AT502821B1

AT502821B1 - Verfahren und kondensationsteil zur kondensation von rauchgas

Info

Publication number: AT502821B1
Application number: AT7252006A
Authority: AT
Inventors: Johann Dipl Ing Haslmayr
Original assignee: Johann Dipl Ing Haslmayr
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-06-15
Also published as: AT502821A4

Description

2 AT 502 821 B1

Kondensationskessel für Festbrennstoff oder Biomasse

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kondensation von Rauchgas eines Biomassekessels oder Festbrennstoffkessels in einem von Heizungswasser gekühlten Kondensationsteil 5 sowie auf das Kondensationsteil zur Durchführung des Verfahrens. Es gibt derzeit zwei Arten von Biomasse-Kondensationskessel. Einen von der Fa. Ökofen, wo dem herkömmlichen Kessel ein zusätzlicher Rohrwärmetauscher nachgeschaltet ist. Dabei treten grolle Probleme durch die Verschmutzung der Heizflächen im Kondensationsteil auf. Biomassefeuerungen haben anders als Öl- oder Gasfeuerungen einen großen Flugascheanteil, der bei Kondensation die Heizflä-io chen verkleben kann. Eine mechanische Reinigung der Heizflächen ist dann nicht mehr ausreichend.

Eine zweite Möglichkeit ist in AT 006695 U1 beschrieben, wo das Rauchgas durch ein Wasserbad gezogen wird. Da Biomassefeuerungen nicht wie Öl- oder Gasfeuerungen augenblicklich 15 ausgeschaltet werden können, muss für einen Störungsfall ein aufwendiges Bypasssystem vorgesehen werden, das auch bei Stromausfall noch sicher geöffnet werden kann. Außerdem kann dieses Kondensationsteil nicht nachträglich als Zusatzmodul eingebaut werden.

Aufgabe der Erfindung war es, ein Kondensationsteil für Biomassefeuerungen zu entwickeln, 20 das klein und kompakt ist, einen Selbstreinigungseffekt der Wärmetauscherflächen besitzt und wo die Verbindung von Brennkammer und Kamin bei Abgasgebläsestillstand oder Stromausfall automatisch gegeben ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das heiße Rauchgas großflächig in geringer 25 Schichthöhe über die Oberfläche des Flüssigkeits- oder Kondensationsbades (8) geführt wird, sodass am Austritt (10) turbulente Strömung auftritt und so ein Wärmeaustausch zwischen Rauchgas und Flüssigkeits- oder Kondensationsbad (8) stattfindet. Durch direkten großflächigen Kontakt des Rauchgases mit der Kondensatoberfläche wird Wärme an das Flüssigkeitsoder Kondensationsbad übertragen. Diese Heizfläche reinigt sich durch die von der Gasströ-30 mung mitgerissenen Flüssigkeitsteilchen und den wechselnden Flüssigkeitsspiegel selber. Die Verbindung zwischen Brennkammer des Kessels und Kamin ist immer gegeben. Die Anlage ist ohne Bypass eigensicher und wartungsfrei.

Wenn das heiße Rauchgas in einem nach unten offenen Kanal oder Kanäle (6) über die Ober-35 fläche des Flüssigkeits- oder Kondensationsbades (8) geführt wird und am Austritt (10) des Kanals oder der Kanäle (6) durch den Saugzug der Kondensatspiegel bei eingeschaltetem Abgasgebläse (11) angehoben wird und damit der Strömungsquerschnitt reduziert wird, stellt sich turbulente Strömung ein. Auch wenn der Kessel unter der Nennlast oder mit Temperaturen über der Kondensationstemperatur betrieben wird, liefert die zusätzliche Wärmetauscherober-40 fläche der Kanäle, die mit dem Kondensat leitend verbunden sind, eine Verbesserung des Kühleffekts. Durch die turbulente Strömung und innigen Kontakt von Rauchgas und Flüssigkeits- oder Kondensationsbad wird durch Venturiwirkung ohne Turbulatoren ein hoher Wärmeübergang zwischen Rauchgas und Flüssigkeits- oder Kondensatbad erreicht. Bei niedriger Flüssigkeits- oder Kondensationsbadtemperatur, die immer nahe der Rücklauftemperatur liegt, 45 wird dadurch eine hohe Kondensationsrate des Rauchgases erzielt.

