EP3832205A1 - Exhaust gas aftertreatment device, kit and manufacturing method, and solid fuel combustor - Google Patents
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- EP3832205A1 EP3832205A1 EP20210898.1A EP20210898A EP3832205A1 EP 3832205 A1 EP3832205 A1 EP 3832205A1 EP 20210898 A EP20210898 A EP 20210898A EP 3832205 A1 EP3832205 A1 EP 3832205A1
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Definitions
- the invention relates to an exhaust gas aftertreatment device.
- the invention also relates to a combustion system equipped with such an exhaust gas aftertreatment device, a kit for producing an exhaust gas aftertreatment device and a method for producing an exhaust gas aftertreatment device.
- Such exhaust gas aftertreatment devices can be used, for example, in solid fuel systems or industrial furnaces.
- Boilers for solid fuels which have a cyclone combustion chamber are known from practice.
- Such a cyclone combustion chamber serves both as a combustion chamber and as a fine dust separator.
- an efficient mixing of fuel gas and oxidizing agent can be achieved, so that lower concentrations of pollutants arise during combustion.
- a rapid occupancy of a heat exchanger with fine dust or incineration ash is avoided. This results in a better heat exchange and a higher boiler efficiency over a longer operating time, without the operator having to clean the boiler.
- the cyclone combustion chamber ensures a significant increase in the residence time of the fuel gas and the oxidizing agent in the combustion chamber as well as effective mechanical separation of the dusts.
- the invention is therefore based on the object of specifying an exhaust gas aftertreatment device and a method for its production which can be easily adapted to different requirements, in particular different power classes and fuels.
- the invention is also based on the object of specifying an exhaust gas aftertreatment device which enables an improved reduction in dust and / or gaseous emissions.
- a firing device is proposed to which a solid or liquid fuel can be fed.
- the fuel can in particular be a renewable raw material, for example split logs.
- the fuel is converted with an oxidizing agent when the furnace is in operation.
- the resulting exhaust gas can be fed directly to the proposed exhaust gas aftertreatment device.
- the firing device has an optional cyclone combustion chamber to which a pyrolysis gas and an oxidizing agent can be supplied, which is produced during the pyrolysis of the fuel.
- a pyrolysis gas and an oxidizing agent can be supplied, which is produced during the pyrolysis of the fuel.
- the pyrolysis gas is reacted exothermically with the oxidizing agent, so that heat is released.
- This heat can then be given off to a heat exchanger in order to heat a heat transfer medium in this way.
- the heat transfer medium can be used to transport heat to a heat consumer.
- the heat consumer can, for example, be the room heating of a building.
- the heat can be used for drying processes in industrial production or agriculture.
- the oxidizing agent supplied to the cyclone combustion chamber can, in some embodiments of the invention, be or contain ambient air.
- the oxidizer can include ozone (O 3 ) or oxygen radicals (O).
- the pyrolysis gas can be obtained, for example, from the pyrolysis of a solid fuel, for example logs, wood pellets, agricultural production waste, animal manure, organic waste materials or other media not mentioned here. By pyrolysis of the media mentioned in a low-oxygen atmosphere, a flammable pyrolysis gas is obtained which in particular contains or consists of carbon, carbon monoxide, hydrogen and / or hydrocarbons.
- the pyrolysis gas and oxidizer are fed to the cyclone combustion chamber at one end.
- the shape of the cyclone combustion chamber can cause turbulence, which leads to intensive mixing of the pyrolysis gas and the oxidizing agent. In this way, it can be avoided that a high concentration of pollutants is created due to incomplete oxidation during combustion.
- the turbulence that occurs in the cyclone combustion chamber can still cause that fine dust, especially soot, is finely dispersed and thus oxidized.
- fine dust and ash can be deposited on the walls of the cyclone combustion chamber so that they can be easily removed during maintenance or replacement of the cyclone combustion chamber and do not contaminate subsequent components of a combustion system.
- exhaust gas exiting the cyclone combustion chamber or the exhaust gas resulting from the direct combustion of the fuel be fed to an exhaust gas aftertreatment device, which enables a further reduction in gaseous pollutants and / or fine dusts.
- the exhaust gas aftertreatment device contains a flow path which, when the exhaust gas aftertreatment device is in operation, moves the exhaust gas from a first end of the exhaust gas aftertreatment device to a second end of the exhaust gas aftertreatment device. direction is flowed through.
- the exhaust gas aftertreatment device is composed in at least one longitudinal section of a plurality of disk-shaped elements which each form a longitudinal section of the exhaust gas aftertreatment device and which each have at least one recess.
- the disk-shaped elements can be present in different shapes and sizes, so that different exhaust gas aftertreatment devices can be easily assembled by stacking a certain number of elements and / or by selecting elements with different recesses and / or by choosing the relative orientation of the disk-shaped elements to one another. At the same time, storage is greatly simplified, since a smaller number of different disc-shaped elements can lead to a large number of different exhaust gas aftertreatment devices for different applications.
- the recess arranged in the disk-shaped elements can be identical in all disk-shaped elements. Provided the recess at least is arranged partially eccentrically in the disk-shaped elements, a non-straight flow path through the exhaust gas aftertreatment device can be implemented by rotating the disk-shaped elements or baffles can be introduced into the flow path.
- the recesses and the orientation can be identical, so that the cross section does not change over the length of the exhaust gas aftertreatment device.
- smaller recesses can be arranged in the disk-shaped elements at one end of the exhaust gas aftertreatment device than at the other end of the exhaust gas aftertreatment device.
- the cross section can be designed to be variable, in particular continuously increasing or continuously decreasing.
- the recess can be designed in such a way that, starting from the center point of the disk-shaped element, an open surface area is present at a predefinable radius at a first angle and a closed surface area is present at a second angle.
- open and closed surface areas alternate depending on the angle coordinate with a constant radius.
- the recess can have at least one partial surface which extends radially outward and which has an opening angle of approximately 10 ° to approximately 50 °.
- Such recesses designed in the manner of a pie slice, can also be at least partially relocated by subsequent disk-shaped elements, so that the surface of a flow channel cannot be linear, for example oscillating or helical or coiled.
- Such a flow channel can contribute to the additional formation of turbulence, so that the mixing of pyrolysis gas and oxidizing agent is improved.
- the recess can have an area proportion of approximately 25% to approximately 50% of the total area of the disk-shaped element. This enables, on the one hand, a compact design and, on the other hand, a sufficient internal cross-section of the exhaust gas aftertreatment device.
- adjacent disk-shaped elements from the plurality of disk-shaped elements can be arranged rotated relative to one another by a predeterminable angle.
- the predeterminable angle can be between approximately 5 ° and approximately 30 ° or between approximately 10 ° and approximately 25 °.
- the disk-shaped elements can have an outer contour which is round.
- the disk-shaped elements thus have an approximately cylindrical outer shape.
- the disk-shaped elements can be stacked on top of one another in a simple manner at different angular orientations without the outer contour deviating from a cylindrical shape. This facilitates the installation of the exhaust gas aftertreatment device in a device, in particular in a solid fuel firing system.
- the disk-shaped elements can have an outer contour which is polygonal.
- a polygonal outer contour can be octagonal, hexagonal or square, in particular square.
- the exhaust gas aftertreatment device has a cuboid outer contour, which allows simple installation in a device, for example a solid fuel firing system.
- errors during assembly are avoided, since the orientation of the disk-shaped elements is fixed by their outer contour. In this case, the recesses in the disk-shaped elements can be oriented differently relative to the outer contour.
- the disk-shaped elements can be provided with a consecutive numbering so that an exhaust gas aftertreatment device with the desired internal cross-section in shape and diameter is obtained by simply stacking them on top of one another in the correct order. This avoids assembly errors, such as those that can arise when stacking cylindrical elements.
- the disk-shaped elements can contain at least one connecting element.
- a connecting element can, for example, be a pin or contain such a pin which engages in an associated bore of an adjacent disk-shaped element.
- Such a connector can simplify assembly, increase the mechanical stability of the exhaust gas aftertreatment device and avoid assembly errors.
- the surface area of the recesses of the disk-shaped elements can increase from the first end of the exhaust gas aftertreatment device to the second end of the exhaust gas aftertreatment device. This enables the production of an exhaust gas aftertreatment device which has an increasing cross-section from the first end to the second end, thereby taking into account the increasing amount of gas that increases with the conversion.
- the exhaust gas aftertreatment device can have an increasing cross section in the manner of a Lavalle nozzle, so that the flow velocity increases from the first end to the second end.
- the recesses of the disk-shaped elements can form a coiled path from the first end of the exhaust gas aftertreatment device to the second end of the exhaust gas aftertreatment device.
- the path length of the pyrolysis gas within the exhaust gas aftertreatment device can be increased with unchanged external dimensions, which can lead to an improved conversion of the pyrolysis gas due to longer residence times. This can reduce the pollutants and increase the heat yield.
- the disk-shaped elements can consist of a metal or an alloy. These materials are characterized by a comparatively large specific heat capacity and high thermal and mechanical stability. This ensures a strong heat radiation and heat emission during operation, so that the oxidation of the pyrolysis gas can be guaranteed.
- the disc-shaped elements can be joined in a materially bonded manner, for example by sintering and / or welding and / or gluing.
- the disk-shaped elements can consist of an inorganic, non-metallic material.
- An inorganic non-metallic material can in particular contain or consist of a ceramic, for example an oxide ceramic or a carbide or a nitride or an oxynitride.
- silicon dioxide and / or aluminum oxide and / or magnesium oxide and / or calcium oxide and / or zirconium oxide and / or chromium oxide and / or silicon carbide can be used.
- these materials can have a catalytic effect, so that the combustion temperature for fine dust, in particular soot and / or gaseous constituents of the pyrolysis gas, drops. This means that the pollutant content can be kept low even at low firing temperatures.
- the surface of a ceramic can be porous or have adhesive properties, so that effective binding of fine dust is made possible.
- organic fine dust can be bound to the walls of the exhaust gas aftertreatment device in operating states with a low exhaust gas temperature and oxidized in operating states with a high exhaust gas temperature.
- a low exhaust gas temperature is understood to mean an exhaust gas temperature below 450 ° C or below 500 ° C.
- a high exhaust gas temperature is understood to mean an exhaust gas temperature above 500 ° C or above 520 ° C.
- inorganic fine dust can form on the walls of the exhaust gas aftertreatment device be bound or form agglomerates. These agglomerates can form closed layers or crusts which, when a certain layer thickness is exceeded, detach from the walls of the exhaust gas aftertreatment device due to internal stresses. These can then be removed via an inspection opening or via the combustion chamber or ash pan.
- the disk-shaped elements can each have between one and about 30 recesses.
- a recess can be arranged in the disk-shaped element in such a way that the center points of the disk-shaped element and the recess coincide.
- several disc-shaped elements can be designed so that they each have an identical number of recesses, the center points of which are arranged at the same points of the respective discs and which have a different angular orientation in different discs.
