DK161406B - Fremgangsmaade og apparat til opvarmning af en vaeske, under undgaaelse af udslip af skadelige stoffer til omgivelserne - Google Patents

Description

DK 161406 B

Opfindelsen vedrører en fremgangsmåde til opvarmning af en væske under undgåelse af udslip af skadelige stoffer til omgivelserne, ved hvilken fremgangsmåde der udenfor væsken foretages en forbrænding, hvor forbræn-5 dingsgasserne ved sugevirkning indhvirvles i væsken og gennemstrømmer denne, hvorved væsken opvarmes. Opfindelsen vedrører yderligere et apparat til udøvelse af fremgangsmåden .

Alle fremgangsmåde til frembringelse af varme fra 10 flydende, faste og gasformige brændstoffer har den ulempe, at de afgiver skadelige stoffer til omgivelserne.

Denne problematik fører til uoverskuelige tab og skader på naturen. Disse skader er almindelig kendte og kræver ingen nærmere forklaring.

15 Pra US patentskrift nr. 2 333 497 kendes en frem gangsmåde og et apparat af den art, der er angivet i indledningen til henholdsvis krav l og 8. Hensigten med dette apparat, et lavtemperatur-varmesystem, er at tilvejebringe en så vidt mulig skadestoffri bygningsopvarm-20 ning eller et optimalt arbejdende røggas-vaskeanlæg.

Fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen adskiller sig fra ovennævnte apparat ved følgende træk: 1. Væsken tjener som varmelager, 2. de varme gasser frembringes i et brændkammer, 25 der ligger udenfor væsken (W), og 3. væsken indeholder et absorbtionsmiddel.

I sammenligning hermed tjener væsken i det kendte apparat ikke som et varmelager, da det drejer sig om et apparat til frembringelse af damp. Yderligere indeholder 30 væsken ikke et absorbtionsmiddel og de varme gasser frembringes i et brændkammer, der er beliggende i væsken.

Disse forskelle har de nedenfor beskrevne konsekvenser : 35 1. Da væsken i apparatet ifølge opfindelsen skal tjene som varmelager er det nødvendigt med en stor varmekapacitet. Ifølge angivelser i førnævnte US patent- 2

DK 161406 B

skrift nr. 2 333 497 gengiver tegningen størrelsesforholdene. Brændkammeret i vandet nedsætter varmekapaciteten meget kraftigt ved den viste dimensionering, hvilket er nødvendigt ved dette apparat, men ikke anvendeligt 5 ved apparatet ifølge opfindelsen. Det samme gælder for rørstykket, der fører fra brændkammeret til vandoverfla den. Også af denne grund skal ved fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen brændkammeret ligge udenfor varmelageret, dvs. væsken (W).

10 2. Ifølge førnævnte US patentskrift nr. 2 333 497 forbliver det sure kondensat i brændkammeret, hvilket betyder at kondensatet der især dannes ved temperaturer under 50°C, dvs. ved start af kedlen kan ikke løbe bort.

I modsætning hertil løber det sure kondensat ved syste-15 met ifølge opfindelsen bort, og neutraliseres i kedlen.

Det er velkendt, at dugpunktet for vandholdig røggas ligger ved omkring 50°C, hvorfor der i begge apparater danner sig surt kondensat i brændkammeret ved start af kedlerne. Da det sure kondensat i det kendte apparat ik-20 ke kan løbe bort optræder der korrosion og levetiden for det fra førnævnte US patentskrift nr. 2 333 497 kendte apparat er af denne grund betydelig kortere i sammenligning med apparatet ifølge opfindelsen.

3. I US patentskrifterne 3 438 722 og 4 444 128 25 beskrives det samme vaskeprincip som det der til i dag fortrinsvis anvendes indenfor opvarmnings- og røggasvasketeknikken. Man lader gassen strømme ud i en finfordelt basisk væske (vanddråber, pulveriseret alkali (støv), smeltet alkali i form for dråber, etc.), medens 30 der i varmesystemet ifølge opfindelsen benyttes den hidtil ikke anvendte, omvendte teknologi. I systemet ifølge opfindelsen finfordeles gassen, og den trykkes i form af bobler gennem den kompakte vaskevæske. Anvendes der eksempelvis som absorbtionsmiddel kalciumkarbonat, så 35 udvaskes mere end 99% af S02-gasserne.