Da die ins Flüssigkeits- oder Kondensationsbad (8) abgeschiedene oder verweilende basische Flugasche das Kondensat neutralisiert, ist für das Kondensationsteil mit den innenliegenden Konstruktionsteilen nur rost- und keine säurebeständiges Material erforderlich. 50

Wenn die Seitenwände (7) des oder der nach unten offenen Kanäle (6) im unteren Bereich vom Flüssigkeits- oder Kondensationsbad (8) beaufschlagt sind, kann die so aufgenommene Wärme der Kanäle über die Seitenwände durch Wärmeleitung in das Flüssigkeits- oder Kondensatbad abgeführt werden. Der Kanal oder die Kanäle (6) bilden eine große Oberfläche für den Wärme-55 Übergang zum Rauchgas. Ein gut Wärme leitender Werkstoff für die Kanäle ist dabei von 3 AT 502 821 B1

Vorteil.

Wenn am Austritt (10) oder kurz nach dem Kanalaustritt eine Barriere (9) vorgesehen ist, die unten ins Flüssigkeits- oder Kondensationsbad eintaucht und oben über den Kondensatspiegel 5 bei Abgasgebläsestillstand (18) hinausreicht, lässt die Barriere den Kondensatspiegel beim Austritt bei eingeschaltetem Abgasgebläse durch den Staudruck noch höher ansteigen und bewirkt dadurch eine Nasswäsche des Rauchgases.

Wenn der Überlauf (15) zwischen Austritt (10) und Kanaleintritt (5) positioniert ist, ist sicherge-io stellt, dass sich der richtige Kondensatspiegel und damit die richtigen Strömungsquerschnitte am Kanalaustritt beim Ein- und Ausschalten des Abgasgebläses sofort einstellen.

Wenn der Kanal oder die Kanäle (6) in Kanalendteil (12) und Einheit für Vorkühlung (14) aufgeteilt sind, kann der Überlauf im Zwischenraum nach der Prallplatte (16) einfach und wirkungsvoll 15 angebracht werden und die Zirkulation und Pulsation des Kondensatspiegels gebremst werden.

Wenn der oder die Kanäle (6) als Einsatz mit einer lösbaren Verbindung (19) im Kondensationsteil (1) eingesetzt sind, ist die Zugänglichkeit für Wartungs- und Reinigungsarbeiten gewährleistet. 20

Wenn die Kondensation in einem dem Kessel (2) angeflanschten eigenen Kondensationsteil (1), der jede beliebige Grundrissform aufweisen kann und in dem das Rauchgas außerhalb eines oder mehrerer mit Heizwasser durchflossenen Rücklaufrohrs oder Rohre (13), das oder die jede beliebige Querschnittsform haben können, geführt wird, erfolgt, kann das Kondensati-25 onsteil als modularer Zusatz an jedem Biomassekessel angebaut werden. Auch horizontale Rücklaufrohre, die nicht vom flüssigkeits- oder Kondensationsbad umspült sind, können außen durch mechanische Scheuerbewegungen leicht gereinigt werden. Die mechanisch entfernten Verunreinigungen fallen ins Kondensationsbad und setzen sich im Absetzbehälter ab. 30 Wenn der Füllstand des Flüssigkeits- oder Kondensatbades (8) beim Überlauf (15) durch gesteuerte oder geregelte Zugabe von Frischwasser (20) etwa konstant gehalten wird, kann selbst bei hohen Rücklauftemperaturen, die über der Kondensationstemperatur des Rauchgases liegen, eine Nutzung der latenten Wärme erfolgen und die Nasswäsche des Rauchgases ist sichergestellt. 35

Wenn eine partielle mechanische Reinigung der Außenoberfläche der Rücklaufrohre (13) durch mechanisch bewegte Abstreifer (21) erfolgt kann ein Zuwachsen des Abgaseintritts (4) vor dem Kanaleintritt (5) sicher verhindert werden. 40 Wenn die Entleeröffnung (23) des Kondensationsteils (1) mit einem abnehmbaren Absetzbehälter (25) über einen lösbaren Anschluss (24) flüssigkeitsdicht verbunden ist, kann Flugstaub mit kondensierten Schwermetallteilchen gesammelt und dann einfach entsorgt werden.

