4.1 in the form of through holes of the same diameter.
  • an outstanding edge 4.2 in the form of a wall surrounding the respective perforation 4.1 is present around each of the perforations 4.1.
  • edges 4.2 are provided at their upper end with radial recesses 4.4, through which in a device according to the invention according to one of Fig. 3 to 6 (see there) a lateral discharge of a portion of an exhaust gas stream 7 in a gap 14 is possible, which is formed between adjacent filter elements 4.
  • FIG Fig. 2 A second embodiment of a filter element 4b is shown in FIG Fig. 2 shown.
  • This filter element 4b is designed like the filter element 4a, but has no edges 4.2 around the perforations 4.1.
  • the filter element 4b has, alternately with the perforations 4.1 on one of its surfaces 6 depressions 4.3, which correspond in shape, dimensions and arrangement on the surface 6 of the filter element 4b to the edges 4.2 of a filter element 4a to be arranged adjacent.
  • a number of further circular perforations 4.1 are in areas of the surface 6 with various free diameters and without margins 4.2 available.
  • edges 4.2 and / or depressions 4.3 on one or both sides of filter elements 4b and / or on filter elements 4a is possible.
  • filter elements 4a and 4b in the form of filter disks can also be applied without restriction to filter elements 4a and 4b in the form of honeycomb bodies.
  • a first embodiment of a device according to the invention is in Fig. 3 shown schematically.
  • the longitudinal axis 12 coincides with the symmetry axis of the trigger 2.
  • the filter element 4b is releasably inserted into a holder 3, which is inserted in a horizontally extending portion of the trigger 2 in a circumferential recess in the inside of a wall 2.1 of the trigger 2.
  • the filter element 4a is releasably held in a holder 3, which is guided in a recess in the wall 2.1 and rotatable about the longitudinal axis 12.
  • the filter elements 4a and 4b are arranged orthogonal to the longitudinal axis 12.
  • the filter elements 4a and 4b remain in orthogonal to the longitudinal axis 12 extending planes.
  • a filter disk filter element 4a In the holder 3 is formed as a filter disk filter element 4a and formed as a filter disk filter element 4b inserted.
  • the filter elements 4a and 4b have according to Fig. 3 completely penetrating perforations 4.1 in the form of round holes, which correspond in terms of their position and size.
  • the filter elements 4a and 4b are arranged so that a gap 14 is formed between them.
  • the gap 14 is formed by a gap formation due to the dimensions of the edges 4.2 (see Fig. 1 ) and by a spaced apart arrangement of the filter elements 4a and 4b along the longitudinal axis 12 given.
  • a closable opening 5 is provided, through which the holder 3 is inserted into the trigger 2.
  • the opening 5 extends above the region of the trigger 2, via which the holder 3 is fastened by means of the holding device 3.1 on the wall 2.1 of the trigger 2.
  • the opening 5 is closed by means of a flap 2.11, through which over the region of the opening 5, a portion of the wall 2.1 is formed.
  • the filter elements 4a and 4b are formed as filter discs and made of the silicate ceramic cordierite.
  • the filter elements 4a and 4b are also each provided with a catalytically active substance.
  • the individual filter elements 4a and 4b are according to Fig. 3 aligned in an open position of the device to each other so that the perforations 4.1 come to lie one above the other and are formed by the perforations 4.1 channels through which the exhaust stream 7 pass with low pressure drop and the filter elements 4a and 4b can happen.
  • an adjusting lever as adjusting means 11 for adjusting a relative angular position of the filter elements 4a and 4b to each other is present, wherein the adjustment of the relative angular position by rotation of the filter element 4a together with its holder 3 takes place about the longitudinal axis 12.
  • the adjusting means 11 is connected to the holder 3 of the filter element 4 a, protrudes in the region of the opening 5 of the trigger 2 and is of outside the trigger 2 manually and / or mechanically, pneumatically, electrically and / or hydraulically operated.
  • a relative angular position of the filter elements 4a and 4b can be set manually during insertion of these into the holder 3 and visually checked.
  • a fan 8 (shown schematically) is provided above the holder 3, by the operation of which a favorable pressure curve can be set before, in and after the filter elements 4a and 4b and in the combustion chamber 1.
  • the device may also be configured without a fan 8.
  • the material, the number and ratios of the thickness of the filter elements 4a and 4b may be different, the material is in any case heat-resistant and fireproof.
  • the number, arrangement, dimensions and shape of the perforations 4.1 can be designed and executed differently.
  • the arrangement of the filter elements 4a and 4b may be designed in further embodiments of the device so that particles deposited on the filter elements 4a and 4b fall back into the combustion chamber 1 and can be disposed of there.
  • the holder 3 and filter elements 4a and 4b may be arranged so that the particles in a collecting container 10 (see Fig. 5 ), through which they can be disposed of.
  • the device is like to Fig. 3 described, however, the filter elements 4a and 4b are rotated against each other so that the perforations 4.1 of the filter element 4a are not the perforations 4.1 of the filter element 4b are delivered, but by the perforations 4.1 of the filter element 4a passing exhaust gas stream 7 bounces on the filter element 4b, in particular each directed into a recess 4.3 (not shown).
  • the holder 3 and a filter unit 4 formed from the filter elements 4a and 4b can also be arranged in a region of the trigger 2, into which the exhaust gas stream 7 only after a diversion of its original flow direction entry.
  • the holder 3 two honeycomb bodies are held in succession as a filter unit 4.
  • the holder 3 and the filter elements 4a and 4b held therein are held in a region of the trigger 2 which rises at an angle of 45 °.
  • the wall 2.1 of the trigger 2 over a portion of the trigger 2 in a direction orthogonal to the extension of the trigger 2 is booked.
  • a free cross section of the trigger 2 is increased.
  • the rear filter element 4b viewed in the direction of the exhaust gas stream 7, is displaceable relative to the front filter element 4a orthogonally to the direction of the exhaust gas stream 7 by an amount into the bulge 13.
  • the filter element 4a is arranged at the beginning of the bulge 13 so that it spans the free cross section of the trigger 2.
  • the filter element 4b is connected to an adjusting means 11 for the lateral displacement of the filter element 4b and for the delivery of the perforations 4.1 of the filter element 4b to the perforations 4.1 of the filter element 4a.
  • the perforations 4.1 of the filter elements 4a and 4b are undeliverable.
  • this embodiment can be combined in a further embodiment with a collecting container 10 or with a return of the ash into the combustion chamber 1.
  • the holder 3 When using the in Fig. 1 and 2 described filter elements 4a and 4b in a plant for the combustion of solid fuels, the holder 3 is inserted through an opening 5 or in another way in the trigger 2 and by means of Holding 3.1 releasably attached to the wall 2.1 of the trigger 2.
  • the filter elements 4a and 4b are releasably secured.
  • perforations 4.1 present in the filter elements 4a and 4b correspond at least to one another so far that a passage of an exhaust gas stream 7 through the filter elements 4a and 4b is possible.
  • the relative angular position of the filter elements 4a and 4b to each other is adjusted by means of the actuating means 11.
  • a small pressure drop of the exhaust gas flow 7 can be adjusted by means of the actuating means 11 in that the perforations 4.1 of the filter elements 4a and 4b come to lie congruently to one another.
  • the relative angular position of the two filter elements 4a and 4b to each other changed so that the perforations 4.1 no longer come to lie congruent to each other.
  • the exhaust gas stream 7 passes through the perforations 4.1 of the filter element 4a and strikes at least over regions of the cross section of each perforation 4.1 on the unperforated surface 6 of the filter element 4b.
  • the exhaust gas stream 7 is jammed and a part thereof via the recesses 4.4 in the gap 14 between the filter elements 4a and 4b passed.
  • particles come into contact with the surfaces 6 of both filter elements 4a and 4b and are adsorbed on them.