Det er et sigte med opfindelsen at undgå manglerne ved kendte anlæg og især at angive en fremgangs- 3

DK 161406 B

måde, der dels sikrer en absorption af skadestoffer fra den varme gas, og dels resulterer i en lang opholdstid af den varme gas i væsken, der skal opvarmes, og dermed opnå en bedre virkningsgrad, hvorhos et apparat til 5 udøvelse af denne fremgangsmåde skal være af enkel konstruktion og dermed kunne fremstilles med små omkostninger .

Fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen er defineret i kravene 1 og 8. I en udførelsesform af appa-10 ratet ifølge opfindelsen frembringes den varme gas eksempelvis ved hjælp af en brændf lamme. Absorptions væsken er fortrinsvis vand, der kan tilsættes absorptionsmiddel.

Baser er foretrukne absorptionsmidler, nærmere 15 bestemt sådanne baser som f.eks. jordalkalihydroxider eller alkalihydroxider eller hydroxider af trivalente metaller. Alt efter arten af absorptionsvæsken kan der som neutralisationsmiddel for skadestofferne, der findes i flammegassen, også være tilsat salte til absorptions-20 væsken. Der anvendes med fordel sådanne salte, der udfolder en buffervirkning som eksempelvis primære, sekundære eller tertiære alkalimetalfosfater. Særligt foretrukne salte er natriumdihydrogenfosfat, dinatriumhydro-genfosfat, trinatriumfosfat eller karbonater som f.eks.

25 kalciumkarbonat eller natriumkarbonat.

Tilsvarende udvikles i forbrændingsanlæg også skadestoffer af basisk natur. For at absorbere disse tilsættes absorptionsvæsken med fordel svage syrer.

Foretrukne syrer er eksempelvis forforsyre eller 30 fortyndet svovlsyre. Røret, der dykker ned i absorptionsvæsken er fortrinsvis isoleret, således at der praktisk taget ingen spildvarme afgives til omgivelserne. Røret er fortrinsvis udført af varmebestandigt og korrosionsfast materiale. Rørets formgivning er af 35 underordnet betydning, men en cylindrisk form er dog foretrukket.

4

DK 161406 B

For at garantere en optimal indhvirvling af flammegassen i absorptionsvæsken kan i apparatet ifølge opfindelsen også anvendes homogenisatorer, vibratorer eller ultralyd i stedet for en rotor. Det er vigtigt, at 5 flammegassen indhvirvles i absorptionsvæsken i form af små bobler, hvorved der i en foretrukken udførelsesform tilstræbes de mindst mulige bobler for en kort opholdstid og større bobler for en længere opholdstid i absorptionsvæsken. Dette for at garantere en optimal varmeud-10 veksling og en maksimal absorption af skadestoffer. Der kendes anlæg til gastilsætning, som er optimale med hensyn til boblestørrelse og opholdstid. Styringen af boblestørrelsen kan f.eks. reguleres ved brug af et net.

En yderligere mulighed til påvirkning af boblestørrelsen 15 består i tilsætning af et befugtningsmiddel til absorptionsvæsken, hvorhos den sidstnævnte mulighed er foretrukket ved sure medier. I en særlig foretrukken udførelsesform forafkøles den varme flammegas med en tilstrækkelig stor mængde absorptionsvæske fortrinsvis til 20 en temperatur, som ligger under absorptionsvæskens kogepunkt for at holde det gasvolumen, der skal indhvirvles, så lille som muligt. Dette sker eksempelvis med overfladeforøgende dele som f.eks. Raschigringe, som er anbragt mellem flammen og rotoren. Dette resulterer alt-25 sammen i et lavere energibehov for rotoren, eksempelvis for den til indhvirvlingen valgte indretning.

Absorptionsvæsken kan som energibærer afgive sin varme til en sekundær energibærer, hvad der især er af betydning for rumopvarmning, brugsvandsopvarmning eller 30 varmegenvinding ved industrirøggasser.

