EP3353470B1 - Vorrichtung und verfahren zur behandlung von abgasen in einzelraumfeuerungsanlagen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur behandlung von abgasen in einzelraumfeuerungsanlagen Download PDF

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EP3353470B1
EP3353470B1 EP16777556.8A EP16777556A EP3353470B1 EP 3353470 B1 EP3353470 B1 EP 3353470B1 EP 16777556 A EP16777556 A EP 16777556A EP 3353470 B1 EP3353470 B1 EP 3353470B1
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EP
European Patent Office
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structural element
catalytically active
active material
heat capacity
volumetric heat
Prior art date
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Active
Application number
EP16777556.8A
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English (en)
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EP3353470A1 (de
Inventor
Jörg ADLER
Uwe Petasch
Daniela Haase
Werner Hark
Udo Hark
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Publication of EP3353470B1 publication Critical patent/EP3353470B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/07—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B90/00—Combustion methods not related to a particular type of apparatus
    • F23B90/04—Combustion methods not related to a particular type of apparatus including secondary combustion
    • F23B90/08—Combustion methods not related to a particular type of apparatus including secondary combustion in the presence of catalytic material
    • 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
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24B—DOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
    • F24B1/00—Stoves or ranges
    • F24B1/006—Stoves or ranges incorporating a catalytic combustor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2212/00—Burner material specifications

Definitions

  • the invention relates to the field of combustion technology and relates to a device and a method for treating exhaust gases in single-room firing systems, which can be used, for example, for the combustion of wood or coal in the domestic sector.
  • Single room firing systems are fireplaces that are used to heat rooms and / or provide hot water, are operated with solid fuels and, together with the exhaust system, form the combustion system. This definition is part of the combustion ordinances of the federal states and the Federal Immission Control Ordinance. According to the decision of the European Commission (Official Journal EG L 184 of 17.07.1999), individual room heating systems are "room heating systems that burn solid raw fuels for use in buildings”. Single room firing systems are nationally and European standardized. They are included as building products in the building regulations list A part 1 and 2 of the German Institute for Building Technology.
  • Solid fuels are biogenic or fossil solid fuels.
  • the biogenic solid fuels essentially include natural lumpy or non-lumpy wood and pellets made of natural wood.
  • Fossil solid fuels are hard and lignite coke as well as hard and lignite briquettes.
  • the individual room firing systems are connected to exhaust systems.
  • Gaseous pollutants are primarily understood to mean carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC), which are created when wood is incompletely burned or other fuels used in domestic single-room heating systems.
  • the hydrocarbons include a number of compounds that are solid or liquid at room temperature, but become gaseous at elevated temperatures such as those in flue gas. If these hydrocarbons and CO are released into the environment untreated, they cause harmful and undesirable effects, e.g. health, toxic damage to humans and animals or even odor nuisance effects.
  • the gaseous pollutants in the exhaust gas from individual room heating systems can be converted into harmless compounds through chemical reactions.
  • these are oxidation reactions in which the harmless compounds carbon dioxide and water are formed.
  • the presence of oxygen is necessary, which is contained in the combustion gas supplied to the fireplace, which is mostly air and gets into the fireplace through primary, secondary and other feeds.
  • these reactions require the necessary activation energy, which usually has to be supplied thermally. This means that the reactions require a certain minimum temperature, with the higher the temperatures being, the faster and more complete they are. A necessary reaction time is still required for the most complete possible conversion of the pollutants.
  • the breakdown and conversion of gaseous pollutants in or after the fireplace depend, in addition to the concentration of the pollutants, above all on the temperature and the residence time of the exhaust gases at these temperatures. The higher the temperature and the longer the residence time, the better the degradation.
  • the temperature in a fireplace differs at different points and usually decreases continuously from the place of combustion to the exhaust gas discharge into the exhaust system. While temperatures of around 1000 ° C or higher can prevail in the vicinity of the flame, smoke gas temperatures of 200 ° C to 300 ° C occur at the flue gas nozzle, where the flue gas escapes into the flue gas system. With a constant temperature in the combustion zone, a certain temperature distribution of the components of the fireplace is established, which depends on the structural design of the fireplace and the materials used and which in turn influences the temperature distribution of the exhaust gas flow.
  • the temperature distribution in individual room firing systems is subject to highly dynamic changes, as the temperatures in the combustion zone can fluctuate very strongly.
  • Such fluctuations can be the result of different fuel quality and quantity, fuel application cycles influenced by the user or the manually operated supply air control. It is typical, for example, that after the fireplace has been lit, the fuel burns up until embers form, on which new fuel is then placed again after a while. This creates a lot strong cyclical temperature changes in the fireplace and the flue gas.
  • the pollutant content in the exhaust gas also fluctuates significantly. When lighting the fireplace, when it burns out and shortly after adding fuel to the embers, there are high emission peaks. A high level of pollutants can also arise with very small editions and low temperatures, as well as with little air supply.
  • the dwell time of the exhaust gas components at a certain temperature is determined by the specific exhaust gas routing in the fireplace, which, in addition to the structural design of the fireplace, also depends on the exhaust gas volume flow and the exhaust gas feed pressure (negative pressure) of the connected exhaust system. If the temperature of the exhaust gas is very low and the dwell time is too short, not enough gaseous pollutants are broken down, so that the concentration of pollutants escaping into the environment is high.
  • An improvement in pollutant emissions into the environment can be achieved through the use of catalysts.
  • a catalyst or a catalytically active material is understood to mean a substance that increases the reaction rate of a chemical reaction by lowering the activation energy without being consumed itself. It accelerates the back and forth reaction equally and thus changes the kinetics of the chemical reactions, but not their thermodynamics.
  • a catalyst takes part in the reaction, but is not consumed by it, but can go through these reactions several times.
  • a heterogeneous catalysis is the reaction of gaseous pollutants on a solid catalyst.
  • catalysts in single-room heating systems enables a better reaction of the gaseous pollutants, which is achieved by the fact that chemical reactions take place at lower temperatures than in single-room heating systems without the use of catalysts.
  • Each catalyst has a specific working window in relation to the respective chemical reaction, which among other things depends on the prevailing temperature. If the temperature is too low, the catalyst will not cause any noteworthy chemical reactions. If the temperature is too high, the catalyst can possibly be damaged by decomposition and / or coarsening of the specific surface ("thermal aging"). It is therefore important to set the catalyst to an optimal working temperature for the respective reaction and to keep it at this working temperature in order to achieve optimal conversion rates of chemical reactions and a breakdown or conversion of gaseous pollutants.
  • a characteristic of the catalytic converter is the working temperature.
  • the T50 temperature for a chemical reaction is the temperature at which 50% of the conversion, eg of a hydrocarbon, takes place.
  • the T10 value describes the temperature at which 10% are converted.
  • 90% of the hydrocarbon, for example is converted.
  • the light-off temperature of the catalytic converter is the temperature at which a first measurable chemical reaction takes place. Typically, the course of the reaction is examined comparatively without the use of a catalyst and then the conversion temperatures of the chemical reaction with and without a catalyst are compared.
  • the aging of a catalytic converter is investigated by comparing a chemically and / or thermally aged catalytic converter with an unused catalytic converter in the range of the T50 temperature.
  • the working window of the catalytic converter essentially depends on the material composition and the specific surface area of the catalytic converter.
  • the specific surface is described by the surface of the catalyst available for the chemical reactions. Different catalysts can be used for the same chemical reactions, which in turn can each have different working windows. Conversely, in the case of a large number of pollutants in the exhaust gas, it is necessary that the catalytic converter (s) be in a wide range of chemical reactions act with different working windows.
  • the catalytic converter is brought to the optimum working temperature and kept there by a special heating and cooling device. If the temperature of the exhaust gas fluctuates, this temperature is measured with sensors and the exhaust gas is brought to and maintained at the optimum working temperature by this device. Such devices are not used for single-room firing systems for reasons of cost or because of the technical complexity of such devices.
  • a filter device for gas cleaning preferably for flue gas cleaning with a dust filter in the raw gas space of the dust filter is known, in which as a dust filter in the filter device elements from an open-pore Foam ceramics are arranged, which are optionally coated with metals, metal oxides or other metal compounds.
  • a device for treating exhaust gases from a small combustion system which has a catalytically active material, which is a ceramic, and the ceramic has a plurality of openings through which exhaust gases can flow.