- the exhaust gas aftertreatment device and / or a solid fuel firing system equipped with it can contain at least one spray electrode which is set up to generate an electric field in at least one section.
- the electric field can be selected below the breakdown field strength and, for example, be less than 1 kV / mm or less than 0.7 kV / mm or less than 0.6 kV / mm. In some embodiments of the invention, the electric field can be greater than about 0.4 kV / mm.
- the converted electrical power can be between about 15 W and about 35 W.
- the electric field causes an agglomeration of fine dust, so that the then larger dust particles can be retained more easily on the walls of the exhaust gas aftertreatment device or an optional filter element.
- the electric field can generate oxygen radicals and / or ozone, so that the oxidation of organic constituents of the exhaust gas or the dust that occurs can take place more easily, in particular at lower temperatures.
- the exhaust gas aftertreatment device and / or a solid fuel firing system equipped with it can contain at least one electrode or a pair of electrodes which is set up to enable a dielectically impeded discharge (DBE).
- a dielectric can be arranged in the discharge gap, which in some embodiments of the invention is selected from a ceramic or porcelain.
- the discharge can be designed either in the form of many filaments or as a homogeneous discharge, so that the discharge extends over the entire discharge volume or a large part of the volume.
- the DBE has the effect that approximately only electrons are accelerated, since the discharge duration is so short that the heavier ions, due to their inertia, only absorb a small amount of momentum.
- the discharge ceases as soon as the applied electric field is compensated by the electric charge accumulated in front of the dielectric.
- the duration of a discharge can be in the range of a few nanoseconds.
- the DBE can use unipolar or bipolar pulses with pulse durations of approximately 1 to approximately 10 microseconds or operated from about 20 ns to about 900 ns.
- the amplitude of the operating voltage can be between about 2 kV and about 10 kV.
- the pulse / pause ratio can be less than about 20% or less than about 15% or less than about 10%.
- the disk-shaped elements of the exhaust gas aftertreatment device can consist of a material with a heat capacity of approximately 0.55 kJ / (kg ⁇ K) to approximately 1.2 kJ / (kg ⁇ K).
- the exhaust gas aftertreatment device can have a mass of about 15 kg to about 50 kg or from about 20 kg to about 40 kg. This makes it possible to store an amount of heat at temperatures between 490 ° C and 520 ° C which at least corresponds to the heat released when about 0.75 kg to about 1.1 kg of wood is burned. This allows a consistently low-pollutant combustion, even if the combustion temperature drops temporarily.
- the length of the exhaust gas aftertreatment device or the length of the coiled path can be selected such that the flow time of the pyrolysis gas is at least between approximately 1.2 s and approximately 1.8 s. This enables efficient exhaust gas aftertreatment with good efficiency and low pollutant emissions.
- the solid fuel firing system 1 contains a housing 10 which is made of a fire-resistant material, for example a metal or an alloy.
- the walls of the housing 10 can also have multiple layers and contain thermal insulation, for example.
- the housing 10 is divided into a first chamber 11, a second chamber 12 and a third chamber 13 by inner walls.
- ash removal systems 111, 121 and 131 are assigned in the form of a screw conveyor.
- these are optional and can also be omitted in other embodiments of the invention.
- the first chamber 11 is designed as a pyrolysis chamber.
- a fire grate 112 as well as a feeder 15 through which solid fuel, such as wood pellets, can be supplied.
- solid fuel such as wood pellets
- split logs, biomass or any other solid fuel can of course also be used.
- the delivery submission 15 can take on a different design or can be omitted.
- the fuel supplied is pyrolysed in the first chamber 11, a pyrolysis gas being produced.
- the pyrolysis gas can contain or consist of carbon and / or carbon monoxide and / or hydrogen and / or hydrocarbons. This pyrolysis gas is passed through the gas inlet 115 into the second chamber.
- the second chamber 12 contains a cyclone combustion chamber 125 and an exhaust gas aftertreatment device 2.
- the pyrolysis gas is reacted with an oxidizing agent, in particular ambient air.
- the resulting exhaust gas is fed into the exhaust gas aftertreatment device 2.
- the exhaust gas cleaned in this way is partially returned to the first chamber 11 via an exhaust gas line 122, where it is used for pyrolysis of the fuel.
- Another part of the exhaust gas is passed into the third chamber 13, which contains a heat exchanger 132. There, the heat contained in the exhaust gas is transferred to a liquid or gaseous heat transfer medium and transported to the place of use.
- An optional induced draft fan 135 is used to maintain the flow of exhaust gas through the second chamber 12 and the third chamber 13.
- the solid fuel furnace 1 shown is only to be understood as an example.
- the solid fuel firing system can also have a different design, so that some of the components mentioned can be designed differently or are also omitted.
- the invention does not teach the use of a particular solid fuel furnace as a principle of solution. Rather, the invention relates primarily to the exhaust gas aftertreatment device 2, which in exemplary embodiments below with reference to FIG Figures 2 to 6 and 14 to 15 is explained in more detail.
- FIG. 2 shows an axonometric representation of the exhaust gas aftertreatment device 2
- Fig. 3 shows a view
- Fig. 5 shows a top view.
- FIG. 13 shows a section through the exhaust gas aftertreatment device along the line AA, as shown in FIG Fig. 3 can be seen.
- Fig. 6 shows an axonometric sectional view, the coiled Path through the exhaust aftertreatment device is highlighted.
- the exhaust gas aftertreatment device 2 is composed of a plurality of disc-shaped elements 3. In the illustrated embodiment, there are 20 disc-shaped elements. In other embodiments of the invention, the number of disk-shaped elements 3 can be greater or fewer and, for example, between approximately 5 and approximately 100 or between approximately 10 and approximately 50 or between approximately 15 and approximately 40 or between approximately 5 and approximately 25.
- the disk-shaped elements can have a thickness of about 10 mm to about 100 mm or from about 10 mm to about 50 mm.
- the diameter of the circular elements shown in the exemplary embodiment shown can be between approximately 70 mm and approximately 500 mm or between approximately 100 mm and approximately 400 mm.
- each disc-shaped element 3 contains a recess 35 which is roughly in the shape of a four-leaf clover, that is, starting from an approximately circular central area located in the center 33 of the disc-shaped element, the recess 35 extends in four sub-areas which are equidistant in the radial direction radially outwards. If the recess is described in polar coordinates with a coordinate origin in the center 33 of the disk-shaped element, there are both open surface areas or partial surfaces of the recess 35 and closed surface areas of the disk-shaped element 3 under a predeterminable radius r with different values of the angle coordinates.
- the disk-shaped elements 3 are placed one on top of the other within the stack forming the exhaust gas aftertreatment device 2 in different orientations.
- the recess 35 of a disk-shaped element 3 is thus partially covered by a partial area of the disk-shaped element located above it.
- the recesses 35 of the disk-shaped elements 3 thus form a coiled path 36 from the first end 21 of the exhaust gas aftertreatment device 2 to the second end 22 of the exhaust gas aftertreatment device 2. This can lead to a longer dwell time of the pyrolysis gas, so that an improved reaction with the oxidizing agent takes place.
- the flow can be accelerated to a circular path through the shape of the combustion chamber, so that fine dust, soot and ash particles are carried to the outside and separated inside the exhaust gas aftertreatment device 2. This can prevent or reduce clogging of the heat exchanger in a solid fuel plant.
- the cross section of the flow path within the exhaust gas aftertreatment device 2 is constant from the first end 21 and the second end 22.
- the disk-shaped elements 3 all have an identical shape and size.
- different disk-shaped elements 3 can be used, so that the cross section of the flow path 36 is variable from the first end 21 to the second end 22.
- the cross section can increase from the first end 21 to the second end 22.
- Fig. 7 Shown shape of the recess can be described. It is essential for the described first embodiment of the invention that the recess 35 is arranged at least partially eccentrically in the disk-shaped element 3, so that the recesses 35 come to lie offset one above the other due to the different angular orientation of the disk-shaped element 3 and the in Fig. 6 Form illustrated coiled path 36.
- the specific shape and size of the recess 35 can of course also be selected differently in other embodiments of the invention.
- Fig. 8 represents the recess 35 which, starting from the center point 33 of the disk-shaped element 3, has at least one partial surface 34 which extends radially outward and has an opening angle ⁇ of approximately 10 ° to approximately 50 °.
- the boundary line 341 shown and the further edges of the recess 35 or the radially outwardly extending partial surface 34 do not necessarily have to be as shown in FIG Fig. 8 shown, run in a straight line.
- Other embodiments of the invention can also be concavely or convexly curved boundary lines.
- the disk-shaped elements 3 shown have an approximately circular outer contour 39. This makes it possible, depending on the length of the exhaust gas aftertreatment device 2, to obtain the desired Number of disc-shaped elements to be stacked on top of each other in any angular relationship. Each of the disk-shaped elements 3 can thus be placed about 1 ° to about 30 ° or about 5 ° to about 15 ° relative to the preceding disk-shaped element 3 in order to form the exhaust gas aftertreatment device 2.
- disk-shaped elements 3 are shown according to a second embodiment. These have a square outer contour 39. In other embodiments of the invention, the outer contour can of course also have a different polygonal shape.
- the disk-shaped elements according to FIG Figures 9 and 10 a recess 35 which is aligned point-symmetrically to the center point 33.
- the ones in the Figures 9 and 10 the illustrated embodiments of the disk-shaped element 3 have recesses 35 which, although they have an identical shape and size, but assume a different orientation relative to the outer contour 39.
- disc-shaped elements 3 can also be used, in which the recesses 35 are arranged by about 1 ° to about 30 ° or by about 5 ° to about 15 ° relative to the polygonal outer contour 39.
- the invention does not teach the use of exactly 2 different disc-shaped elements 3 as a solution principle.
- the solid fuel firing system according to the second embodiment also contains a housing 10, which can be made of a fire-resistant material, such as sheet steel, for example. Partial areas of the wall can be made double-walled, the space in between can be insulated by air flow and / or insulating material such as mineral wool or vermiculite.
- the inner walls present in the first embodiment, which divide the housing into a plurality of chambers, are omitted in the second embodiment.
- the only chamber of the housing 10 is designed as a combustion chamber, which is accessible through a combustion chamber door 101.
- There fuel can be placed on a fire grate 112.
- the air required for combustion can either be supplied via air supply lines (not shown) or from below through the grate 112.
- the resulting ash falls through the grate 112 into the ash pan 113 below.
- oxidizable gases are post-oxidized in the flue gas, so that they are not released into the environment as air pollutants.
- organic fine dust can be post-oxidized in the exhaust gas aftertreatment device 2 so that it does not get into the environment as fine dust.
- fine dust can be agglomerated to coarse dust in at least some operating states. The coarse dust can either be deposited on the material of the exhaust gas aftertreatment device 2 until it can be oxidized at sufficiently high temperatures.
- inorganic dusts can form layers or crusts on the surfaces of the exhaust gas aftertreatment device 2, which flake off due to temperature fluctuations or due to mechanical stresses induced by the layer thickness and fall into the ash pan 113.
- the dust can be disposed of together with the remaining combustion residues without them being released into the atmosphere.