Apparatet ifølge opfindelsen egner sig til absorption af flammegas af normale temperaturer, dog foretrækkes lavtemperaturområdet. I lavtemperaturområdet er stilstandstabene mindre, og ved anvendelse af appara-35 tet ifølge opfindelsen kan de i praksis lades ude af betragtning.

5

DK 161406 B

Sammenfattende kan det siges, at apparatet ifølge opfindelsen muliggør en skadestoffri forbrænding af flydende, flydendegjorte og gasformige brændstoffer. Dette foregår under den mest optimale varmeudnyttelse og med 5 et betydeligt lavere brændstofforbrug, end tilfældet er ved kendte apparater, hvorhos den miljøvenlige bortskaffelse af forbrændingsresterne, som er forbundet med undgåelsen af en miljøbelastning, må nævnes som en særlig fordel.

10 Foruden den enkle byggemåde må det ses som en yderligere væsentlig fordel, at en skorsten i almindelig forstand bortfalder. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen udøves hensigtsmæssigt således, at man fra en brænderflamme hvirvler gasser med normale temperaturer for-15 trinsvis mellem 50°C og 2000°C, og særligt foretrukket mellem 800°C og 1500°C, og allermest foretrukket fra 1000°C til 1500eC, dvs. flammegas og/eller røggas fra industri med disse temperaturer, gennem et rør ved hjælp af en homogenisator, vibrator eller rotor i form af bob-20 ler i absorptionsvæsken, hvorhos homogenisatoren, vibratoren eller rotorpropelleren er således dimensioneret, at der i røret under drift af apparatet opstår et lille undertryk. I én udførelsesform af fremgangsmåden ifølge opfindelsen sættes absorptionsvæsken med henblik på ind-25 hvirvling af flammegassen i væsken i rotation ved hjælp af en rotor, hvilket medfører den fordel, at der derved opnås en længere opholdstid af de i spiral opstigende småbobler og en optimal absorption af skadestoffer.

Apparatet ifølge opfindelsen beskrives nærmere i 30 det følgende ved hjælp af to af de mulig udførelsesformer og med henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 er et skematisk billede af et snit i et apparat ifølge opfindelsen, og fig. 2 et snitbillede af en variant af udførel-35 sesformen i fig. 1.

Med henvisning til udførelsesformen vist i fig. 1 har apparatet et væsketæt hus 1, som via fødder 2

DK 161406 B

6 hviler på gulvet. Huset 1 omfatter en cirkulærcylindrisk kappe 3, en bund 4 og et låg 5. Huset er delvis fyldt med en væske, f.eks. med vand W, som indeholder et absorptionsmiddel. I vandet W er der en rør-5 spiral 6, der tjener som varmeveksler, og som via et indløb 7 og et udløb 8 er tilsluttet en varmeforbru- i ger, f.eks. et opvarmningsanlæg. Mediet, der kommer ind i rørspiralen_ 6 ved indløbet 7, opvarmes i rørspiralen 6 og afgiver uden for apparatet sin varme til 10 varmeforbrugeren.

I huset 11 s låg 5 er ophængt et cylindrisk rør 9, i hvis øvre del et yderligere rør 10 med mindre diameter udmunder. I det sidstnævnte rør er placeret en brænder 11, som er tilsluttet et brændersy-15 stem. Røret 9, som fortrinsvis er fremstillet af rustfrit stål, rager så langt ned i huset l's indre, at dets nedre afsnit 9a dykker ned i vandet W. Inde i dette nedre rørafsnit 9a er der placeret en rotor 12, der således befinder sig nede i vandet W, og som via 20 en drivaksel 13 er forbundet med en motor 14. Motoren 14 er via en flange 15 og skruer 16 flanget på husets bund 4, og akslen 13 er ført gennem bunden 4 ved hjælp af en væsketæt pakning 17.

I huset l's låg 5 er der yderligere anbragt 25 en af luftningskanal 18. Nede fra rager en termostat 19 og et overløbsrør 20 ind i vandet W. På husets bund 4 er der en slamventil 21, som er forbundet med et filteranlæg via en ledning.