  • an apparatus for treating exhaust gas from a small combustion system which consists of a housing with a base and cover and at least two devices arranged in the housing between the base and cover. These each contain a catalytic converter device which has a catalytically active material, the catalytically active material being a ceramic with which an oxidation of the exhaust gases can be catalyzed, and the catalytic converter device has a plurality of openings through which the exhaust gases can flow.
  • the bottom of the apparatus has an opening through which exhaust gas from the small combustion system can be fed into the apparatus.
  • the lid of the apparatus has an opening through which the treated exhaust gas can be discharged.
  • a device for reducing emissions for solid fuel fireplaces which comprises at least one catalyst element and at least one filter element.
  • a flue gas filter system for small firings, especially small firings for the combustion of wood, with an exhaust air chimney which has a particle separator which is designed as a regenerable filter with a flue gas fan and which is followed by a regenerable device for chemical reduction of the gaseous pollutants in the flue gas.
  • the disadvantage is that the known solutions for treating exhaust gases in single-room firing systems are technically complex and cost-intensive and continuous exhaust gas treatment is not possible with regard to the discontinuous mode of operation of the individual-room firing system.
  • the object of the present invention is to provide a device for treating exhaust gases in single-room firing systems which is technically simple and inexpensive and with which an essentially continuous exhaust gas treatment is implemented with regard to the discontinuous mode of operation of the individual-room firing system.
  • the solution according to the invention consists of a device for treating exhaust gases in single-room firing systems, in which at least one component is arranged in the exhaust gas flow, which consists entirely or partially of a catalytically active material, and in which furthermore in the exhaust gas flow in the direction of flow after the component there is a catalytically active component Material at least one component is arranged, which consists of a material with a higher volumetric heat capacity than the component of a catalytically active material.
  • the volume of the component with a higher specific volumetric heat capacity compared to the volume of the component with a catalytically active material has a deviation by a factor of 2.
  • the at least one component with a higher volumetric heat capacity has a plate-shaped and / or irregular geometry.
  • the at least one component with a higher volumetric heat capacity consists of fireclay, mullite, cordierite, vermiculite, aluminum oxide and / or silicon carbide ceramic.
  • the side of the component with a higher volumetric heat capacity that faces away from the component made of a catalytically active material has a heat-insulating layer. It is advantageous if the heat-insulating layer is made of ceramic fiber insulating material, porous light-weight fire brick and / or vermiculite.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention is when the material of the side of the component with a higher volumetric heat capacity, which faces a component made of a catalytically active material, has a region with a higher thermal conductivity than the material of the side of the component with a higher volumetric heat capacity, which faces away from the component made of a catalytically active material.
  • the side of the component with a higher volumetric heat capacity, which faces the at least one component made of a catalytically active material, advantageously has an emission coefficient> 0.8.
  • the at least one component with a higher volumetric heat capacity has a catalytically active coating.
  • the at least one component with a higher volumetric heat capacity is advantageously composed of a catalytically active material. It is advantageous if the at least one component made of a catalytically active material has a plate-shaped and / or irregular geometry.
  • the at least one component made of a catalytically active material is advantageously an open-cell foam ceramic, a ceramic network molded from textile structures, a bed, a plate and / or a plate coated with a catalytically active material.
  • the at least one component made of a catalytically active material advantageously has a specific volumetric heat capacity of 200 kJ / (K * m 3 ) to 1000 kJ / (K * m 3 ).
  • the catalytically active material is also advantageously iron, platinum and / or palladium or mixtures of iron, platinum and / or palladium.
  • the geometry of the at least one component advantageously has a higher volumetric heat capacity compared to the geometry of the at least one component made of a catalytically active material has a deviation by a factor of ⁇ 1.5.
  • the at least one component with a higher volumetric heat capacity and the at least one component made of a catalytically active material have essentially the same geometry.
  • the at least one component with a higher volumetric heat capacity and / or the at least one component made from a catalytically active material has a locally different thickness or a continuous change in thickness.
  • the at least one component with a higher volumetric heat capacity and the at least one component made of a catalytically active material are particularly advantageously arranged parallel to one another. And in particular it is advantageous if the at least one component made of a catalytically active material is arranged at a distance of 3 mm to 50 mm from the at least one component with a higher volumetric heat capacity.
  • the at least one component with a higher volumetric heat capacity advantageously has a specific volumetric heat capacity of 1200 kJ / (K * m 3 ) to 3500 kJ / (K * m 3 ).
  • the at least one component with the catalytically active material and the at least one component with the higher volumetric heat capacity are arranged in the exhaust gas duct after a filter component.
  • the exhaust gas flow is passed through a filter component and then at least one component which consists entirely or partially of a material that has a catalytic effect on components of the exhaust gas flow, guided and directly following to a component which consists of a material with a higher volumetric heat capacity than the component made of a catalytically active material and the side of this component that faces away from the component made of a catalytically active material has a heat-insulating layer, and the Exhaust gas flow at and / or around and / or at most partially passed through this component with the higher volumetric heat capacity along in the direction of the exhaust gas outlet.
  • a single-room combustion system for the first time, which comprises a device for treating exhaust gases, which is characterized by a cost-effective and technically simple structure and with which an essentially continuous exhaust gas treatment is implemented with regard to the discontinuous operation of the individual room combustion system.
  • the single-room firing system it is possible, in particular through better utilization of the functionality of a component with a catalytically active material, to significantly reduce pollutant emissions to the environment when solid materials burn off in a single-room firing system.
  • a catalytically active material is to be understood in the context of the invention as a material which has a catalytic effect on at least one of the constituents of the exhaust gas flow.
  • the compensation of the temperature fluctuations and an essentially constant working temperature are thus achieved over the entire performance range of the individual room combustion system and in particular also during partial load operation of the individual room combustion system.
  • the at least one component with a catalytically active material can be a highly porous carrier or a cellular structure or a bed which consists of a catalytically active material and / or is coated with this.
  • the component according to the invention made of a catalytically active material is arranged in the exhaust gas flow after a filter component. With such a filter component, solid particles, such as soot, for example, are filtered from the exhaust gas flow.
  • the component arranged after the filter element made of a catalytically active material can be made up of individual components through which the exhaust gas flows.
  • the at least one component made of a catalytically active material has a plate-shaped geometry with a large area perpendicular to the direction of the exhaust gas flow and a small expansion in the direction of the exhaust gas flow.
  • irregularly shaped components with different thicknesses can also be used. It is also possible that the components deviating from the plate shape are curved and pleated plates, hemispherical shells or cylinder jackets.
  • the at least one component with a catalytically active material has a low specific volumetric heat capacity of ⁇ 1000 kJ / (K * m 3 ), preferably of ⁇ 500 kJ / (K * m 3 ), particularly preferably from 200 to 400 kJ / ( K * m 3 ).
  • a component with a higher volumetric heat capacity is arranged immediately adjacent to and in the exhaust gas flow after the at least one component with a catalytically active material.
  • This component has a specific volumetric heat capacity of> 1200 kJ / (K * m 3 ), preferably from 1500 to 3500 kJ / (K * m 3 ).
  • adjacent is intended to mean the distance between the two sides of the at least one component with a catalytically active material and the at least one component a higher volumetric heat capacity can be understood.
  • This distance can be between 3 mm and 50 mm, in a preferred embodiment the distance is between 5 and 20 mm.
  • the specific volumetric heat capacity (also called heat storage number) is the volume-related heat capacity of a material and results from the specific, i.e. mass-related heat capacity of a material, multiplied by its density.
  • the unit is kJ / (K * m 3 ). Since the heat capacity in particular is a temperature-dependent value, the values mentioned are based on values at room temperature. Although the heat capacity at the higher operating temperatures is the correct physical quantity for the application according to the invention, since the known temperature dependencies of the heat capacities of most materials are similar, reference is made to the room temperature values for the sake of simplicity.
  • the specific volumetric heat capacity of a component is calculated from the heat capacity and density of the materials forming the component, based on the total volume of the component.
  • the total volume is defined by the outer delimiting geometry of the component. If the building element is made up of different components and materials, the specific volumetric heat capacity results from the sum of the heat capacities of the individual components and materials, based on the total volume of the building element.
  • the specific volumetric heat capacity of many solid substances is in the range from 1500 to 4500 kJ / (K * m 3 ), which essentially depends on the molar mass and the density of the atomic packing.
  • PCM phase change materials
  • the at least one component with a higher volumetric heat capacity is arranged, starting from the direction of the exhaust gas flow, behind the component made of a catalytically active material, advantageously in parallel. This ensures that the entire or at least the major part of the hot exhaust gas first flows through the at least one component with a catalytically active material and only then the at least one component with a higher volumetric heat capacity on and / or around and / or at most partially flows through.
