[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung der Abwärme von Rauchgasen bei
gleichzeitiger Reinigung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Rauchgase haben beim Austritt aus ihrem Brennkessel eine Temperatur von 200°C oder
mehr. Diese Rauchgase werden meistens mittels Filteranlagen gereinigt und entweichen
bei gleichbleibender Temperatur, d.h. mit 200 bis 300°C je nach Anlage, über einen
Kamin in die Luft. Es entspricht auch dem Stand der Technik, die Rauchgase durch einen
Wärmetauscher abzukühlen, wobei Wasser erhitzt wird und die Warme des Rauchgases nutzbar
gemacht werden kann (siehe z.B.FR-A 2098 947, DE-OS 32 28 885 oder EP 434 395). Eine
Möglichkeit zur Reinigung der Rauchgase besteht in der Abkühlung der Rauchgase unter
den Taupunkt zumindest einiger Rauchinhaltsstoffe, die dann kondensierten Schadstoffe
können neutralisiert und entsorgt werden. Problematisch ist die Verwendung von Wasser
als Kühlmittel aber dann, wenn das Rauchgas soweit abgekühlt werden soll (auf unter
40°C), daß alle Schadstoffe weitestgehend kondensieren und der verbleibende Anteil
nicht mehr durch einen Schornstein abgeführt werden muß. Die Schwierigkeit liegt darin,
daß zumindest ein Teil des zu erwärmenden Wassers auf Temperaturen nicht höher als
jene des abgekühlten Rauchgases gebracht werden kann, und Wasser mit einer Temperatur
von weniger als 40°C kaum wirtschaftlich nutzbar ist.
[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die die
Abwärme der Rauchgase nutzt, gleichzeitig eine Reinigung des Rauchgases durch Absenken
der Temperatur unter den Taupunkt bewirkt, wobei aber ein nicht nutzbarer Wasserkühlkreislauf
vermieden wird und auch die Restwärme genutzt wird.
[0004] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das zu erwärmende Medium im unteren Wärmetauscher
Frischluft ist, dessen Zufuhr durch einen Ventilator gewährleistet ist, der mit einem
Nachlaufwerk zur Nutzung der Restwärme des Kessels versehen ist.
[0005] Die Frischluft als zu erwärmendes Medium hat sehr konkrete Vorteile gegenüber anderen
Vorrichtungen zu ähnlichen Zwecken. Denn durch den Umstand, daß die Temperatur der
Abgase auf unter 40°C gesenkt wird, was nur durch die Verwendung von in reichlichem
Maße zur Verfügung stehender Frischluft wirtschaftlich bewerkstelligt werden kann,
werden einerseits die Rauchgase kondensiert, d.h. es entfällt die Vorrichtung zum
Auswaschen der Rauchgase, und andererseits ist die Notwendigkeit eines Schornsteins
nicht gegeben.
[0006] Darüberhinaus ist die Verwendung von Wasser zum Abkühlen der Abgase, wie sie die
Vorrichtungen zu ähnlichen Zwecken, die dem Stand der Technik entsprechen, aufweisen,
aus folgendem physikalischen Grund problematisch : werden zwei Medien unterschiedlicher
Temperatur in thermischen Kontakt gebracht, dann ist das thermodynamische Gleichgewicht
dann hergestellt, wenn sich die Temperaturen dieser beiden Medien angeglichen haben.
Da sich dieser Gleichgewichtszustand aber erst nach langer Kontaktzeit einstellt,
bedeutet dies, daß in diesem Fall das zu kühlende Medium immer eine höhere Temperatur
aufweist als das Kühlmedium. Auch wenn durch Verwendung mehrerer hintereinandergeschalteter
Kühlkreisläufe teilweise höhere Temperaturen des Kühlmediums erzielt werden können,
bleibt doch die Tatsache, daß in einem der Kühlkreisläufe die Temperatur des Kühlmediums
geringer ist als die Temperatur des zu kühlenden Mediums. Soll, wie in diesem Fall,
die Temperatur der Abgase unter 40°C gekühlt werden, dann verbleibt, falls Wasser
als Kühlmittel verwendet wird, was dem Stand der Technik entspräche, ein Kühlkreislauf,
in dem die Wassertemperatur weniger als 40°C beträgt, was aber wirtschaftlich kaum
Nutzen, sondern hauptsächlich Kosten mit sich bringt.
[0007] Im Gegensatz dazu ist Frischluft in nahezu unbegrenzter Menge vorhanden, was die
Notwendigkeit eines Kreislaufs hinfällig macht. Der technische Effekt, der durch die
Verwendung von Frischluft als Kühlmedium entsteht, ist also durch Eindüsen von Wasser
wenn überhaupt, dann nur mit großem technischen und wirtschaftlichem Aufwand erreichbar.
[0008] Die Erfindung ist in zwei Ausführungsformen dargestellt, wobei Fig. 1 die erste Ausführungsform
und Fig. 2 die zweite Ausführungsform schematisch darstellen.
[0009] Gemäß Fig. 1 werden die Rauchgase eines ölbefeuerten nicht dargestellten Kessels
über ein Abgasrohr 2 in den oberen Bereich eines Kessels 3 gebracht. Im unteren Teil
des Kessels 3 befindet sich ein Wärmetauscher 11, dem Frischluft 9 zugeführt wird.