- the exhaust gas aftertreatment device 2 has a polygonal, in particular rectangular or square, outline. In the exhaust gas aftertreatment device there are a plurality of openings which each form a coiled flow path, as above with reference to FIG Figures 2 to 10 explained. Examples of exhaust gas aftertreatment device 2, which contain a plurality of flow paths running in parallel, are described below with reference to FIG Figures 14 and 15 explained in more detail.
- Figure 11 also shows an optional spray electrode 45, which is connected to a high-voltage supply 4. This function is also explained below using the Figure 15 explained in more detail.
- the housing 10 is divided by a wall into a first chamber 11 and a second chamber 12.
- the first chamber 11 is designed as a pyrolysis chamber.
- the first chamber 11 there is therefore a fire grate 112 on which an organic fuel can be pyrolyzed.
- the resulting pyrolysis gas enters the cyclone combustion chamber 125, which is located in the second chamber 12, through the gas inlet 115.
- the pyrolysis gas is reacted with an oxidizing agent in the cyclone combustion chamber 125.
- the resulting exhaust gas is then passed through the exhaust gas aftertreatment device 2 before the cleaned exhaust gas is discharged into the environment through the flue gas connection 103.
- the exhaust gas aftertreatment device 2 has an essentially cylindrical basic shape and is composed of a plurality of disc-shaped elements. In the cylindrical basic shape of each disk-shaped element 3 there are several openings 35, so that a plurality of parallel flow paths is formed. As a result, the exhaust gas back pressure of the exhaust gas aftertreatment device can be reduced and / or the flue gas throughput can increase.
- the second chamber 12 furthermore contains an optional feed opening 123, which is connected to an ozone generator 124 known per se.
- ozone and / or oxygen radicals can be fed to the exhaust gas flow emerging from the cyclone combustion chamber 125, which improve or enable the conversion of the pollutants contained in the exhaust gas within the exhaust gas aftertreatment device.
- Ozone or oxygen radicals cause the oxidation of pollutants and fine dust to take place at a lower temperature.
- Figures 12 and 13 show an optional high-voltage device 4 which, with at least one spray electrode, exposes the exhaust gas flow to an electrical field, at least in sections.
- This electrical field can promote the accumulation of unburned fine dust on the walls of the flow paths of the exhaust gas aftertreatment device 2 and / or support the agglomeration of fine dust, so that the fine dust becomes a coarse dust, which either sinks to the ground against the flue gas flow and removes it from the bottom of the cyclone combustion chamber 125 can be.
- the dusts can be stored in the exhaust gas aftertreatment device and post-oxidized at a later point in time.
- the exhaust gas aftertreatment device 2 can have a mass of approximately 20 kg to approximately 40 kg.
- the material of the disk-shaped elements 3 forming the exhaust gas aftertreatment device 2 can have a heat capacity of approximately 0.55 kJ / (kg ⁇ K) to approximately 1.2 kJ / (kg ⁇ K).
- an amount of heat can be stored in the exhaust gas aftertreatment device at a temperature of around 500 ° C. which corresponds to the amount of heat that is released during the combustion of around 0.7 kg to around 1 kg of wood. This amount of heat is sufficient to ensure the exhaust gas aftertreatment of the resulting flue gases when the exhaust gas temperature drops temporarily, for example when adding fuel.
- This effect is based in particular on the fact that heat is given off to the flue gases in the exhaust gas aftertreatment device 2, which are colder in these operating phases, until they have reached a temperature of more than about 500 ° C. or more than about 550 ° C., which is favorable for minimizing pollutants.
- the length of the exhaust gas aftertreatment device 2 or of the flow paths 36 formed in the exhaust gas aftertreatment device 2 is selected so that the flow time of an exhaust gas is at least between about 1.2 seconds and about 1.8 seconds. This time is sufficient to enable efficient exhaust gas aftertreatment and to minimize pollutant emissions.
- the installation space required for this is sufficiently small to use the exhaust gas aftertreatment device according to the invention in common small fire systems.
- Figure 14 shows a longitudinal section of an exhaust gas aftertreatment device according to a second embodiment of the invention.
- the second embodiment differs in particular in that each disk-shaped element 3 has a plurality of openings.
- the openings 35a, 35b and 35c are designated by way of example with reference numerals.
- the number of openings 35 can be between about 2 and about 30 in some embodiments of the invention.
- the openings 35 can be arranged at the same locations of different disk-shaped elements 3, but the openings in different disk-shaped elements 3 are rotated to one another by a predeterminable angular amount, as shown in FIG Figures 9 and 10 has been explained for a single opening.
- coiled paths 36 are again formed.
- edges or steps arise in the coiled path 36, which create microturbulence.
- this turbulence leads to the exhaust gas being mixed with the oxidizing agent, so that an efficient post-oxidation of gaseous or dusty pollutants can take place.
- microturbulence contributes to the deposition of non-oxidizable dust on the walls, until it either emerges as an inorganic crust from the exhaust gas aftertreatment device 2 fall out or sufficient conditions, in particular sufficiently high temperatures, exist for their oxidation.
- Figure 14 shows only eight disc-shaped elements 3 by way of example Figures 1 and 11 to 13
- the exhaust gas aftertreatment device according to the invention can of course also achieve a greater longitudinal extent, so that the desired longitudinal extent or the desired total mass is achieved.
- the third embodiment differs from the first and second embodiments described above in particular in the presence of a spray electrode 45.
- the spray electrode 45 consists of a metal or an alloy.
- the spray electrode has approximately the shape of the disk-shaped elements 3.
- the outer contour or the entire surface area of the spray electrode 45 can be smaller than the outer contour of the adjacent disk-shaped elements 3.
- the disk-shaped elements 3 can have a recess which receives the spray electrode 45.
- the spray electrode can be completely surrounded by the disk-shaped elements 3, so that it is protected from accidental contact.
- At least the disk-shaped elements 3 directly adjoining the spray electrode 45 can be made of an electrically insulating material, for example a ceramic. Otherwise, the spray electrode 45 has identical or similar openings 35a and 35b as the disk-shaped elements 3 above and below, so that the paths 36 remain continuous.
- the spray electrode 45 is connected to a high-voltage generator 43 via an electrical conductor 41.
- the high voltage generator 43 can draw a primary voltage by means of a mains cable or battery-operated or through a thermal generator and emit a high voltage at its output, which is, for example, more than 500 V or more than 1 kV or more than 5 kV or more than 10 kV or more than 20 kV.
- the high voltage can be selected in such a way that electrical field strengths below the breakdown voltage are generated at the spray electrode 45.
- the field strength at the spray electrode 45 can be less than, for example, 1 kV / mm or less than 0.7 kV / mm or less than 0.6 kV / mm.
- the voltage can be selected to be so high that the electric field at the spray electrode 45 is greater than approximately 0.4 kV / mm.
- the electrical conductor 41 can be protected from contact by electrical insulation 42.
- the insulation 42 can have ribs in a manner known per se in order to increase the path length for creep stresses and thereby improve the insulation.
- the insulation 42 can be guided in a tube 44 made of a plastic or a ceramic in order to protect the user of the small fire system equipped with the device from touching the high voltage.
- an electric field is thus applied to the spray electrode 45.
- the flue gases flowing in the coiled path 36 thus pass through at least one longitudinal section in the exhaust gas aftertreatment device, in which they are exposed to an electrical field.
- the electric field can support the agglomeration of fine dust and thus the conversion of fine dust into coarse dust.
- the electrically charged fine dust can electrostatically adhere to the walls of the coiled paths 36 and thereby be filtered from the exhaust gas flow. This measure can thus the effectiveness of the exhaust gas aftertreatment device according to the invention can be further increased.
- the spray electrode can be designed to generate a dielectrically impeded discharge.
- ozone and / or atomic oxygen can be generated from ambient air with high efficiency, so that pollutants can be efficiently oxidized.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (2), aufweisend zumindest einen Strömungspfad (36), welcher von einem ersten Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu einem zweiten Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung verläuft, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) in zumindest einem Abschnitt aus einer Mehrzahl von scheibenförmigen Elementen (3) zusammengesetzt ist, welche jeweils einen Längsabschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) bilden und welche jeweils zumindest eine Ausnehmung (35) aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Feststofffeuerungsanlage (1) mit einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung, einen Bausatz zur Herstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment device (2) having at least one flow path (36) which runs from a first end of the exhaust gas aftertreatment device to a second end of the exhaust gas aftertreatment device, the exhaust gas aftertreatment device (2) in at least one section comprising a plurality of disc-shaped elements (3 ) which each form a longitudinal section of the exhaust gas aftertreatment device (2) and which each have at least one recess (35). The invention also relates to a solid fuel firing system (1) with such an exhaust gas aftertreatment device, a kit for manufacturing an exhaust gas aftertreatment device and a method for manufacturing an exhaust gas aftertreatment device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine mit einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung ausgestattete Feuerungsanlage, einen Bausatz zur Herstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung. Solche Abgasnachbehandlungseinrichtung können beispielsweise in Feststofffeuerungsanlagen oder Industrieöfen eingesetzt werden.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment device. The invention also relates to a combustion system equipped with such an exhaust gas aftertreatment device, a kit for producing an exhaust gas aftertreatment device and a method for producing an exhaust gas aftertreatment device. Such exhaust gas aftertreatment devices can be used, for example, in solid fuel systems or industrial furnaces.
Aus der Praxis sind Heizkessel für Festbrennstoffe bekannt, welche eine Zyklonbrennkammer aufweisen. Eine solche Zyklonbrennkammer dient zugleich als Brennkammer und als Feinstaubabscheider. Hierdurch kann einerseits eine effiziente Vermischung von Brenngas und Oxidationsmittel erreicht werden, so dass bei der Verbrennung geringere Schadstoffkonzentrationen entstehen. Darüber hinaus wird eine schnelle Belegung eines Wärmeübertragers mit Feinstaub bzw. Verbrennungsasche vermieden. Hierdurch entsteht ein besserer Wärmeaustausch und ein höherer Kesselwirkungsgrad über eine längere Betriebszeit, ohne notwendige Kesselreinigung durch den Bediener. Die Zyklonbrennkammer gewährleistet dabei gegenüber metallischen oder keramischen Pall-Ringen eine deutliche Verlängerung der Verweilzeit des Brenngases und des Oxidationsmittels in der Brennkammer sowie eine effektive mechanische Abscheidung der Stäube.Boilers for solid fuels which have a cyclone combustion chamber are known from practice. Such a cyclone combustion chamber serves both as a combustion chamber and as a fine dust separator. In this way, on the one hand, an efficient mixing of fuel gas and oxidizing agent can be achieved, so that lower concentrations of pollutants arise during combustion. In addition, a rapid occupancy of a heat exchanger with fine dust or incineration ash is avoided. This results in a better heat exchange and a higher boiler efficiency over a longer operating time, without the operator having to clean the boiler. Compared to metallic or ceramic Pall rings, the cyclone combustion chamber ensures a significant increase in the residence time of the fuel gas and the oxidizing agent in the combustion chamber as well as effective mechanical separation of the dusts.
