DE3245559A1

DE3245559A1 - Verfahren zur entfernung von umweltbelastenden stoffen aus den rauchgasen von heizkesseln

Info

Publication number: DE3245559A1
Application number: DE19823245559
Authority: DE
Inventors: Hans 4407 Emsdetten Hinterding
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1984-07-19

Description

Verfahren zur Entfernung von umweltbelastenden
Stoffen aus den Rauchgasen von Heizkesseln Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von umweltbelastenden Stoffen aus den Rauchgasen von Heizkesseln, in denen die Rauchgase in mindestens einem Wärmeaustauscher bis unter den Taupunkt abgekühlt und kondensiert werden, und Heizkesseln zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Verbrennung von Brennmaterial z.B. Kohle, öl, aber auch Gas in Heizkesseln fallen im Abgas Schadstoffe an, z.B. Ruß, verschiedene ölderivate, Schwermetallverbindungen sowie Schwefeldioxyd. Diese Stoffe werden mit dem in den heißen Abgasen enthaltenen Wasserdampf durch den Kamin abgeführt und tragen besonders während der Heizperioden zur Umweltbelastung bei.
Durch die DE-OS 27 00 127 der Anmelderin ist ein Heizkessel bekannt, bei dem im Rauchgassammier ein W§rmeaustauscher eingebaut ist, um die Heizenergie, die in den Rauchgasen enthalten ist, optimal auszunutzen. Dabei fällt Kondensat an, mit dem gleichzeitig auch die Schadstoffe ausgeschieden werden. Dieses Kondensat wird üblicherweise dem Schmutzwasserkanal zugeführt, wodurch aber das Problem der Umweltbelastung nur von der Luft zum Wasser verlagert wird. Es hat sich ferner gezeigt, daß im Abgas des Heizkessels noch Schadstoffe vorhanden sind, die in der bekannten Anordnung sich nicht auskondensieren lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das der gesamte Schadstoffanteil der Rauchgase abgetrennt und auf einfache Weise entfernt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem durch schrittweise Abkühlung der Rauchgase sämtlicher Schadstoffanteil auskondensiert wird, und das im Kessel anfallende Kondensat danach gesammelt und der Schadstoffanteil zumindest teilweise durch chemische Reaktion gebunden wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Rauchgase des Heizkessels schrittweise so weit heruntergekühlt, daß im Kondensat sämtlicher Schadstoffanteil der Verbrennungsgase enthalten ist. Als Abgas des Heizkessels wird reines Kohlendioxyd an die Umwelt abgegeben, das gegebenenfalls noch aufgearbeitet werden kann. Das Kondensat des Heizkessels wird, bevor es in den Abfluß gelangt, durch chemische Reaktion mit einem Reaktivstoff vom Schadstoffgehalt befreit, wobei solche Verbindungen gebildet werden, die nicht auf Sondermülldeponien gelagert werden müssen. Ersichtlicherweise werden an die Umwelt nur saubere Verbindungen abgegeben.
Zur vollständigen Kondensation der Schadstoffe muß die Temperatur der Rauchgas auf eine Temperatur von 300 + SOC abgekühlt werden. Bei dem Verfahren werden dazu drei Wärmeaustauscher eingesetzt, die an Wärmekreisläufe angeschlossen sind. Der Wärmeaustauscher mit der höchsten Kreislauftemperatur wird zur Beheizung des gesammelten Kondensates verwendet. Hierdurch wird eine raschere Umsetzung der Schadstoffe mit dem Reaktivstoff erreicht.
Gleichzeitig läßt sich auch das Volumen des anfallenden Kondensates durch Verdampfung verringern.
Vorteilhaft wird die nutzbare Wärme der anderen Wärmeaustauscher zur Aufheizung von Brauchwasser verwendet.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich Heizkessel, bei denen die Wärmeaustauscher hintereinander im Rauchgassammler angeordnet sind, und der Rauchgassammler über eine Kondensatleitung mit einem mit Reaktivstoff gefüllten Sammelbehälter mit Uberlauf für das gereinigte Kondensat verbunden ist.
In einer ersten Ausführungsform ist der Sammelbehälter so ausgestaltet, daß er einen äußeren, isolierten Mantel aufweist, der in Abstand zum Sammelbehälter angeordnet ist, so daß über Heißwasser vom Wärmeaustauscher das Kondensat beheizt werden kann.
Als Reaktivstoff wird vorzugsweise granulierter Marmor eingesetzt, der mit dem Schwefelsäuregehalt des Kondensates unter Kohlendioxydfreisetzung zu Gips weiterreagiert. Vorhandene Schwermetalloxyde werden in der Gips-Matrix eingeschlossen und verdünnt. Größere Schwermetakonzentrationen werden folglich nicht gebildet, so daß bei Verbrauch das Marmorgranulat aus dem Sammelbehälter genommen und auf normalen Deponien abgelagert werden kann. Das Marmorgranulat bindet aufgrund seiner Oberflächeneigenschaften aber auch durch Adsorption Feststoffteilchen im Kondensat, so daß auch diese Teilchen im Sammelbehälter zurückgehalten werden.
Bei einer zweiten Ausführungsform weist der Sammelbehälter einen Einsatz auf, der an seiner äußeren Mantelfläche in Abstand zueinander waagerechte, umlaufende Stege aufweist, die dichtend an der Behälterinnenwand anliegen, wobei die Stege und der Boden des Einsatzes, der im Abstand zum Behälterboden angeordnet ist, gelocht sind und den Reaktivstoff tragen. Hierdurch wird erreicht, daß sich Feststoffe im Kondensat in den Zonen zwischen den Granulatpackungen absetzen können. Die Feststoffe, die sonst auf der Oberfläche des Granulates sich ablagern, können unter Umständen die Oberfläche unter Bildung von Difusionsbarrieren zusetzen, so daß eine Reaktion des Kondensates mit dem Marmorgranulat erschwert wird, und das Kondensat folglich nur unzureichend von Schadstoffen befreit wird.