  • the catalytically active substance present on the surface 6 supports the conversion, in particular the oxidation, of substances and mixtures of substances contained in the exhaust gas stream 7.
  • the non-derived part of the exhaust stream 7 is deflected in its direction, passes through the respective free passage area and is led away through the trigger 2.
  • a possibly existing fan 8 and its performance and switching regime is by inserting filter elements 4a and 4b in different Number, thickness and design a desired pressure drop easy, reversible and individually adjustable.
  • the surfaces 6 are at least partially provided with catalytically active substances, also a cleaning performance in terms of combustion of particles and not completely thermally converted substances or compounds is adjustable.
  • the invention can be used to reduce particulate emissions and for the catalytic conversion of incompletely thermally reacted substances or compounds in incinerators in the industrial and private sector.
  • a particularly important area of application is the original equipment and retrofitting of stoves and fireplaces in the private sector in order to effectively reduce the emissions caused by domestic fires.
  • the device can also be used in industrial ovens, z.
  • As for the annealing of organic binders are used, especially if arises in the combustion processes fine dust or may arise.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Description

  • Die Erfindung betriff eine Vorrichtung zur Reduzierung von Feinstaubbelastungen der Umwelt durch Verbrennungsprozesse mit hochem Anteil an Feinstaub im Abgasstrom, wie dies gattungsgemäß aus der De 20 2007 016 125 U1 bekannt ist.
  • Die Vermeidung von Luftverunreinigungen spielt eine zunehmende Rolle in Fragen des Gesundheitsschutzes, der Lebensqualität und des Umweltschutzes. Eine problematische Form der Luftverunreinigung ist die Belastung mit Stäuben, also in der Luft enthaltenen Partikel unterschiedlicher Größe. Als gesundheitlich bedenklich werden dabei insbesondere Stäube angesehen, deren Partikelgröße kleiner 10 µm ist. Nach dem weithin verwendeten sogenannten PM-Standard der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde EPA (Environmental Protection Agency) aus dem Jahre 1987 sind in der Kategorie PM10 Partikel mit einem Durchmesser kleiner 10 µm (sog. inhalierbarer Feinstaub) und in der Kategorie PM 2,5 solche mit einem Durchmesser kleiner 2,5 µm (sog. alveolengängiger Feinstaub; Feinststaub) umfasst.
  • Ein hoher Anteil von Feinstäuben wird durch Verbrennungsprozesse freigesetzt. Während insbesondere an industrielle Verbrennungsanlagen und Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren hohe Anforderungen gestellt sind und deren Einhaltung überwacht wird, entlassen insbesondere für den sogenannten Hausbrand geeignete Anlagen immer noch große Mengen an Stäuben durch die Verbrennung von festen Brennstoffen ungefiltert in die Umwelt.
  • Gerade diese vergleichsweise kleinen Anlagen weisen den Nachteil auf, dass diese aufgrund kleiner Brennkammern mit oftmals geringen Brennstoffauflagen, unverhältnismäßig viele Emissionen in Form von unverbrannten Stäuben und unvollständig umgesetzten Verbindungen wie z. B. Stickoxiden, Schwefelverbindungen oder Kohlenmonoxid ausstoßen.
  • Es sind aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, mittels derer die Emissionen neu entstehender oder bereits vorhandener Anlagen für feste Brennstoffe deutlich reduziert werden können.
  • Dabei handelt es sich um verschiedene Filtersysteme, die in den Brennraum oder in den Abgasstrom eingebracht werden.
  • Beispielhaft sei hier ein System genannt, wie es aus der EP 1 750 071 B1 bekannt ist. In einem Kaminofen mit einer Brennkammer und einer Umleitung für das bei der Verbrennung entstehende Gasgemisch (fortan als Abgasstrom bezeichnet) ist in der Umleitung ein adsorbierendes Material untergebracht, an dem organischer Feinstaub adsorbiert und in einer späteren Feuerungsphase freigegeben und verbrannt wird. Als adsorbierendes Material dient hier hauptsächlich vulkanisches Gestein einer Korngröße von 2 bis 64 mm (sog. Lapilli).
  • Das hier vorgeschlagene System arbeitet auf Basis adsorbierender Materialien und ist nicht für die katalytische Umsetzung von Stoffen vorgesehen.
  • Eine weitere Lösung zur Reduzierung von Feinstaub und unvollständigen Stoffumsetzungen ist durch einen Ofenkatalysator der Firma moreCat GmbH (Kamp-Lintfort, DE) bekannt. Dabei wird die Reduzierung von Emissionen neben einer Filterung auch durch die Verwendung eines die Umsetzung von Stoffen unterstützenden Nur-Metall-Katalysators erreicht. Das Katalysatorsystem besteht aus einem mit verschiedenen Metallen als Katalysatormaterial gefüllten, linsenförmigen Metallgehäuse, das in ein handelsübliches Ofenrohr integriert ist und aus diesem zum Zwecke der Reinigung des Katalysators herausgenommen werden kann. Während der Feuerungsphasen, in denen der Abgasstrom keine ausreichende Temperatur für den Betrieb des Katalysators aufweist, wird das Metallgehäuse manuell so in dem Abgasstrom ausgerichtet, dass dieser an dem Katalysator vorbeistreichen kann. Während des Betriebes des Katalysators ist dieser so in den Abgasstrom eingeschwenkt, dass dieser im Wesentlichen durch den Katalysator hindurchtritt. Die Haltbarkeit des Ofenkatalysators wird mit mindestens zwei Heizperioden angegeben.
  • Der Ofenkatalysator ist in einer Standardausführung verfügbar. Andere Gestaltungen sind zwar möglich, jedoch ist eine Anpassung an einen bestimmten Anlagentyp oder gar an eine einzelne Anlage zumindest zeit- und kostenaufwändig, da die benötigten Abmaße des Ofenkatalysator nicht von vornherein feststehen und empirisch ermittelt werden müssen. Zudem ist gegebenenfalls eine andere, nicht normierte Größe der die Katalysatoren beinhaltenden Metalllinse als Einzelstück anzufertigen, was hohe Kosten mit sich bringen kann.
  • Ein weiteres Produkt zur katalytischen Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsprozessen von festen Brennstoffen ist der Abgaskatalysator FIRECAT® (in: Sattler, Michael: Staubscheider für den Hausbrand (< 50 kW), http://www.so.ch/filedamin/internet/bjd/bumaa/pdf/luft/staubscheider.pdf, 2007, recherchiert am 30.04.2010). Ein Katalysator in Form eines Wabenkörpers wird in den Abgasstrom einer Verbrennungsanlage eingebracht und von dem Abgasstrom durchströmt. Die Reinigung des Abgasstromes erfolgt zum Einem nach dem bekannten Prinzip eines Wandstromfilters und zum Anderen durch eine katalytisch unterstützte Nachverbrennung von in dem Abgasstrom noch enthaltenen brennbaren Partikeln, Stoffen und Verbindungen.
  • In der emissionsintensiven Startphase wird der Katalysator mit einer Bypassklappe umgangen, wodurch eine manuelle Nachregulierung nach etwa 20 bis 30 Minuten bei jedem Heizvorgang erforderlich ist. Eine Reinigung des Katalysators ist ein- bis zweimal pro Jahr notwendig.
  • Eine Nachrüstung bestehender Feuerstätten mit dem Katalysator ist zwar theoretisch möglich, wird aber aufgrund vieler potenzieller Probleme nicht empfohlen. Die durch die Offenbarung nicht näher spezifizierten Probleme scheinen wesentlich dadurch gegeben zu sein, dass der Wabenkörper des Abgaskatalysators nicht einfach an die sehr individuellen Anforderungen bestehender Verbrennungsanlagen, wie z. B. Heizungsanlagen, angepasst werden kann.