Nachteilig an dieser bekannten Zyklonbrennkammer ist jedoch die unzureichende Reinigungswirkung auf die Abgase. Gefordert ist eine weiter verbesserte Reduktion von gasförmigen Schadstoffen und Feinstäuben im Abgas bei geringem Wartungsaufwand und geringem Bauraum der Abgasnachbehandlungseinrichtung.However, the disadvantage of this known cyclone combustion chamber is the inadequate cleaning effect on the exhaust gases. What is required is a further improved reduction of gaseous pollutants and fine dusts in the exhaust gas with little maintenance effort and little installation space for the exhaust gas aftertreatment device.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, welches einfach an unterschiedliche Anforderungen, insbesondere unterschiedliche Leistungsklassen und Brennstoffe anpassbar ist.Proceeding from the prior art, the invention is therefore based on the object of specifying an exhaust gas aftertreatment device and a method for its production which can be easily adapted to different requirements, in particular different power classes and fuels.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung anzugeben, welche eine verbesserte Minderung von staub- und/oder gasförmigen Emissionen ermöglicht.The invention is also based on the object of specifying an exhaust gas aftertreatment device which enables an improved reduction in dust and / or gaseous emissions.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1, eine Feststofffeuerungsanlage nach Anspruch 10, einen Bausatz nach Anspruch 12 und ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by an exhaust gas aftertreatment device according to
Erfindungsgemäß wird gemäß einer Ausführungsform eine Feuerungseinrichtung vorgeschlagen, welcher ein fester oder flüssiger Brennstoff zugeführt werden kann. Der Brennstoff kann insbesondere ein nachwachsender Rohstoff sein, beispielsweise Scheitholz. Der Brennstoff wird bei Betrieb der Feuerungseinrichtung mit einem Oxidationsmittel umgesetzt. In einer Ausführungsform der Erfidnung kann das dabei entstehende Abgas unmittelbar der vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt werden.According to the invention, according to one embodiment, a firing device is proposed to which a solid or liquid fuel can be fed. The fuel can in particular be a renewable raw material, for example split logs. The fuel is converted with an oxidizing agent when the furnace is in operation. In one embodiment of the invention, the resulting exhaust gas can be fed directly to the proposed exhaust gas aftertreatment device.
In anderen Ausführungsformen weist die Feuerungseinrichtung eine optionale Zyklonbrennkammer auf, welcher ein bei der Pyrolyse des Brennstoffes entstehendes Pyrolysegas und ein Oxidationsmittel zuführbar ist. Innerhalb der Zyklonbrennkammer wird das Pyrolysegas mit dem Oxidationsmittel exotherm umgesetzt, so dass Wärme freigesetzt wird. Diese Wärme kann nachfolgend an einen Wärmetauscher abgegeben werden, um auf diese Weise ein Wärmeträgermedium zu erwärmen. Das Wärmeträgermedium kann dazu eingesetzt werden, Wärme zu einem Wärmeverbraucher zu transportieren. Der Wärmeverbraucher kann beispielsweise die Raumheizung eines Gebäudes sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Wärme für Trocknungsprozesse in der industriellen Fertigung oder der Landwirtschaft verwendet werden.In other embodiments, the firing device has an optional cyclone combustion chamber to which a pyrolysis gas and an oxidizing agent can be supplied, which is produced during the pyrolysis of the fuel. Inside the cyclone combustion chamber, the pyrolysis gas is reacted exothermically with the oxidizing agent, so that heat is released. This heat can then be given off to a heat exchanger in order to heat a heat transfer medium in this way. The heat transfer medium can be used to transport heat to a heat consumer. The heat consumer can, for example, be the room heating of a building. In other embodiments of the invention, the heat can be used for drying processes in industrial production or agriculture.
Das der Zyklonbrennkammer zugeführte Oxidationsmittel kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung Umgebungsluft sein oder Umgebungsluft enthalten. In einigen Ausführungsformen kann das Oxidationsmittel Ozon (O3) oder Suaerstoffradikale (O) enthalten. Das Pyrolysegas kann beispielsweise aus der Pyrolyse eines Festbrennstoffes erhalten werden, beispielsweise Scheitholz, Holzpellets, landwirtschaftliche Produktionsabfälle, Tierdung, organische Abfallstoffe oder andere, hier nicht genannte Medien. Durch die Pyrolyse der genannten Medien in einer sauerstoffarmen Atmosphäre wird ein brennbares Pyrolysegase erhalten, welches insbesondere Kohlenstoff, Kohlenmonoxid, Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffe enthält oder daraus besteht.The oxidizing agent supplied to the cyclone combustion chamber can, in some embodiments of the invention, be or contain ambient air. In some embodiments, the oxidizer can include ozone (O 3 ) or oxygen radicals (O). The pyrolysis gas can be obtained, for example, from the pyrolysis of a solid fuel, for example logs, wood pellets, agricultural production waste, animal manure, organic waste materials or other media not mentioned here. By pyrolysis of the media mentioned in a low-oxygen atmosphere, a flammable pyrolysis gas is obtained which in particular contains or consists of carbon, carbon monoxide, hydrogen and / or hydrocarbons.
Das Pyrolysegas und das Oxidationsmittel werden der Zyklonbrennkammer an einem Ende zugeführt. Durch die Form der Zyklonbrennkammer können Turbulenzen entstehen, welche zur intensiven Durchmischung des Pyrolysegases und des Oxidationsmittels führen. Hierdurch kann vermieden werden, dass durch unvollständige Oxidation beim Abbrand eine hohe Schadstoffkonzentration entsteht. Die in der Zyklonbrennkammer entstehenden Turbulenzen können weiterhin bewirken, dass Feinstäube, insbesondere Ruß, fein dispergiert und dadurch oxidiert werden. Alternativ oder zusätzlich können Feinstäube und Asche an den Wänden der Zyklonbrennkammer abgeschieden werden, so dass diese im Rahmen der Wartung oder des Austausches der Zyklonbrennkammer einfach entfernt werden können und nachfolgende Komponenten einer Feuerungsanlage nicht verschmutzen.The pyrolysis gas and oxidizer are fed to the cyclone combustion chamber at one end. The shape of the cyclone combustion chamber can cause turbulence, which leads to intensive mixing of the pyrolysis gas and the oxidizing agent. In this way, it can be avoided that a high concentration of pollutants is created due to incomplete oxidation during combustion. The turbulence that occurs in the cyclone combustion chamber can still cause that fine dust, especially soot, is finely dispersed and thus oxidized. Alternatively or in addition, fine dust and ash can be deposited on the walls of the cyclone combustion chamber so that they can be easily removed during maintenance or replacement of the cyclone combustion chamber and do not contaminate subsequent components of a combustion system.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass aus der Zyklonbrennkammer austretende Abgas bzw. das aus der unmittelbaren Verbrennung des Brennstoffes entstehende Abgas einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zuzuführen, welche eine weitere Reduktion der gasförmigen Schadstoffe und/oder der Feinstäube ermöglicht. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung enthält einen Strömungspfad, welcher bei Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung vom Abgas von einem ersten Ende der Abgas¬nach¬be¬hand¬lungs¬ein¬rich-tung zu einem zweiten Ende der bgas¬nach¬be¬hand¬lungs¬ein-rich¬tung durchströmt wird. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist in zumindest einem Längsabschnitt aus einer Mehrzahl von scheibenförmigen Elementen zusammengesetzt, welche jeweils einen Längsabschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung bilden und welche jeweils zumindest eine Ausnehmung aufweisen. Die scheibenförmigen Elemente können in unterschiedlicher Form und Größe vorhanden sein, so dass durch Übereinanderstapeln einer bestimmten Anzahl von Elementen und/oder durch Auswahl von Elementen mit unterschiedlichen Ausnehmungen und/oder durch Wahl der relativen Ausrichtung der scheibenförmigen Elemente zueinander unterschiedliche Abgasnachbehandlungseinrichtungen einfach zusammengesetzt werden können. Gleichzeitig ist die Lagerhaltung stark vereinfacht, da eine geringere Anzahl unterschiedlicher scheibenförmiger Elemente zu einer großen Vielzahl von unterschiedlichen Abgasnachbehandlungseinrichtungn für unterschiedliche Anwendungen führen kann. Die in den scheibenförmigen Elementen angeordnete Ausnehmung kann in allen scheibenförmigen Elementen identisch sein. Sofern die Ausnehmung zumindest teilweise außermittig in den scheibenförmigen Elementen angeordnet ist, kann durch Verdrehen der scheibenförmigen Elemente ein nicht-geradliniger Strömungspfad durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung realisiert oder Prallflächen in den Strömungspfad eingebracht werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Ausnehmungen und die Ausrichtung identisch sein, so dass sich der Querschnitt über die Länge der Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht ändert. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können an einem Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung kleinere Ausnehmungen in den scheibenförmigen Elementen angeordnet sein wie am anderen Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Hierdurch kann der Querschnitt variabel gestaltet sein, insbesondere stetig zunehmend oder stetig abnehmend.According to the invention, it is now proposed that exhaust gas exiting the cyclone combustion chamber or the exhaust gas resulting from the direct combustion of the fuel be fed to an exhaust gas aftertreatment device, which enables a further reduction in gaseous pollutants and / or fine dusts. The exhaust gas aftertreatment device contains a flow path which, when the exhaust gas aftertreatment device is in operation, moves the exhaust gas from a first end of the exhaust gas aftertreatment device to a second end of the exhaust gas aftertreatment device. direction is flowed through. The exhaust gas aftertreatment device is composed in at least one longitudinal section of a plurality of disk-shaped elements which each form a longitudinal section of the exhaust gas aftertreatment device and which each have at least one recess. The disk-shaped elements can be present in different shapes and sizes, so that different exhaust gas aftertreatment devices can be easily assembled by stacking a certain number of elements and / or by selecting elements with different recesses and / or by choosing the relative orientation of the disk-shaped elements to one another. At the same time, storage is greatly simplified, since a smaller number of different disc-shaped elements can lead to a large number of different exhaust gas aftertreatment devices for different applications. The recess arranged in the disk-shaped elements can be identical in all disk-shaped elements. Provided the recess at least is arranged partially eccentrically in the disk-shaped elements, a non-straight flow path through the exhaust gas aftertreatment device can be implemented by rotating the disk-shaped elements or baffles can be introduced into the flow path. In some embodiments of the invention, the recesses and the orientation can be identical, so that the cross section does not change over the length of the exhaust gas aftertreatment device. In other embodiments of the invention, smaller recesses can be arranged in the disk-shaped elements at one end of the exhaust gas aftertreatment device than at the other end of the exhaust gas aftertreatment device. As a result, the cross section can be designed to be variable, in particular continuously increasing or continuously decreasing.