DE2360130A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausscheiden von umweltverschmutzenden stoffen aus abgasen - Google Patents

Description

Otto Huthmann 7313

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Verfahren und Vorrichtung zum Ausscheiden von umweltverschmutzenden Stoffen aus Abgasen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausscheiden von umweltverschmutzenden Stoffen aus Abgasen.in Form von ausfallenden festen Stoffen, bzw, durch Ableiten von gasförmigen Stoffen.

Die ständig zunehmende Umweltverschmutzung zwingt uns, und hier ist insbesondere an die zahlreichen Heizungen in privaten Haushalten gedacht, zu einer Auseinandersetzung mit der damit verbundenen Umweltverschmutzung. Abgase ganz allgemein, und zwar gleichgültig ob sie aus Haushalten, Kraftfahrzeugen oder Industrieanlagen kommen, führen eine Reihe von umweltverschmutzenden Partikelchen mit sich, die teils gasförmig, teils als Feststoffe (Schwebeteilchen) an die Umgebung abgegeben werden. Es braucht nicht weiter darauf eingegangen zu werden, daß diese Stoffe unerwünschte Nebenerscheinungen mit sich bringen.

Es sind zahlreiche Maßnahmen zum Ausfiltern von schadhaften Stoffen aus Abgasen bekannt. Diese arbeiten in der Regel mit Filtern, durch die die Gase geleitet werden, wobei bestimmte Stoffe aus den Gasen getrennt und von den Filtern aufgenommen werden. In der Regel sind

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solche Filteranlagen relativ aufwendig und teuer. Außerdem müssen die Filter in Zeitabständen ausgewechselt werden.

Aus diesen Gründen finden solche Filteranlagen in privaten Haushalten in Heizungsanlagen keinen Einsatz, da sie wirtschaftlich meist nicht vertretbar sind.

Ein weiteres Problem, das gerade in jüngster Zeit durch den ölmangel akut geworden ist, ist die Ausnutzung des Öles in Verbrennungsanlagen, das heißt die Verbesserung des "Wirkungsgrades bei der Wärmeumwandlung. Feuerungsanlagen, hier insbesondere Ölfeuerungsanlagen, arbeiten zur Abgabe ihrer Rauchgase mit einem Wärmegefälle zwischen Oberkante Schornstein und Austritt aus dem Heizungskessel. Dieses Wärmegefälle dient zur Strömung der Abgase, damit diese nach oben abgeleitet werden. Nun ist der Austritt der Abgase nicht allein von dem Wärme-

der

gefälle und damit verbundenen Strömungsgeschwindigkeit abhängig, sondern die Gase müssen beim Austritt aus dem Schornstein noch eine bestimmte Temperatur aufweisen, damit sie in ausreichendem Maße an die Umgebung abgegeben und von dieser mitgenommen werden. Dieser Temperaturpunkt an der Schornsteinoberkante wird mit Taupunkt bezeichnet und beträgt 58° C , das heißt diese Temperatur darf nicht unterschritten werden. Wird sie unterschritten, so besteht die Gefahr, daß alle in den Abgasen enthaltenen Stoffe, deren spezifisches? Gewicht höher ist als Luft, unmittelbar im Schornstein als· Kondensat herunterfallen. Je heißer die Abgase an der Oberkante des Schornsteines sind, um so mehr Wärme wird dem. Energieumwandlungsprozeß im Kessel entzogen, womit zwangsläufig der Wirkungsgrad schlechter wird. Wie bereits erwähnt, sind wir aber gezwungen, diesen Wirkungsgrad zu verbessern, um damit Feuerung und insbesondere Öl zu sparen.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einmal umweltverschmutzende Bestandteile der Abgase abzusondern, bevor sie an die Umgebung abgegeben werden und zum anderen darin, den Wirkungsgrad der Energieumwandlung im Innern des Heizkessels zu verbessern.

E rfin dungs gemäß geschieht das durch ein Verfahren, bei dem die Abgase unmittelbar nach ihrem Austritt aus dem Heizkessel durch eine Zone mit künstlich erzeugtem Nebel geleitet werden. Und durch eine Vorrichtung bestehend aus einem Behälterj der oben eine Wasserzersteubungseinrichtung besitzt und unten eine Auffangeinrichtung besitzt, und bei der der Abgaskanal auf der einen Seite in und auf der anderen Seite aus den Behälter geführt ist.

