DE3245559A1 - Process for the elimination of environmentally harmful substances from the flue gases of heating boilers - Google Patents
Process for the elimination of environmentally harmful substances from the flue gases of heating boilersInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Entfernung von umweltbelastendenProcess for the removal of polluting
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.Substances from the flue gases of heating boilers The invention relates to a process for the removal of pollutants from the flue gases of Boilers in which the flue gases in at least one heat exchanger to under the dew point to be cooled and condensed, and boilers to carry out of the procedure.
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.When burning fuel e.g. coal, oil, but also gas In heating boilers, pollutants occur in the exhaust gas, e.g. soot, various oil derivatives, Heavy metal compounds and sulfur dioxide. These substances are mixed with the water vapor contained in hot exhaust gases is discharged through the chimney and particularly wear contributes to environmental pollution during heating periods.
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.From DE-OS 27 00 127 of the applicant, a boiler is known, in which a heat exchanger is installed in the flue gas collector to generate the heating energy, that is contained in the flue gases to be optimally exploited. In the process, condensate falls with which the pollutants are eliminated at the same time. This condensate is usually fed to the sewer, whereby but the problem of environmental pollution is only shifting from air to water. It has it has also been shown that pollutants are still present in the boiler exhaust gas, which cannot be condensed out in the known arrangement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das der gesamte Schadstoffanteil der Rauchgase abgetrennt und auf einfache Weise entfernt werden kann.The invention is based on the object of specifying a method by which the entire pollutant content of the flue gases is separated and easily Way can be removed.
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.According to the invention, this object is achieved by a method which condenses out all pollutants by gradually cooling the flue gases is, and the condensate accumulating in the boiler is then collected and the pollutant content is at least partially bound by chemical reaction.
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.In the method according to the invention, the flue gases from the boiler gradually cooled down so that all pollutants are in the condensate the combustion gases is contained. Pure carbon dioxide is used as the exhaust gas from the boiler released into the environment, which can still be processed if necessary. That Boiler condensate before it goes down the drain, freed from the pollutant content by chemical reaction with a reactive substance, whereby such connections are formed that are not stored in hazardous waste landfills have to. Obviously, only clean compounds are released into the environment.
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.For complete condensation of the pollutants, the temperature must the flue gas can be cooled to a temperature of 300 + SOC. In the process three heat exchangers are used for this, which are connected to heat circuits are. The heat exchanger with the highest circuit temperature is used for heating of the collected condensate is used. This will speed up the implementation of the Reached pollutants with the reactive substance.
Gleichzeitig läßt sich auch das Volumen des anfallenden Kondensates durch Verdampfung verringern.At the same time, the volume of the resulting condensate can also be measured reduce by evaporation.
Vorteilhaft wird die nutzbare Wärme der anderen Wärmeaustauscher zur Aufheizung von Brauchwasser verwendet.The usable heat of the other heat exchangers is advantageous Used for heating domestic water.
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.Boilers are suitable for carrying out the method according to the invention, in which the heat exchangers are arranged one behind the other in the flue gas collector, and the flue gas collector via a condensate line with a with Reactive substance-filled collecting tank with overflow for the cleaned condensate connected is.
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.In a first embodiment, the collecting container is designed so that it has an outer, insulated jacket spaced from the collecting container is arranged so that the condensate is heated via hot water from the heat exchanger can be.
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.Granulated marble is preferably used as the reactive substance, with the sulfuric acid content of the condensate with the release of carbon dioxide Plaster of paris continues to react. Any heavy metal oxides are enclosed in the gypsum matrix and diluted. Larger heavy meta concentrations are consequently not formed, so that when consumed the marble granules are taken out of the collecting container and on normal landfills. The marble granulate binds due to its Surface properties but also through adsorption of solid particles in the condensate, so that these particles are also retained in the collecting container.
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.In a second embodiment, the collecting container has an insert on, the circumferential, horizontal, circumferential, at a distance from one another on its outer circumferential surface Has webs, which fit tightly against the inner wall of the container, wherein the webs and the bottom of the insert, which are arranged at a distance from the container bottom is, are perforated and carry the reactive substance. This ensures that Solids in the condensate can settle in the zones between the granulate packs. The solids that are otherwise deposited on the surface of the granulate can possibly clog the surface with the formation of diffusion barriers, see above that a reaction of the condensate with the marble granulate is made more difficult, and that Condensate is consequently only insufficiently freed from pollutants.
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.It will be advantageous to have all the parts of the boiler with the condensate come into contact, manufacture from stainless steel to avoid corrosion or provided with a plastic coating.
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.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below. They show: FIG. 1 an inventive Boiler with attached condensate collecting tank, Figure 2 shows a second embodiment of the condensate collecting tank.