  • Aus der EP 1 353 125 A1 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen von Verbrennungsanlagen für Festbrennstoffe bekannt, bei der ein Keramiknetzwerk so in den Abgasstrom eingebracht ist, dass dieses von dem Abgasstrom durchströmt wird. Die in dem Keramiknetzwerk vorhandenen Stege können mit katalytisch wirkenden Stoffen beschichtet sein. Eine Reinigung erfolgt durch eine Selbstentzündung und einen Abbrand der auf dem Keramiknetzwerk abgelagerten Partikel. Eine elektrische Beheizung ist ebenfalls möglich.
  • Nachteilig an dieser Art von Vorrichtung ist, dass keine Einstellbarkeit an unterschiedliche Phasen des Betriebes der Verbrennungsanlage möglich ist. Zudem besteht die Gefahr, dass das Keramiknetzwerk durch verbrannte Partikel (Asche), die nicht durch die Poren des Keramiknetzwerkes passen, zugesetzt und dessen Leistungsfähigkeit eingeschränkt wird.
  • Einen gewissen Grad an Einstellbarkeit eines Rußpartikelfilters mit katalytischer Funktion wird in der DE 20 2007 016 125 U1 offenbart. In einem Gehäuse werden flache Filterscheiben aus Keramik eingepresst, die gelocht und hintereinander so in dem Gehäuse angeordnet sind, dass die Filterscheiben von einem Abgasstrom durchströmt werden. Die Löcher der Filterscheiben sind zueinander ausgerichtet, so dass die hintereinander liegenden Löcher der Filterscheiben Kanäle bilden, durch die der Abgasstrom mit geringem Strömungswiderstand hindurchtreten kann. Alle, oder auch nur einige Filterscheiben können mit katalytisch wirksamen Stoffen versehen sein. Rußpartikel werden gemäß der Lösung der DE 20 2007 016 125 U1 in einem Rußpartikelspeicher gesammelt und bei Bedarf nach elektrischer Zündung verbrannt. Der vorgeschlagene Rußpartikelfilter soll über einen längeren Zeitraum wartungsfrei arbeiten. Außerdem erlaubt die vorgeschlagene Lösung eine Anpassung der Anzahl der verwendeten Filterscheiben an verschiedene Betriebsbedingungen. Allerdings werden die Filterscheiben in das Gehäuse eingepresst und sind daher nicht einfach austauschbar oder in ihrer Anzahl veränderbar.
  • Der bekannte Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass eine individuelle Anpassung des Filtersystems an spezifische, insbesondere die Nachrüstung bereits bestehender, Heizungsanlagen sehr zeit- und arbeitsaufwändig ist und mit hohen Kosten verbunden sein kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit für eine erstmalige oder nachträgliche Ausrüstung einer Verbrennungsanlage mit einem modularen Filtersystem vorzuschlagen.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Reinigung eines, bei einem Verbrennungsprozess entstehenden und in eine Richtung geführten, Abgasstromes mit in dem Abgasstrom entlang einer in Richtung des Abgasstromes verlaufenden Längsachse hintereinander gestapelt angeordneter und eine Filtereinheit bildender Filterelemente, wobei die Filterelemente in Richtung der Längsachse eine Anzahl von das jeweilige Filterelement vollständig durchdringende Perforierungen aufweisen, dadurch gelöst,
    dass mindestens zwei Filterelemente lösbar in dem Abgasstrom angeordnet sind,
    dass die Perforierungen der einzelnen Filterelemente hinsichtlich ihrer Form, ihrer Größe und ihrer Anordnung auf den jeweiligen Filterelementen so vorhanden sind, dass die Perforierungen einander benachbart angeordneter Filterelemente zueinander korrespondieren,
    dass die Filterelemente relativ zueinander beweglich angeordnet sind, wobei die Perforierungen einander benachbart angeordneter Filterelemente einander zustellbar sind, so dass durch ein Ausrichten mindestens zweier Filterelemente gegeneinander ein Druckabfall des Abgasstromes einstellbar ist und
    dass die Filterelemente aus einem so hitzebeständigen und feuerfesten Material bestehen, dass ein für das Filterelement schadloser Abbrand von aus dem Abgasstrom herausgefilterten und auf den Filterelementen abgelagerten Partikeln möglich ist.
  • Als Verbrennungsanlagen sind nachfolgend Anlagen bezeichnet, in denen feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe, sowie Kombinationen dieser, durch Verbrennen umgesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich zudem auf Feuerungsanlagen, die in der Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen - 1. BlmSchV) vom 26. Januar 2010 (Bundesgesetzblatt 2010 Teil 1 Nr. 4, ausgegeben am 01. Februar 2010) unter § 3 Absatz I Nr. 1 bis 8 und 13 aufgeführt sind.
  • Die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Abgasstrom kann in oder direkt hinter einer Brennkammer oder in einem der Brennkammer nahen Bereich des Abzugs, z. B. in einem Ofenrohr oder im Beginn eines Kamins, erfolgen. Dabei ist von Bedeutung, dass die Betriebstemperatur des Abgasstromes für die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausreichend hoch ist.
  • Perforierungen sind Durchbrüche, z. B. Bohrungen, in den Filterelementen, durch die ein Teil des Abgasstromes durch das jeweilige Filterelement hindurchtreten kann.
  • Jedes Filterelement kann mehrere Perforierungen, Ränder und Vertiefungen aufweisen.
  • Unter zueinander korrespondierenden Perforierungen werden hier nicht nur deckungsgleiche Durchbrüche in den Filterelementen verstanden, sondern auch solche, die aufgrund ihrer Anordnung auf einem Filterelement einer oder mehreren Perforierungen eines anderen, benachbart angeordneten Filterelements, zustellbar sind. Dabei können auch Perforierungen unterschiedlicher Größe und/oder Form einander zustellbar sein.
  • Es ist ferner von Vorteil, wenn mindestens eines der Filterelemente eine oder mehrere Vertiefungen in der Oberfläche aufweist, die einer Perforierung des benachbart angeordneten Filterelements zustellbar ist. Eine solche Gestaltung erlaubt eine günstige Führung des Abgasstromes und dessen Verwirbelung.
  • Unter einer Zustellung der Perforierungen wird nachfolgend eine gesteuerte Bewegung benachbarter Filterelemente relativ zueinander verstanden, aufgrund derer Perforierungen die Filterelemente zumindest teilweise in Deckung gebracht sind. Dabei muss eine Perforierung einer anderen Perforierung nicht symmetrisch zugestellt sein.
  • In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist um mindestens einer Perforierung mindestens eines Filterelementes ein aus der Oberfläche des Filterelementes herausragender Rand vorhanden.
  • In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Filterelemente gegeneinander um eine Längsachse verdrehbar, die so gewählt ist, dass diese senkrecht durch den Mittelpunkt der Filterelemente verläuft. Bei rotationssymmetrisch ausgebildeten Filterelementen fällt die Längsachse des Stapels von Filterelementen mit den Rotationssymmetrieachsen der Filterelemente zusammen.
  • Die Filterelemente sind gegeneinander um die Längsachse in Winkeln zwischen 0° und 360° verdrehbar, wobei eine Veränderung der relativen Winkellage zwischen den jeweiligen Filterelementen einstellbar ist. Je nach gewählter relativer Winkellage stehen sich die Perforierungen der Filterelemente deckungsgleich gegenüber oder sind um einen bestimmten Teil eines Kreisbogens gegeneinander verschoben. Mit zunehmender Verschiebung der Perforierungen und einer damit einhergehenden Verkleinerung des freien Querschnitts des durch die zueinander gestellten Perforierungen gebildeten Kanals, wird der Druckabfall des Abgasstromes erhöht.
  • Es ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung möglich, dass mehr als zwei Filterelemente vorhanden sind und diese als mindestens zwei Pakete von Filterelementen gestaltet sind. Eine Einstellung der relativen Winkellage erfolgt dann nur zwischen den Paketen von Filterelementen.
  • Ferner können auch einzelne Filterelemente und Pakete von Filterelementen miteinander kombiniert werden.