Die Zeichnungen stellen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Fig.1 zeigt den Schnitt 45 AA durch einen einseitig durchstömten Kondensationsteil. Fig. 2 zeigt den Querschnitt dieses Kondensationsteils. In Fig. 3 ist der komplette Kondensationskessel mit Kondensationsteil und Absetzbehälter dargestellt. Fig. 4 zeigt eine symmetrisch ausgeführte Variante eines Kondensationsteils mit mittigen Abgaseintritt, bei der eine sehr gute Tropfenabscheidung aus dem Rauchgas vor dem Abgasgebläseintritt zu bewerkstelligen ist. 50

Der Kondensationsteil (1) ist ein modularer Zusatz zu einem herkömmlichen Biomassezentralheizungskessels, kurz Kessel (2) genannt. Das Abgas vom Kessel (2) mit herkömmlichen Abgastemperaturen wird durch das Abgasgebläse (3) über den Abgaseintritt (4) in das Kondensationsteil gesaugt. Durch Umlenkung und Querschnittserweiterung findet vor dem Kanaleintritt (5) 55 eine Grobabscheidung des Staubes statt. Im Kanal oder den Kanälen (6) kommt das Rauchgas

Claims

4 AT 502 821 B1 großflächig mit den Seitenwänden (7) und dem variablen Kondensatspiegel (11), (18) in Kontakt und wird fast auf die Temperatur des Flüssigkeits- oder Kondensationsbades (8) heruntergekühlt. 5 Zur Überwindung des Strömungsverlustes im Kanal oder den Kanälen (6) und der Barriere (9) muss am Austritt (10) der Kondensatspiegel bei eingeschaltetem Abgasgebläse (11) steigen. Die dadurch verursachte Verengung des freien Strömungsquerschnittes und die damit verbundene Strömungsgeschwindigkeitssteigerung führt zu einer intensiven Kühlung des Rauchgases im Kanalendteil (12) fast auf die Temperatur des Heizungswassers im Rücklaufrohr oder den io Rücklaufrohren (13). Als Nebeneffekt kommt es zu einer Nasswäsche des Rauchgases. Die Trennung des Kanals oder der Kanäle (6) in eine Einheit für Vorkühlung (14) und Kanalendteil (12) ermöglicht eine einfache Positionierung des Überlaufs (15) und der Prallplatte (16) zwischen Kanaleintritt (5) 15 und Austritt (10). Die Prallplatte (16) drosselt die Zirkulation und Pulsation (17) des Flüssigkeitsoder Kondensationsbades (8). Der Überlauf muss zwischen Kanaleintritt (5) und Austritt (10) liegen. Nur so ist gewährleistet, dass der Kondensatspiegel bei ausgeschaltetem Abgasgebläse (18) sofort beim Einschalten 20 des Abgasgebläses durch Ansteigen des Kondensatspiegels bei eingeschaltetem Abgasgebläse (11) am Austritt (10) den freien Strömungsquerschnitt fast verschließt. Der Kanal oder die Kanäle (6) mit den Ober- und Seitenwänden (7) sollten vorteilhaft aus Wartungsgründen als ganze Einheit mit einer lösbaren Verbindung (19) befestigt sein. 25 Bei Rücklauftemperaturen RL1 und RL2 über der Kondensationstemperatur des Rauchgases kann über ein Magnetventil Frischwasser (20) dem Flüssigkeits- oder Kondensationsbad (8) beigemischt werden und so auch bei diesem Betriebszustand ein großer Teil der latenten Wärme des Rauchgases gewonnen werden und die Rauchgaswäsche durch ausreichenden Kon-30 densatspiegel bei eingeschaltetem Abgasgebläse (11) gewährleistet werden. Mechanisch bewegte Arme (21) können im Bereich des Abgaseintritts (4) das Rücklaufrohr oder die Rücklaufrohre (13) partiell von der Flugasche reinigen. Die schwere Flugasche (22) setzt sich ab und wird durch die Zirkulation (17) in den mit dem Kondensationsteil (1) über eine Ent-35 leeröffnung (23) und den lösbaren Anschluss (24) in den Absetzbehälter (25) geschwemmt. Die schwere