DE3716610A1 - Verfahren zum entfernen von schadstoffen aus rauchgasen, sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Praxis hat gezeigt, daß die Platzverhältnisse in den Heizräumen zusätzlich eine niedrig bauende Entschwefelungs­ anlage erfordert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Wärmetauscher und Entschwefelungsanlage parallel/nebeneinander (aufrecht stehend oder hängend) angeordnet sind.

Weiter hat die Praxis gezeigt, daß es notwendig ist, das Granulat im Filtersystem regelmäßig auszuspülen, um Fremd­ körper (z. B. Ruß, Staub usw.) zu entfernen. Diese Spülun­ gen erhöhen auch den Feuchtigkeitsgrad an den Oberflächen der Granulate, so daß die Effektivität der Entschwefelung erhöht wird.

Neue Erkenntnisse weisen darauf hin, daß die zurückgehal­ tenen SO₂-Moleküle sehr gasflüchtig sind und in den Still­ standszeiten wieder aus dem Granulat teilweise entweichen, wodurch sich der Entschwefelungsgrad nachträglich verschlech­ tert.

Diese Problematik wird dadurch gelöst, daß die meisten SO₂- Moleküle, die in die wäßrige Phase an den Oberflächen der Granulate eingebunden sind, z. B. als H₂SO₃/H₂SO₄ oder MgSO₃/MgSO₄, möglichst schnell ausgespült werden und in ein geschlossenes Kreislauf-Wasser-System eingebunden werden. Innerhalb dieses Systems befindet sich ein zweites Filter­ system, welches ständig unter Wasser steht. Das darin ent­ haltene Granulat, welches teilweise CaCo₃ und MgO · Mg (OH)₂ enthält, bindet die schwefelhaltigen Stoffe im Prozeßwasser, so daß ein gasförmiges Entweichen von schwefelhaltigen Mo­ lekülen weitgehend verhindert ist. Teilweise entstehen Sul­ fite, beispielsweise CaSO₃, welche flockenförmig nach unten ausfallen. Nach Ende der Heizperiode werden diese entsorgt und bei Bedarf zu Sulfaten aufoxidiert, z. B. CaSO₄/MgSO₄.

Dies kann in einer separaten Sammelanlage geschehen. Je­ doch kann dieses Aufoxidieren innerhalb der einzelnen Ent­ schwefelungsanlage durchgeführt werden. Hierzu sind die Sulfite ausreichend mit Sauerstoff zu kontaktieren bei ei­ ner erhöhten Verweilzeit. Der ständige Umlauf von Prozeß­ wasser mit permanenter Sauerstoffzufuhr (Luft) durch Kon­ taktierung bewirkt im oben beschriebenen System die notwen­ dige Aufoxidierung.

Die RENOTHERM-Entschwefelungsanlage (2) ist zwischen Feue­ rungsanlage (3) und Kamin (1) angeordnet; sie wird direkt in die Rauchgasleitung (4) geschaltet.

Das Rohr des Rücklaufwassers (5) wird unterbrochen und zu­ nächst in das RENOTHERM-Gerät geführt; von dort wird das vom Wärmetauscher aufgeheizte Rücklaufwasser zum Kessel (3) weitergeführt. Nach vollständiger Aufheizung im Kessel wird es in die Vorlaufleitung (6) geführt.

Den aus dem Reaktionsbehälter austretenden Rauchgasen wird Frischluft (7) vor Eintritt in den Kamin beigemischt. Ein Elektromotor mit Ventilator sorgt für einen zügigen Trans­ port der Rauchgase.

Die neutralisierten Kondensate laufen mit Prozeßwasser (8) im Kreislauf. Die anfallenden Sulfate werden in den Filter­ systemen (9) zurückgehalten.

Alternativ zu (8) und (9) wird wahlweise nicht Prozeßwas­ ser im Kreislauf über einen separaten Behälter mit Pumpe geführt, sondern ständig Frischwasser über das 1. Filter­ system gesprüht und nach Verlassen des 2. Filtersystems in den Kanal geführt, wobei die Sulfat-Grenzwerte einzuhalten sind.

