DD259442A1 - Vorrichtung zur kombinierten abgaswaermenutzung und schadstoffbeseitigung an verbrennungsanlagen - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung ist anwendbar bei mittleren bis grossen Verbrennungsanlagen. Sie ermoeglicht einerseits eine Abgaswaermenutzung, andererseits ist es moeglich, Schadstoffe, vorzugsweise schwefliger Art, zu beseitigen. Erfindungsgemaess wurde die Aufgabe geloest, indem im Rauchgaskanal hintereinanderliegende Bauelemente angeordnet sind, die im wesentlichen aus berippten Rohren, Kondensatorplattenpaketen, Stroemungsgassen bildenden Leitblechen, Berieselungswannen, diversen Rohrleitungen und Rinnen und Ableitungsvorrichtungen bestehen. Die Ausfuehrung ist so, dass weder die Vorrichtung, noch der Rauchgaskanal oder der Schornstein korrosionsgefaehrdet sind. Mit der Vorrichtung sind folgende wesentliche Vorteile verbunden: Erhoehung des thermischen Wirkungsgrades der gesamten Anlage, Verbesserung des Umweltschutzes, Erhoehung der Zuverlaessigkeit und Lebensdauer der gesamten Anlage.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung im Taupunktbereich der Rauchgase bei gleichzeitiger Schadstoffbeseitigung,- vorzugsweise der schwefligen Bestandteile, im Rauchgaskanal von mittleren bis großen Verbrennungsanlagen. Diese Vorrichtung ist daher vorzugsweise für Industrieöfen und Heizkessel größerer Bauart anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß die aus dem Feuerungsraum eines Heizkessels abziehenden heißen Rauchgase mittels eines Wärmetauschers oder mehrerer im Abgaskanal angeordneter Wärmetauscher bis unterhalb des Säuretaupunktes abgekühlt werden, um diese Rauchgase wärmetechnisch vollständig auszunutzen. Das dabei anfallende Kondensat wird auf verschiedene Art und Weise gesammelt und abgeleitet. Bei einer Vielzahl von Konstruktionen, wie bie der DE-OS 3440266, muß jedoch die werkstofftechnische Auslegung als unzureichend bezeichnet werden, da hierbei nur jener Bereich des Abgaskanals korrosionsgeschützt ausgelegt ist, in dem sich die Wärmetauscher befinden. Der nachfolgende Kanalteil sowie die innere Schornsteinwandung werden dagegen nicht korrosionssicher ausgeführt. Da der Rauchgasstrom noch schwefelhaltige Schadstoffe beinhaltet und sich auf seinem weiteren Abgasweg nach Verlassen des Wärmetauschersystems noch weiter abkühlt, ist zumindest im Schornstein mit einer erneuten Kondensatbildung und dem damit verbundenen Korrosionsangriff zu rechnen. Einige Erfindungen sehen zwar eine korrosionsgeschützte Ausführung der gefährdeten Anlagenteile und der

Schornsteinwandung vor, wodurch sich allerdings die Investitionskosten enorm erhöhen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es ratsam, die Abwärmenutzung mit einer Schadstoffentfernung, insbesondere der schwefligen Bestandteile, zu kombinieren. In der DE-OS 3541252 wird ein Gerät zur Entgiftung von Abgasen aus Verbrennungsanlagen bei gleichzeitiger Wärmerückgewinnung vorgestellt. Durch die spezifische Anordnung mehrerer Bauelemente wird hierbei eine Schadstoffbeseitigung bei gleichzeitiger Wärmerückgewinnung vorgenommen. Ein wesentlicher Nachteil dieser Erfindung besteht jedoch darin, daß sich ihre Anwendung gemäß der technischen Aufgabenstellung auf kleine bis mittlere Verbrennungsanlagen mit einer Heizleistung von maximal 1000 kW bechränkt. Der Vorschlag, diese Erfindung auch bei größeren Verbrennungsanlagen anzuwenden, indem man mehrere dieser Geräte miteinander koppelt, erscheint infolge der hohen konstruktiven, materiellen und wartungstechnischen Aufwendungen ökonomisch alswenig sinnvoll und ist in der Praxis aus dem nachfolgenden Grund auch nicht realisierbar. Schon das für eine kleine bis mittlere Verbrennungsanlage beschriebene Gerät zur Entgiftung von Abgasen benötigt einen größeren Platzbedarf. Die kombinierte Anwendung von mehreren dieser Geräte würde einen Platz beanspruchen, der in den meisten Fällen nicht zur Verfügung steht. Die Erfindung besitzt außerdem noch einige weitere Nachteile, die eine sichere Betriebsweise der gesamten Anlage in Frage stellen. Einer dieser Nachteile ist, daß ein Teil der sehr feinen Wassertröpfchen, die mittels der Wassersprühdosiereinrichtung erzeugt werden, durch den Rauchgasstrom mitgerissen wird und somit in den sich anschließenden Schornstein gelangt. Da ein Teil dieser Tröpfchen aus dem Rauchgas noch verbliebende Schadstoffreste, so zum Beispiel auch schwefelige Schadstoffe, aufnimmt, kommt es zwangsläufig zu einem Korrosionsangriff an der Schornsteinwandung.