  • the geometry of the at least one component with a higher specific volumetric heat capacity is essentially the same as the geometry of the at least one component with a catalytically active material, it being possible for the geometric dimensions of the two components to deviate by a factor of ⁇ 15, for example, that a component can have a length and / or width and / or thickness that is up to 1.5 times greater.
  • the volume of the component with a higher specific volumetric heat capacity can be essentially equal to, greater than or also smaller than the volume of the at least one component with a catalytically active material, with a deviation in the volume of the two components by a factor of ⁇ 2 may be present.
  • the absolute heat capacities (in J / K) resulting from the volume of the components and their specific volumetric heat capacity are in a ratio of 1: 5 to 1:20 (component with a catalytically active material: component with higher volumetric heat capacity).
  • 1: 5 0.2
  • the compensating effect of the components on the temperature distribution is too small.
  • 1:20 0.05
  • the thermal inertia influences the heating of the two Components disadvantageous, so that the working temperature of the catalytic converter is only reached very late.
  • the treatment of exhaust gases from individual room firing systems is realized in that when the individual room firing system is put into operation, the exhaust gas flow is first passed through a filter component and then through the at least one component with a catalytically active material.
  • the hot exhaust gas flow is passed through the at least one component with a catalytically active material, the required working temperature of this component is reached quickly due to its very low volumetric heat capacity.
  • the exhaust gas flow is guided directly to the component arranged downstream with a higher volumetric heat capacity. Due to the high heat capacity of the component with the higher volumetric heat capacity, this component is slowly heated, the function of the catalytic converter element not being influenced by this. As time goes on, the temperatures of the neighboring components are adjusted.
  • the component with a catalytically active material has a high volumetric heat capacity, either alone or in combination with the component with a higher volumetric heat capacity, this leads to a very slow heating of the component with a catalytically active material, so that the working temperature is very late , or, for example, at part load, is not reached at all.
  • Another positive effect of the invention is that if the individual room heating system is overloaded, as can occur due to incorrect operation by the user, e.g. due to excessive fuel consumption, the high heat capacity of the component with the higher volumetric heat capacity also prevents the catalytically active component from overheating too much protects, whereby thermal damage to the catalytically active material is avoided.
  • the at least one component with a catalytically active material and the at least one component with a higher volumetric heat capacity are arranged in the exhaust gas duct so that when the solid fuel burns, a working temperature for the component with the catalytically active material of 250 ° C to 600 ° C Available.
  • the at least one component with a higher volumetric heat capacity can be made from different materials and accordingly have different physical and thermal properties.
  • the exact selection and design of the materials, their geometry and arrangement depends on the respective constellation of the individual room combustion system, in particular the size of the combustion chamber and the nominal output, as well as the geometry and lining of the exhaust gas duct.
  • the person skilled in the art can carry out further coordination by designing the volumes and the spacings.
  • Further influencing variables on the effect to be achieved according to the invention consist in the heat transfer coefficient and the thermal conductivity of the materials. It has been shown, however, that the main influencing factor lies in the heat capacities of the two components and their relationship to one another. These in turn depend on the volume of the components and the specific volumetric heat capacities of the materials used.
  • a first selection of the materials required to achieve the inventive effect of the thermal compensation effect of temperature fluctuations caused by conditions in order to maintain an optimal working window for the catalytically active material can be made in a manner analogous to the relevant design of storage fireplaces, as described, for example, in: H. Hofbauer, T. Schiffert, D. Vogl, Design of Ceramic Storage, Series of publications by the Austrian Tiled Stove Association, Vienna 2002, ISBN 3-901680-07-1 .
  • a person skilled in the art can carry out a more precise coordination with a few experimental measurements of the temperatures on the catalytically active material and / or the CO and HC emissions.
  • the side of the component with a higher volumetric heat capacity that faces away from the component with a catalytically active material has a thermally insulating material. It is also advantageous if the thermal conductivity of the material on the side facing the component with a catalytically active material is as high as possible. It is also advantageous if the side of the component with a higher volumetric heat capacity that faces the at least one component made of a catalytically active material has a high emission coefficient> 0.8. This can be achieved, for example, by a special coating on the side of the component with a higher volumetric heat capacity. This ensures that the heat stored in the component with a higher volumetric heat capacity is mainly given off only in the direction of the component with a catalytically active material.
  • the at least one component with the higher volumetric heat capacity can have a catalytically active coating. This can be realized by a surface layer made of catalytically active materials on the surface facing the component with a catalytically active material. It is also possible that the component with a higher volumetric heat capacity is itself a catalytically active component. Iron, platinum or palladium and / or mixtures thereof can be used as catalytically active materials.
  • a wood-fired wood-burning stove as a single-room heating system has a nominal heat output of 7 kW, the exhaust gas temperature being 230 ° C, the exhaust gas delivery pressure 12 Pa and the exhaust gas mass flow 9.7 g / s.
  • the combustion chamber of the stove has a cross-section of 200 x 350 mm.
  • a filter material is installed between the combustion chamber and the flue gas collector.
  • the filter material is an open-cell foam ceramic made of cordierite with a cell size of 10 ppi with the dimensions 200 x 300 x 25 mm and is fixed in a frame.
  • a component made of a catalytically active material is installed parallel at a distance of 60 mm.
  • the component made of a catalytically active material is an open-cell foam ceramic made of cordierite with a cell width of 10 ppi with the dimensions 200 x 300 x 20 mm, which is coated with a Pt-Pd catalyst.
  • the catalyst has a T50 conversion temperature for CO of 150 ° C and for HC (measured as propane) of 300 ° C.
  • a working temperature of 400 ° C is aimed for as high a pollutant breakdown as possible of> 90%.
  • Thermal damage to the catalyst sets in at temperatures above 800 ° C.
  • the specific volumetric heat capacity of the component with the catalytically active material at room temperature is 350 kJ / (K * m 3 ), the absolute heat capacity 420 J / K.
  • Another component in the form of a plate with dimensions of 180 x 280 x 40 mm is installed parallel to this at a distance of 20 mm.
  • the component has a higher volumetric heat capacity than the component with the catalytically active material and consists of silicon carbide ceramic with a specific volumetric heat capacity at room temperature of 1300 kJ / (K * m 3 ).
  • the absolute heat capacity of this component is 2600 J / K.
  • the side of this component facing away from the combustion chamber is coated with a 3 mm thick layer of ceramic fiber insulation.
  • the side of this component facing the combustion chamber has an emission coefficient of 0.85 on.
  • the working temperature of the component with the catalytically active material of 400 ° C is reached after 10 minutes when the solid fuel is applied for the first time. After a further 20 minutes, the burning has taken place, so that further layers of logs are made at intervals of 30 minutes.
  • the temperature of the component with the catalytically active material fluctuates only between 350 ° C and 450 ° C. As a result, an essentially continuous exhaust gas treatment is achieved in the single-room combustion system.

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Description

    Anwendungsgebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik und betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Abgasen in Einzelraumfeuerungsanlagen, die beispielsweise zur Verbrennung von Holz oder Kohle im häuslichen Bereich zur Anwendung kommen können.
    • Stand der Technik
  • Einzelraumfeuerungsanlagen sind Feuerstätten, die zur Beheizung von Räumen und/oder der Warmwasserversorgung dienen, mit Festbrennstoffen betrieben werden und mit der Abgasanlage zusammen die Feuerungsanlage bilden. Diese Definition ist Bestandteil der Feuerungsverordnungen der Länder und der Bundes-Immissionsschutzverordnung. Gemäß der Entscheidung der Europäischen Kommission (Amtsblatt EG L 184 vom 17.07.1999) sind Einzelraumfeuerungsanlagen "Raumerwärmungsanlagen, die feste (...) Brennstoffe verbrennen zur Verwendung in Gebäuden".
    Einzelraumfeuerungsanlagen sind national und europäisch genormt. Sie sind als Bauprodukte in der Bauregelliste A Teil 1 und 2 des Deutschen Institutes für Bautechnik enthalten.
  • Festbrennstoffe sind biogene oder fossile, feste Brennstoffe. Zu den biogenen festen Brennstoffen gehören im Wesentlichen naturbelassenes stückiges oder nichtstückiges Holz und Presslinge aus naturbelassenem Holz. Fossile feste Brennstoffe sind Stein- und Braunkohlenkoks sowie Stein- und Braunkohlenbriketts.
