DE3216561A1 - METHOD FOR PURIFYING EXHAUST GAS AND FOR RECOVERING HEAT AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD - Google Patents
METHOD FOR PURIFYING EXHAUST GAS AND FOR RECOVERING HEAT AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHODInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Reinigen von Abgas und zur Rückgewinnung von Wärme und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Process for cleaning exhaust gas and for recovering heat and apparatus for carrying out the process
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Abgas und zur Rückgewinnung von Wärme aus einer Feuerungsanlage und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for cleaning exhaust gas and for recovering heat from a furnace and a device for performing the method.
Feuerungsanlagen, in welchen fossile Brennstoffe verbrannt werden, beispielsweise mit ölbrennern ausgerüstete Feuerungsanlagen, belasten die Umwelt durch das Schwefeldioxid SO2 in den Abgasen. Ausserdem entstehen durch die heissen Abgase hohe Wärmeverluste. Diese Verlustwärme bedingt, dass der gesamte Wirkungsgrad einer Feuerungsanlage, bei weleher beispielsweise Wasser erwärmt wird, beschränkt ist.Firing systems in which fossil fuels are burned, for example firing systems equipped with oil burners, pollute the environment through the sulfur dioxide SO2 in the exhaust gases. In addition, the hot exhaust gases create high heat losses. This heat loss means that the entire efficiency of a combustion system, with which for example, water is heated, is limited.
Ziel der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu beheben. The aim of the invention is to remedy the stated disadvantages.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgas in einem ersten Schritt eine Wärmemenge entzogen und diese einem Wärmeverbraucher zugeführt, womit die Temperatur des Abgases gesenkt wird, dass in einem zweiten Schritt eine Schadstoffe des Abgases bindende Lösung im Gegenstrom durch das Abgas geführt, wobei dem Abgas eine weitere Wärmemenge und Schadstoffe entzogen werden, welche weitere Wärmemenge einem zu erwärmenden Fluid zugeführt wird.The method according to the invention is characterized in that that in a first step a quantity of heat is removed from the exhaust gas and fed to a heat consumer, with which the temperature of the exhaust gas is lowered so that in a second step a solution that binds pollutants in the exhaust gas guided in countercurrent through the exhaust gas, whereby a further amount of heat and pollutants are extracted from the exhaust gas, what further amount of heat is supplied to a fluid to be heated.
Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass einem z.B. von einem ölbrenner beheiz-The device for carrying out the method is characterized in that one is heated e.g. by an oil burner.
ten Kessel, der vom zu erwärmenden Fluid durchströmt ist, und einer mit dem Kesselraum abgasseitig in Verbindung stehenden Abgasleitung mit einem Einlass und einem Auslass, durch einen im Einlass der Abgasleitung angeordneten ersten Wärmetauscher, durch einen Speicherbehälter für die Schadstoffe des Abgas bindende Lösung, von welchem Speicherbehälter aus eine Lösungszufuhrleitung zu einer im Auslass der Abgasleitung angeordneten Versprühvorrichtung verläuft, durch eine vom unteren Ende der Abgasleitung aus zum Speicherbehälter verlaufende Rückführleitung, und durch mindestens einen weiteren, im Speicherbehälter angeordneten, von dem Kessel zuströmenden und darin zu erwärmenden Fluid durchströmten Wärmetauscher. th boiler through which the fluid to be heated flows is, and a flue gas line connected to the boiler room on the flue gas side with an inlet and an outlet, through a first heat exchanger arranged in the inlet of the exhaust gas line, through a storage container for the solution binding the pollutants in the exhaust gas, from which storage tank a solution supply line runs to an atomizing device arranged in the outlet of the exhaust pipe, through one of the lower end the exhaust line from the return line running to the storage tank, and through at least one further, im Storage tank arranged, flowing from the boiler and fluid to be heated therein flowed through heat exchangers.
Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand . anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert.The following is the subject matter of the invention. based on Drawing explained by way of example.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens.The single figure shows schematically a device for Carrying out the method according to the invention.