Der Vorteil der Erfindung liegt in der einfachen und wirtschaftlichen Möglichkeit, Abgase weitestgehend von umweltunfreundlichen Bestandteilen zu befreien.

Abgase enthalten in der Regel neben CO - und CO2-Gasen eine Reihe von Schwebeteilchen, die schwerer als Luft sind, aber mit der relativ warmen Abluft mitgerissen und an die Umgebung abgegeben werden.

Da gemäß der Erfindung die Abgase eine Vernebelungszone passieren, werden diese Schwebeteilchen, soweit sie wasseraufnahmefähig sind, innerhalb des Vernebelungsbehälters ausfallen. Es wird daher in der Regel genügen, die Vernebelungszone aus zerstäubtem Wasser auf zu .bauen. Bei Industrieanlagen kann es empfehlungswert sein, dem Wasser Ch emikalien_ beizumengen, die eine Spaltung von bestimmten Bestandteilen der Abgase bewirken.

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Bekanntlich laufen Verbrennungsanlagen nicht ständig, sondern werden intervallweise betrieben. Dieses ist in der Regel abhängig vom Wärmebedarf. Damit die Vernebelungszone nicht ständig in Betrieb ist, wird sie vorzugsweise in gleichen Intervallen abgeschaltet. Dieses kann über den Flammenwächter. (Fotowiderstand) oder über die Zündeinrichtung oder den Thermostaten oder ähnliche bereits vorhandene Einrichtungen erfolgen.

Der Fotowiderstand kann ein Magnetventil schalten, das die Vernebelung zuschaltet. Die Abschaltung wird dann zweckmäßig über ein Thermostat-erfolgen, das abhängig von der Wassertemperatur die Feuerungsanlage und zugleich die Vernebelungseinrichtung abschaltet.

Die Erfindung wird an Beispielen in den Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Reinigungsvorrichtung für einen Heizkessel wie er üblich in Haushaltungen Verwendung findet.

Fig. 2 zeigt eine Reinigungsvorrichtung für eine Industrieanlage

und

Fig. 3 zeigt eine Reinigungsvorrichtung für industrielle Abluft, die stark verstaubt ist.

In Fig. 1 ist ein Heizkessel 1 dargestellt, der einen Brenner 2 besitzt. Die nach der Verbrennung austretenden Gase werden durch einen Kanal 3 in eine Kammer 4 geleitet. In der Kammer 4 befindet sich eine Sprühanlage 5 und ein Auffangbehälter 6. Die Sprühanlage 5 erzeugt durch Zersteubxmg von Wasser eine Nebelzone im Innern der Kammer Je nach Menge und Art der Zusammensetzung der Abgase muß die Vernebelungszone mehr oder weniger dicht angelegt sein. Sobald die Abgase

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mit dem Nebel in Berührung kommen, werden teils durch Abkühlung, teils durch Befeuchtung bestandteile der Gase ausgeschieden, da eie schwerer als die Luft werden. Sie fallen nach unten in den Auffangbehälter 6 und die restlichen Gase gehen durch den Kanal. 7 zum Austrittsstutzen 8 hinaus ins Freie. Vorteilhaft wird in den Behälter 4 eine von oben kommende Trennwand 15 quer zur Strömungs richtung der Gase eingebaut, die oberhalb des Auffangbehälters 6 endet, so daß die Abluft zum Kanal 7 strömen kann.

Da die Abgase, die hier austreten, keine oder nur wenig umweltverschmutzende Bestandteile enthalten, ist in der Regel kein Schornstein mehr zu ihrer Ableitung erforderlich. Auch ist es nicht mehr erforderlich, am Aistrittspunkt dieser Gase den-%Taupunkt einzuhalten. Die Temperatur kann niedriger sein als der Taupunkt, da ein Ausfall von Schwebeteilchen am Kanalende nicht mehr zu befürchten ist. Wird in Ausnahmefällen eine Erhöhung der Abgas geschwindigkeit erforderlich sein, kann in den Abgaskanal an geeigneter Stelle ein Abzuggebläse eingebaut werden.