  • Einzelraumfeuerungsanlagen sind im Wesentlichen durch folgende Parameter charakterisiert:
    • Leistungsbereich bis 50 kW
    • Abgastemperaturen bis 400 °C
    • erforderliche Mindestabgasförderdrücke 8 bis 20 Pa
    • Abgasmassenströme bis 60 g/s.
  • Die Einzelraumfeuerungsanlagen werden an Abgasanlagen angeschlossen.
  • Einzelraumfeuerungsanlagen zur Verbrennung von Festbrennstoffen, wie Holz, werden zunehmend mehr angewandt. Dabei ist insbesondere die Emission von nicht erwünschten gasförmigen Schadstoffen eine Problematik, die derzeit noch nicht ausreichend gelöst ist.
  • Für die Behandlung von Abgasströmen von Einzelraumfeuerungsanlagen mit geringen Wärmeleistungen wurden in den letzten Jahren Filter entwickelt, bei denen feste Schadstoffpartikel und Aerosole zurückgehalten und beim Erreichen ausreichend hoher Temperaturen verbrannt werden.
    Dagegen sind Lösungen zur Behandlung von gasförmigen Schadstoffen noch nicht in breitem Umfang angewandt worden.
  • Unter gasförmigen Schadstoffen werden vor allem Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) verstanden, die bei der unvollständigen Verbrennung von Holz oder auch anderen Brennstoffen, die in häuslichen Einzelraumfeuerungsanlagen eingesetzt werden, entstehen. Unter den Kohlenwasserstoffen befinden sich eine Reihe von Verbindungen, die bei Raumtemperatur fest oder flüssig vorliegen, aber bei erhöhter Temperatur, wie sie im Rauchgas vorherrschen, gasförmig werden. Werden diese Kohlenwasserstoffe und CO unbehandelt in die Umgebung entlassen, so rufen sie schädliche und unerwünschte Wirkungen vor, z.B. gesundheitliche, toxische Schädigungen von Menschen und Tieren oder auch geruchsbelästigende Wirkungen.
  • Die gasförmigen Schadstoffe im Abgas von Einzelraumfeuerungsanlagen können durch chemische Reaktionen zu unschädlichen Verbindungen umgewandelt werden. In der Regel handelt es sich dabei um Oxidationsreaktionen, bei denen aus den schädlichen Verbindungen die unschädlichen Verbindungen Kohlendioxid und Wasser gebildet werden. Für diese Reaktionen ist die Anwesenheit von Sauerstoff notwendig, der im der Feuerstätte zugeführten Verbrennungsgas enthalten ist, welches zumeist Luft ist und durch Primär-, Sekundär- und weitere Zuführungen in die Feuerstätte gelangt. Weiterhin benötigen diese Reaktionen eine notwendige Aktivierungsenergie, die zumeist thermisch zugeführt werden muss. Dies bedeutet, dass die Reaktionen eine bestimmte Mindesttemperatur erfordern, wobei sie schneller und vollständiger ablaufen, je höher die Temperaturen sind. Für eine möglichst vollständige Umsetzung der Schadstoffe ist weiterhin eine notwendige Reaktionszeit erforderlich.
  • Der Abbau und die Umwandlung von gasförmigen Schadstoffen in oder nach der Feuerstätte hängen neben der Konzentration der Schadstoffe vor allem von der Temperatur und der Verweilzeit der Abgase bei diesen Temperaturen ab. Der Abbau erfolgt umso besser, je höher die Temperatur und je länger die Verweilzeit ist. Die Temperatur in einer Feuerstätte ist an verschiedenen Stellen unterschiedlich und nimmt in der Regel vom Ort der Verbrennung bis zur Abgasabführung in die Abgasanlage kontinuierlich ab. Während in der Nähe der Flamme Temperaturen um 1000°C oder höher herrschen können, treten am Abgasstutzen, wo das Rauchgas in die Abgasanlage entweicht, Rauchgastemperaturen von 200°C bis 300°C auf. Bei konstanter Temperatur in der Verbrennungszone stellt sich eine bestimmte Temperaturverteilung der Komponenten der Feuerstätte ein, die von der konstruktiven Gestaltung der Feuerstätte und den verwendeten Materialien abhängt und die wiederum die Temperaturverteilung des Abgasstromes beeinflusst.
  • Darüber hinaus ist die Temperaturverteilung in Einzelraumfeuerungsanlagen hochdynamischen Veränderungen unterworfen, da die Temperaturen in der Verbrennungszone sehr stark schwanken können. Derartige Schwankungen können Folge unterschiedlicher Brennstoffqualität und Menge, vom Nutzer beeinflusster Auflagezyklen von Brennstoff oder auch der manuell betriebenen Zuluftregelung sein. So ist typisch, dass beispielsweise nach der Anfeuerung der Feuerstätte ein Abbrand des Brennstoffes erfolgt, bis es zu einer Glutbildung kommt, auf die dann nach einiger Zeit wieder neuer Brennstoff aufgelegt wird. Dadurch entstehen sehr starke zyklische Temperaturänderungen in der Feuerstätte und des Rauchgases. Auch schwankt der Schadstoffgehalt im Abgas signifikant. Beim Anfeuern der Feuerstätte, beim Ausbrand und kurz nach der Neuauflage von Brennstoff auf die Glut kommt es zu hohen Emissionsspitzen. Auch kann bei sehr geringen Auflagen und niedrigen Temperaturen sowie bei geringer Luftzufuhr ein hoher Schadstoffgehalt entstehen.
  • Die Verweilzeit der Abgaskomponenten bei einer bestimmten Temperatur wird durch die konkrete Abgasführung in der Feuerstätte bestimmt, die neben der konstruktiven Gestaltung der Feuerstätte auch von dem Abgasvolumenstrom und dem Abgasförderdruck (Unterdruck) der angeschlossenen Abgasanlage abhängt. Bei sehr niedrigen Temperaturen des Abgases und einer zu kurzen Verweilzeit werden nicht genügend gasförmige Schadstoffe abgebaut, so dass die Konzentration der in die Umwelt entweichenden Schadstoffe hoch ist.
  • Eine Verbesserung der Schadstoffemission in die Umwelt kann durch den Einsatz von Katalysatoren erreicht werden.
  • Unter einem Katalysator oder einem katalytisch wirkenden Material wird ein Stoff verstanden, der die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch Senkung der Aktivierungsenergie erhöht, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Er beschleunigt die Hin- und Rückreaktion gleichermaßen und ändert somit die Kinetik der chemischen Reaktionen, allerdings nicht deren Thermodynamik. Ein Katalysator nimmt zwar an der Reaktion teil, wird aber durch diese nicht verbraucht, sondern kann diese Reaktionen mehrfach durchlaufen.
  • Nach der Art des Katalysators und der Reaktanten lassen sie sich in homogene und heterogene Katalysatoren unterscheiden. Um eine heterogene Katalyse handelt es sich bei der Reaktion von gasförmigen Schadstoffen an einem festen Katalysator.
  • Der Einsatz von Katalysatoren in Einzelraumfeuerungsanlagen ermöglicht eine bessere Reaktion der gasförmigen Schadstoffe, was dadurch erreicht wird, dass chemische Reaktionen bereits bei niedrigeren Temperaturen als bei Einzelraumfeuerungsanlagen ohne Einsatz von Katalysatoren ablaufen. Dabei hat jeder Katalysator in Bezug auf die jeweilige chemische Reaktion ein bestimmtes Arbeitsfenster, das unter anderem von der herrschenden Temperatur abhängt. Ist die Temperatur zu niedrig, so wird auch der Katalysator keine nennenswerten chemischen Reaktionen bewirken. Ist die Temperatur zu hoch, kann der Katalysator möglicherweise durch Zersetzung und/oder Vergröberung der spezifischen Oberfläche geschädigt werden ("thermische Alterung"). Es ist daher wichtig, den Katalysator auf eine optimale Arbeitstemperatur für die jeweilige Reaktion einzustellen und bei dieser Arbeitstemperatur zu halten, um optimale Umsatzraten von chemischen Reaktionen und einen Abbau oder eine Umwandlung von gasförmigen Schadstoffen zu erreichen.
  • Ein Charakteristikum des Katalysators ist die Arbeitstemperatur. So ist die T50-Temperatur für eine chemische Reaktion die Temperatur, bei der 50% des Umsatzes, z.B. eines Kohlenwasserstoffs, erfolgt. Gleichermaßen beschreibt der T10-Wert die Temperatur, bei der 10% umgesetzt werden. Bei der T90-Temperatur sind somit 90% z.B. des Kohlenwasserstoffes umgesetzt.