Vorteilhaft wird man all die Teile des Heizkessels, die mit dem Kondensat in Berührung kommen, zur Vermeidung von Korrosion aus Edelstahl herstellen oder mit einer Kunststoffbeschichtung versehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 einen erfindungsgemäßen Heizkessel mit angeschlossenem Kondensatsammelbehälter, Figur 2 eine zweite Ausführungsform des Kondensatsammelbehälters.
Gemäß Figur 1 sind im Rauchgassammler 1 des Heizkessels 2 Wärmeaustauscher 3, 3'., 3'6 hintereinander angeordnet. Die Rauchgase nehmen nach Verlassen des Brennraums den mit Pfeilen angedeuteten Weg im Heizkessel und treten am Kesselaustritt mit einer Temperatur von 800C in den Rauchgassammler 1 ein. Im Rauchgas sammler 1 werden die Rauchgase in einem ersten Abkühlungsschritt durch den. Wärmeaustauscher 3 unter den Taupunkt abgekühlt, im zweiten Wärmeaustauscher 3' erfolgt die Abkühlung auf 400 + 50C und im dritten Wärmeaustauscher 3 " danach auf 300 + 50C. Beim Abkühlen werden sämtliche in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe im Kondensat gebunden. Das trockene, ungiftige Abgas des Heizkessels 2, das nach der Rauchgaskondensation nur noch Kohlendioxyd enthält, tritt über ein Lochblechteil des Abgasrohres, das in den Rauchgassammler hineinragt, in das Abgasrohr 13 ein und kann über das Abgasrohr 13, das durch eine öffnung im Mauerwerk geführt ist, direkt an die Außenluft abgegeben werden. Das Abgas kann gegebenenfalls bei größeren Kesselanlagen auf Kohlendioxyd aufgearbeitet werden.
Das mit Schadstoffen beladene Kondensat im Rauchgassammler 1 wird über eine Leitung 4 einem Sammelbehälter 5 zugeführt. Der Sammelbehälter 5 ist, wie in Figur 1 durch Kreuze angedeutet, mit einer dichten Packung von Marmorgranulat 21 gefüllt. Das Kondensat gelangt zunächst über die Leitung 4, die bis nahe zum Boden des Sammelbehälters 5 geführt ist, zum unteren Teil der Granulatpackung. Die Schadstoffe im Kondensat können sich am Granulat ablagern, und der Schwefelsäureanteil des Kondensates unter Bildung von Gips weiterreagieren. Das gereinigte Kondensat wird nach Durchtritt durch die Granulatpackung über einen Überlauf 11 in den Abfluß 12 geleitet.
Damit keine Verstopfung der Kondensataustrittsöffnung der Leitung 4 im Sammelbehälter 5 auftritt, ist vorgesehen, den Teil der Leitung 4, der in die Marmorgranulatpackung 21 hineinragt, mit Perforationen zu versehen. Die Leitung 4 kann gegebenenfalls auch noch Restkondensat, das sich in einem Knie des Abgas rohres 13 in einer Vertiefung 14 ansammelt, aufnehmen und dem Sammelbehälter 5 zuführen.
Der Sammelbehälter 5 ist in Abstand von einem mit einer Isolierung versehenen Mantel 7 umgeben. Zwischen Sammelbehälter 5 und Mantel 7 wird ein Raum gebildet, der von Heißwasser mit einer Temperatur von 600 aufgefüllt ist. Der Raum ist über Zu- und Ableitungen 8, 9 mit dem Wärmeaustauscher 3 verbunden, der das über eine Umwälzpumpe 10 im Kreislauf zwischen dem Raum und dem Wärmeaustauscher 3 geführte Wasser auf diese Temperatur aufheizt. Vorzugsweise ist die Umwälzpumpe 10 mit dem Heizkesselbrenner gekoppelt, so daß nur bei Brennerbetrieb auch die Umwälzpumpe 10 arbeitet.
Auf seiner Oberseite ist der Sammelbehälter 5 durch einen Deckel 22 verschlossen. Der Deckel 22 kann bei Austausch des Marmorgranulates 21 abgenommen, und der Sammelbehälter 5 entleert werden.
Die beiden übrigen Wärmeaustauscher 3' und 3'' des Heizkessels 2 sind über Zu- und Ableitungen jeweils mit großvolumigen Boilern 15 und 16 verbunden. Bei den Boilern 15 und 16 erfolgt der Zulauf am oberen Ende und der Ablauf am unteren Ende, so daß aufgrund der Temperaturschichtung des Wassers den Wärmeaustauschern 3 t und 3 " immer ausreichend gekühltes Wasser zur Verfügung steht. In den Zuleitungen sind Umwälzpumpen angeordnet, die wie die Umwälzpumpe 10 aber erst bei Brennerbetrieb einsetzen. Anstelle der in Figur 1 gezeigten Boiler 15 und 16 können aber Radiatoren mit ausreichender Kühlfläche eingesetzt werden. In weiterer Ausgestaltung kann das von den Wärmeaustauschern 3' und 3'' aufgeheizte Wasser auch als erwärmtes Brauchwasser verwendet werden.
In einer zweiten Ausführungsform gemäß Figur 2 ist in den Sammelbehälter 5 ein Einsatz 17 eingesetzt.
Der Einsatz 7 weist an seiner äußeren Mantelfläche umlaufende Stege 18 auf, die waagerecht und mit Abstand zueinander angeordnet sind. Die-Außenränder der Stege 18 weisen Dichtungen 19 auf, mit denen die Stege an der Innenwand des Sammelbehälters 5 anliegen. Die Stege 18 sind gelocht und tragen auf ihrer Oberseite eine Marmorgranulatschicht 21. Der Einsatz 17, der ebenfalls mit Granulat angefüllt ist, ist so in den Sammelbehälter 5 eingesetzt, daß sein gelochter Boden 20 mit Abstand zum Boden des Sammelbehälters 5 angeordnet ist. Auf dem Boden des Sammelbehälters 5 können sich im Kondensat enthaltene Feststoffteilchen absetzen, die sonst die Oberfläche der Granulatteilchen belegen würden. Das Kondensat gelangt vom Kessel über die Leitung 4 in den oberen Bereich des Einsatzes 17.
Nach Durchlaufen der verschiedenen Granulatschichten wird das gereinigte Kondensat über den Ueberlauf 11 einem Abfluß zugeführt. Bei Verbrauch des Marmorgranulates kann der Einsatz 17 einfach aus dem Sammelbehälter 5 herausgenommen werden, und das verbrauchte Granulat gegen neues ausgetauscht werden.
Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Heizkesselanlage wird man vorzugsweise dem Sammelbehälter 5 das Kondensat mehrerer, in Reihe geschalteter Heizkessel zuführen.