Ein weiterer Nachteil dieser Erfindung besteht darin, daß sich die Flüssigkeitspartikel der Tröpfchenwolke, die mittels der Wassersprühdosiereinrichtung in der letzten Gasse des Abgaskondensators erzeugt wird, durch die ständige Umleitung sehr schnell auf den Wärmetauscher-Platinen absetzen, von wo aus sie dann als Flüssigkeitsfilm über die einzelnen Platinen in die Auffangwanne abfließen. Dadurch besteht nur ein kurzzeitiger effektiver Kontakt zwischen den Wassertröpfchen und dem Rauchgas, so daß nicht alle schwefligen Bestandteile durch das Wasser aufgenommen werden. Die verbliebenen Schwefelschadstoffe führen dann ebenfalls zu einem Korrosionsangriff an den nachgeschalteten Aggregaten. Ein letzter Nachteil ist darin zu sehen, daß der Neutralisator zumindest bei einer schwankenden Rauchgasmenge oder einer wechselnden Schadstoffkonzentration unzuverlässig arbeitet und dadurch Schadstoffe in das Abwasser geleitet werden.

Ziel der Erfindung'

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch eine vollständige Abgaswärmenutzung im Rauchgaskanal von Verbrennungsanlagen Energie einzusparen, eine Verbesserung der Arbeits- und Lebensbedingungen zu gewährleisten sowie eine Materialeinsparung und eine Erhöhung der Lebensdauer zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kombinierten Abgaswärmenutzung und Schadstoffbeseitigung an Verbrennungsanlagen zu schaffen, die als kompaktes Bauteil im Rauchgaskanal korrosionsgeschützt angeordnet ist, den thermischen Gesamtwirkungsgrad der Anlage erhöht, vorzugsweise schwefelige, aber auch andere auswaschbare und adsorbierbare Schadstoffe gefahrlos beseitigt und die Schornsteinhöhen verkürzt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Rauchgaskanal mehrere hintereinanderliegende Bauelemente in Rauchgasabzugsrichtung angeordnet sind, wobei das erste angeordnete Bauelement vorzugsweise mit berippten Rohren in quer zur Strömungsrichtung der Rauchgase verlaufender Lage versehen ist. Das folgende Bauelement besteht aus einem Kondensatorplattenpaket oder mehreren Kondensatorplattenpaketen, dessen beziehungsweise deren flüssigkeitsdurchströmte, wellblechartige oder zickzackförmige Kondensatorplatten zueinander parallel und in Strömungsrichtung der Rauchgase schwach ansteigend und nach einer Seitenwand des Rauchgaskanals hin abfallend angeordnet sind. Das abschließende Bauelement besteht aus quer zur Strömungsrichtung der Rauchgase angeordneten, Strömungsgassen bildenden Leitblechen, oberhalb derer Berieselungswannen vorzugsweise da angeordnet sind, wo das Rauchgas aufsteigt, wobei ein Teil oder die Gesamtheit dieser Leitbleche, die unterhalb dieser Berieselungswannen liegen, beidseitig mit haubenförmigen Einbauten versehen sind. Eine Ausgestaltung erfährt die Erfindung dahingehend, daß die Kondensatorplatten auf der in Strömungsrichtung der Rauchgase hinten liegenden Seiten mit einer Mitreißsicherung versehen sind, die aus einer erhöhten Blechkante besteht und sich über die gesamte Breite der Kondensatorplatten erstreckt. Eine weitere Ausgestaltung ist darin zu sehen, daß auf der äußeren Oberfläche der Kondensatorplatten vollständig oder teilweise ein Adsorptionsmittel oder mehrere verschiedene Adsorptionsmittel aufgebracht sind. Eine nächste Ausgestaltung besteht darin, daß der Rauchgaskanal im Bereich unterhalb der berippten Rohre und der Kondensatorplattenpakete trichterförmiug ausgebildet ist. Die vorletzte Ausgestaltung ist darin zu sehen, daß die haubenförmigen Einbauten aus abgekanteten Blechplatten bestehen und an beiden Plattenenden Abflußrinnen angeordnet sind, wobei diese haubenförmigen Einbauten innerhalb einer Berieselungsgasse parallel zueinander und nach einer Seite hin geneigt an den Strömungsgassen bildenden Leitblechen befestigt sind und die gesamte Breite des Rauchgaskanals erfassen. Eine letzte Ausgestaltung besteht darin, daß die Berieselungswannen eine Lochplatte als Boden besitzen, die eine parabelförmige Durchbiegung nach unten aufweist und daß diese Berieselungswannen so dimensioniert sind, daß der gesamte freie Querschnitt beaufschlagbar ist und/oder die Breite dieser Berieselungswannen entsprechend dem Abstand zwischen den beidseitig angeordneten haubenförmigen Einbauten gestaltet ist. ,