    Als Anspringtemperatur des Katalysators wird die Temperatur bezeichnet, bei der eine erste messbare chemische Reaktion erfolgt. Typischerweise wird der Reaktionsverlauf ohne Einsatz eines Katalysators vergleichend untersucht und dann die Umsatztemperaturen der chemischen Reaktion mit und ohne Katalysator verglichen.
  • Außerdem wird die Alterung eines Katalysators untersucht, indem ein chemisch und/oder thermisch gealterter Katalysator mit einem unbenutzten Katalysator im Bereich der T50-Temperatur verglichen wird.
  • Das Arbeitsfenster des Katalysators hängt für die jeweiligen chemischen Reaktionen im Wesentlichen von der stofflichen Zusammensetzung und der spezifischen Oberfläche des Katalysators ab. Die spezifische Oberfläche wird durch die für die chemischen Reaktionen verfügbare Oberfläche des Katalysators beschrieben. Es können für die gleichen chemischen Reaktionen unterschiedliche Katalysatoren verwendet werden, die wiederum jeweils für sich unterschiedliche Arbeitsfenster aufweisen können. Umgekehrt ist es bei einer Vielzahl von Schadstoffen im Abgas notwendig, dass der oder die Katalysatoren in einem breiten Spektrum von chemischen Reaktionen mit unterschiedlichem Arbeitsfenster wirken. Bei technisch aufwändigen industriellen Einrichtungen der Abgasnachbehandlung wird der Katalysator beispielsweise durch eine spezielle Vorrichtung der Heizung und Kühlung auf die optimale Arbeitstemperatur gebracht und dort gehalten. Bei schwankenden Temperaturen des Abgases wird diese Temperatur mit Sensoren gemessen und das Abgas durch diese Vorrichtung auf die optimale Arbeitstemperatur gefahren und gehalten. Solche Vorrichtungen kommen für Einzelraumfeuerungsanlagen jedoch aus Kostengründen oder aufgrund der technischen Komplexität derartiger Vorrichtungen nicht zum Einsatz.
  • Für die Behandlung von gasförmigen Schadstoffen bei der Nutzung von Einzelraumfeuerungsanlagen sind bereits Lösungen bekannt, bei denen ein Teil des Abgases oder auch das gesamte Abgas über oder durch einen Katalysator geleitet wird. Eine Nachverbrennung von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen wird in der Regel durch den Einbau von keramischen oder metallischen Bauteilen mit katalytischen Eigenschaften in die Abgasanlage oder in die Feuerstätte realisiert. Das können beispielsweise Verkleidung der Feuerraumwände, Prall- und Umlenkplatten, Lochplatten, offenzelluläre Schaumkeramik oder Formkörper wie Waben bis hin zu Schüttungen aus regelmäßig oder unregelmäßig geformten Formteilen, wie beispielsweise Kugeln, sein. Diese sind entweder aus Materialien aufgebaut, die selbst katalytische Eigenschaften aufweisen oder sie sind an der Oberfläche mit katalytisch wirkenden Materialien versehen.
  • Probleme bereiten die bisher bekannten Lösungen bei der Konzeption von Einzelraumfeuerungsanlagen mit geringer Wärmeleistung, wie sie im modernen Wohnungsbau mittlerweile aufgrund der wesentlich verbesserten Wärmedämmeigenschaften des Baukörpers erforderlich sind. Kleine Feuerräume mit geringen Brennstoffauflagen führen hingegen zu hohen Emissionen. Gleiches trifft für konventionelle Geräte zu, sofern sie aufgrund des geringen Wärmebedarfes im Teillastbetrieb gefahren werden.
  • Aus der DE 37 05 793 A1 ist ein Filterapparat zur Gasreinigung, vorzugsweise zur Rauchgasreinigung mit einem Staubfilter im Rohgasraum des Staubfilters bekannt, bei dem als Staubfilter in dem Filterapparat Elemente aus einer offenporiger Schaumkeramik angeordnet sind, die gegebenenfalls mit Metallen, Metalloxyden oder sonstigen Metallverbindungen beschichtet sind.
  • Ebenfalls bekannt ist aus der DE 102 15 734 A1 eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen von Feststoff-Feuerstätten, bei der ein Keramiknetzwerk eingebaut ist, welches von dem Abgasstrom vollständig oder im überwiegenden Maße durchströmt ist.
  • Außerdem ist aus der DE 10 2010 007 253 A1 eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen einer Kleinfeuerungsanlage bekannt, die ein katalytisch aktives Material aufweist, welches eine Keramik ist, und die Keramik eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die von Abgasen durchströmbar sind.
  • Aus der DE 20 2010 007 246 U1 ist ein Apparat zur Abgasbehandlung einer Kleinfeuerungsanlage bekannt, der aus einem Gehäuse mit Boden und Deckel und mindestens zwei im Gehäuse zwischen Boden und Deckel angeordneten Vorrichtungen besteht. Diese enthalten jeweils eine Katalysatoreinrichtung, die ein katalytisch aktives Material aufweist, wobei das katalytisch aktive Material eine Keramik ist, mit der eine Oxidation der Abgase katalysierbar ist, und die Katalysatoreinrichtung eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die von den Abgasen durchströmbar sind. Der Boden des Apparats weist eine Öffnung auf, durch die Abgas aus der Kleinfeuerungsanlage in den Apparat geleitet werden kann. Der Deckel des Apparats weist eine Öffnung auf, durch die das behandelte Abgas abgeleitet werden kann.
  • Bekannt aus der DE 20 2008 012 668 U1 ist eine Einrichtung zur Emissionsminderung für Festbrennstoff-Feuerstätten, die zumindest ein Katalysatorelement und zumindest ein Filterelement umfasst.
  • Aus der DE 10 2013 210 985 A1 sind Einbauten in Kleinfeuerungsanlagen bekannt, die eine Vermischung von brennbaren Abgasbestandteilen mit Verbrennungsluft bewirken und eine Wärmekapazität aufweisen, welche einen Abfall der Temperatur unter eine gewünschte Mindesttemperatur durch eine vorübergehend abgesenkte Verbrennungsleistung verhindert Dieses Dokument offenbart den Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
  • Bekannt aus der DE 196 27 028 A1 ist eine Rauchgasfilteranlage für Kleinfeuerungen, insbesondere Kleinfeuerungen für die Verbrennung von Holz, mit einem Abluftkamin, der einen Partikelabscheider aufweist, der als regenerierbares Filter mit Rauchgasgebläse ausgebildet ist und dem eine regenerierbare Einrichtung zur chemischen Reduzierung der gasförmigen Schadstoffe im Rauchgas nachgeschaltet ist.
  • Außerdem ist aus der DE 10 2006 021 133 A1 ein Verfahren zur Reinigung von mit Schadstoffen belasteten Abgasströmen bekannt, bei dem der Abgasstrom in einem Reaktor mit einer darin enthaltenen Schüttung aus Metallspänen katalytisch gereinigt wird und bei dem die dotierten Metallspäne vor dem Einsatz auf einer Starttemperatur aufgeheizt werden. Vor, mit oder nach der katalytischen Reinigung erfolgt eine Entstaubung der magnetisierbaren Partikel des Abgasstromes in einem Magnetfeld.
  • Nachteilig ist, dass die bekannten Lösungen zur Behandlung von Abgasen in Einzelraumfeuerungsanlagen technisch aufwendig und kostenintensiv sind und eine kontinuierliche Abgasbehandlung im Hinblick auf die diskontinuierliche Arbeitsweise der Einzelraumfeuerungsanlage nicht möglich ist.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen in Einzelraumfeuerungsanlagen anzugeben, die technisch einfach und kostengünstig ist und mit der eine im Wesentlichen kontinuierliche Abgasbehandlung im Hinblick auf die diskontinuierliche Arbeitsweise der Einzelraumfeuerungsanlage realisiert wird.
  • Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Ansprüche im Sinne einer und-Verknüpfung mit einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus einer Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen in Einzelraumfeuerungsanlagen, bei der im Abgasstrom mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches ganz oder teilweise aus einem katalytisch wirkenden Material besteht, und bei der weiterhin im Abgasstrom in Strömungsrichtung nach dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches aus einem Material mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität als das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material besteht.