Under drift af det beskrevne apparat frembringer 30 brænderen 11 i røret 9 en flamme F, hvorhos brænderindstillingen og rørlængden er således afstemt efter hinanden, at flammen ikke når vandets niveau og heller ikke forstyrres af omkringsprøjtende vanddele.

Under indflydelse af rotoren 12, der roterer i 35 vandet, opstår ved grænsefladen mellem vandet og det indre af røret en sugevirkning, ved hjælp af hvilken den i 7

DK 161406 B

røret 9 opståede forbrændingsgas indsuges i vandet og slynges nedad i vandet W i form af små bobler, hvorefter den langsomt stiger opad i retning af pilene 22.

Takket være denne af rotoren 12 fremkaldte gennem-5 hvirvling af forbrændingsgassen i vandet, opstår der en lang opholdstid og yderligere store kontaktflader mellem gasboblerne og det omgivende vand.

Der kan opnås en forafkøling af flammegassen ved hjælp af et rør 23 {fig. 1), henholdsvis 39 (fig. 2), 10 som udgående fra området nær propelleren 12 går opad og løber rundt om brændkammeret 9 (fig- l). I den omløbende del af røret 23 befinder der sig små åbninger 23b, således at absorptionsvæsken fordeles i små partikler over hele kammeret samtidigt med, at dette til 15 stadighed vædes og afkøles udvendigt. Så snart propelleren 12 roterer, stiger absorptionsvæskens niveau i det mindste op til boringerne 23a, henholdsvis 40's højde og væder de overfladeforøgende dele R, hvorved der opnås en yderligere køleeffekt; der bør tilstræbes 20 en afkøling af den varme gas til en temperatur, som ligger under absorptionsvæskens kogepunkt.

I den i fig. 2 illustrerede udførelsesform udmunder det fra propelleren opadgående rør 39 i en dobbeltkappe 34, hvorved der opnås en omskylning af bræn-25 derkammeret 9. Dette forhold forhindrer en overopvarmning af den i brændkammeret 9 over absorptionsvæskeniveauet stående gas.

Anvendelsen af overfladeforøgende dele R (Ra-schigringe) sker som angivet for fig. 1.

30 Fig. 2 viser en variant af dette apparat. I en væsketank 24 med cylindrisk svøb 25, bund 26 og låg 27 rager der fra oven en rørspiral 28 ind i tanken. En ved den nederste ende af et rør 29 anbragt rotor 30 er via en aksel 31 koblet til en motor 32.

35 Et flammerør 33 udmunder skråt i røret 29 og er forbundet med et brændkammer 9, i hvilket der er placeret 8

DK 161406 B

en brænder 35. Også her bliver således den fra flamme-røret 33 udtrædende varme gas ved hjælp af rotoren 30 suget direkte ind i vandet W og omhvirvlet, hvorpå den ved kontakt med vandet henholdsvis absorptionsmidlet 5 rensede gas forlader beholderen gennem en øvre åbning 36. Væsken, der skal opvarmes kommer ind i beholderen 24 gennem et indløb 37 og forlader beholderen gennem et udløb 38. Et rør 39 kan på tilsvarende måde som røret 23 i fig. 1 anvendes til afkøling af flamme-10 gassen.

For at opnå en fuldstændig forbrænding bør brænderflammen F ikke røre absorptionsvæsken w eller blive ramt af ophvirvlede vanddråber. På grund af de kraftige centrifugalkræfter fra rotoren 12, henholdsvis 15 30 i absorptionsvæsken opnår man en højere opholdstid af boblerne og dermed også en reduktion af absorptionsvæsken W's volumen ved samme gode varmeudveksling og skadestofsabsorption. Flammegassens gennemløbsmængde kan styres ved hjælp af en dimensionsændring (forsnævring) 20 af flammerøret 9, i fig. 1, og ved højdeforskydning af rotoren 12 henholdsvis 30 såvel som gennem rotorens omdrej ningstal.

Ifølge fig. 2 kan det underste med 29a betegnede afsnit af røret 29 funktionsmæssigt anses som 25 forlængelse af flammerøret 33. Ved den nederste ende af dette afsnit 29a såvel som nederste flammerørsafsnit 9a i fig. 1 kan der for oven eller neden under rotoren 30 henholdsvis 12 være anbragt et net, som begunstiger en fordeling af forbrændingsgassen i fine 30 blærer i væsken.