In der Figur ist ein ölbrenner 1 in Verbindung mit einem Kessel 2 dargestellt. Der Kessel 2 dient beispielsweise zum Erwärmen des Brauchwassers und des Heizungswassers eines Gebäudes. Entsprechend ist der Brauchwasservorlauf 3 und die Brauchwasser-Speiseleitung 4 vorhanden. Der Heizungsvorlauf ist mit Bezugsziffer 5 und der Heizungsrücklauf mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet. Weiter ist ein Kamin 8 vorhanden, der beispielsweise aus einem Mauerwerk gebildet ist. Im Kamin 8 ist eine Abgasleitung 9, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, eingesetzt, welcheIn the figure, an oil burner 1 is in connection with a Boiler 2 shown. The boiler 2 is used, for example, to heat the domestic water and the heating water of a building. Accordingly, the domestic water supply 3 and the domestic water feed line 4 are available. The heating flow is with reference number 5 and the heating return denoted by the reference number 6. Next is a chimney 8 available, for example from a Masonry is formed. In the chimney 8, an exhaust pipe 9, for example made of stainless steel, is used which
Abgasleitung 9, von den vom ölbrenner 1 stammenden Abgasen durchströmt ist. Im Kaminstutzen 19, zwischen dem ' Kessel 2 und der Abgasleitung 9, ist ein erster Wärmetauscher 7 angeordnet. Weiter ist ein Speicherbehälter 16 vorhanden, der mit einer Schadstoff des Abgases bindenden Lösung gefüllt ist. Vom Speicherbehälter 16 führt eine Leitung 12, in welcher eine Pumpe 13 und danach in Strömungsrichtung ein Luftinjektor 15 angeordnet sind, gegen das obere Ende der Abgasleitung 9 und endet bei einer Sprühvorrichtung 10. Diese Sprühvorrichtung 10 weist vorteilhafterweise sternförmig angeordnete Sprüharme 11 auf. Vom unteren, abgeschlossenen Ende der Abgasleitung 9 führt eine Abflussleitung 14 zum Speicherbehälter 16 zurück.Exhaust pipe 9 from the exhaust gases originating from the oil burner 1 is flowed through. In the chimney socket 19, between the 'boiler 2 and the exhaust pipe 9, there is a first heat exchanger 7 arranged. There is also a storage container 16 which binds with a pollutant of the exhaust gas Solution is filled. From the storage tank 16 leads a line 12 in which a pump 13 and then in Direction of flow an air injector 15 are arranged against the upper end of the exhaust pipe 9 and ends at a spray device 10. This spray device 10 advantageously has spray arms arranged in a star shape 11 on. From the lower, closed end of the exhaust pipe 9, a drain pipe 14 leads to the storage tank 16 back.
Aus der Figur ist weiter ersichtlich, dass die Brauchwasser-Einspeisung 17 durch den Speicherbehälter 16 geführt ist und in die Brauchwasser-Speiseleitung übergeht, die in den Kessel 2 eintritt. Der Rücklauf des Heizungswassers, für die z.B. Gebäudeheizung, ist mit der Bezugs- ziffer 18 bezeichnet. Auch dieser Rücklauf 18 führt durch den Speicherbehälter 16 und darauf zum Heizungs-Rücklauf 6, der ebenfalls in den Kessel 2 hineinverläuft.From the figure it can also be seen that the domestic water feed 17 is passed through the storage tank 16 and merges into the domestic water feed line, which enters boiler 2. The return of the heating water, e.g. for building heating, is to be compared with the reference number 18 denotes. This return 18 also leads through the storage tank 16 and then to the heating return 6, which also runs into boiler 2.
Eine praktische Ausführung sieht vor, dass die Länge der Abgasleitung 9 mindestens der Kaminhöhe entspricht und vorteilhafterweise 6 m oder mehr beträgt, und der Durchmesser der Abgasleitung 9 dieser Ausführung 15 cm ist. Die Schadstoffe des Abgases bindende Lösung ist eine Kalklösung, in welcher gebrannter Kalk und Wasser imA practical embodiment provides that the length of the exhaust pipe 9 corresponds at least to the chimney height and is advantageously 6 m or more, and the diameter of the exhaust pipe 9 of this embodiment is 15 cm. The solution that binds pollutants in the exhaust gas is a lime solution in which quicklime and water are in the
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Verhaltnisante.il von 40 g Kalk auf 1 Liter Wasser und zusätzlich Ameisensäure im Verhältnisanteil von 50 g Ameisensäure auf 40 g Kalk vorhanden ist.Verhaltnisante.il of 40 g of lime to 1 liter of water and In addition, formic acid is present in a proportion of 50 g formic acid to 40 g lime.