Da bestimmte Mengen des im Rauchgas enthaltenen Wassers auskondensiert werden, und weil den Rauchgasen vor Ein­ tritt in den Kamin Raumluft beigemischt wird, ist in der Regel eine problemlose Abführung der Rauchgase über den vorhandenen Kamin möglich. Es wird jedoch in allen Ein­ baufällen eine Überprüfung der Verhältnisse nach dem Re­ chenverfahren der DIN 4705 durchgeführt. Für Problemfäl­ le ist ein Kunststoff- oder Glaskamin vorzusehen.

Für evtl. anfallende Überschuß-Wassermengen, die aus dem kondensierenden Rauchgas stammen, ist eine Entsorgungs­ möglichkeit zu schaffen.

Die Anschlüsse der Rauchrohre (Eintritt/Austritt) sind variabel. Durch wechselbare Einsätze im Gerätekopf kön­ nen diese auch oben oder an den anderen Seiten unterge­ bracht werden. Auch die Durchmesser sind abgestuft in den verschiedenen Einsätzen.

Wahlweise ist zusätzlich zum normalen Austrittsrohr (zum Kamin) als eigentliches Abführungsrohr der Abgase seit­ lich ein Kunststoff-Kamin (ca. 100 mm ⌀) vorgesehen. Die­ ser ist mit einer Sicherheitseinrichtung versehen, wel­ che bei Erreichen (bzw. Überschreiten) einer bestimmten Temperatur das Kunststoffrohr verschließt.

Gleichzeitig öffnet sich das normale Rohr zum Kamin im "By-pass", so daß die Abgase dann durch den Kamin nach außen strömen.

Funktionsablauf im RENOTHERM-Gerät

21) Rauchgase aus der Feuerungsanlage werden in den Re­ aktionsbehälter geleitet.

22) Die noch heißen Rauchgase werden über die Tauscher­ flächen des RENOCOND-Rekuperators geleitet, wobei sich die Temperatur auf ca. 60 bis 80°C vermin­ dert. Das innen durchfließende Wasser des Heizungs­ rücklaufs wird aufgewärmt.

23) Die abgekühlten Rauchgase sowie anfallenden Kondensate werden nach unten in Richtung Sumpf bzw. Filter­ system geleitet. Beim Durchströmen des Filtersystems findet eine weitere Abkühlung statt, wobei im wesent­ lichen das Prozeßwasser Wärme nach außen abführt, wel­ che wiederum die Raumluft erwärmt. Diese Raumluft wird zur Verbrennung verwendet, so daß insgesamt diese Wär­ meverluste vernachlässigbar sind.

24) Saure Kondensate werden auf pH-Wert 6,5 bis 8,5 neu­ tralisiert. Überschüssiges Wasser wird separat abge­ führt.

25) Die abgekühlten Rauchgase führen noch weitere Konden­ sate mit, während sie das Filterbett nach oben durch­ strömen. Innerhalb des Filtersystems werden die SO_x- Anteile um 60 bis 98% reduziert. Weitere Kondensate tropfen nach unten in den Sumpf ab. Teile der SO₂- Moleküle verbleiben im Filterbett, andere Teile wer­ den ausgespült.

26) Kondensiertes Wasser und neutralisierte Säurekonden­ sate im Prozeßwasser werden in den Prozeßkreislauf geführt.

27) Das Sulfate mitführende Prozeßwasser tritt in einen se­ paraten Doppelbehälter ein, welcher für einen bestimm­ ten Pegel ausgelegt ist. Im inneren Behälter befindet sich ein zweites Filtersystem, welches völlig von Prozeßwasser überflutet ist. Das Prozeßwasser strömt durch ein Fallrohr in den unteren Bereich; von dort strömt es mit ausreichender Verweilzeit nach oben zum Überlauf, wobei es beim Kontaktieren der Granu­ latkörper die Sulfate an diese abgibt.