I stedet for en rotor 12 henholdsvis 30 kunne også anvendes en homogenisator eller vibrator henholdsvis et andet organ, som ville være i stand til at præstere den ønskede sugevirkning og den krævede omhvirv-35 ling.

Skadestofferne, der findes i væsken, kan også oxyderes elektrokemisk eller ved hjælp af koronaudlad- 9

DK 161406 B

ning, dvs. ved placering af elektroder i selve væsken.

Som oxydationsmiddel kan anvendes ozon.

Ved udførelsesformen ifølge fig. 2 kan der i overgangsdelen mellem brænderen 35 og det nederste 5 rørafsnit 29a være indbygget overfladeforøgende dele, f.eks. Raschigringe R.

Motoren kan være placeret i selve væsken W.

Ved anvendelse af apparatet som røggasvasker rettes den varme røggas ved hjælp af et i stedet for en 10 brænder indrettet rør mod væsken, og røggassen suges ind i dette og hvirvles omkring som beskrevet.

Claims (13)

1. Fremgangsmåde til opvarmning af en væske under undgåelse af udslip af skadelige stoffer til omgivelserne, ved hvilken fremgangsmåde der udenfor væsken foretages en forbrænding, hvor forbrændingsgasserne ved 5 sugevirkning indhvirvles i væsken og gennemstrømmer denne, hvorved væsken opvarmes, kendetegnet ved, at de medførte skadelige stoffer afgives til væsken under medvirken af et absorptionsmiddel.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende-10 tegnet ved, at de varme gasser frembringes i en brænderflamme, som rettes direkte mod absorptionsvæskens overflade, men dog stopper lige over denne.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at væsken er vand, og at den som 15 absorptionsmiddel indeholder en base.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1-3, kende tegnet ved, at vandet som absorbtionsmiddel indeholder et salt.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendeteg-20 net ved, at vandet som salt indeholder kalciumkarbonat.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kende tegnet ved, at skadelige stoffer i væsken oxyderes elektrokemisk eller ved coronaudladning.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kende tegnet ved, at der som oxydationsmiddel anvendes ozon.

8. Apparat til opvarmning af en væske under undgåelse af udslip af skadelige stoffer til omgivelserne, 30 hvorunder væsken opvarmes i direkte kontakt med varme gasser, hvilket apparat omfatter en tank (i, 24) indeholdende en væske (W), et i tanken indrettet rør (9, 33) for varm gas, og en i tanken (1) anbragt udstrømningsåbning (18, 36) for den varme gas, hvor røret (9, 33) for DK 161406 B varm gas dykker ned i væsken (W) i det mindste med sit nedre endeafsnit (9a), og at der i området, hvor den varme gas går ind i væsken, enten i selve røret eller i en forlængelse af dette, er et organ (12, 30), der dels 5 frembringer en sugevirkning, der er rettet ind i væsken, og dels bevirker, at den varme gas sættes i hvirvlende bevægelse i væsken, samt hvor frembringelsen af de varme gasser foregår uden for væsken (W), kendetegnet ved at væsken (W) indeholder et absorbtionsmid-10 del.

9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at der uden for væskevolumninet (W) er indrettet et brændekammer til frembringelse af de varme gasser.

10. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet 15 ved, at røret for den varme gas er udformet som et flammerør (9, 33) og i overensstemmelse hermed er indrettet med en brænder (il, 35), og at brænderen (11, 35. under hensyntagen til længden af flammerøret er således indstillet, at den fremkomne flamme ender over 20 væskeoverfladen.

11. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at det nævnte organ er en motordrevet rotor (12, 30).

12. Apparat ifølge krav 8-11, kendeteg-25 net ved, at flammerøret (33) strækker sig skråt mod og udmunder i siden af et rør, der omslutter det nævnte organs (30) drivaksel (31).

13. Apparat ifølge krav 8-12, kendetegnet ved, at brænderflammens afstand fra væskeoverfla- 30 den er 5-20 cm.