Flugasche kann dann mit dem Behälter leicht entsorgt werden. Patentansprüche: 40 1. Verfahren zur Kondensation von Rauchgas eines Biomassekessels oder Festsbrennstoffkessels in einem von Heizungswasser gekühlten Kondensationsteil, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Rauchgas großflächig in geringer Schichthöhe über die Oberfläche des Flüssigkeits- oder Kondensationsbades (8) geführt wird, sodass am Austritt (10) turbu- 45 lente Strömung auftritt und so ein Wärmeaustausch zwischen Rauchgas und Flüssigkeits oder Kondensationsbad (8) stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Rauchgas in einem nach unten offenen Kanal oder Kanälen (6) über die Oberfläche des Flüssigkeits- oder so Kondensationsbades (8) geführt wird und am Austritt (10) des Kanals oder der Kanäle (6) durch den Saugzug der Kondensatspiegel bei eingeschaltetem Abgasgebläse (11) angehoben wird und damit der Strömungsquerschnitt reduziert wird und sich turbulente Strömung einstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die ins Flüssigkeits- oder 5 AT 502 821 B1 Kondensationsbad (8) abgeschiedene Flugasche im Kondensationsbad (8) oder Absetzbehälter (25) verweilt, um das Kondensat zu neutralisieren.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konden-5 sation in einem dem Kessel (2) angeflanschten eigenen Kondensationsteil (1), der jede beliebige Grundrissform aufweisen kann und in dem das Rauchgas außerhalb eines oder mehrerer mit Heizwasser durchflossenen Rücklaufrohrs oder Rohre (13), das oder die jede beliebige Querschnittsform haben können, geführt wird, erfolgt. io 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand des Flüssigkeits- oder Kondensationsbades (8) beim Überlauf (15) durch gesteuerte oder geregelte Zugabe von Frischwasser (20) etwa konstant gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine partielle 15 mechanische Reinigung der Außenoberfläche der Rücklaufrohre (13) durch mechanisch bewegte Abstreifer (21) erfolgt.
7. Kondensationsteil zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 6 zur Kondensation von Rauchgas eines Biomassekessels oder Festsbrennstoffkessels dadurch ge- 20 kennzeichnet, dass die Seitenwände (7) des oder der nach unten offenen Kanäle (6) im un teren Bereich vom Flüssigkeits- oder Kondensationsbad (8) beaufschlagt sind.
8. Kondensationsteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Kanalaustritt (10) oder kurz nach dem Kanalaustritt eine Barriere (9) vorgesehen ist, die unten ins Flüssig- 25 keits- oder Kondensationsbad eintaucht und oben über den Kondensatspiegel bei Abgas gebläsestillstand (18) hinausreicht.
9. Kondensationsteil nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlauf (15) zwischen Austritt (10) und Kanaleintritt (5) positioniert ist. 30
10. Kondensationsteil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal oder die Kanäle (6) in Kanalendteil (12) und Einheit für Vorkühlung (14) aufgeteilt sind.
11. Kondensationsteil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kanäle (6) als Einsatz mit einer lösbaren Verbindung (19) im Kondensationsteil (1) eingesetzt sind.
12. Kondensationsteil nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die 40 Entleeröffnung (23) des Kondensationsteils (1) mit einem abnehmbaren Absetzbehälter (25) über einen lösbaren Anschluss (24) flüssigkeitsdicht verbunden ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 45 50 55