Ein Teil der Schwefelanteile aus den Kondensaten (z. B. H₂SO₃ bzw. H₂ SO₄ oder MgSO₃/MgSO₄) verbin­ det sich mit dem Granulat teilweise zu Sulfit und fällt flockenförmig nach unten aus.

28) Im zweiten Filtersystem befindet sich ein Granulat, welches eine Mischung aus MgO/Mg(OH)₂/CaO/CaCO₃ unter Zusatz von Eisenoxiden, Aluminiumoxiden, Siliziumoxiden und anderen neutralisierenden Substanzen enthält. Die Sulfate werden aus dem umgebenden Wasser in das Granu­ lat übertragen.

29) Das von Sulfaten befreite Prozeßwasser wird mittels einer Pumpe wieder in die Rauchgasentschwefelungs­ anlage befördert, wo es zum Benetzen und Ausspülen des ersten Filtersystems erneut benutzt wird. Nasse Granulate erhöhen den SO_x-Abscheidegrad. Die Ausspü­ lung verhindert ein Verstopfen des ersten Filtersy­ stems durch Ruß, Staub, Sulfate und dgl. Die Pumpe ist vorzugsweise in den Brenner-Stillstandszeiten in Betrieb.

30) Durch Kondensation des Rauchgaswassers anfallende Über­ schüsse müssen abgeführt werden. Es ist bei Bedarf nochmals mit einem weiteren Stoff, der die Sulfate bin­ det, zu kontaktieren.

31) Überschüssiges Wasser, welches weitgehend frei von Sulfaten ist, mit pH-Wert ca. 7, kann in die Kanali­ sation geleitet werden.

32) Überschüssiges Wasser kann wahlweise auch durch Be­ treuungspersonal mittels Auffangbehälter beseitigt werden.

33) Das Wasser des Heizungsrücklaufs wird im Wärmetauscher erwärmt. Dadurch muß der Brenner im Heizkessel weniger Energie aufwenden, um das Wasser auf Vorlauftemperatur zu bringen. Die Energieeinsparung liegt zwischen 5 und 15%, je nach Art, Zustand und Betriebsweise der Feuerungsanlage. Das Wasser durchströmt den Wärme­ tauscher durch horizontale Bohrungen von unten nach oben, wechselt von einer Seite zur anderen, dabei im­ mer eine Stufe höher ansteigend. Diese Funktion wird durch Deckel an beiden Seiten des Wärmetauschers si­ chergestellt. Wahlweise wird auch Brauchwasser als Kühlmedium verwendet.

34) Die gereinigten Rauchgase werden bei Eintritt in den Ventilationsbereich wieder etwas erwärmt. Auch die an­ fallende Neutralisationswärme bewirkt eine geringfü­ gige Erwärmung.

35) Auftretende Verluste werden durch einen Ventilator ausgeglichen.

36) Das Saugzuggebläse befördert die Rauchgase mit beige­ mischter Frischluft in Richtung Kamin. Es ist vorzugs­ weise gleichzeitig mit dem Brenner in Betrieb. Bei Brennerstillstand steht es ebenfalls still.

37) Den in Richtung Kamin strömenden Rauchgasen wird Frischluft beigemischt (ca. 3- bis 6fache Menge der Rauchgase). Der Wassertaupunkt kann dadurch auf bis zu 20°C gesenkt werden.

38) Ein geschlossener Turm umgibt das erste Filtersystem. Er wird - genauso wie der Wärmetauscher - an den Außen­ flächen von unten nach oben ständig von Frischluft um­ strömt, die vom Ventilator zusammen mit den Rauchgasen angesaugt werden. An der Innenseite des Turmes treffen die Rauchgase somit immer auf relativ kalte Flächen.

39) Im Filterturm hängt der Korb des ersten Filtersystems; dieser ist in den Außenabmessungen deutlich kleiner, so daß ein Querschnitt für die hochsteigenden Rauch­ gase verbleibt. Von diesem Querschnitt aus strömen die Rauchgase zunächst radial/horizontal in das Granu­ lat ein. Anschließend senkrecht nach oben. Das Granu­ lat besteht z. B. aus MgO · Mg(OH)₂, vermischt mit CaCO₃ u. a.