  • In weiteren Ausführungen sind die Filterelemente lateral, im Wesentlichen orthogonal zur Richtung des Abgasstromes, gegeneinander verschiebbar. Die Ausrichtung der Perforierungen zueinander erfolgt durch ein geradliniges Verschieben mindestens eines Filterelements, wodurch eine relative Lageänderung der Perforierungen mindestens zweier Filterelemente zueinander bewirkt wird.
  • Es ist möglich, verschiedenen Bewegungsformen, wie horizontales oder vertikales Verschieben der Filterelemente sowie ein Führen mindestens eines Filterelements auf einer Kreisbahn oder einem Kreisbahnausschnitt vorzusehen oder zu kombinieren.
  • Ungeachtet der realisierten Bewegungsform ist es eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenn zwei benachbart angeordnete Filterelemente stufenlos zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung relativ zueinander einstellbar sind, wobei in der ersten Stellung (geöffnete Stellung) die mindestens eine Perforierung jedes Filterelementes zueinander ausgerichtet sind und ein geringer Druckabfall des Abgasstromes auftritt und in der zweiten Stellung (geschlossene Stellung) die Perforierung mit dem Rand des einen Filterelements der Vertiefung des benachbart angeordneten Filterelements zugestellt ist, so dass ein großer Druckabfall auftritt, jedoch eine Abführung des Abgasstromes gewährleistet bleibt.
  • Die Perforierungen weisen vorzugsweise einen runden Querschnitt auf, können aber auch z. B. oval, schlitzförmig, mehreckig oder unregelmäßig geformt sein.
  • Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gegeben, dass bei zwei hintereinander angeordneten Filterelementen zwischen den Filterelementen ein Zwischenraum gebildet ist, der durch die Abmessungen des Randes sowie der Beabstandung der Filterelemente zueinander bestimmt ist.
  • Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass der Rand an seinem oberen Ende radiale Aussparungen aufweist, so dass durch diese Aussparungen ein Teil des Abgasstromes seitlich in den Zwischenraum treten kann. Dazu sind die Filterelemente so zueinander angeordnet, dass das obere Ende des Rands nahe beabstandet (z. B. < 1 mm Abstand) zu der die Vertiefung aufweisenden Oberfläche des zweiten Filterelements angeordnet ist.
  • Bei geschlossener Stellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Anteil des Abgasstromes, der durch die Perforierung tritt, durch Wirkung des Rands in die Vertiefung gerichtet. Dort wird er abgebremst, umgelenkt und durch die Aussparungen am oberen Ende des Randes seitlich in den Zwischenraum zwischen den Filterelementen geleitet. Von dort tritt der Anteil des Abgasstromes durch Perforierungen des zweiten Filterelements und wird weiter in Richtung eines Abzuges abgeführt. Mittels der Gestaltung des Randes, der Aussparungen und der Vertiefungen sowie deren Anordnung auf den Filterelementen ist der Druckverlust für jeden Ofen oder Ofentyp einstellbar.
  • Es ist ferner vorteilhaft, wenn der seitlich abgeleitete Teil des Abgasstromes eine hohe Verwirbelung erfährt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mindestens auf Teilen der Oberfläche der Filterelemente ein Umsatz von in dem Abgasstrom enthaltenen Stoffen und Stoffverbindungen katalytisch unterstützende Stoffe vorhanden sind. Katalytisch wirkende Stoffe können dabei alle geeigneten Stoffe oder Stoffverbindungen sein, die insbesondere eine oxidative Umsetzung von Abgasen unterstützen oder erst ermöglichen.
  • Zudem wird durch eine oben beschriebene Verwirbelung die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass in dem Abgasstrom enthaltene Partikel mit den Filterelementen in physischen Kontakt gelangen und an der Oberfläche der Filterelemente adsorbiert werden. Dies entspricht der Funktion eines Wandstromfilters.
  • Der Betrag des seitlich abgeleiteten Teils des Abgasstromes hängt wesentlich von den gewählten relativen Lagen der Filterelemente und damit der Ausrichtung der Perforierungen zueinander und den daraus resultierendem Druckabfall des Abgasstromes ab. Stehen die Perforierungen nur zu einem geringen Anteil deckungsgleich zueinander, wird ein hoher Druckabfall bewirkt. Stehen dagegen die Perforierungen zu einem großen Anteil oder gänzlich deckungsgleich zueinander, tritt nur ein geringer Druckabfall auf.
  • Bei einem hohen Druckabfall wird ein größerer Teil des Abgasstromes durch die Aussparungen der Filterelemente seitlich abgeleitet, als dies bei einem geringen Druckabfall geschieht.
  • Daher erlaubt die Wahl der relativen Lagen der Filterelemente zueinander eine Anpassung der Reinigungsleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl an verschiedene Betriebsbedingungen als auch an verschiedene Betriebsphasen. So kann beispielsweise der Druckabfall durch entsprechende Wahl der relativen Lagen der Filterelemente zueinander während der Phase des Anheizens verringert und nach Erreichen der Betriebstemperatur der Verbrennungsanlage wieder erhöht sein.
  • Es ist auch möglich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Ofen eingebaut ist, in dessen Abzug ein Ventilator oder eine wirkungsgleiche Lüftungsvorrichtung befindet. Sofern der in der geschlossenen Stellung auftretende Druckabfall durch den Ventilator oder die wirkungsgleiche Lüftungsvorrichtung kompensiert werden kann, ist auch ein fester Einbau der Filterelemente möglich. Die Filterelemente müssen dann nicht relativ zueinander bewegbar sein. Auf jeden Fall gilt aber, dass die Filterelemente lösbar und die einzelnen Filterelemente im ausgebauten Zustand, z. B. zum Zweck der Reinigung, leicht vereinzelbar sind.
  • Die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, entweder in einem Ofen oder in einem Abzug eines Ofens, richtet sich auch nach der zu erwartenden Temperaturverteilung des Ofens. Bevorzugt wird die Vorrichtung an einem Bereich des Ofens oder des Abzugs angeordnet, über den Temperaturen zwischen 200°C und 600°C erreicht werden. Entsprechend dem Arbeitsbereich und der Temperaturstabilität des Katalysators wird die Vorrichtung in dem Ofen oder in dem Abzug positioniert.
  • Es ist möglich, dass in einer Verbrennungsanlage mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen angeordnet sind. So kann in einer vorteilhaften Anwendung der Erfindung eine erfindungsgemäße Vorrichtung, deren Filterelemente aus korrosions- und hitzebeständiger Keramik bestehen, z. B. direkt am Übergang der Brennkammer zum Abgassystem des Ofens angebracht sein. Diese Vorrichtung hält hohen Temperaturen von mindestens 1000 °C stand. Eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einem Bereich des Abzugs angeordnet sein, in dem niedrigere Temperaturen von beispielsweise 200 bis 300°C vorliegen. Die Filterelemente der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mit katalytisch wirkenden Stoffen beschichtet, die keiner Temperatur von 1000 °C oder mehr widerstehen müssen.
  • Die Anzahl der angeordneten Filterelemente ist variabel und hängt von den individuellen Anforderungen der jeweiligen Verbrennungsanlage ab.
  • Ebenfalls kann die Dicke der vorhandenen Filterelemente voneinander verschieden sein.
  • Durch die variable Anzahl und die aufeinander abgestimmten Abmaße und Gestaltung der Perforierungen und der Strukturen der einzelnen Filterelemente ist eine Modularität der Filterelemente und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben. Aufgrund der Modularität der Vorrichtung ist ein Druckabfall eines Abgasstromes einer Verbrennungsanlage individuell einstellbar. Die Kombinierbarkeit der Vorrichtung mit einem Ventilator, einem Saugzuggebläse oder einer wirkungsgleichen Lüftungsvorrichtung erhöht die Anpassbarkeit an die jeweilige Verbrennungsanlage.