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Ausnehmung so gestaltet sein, dass ausgehend vom Mittelpunkt des scheibenförmigen Elementes unter einem vorgebbaren Radius unter einem ersten Winkel ein offener Flächenbereich vorhanden ist und unter einem zweiten Winkel ein geschlossener Flächenbereich vorhanden ist. In Polarkoordinaten wechseln sich somit offene und geschlossene Flächenbereich in Abhängigkeit der Winkelkoordinate bei konstantem Radius ab. Diese Merkmal hat die Wirkung, dass durch Änderung der Orientierung der scheibenförmigen Elemente innerhalb des die Abgasnachbehandlungseinrichtung bildenden Stapels in einfacher Weise nicht lineare, beispielsweise schraubenförmige oder gewendelte Strömungspfade realisiert werden können, wenn die Ausnehmungen der scheibenförmigen Elemente nicht exakt übereinander positioniert werden, sondern um einen vorgebbaren Winkelbereich versetzt. An den so entstehenden Stufen innerhalb des Strömungspfades können Mikroturbulenzen auftreten, welche die Durchmischung des Abgases und/oder die Feinstaubabscheidung und/oder die Feinstaugagglomeration verbessern können.In some embodiments of the invention, the recess can be designed in such a way that, starting from the center point of the disk-shaped element, an open surface area is present at a predefinable radius at a first angle and a closed surface area is present at a second angle. In polar coordinates, open and closed surface areas alternate depending on the angle coordinate with a constant radius. This feature has the effect that by changing the orientation of the disk-shaped elements within the stack forming the exhaust gas aftertreatment device, non-linear, for example helical or coiled flow paths can be implemented in a simple manner if the recesses of the disk-shaped elements are not positioned exactly one above the other, but around one predeterminable angular range offset. Microturbulences can occur at the stages within the flow path that are created in this way, which can improve the mixing of the exhaust gas and / or the fine dust separation and / or the fine dust agglomeration.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Ausnehmung ausgehend vom Mittelpunkt des scheibenförmigen Elementes zumindest eine Teilfläche aufweisen, welche sich radial nach außen erstreckt und welche einen Öffnungswinkel von etwa 10° bis etwa 50° aufweist. Solche, nach Art eines Tortenstücks gestaltete Ausnehmungen lassen sich ebenfalls durch nachfolgende scheibenförmige Elemente zumindest teilweise verlegen, so dass die Fläche eines Strömungskanals nicht linear ausgebildet werden kann, beispielsweise oszillierend oder schraubenförmig bzw. gewendelt. Ein solcher Strömungskanal kann zur zusätzlichen Ausbildung einer Turbulenz beitragen, so dass die Durchmischung von Pyrolysegas und Oxidationsmittel verbessert ist.In some embodiments of the invention, starting from the center point of the disk-shaped element, the recess can have at least one partial surface which extends radially outward and which has an opening angle of approximately 10 ° to approximately 50 °. Such recesses, designed in the manner of a pie slice, can also be at least partially relocated by subsequent disk-shaped elements, so that the surface of a flow channel cannot be linear, for example oscillating or helical or coiled. Such a flow channel can contribute to the additional formation of turbulence, so that the mixing of pyrolysis gas and oxidizing agent is improved.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Ausnehmung einen Flächenanteil von etwa 25 % bis etwa 50 % der Gesamtfläche des scheibenförmigen Elementes aufweisen. Dies ermöglicht einerseits eine kompakte Bauweise und andererseits einen hinreichenden Innenquerschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung.In some embodiments of the invention, the recess can have an area proportion of approximately 25% to approximately 50% of the total area of the disk-shaped element. This enables, on the one hand, a compact design and, on the other hand, a sufficient internal cross-section of the exhaust gas aftertreatment device.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können benachbarte scheibenförmige Elemente aus der Mehrzahl von scheibenförmigen Elementen um einen vorgebbaren Winkel zueinander verdreht angeordnet sein. Der vorgebbare Winkel kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung zwischen etwa 5° und etwa 30° oder zwischen etwa 10° und etwa 25° betragen. Wie bereits dargelegt, führt eine solche Ausführungsform zu einem nicht linearen Strömungspfad innerhalb der Abgasnachbehandlungseinrichtung, was zu einer längeren Verweildauer des Pyrolysegases und des Oxidationsmittels beiträgt. Durch die längere Verweildauer kann vermieden werden, dass durch nur teilweise Oxidation hohe Schadstoffkonzentrationen beim Abbrand auftreten.In some embodiments of the invention, adjacent disk-shaped elements from the plurality of disk-shaped elements can be arranged rotated relative to one another by a predeterminable angle. In some embodiments of the invention, the predeterminable angle can be between approximately 5 ° and approximately 30 ° or between approximately 10 ° and approximately 25 °. As already stated, such an embodiment leads to a non-linear flow path within the exhaust gas aftertreatment device, which contributes to a longer dwell time of the pyrolysis gas and the oxidizing agent. The longer dwell time prevents high concentrations of pollutants from occurring during combustion due to only partial oxidation.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die scheibenförmigen Elemente eine Außenkontur aufweisen, welche rund ist. Die scheibenförmigen Elemente weisen somit eine in etwa zylindrische Außenform auf. Hierdurch können die scheibenförmigen Elemente in einfacher Weise unter unterschiedlichen Winkelorientierungen zueinander aufeinandergestapelt werden, ohne dass die Außenkontur von einer Zylinderform abweicht. Dies erleichtert den Einbau der Abgasnachbehandlungseinrichtung in einem Gerät, insbesondere in einer Feststofffeuerungsanlage.In some embodiments of the invention, the disk-shaped elements can have an outer contour which is round. The disk-shaped elements thus have an approximately cylindrical outer shape. As a result, the disk-shaped elements can be stacked on top of one another in a simple manner at different angular orientations without the outer contour deviating from a cylindrical shape. This facilitates the installation of the exhaust gas aftertreatment device in a device, in particular in a solid fuel firing system.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die scheibenförmigen Elemente eine Außenkontur aufweisen, welche polygonal ist. Eine polygonale Außenkontur kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung achteckig, sechseckig oder viereckig, insbesondere quadratisch sein. Hierdurch weist die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine quaderförmige Außenkontur auf, welches einen einfachen Einbau in ein Gerät erlaubt, beispielsweise eine Feststofffeuerungsanlage. Darüber hinaus werden Fehler beim Zusammenbau vermieden, da die Orientierung der scheibenförmigen Elemente durch ihre Außenkontur fest vorgegeben ist. In diesem Fall können die Ausnehmungen in den scheibenförmigen Elemente relativ zur Außenkontur unterschiedlich orientiert sein. Die scheibenförmigen Elemente können mit einer fortlaufenden Nummerierung versehen sein, so dass durch einfaches aufeinanderstapeln in der richtigen Reihenfolge eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem gewünschten Innenquerschnitt in Form und Durchmesser erhalten wird. Fehler beim Zusammenbau, wie diese beim Stapeln zylinderförmiger Elemente entstehen können, werden dadurch vermieden.In other embodiments of the invention, the disk-shaped elements can have an outer contour which is polygonal. In some embodiments of the invention, a polygonal outer contour can be octagonal, hexagonal or square, in particular square. As a result, the exhaust gas aftertreatment device has a cuboid outer contour, which allows simple installation in a device, for example a solid fuel firing system. In addition, errors during assembly are avoided, since the orientation of the disk-shaped elements is fixed by their outer contour. In this case, the recesses in the disk-shaped elements can be oriented differently relative to the outer contour. The disk-shaped elements can be provided with a consecutive numbering so that an exhaust gas aftertreatment device with the desired internal cross-section in shape and diameter is obtained by simply stacking them on top of one another in the correct order. This avoids assembly errors, such as those that can arise when stacking cylindrical elements.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die scheibenförmigen Elemente zumindest ein Verbindungselement enthalten. Ein solches Verbindungselement kann beispielsweise ein Zapfen sein oder einen solchen Zapfen enthalten, welcher in eine zugeordnete Bohrung eines benachbarten scheibenförmigen Elementes eingreift. Ein solches Verbindungselement kann den Zusammenbau vereinfachen, die mechanische Stabilität der Abgasnachbehandlungseinrichtung erhöhen und Montagefehler vermeiden.In some embodiments of the invention, the disk-shaped elements can contain at least one connecting element. Such a connecting element can, for example, be a pin or contain such a pin which engages in an associated bore of an adjacent disk-shaped element. Such a connector can simplify assembly, increase the mechanical stability of the exhaust gas aftertreatment device and avoid assembly errors.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Flächeninhalt der Ausnehmungen der scheibenförmigen Elemente vom ersten Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung zum zweiten Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung zunehmen. Dies ermöglicht die Herstellung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche vom ersten Ende zum zweiten Ende einen sich vergrößernden Querschnitt aufweist, dadurch kann der mit zunehmender Umsetzung zunehmenden Gasmenge Rechnung getragen werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen nach Art einer Lavalle-Düse zunehmenden Querschnitt aufweisen, so dass die Strömungsgeschwindigkeit vom ersten Ende zum zweiten Ende zunimmt.In some embodiments of the invention, the surface area of the recesses of the disk-shaped elements can increase from the first end of the exhaust gas aftertreatment device to the second end of the exhaust gas aftertreatment device. This enables the production of an exhaust gas aftertreatment device which has an increasing cross-section from the first end to the second end, thereby taking into account the increasing amount of gas that increases with the conversion. In some embodiments of the invention, the exhaust gas aftertreatment device can have an increasing cross section in the manner of a Lavalle nozzle, so that the flow velocity increases from the first end to the second end.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Ausnehmungen der scheibenförmigen Elemente vom ersten Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung zum zweiten Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung einen gewendelten Pfad ausbilden. Hierdurch kann bei unveränderten Außenmaßen die Weglänge des Pyrolysegases innerhalb der Abgasnachbehandlungseinrichtung vergrößert werden, was aufgrund längerer Verweilzeiten zu einer verbesserten Umsetzung des Pyrolysegases führen kann. Dies kann den Schadstoffausstoff reduzieren und die Wärmeausbeute vergrößern.In some embodiments of the invention, the recesses of the disk-shaped elements can form a coiled path from the first end of the exhaust gas aftertreatment device to the second end of the exhaust gas aftertreatment device. As a result, the path length of the pyrolysis gas within the exhaust gas aftertreatment device can be increased with unchanged external dimensions, which can lead to an improved conversion of the pyrolysis gas due to longer residence times. This can reduce the pollutants and increase the heat yield.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die scheibenförmigen Elemente aus einem Metall oder einer Legierung bestehen. Diese Materialien zeichnen sich durch vergleichsweise große spezifische Wärmekapazität sowie hohe thermische und mechanische Stabilität aus. Hierdurch werden eine starke Wärmestrahlung und Wärmeabgabe während des Betriebes gewährleistet, so dass die Oxidation des Pyrolysegases gewährleistet werden kann.In some embodiments of the invention, the disk-shaped elements can consist of a metal or an alloy. These materials are characterized by a comparatively large specific heat capacity and high thermal and mechanical stability. This ensures a strong heat radiation and heat emission during operation, so that the oxidation of the pyrolysis gas can be guaranteed.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die scheibenförmigen Elemente stoffschlüssig gefügt sein, beispielsweise durch Sintern und/oder Schweißen und/oder Kleben.In some embodiments of the invention, the disc-shaped elements can be joined in a materially bonded manner, for example by sintering and / or welding and / or gluing.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die scheibenförmigen Elemente aus einem anorganischen nicht metallischen Werkstoff bestehen. Ein anorganischer nichtmetallischer Werkstoff kann insbesondere eine Keramik enthalten oder daraus bestehen, beispielsweise eine Oxidkeramik oder ein Karbid oder ein Nitrid oder ein Oxinitrid. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Magnesiumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Zirconiumoxid und/oder Chromoxid und/oder Siliziumkarbid Verwendung finden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können diese Materialien eine katalytische Wirkung haben, so dass die Abbrandtemperatur für Feinstaub, insbesondere Ruß und/oder gasförmige Bestandteile des Pyrolysegases sinkt. Somit kann der Schadstoffgehalt auch bei geringen Brenntemperaturen niedrig gehalten werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Oberfläche einer Keramik porös sein oder adhäsive Eigenschaften aufweisen, so dass eine effektive Feinstaubbindung ermöglicht wird.In some embodiments of the invention, the disk-shaped elements can consist of an inorganic, non-metallic material. An inorganic non-metallic material can in particular contain or consist of a ceramic, for example an oxide ceramic or a carbide or a nitride or an oxynitride. In some embodiments of the invention, silicon dioxide and / or aluminum oxide and / or magnesium oxide and / or calcium oxide and / or zirconium oxide and / or chromium oxide and / or silicon carbide can be used. In some embodiments of the invention, these materials can have a catalytic effect, so that the combustion temperature for fine dust, in particular soot and / or gaseous constituents of the pyrolysis gas, drops. This means that the pollutant content can be kept low even at low firing temperatures. In some embodiments of the invention, the surface of a ceramic can be porous or have adhesive properties, so that effective binding of fine dust is made possible.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann organischer Feinstaub in Betriebszuständen mit niedriger Abgastemperatur an den Wänden der Abgasnachbehandlungseinrichtung gebunden werden und in Betriebszuständen mit hoher Abgastemperatur oxidiert werden. Unter einer niedrigen Abgastemperatur wird in diesem Zusammenhang eine Abgastemperatur unterhalb 450°C oder unterhalb 500°C verstanden. Unter einer hohen Abgastemperatur wird in diesem Zusammenhang eine Abgastemperatur oberhalb 500°C oder oberhalb 520°C verstanden.In some embodiments of the invention, organic fine dust can be bound to the walls of the exhaust gas aftertreatment device in operating states with a low exhaust gas temperature and oxidized in operating states with a high exhaust gas temperature. In this context, a low exhaust gas temperature is understood to mean an exhaust gas temperature below 450 ° C or below 500 ° C. In this context, a high exhaust gas temperature is understood to mean an exhaust gas temperature above 500 ° C or above 520 ° C.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können anorganische Feinstäube an den Wänden der Abgasnachbehandlungseinrichtung gebunden werden bzw. Agglomerate bilden. Diese Agglomerate können geschlossene Schichten bzw. Krusten bilden, welche sich bei Überschreiten einer bestimmten Schichtdicke aufgrund innerer Spannungen von den Wänden der Abgasnachbehandlungseinrichtung ablösen. Diese können nachfolgend über eine Revisionsöffnung oder über den Brennraum bzw. den Aschekasten entfernt werden.In some embodiments of the invention, inorganic fine dust can form on the walls of the exhaust gas aftertreatment device be bound or form agglomerates. These agglomerates can form closed layers or crusts which, when a certain layer thickness is exceeded, detach from the walls of the exhaust gas aftertreatment device due to internal stresses. These can then be removed via an inspection opening or via the combustion chamber or ash pan.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die scheibenförmigen Elemente jeweils zwischen einer und etwa 30 Ausnehmungen aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Ausnehmung so in dem scheibenförmigen Element angeordnet sein, dass die Mittelpunkte des scheibenförmigen Elementes und der Ausnehmung zusammenfallen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können mehrere scheibenförmige Elemente so ausgestaltet sein, dass diese jeweils eine identische Zahl von Ausnehmungen haben, deren Mittelpunkte an den gleichen Stellen der jeweiligen Scheiben angeordnet sind und welche in unterschiedlichen Scheiben eine unterschiedliche Winkelorientierung aufweisen.In some embodiments of the invention, the disk-shaped elements can each have between one and about 30 recesses. In some embodiments of the invention, a recess can be arranged in the disk-shaped element in such a way that the center points of the disk-shaped element and the recess coincide. In other embodiments of the invention, several disc-shaped elements can be designed so that they each have an identical number of recesses, the center points of which are arranged at the same points of the respective discs and which have a different angular orientation in different discs.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder eine damit ausgestattete Feststofffeuerungsanlage zumindest eine Sprühelektrode enthalten, welche dazu eingerichtet ist, in zumindest einem Teilabschnitt ein elektrisches Feld zu erzeugen. Bei Betrieb der Feststofffeuerungsanlage kann das elektrische Feld unterhalb der Durchbruchsfeldstärke gewählt sein und beispielsweise weniger als 1 kV/mm oder weniger als 0,7 kV/mm oder weniger als 0,6 kV/mm betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das elektrische Feld größer sein als etwa 0,4 kV/mm. Die umgesetzte elektrische Leistung kann zwischen etwa 15 W und wetwa 35 W betragen. Durch den Einbau der Sprühelektrode in die Abgasnachbehandlungseinrichtung wird die Einwirkung von Ruß- oder Teerablagerungen zumindest reduziert, so dass das Wartungsintervall verlängert sein kann.In some embodiments of the invention, the exhaust gas aftertreatment device and / or a solid fuel firing system equipped with it can contain at least one spray electrode which is set up to generate an electric field in at least one section. When the solid fuel firing system is in operation, the electric field can be selected below the breakdown field strength and, for example, be less than 1 kV / mm or less than 0.7 kV / mm or less than 0.6 kV / mm. In some embodiments of the invention, the electric field can be greater than about 0.4 kV / mm. The converted electrical power can be between about 15 W and about 35 W. By installing the spray electrode in the exhaust gas aftertreatment device, the effect of soot or tar deposits is at least reduced, so that the maintenance interval can be extended.
Das elektrische Feld bewirkt eine Agglomeration von Feinstaub, so dass die dann größeren Staubpartikel einfacher an den Wänden der Abgasnachbehandlungseinrichtung oder einem optionalen Filterelement zurückgehalten werden können. Darüber hinaus kann das elektrische Feld Sauerstoffradikale und/oder Ozon erzeugen, so dass die Oxidation organischer Bestandteile des Abgases oder entstehender Stäube einfacher, insbesondere bei niedrigeren Temperaturen erfolgen kann.The electric field causes an agglomeration of fine dust, so that the then larger dust particles can be retained more easily on the walls of the exhaust gas aftertreatment device or an optional filter element. In addition, the electric field can generate oxygen radicals and / or ozone, so that the oxidation of organic constituents of the exhaust gas or the dust that occurs can take place more easily, in particular at lower temperatures.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder eine damit ausgestattete Feststofffeuerungsanlage zumindest eine Elektrode oder ein Elektrodenpaar enthalten, welches dazu eingerichtet ist, eine dielektisch behinderte Entladung (DBE) zu ermöglichen. Hierzu kann im Entladungsspalt ein Dielektrikum angeordnet sein, welches in einigen Ausführungsformen der Erfindung ausgewählt ist aus einer Keramik oder Porzellan. Hierdurch können Ozon und/oder atomarer Sauerstoff mit hoher Effizienz aus Umgebungsluft erzeugt werden.In some embodiments of the invention, the exhaust gas aftertreatment device and / or a solid fuel firing system equipped with it can contain at least one electrode or a pair of electrodes which is set up to enable a dielectically impeded discharge (DBE). For this purpose, a dielectric can be arranged in the discharge gap, which in some embodiments of the invention is selected from a ceramic or porcelain. As a result, ozone and / or atomic oxygen can be generated from ambient air with high efficiency.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Entladung entweder in Form vieler Filamente oder als homogene Entladung ausgebildet sein, so dass sich die Entladung über das gesamte Entladungsvolumen oder einen Großteil des Volumens erstreckt. Die DBE hat die Wirkung, dass näherungsweise nur Elektronen beschleunigt werden, da die Entladungsdauer so gering ist, dass die schwereren Ionen, bedingt durch ihre Massenträgheit, nur wenig Impuls aufnehmen. Die Entladung erlischt, sobald das angelegte elektrische Feld von der vor dem Dielektrikum angesammelten elektrischen Ladung kompensiert wird. Die Zeitdauer einer Entladung kann im Bereich von einigen Nanosekunden liegen.In some embodiments of the invention, the discharge can be designed either in the form of many filaments or as a homogeneous discharge, so that the discharge extends over the entire discharge volume or a large part of the volume. The DBE has the effect that approximately only electrons are accelerated, since the discharge duration is so short that the heavier ions, due to their inertia, only absorb a small amount of momentum. The discharge ceases as soon as the applied electric field is compensated by the electric charge accumulated in front of the dielectric. The duration of a discharge can be in the range of a few nanoseconds.
Zur Erzeugung einer DBE ist eine gepulste Anregung bzw. Das gepulste Anlegen einer Betriebsspannung an die zumindest eine Elektrode vorteilhaft. Die DBE kann mit uni- oder bipolaren Pulsen mit Pulsdauern von etwa 1 bis etwa 10 µs oder von etwa 20 ns bis etwa 900 ns betrieben werden. In einigen Ausführungsformen kann die Amplitude der Betriebsspannung zwischen etwa 2 kV und etwa 10 kV betragen. Das Puls-Pausenverhältnis kann kleiner als etwa 20% oder kleiner als etwa 15% oder kleiner als etwa 10% sein.To generate a DBE, pulsed excitation or the pulsed application of an operating voltage to the at least one electrode is advantageous. The DBE can use unipolar or bipolar pulses with pulse durations of approximately 1 to approximately 10 microseconds or operated from about 20 ns to about 900 ns. In some embodiments, the amplitude of the operating voltage can be between about 2 kV and about 10 kV. The pulse / pause ratio can be less than about 20% or less than about 15% or less than about 10%.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die scheibenförmigen Elemente der Abgasnachbehandlungseinrichtung aus einem Material mit einer Wärmekapazität von etwa 0,55 kJ/(kg·K) bis etwa 1,2 kJ/(kg·K) bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Masse von etwa 15 kg bis etwa 50 kg oder von etwa 20 kg bis etwa 40 kg aufweisen. Dies ermöglicht es, bei Temperaturen zwischen 490°C und 520°C eine Wärmemenge zu speichern, welche zumindest der bei der Verbrennung von etwa 0,75 kg bis etwa 1,1 kg Holz freiwerdenden Wärme entspricht. Dies erlaubt eine gleichbleibend schadstoffarme Verbrennung, auch wenn die Brenntemperatur vorübergehend absinkt.In some embodiments of the invention, the disk-shaped elements of the exhaust gas aftertreatment device can consist of a material with a heat capacity of approximately 0.55 kJ / (kg · K) to approximately 1.2 kJ / (kg · K). In some embodiments of the invention, the exhaust gas aftertreatment device can have a mass of about 15 kg to about 50 kg or from about 20 kg to about 40 kg. This makes it possible to store an amount of heat at temperatures between 490 ° C and 520 ° C which at least corresponds to the heat released when about 0.75 kg to about 1.1 kg of wood is burned. This allows a consistently low-pollutant combustion, even if the combustion temperature drops temporarily.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Länge der Abgasnachbehandlungseinrichtung bzw. die Länge des gewendelten Pfades so gewählt sein, dass die Durchströmzeit des Pyrolysegases zumindest zwischen etwa 1,2 s und etwa 1,8 s beträgt. Dies ermöglicht eine effiziente Abgasnachbehandlung mit gutem Wirkungsgrad und geringem Schadstoffausstoß.In some embodiments of the invention, the length of the exhaust gas aftertreatment device or the length of the coiled path can be selected such that the flow time of the pyrolysis gas is at least between approximately 1.2 s and approximately 1.8 s. This enables efficient exhaust gas aftertreatment with good efficiency and low pollutant emissions.