Mit dieser Erfindung sind damitfolgende Vorteile verbunden:

— Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der gesamten Anlage,

— Gefahrlose und umweltfreundliche Beseitigung der Schadstoffe,

— Materialeinsparungen, das heißt Verkürzung der Schornsteine, durch die niedrige Austrittstemperatur der Rauchgase,

— Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit der gesamten Anlage,

— Verbesserung der Arbeits- und Lebensbedingungen sowie des Umweltschutzes.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen:

— Figur 1 sowie der Schnitt A-A die erfindungsgemäße Vorrichtung

— Ansicht B sowie die Einzelheiten C und D verschiedene konstruktive Details.

Das erste angeordnete Bauelement 2 dient zur Abkühlung der Rauchgase und erwärmt gleichzeitig die in den Rohren strömende Flüssigkeit.

Die wellblechartige Ausführung der Kondensatorplatten 6 und die Steigt'.g derselben in zwei Richtungen sollen das Mitreißen der sich bereits abgesetzten Kondensattröpfchen und eine gute Abführung des Kondensates ermöglichen. Das abschließende Bauelement 14 ist zur Beaufschlagung des Rauchgases innerhalb der Strömungsgassen, in denen das Rauchgas aufsteigt, mittels einer aus den Berieselungswannen 16 hinabströmenden Flüssigkeit vorgesehen.

Um die Effektivität des Auswaschvorganges zu erhöhen, werden ein Teil und/oder die Gesamtheit der Strömungsgassen bildenden Leitbleche 15 in den Berieselungsgassen beidseitig mit haubenförmigen Einbauten 17 versehen, wodurch einerseits eine starke Verwirbelung des Rauchgasstromes im Zentrum der Berieselungsgassen und andererseits eine Beruhigung des Abgasstromes zwischen den einzelnen haubenförmigen Einbauten 17 erzielt wird. Außerdem wird dadurch die Verweilzeit der Rauchgase in den einzelnen Berieselungsgassen erhöht. Die Abgaswärmenutzung wird demzufolge mittels der berippten Rohre 3 und den flüssigkeitsdurchströmten Kondensatorplatten 6 durchgeführt und die Schadstoffbeseitigung wird mit Hilfe der Kondensatorplatten 6 und dem abschließenden Bauelement 14 realisiert. Die Mitreißsicherung 7 an den Kondensatorplatten 6 verhindert das Mitreißen von Kondensattröpfchen. Die Beschichtung der Kondensatorplatten 6 mit Adsorptionsmitteln dient der Erzielung größerer Effekte bei der Schadstoffbeseitigung. Der guten Ableitung und Sammlung herabfließender Kondensattröpfchen dienen die trichterförmige Ausbildung des Rauchgaskanals 1 und die Trichterabflußleitung 10. Die nach unten parabelförmig durchgebogene Lochplatte 19 der Berieselungswannen 16 dient dazu, daß der Wasserschleier von der Gassenmitte in Richtung der Strömungsgassen bildenden Leitbleche 15 immer dichter wird.