Weiter ist zu erwähnen, dass nach der Pumpe 13 in der Rohrleitung 12 in Strömungsrichtung gesehen Luft eingebracht wird, z.B. durch einen Luftinjektor. Die Luftzufuhr bewirkt die Oxydation der Lösung.It should also be mentioned that after the pump 13 in the Pipeline 12 seen in the direction of flow air is introduced, for example by an air injector. The air supply causes the solution to oxidize.
Mit dieser Anlage wird nun folgendes Betriebsverfahren durchgeführt. Das beim ölbrenner 1 entstehende Abgas weist SO2 auf, wobei es bekannt ist, dass ein Verbrennen von jeweils 1 kg öl bis zu ca. 3 Liter SO2-GaS erzeugt, welches SO2 bekanntermassen stark zur Umweltbelastung beiträgt. Das den Kaminstutzen' 19 durchströmende, ca. bis 3000C heisse Abgas, wird nun durch den ersten Wärmetauscher 7 gekühlt. Der Wärmetauscher 7 ist dabei derart bemessen, dass eine Abkühlung des Abgases auf z.B. 50 bis 800C erfolgt. Damit tritt das Abgas mit dieser Temperatur in die Abgasleitung 9 ein.. Der Wärmetauscher 7 ist beispielsweise von Wasser durchströmt, das dabei erwärmt wird. Dieses erwärmte Wasser kann beispielsweise zu Heizzwecken des Gebäudes, mittels beispielsweise eines weiteren Wärmetauscher zur Aufheizung von Brauchwasser, für eine Schwimmbadheizung, usw. verwendet werden.The following operating procedure is now carried out with this system. The exhaust gas resulting from the oil burner 1 contains SO 2 , although it is known that burning 1 kg of oil in each case produces up to about 3 liters of SO 2 gas, which SO 2 is known to be a major contributor to environmental pollution. The exhaust gas flowing through the chimney socket 19 and having a temperature of approximately up to 300 ° C. is now cooled by the first heat exchanger 7. The heat exchanger 7 is dimensioned in such a way that the exhaust gas is cooled to 50 to 80 ° C., for example. The exhaust gas thus enters the exhaust gas line 9 at this temperature. The heat exchanger 7, for example, has water flowing through it, which is heated in the process. This heated water can be used, for example, for heating purposes of the building, for example by means of a further heat exchanger for heating domestic water, for heating a swimming pool, etc.
Das auf z.B. 50 bis 800C gekühlte Abgas durchströmt darauf die Abgasleitung 9, in deren oberem Ende die beschriebene Lösung durch die Sprühvorrichtung 10 eingesprüht wird. Diese aus der Sprühvorrichtung 10 austretendeThe 50 to 80 0 C, cooled to, for example, exhaust gas flows through it, the exhaust pipe 9 into the upper end of the described solution is sprayed by the spraying apparatus 10th This emerging from the spray device 10
Lösung nimmt nun SO2 im Abgas auf und sammelt sich beim unteren Ende der Abgasleitung 9. Zudem nimmt diese Lösung auch Wärme auf. Sie erwärmt sich durch die Berührung mit dem Abgas, welches letztere somit weiter gekühlt wird. Dabei ist der Mengenstrom der Lösung derart relativ zum Mengenstrom des Abgases so bemessen, dass die Austritttemperatur des Abgases aus der Abgasleitung weniger als 400C beträgt. Die sich am Boden der Abgasleitung 9 gesammelte Lösung strömt durch die Abflussleitung 14 in den Speicherbehälter 16 zurück.The solution now absorbs SO2 in the exhaust gas and collects at the lower end of the exhaust pipe 9. In addition, this solution also absorbs heat. It heats up when it comes into contact with the exhaust gas, which is thus further cooled. The mass flow of the solution is so dimensioned relative to the mass flow of the exhaust gas that the outlet temperature of the exhaust gas from the exhaust pipe is less than 40 ° C. The solution collected at the bottom of the exhaust line 9 flows back through the drain line 14 into the storage container 16.