Claims

Patentansprüche: Verfahren zur Entfernung von umweltbelastenden Stoffen aus den Rauchgasen von Heizkesseln, in denen die Rauchgase in mindestens einem Wärmeaustauscher bis unter den Taupunkt abgekühlt und kondensiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch schrittweise Abkühlung der Rauchgase sämtlicher Schadstoffanteil auskondensiert wird, und das im Kessel (2) anfallende Kondensat danach gesammelt, und der Schadstoffanteil zumindest teilweise durch chemische Reaktion gebunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase des Heizkessels (2) durch mindestens drei Wärmeaustauscher (3, 3', 3''), die an Wärmekreisläufe angeschlossen sind, auf eine Temperatur von 300 + 50C abgekühlt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (3) mit der ~ höchsten Kreislauftemperatur zur Beheizung des gesammelten Kondensates verwendet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nutzbare Wärme der anderen Wärmeaustauscher (3', 3 ") zur Aufheizung von Brauchwasser verwendet wird.
5. Heizkessel mit einem Rauchgassammler, einem Abgasrohr und mindestens einem Wärmeaustauscher zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis ~4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscher (3, 3', 3'') hintereinander im Rauchgassammler (1) angeordnet sind, welcher über eine Kondensatleitung (4) mit einem mit Reaktivstoff (21) gefüllten Sammelbehälter (5) mit Uberlauf (-11) für das gereinigte Kondensat verbunden ist.
6. Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (5) zur Aufheizung des Kondensates einen doppelwandigen, isolierten Mantel (7) mit Anschlußleitungen (8, 9) zum Wärmeaustauscher (3) aufweist.
7. Heizkessel nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (5) einen Einsatz (17) aufweist, der an seiner äußeren Mantelfläche in Abstand zueinander waagerechte, umlaufende Stege (18) aufweist, die dichtend an der Beh&lterinnenwand anliegen, und die gelochten Stege (18) und der ebenfalls gelochte Boden (20) des Einsatzes, der in Abstand zum Behälterboden angeordnet ist, den Reaktivstoff (21) tragen.
8. Heizkessel nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktivstoff granulierter Marmor verwendet wird.
9. Heizkessel nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Rauchgassammler (1), Abgasrohr (13), Wärmeaustauscher (3, 3', 3 ") und Sammelbehälter (5) aus Edelstahl hergestellt sind oder eine Kunststoffbeschichtung aufweisen.