  • Erfindungsgemäß stehen die aus dem Volumen der Bauelemente und deren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität resultierenden absoluten Wärmekapazitäten in einem Verhältnis von Bauelement aus katalytisch wirkendem Material: Bauelement mit höherer volumetrischen Wärmekapazität = 1:5 bis 1:20.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise weist das Volumen des Bauelementes mit einer höheren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität gegenüber dem Volumen des Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material eine Abweichung mit dem Faktor von ≤2 auf.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine plattenförmige und/oder unregelmäßige Geometrie aufweist.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise besteht das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität aus Schamotte, Mullit, Cordierit-, Vermiculit-, Aluminiumoxid- und/oder Siliciumcarbid-Keramik.
  • Erfindungsgemäß weist die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist, eine wärmeisolierende Schicht auf. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die wärmeisolierende Schicht aus keramischem Faserdämmstoff, porosiertem Feuerleichtstein und/oder Vermiculit ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, wenn das Material der Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, das einem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material zugewandt ist, einen Bereich mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit aufweist, als das Material der Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist.
  • Vorteilhafterweise weist die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem mindestens einem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material zugewandt ist, einen Emissionskoeffizienten >0,8 auf.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine katalytisch wirkende Beschichtung aufweist.
  • Vorteilhafterweise besteht das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität aus einem katalytisch wirkenden Material. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine plattenförmige und/oder unregelmäßige Geometrie aufweist.
  • Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine offenzellige Schaumkeramik, ein von textilen Strukturen abgeformtes Keramiknetzwerk, eine Schüttung, eine Platte und/oder eine mit einem katalytisch wirkenden Material beschichtete Platte.
  • Weiterhin vorteilhafterweise weist das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine spezifische volumetrische Wärmekapazität von 200 kJ/(K*m3) bis 1000 kJ/(K*m3) auf.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise sind das katalytisch wirkende Material, Eisen, Platin und/oder Palladium oder Mischungen von Eisen, Platin und/oder Palladium.
  • Vorteilhafterweise weist die Geometrie des mindestens einen Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität gegenüber der Geometrie des mindestens einen Bauelementes aus einem katalytisch wirkenden Material eine Abweichung mit dem Faktor von ≤ 1,5 auf.
  • Und ebenfalls vorteilhaft ist, wenn bei der Vorrichtung das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und das mindestens eine Bauelementes aus einem katalytisch wirkenden Material eine im Wesentlichen gleiche Geometrie aufweisen.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und/oder das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine lokal unterschiedliche Dicke oder eine kontinuierlich verlaufende Dickenveränderung aufweist.
  • Besonders vorteilhafterweise sind das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material parallel zueinander angeordnet sind. Und insbesondere ist es von Vorteil, wenn das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material in einem Abstand von 3mm bis 50mm zu dem mindestens einen Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität angeordnet ist.
  • Vorteilhafterweise weist das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine spezifische volumetrische Wärmekapazität von 1200 kJ/(K*m3)bis 3500 kJ/(K*m3) auf.
  • Erfindungsgemäß sind das mindestens eine Bauelement mit dem katalytisch wirkenden Material und das mindestens eine Bauelement mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität in der Abgasführung nach einem Filterbauelement angeordnet.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Abgasen von Einzelraumfeuerungsanlagen wird der Abgasstrom durch ein Filterbauelement und anschließend mindestens durch ein Bauelement, welches ganz oder teilweise aus einem auf Bestandteile des Abgasstroms katalytisch wirkenden Material besteht, geführt und direkt nachfolgend zu einem Bauelement, welches aus einem Material mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität als das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material besteht und die Seite dieses Bauelementes, die dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist, eine wärmeisolierende Schicht aufweist, und der Abgasstrom an und/oder um und/oder höchstens teilweise durch dieses Bauelement mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität entlang in Richtung des Abgasausgangs geführt.
  • Erfindungsgemäß wird erstmals eine Einzelraumfeuerungsanlage bereitgestellt, die eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen umfasst, die sich durch einen kostengünstigen und technisch einfachen Aufbau auszeichnet und mit der eine im Wesentlichen kontinuierliche Abgasbehandlung in Hinblick auf die diskontinuierliche Arbeitsweise der Einzelraumfeuerungsanlage realisiert wird.
  • Mit der erfindungsgemäßen Einzelraumfeuerungsanlage wird es insbesondere durch eine bessere Ausnutzung der Funktionsweise eines Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material möglich, bei Abbrand von Feststoffen in einer Einzelraumfeuerungsanlage die Schadstoffemission an die Umwelt signifikant zu verringern.
  • Erfindungsgemäß wird eine kontinuierliche Arbeitsweise eines Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material erreicht. Unter einem katalytisch wirkenden Material soll im Rahmen der Erfindung ein Material verstanden werden, welches auf mindestens einen der Bestandteile des Abgasstromes katalytisch wirkt.
  • Beim Abbrand von Festbrennstoffen treten brennstoffauflagebedingte Schwankungen der Abgastemperatur auf. Diese Temperaturschwankungen des Abgasstromes werden durch die materialabhängige Wärmestrahlung des mindestens einen Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität kompensiert. Dadurch wird eine im Wesentlichen gleichbleibende Arbeitstemperatur des mindestens einen Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material erreicht und eine bessere Arbeitsweise dieses Bauelementes und der gesamten Einzelraumfeuerungsanlage realisiert.
  • Die Kompensierung der Temperaturschwankungen und eine im Wesentlichen gleichbleibende Arbeitstemperatur werden damit über den gesamten Leistungsbereich der Einzelraumfeuerungsanlage und insbesondere auch bei Teillastbetrieb der Einzelraumfeuerungsanlage erreicht.
  • Das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material kann ein hochporöser Träger oder ein zellulärer Aufbau oder eine Schüttung sein, die aus einem katalytisch wirkenden Material besteht und/oder mit diesem beschichtet ist. Das erfindungsgemäße Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material ist im Abgasstrom nach einem Filterbauelement angeordnet.. Mit einem derartigen Filterbauelement werden feste Partikel, wie beispielsweise Ruß, aus dem Abgasstrom gefiltert.
  • Das nach dem Filterelement angeordnete Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material kann aus einzelnen Komponenten aufgebaut sein, die vom Abgas durchströmt werden. Typischerweise weist das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine plattenförmige Geometrie mit einer großen Fläche senkrecht zur Richtung des Abgasstromes und einer geringen Ausdehnung in Richtung des Abgasstromes auf. Jedoch sind auch unregelmäßig geformte Bauelemente mit unterschiedlichen Dicken einsetzbar. Möglich ist auch, dass die von der Plattenform abweichenden Bauelemente gewölbte und plissierte Platten, Halbkugelschalen oder Zylindermäntel sind.
  • Erfindungsgemäß besitzt das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material eine geringe spezifische volumetrische Wärmekapazität von ≤ 1000 kJ/(K*m3), vorzugsweise von < 500 kJ/(K*m3), besonders bevorzugt von 200 bis 400 kJ/(K*m3). Erfindungsgemäß ist unmittelbar benachbart von dem und im Abgasstrom nach dem mindestens einen Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material ein Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität angeordnet. Dieses Bauelement weist eine spezifische volumetrische Wärmekapazität von > 1200 kJ/(K*m3), vorzugsweise von 1500 bis 3500 kJ/(K*m3), auf. Unter benachbart soll im Rahmen der Erfindung der Abstand der beiden zueinander angeordneten Seiten des mindestens einen Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material und des mindestens einen Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität verstanden werden. Dieser Abstand kann zwischen 3 mm und 50 mm betragen, in einer bevorzugten Ausführung beträgt der Abstand zwischen 5 und 20 mm.
  • Die spezifische volumetrische Wärmekapazität (auch Wärmespeicherzahl genannt) ist die auf das Volumen bezogene Wärmekapazität eines Materials und ergibt sich aus der spezifischen, also massebezogenen Wärmekapazität eines Materials, multipliziert mit dessen Dichte. Die Einheit ist kJ/(K*m3). Da vor allem die Wärmekapazität ein temperaturabhängiger Wert ist, sind die genannten Werte auf Werte bei Raumtemperatur bezogen. Zwar ist für die erfindungsgemäße Anwendung die Wärmekapazität bei den höheren Betriebstemperaturen die korrekte physikalische Größe, da aber die bekannten Temperaturabhängigkeiten der Wärmekapazitäten der meisten Materialien ähnlich ist, wird zur Vereinfachung Bezug auf die Raumtemperaturwerte genommen.