40) Innerhalb des Filterkorbes befindet sich ein zweiter, kleinerer Korb, der einen Hohlraum innerhalb des Granu­ lat-Festbettes sicherstellt. Die Druckverluste werden somit gering gehalten.

41) Im Hohlraum des Festbettes wird der Druck überwacht. Über eine Rohrverbindung ist ein Druckwächter ange­ schlossen.

42) Der Druckwächter setzt bei Über- oder Unterschreiten eines fest eingestellten Wertes die Sicherheitsein­ richtung in Betrieb. So kann z. B. der Brenner ab­ schalten, oder die Motorklappe öffnet sich.

43) Über einen Motor, der mit Gebläse, Brenner und Druck­ wächter gekoppelt ist, wird die Rauchgasklappe in die jeweils erforderliche Position gebracht. Auch die Pum­ pe für das Prozeßwasser ist als Teil dieser gesamten elektrischen Schaltkopplung zu betrachten.

44) Die Rauchgasklappe ist als Sicherheitselement zu be­ trachten. Im Normalbetrieb ist sie geschlossen, so daß die Rauchgase nicht auf direktem Weg zum Kamin strömen können. Sie müssen dann den Wärmetauscher über eine Vielzahl von Bohrungen nach unten durchströmen, in Rich­ tung Entschwefelungsanlage.

Bei Störungen im System kann die Klappe öffnen. Die Klappe selbst ist nicht absolut starr mit der Motor­ welle gekoppelt. Bei von außen wirkenden starken Kräf­ ten, z. B. bei plötzlicher Verpuffung aus dem Brennraum, läßt sie sich aufdrücken.

45) In geöffneter Stellung der Klappe strömen die Rauchgase direkt zum Kamin. Gleichzeitig wird der Ventilator verschlossen, so daß sie nicht nach un­ ten bzw. nach außen entweichen können.

46) Durch senkrechte Bohrungen im Wärmetauscher strömen die Rauchgase bei geschlossener Klappe nach unten.

47) Durch waagerechte Bohrungen im Wärmetauscher, die zwischen den senkrechten Bohrungen angeordnet sind, strömt das Wasser des Heizungsrücklaufs.

48) Wärmedämmung verhindert Wärmeverluste nach außen. Statt dessen wird diese Wärme von der bei (37) ein­ strömenden Luft aufgenommen und den gereinigten Rauchgasen zugeführt. Damit wird ein besserer Kamin­ zug sichergestellt.

49) Der mit Granulat gefüllte Korb taucht mit dem Gra­ nulat unterhalb des Sumpfpegels ein. Feuchtigkeit steigt aus dem Sumpfwasser ständig nach oben und hält das gesamte Festbett bzw. die Oberfläche der Granulate in stetiger Nässe.

Claims (10)