Es ist ersichtlich, daß durch die Möglichkeit, den Taupunkt zu unterschreiten, die Gastemperatur am Ke sselaus gang auch niedriger sein kann. Damit steht im Kesselinneren mehr Wärme zur Verfügung, was bedeutet, daß mehr Wasser mit der gleichen verbrannten Ölmenge uafgeheizt werden kann, also eine Verbesserung des Wirkungsgrades, Untersuchungen haben ergeben, daß hier bis zu 40 % Heizkosten eingespart werden können. Dieses Ganze wird noch unterstützt durch die Möglichkeit, relativ kurze Abzugsstutzen zu verwenden. Damit fallen die bekannten Schornsteine weg.

Da nun Abgase je nach Güte der Verbrennung noch eine gewisse Menge an CO-Gaseri mit sich führen, ist es zweckmäßig, die Anlage mit Nachbrenner zu fahren. In den Abgaskanal· 7 wird ein Abzweig 9. gelegt, der zurück zum Brenner 2 führt. Ein· Gebläse 10 innerhalb dieses

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Kanals 9 sorgt dafür, daß die gereinigten Gase oder ein überwiegender Teil davon wieder dem Brennraum zugeführt werden. Hierbei kann Sauerstoff (Luft) aus der Umgebung über den Austritt 8 mitangesaugt werden oder es kann ein Luftstutzen 14 vorgesehen sein, wobei mittels eines Schiebers die Luftmenge geregelt wird. Im allgemeinen wird ja durch den Brenner 2 ausreichend Umgebungsluft für die Verbrennung angesaugt, so daß sich besondere Luftzufuhren erübrigen werden.

Auf diese Weise werden die Abgase, die ins Freie gelangen, auch noch von schädlichen Abgasstoffen, wie CO, weitestgehend befreit.

Die Zu- und Abschaltung der Sprühanlage 5 erfolgt in Abhängigkeit von den Vorgängen im Brennraum. Der Motor 11 , der die Sprühanlage

vom

in Tätigkeit setzt, wÄrd Flammenwächter (Fotowiderstand) 12 eingeschaltet und vom Thermostat 13 wieder ausgeschaltet. Der Thermostat 13 spricht'auf die Wassertemperatur im Kessel an.

Fig. 2 zeigt im Aufbau eine Anlage wie sie für eine Müllverbrennung infrage kommen könnte. Die Abgase des Verbrennungsraumes gelangen über Kanal 23 in die erste Kammer 24a, wo sie, v/ie beschrieben, auf Vernebelungszone 25a treffen. Die ausfallenden Teile werden vom Behalter 26a aufgenommen. Hinter dieser Zone ist ein Wächter in den weiteren Kanal .geschaltet, der die Gase auf ihre Zusammensetzung prüft. Sind noch schädliche Stoffe enthalten oder ist die Konzentration zu hoch, wird eine zweite Stufe 24b, 25b, 26b in Betrieb gesetzt. Dieses kann mehrmals erfolgen, wobei zweckmäßig so viele Stufen (Kammern) hintereinander geschaltet sind, wie es der Zusammensetzung der Gase und ihrer Reinigung entspricht. Auch hier kann eine Nachverbrennung erfolgen, indem die Abgase nach der letzten Kammer abgeleitet und wieder dem Brennraum zugeführt werden. Dieses erfolgt über die

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Abzweigleitung 29 im Kanal nach der letzten Kammer. Gleichfalls kann in diesem Kanal zweckmäßig ein Gebläse 30 vorgesehen sein, das für den Austritt der Gase am Ende 28 des Abluftkanals 27 sorgt. Der durch das Gebläse 30 angesaugte Gasstrom kann, sofern noch Stoffe enthalten sind, die auf die Umwelt belästigend einwirken, wie beispielsweise Geruchs stoffe, durch eine Berieselungszone 32 geführt werden. Ein Wasservorhang sorgt für die Ableitung in ein Becken 33 und von hier über einen bekannten Geruchverschluß in den Kanal 35. Die Behälter 26a, 26b werden zweckmäßig mit Feuchtigkeit aufnehmenden Matten ausgekleidet. Die gereinigte überschüssige Abluft wird ins Freie geleitet.