Zur Verhinderung von Taupunktkorrosion werden alle Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung, einschließlich des Bereichs des Rauchgaskanals 1, in dem sich die Vorrichtung befindet, aus korrosionsbeständigem Material ausgeführt. In einem Rauchgaskanal 1 sind mehrere Bauelemente hintereinandergeschaltet. Das erste in Rauchgasabzugsrichtung angeordnete Bauelement 2 ist vorzugsweise mit berippten Rohren 3 bestückt, die quer zur Strömungsrichtung der Rauchgaseangeordnet sind. Mit Hilfe der flüssigkeitsdurchströmten berippten Rohre 3 wird das Rauchgas von vorzugsweise 200^cC bis 230⁰C auf eine Temperatur von ungefähr 100⁰C heruntergekühlt. Die angegebene Rauchgastemperatur von 200⁰C bis 230°C resultiert aus der Tatsache, daß eine wärmetechnische Ausnutzung der Rauchgase innerhalb bestehender Anlagen aus Furcht vor Taupunktkorrosionen in den meisten Fällen nur bis zu dieser Temperatur erfolgt.

Das nachfolgende Bauelement 4 besteht aus einem Kondensatorplattenpaket 5 oder mehreren Kondensatorplattenpaketen 5. Die wellblechartigen Kondensätorplatten 6 werden ebenfalls von einer Flüssigkeit durchströmt und dienen zur weiteren Abkühlung des Rauchgases auf eine Temperatur von ungefähr 35⁰C, damit ein Großteil der im Rauchgas enthaltenen Schadstoffe, insbesondere die schwefligen Bestandteile, auskondensieren und sich auf den Plattenoberflächen absetzen. An den Kondensatorplatten 6 wird an jener Seite eine Mitreißsicherung 7 angebracht, die bezüglich der Strömungsrichtung der Rauchgase hinten liegt. Zur Erzielung größerer Effekte bei derSchadstoffentfemung ist eine vollständige oderteilweise Beschichtung der äußeren Oberfläche der Kondensätorplatten 6 mit einem Adsorptionsmittel oder mehreren verschiedenen Adsorptionsmitteln vorgesehen. Der Rauchgaskanal 1 wird im Bereich unterhalb der berippten Rohre 3 und der Kondensatorplattenpakete 5 trichterförmig ausgebildet, um das Kondensat, welches an den seitlichen Rauchgaswänden herabfließt, sowie von den untersten Kondensatorplatten 6 und eventuell von den berippten Rohren 3 heruntertropft, zu sammeln und abzuleiten. Das in den Wellentälern der einzelnen Kondensatorplatten 6 abfließende Kondensat mündelt jeweils in eine Sammelrinne 8. Die einzelnen Sammelrinnen 8 eines Kondensatorplattenpaketes 5 enden in einer Sammelleitung 9 und diese wiederum werden gemeinsam mit der Trichterabflußleitung 10 in einer Hauptsammelleitung 11 zusammengeführt, von wo aus sie durch eine Flüssigkeitsschleuse 12 in den Kondensatsammelbehälter 13 gelangen. Die Flüssigkeitsschleuse 12 ist notwendig, damit der im Rauchgaskanal 1 herrschende Unterdruck nicht auf den Kondensatsammelbehälter 13 wirkt. In einem abschließenden Bauelement 14, das aus quer zur Strömungsrichtung des Rauchgases angeordneten Strömungsgasen bildenden Leitblechen 15 besteht, wird das Rauchgas in jenen Strömungsgassen, in denen es aufsteigt, mittels einer aus Berieselungswannen 16 hinabrieselnden Flüssigeitin Kontakt gebracht. Bei dertechnischen Ausführung werden ein Teil oder die Gesamtheit der Strömungsgassen bildenden Leitbleche 15 in den Berieselungsgassen beidseitig mit haubenförmigen Einbauten 17 versehen. Die haubenförmigen Einbauten 17 bestehen aus abgekanteten Blechplatten und sind an den beiden Plattenenden mit Abflußrinnen 18 versehen, die zur Rückführung der schadstoffbehafteten Flüssigkeit in den Kreislauf dienen. Um ein gutes Ablaufen der schadstoffbehafteten Flüssigkeit in die Abflußrinnen 18 der haubenförmigen Einbauten 17 zu ermöglichen, werden diese nach einer Seite hin geneigt an den Strömungsgassen bildenden Leitblechen 15 befestigt. Die Berieselungswannen 16 besitzen als Boden eine parabelförmig nach unten durchgebogene Lochplatte 19. Um einen sparsamen Verbrauch der in den Strömungsgassen hinabrieselnden Flüssigkeit zu gewährleisten, wird die Flüssigkeit in Auffangwannen 20 gesammelt und mit der Pumpe 21 solange im Kreislauf zu den Berieselungswannen 16 gefördert, bis ein durch die Meßstelle 22 ermittelter Grenzwert des pH-Wertes erreicht ist. In diesem Fall wird die Flüssigkeit mittels geeigneter Regelvorrichtungen in den Sammelbehälter 23 geleitet und durch eine neue, unverbrauchte Flüssigkeit ersetzt.