1. Verfahren zum Entfernen von Schadstoffen aus den Rauchga­ sen von Feuerungsanlagen, wobei man die Rauchgase nach un­ ten in Richtung Sumpf der Rauchgas-Reinigungs-Anlage bis in den Kondensationsbereich abkühlt und das Kondensat mit neu­ tralisierenden Stoffen reagieren läßt und die Rauchgase über einen Kamin abführt, wobei man zuvor die gekühlten Gase zusammen mit den kondensierenden Gasbestandteilen im Aufstrom über feste Substrate führt, die mindestens teil­ weise die neutralisierenden Stoffe Magnesit und Dolomit enthalten, und daß man sie vorher von unten her und seit­ lich dem Substrat- bzw. dem Granulat-Festbett zufließen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß man von den Rauchgasen im Aufstrom an Substrate und Gehäusewände weitere Wärme ab­ geben läßt, daß ein zusätzlicher Prozeßwasser-Kreislauf mittels einer Erstwasserfüllung und zeitweise anfallenden Kondensaten mit Hilfe von Pump- und Versprühelementen über beliebig lange Zeiträume die Oberflächen des Substrat- bzw. Granulat-Festbettes ausspült und benetzt, daß neben Staub und Ruß auch die an den nassen Oberflächen in Lösung und anschließend in den Neutralisationsprozeß übergehenden Rauchgas-Schadstoffe sofort in den Wasser- bzw. Kondensat­ kreislauf eingebunden und darin durch hohe Verweilzeit und Luft-Kontaktierung aufoxidiert werden, wobei sie innerhalb des Prozeßwasser-Kreislaufs mindestens ein weiteres separa­ tes Filtersystem passieren, welches sowohl Neutralisations­ produkte, z. B. MgSO₃/MgSO₄/MgCl/CaSO₃/CaSO₄/Mg(NO₃) usw., chemisch durch Stoffumsetzungen aufnimmt, als auch durch Ausflockung, Anlagerung oder Absetzung zumindest teil­ weise aus dem Kreislauf nimmt, ebenso wie die vom Prozeß­ wasser mitgeführten Feststoffe wie Staub und Ruß.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter des zusätzlichen Filtersystems durch Anschluß über flexibel verlegte Leitungen in beliebiger räumlicher Zuordnung zur Rauchgas-Reinigungs-Anage in den Prozeß­ wasser-Kreislauf eingebunden ist, ebenso wie das Pumpsy­ stem, wobei dieser Behälter ein Substrat- bzw. Granulat- Festbett enthält, welches zur Abscheidung von aus den Rauchgasen stammenden und im Prozeßwasser eingebundenen Schadstoffen völlig von Prozeßwasser überflutet ist, wo­ bei das Prozeßwasser innerhalb des Kreislaufs dieses Fil­ tersystem mit beliebig langer Verweilzeit von unten nach oben bis zu einem höheren Pegelstand durchströmt, so daß Schadstoff-Teilmengen durch chemische und physikalische Vorgänge innerhalb des Filtersystems, welches teilweise Neutralisationsstoffe sowie Dolomit- und Magnesitbestand­ teile in Granulatform enthält, aus dem Prozeßwasser-Kreis­ lauf genommen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Prozeßwasser Wärmemengen, die aus dem Filter­ substrat der Rauchgas-Reinigungs-Anlage stammen, beim Durchströmen des externen zusätzlichen Filtersystems über die Behälterwände an die Außenluft des Heizraums abgibt, wobei diese erwärmte Luft wiederum vom Brennergebläse für den Verbrennungsprozeß angesaugt wird, wobei sich der Wirkungsgrad erhöht.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß überschüssiges Prozeß- bzw. Kondensatwasser in einem weiteren Behälter, der dem Behälter des externen zu­ sätzlichen Filtersystems zugeordnet ist, aufgefangen oder abgeführt wird, welcher somit bei Bedarf gleichzeitig auch als separate Sammelanlage zur Aufoxidation der Neutralisa­ tionsprodukte eingesetzt wird, z. B. MgSO₃ zu MgSO₄ bzw. CaSO₃ zu CaSO₄ durch hohe Verweilzeit in umgebender Raum­ luft, wobei das überschüssige Kondensatwasser bei Bedarf nochmals mit einem weiteren Stoff, der die Sulfate bindet, kontaktiert wird, so daß die Gesamtentsorgung durch Be­ treuungspersonal durchgeführt werden kann.