Nachfolgend soll die Erfindung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt
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Fig. 1 eine Feststofffeuerungsanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
Fig. 2 zeigt eine Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform in einer ersten Ansicht. -
Fig. 3 zeigt die Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einer zweiten Ansicht. -
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. -
Fig. 5 zeigt die Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einer dritten Ansicht. -
Fig. 6 verdeutlich den Strömungspfad innerhalb der Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. -
Fig. 7 zeigt ein scheibenförmiges Element gemäß einer ersten Ausführungsform in einer ersten Ansicht. -
Fig. 8 zeigt das scheibenförmige Element gemäß der ersten Ausführungsform in einer zweiten Ansicht. -
Fig. 9 zeigt ein scheibenförmiges Element gemäß einer zweiten Ausführungsform. -
Fig. 10 zeigt ein scheibenförmiges Element gemäß einer dritten Ausführungsform. -
Fig. 11 zeigt eine Feststofffeuerungsanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
Fig. 12 zeigt eine Feststofffeuerungsanlage gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
Fig. 13 zeigt eine genauere Ansicht eines Bauteils der Feststofffeuerungsanlage gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
Fig. 14 zeigt einen Abschnitt einer Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. -
Fig. 15 zeigt einen Abschnitt einer Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform
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Fig. 1 a solid fuel furnace according to a first embodiment of the present invention. -
Fig. 2 shows an exhaust gas aftertreatment device according to a first embodiment in a first view. -
Fig. 3 shows the exhaust gas aftertreatment device according to the first embodiment in a second view. -
Fig. 4 shows a section through an exhaust gas aftertreatment device according to the first embodiment. -
Fig. 5 shows the exhaust gas aftertreatment device according to the first embodiment in a third view. -
Fig. 6 illustrates the flow path within the exhaust gas aftertreatment device according to the first embodiment. -
Fig. 7 shows a disk-shaped element according to a first embodiment in a first view. -
Fig. 8 shows the disk-shaped element according to the first embodiment in a second view. -
Fig. 9 shows a disk-shaped element according to a second embodiment. -
Fig. 10 shows a disk-shaped element according to a third embodiment. -
Fig. 11 Fig. 3 shows a solid fuel furnace according to a second embodiment of the present invention. -
Fig. 12 Fig. 13 shows a solid fuel furnace according to a third embodiment of the present invention. -
Fig. 13 shows a more detailed view of a component of the solid fuel combustion system according to the third embodiment of the present invention. -
Fig. 14 shows a section of an exhaust gas aftertreatment device according to a second embodiment. -
Fig. 15 shows a section of an exhaust gas aftertreatment device according to a third embodiment
Anhand der
Die Feststofffeuerungsanlage 1 enthält ein Gehäuse 10, welches aus einem feuerresistenten Material gefertigt ist, beispielsweise einem Metall oder einer Legierung. Fallweise können die Wandungen des Gehäuses 10 auch mehrlagig ausgeführt sein und beispielsweise eine Wärmedämmung enthalten.The solid
Durch Innenwände ist das Gehäuse 10 in eine erste Kammer 11, eine zweite Kammer 12 und eine dritte Kammer 13 unterteilt. Im Bodenbereich der jeweiligen Kammern befinden sich zugeordnete Ascheabfuhrsysteme 111, 121 und 131 in Form jeweils einer Förderschnecke. Diese sind jedoch optional und können in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch entfallen.The
Die erste Kammer 11 ist als Pyrolysekammer ausgelegt. In der ersten Kammer 11 befindet sich daher ein Feuerrost 112 sowie eine Beschickungseinreichung 15, durch welche fester Brennstoff, wie beispielsweise Holzpellets, zugeführt werden kann. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann selbstverständlich auch Scheitholz, Biomasse oder jeder andere feste Brennstoff Verwendung finden. In diesen Fällen kann die Beschickungseinreichung 15 eine andere Bauform annehmen oder auch entfallen.The
In der ersten Kammer 11 wird der zugeführte Brennstoff pyrolysiert, wobei ein Pyrolysegas entsteht. Das Pyrolysegas kann Kohlenstoff und/oder Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffe enthalten oder daraus bestehen. Dieses Pyrolysegas wird durch den Gaseinlass 115 in die zweite Kammer geleitet.The fuel supplied is pyrolysed in the
Die zweite Kammer 12 enthält eine Zyklonbrennkammer 125 sowie eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 2. In der Zyklonbrennkammer 125 wird das Pyrolysegas mit einem Oxidationsmittel, insbesondere Umgebungsluft, umgesetzt. Das entstehende Abgas wird in die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 geleitet. Nach Durchtritt durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 wird das so gereinigte Abgas teilweise über eine Abgasleitung 122 in die erste Kammer 11 zurückgeleitet und dient dort der Pyrolyse des Brennstoffes. Ein anderer Teil des Abgases wird in die dritte Kammer 13 geleitet, welche einen Wärmetauscher 132 enthält. Dort wird die im Abgas enthaltene Wärme an ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeträgermedium abgeführt und zum Ort ihrer Verwendung transportiert.The
Ein optionales Saugzuggebläse 135 dient der Aufrechterhaltung des Abgasstromes durch die zweite Kammer 12 und die dritte Kammer 13.An optional induced
Es sei darauf hingewiesen, dass die dargestellte Feststofffeuerungsanlage 1 lediglich beispielhaft zu verstehen ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Feststofffeuerungsanlage auch eine andere Bauform annehmen, so dass einige der genannten Bauteile anders ausgeführt sein können oder auch entfallen. Die Erfindung lehrt nicht die Verwendung einer bestimmten Feststofffeuerungsanlage als Lösungsprinzip. Vielmehr bezieht sich die Erfindung primär auf die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2, welche in Ausführungsbeispielen nachfolgend anhand der
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 aus einer Mehrzahl scheibenförmiger Elemente 3 zusammengesetzt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 20 scheibenförmige Elemente vorhanden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der scheibenförmigen Elemente 3 größer oder geringer sein und beispielsweise zwischen etwa 5 und etwa 100 oder zwischen etwa 10 und etwa 50 oder zwischen etwa 15 und etwa 40 oder zwischen etwa 5 und etwa 25 betragen.As can be seen from the figures, the exhaust
Die scheibenförmigen Elemente können eine Dicke von etwa 10 mm bis etwa 100 mm oder von etwa 10 mm bis etwa 50 mm aufweisen. Der Durchmesser der im dargestellten Ausführungsbeispiel dargestellten kreisförmigen Elemente kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung zwischen etwa 70 mm und etwa 500 mm oder zwischen etwa 100 mm und etwa 400 mm betragen.The disk-shaped elements can have a thickness of about 10 mm to about 100 mm or from about 10 mm to about 50 mm. In some embodiments of the invention, the diameter of the circular elements shown in the exemplary embodiment shown can be between approximately 70 mm and approximately 500 mm or between approximately 100 mm and approximately 400 mm.