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.According to Figure 1, 2 heat exchangers are in the flue gas collector 1 of the boiler 3, 3 '., 3'6 arranged one behind the other. The flue gases decrease after leaving the combustion chamber the path indicated with arrows in the boiler and step with at the boiler outlet a temperature of 800C into the flue gas collector 1. Be in the flue gas collector 1 the flue gases through the first cooling step. Heat exchanger 3 under the dew point cooled, in the second heat exchanger 3 'the cooling takes place 400 + 50C and in the third heat exchanger 3 "then to 300 + 50C. During cooling all pollutants contained in the flue gases are bound in the condensate. The dry, non-toxic flue gas from boiler 2 after flue gas condensation only contains carbon dioxide, passes through a perforated sheet metal part of the exhaust pipe that protrudes into the flue gas collector, into the exhaust pipe 13 and can through the exhaust pipe 13, which is passed through an opening in the masonry, released directly to the outside air will. In the case of larger boiler systems, the exhaust gas can contain carbon dioxide be worked up.
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.The condensate loaded with pollutants in the flue gas collector 1 is via a line 4 to a collecting container 5 supplied. The collection container 5 is, as indicated by crosses in FIG. 1, with a dense packing of marble granules 21 filled. The condensate first arrives via line 4, which extends up to close to Bottom of the collecting container 5 is guided to the lower part of the granulate pack. the Pollutants in the condensate can be deposited on the granulate, as can the sulfuric acid content of the condensate continue to react with the formation of gypsum. The cleaned condensate is after passing through the granulate pack via an overflow 11 into the drain 12 headed.
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.So that the condensate outlet opening of the line is not clogged 4 occurs in the collecting container 5, it is provided that the part of the line 4, which is in the Marble granulate pack 21 protrudes to be provided with perforations. The administration 4 may also contain residual condensate that is in one knee of the exhaust gas Tube 13 collects in a recess 14, take it up and supply it to the collecting container 5.
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.The collecting container 5 is spaced from one with an insulation provided jacket 7 surrounded. A space is created between the collecting container 5 and the jacket 7 formed, which is padded by hot water with a temperature of 600 is. The room is connected to the heat exchanger 3 via inlet and outlet lines 8, 9, that via a circulation pump 10 in the circuit between the room and the heat exchanger 3 heated water to this temperature. Preferably the circulation pump is 10 coupled to the boiler burner, so that the circulation pump is only used when the burner is in operation 10 works.
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.The collecting container 5 is on its upper side by a cover 22 locked. The cover 22 can be removed when replacing the marble granulate 21, and the collecting container 5 can be emptied.
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.The other two heat exchangers 3 'and 3' 'of the boiler 2 are Connected to large-volume boilers 15 and 16 via supply and discharge lines. In the case of boilers 15 and 16, the inlet is at the upper end and the outlet at the lower end End, so that due to the temperature stratification of the water the heat exchangers 3 t and 3 "there is always sufficient chilled water available. In the supply lines Circulation pumps are arranged, which like the circulation pump 10 but only when the burner is in operation insert. Instead of the boilers 15 and 16 shown in FIG. 1, however, Radiators be used with sufficient cooling surface. In a further embodiment that can Water heated by the heat exchangers 3 'and 3' 'can also be used as heated service water be used.
In einer zweiten Ausführungsform gemäß Figur 2 ist in den Sammelbehälter 5 ein Einsatz 17 eingesetzt.In a second embodiment according to Figure 2 is in the collecting container 5 an insert 17 is used.
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.The insert 7 has circumferential webs on its outer circumferential surface 18, which are arranged horizontally and at a distance from one another. The outer margins the webs 18 have seals 19 with which the webs on the inner wall of the Collection container 5 rest. The webs 18 are perforated and carry on their top a marble granulate layer 21. The insert 17, which is also filled with granulate is, is so inserted into the collecting container 5 that its perforated bottom 20 with Distance to the bottom of the collecting container 5 is arranged. On the bottom of the collecting container 5 solid particles contained in the condensate can settle, which would otherwise cause the Would cover the surface of the granules. The condensate comes from the boiler via the line 4 into the upper area of the insert 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.After passing through the various layers of granulate, the cleaned Condensate is fed to a drain via the overflow 11. When the marble granulate is used up can the insert 17 can simply be removed from the collecting container 5, and the used up Granules can be exchanged for new ones.
Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Heizkesselanlage wird man vorzugsweise dem Sammelbehälter 5 das Kondensat mehrerer, in Reihe geschalteter Heizkessel zuführen.To increase the economic efficiency of the boiler system one will preferably the collecting container 5, the condensate of several, connected in series Feed in the boiler.
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