  • Die Filterelemente bestehen vorteilhaft aus hitzebeständigen und feuerfesten Keramiken, vorzugsweise aus silikatischen Keramiken, wie z. B. Cordierit und/oder Mullit. In weiteren Ausführungen sind jedoch auch andere keramische Werkstoffe oder Werkstoffverbunde einsetzbar. Es können auch Filterelemente aus verschiedenen Werkstoffen und mit verschiedenen mechanischen, strömungstechnischen, chemischen sowie katalytischen Eigenschaften in einer Halterung kombiniert sein.
  • Es ist auch möglich, dass andere Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie z. B. die Halterung, aus hitzebeständigen und feuerfesten Keramiken bestehen.
  • Die Oberflächen der Filterelemente weisen jeweils eine definierte Porosität auf. Als definierte Porosität wird hier die Porosität des keramischen Werkstoffes (ausgedrückt als offene Porosität, gemessen durch das in der keramischen Industrie übliche Messverfahren zur Bestimmung der Wasseraufnahme; vorzugsweise mit einer offenen Porosität von 10 bis 50%) sowie die Größenverteilung der Poren und die mittlere Porengröße verstanden, die innerhalb bestimmter Bereiche liegen und die in ihrer Kombination eine bestimmte und gewünschte Wirkung bei ihrer Verwendung in Filterelementen in einem Abgasstrom entfalten.
  • Es ist möglich, dass die Oberflächen verschiedener Filterelemente, aber auch die Oberflächen nur eines Filterelementes, verschiedene definierte Porositäten aufweisen.
  • In vorteilhaften Ausführungen können einige oder alle vorhandenen Filterelemente elektrisch kontaktiert und elektrisch erwärmbar sein. Ferner sind andere bekannte Verfahren zur Vorwärmung von Katalysatoren, wie z. B. die Verwendung von Strahlungen, erwärmten Gasen oder Heizkörpern einsetzbar.
  • In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Filterelemente perforierte Scheiben.
  • In weiteren Ausführungen können die Filterelemente auch Wabenkörper mit in einer Richtung durchgehend offenen Zellen sein. Die durchgehend offenen Zellen entsprechen den vorgenannten Perforierungen. Dabei kann die Richtung der offenen Zellen mit der Richtung des Abgasstromes übereinstimmen oder in einem bestimmten Winkel zur Richtung des Abgasstromes verlaufen.
  • Die Filterelemente können jede beliebige Form aufweisen. Es stellt jedoch bevorzugte Ausführungen dar, wenn die Form eines jeden perforierten Filterelementes aus einer Gruppe umfassend die dreidimensionale Grundform einer Scheibe, eines Quaders und eines Zylinders ausgewählt ist. Dabei weisen als Filterelemente dienende perforierte Scheiben vorzugsweise eine kreisförmige Grundform auf. Weitere Grundformen können beispielsweise dreieckig, viereckig, mehreckig oder aber abgerundet sein. Werden die Filterelemente beispielsweise aus Wabenkörpern gebildet, ist deren Grundform vorzugsweise ein Quader oder ein Zylinder. Es ist ebenfalls möglich, dass die Filterelemente aus verschiedenen Grundformen kombiniert sind. Auch können Filterelemente mit verschiedenen Grundformen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kombiniert angeordnet sein.
  • Es ist weiterhin eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenn Mittel zur mechanischen Abscheidung vorhanden sind, durch welche Partikel, die durch die Filterelemente aus dem Abgasstrom herausgefiltert wurden, mechanisch von den Filterelementen abgeschieden werden. Durch die relative Beweglichkeit der Filterelemente zueinander wird die Abreinigung der Filterelemente gefördert.
  • Vorteilhaft kann eine entleerbare Sammelvorrichtung vorhanden sein, in der die von den Filterelementen abgereinigten Partikel gesammelt werden.
  • Ferner kann eine Rückfallvorrichtung vorhanden sein, durch welche die von den Filterelementen abgereinigten Partikel wieder in einen Verbrennungsraum der Vorrichtung zurückgeführt werden. Außerdem ist es möglich, dass abgereinigte Partikel in einen im Ofen oder im Abzug vorhandenen Sammelbehälter fallen und dort gesammelt sind.
  • Außerdem ist es möglich, dass die Filterelemente in bestimmten zeitlichen Intervallen aus der Verbrennungsanlage manuell und/oder automatisch entfernt und gereinigt werden können. Dazu ist es von Vorteil, wenn die Filterelemente durch entsprechende Öffnungen in der Umhüllung der Verbrennungsanlagen in diese reversibel eingebracht und wieder entfernt werden können.
  • Es ist ferner möglich, dass Mittel zur gezielten Erzeugung eines Abbrandes von an den Filterelementen adsorbierten Partikeln vorhanden sind. Solche Mittel können beispielweise elektrisch betriebene Glühfäden oder Glühkerzen sein.
  • Eine Halterung der Filterelemente ist vorzugsweise so gestaltet, dass sie in Rohre oder Kanäle mit Normabmaßen eingesetzt werden kann, in denen der Abgasstrom geführt ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Halterung lösbar und leicht entfernbar in dem Abgasstrom angeordnet und befestigt ist. Geeignete Mechanismen für eine lösbare Befestigung der Halterung in dem Abgasstrom können beispielsweise einstellbare Haltekrallen oder lösbare Klemmmechanismen sein, mit denen die Halterung an der Innenwand der den Abgasstrom führenden Rohre oder Kanäle befestigt sind. Die Haltevorrichtung kann eine mit einem sehr geringen Strömungswiderstand durchströmbare Vorrichtung wie ein Korb oder ein Käfig aus temperaturbeständigen Material, welches durch die Wirkung der Abgase vorteilhafterweise nicht angegriffen wird und in vorteilhaften Ausführungen der Erfindung selbst eine katalytische Wirkung entfalten kann. Die Halterung kann auch ein Ring mit an seinem Umfang angeordneten Vorrichtungen zur Befestigung der Halterung sein.
  • Es ist ferner möglich, dass in der Verbrennungsanlage, einschließlich dessen Abzugs, Ausformungen zur Aufnahme der Filterelemente vorhanden sind.
  • In die Halterung sind einzelne Filterelemente einzubringen, z. B. einleg- oder einsteckbar, die z. B. bei einem vertikalen Einbau der Halterung durch die Gewichtskraft der Filterelemente in der Halterung gehalten sind. Es ist ferner möglich, dass die Filterelemente lösbar durch axial wirkende Elemente wie z. B. Spangen oder Federn gehalten sind, die beispielsweise in einer Wand der Halterung gelagert sind oder an einer Wand der Halterung angreifen. Durch ein Halten der Filterelemente mittels Spangen oder Ähnlichem, kann die Halterung auch horizontal oder unter einem beliebigen Winkel zur Horizontalen angeordnet sein.
  • Der Einbau der Vorrichtung in nicht genormte Rohre oder Kanäle kann einerseits durch entsprechend weite Verstellmöglichkeiten der Befestigung der Halterung sowie durch Anpassungen der Abmaße von Halterung und Filterelementen ermöglicht sein.
  • Der Einbau der Halterung in die in den Abgasstrom führenden Rohre oder Kanäle kann durch bereits vorhandene oder durch eigens dafür in der Wand der Rohre oder Kanäle eingebrachte Öffnungen, erfolgen.
  • Halterung und Filterelemente können so dimensioniert sein, dass ein Teil des Abgasstromes an den Filterelementen vorbeistreicht, ohne durch diese hindurchtreten zu müssen. Es ist ferner möglich, dass Halterung und Filterelemente so dimensioniert und auf einander abgestimmt sind, dass der ganze Abgasstrom oder zumindest der überwiegende Teil (mindestens 70%) durch die Filterelemente hindurchtritt.
  • Um den Abgasstrom regulieren zu können, kann in oder an dem Abzug ein Ventilator angeordnet sein, der vorzugsweise regelbar ist.
  • Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Filterung von Abgasen von Verbrennungsprozessen streicht mindestens ein überwiegender Anteil des Abgasstromes aus einem Verbrennungsort, wie z. B. einer Brennkammer, kommend durch die Perforierungen der Filterelemente und, je nach Stellung der Filterelemente zueinander in wechselnden Anteilen, durch den Zwischenraum. Dabei werden nach dem bekannten Prinzip eines Wandstromfilters selbst feinste Partikel an der umstrichenen Oberfläche der Filterelemente adsorbiert. Zusätzlich können in dem Abgasstrom enthaltene Stoffe und Stoffverbindungen durch die Unterstützung katalytisch wirkender Stoffe oxidativ umgesetzt werden. Nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Abgasstromes wird ein Teil der zuvor adsorbierten Partikel verbrannt. Die Verbrennung der Partikel auf den Filterelementen kann auch durch vorhandene Zündmittel, wie elektrisch betriebene Glühkerzen oder Glühfäden, eingeleitet sein.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Verwendung in Anlagen, in denen Verbrennungsprozesse mit hohem Feinstaubanteil im Abgasstrom erfolgen, vorgesehen. Eine Verwendung in Anlagen mit mittleren und geringem Feinstaubanteil ist ebenfalls möglich. Bei sachgemäßer Dimensionierung und Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in eine Verbrennungsanlage werden die in der Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen - 1. BlmSchV) vom 26. Januar 2010 (Bundesgesetzblatt 2010 Teil 1 Nr. 4, ausgegeben am 01. Februar 2010) unter Anlage 4 aufgeführten Grenzwerte eingehalten und unterschritten.
  • Gerade bei nachzurüstenden Heizungsanlagen werden in der Praxis immer sehr individuelle Anforderungen und spezifische Betriebsbedingungen sowie bauliche Gegebenheiten wie die Größe, Länge und Form des Abzuges zu beachten sein. Selbst bei neu produzierten Heizungsanlagen, wie z. B. im häuslichen Umfeld eingesetzte Öfen, sind die tatsächlichen Betriebsbedingungen nicht vorhersehbar. Es ist daher ein großer Vorteil der Erfindung, dass das erfindungsgemäße Filtersystem modular aufgebaut und dadurch leicht, reversibel und individuell angepasst und eingestellt werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert, wobei weitere, hier nicht ausgeführte jedoch im Rahmen der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegende Möglichkeiten der Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich sind.
  • Es zeigen die Abbildungen in:
    • Fig. 1
    eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Filterscheibe a) in der Draufsicht, b) als dreidimensionale Darstellung schräg von oben und c) als medianer, vertikaler Längsschnitt;
    Fig. 2
    eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Filterscheibe a) in der Draufsicht, b) als medianer, horizontaler Längsschnitt und c) als medianer, vertikaler Längsschnitt;
    Fig. 3
    eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Filterscheiben in offener Stellung;
    Fig. 4
    eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Filterscheiben in geschlossener Stellung;
    Fig. 5
    eine dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Wabenkörpern und mit Sammelbehälter und
    Fig. 6
    eine vierte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit lateral einschiebbaren Filterelementen.
  • In Fig. 1 ist eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Filterelements 4a gezeigt, das als eine Filterscheibe ausgebildet ist. Das Filterelement 4a weist eine Anzahl von auf einem Kreisumfang liegenden Perforierungen 4.1 in Form von Durchgangsbohrungen gleichen Durchmessers auf. Auf einer der Oberflächen 6 des Filterelementes 4a, ist um jede der Perforierungen 4.1 ein herausragender Rand 4.2 in Form eines die jeweilige Perforierung 4.1 umgebenden Walls vorhanden.
  • Die Ränder 4.2 sind an ihrem oberen Ende mit radialen Aussparungen 4.4 versehen, durch die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer der Fig. 3 bis 6 (siehe dort) eine seitliche Ableitung eines Teils eines Abgasstromes 7 in einen Zwischenraum 14 möglich ist, der zwischen benachbart angeordneten Filterelementen 4 gebildet ist.
  • Eine zweite Ausführung eines Filterelements 4b ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Filterelement 4b ist wie das Filterelement 4a gestaltet, weist jedoch keine Ränder 4.2 um die Perforierungen 4.1 auf. Das Filterelement 4b besitzt alternierend zu den Perforierungen 4.1 auf einer seiner Oberflächen 6 Vertiefungen 4.3, die in Form, Abmaßen und Anordnung auf der Oberfläche 6 des Filterelements 4b zu den Rändern 4.2 eines benachbart anzuordnenden Filterelements 4a korrespondieren.
  • In weiteren Ausführungen der erfindungsgemäßen Filterelemente 4a und 4b sind in Bereichen der Oberfläche 6 eine Anzahl weiterer kreisrunder Perforierungen 4.1 mit verschiedenen freien Durchmessern und ohne Ränder 4.2 vorhanden. Durch eine solche Gestaltung wird ein ständiger Durchtritt des Abgasstromes 7 durch die Filterelemente 4 gewährleistet und ein nachteiliger Rückstau des Abgasstromes 7 vermieden.
  • Ferner ist eine andere Anordnung, insbesondere das Vorhandensein von Rändern 4.2 und/oder Vertiefungen 4.3 auf einer oder beiden Seiten von Filterelementen 4b und/oder auf Filterelementen 4a möglich.
  • Alle oben für Filterelemente 4a und 4b in Form von Filterscheiben ausgeführten Ausführungsbeispiele sind uneingeschränkt auch auf Filterelemente 4a und 4b in Form von Wabenkörpern übertragbar.
  • Eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 3 schematisch gezeigt. Als wesentliche Elemente sind zwei Filterelemente 4a und 4b mit Perforierungen 4.1 vorhanden, die lösbar entlang einer Längsachse 12 gestapelt und in einem, mit einer Brennkammer 1 als Verbrennungsort fester Brennstoffe verbundenem Abzug 2, in einem den Abzug 2 von der Brennkammer 1 her durchströmenden Abgasstrom 7 lösbar befestigt sind. Die Längsachse 12 fällt mit der Symmetrieachse des Abzugs 2 zusammen. Durch die Filterelemente 4a und 4b ist eine Filtereinheit 4 (siehe Fig. 5) gebildet.
  • Das Filterelement 4b ist in eine Halterung 3 lösbar eingebracht, die in einem horizontal verlaufenden Abschnitt des Abzugs 2 in eine umlaufende Ausnehmung in der Innenseite einer Wand 2.1 des Abzugs 2 eingelegt ist. Das Filterelement 4a ist lösbar in einer Halterung 3 gehalten, die in einer Ausnehmung in der Wand 2.1 geführt und um die Längsachse 12 drehbar ausgeführt ist. Die Filterelemente 4a und 4b sind orthogonal zur Längsachse 12 angeordnet. Bei einer Verdrehung des Filterelements 4a und der damit einhergehenden relativen Lageveränderung der Perforierungen 4.1 des Filterelements 4a zu den Perforierungen 4.1 des Filterelements 4b verbleiben die Filterelemente 4a und 4b in sich orthogonal zur Längsachse 12 erstreckenden Ebenen.
  • In die Halterung 3 ist das als Filterscheibe ausgebildete Filterelement 4a und das als Filterscheibe ausgebildete Filterelement 4b eingelegt. Die Filterelemente 4a und 4b weisen gemäß Fig. 3 vollständig durchdringende Perforierungen 4.1 in Form von Rundlöchern auf, die sich hinsichtlich ihrer Lage und Größe entsprechen.
  • Die Filterelemente 4a und 4b sind so angeordnet, dass zwischen ihnen ein Zwischenraum 14 gebildet ist. Der Zwischenraum 14 ist durch eine Spaltbildung aufgrund der Abmaße der Ränder 4.2 (siehe Fig. 1) und durch eine voneinander beabstandete Anordnung der Filterelemente 4a und 4b entlang der Längsachse 12 gegeben.