Wie aus
Wie in den
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt des Strömungspfades innerhalb der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 vom ersten Ende 21 und zweiten Ende 22 konstant. Dies bedeutet, dass die scheibenförmigen Elemente 3 sämtlich eine identische Form und Größe aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können unterschiedliche scheibenförmige Elemente 3 verwendet werden, so dass der Querschnitt des Strömungspfades 36 vom ersten Ende 21 zum zweiten Ende 22 hin variabel ist. Beispielsweise kann der Querschnitt vom ersten Ende 21 zum zweiten Ende 22 hin zunehmen.In the exemplary embodiment shown, the cross section of the flow path within the exhaust
Anhand der
Dieses anhand von
Dieser Sachverhalt wird nochmals anhand der
Die anhand der
Anhand der
Wie bereits anhand der vorstehenden Ausführungsform erläutert, weisen die scheibenförmigen Elemente gemäß
Zum Aufbau größerer Abgasnachbehandlungseinrichtungn 2 können auch mehrere unterschiedliche scheibenförmige Elemente 3 Verwendung finden, bei welchen die Ausnehmungen 35 um etwa 1° bis etwa 30° oder um etwa 5° bis etwa 15° relativ zur polygonalen Außenkontur 39 angeordnet sind. Die Erfindung lehrt nicht die Verwendung von genau 2 unterschieldichen scheibenförmigen Elementen 3 als Lösungsprinzip.For the construction of larger exhaust
Anhand der
Auch die Feststofffeuerungsanlage gemäß der zweiten Ausführungsform enthält ein Gehäuse 10, welches aus einem feuerresistenten Material, wie beispielsweise Stahlblech, gefertigt sein kann. Teilflächen der Wandung können doppelwandig ausgeführt werden, wobei der Zwischenraum durch Luftströmung und/oder Dämmmaterial wie Mineralwolle oder Vermiculit gedämmt werden kann.The solid fuel firing system according to the second embodiment also contains a
Wie die Schnittdarstellung der zweiten Ausführungsform zeigt, entfallen bei der zweiten Ausführungsform die in der ersten Ausführungsform vorhandenen Innenwände, welche das Gehäuse in eine Mehrzahl von Kammern unterteilen. Vielmehr ist die einzige Kammer des Gehäuses 10 als Feuerraum ausgebildet, welcher durch eine Feuerraumtür 101 zugänglich ist. Dort kann Brennstoff auf ein Feuerrost 112 aufgelegt werden. Die zur Verbrennung erforderliche Luft kann entweder über nicht dargestellte Luftzuführungen oder von unten durch den Feuerrost 112 zugeführt werden. Entstehende Asche fällt durch den Feuerrost 112 in den darunterliegenden Aschekasten 113.As the sectional view of the second embodiment shows, the inner walls present in the first embodiment, which divide the housing into a plurality of chambers, are omitted in the second embodiment. Rather, the only chamber of the
Die beim Abbrand des Brennstoffes anfallenden Abgase steigen durch Konvektion getrieben auf, wobei sie vor ihrem Austritt aus der Rauchgasöffnung 103 durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 strömen. Innerhalb der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 werden oxidierbare Gase im Rauchgas nachoxidiert, sodass diese nicht als Luftschadstoff an die Umgebung abgegeben werden. Darüber hinaus können organische Feinstäube in der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 nachoxidiert werden, sodass diese nicht als Feinstaub in die Umgebung gelangen. Alternativ oder zusätzlich können Feinstäube in zumindest einigen Betriebszuständen zu Grobstaub agglomeriert werden. Der Grobstaub kann entweder an das Material der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 angelagert werden, bis dieser bei hinreichend hohen Temperaturen oxidiert werden kann. Alternativ bzw. zusätzlich können anorganische Stäube Schichten bzw. Krusten an den Oberflächen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 bilden, welche aufgrund von Temperaturschwankungen oder aufgrund von mechanischen, durch die Schichtdicke induzierten Spannungen abplatzen und in den Aschekasten 113 fallen. In diesem Fall können die Stäube zusammen mit den übrigen Verbrennungsrückständen entsorgt werden, ohne dass diese in die Atmosphäre abgegeben werden.The exhaust gases produced when the fuel is burned up, driven by convection, flow through the exhaust
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 weist einen polygonalen, insbesondere viereckigen oder quadratischen Grundriss auf. In der Abgasnachbehandlungseinrichtung befinden sich eine Vielzahl von Öffnungen, welche jeweils einen gewendelten Strömungspfad ausbilden, wie vorstehend anhand der
Anhand der
Wie bereits vorstehend anhand von
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 weist eine im Wesentlichen zylindrische Grundform auf und ist aus einer Mehrzahl scheibenförmiger Elemente zusammengesetzt. In der zylindrischen Grundform von jedem scheibenförmigen Element 3 befinden sich mehrere Öffnungen 35, sodass eine Mehrzahl paralleler Strömungspfade ausgebildet wird. Hierdurch kann der Abgasgegendruck der Abgasnachbehandlungseinrichtung gesenkt werden und/oder der Rauchgasdurchsatz ansteigen.The exhaust
Wie
Auch die
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 kann eine Masse von etwa 20 kg bis etwa 40 kg aufweisen. Das Material der die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 bildenden scheibenförmigen Elemente 3 kann eine Wärmekapazität von etwa 0,55 kJ/(kg·K) bis etwa 1,2 kJ/(kg·K) aufweisen. Auf diese Weise lässt sich in der Abgasnachbehandlungseinrichtung bei einer Temperatur von etwa 500°C eine Wärmemenge speichern, welche derjenigen Wärme entspricht, welche bei der Verbrennung von etwa 0,7 kg bis etwa 1 kg Holz frei wird. Diese Wärmemenge ist ausreichend, um beim vorübergehenden Absinken der Abgastemperatur, beispielsweise beim Nachlegen von Brennstoff, die Abgasnachbehandlung der entstehenden Rauchgase sicherzustellen. Diese Wirkung beruht insbesondere darauf, dass an die in diesen Betriebsphasen kälteren Rauchgase in der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 Wärme abgegeben wird, bis diese eine zur Schadstoffminimierung günstige Temperatur von mehr als etwa 500°C oder mehr als etwa 550°C erreicht haben. Die Länge der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 bzw. der in der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 ausgebildeten Strömungspfade 36 ist so gewählt, dass die Durchströmzeit eines Abgases zumindest zwischen etwa 1,2 sec und etwa 1,8 sec beträgt. Diese Zeit ist ausreichend, um eine effiziente Abgasnachbehandlung zu ermöglichen und den Schadstoffausstoß zu minimieren. Gleichzeitig ist der hierfür benötigte Bauraum hinreichend klein, um die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung in gängigen Kleinfeueranlagen einzusetzen.The exhaust
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Öffnungen 35 an gleichen Stellen unterschiedlicher scheibenförmiger Elemente 3 angeordnet sein, wobei die Öffnungen jedoch in unterschiedlichen scheibenförmigen Elementen 3 um einen vorgebbaren Winkelbetrag zueinander verdreht sind, wie anhand der
Anhand der
Die Sprühelektrode 45 ist über einen elektrischen Leiter 41 mit einem Hochspannungsgenerator 43 verbunden. Der Hochspannungsgenerator 43 kann mittels eines Netzkabels oder batteriebetrieben oder durch einen Thermogenerator eine Primärspannung beziehen und an seinem Ausgang eine Hochspannung abgeben, welche beispielsweise mehr als 500 V oder mehr als 1 kV oder mehr als 5 kV oder mehr als 10 kV oder mehr als 20 kV beträgt. Die Hochspannung kann so gewählt werden, dass an der Sprühelektrode 45 elektrische Feldstärken unterhalb der Durchbruchspannung erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Feldstärke an der Sprühelektrode 45 geringer sein als beispielsweise 1 kV/mm oder weniger als 0,7 kV/mm oder weniger als 0,6 kV/mm. Die Spannung kann jedoch so hoch gewählt sein, dass das elektrische Feld an der Sprühelektrode 45 größer ist als etwa 0,4 kV/mm.The
Der elektrische Leiter 41 kann durch eine elektrische Isolation 42 vor Berührung geschützt werden. Die Isolation 42 kann in an sich bekannter Weise Rippen aufweisen, um die Weglänge für Kriechspannungen zu erhöhen und hierdurch die Isolation zu verbessern. Die Isolation 42 kann in einem Rohr 44 aus einem Kunststoff oder einer Keramik geführt werden, um den Benutzer der mit der Einrichtung ausgestatteten Kleinfeueranlage vor dem Berühren der Hochspannung zu schützen.The
Bei Betrieb der Hochspannungsquelle 43 liegt somit an der Sprühelektrode 45 ein elektrisches Feld an. Die im gewendelten Pfad 36 strömenden Rauchgase durchlaufen somit zumindest einen Längsabschnitt in der Abgasnachbehandlungseinrichtung, in welchem diese einem elektrischen Feld ausgesetzt werden. Das elektrische Feld kann die Agglomeration von Feinstäuben und damit die Umsetzung von Feinstaub zu Grobstaub unterstützen. Darüber hinaus können die elektrisch geladenen Feinstäube elektrostatisch an den Wänden der gewendelten Pfade 36 haften und dadurch aus dem Abgasstrom gefiltert werden. Durch diese Maßnahme kann somit die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung weiter gesteigert werden.When the high-
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Sprühelektrode dazu eingerichtet sein, eine dielektrisch behinderte Entladung zu erzeugen. Hierdurch können Ozon und/oder atomarer Sauerstoff mit hoher Effizienz aus Umgebungsluft erzeugt werden, so dass Schadstoffe effizient oxidiert werden können.In some embodiments of the invention, the spray electrode can be designed to generate a dielectrically impeded discharge. As a result, ozone and / or atomic oxygen can be generated from ambient air with high efficiency, so that pollutants can be efficiently oxidized.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung "erste" und "zweite" Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.Of course, the invention is not limited to the embodiments shown. The above description is therefore not to be regarded as restrictive, but rather as explanatory. The following claims are to be understood in such a way that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. Insofar as the claims and the above description define “first” and “second” embodiments, this designation serves to distinguish between two similar embodiments without defining an order of precedence.
Claims (15)
dass die Ausnehmung (35) einen Flächenanteil von etwa 25% bis etwa 50% der Gesamtfläche des scheibenförmigen Elementes (3) aufweist.Exhaust gas aftertreatment device according to Claim 1, characterized in that the at least one recess (35) is designed in such a way that, starting from the center point (33) of the recess (35) at a predeterminable radius (r) at a first angle (α), an open surface area ( 31) is present and a closed surface area (32) is present at a second angle (β) and / or that the recess (35), starting from the center point (33) of the recess (35), has at least one partial surface (34) which is extends radially outward and has an opening angle (γ) of approximately 10 ° to approximately 50 ° and / or
that the recess (35) has an area proportion of about 25% to about 50% of the total area of the disk-shaped element (3).
dass benachbarte scheibenförmige Elemente (3) aus der Mehrzahl von scheibenförmigen Elementen (3) um einen vorgebbaren Winkel zueinander verdreht angeordnet sind.Exhaust gas aftertreatment device according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the disc-shaped elements (3) each have between one and approximately 30 recesses (35) and / or
that adjacent disc-shaped elements (3) from the A plurality of disc-shaped elements (3) are arranged rotated by a predeterminable angle to one another.
dass die scheibenförmigen Elemente (3) eine Außenkontur (39) aufweisen, welche viereckig, insbesondere quadratisch ist.Exhaust gas aftertreatment device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the disc-shaped elements (3) have an outer contour (39) which is or is polygonal or round
that the disc-shaped elements (3) have an outer contour (39) which is rectangular, in particular square.
dass die Ausnehmungen (35) der scheibenförmigen Elemente (3) vom ersten Ende (21) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) zum zweiten Ende (22) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) einen gewendelten Pfad (36) ausbilden und/oder
dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Masse von etwa 15 kg bis etwa 50 kg oder von etwa 20 kg bis etwa 40 kg aufweist.Exhaust gas aftertreatment device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the area of the recesses (35) of the disc-shaped elements (3) increases from the first end (21) of the exhaust gas aftertreatment device (2) to the second end (22) of the exhaust gas aftertreatment device (2) and /or
that the recesses (35) of the disc-shaped elements (3) form a coiled path (36) from the first end (21) of the exhaust gas aftertreatment device (2) to the second end (22) of the exhaust gas aftertreatment device (2) and / or
that the exhaust gas aftertreatment device has a mass of about 15 kg to about 50 kg or from about 20 kg to about 40 kg.
dass die scheibenförmigen Elemente (3) aus einem Material mit einer Wärmekapazität von etwa 0,55 kJ/(kg·K) bis etwa 1,2 kJ/(kg·K) bestehen.Exhaust gas aftertreatment device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the disc-shaped elements (3) consist of a metal or an alloy or an inorganic non-metallic material, in particular a material which contains silicon dioxide and / or aluminum oxide and / or magnesium oxide and / or calcium oxide and / or contains or consists of zirconium oxide and / or chromium oxide and / or silicon carbide and / or
that the disc-shaped elements (3) consist of a material with a heat capacity of about 0.55 kJ / (kg · K) to about 1.2 kJ / (kg · K).
dass weiterhin zumindest eine Sprühelektrode (45) zwischen die Mehrzahl von scheibenförmigen Elementen (3) eingebracht wird.Method according to claim 14, characterized in that the plurality of disk-shaped elements (3) are stacked in such a way that the recesses (35) of the disk-shaped elements (3) from the first end (21) of the exhaust gas aftertreatment device (2) to the second end (22) of the exhaust gas aftertreatment device (2) form a coiled path (36) and / or
that furthermore at least one spray electrode (45) is introduced between the plurality of disc-shaped elements (3).
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