  • Die spezifische volumetrische Wärmekapazität eines Bauelementes errechnet sich aus der Wärmekapazität und Dichte der das Bauelement bildenden Materialien, bezogen auf das Gesamtvolumen des Bauelementes. Das Gesamtvolumen wird durch die äußere begrenzende Geometrie des Bauelementes definiert. Ist das Bauelement aus verschiedenen Komponenten und Materialien aufgebaut, ergibt sich die spezifische volumetrische Wärmekapazität aus der Summe der Wärmekapazitäten der einzelnen Komponenten und Materialien, bezogen auf das Gesamtvolumen des Bauelementes. Die spezifische volumetrische Wärmekapazität vieler fester Stoffe liegt im Bereich von 1500 bis 4500 kJ/(K*m3), was im Wesentlichen von der molaren Masse und der Dichte der atomaren Packung abhängt. Geringe spezifische volumetrische Wärmekapazitäten unter 1500 kJ/(K*m3) können durch Porosierung oder durch einen zellularen Aufbau der Materialien erreicht werden, da das in den Poren enthaltene Gas (zumeist Luft) eine vernachlässigbare geringe volumetrische Wärmekapazität besitzt. Insofern wirkt sich die Verringerung der Dichte in Folge der Porosierung oder Zellularität eines Materials sehr stark auf die Verringerung der spezifischen volumetrischen Wärmekapazität eines Materials aus.
  • Eine zusätzliche Wärmeaufnahme und -abgabe wird realisiert, wenn die Materialien Stoffe enthalten, die einen Phasenwechsel bei einer bestimmten Temperatur aufweisen (sogenannte PCM = phase change materials), z.B. aufschmelzen, erstarren und/oder kristallisieren. Auch können zusätzliche thermische Effekte durch Adsorption/Desorption auftreten.
  • Das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität ist, ausgehend von der Richtung des Abgasstromes, hinter dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material, vorteilhafterweise parallel, angeordnet. Damit wird erreicht, dass der gesamte oder zumindest der überwiegende Anteil des heißen Abgases zuerst das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material durchströmt und erst danach das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität an- und/oder um- und/oder höchstens teilweise durchströmt.
  • Erfindungsgemäß ist die Geometrie des mindestens einen Bauelementes mit einer höheren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität im Wesentlich gleich der Geometrie des mindestens einen Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material, wobei eine Abweichung der geometrischen Abmessungen der beiden Bauelemente mit dem Faktor von ≤15 vorhanden sein kann, beispielsweise, dass ein Bauelement eine bis zu 1,5 mal größere Länge und/oder Breite und/oder Dicke aufweisen kann.
    Dabei kann das Volumen des Bauelementes mit einer höheren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität im Wesentlichen gleich dem, größer als oder auch kleiner als das Volumen des mindestens einen Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material sein, wobei eine Abweichung des Volumens der beiden Bauelemente mit dem Faktor von ≤2 vorhanden sein kann. Die aus dem Volumen der Bauelemente und deren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität resultierenden absoluten Wärmekapazitäten (in J/K) stehen dadurch im Verhältnis von 1:5 bis 1:20 (Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material : Bauelement mit höherer volumetrischer Wärmekapazität). Bei Werten über 1:5 = 0,2 ist der ausgleichende Effekt der Bauelemente auf die Temperaturverteilung zu gering. Bei Werten unter 1:20 = 0,05 beeinflusst die thermische Trägheit die Aufheizung der beiden Bauelemente nachteilig, so dass die Arbeitstemperatur des Katalysators erst sehr spät erreicht wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Behandlung von Abgasen von Einzelraumfeuerungsanlagen dadurch realisiert, dass bei Inbetriebnahme der Einzelraumfeuerungsanlage der Abgasstrom zuerst durch ein Filterbauelement und anschließend durch das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material geführt wird. Beim Durchführen des heißen Abgasstromes durch das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material wird die benötigte Arbeitstemperatur dieses Bauelementes infolge seiner sehr niedrigen volumetrischen Wärmekapazität rasch erreicht. Nach dem Durchströmen des Abgasstromes durch das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material wird der Abgasstrom direkt zu dem nachfolgend angeordneten Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität geführt. Durch die hohe Wärmekapazität des Bauelementes mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität wird dieses Bauelement langsam erwärmt, wobei die Funktion des Katalysatorelementes dadurch nicht beeinflusst wird. Mit zunehmender Zeit erfolgt die Angleichung der Temperaturen der benachbarten Bauelemente.
  • Besitzt dagegen das Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material eine hohe volumetrische Wärmekapazität, entweder allein oder in Kombination mit dem Bauelement mit höherer volumetrischer Wärmekapazität, so führt dies zu einer sehr langsamen Aufheizung des Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material, so dass die Arbeitstemperatur erst sehr spät, oder, z.B. bei Teillast, gar nicht erreicht wird.
  • Mit der erfindungsgemäßen Einzelraumfeuerungsanlage und dem Verfahren wird erreicht, dass bei Abbrand der Festbrennstoffe in der Einzelraumfeuerungsanlage und dem damit einhergehenden Absinken der Abgastemperatur durch die Wärmeabstrahlung des Bauelementes mit einer höheren Wärmekapazität an das benachbarte Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material die Temperatur des Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material auf einem höheren Temperaturniveau trotz Absinken der Abgastemperatur verbleibt. Dieser Effekt wird völlig ohne die Zufuhr weiterer Hilfsenergie, beispielsweise durch einen elektrischen Heizer und ohne den Einsatz spezieller Steuerungs- und Regelungselemente, insbesondere über einen Zeitraum erreicht, der die Zeitspanne bis zur nächsten Festbrennstoffauflage überbrückt.
  • Ein weiterer positiver Effekt der Erfindung besteht darin, dass bei Überlastung der Einzelraumfeuerungsanlage, wie sie durch Fehlbedienung durch den Nutzer z.B. infolge zu hoher Brennstoffauflage auftreten kann, die hohe Wärmekapazität des Bauelementes mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität auch das katalytisch wirkende Bauelement vor einer zu starken Überhitzung schützt, wodurch eine thermische Schädigung des katalytisch wirkenden Materials vermieden wird.
  • Das mindestens eine Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material und das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität sind so in der Abgasführung angeordnet, dass bei Abbrand der Festbrennstoffe eine Arbeitstemperatur für das Bauelement mit dem katalytisch wirkenden Material von 250°C bis 600°C zur Verfügung steht.
  • Das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein und entsprechend unterschiedliche physikalische und thermische Eigenschaften aufweisen. Die genaue Auswahl und Auslegung der Materialien, deren Geometrie und Anordnung hängt von der jeweiligen Konstellation der Einzelraumfeuerungsanlage ab, insbesondere der Größe des Feuerraumes und der Nennleistung, sowie der Geometrie und Auskleidung der Abgasführung. Nach der erfindungsgemäßen Auswahl der Komponenten gemäß ihrer spezifischen volumetrischen Wärmekapazität kann der Fachmann die weitere Abstimmung durch Gestaltung der Volumina und der Abstände vornehmen. Weitere Einflussgrößen auf den erfindungsgemäß zu erreichenden Effekt bestehen in dem Wärmeübergangskoeffizienten und der Wärmeleitfähigkeiten der Materialien. Es hat sich aber gezeigt, dass die wesentliche Einflussgröße in den Wärmekapazitäten der beiden Bauelemente und deren Verhältnis zueinander liegt. Diese wiederum hängen von dem Volumen der Bauelemente und den spezifischen volumetrischen Wärmekapazitäten der dafür eingesetzten Materialien ab.
  • Eine erste Auswahl der benötigten Materialien zur Erreichung des erfindungsgemäßen Effektes der thermischen Ausgleichswirkung von auflagebedingten Temperaturschwankungen zur Einhaltung eines optimalen Arbeitsfensters des katalytisch wirkenden Materials kann analog der einschlägigen Auslegung von Speicherfeuerstätten vorgenommen werden, wie sie z.B. beschrieben ist in: H. Hofbauer, T. Schiffert, D. Vogl, Auslegung keramischer Speicher, Schriftenreihe des Österreichischen Kachelofenverbandes, Wien 2002, ISBN 3-901680-07-1. Eine genauere Abstimmung kann der Fachmann durch wenige experimentelle Messungen der Temperaturen am katalytisch wirkenden Material und/oder der CO- und HC-Emissionen vornehmen.