  • In der Wand 2.1 ist eine verschließbare Öffnung 5 vorhanden, durch welche die Halterung 3 in den Abzug 2 eingebracht ist. Die Öffnung 5 erstreckt sich oberhalb des Bereiches des Abzugs 2, über den die Halterung 3 mittels der Haltevorrichtung 3.1 an der Wand 2.1 des Abzugs 2 befestigt ist. Die Öffnung 5 ist mittels einer Klappe 2.11 verschlossen, durch die über den Bereich der Öffnung 5 ein Abschnitt der Wand 2.1 gebildet ist.
  • Die Filterelemente 4a und 4b sind als Filterscheiben ausgebildet und aus dem silikatischen Keramikwerkstoff Cordierit gefertigt. Die Filterelemente 4a und 4b sind außerdem jeweils mit einem katalytisch wirkenden Stoff versehen.
  • Die einzelnen Filterelemente 4a und 4b sind gemäß Fig. 3 in einer geöffneten Stellung der Vorrichtung so zueinander ausgerichtet, dass die Perforierungen 4.1 übereinander zu liegen kommen und durch die Perforierungen 4.1 Kanäle gebildet sind, durch die der Abgasstrom 7 mit geringem Druckabfall hindurchtreten und die Filterelemente 4a und 4b passieren kann.
  • Weiterhin ist ein Stellhebel als Stellmittel 11 zur Einstellung einer relativen Winkellage der Filterelemente 4a und 4b zueinander vorhanden, wobei die Einstellung der relativen Winkellage durch Verdrehung des Filterelements 4a mitsamt seiner Halterung 3 um die Längsachse 12 erfolgt. Das Stellmittel 11 ist mit der Halterung 3 des Filterelements 4a verbunden, ragt in dem Bereich der Öffnung 5 aus dem Abzug 2 heraus und ist von außerhalb des Abzugs 2 manuell und/oder mechanisch, pneumatisch, elektrisch und/oder hydraulisch bedienbar.
  • In weiteren Ausführungen kann eine relative Winkellage der Filterelemente 4a und 4b beim Einlegen dieser in die Halterung 3 manuell eingestellt und visuell kontrolliert werden.
  • Im weiteren Verlauf des Abzugs 2 ist oberhalb der Halterung 3 ein Ventilator 8 (schematisch gezeigt) vorhanden, durch dessen Betrieb ein günstiger Druckverlauf vor, in und nach den Filterelementen 4a und 4b sowie in der Brennkammer 1 einstellbar ist. In weiteren Ausführungen kann die Vorrichtung auch ohne Ventilator 8 ausgebildet sein. Zudem kann das Material, die Anzahl und Verhältnisse der Dicke der Filterelemente 4a und 4b anders sein, wobei das Material jedenfalls hitzebeständig und feuerfest ist. Ferner kann die Anzahl, die Anordnung, die Abmaße und die Form der Perforierungen 4.1 anders gestaltet und ausgeführt sein.
  • Die Anordnung der Filterelemente 4a und 4b kann in weiteren Ausführungen der Vorrichtung so gestaltet sein, dass an den Filterelementen 4a und 4b abgeschiedene Partikel in die Brennkammer 1 zurückfallen und dort entsorgt werden können. In weiteren Ausführungen können Halterung 3 und Filterelemente 4a und 4b so angeordnet sein, dass die Partikel in einen Sammelbehälter 10 (siehe Fig. 5) fallen, über den sie entsorgt werden können.
  • In der Fig. 4 ist die Vorrichtung wie zu Fig. 3 beschrieben gezeigt, jedoch sind die Filterelemente 4a und 4b so gegeneinander verdreht, dass die Perforierungen 4.1 des Filterelements 4a nicht den Perforierungen 4.1 des Filterelements 4b zugestellt sind, sondern der durch die Perforierungen 4.1 des Filterelements 4a tretende Abgasstrom 7 auf das Filterelement 4b prallt, insbesondere jeweils in eine Vertiefung 4.3 (nicht gezeigt) gerichtet ist.
  • Gemäß Fig. 5 können Halterung 3 und eine aus den Filterelementen 4a und 4b gebildete Filtereinheit 4 auch in einem Bereich des Abzugs 2 angeordnet sein, in den der Abgasstrom 7 erst nach einer Umleitung seiner ursprünglichen Strömungsrichtung eintritt. In der Halterung 3 sind hintereinander zwei Wabenkörper als Filtereinheit 4 gehalten. Die Halterung 3 und die darin gehaltenen Filterelemente 4a und 4b sind in einem Bereich des Abzugs 2 gehalten, der unter einem Winkel von 45° ansteigt.
  • Senkrecht unter der Halterung 3 und der Filtereinheit 4 ist ein von außen entleerbarer und zur Umgebung des Abzugs 2 abgedichteter Sammelbehälter 10 angeordnet, in den verbrannte und/oder von der Filtereinheit 4abfallende Partikel (Asche) durch die Öffnung 5 hineinfallen und von dort entsorgt werden können. Günstig für ein Abfallen von Partikeln von der Filtereinheit 4 ist dabei, wenn die Filterelemente 4a und 4b, wie in Fign. 3 und 4 gezeigt, bewegt werden können. Unabhängig von einer Beweglichkeit sind die Filterelemente 4a und 4b aus dem Abzug 2 herausnehmbar.
  • In einer vierten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, wie in Fig. 6 gezeigt, die Wand 2.1 des Abzugs 2 über einen Bereich des Abzugs 2 in eine Richtung orthogonal zur Ausdehnung des Abzugs 2 ausgebuchtet. Über den Bereich der Ausbuchtung 13 ist ein freier Querschnitt des Abzugs 2 vergrößert. In dem Bereich der Ausbuchtung 13 sind zwei Filterelemente 4a und 4b vorhanden, von denen das in Richtung des Abgasstromes 7 gesehene hintere Filterelement 4b relativ zu dem vorderen Filterelement 4a orthogonal zur Richtung des Abgasstroms 7 um einen Betrag in die Ausbuchtung 13 hinein verschiebbar angeordnet ist. Das Filterelement 4a ist am Beginn der Ausbuchtung 13 so angeordnet, dass dieses den freien Querschnitt des Abzugs 2 überspannt. Das Filterelement 4b ist mit einem Stellmittel 11 zur lateralen Verschiebung des Filterelements 4b und zur Zustellung der Perforierungen 4.1 des Filterelements 4b zu den Perforierungen 4.1 des Filterelements 4a verbunden. Durch eine laterale Verschiebung des Filterelements 4b sind die Perforierungen 4.1 der Filterelemente 4a und 4b einander zustellbar.
  • Auch diese Ausführung ist in einer weiteren Ausgestaltung mit einem Sammelbehälter 10 oder mit einer Rückführung der Asche in die Brennkammer 1 kombinierbar.
  • Bei einer Verwendung der in Fig. 1 und 2 beschriebenen Filterelemente 4a und 4b in einer Anlage zur Verbrennung von festen Brennstoffen wird die Halterung 3 durch eine Öffnung 5 oder auf eine andere Weise in den Abzug 2 eingesetzt und mittels der Haltevorrichtungen 3.1 lösbar an der Wand 2.1 des Abzugs 2 befestigt. In der Halterung 3 werden die Filterelemente 4a und 4b lösbar befestigt. Dabei korrespondieren in den Filterelementen 4a und 4b vorhandene Perforierungen 4.1 mindestens soweit miteinander, dass ein Durchtritt eines Abgasstromes 7 durch die Filterelemente 4a und 4b möglich ist.