Der Kalk in der Lösung bildet mit dem SO2 des Abgases Kalziumsulfit, welches durch Luftsauerstoff zu Kalziumsulfat oxydiert wird. Die zur Oxydation erforderliche Sauerstoffmenge wird vorteilhafterweise mittels eines Luftinjektors 15 in die Rohrleitung 12 unmittelbar hinter der Pumpe 13 in die strömende Lösung eingeführt. Dieser Schlamm wird nun im Speicherbehälter 16 aufgrund der Verweilzeit der Lösung in demselben abgeschieden und periodisch daraus entnommen. Der dabei verbrauchte Kalk wird mittels eines Dosiergerätes dauernd ersetzt.The lime in the solution and the SO 2 of the exhaust gas form calcium sulphite, which is oxidized to calcium sulphate by atmospheric oxygen. The amount of oxygen required for the oxidation is advantageously introduced into the flowing solution by means of an air injector 15 into the pipeline 12 immediately downstream of the pump 13. This sludge is now deposited in the storage tank 16 due to the residence time of the solution in the same and is periodically removed from it. The lime used in this process is continuously replaced by means of a metering device.
Der Speicherbehälter weist z.B. ein Fassungsvolumen für ungefähr 40 Liter der Lösung auf. Gemäss den obigen Ausführungen genügt diese Menge von 40 Litern zur Aufnahme von 900 Liter SO». Erfahrungsgemäss beträgt in einem Heizkessel eines Einfamilienhauses während der Heizperiode der stündliche Ölverbrauch 2 kg. Der Brenner ist bekanntlich etwa total 10 Stunden in Betrieb, so dass der tägliche Ölverbrauch 20 kg beträgt, monatlich also somit 600 kg. Daraus geht hervor, dass während der Heiz-The storage container has e.g. a capacity for about 40 liters of the solution. According to the above, this amount of 40 liters is sufficient for the intake from 900 liters SO ». Experience has shown that in one Heating boiler of a family house during the heating season the hourly oil consumption is 2 kg. The burner is As is well known, about a total of 10 hours in operation, so that the daily oil consumption is 20 kg, i.e. monthly thus 600 kg. This shows that during the heating
Periode der Speicherbehälter lediglich etwa einmal pro Monat gereinigt werden muss, d.h. der darin angesammelte Schadstoffe enthaltende Schlamm muss höchstens einmal monatlich abgeführt werden. Bei bekannten Feuerungsanlagen beträgt der SO^-Anteil im Abgas etwa 100 bis 115 ppm. Praktische Versuche haben gezeigt, dass mit der beschriebenen Anlage der SO^-Gehalt beim Austritt aus dem Kamin lediglich noch 26,9 bis 28,4 ppm beträgt. Das heisst, es werden nur noch etwa 30 % Schadstoffe im Vergleich mit den heute üblichen haustechnischen Anlagen abgegeben.Period of the storage tank only about once per It has to be cleaned every month, i.e. the sludge containing the pollutants it contains has to be cleaned at most once be paid monthly. In known combustion systems, the SO ^ proportion in the exhaust gas is around 100 to 115 ppm. Practical tests have shown that with the system described, the SO ^ content when exiting the Chimney is only 26.9 to 28.4 ppm. That means, there are only about 30% pollutants in comparison delivered with the building services systems that are customary today.
Die Rückgewinnung der Wärme durch diese Anlage verläuft folgendermassen.The recovery of the heat takes place through this plant as follows.
Es ist eingangs bereits erwähnt worden, dass die durch den ersten Wärmetauscher 7 abgeführte Wärmemenge durch einen Wasserkreislauf zu Heizzwecken und auch zur Erwärmung von Brauchwasser verwendet wird.It has already been mentioned at the beginning that the amount of heat dissipated by the first heat exchanger 7 through a water circuit is used for heating purposes and also for heating domestic water.
Die in der Abgasleitung 9 herunterregnende Lösung nimmt, wie ebenfalls bereits erwähnt,aus dem Abgas Wärme auf, derart, dass die im Speicherbehälter vorhandene Lösung im Betrieb eine Temperatur von 40 bis 600C erreicht und durch weitere Wärmetauscher zruückgewonnen werden kann.The herunterregnende in the exhaust pipe 9 solution increases, as already mentioned, from the exhaust gas heat, such that the presence in the reservoir solution may be reached a temperature of 40 to 60 0 C during operation and zruückgewonnen by further heat exchanger.
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