  • Erfindungsgemäß weist die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist, ein thermisch isolierendes Material auf. Auch ist es vorteilhaft, wenn die thermische Leitfähigkeit des Materials an der dem Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material zugewandten Seite möglichst hoch ist. Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität die dem mindestens einen Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material zugewandt ist, einen hohen Emissionskoeffizienten >0,8 aufweist. Das kann z.B. durch eine spezielle Beschichtung der Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität erreicht werden. Damit wird erreicht, dass die im Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität gespeicherte Wärme überwiegend nur in Richtung des Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material abgegeben wird.
  • Außerdem ist es möglich, dass das mindestens eine Bauelement mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität eine katalytisch wirkende Beschichtung aufweist. Dies kann durch eine Oberflächenschicht aus katalytisch wirkenden Materialien auf der dem Bauelement mit einem katalytisch wirkenden Material zugewandten Fläche realisiert sein. Möglich ist auch, dass das Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität selbst ein katalytisch wirkendes Bauelement ist. Als katalytisch wirkende Materialien können Eisen, Platin oder Palladium und/oder deren Mischungen eingesetzt werden.
    • Ausführungsbeispiel
  • Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Ein mit Holz betriebener Kaminofen als Einzelraumfeuerungsanlage weist eine Nennwärmeleistung von 7 kW auf, wobei die Abgastemperatur 230 °C, der Abgasförderdruck 12 Pa und der Abgasmassenstrom 9,7 g/s beträgt. Der Feuerraum des Kaminofens besitzt einen Querschnitt von 200 x 350 mm. Zwischen dem Feuerraum und dem Abgassammler ist ein Filtermaterial eingebaut. Das Filtermaterial ist eine offenzellige Schaumkeramik aus Cordierit mit einer Zellweite von 10 ppi mit den Abmessungen 200 x 300 x 25 mm und ist in einem Rahmen fixiert. Oberhalb des Filters im Abgasstrom in Strömungsrichtung ist parallel im Abstand von 60 mm ein Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eingebaut. Das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material ist eine offenzellige Schaumkeramik aus Cordierit mit einer Zellweite von 10 ppi mit den Abmessungen 200 x 300 x 20 mm, die mit einem Pt-Pd-Katalysator beschichtet ist. Der Katalysator weist eine T50 Umsatztemperatur für CO von 150°C und für HC (gemessen als Propan) von 300°C auf.
    Für einen möglichst hohen Schadstoffabbau von >90% wird eine Arbeitstemperatur von 400°C angestrebt. Eine thermische Schädigung des Katalysators setzt bei Temperaturen oberhalb von 800°C ein.
    Die spezifische volumetrische Wärmekapazität des Bauelementes mit dem katalytisch wirkenden Material bei Raumtemperatur beträgt 350 kJ/(K*m3), die absolute Wärmekapazität 420 J/K. Oberhalb im Abgasstrom in Strömungsrichtung des Bauelementes mit dem katalytisch wirkenden Material ist parallel dazu im Abstand von 20 mm ein weiteres Bauelement in Form einer Platte mit den Abmessungen 180 x 280 x 40 mm eingebaut. Das Bauelement weist eine höhere volumetrische Wärmekapazität auf als das Bauelement mit dem katalytisch wirkenden Material und besteht aus Siliciumcarbidkeramik mit einer spezifischen volumetrischen Wärmekapazität bei Raumtemperatur von 1300 kJ/(K*m3). Die absolute Wärmekapazität dieses Bauelementes beträgt 2600 J/K. Die dem Feuerraum abgewandte Seite dieses Bauelementes ist mit einer 3 mm dicken Schicht aus einem keramischen Faserdämmstoff beschichtet. Die dem Feuerraum zugewandte Seite der dieses Bauelementes weist einen Emissionskoeffizienten von 0,85 auf. Das Verhältnis der absoluten Wärmekapazitäten des Bauelementes mit dem katalytisch wirkenden Material und dem weiteren Bauelement beträgt 420:2600 = 1:6,2 = 0,16.
    Bei Betrieb der Einzelraumfeuerungsanlage unter Nennlast wird bei der ersten Auflage des Festbrennstoffes die Arbeitstemperatur des Bauelementes mit dem katalytisch wirkenden Material von 400°C nach 10 Minuten erreicht. Nach weiteren 20 min ist der Abbrand erfolgt, so dass weitere Auflagen von Scheitholz in einem zeitlichen Abstand von 30 Minuten erfolgen. Während der Auflagezyklen schwankt die Temperatur des Bauelementes mit dem katalytisch wirkenden Material lediglich zwischen 350 °C und 450°C.
    Dadurch wird bei der Einzelraumfeuerungsanlage eine im Wesentlichen kontinuierliche Abgasbehandlung erreicht.

Claims (13)

  1. Einzelraumfeuerungsanlage, umfassend eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen, bei der im Abgasstrom mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches ganz oder teilweise aus einem katalytisch wirkenden Material besteht, und bei der weiterhin im Abgasstrom in Strömungsrichtung nach dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches aus einem Material mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität als das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen spezifischen Wärmekapazität, die dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist, eine wärmeisolierende Schicht aufweist, und wobei das mindestens eine Bauelement mit dem katalytisch wirkenden Material und das mindestens eine Bauelement mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität in der Abgasführung nach einem Filterbauelement angeordnet sind, und wobei die aus dem Volumen der Bauelemente und deren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität resultierenden absoluten Wärmekapazitäten in einem Verhältnis stehen von Bauelement aus katalytisch wirkendem Material : Bauelement mit höherer volumetrischen Wärmekapazität = 1:5 bis 1:20.
  2. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der das Volumen des Bauelementes mit einer höheren spezifischen volumetrischen Wärmekapazität gegenüber dem Volumen des Bauelementes mit einem katalytisch wirkenden Material eine Abweichung mit dem Faktor von ≤2 aufweist.
  3. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine plattenförmige und/oder unregelmäßige Geometrie aufweist und/oder das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität aus Schamotte, Mullit, Cordierit-, Vermiculit-, Aluminiumoxid- und/oder Siliciumcarbid-Keramik besteht.
  4. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der die wärmeisolierende Schicht aus keramischem Faserdämmstoff, porosiertem Feuerleichtstein und/oder Vermiculit ist.
  5. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der das Material der Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, das einem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material zugewandt ist, einen Bereich mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit aufweist, als das Material der Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist oder die Seite des Bauelementes mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität, die dem mindestens einem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material zugewandt ist, einen Emissionskoeffizienten >0,8 aufweist.
  6. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine katalytisch wirkende Beschichtung aufweist.
  7. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität aus einem katalytisch wirkenden Material besteht.
  8. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine plattenförmige und/oder unregelmäßige Geometrie aufweist oder das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine offenzellige Schaumkeramik, ein von textilen Strukturen abgeformtes Keramiknetzwerk, eine Schüttung, eine Platte und/oder eine mit einem katalytisch wirkenden Material beschichtete Platte ist.
  9. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine spezifische volumetrische Wärmekapazität von 200 kJ/(K*m3) bis 1000 kJ/(K*m3) aufweist oder das katalytisch wirkende Material, Eisen, Platin und/oder Palladium oder Mischungen von Eisen, Platin und/oder Palladium sind.
  10. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und das mindestens eine Bauelementes aus einem katalytisch wirkenden Material eine im Wesentlichen gleiche Geometrie aufweisen oder das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und/oder das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material eine lokal unterschiedliche Dicke oder eine kontinuierlich verlaufende Dickenveränderung aufweist.
  11. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität und das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material parallel zueinander angeordnet sind oder das mindestens eine Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material in einem Abstand von 3mm bis 50mm zu dem mindestens einen Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität angeordnet ist.
  12. Einzelraumfeuerungsanlage nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Bauelement mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität eine spezifische volumetrische Wärmekapazität von 1200 kJ/(K*m3) bis 3500 kJ/(K*m3) aufweist.
  13. Verfahren zur Behandlung von Abgasen von Einzelraumfeuerungsanlagen, bei dem der Abgasstrom durch ein Filterbauelement und anschließend mindestens durch ein Bauelement, welches ganz oder teilweise aus einem auf Bestandteile des Abgasstroms katalytisch wirkenden Material besteht, geführt wird und direkt nachfolgend zu einem Bauelement, welches aus einem Material mit einer höheren volumetrischen Wärmekapazität als das Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material besteht und die Seite dieses Bauelementes, die dem Bauelement aus einem katalytisch wirkenden Material abgewandt ist, eine wärmeisolierende Schicht aufweist, und der Abgasstrom an und/oder um und/oder höchstens teilweise durch dieses Bauelement mit der höheren volumetrischen Wärmekapazität entlang in Richtung des Abgasausgangs geführt wird.
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