Fig. 3 zeigt schließlich eine Anlage, in der Staubluft gereinigt wird. Auch hier wird die Luft vom Kanal 43 in eine Kammer 44 geleitet und durch die Nebelzone der Düsen 45 befeuchtet, so daß die Staubpartikel schwerer werden und ausfallen. Wächter 40 prüfen die Luft und schalten bei Bedarf eine Berieselungszone 42 ein, so daß noch verbleibende Partikel weggespült und im Schlammfang 46 aufgefangen v/erden. Die gereinigte Luft tritt am Kanalende 48 ins Freie.

Bei allen Anlagen kann und hier insbesondere bei mehrstufigen Anlagen eine zu starke Abkühlung der Abgase erfolgen. Es wird dann zweckmäßig mit Nachbeheizung nach den einzelnen Stufen gearbeitet. Dieses wird sich jedoch in der Hauptsache bei Industrieanlagen empfehlen, wo schädliche Stoffe weitgehend beseitigt werden müssen.

Die Auffangbehälter in den einzelnen Kammern können jederzeit entfernt werden. Es wird sich empfehlen, diese so groß zu machen, daß eine Reinigung nur in relativ großen Zeitabständen erforderlich ist.

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Die Vernebelungsbehälter müssen auf das Abluftvolumen abgestimmt werden. Sie werden in der Regel relativ klein im Verhältnis zum Heizkessel sein.

Das für die Verbrennung benötigte Volumen des Luft gemisch es wird durch die Verbrennung vergrößert. In der Vernebelungskammer erfolgt aber zwangsweise eine relativ starke Abkühlung, so daß das Volumen sich wieder verringert. Für die Nachverbrennung wird die im Volumen wieder reduzierte Abluft mit Frischluft vermischt. Dadurch kann ein ständiger Umlauf der Abluft und eine maximale Verbrennung erzielt werden.

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Claims (12)

Patentansprüche

1. J Verfahren zum Ausscheiden umweltverschmutzender Be-

standteile aus Abgasen durch Bindung dieser Teile, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase unmittelbar nach ihrem Austritt aus dem Heizkessel durch eine Zone mit künstlich erzeugtem Nebel geleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der künstlich erzeugte Nebel aus versprühtem Wasser besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch· gekennzeichnet, daß dem Wasser Chemikalien zur Bindung bestimmter Abgas stoffe zugesetzt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Abgase nach dem Austritt aus der vernebel-

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+ 40-

ten Zone durch einen Kanal in den Verbrennungsraum zurückgeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase hinter ihrer letzten Kammer bzw. Berieselungsanlage unmittelbar ins Freie gelenkt werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzei chnet, daß in einem Behälter oben eine "Was s er ζ ersteubungseinrichtung und unten eine Auffangeinrichtung angeordnet sind, und daß der Abgaskanal auf der einen Seite in und auf der anderen Seite aus den Behälter geführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch, gekennzeichnet, daß am Ausgang des Behälters im Abführungskanal eine' weiterer Ableitungskanal angeflanscht ist, der in den Verbrennungsraum unmittelbar vor dem Brenner in dessen Sog mündet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadruch gekennzeichnet. , daß in diesen AbIeitungskanal vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Brenners ein Gebläse angeordnet ist, das die gereinigten Abgase ansaugt und zwecks Nachverbrennung dem Brenner zuführt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für Industrieanlagen mehrere Kammern in Form von Vernebelungskammern hintereinander anordbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der letzten Kammer eine Berieselungsanlage mit einem Wasservorhang angeordnet ist, durch die die Geruchsstoffe der Abgase abgeführt werden.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennnet, daß hinter der Benebelungszone Wächter , zum Beispiel in Form von Sensoren angeordnet sind, die die Zusammensetzung der Abluft anzeigen und in Abhängigkeit davon weitere Benebelungs- und/oder Berieselungsanlagen zuschalten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abschaltung der Benebelungs- und/ oder Berieselungsanlagen in den gleichen Intervallen wie die Zu- und Abschaltung der Befeuerung im Kessel mittels der im Kessel vorhandenen Einrichtungen, wie Fotozelle und Thermostat, erfolgt.

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