Die Flüssigkeit zum Berieseln des Rauchgases besitzt eine um ungefähr 2O⁰C höhere Temperatur, als das Rauchgas, damit ein Verdampfen dieser Flüssigkeit verhindert wird. Zur Erwärmung der Flüssigkeit wird ein Teil der anfallenden Abgaswärme genutzt.

Die Rauchgastemperatur wird durch Meßfühler überwacht, die im gesamten Rauchgaskanal 1 in geeigneter Form angeordnet sind. Der Schornstein 24 muß bei einem ungenügenden natürlichen Zug zur Ableitung des sehr schadstoffarmen Rauchgases gegebenenfalls mit einem Saug-Zug-Verstärker 25 ausgerüstet werden.

Die beschriebene Vorrichtung ist mittels eines Bypaßkanals 26 und entsprechender Klappen umfahrbar. Es ist vorgesehen, mehrere dieser Vorrichtungen im Rauchgaskanal von Verbrennungsanlagen in Parallelschaltung anzuordnen, um die kombinierte Abwärmenutzung und Schadstoffbeseitigung auch bei einer wechselnden Rauchgasmenge, zum Beispiel bei Teillastbetrieb der Verbrennungsanlage, beherrschen zu können.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur kombinierten Abgaswärmenutzung und Schadstoffbeseitigung an Verbrennungsanlagen, bestehend aus korrosionsfesten Rippenrohren, Kondensatorplatten, Leitblechen, Verkleidungen, diversen Leitungen und Rinnen, gekennzeichnet dadurch, daß im Rauchgaskanal (1) mehrere hintereinanderliegende Bauelemente (2; 4; 14), in Rauchgasabzugsrichtung angeordnet sind, wobei das erste angeordnete Bauelement (2) vorzugsweise mit berippten Rohren (3) in querzur Strömungsrichtung der Rauchgase verlaufender Lage versehen ist, das folgende Bauelement (4) aus einem Kondensatorplattenpaket (5) oder mehreren Kondensatorplattenpaketen (5) besteht, dessen beziehungsweise deren flüssigkeitsdurchströmte, wellblechartige oder zickzackförmige Kondensatorplatten (6) zueinander parallel und in Strömungsrichtung der Rauchgase schwach ansteigend und nach einer Seitenwand des Rauchgaskanals (1) hin abfallend angeordnet sind, das abschließende Bauelement (14). aus quer zur Strömungsrichtung der Rauchgase angeordneten, Strömungsgassen bildenden Leitblechen (15) besteht, oberhalb derer Berieselungswannen (16) vorzugsweise da angeordnet sind, wo das Rauchgas aufsteigt, wobei ein Teil oder die Gesamtheit dieser Leitbleche (15), die unterhalb dieser Berieselungswannen (16) liegen, beidseitig mit haubenförmigen Einbauten (17) versehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kondensatorplatten (6) auf der in Strömungsrichtung der Rauchgase hinten liegenden Seite mit einer Mitreißsicherung (7), die aus einer erhöhten Blechkante besteht und sich über die gesamte Breite der Kondensatorplatten (6) erstreckt, versehen sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß auf der äußeren Oberfläche der Kondensatorplatten (6) vollständig oder teilweise ein Adsorptionsmittel oder mehrere verschiedene Adsorptionsmittel aufgebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Rauchgaskanal (Dim Bereich unterhalb der berippten Rohre (3) und der Kondensatorplattenpakete (5) trichterförmig ausgebildet ist. "

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die haubenförmigen Einbauten (17) aus abgekanteten Blechplatten bestehen und an beiden Plattenenden Abflußrinnen (18) angeordnet sind, wobei diese haubenförmigen Einbauten (17) innerhalb einer Berieselungsgasse parallel zueinander und nach einer Seite hin geneigt an den Strömungsgassen bildenden Leitbiechen (15) befestigt sind und die gesamte Breite des Rauchgaskanals erfassen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Berieselungswannen (16) eine Lochplatte (19) als Boden besitzen, die eine parabelförmige Durchbiegung nach unten aufweist und daß diese Berieselungswannen (16) so dimensioniert sind, daß der gesamte freie Querschnitt beaufschlagbar ist und/oder die Breite dieser Berieselungswannen (16) entsprechend dem Abstand zwischen den beidseitig angeordneten haubenförmigen Einbauten (17) gestaltet ist.

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