  • Die relative Winkellage der Filterelemente 4a und 4b zueinander wird mittels des Stellmittels 11 eingestellt. Während einer Anheizphase der Verbrennungsanlage kann mittels des Stellmittels 11 ein geringer Druckabfall des Abgasstromes 7 dadurch eingestellt sein, dass die Perforierungen 4.1 der Filterelemente 4a und 4b zueinander deckungsgleich zu liegen kommen. Nach dem Erreichen einer vorgesehenen Betriebstemperatur des Abgasstromes 7 wird die relative Winkellage der beiden Filterelemente 4a und 4b zueinander so verändert, dass die Perforierungen 4.1 nicht mehr deckungsgleich zueinander zu liegen kommen. Diese überlappen dann nur noch über höchstens jeweils einen freien Durchtrittsbereich ihrer jeweiligen freien Querschnitte. Der Abgasstrom 7 tritt durch die Perforierungen 4.1 des Filterelements 4a hindurch und trifft zumindest über Bereiche des Querschnitts einer jeden Perforierung 4.1 auf die unperforierte Oberfläche 6 des Filterelements 4b. Der Abgasstrom 7 wird gestaut und ein Teil desselben über die Aussparungen 4.4 in den Zwischenraum 14 zwischen den Filterelementen 4a und 4b geleitet. Dabei gelangen Partikel mit den Oberflächen 6 beider Filterelemente 4a und 4b in Kontakt und werden an diesen adsorbiert. Zugleich unterstützt der auf der Oberfläche 6 vorhandene katalytisch wirkende Stoff den Umsatz, insbesondere die Oxidation, von im Abgasstrom 7 enthaltenen Stoffen und Stoffgemischen.
  • Der nicht abgeleitete Teil des Abgasstromes 7 wird in seiner Richtung abgelenkt, tritt durch den jeweiligen freien Durchtrittsbereich hindurch und wird durch den Abzug 2 weggeführt.
  • In Abhängigkeit der konkreten Gestaltung der Verbrennungsanlage, ihres Abzugs 2, eines möglicherweise vorhandenen Ventilators 8 sowie dessen Leistung und Schaltregimes ist durch das Einlegen von Filterelementen 4a und 4b in verschiedener Anzahl, Dicke und Gestaltung ein gewünschter Druckabfall leicht, reversibel und individuell einstellbar.
  • Durch die Wahl und Kombination von Filterelementen 4a und 4b, deren Oberflächen 6 mindestens teilweise mit katalytisch wirkenden Stoffen versehen sind, ist zudem eine Reinigungsleistung hinsichtlich einer Verbrennung von Partikeln und nicht vollständig thermisch umgesetzter Stoffe oder Stoffverbindungen einstellbar.
  • Die Erfindung kann zur Reduzierung von Feinstaubemissionen und zur katalytischen Umsetzung von unvollständig thermisch umgesetzten Stoffen oder Stoffverbindungen in Verbrennungsanlagen im industriellen als auch im privaten Bereich eingesetzt werden. Ein besonders wichtiges Einsatzgebiet stellt die Erstausrüstung und die Nachrüstung von Öfen und Kaminen im privaten Bereich dar, um die durch Hausbrand verursachten Emissionen wirksam zu verringern. Die Vorrichtung kann darüber hinaus auch in industriellen Öfen, z. B. zum Ausheizen von organischen Bindern, eingesetzt werden, insbesondere wenn bei den Brennprozessen Feinstaub entsteht oder entstehen kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkammer
    2
    Abzug
    2.1
    Wand
    2.11
    Klappe
    3
    Halterung
    3.1
    Haltevorrichtung
    4
    Filtereinheit
    4 a
    Filterelement
    4 b
    Filterelement
    4.1
    Perforierung
    4.2
    Rand
    4.3
    Vertiefung
    4.4
    Aussparungen
    5
    Öffnung
    6
    Oberfläche
    7
    Abgasstrom
    8
    Ventilator
    9
    Ascheraum
    10
    Sammelbehälter
    11
    Stellmittel
    12
    Längsachse
    13
    Ausbuchtung
    14
    Zwischenraum

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Reinigung eines, bei einem Verbrennungsprozess entstehenden und in eine Richtung geführten, Abgasstromes mit in dem Abgasstrom entlang einer in Richtung des Abgasstromes verlaufenden Längsachse hintereinander gestapelt angeordneter und eine Filtereinheit bildende Filterelemente, wobei die Filterelemente in Richtung der Längsachse eine Anzahl von das jeweilige Filterelement vollständig durchdringende Perforierungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
    - dass mindestens zwei Filterelemente (4a, 4b) lösbar in dem Abgasstrom (7) angeordnet sind,
    - dass die Perforierungen (4.1) der einzelnen Filterelemente (4a, 4b) hinsichtlich ihrer Form, Größe und Anordnung auf den jeweiligen Filterelementen (4a, 4b) so vorhanden sind, dass die Perforierungen (4.1) einander benachbart angeordneter Filterelemente (4a, 4b) zueinander korrespondieren;
    - dass die Filterelemente (4a, 4b) relativ zueinander beweglich angeordnet sind, wobei die Perforierungen (4.1) einander benachbart angeordneter Filterelemente (4a, 4b) einander zustellbar sind, so dass durch ein Ausrichten mindestens zweier Filterelemente (4a, 4b) gegeneinander ein Druckabfall des Abgasstromes (7) einstellbar ist;
    - dass die Filterelemente (4a, 4b) aus einem so hitzebeständigen und feuerfesten Material bestehen, dass ein für die Filterelemente (4a, 4b) schadloser Abbrand von aus dem Abgasstrom (7) herausgefilterten und auf den Filterelementen (4a, 4b) abgelagerten Partikeln möglich ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass um mindestens eine Perforierung (4.1) mindestens eines der Filterelemente (4) ein aus einer Oberfläche (6) des Filterelements (4) herausragender Rand (4.2) vorhanden ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (4.2) an seinem oberen Ende radiale Aussparungen (4.4) aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Oberfläche (6) mindestens eines der Filterelemente (4) mindestens eine Vertiefung (4.3) in der Oberfläche (6) vorhanden ist, die einer Perforierung (4.1) eines benachbart angeordneten Filterelements (4) zustellbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbart angeordnete Filterelemente (4) stufenlos zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung relativ zueinander einstellbar sind, wobei in der ersten Stellung die mindestens eine Perforierung jedes der Filterelemente (4) einander zustellbar sind und ein geringer Druckabfall des Abgasstroms auftritt und in der zweiten Stellung die Perforierung (4.1) mit dem Rand (4.2) des einen Filterelements (4a) und der Vertiefung des benachbart angeordneten Filterelements (4b) zugestellt ist, so dass ein hoher Druckabfall auftritt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (4) aus silikatischen Keramikwerkstoffen bestehen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens auf Bereichen der Oberfläche (6) mindestens eines der Filterelemente (4) katalytisch wirksame Stoffe vorhanden sind, durch die ein Umsatz von in dem Abgasstrom (7) enthaltenen Stoffen und Stoffverbindungen unterstützt ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form eines jeden Filterelementes (4) aus einer Gruppe umfassend die dreidimensionale Grundform einer Scheibe, einer Platte, eines Quaders und eines Zylinders ausgewählt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur mechanischen Abscheidung vorhanden sind, durch welche Partikel, die durch die Filterelemente (4) aus dem Abgasstrom (7) herausgefiltert wurden, mechanisch von den Filterelementen (4) abgeschieden werden.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sammelbehälter (10) vorhanden ist, in der die von den Filterelementen (4) abgeschiedenen Partikel gesammelt werden.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückfallvorrichtung vorhanden ist, durch welche die von den Filterelementen (4) abgeschiedenen Partikel wieder in einer Brennkammer (1) der Vorrichtung zurückgeführt werden.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltevorrichtung (3) lösbar in dem Abgasstrom (7) angeordnet ist, in welche die variable Anzahl von Filterelementen (4) lösbar und einzeln austauschbar einlegbar sind und in der die eingelegten Filterelemente (4) lösbar gehalten sind.
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