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß alternativ zum geschlossenen Prozeßwasser-Kreis­ lauf ständig neu zugeführtes Frischwasser über das Filter- Festbett der Rauchgas-Reinigungs-Anlage gesprüht und an­ schließend durch das externe zusätzliche Filtersystem ge­ leitet wird, wobei es anschließend nach Verlassen dieses Behälters in den Kanal geführt wird, wenn vorher durch verfahrenstechnische Maßnahmen die Sulfat-Grenzwerte ein­ gehalten werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rauchgas-Reinigungs-Anlage über den Außenbe­ reich des Filterturms von unten her Frischluft zugeführt wird, welche die Oberflächen des Reaktionsbehälters, in dessen Innerem sich Wärmetauscher- und Filtersysteme be­ finden, nach oben umspült und dabei von den innen in Rich­ tung Filteraustritt hochströmenden Rauchgasen Wärme auf­ nimmt, wobei bei Bedarf eine den Reaktionsbehälter umge­ bende Wärmedämmung Wärmeverluste nach außen verhindert, so daß die erwärmte Frischluft im oberen Bereich des Reak­ tionsbehälters über Gehäusebohrungen den aus dem Filter­ bett austretenden Reingasen zugeführt und anschließend als Gasgemenge mit stark gesenkter Taupunkttemperatur vom Saugzug-Gebläse in Richtung Kamin weiterbefördert wird, während die dem Raum oberhalb des Filtersystems zu­ geführte Frischluft, über dessen Rauchgas-Austrittsfläche sich das Wasser-Sprühsystem befindet, gleichzeitig Sauer­ stoff in das kontaktierende Prozeßwasser und in die kon­ taminierenden Filtergranulate einbringt, und daß aufoxi­ dierende Neutralisationsprodukte während der chemischen Umsetzung die aus dem Rauchgas aufgenommenen Schadstoffe schneller zuverlässig einbinden, hervorgerufen z. B. durch sofortige Sulfatisierung der gelösten Sulfit- und Hydro­ gensulfit-Ionen zu Sulfaten, die eine Desorption bzw. Aus­ dampfen von Schwefeloxiden während der Stillstandszeiten oder an anderen Stellen der Gesamtanlage verhindert.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 bis 6, die im wesentlichen aus einem der Feue­ rung nachgeschalteten Rauchgas-Wärmetauscher mit einem Kühlmittelkreislauf und einem separat angeordneten Filter­ festbett-System besteht, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmetauscher und Rauchgas-Reinigungs-Filter parallel ne­ beneinander angeordnet sind, aufrecht stehend oder hängend, wobei beide Komponenten entweder innerhalb eines quer­ schnittsgrößeren Reaktionsbehälters oder räumlich vonein­ ander getrennt installiert sind, wobei die oberen Aufla­ gen der Filtergehäuse ein Zwischendeck tragen, welches den unteren Naßbereich von der oberhalb des Filtersystems an­ geordneten Rauchgas-Luft-Mischkammer trennt, welche gleich­ zeitig das Wasser-Sprühsystem beinhaltet sowie den saugsei­ tigen Anschluß zu einem Saugzuggebläse, dessen Ausgang den Anschluß zur kaminseitigen By-pass-Kammer darstellt, wobei die gesamte Rauchgas-Reinigungs-Anlage bei Bedarf von einem wärmedämmenden Mantel umgeben ist, wenn zusätzliche Ener­ gieeinsparung notwendig ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Rauchgas-Reinigungs-Anlage mit dem separat an­ geordneten Behälter des zusätzlichen Filtersystems über eine beliebig verlegbare Wasserleitung verbunden ist, in der die Prozeßwasser-Kreislauf-Pumpe in beliebiger Posi­ tion angeordnet ist, wobei der Sammelbehälter für die überschüssigen Wassermengen ebenfalls separat in belie­ biger Lage zum Behälter des Zusatzfilters installiert ist, je nach Erfordernis des jeweiligen Heizraumes.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rauchgas-Reinigungs-Anlage zur Überwachung des Rauchgasstromes und des Ventilators einen Druckwächter erhält, der über eine elektrische Koppelung mit dem Brenner, dem Saugzuggebläse und einer By-pass-Abgasklappe verbunden ist, welche über einen Stellmotor im oberen Bereich die Rohgasseite von der Reingasseite trennt, wobei die konstruktive Gestal­ tung dieses Bereichs bei Betriebsstörungen infolge ge­ öffneter Rauchgasklappe einen offenen Rauchgaskasten mit direktem Weg zum Kamin darstellt.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die aus dem Kondensat und Kreislauf­ wasser stammenden Abfallstoffe, z. B. CaSO₃, welches flockenförmig ausfällt, sowie Staub, Ruß und gelöste Stoffe wie MgSO₄ in einer separaten Sammelanlage oder Auffangbehälter deponiert und von Betreuungspersonal entsorgt werden.