Diese Frischluft wird dann in bekannter Weise durch den Wärmetauscher geführt, tritt
aus dem Austritt 10 aus und wird einem verbraucher zugeleitet. Die Frischluft kühlt
dabei die Rauchgase bis zur Kondensation ab. Die Schadstoffe in den Rauchgasen werden
dabei um etwa 90% reduziert und es ist möglich, die mit etwa 250°C in den Kessel 3
eintretenden Rauchgase auf etwa 40°C abzukühlen. D.h., die bei 6 austretende Abluft
hat eine Temperatur von etwa 40°C. Ein Schornstein ist also nicht mehr notwendig.
Die in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe sammeln sich am Boden des Kessels 3
in einem Abfluß 7 und können durch Öffnen des Abflusses 7 leicht abgeführt werden.
Dem Abfluß ist eine Vorrichtung 20 zur Neutralisation der sauren Abwässer nachgeordnet.
Der dem Auslaß 10 nachgeordnete Ventilator 19 ist mit einem Nachlaufwerk ausgerüstet,
um die Restwärme des Kessels 3 zu nutzen. Ein Versuch zeigt, daß das System die Wärme
des Rauchgases zu etwa 80% nutzt. Bei einer Brennerleistung von 5,38 1 Heizöl pro
Stunde ist es möglich, etwa 170 m³ Warmluft von mehr als 40°C zu erzeugen. Selbst
nach Abschalten des Systems ist fast 30 min lang die Temperatur der ausgeblasenen
Luft noch um 20°C höher als die Temperatur der angesaugten Luft.
[0010] Fig. 2 zeigt eine weitere, vor allem für große, Rauchgas erzeugende Anlagen mit höheren
Rauchgastemperaturen geeignete Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist im unteren
Teil des Kessels 3 wieder ein Wärmetauscher 11, dem Frischluft 9 zugeführt wird, angeordnet.
Die erwärmte Luft kann auf die bereits obengenannte Art genutzt werden. Im oberen
Teil des Kessels 3, wo die heißen Rauchgase in den Kessel 3 gesaugt werden, ist ein
Glattrohrregister 12 eingebaut, durch das Wasser 13 für eine Heizungsanlage geführt
wird.
[0011] Durch diese beiden Wärmeaustauscher 11, 12 wird dem Rauchgas wiederum so viel Wärme
entzogen, daß es bis unter seinen Taupunkt abkühlt. Das Kondensat mit einem Großteil
der Schadstoffe wird über den Abfluß 7 und den Neutralisator 20 abgeleitet und entsorgt.
[0012] Bei der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungs- und Schadstoffreduktionsanlage werden
also die Rauchgase mittels Ventilator durch einen Kessel 3 gesaugt, in dem ein Wärmetauscher
11 eingebaut ist, der wiederum in entgegengesetzter Richtung mit Frischluft von ca.
0°C mittels Ventilator 19 durchströmt wird. Dabei werden die Rauchgase unter den Taupunkt
gebracht und die kondensierten Rauchgase (sauer) über eine Neutralisationsanlage in
den Abfluß 7 geführt. Um das Kondensieren der Rauchgase zu beschleunigen, kann gegebenenfalls
(siehe Fig. 2) im Behälterkern ein weiterer Wärmetauscher 12 vorgesehen sein. Die
durch diesen Vorgang entstehende Warmluft oder das Warmwasser kann jeweils den Anforderungen
entsprechend verwendet werden.
[0013] Bei Einstellung des Thermostats auf unter 40°C kann eine Kondensierung der Rauchgase
garantiert werden und zugleich ist dies aus Sicherheitsgründen erforderlich.
[0014] Für die Ableitung der noch verbliebenen Abgase kann ein Polypropylen-FVC-Rohr verwendet.
Ein Schornstein ist also nicht mehr notwendig.
[0015] Die Schadstoffe werden um etwa 90% reduziert, die Frischluft wird auf ca. 40°C erwärmt
und die Abgase werden von 250°C auf unter 40°C abgekühlt.
1. Vorrichtung zur Nutzung der Abwärme von Rauchgas bei gleichzeitiger Reinigung, bestehend
aus einem Kessel (3) mit einem Einlaß (2) für das Rauchgas aus einer Rauchgas erzeugenden
Anlage und einem Auslaß (6) für das nach Durchlauf durch den Kessel (3) abgekühlte
Rauchgas, mit einem im unteren Teil und gegebenenfalls auch im oberen Teil des Kessels
(3) angeordneten Wärmetauscher (11, 12) mit zu erwärmenden Medien, wobei die Rauchgase
durch den Wärmetausch mit diesen Medien bis zur Kondensation abgekühlt werden, und
mit einem Abfluß (7) für das kondensierte Rauchgas am Boden des Kessels (3), dadurch
gekennzeichnet, daß das zu erwärmende Medium im unteren Wärmetauscher (11) Frischluft
ist, dessen Zufuhr durch einen Ventilator (19) gewährleistet ist, der mit einem Nachlaufwerk
zur Nutzung der Restwärme des Kessels (3) versehen ist.
1. Apparatus for utilising the waste heat of flue gas with simultaneous cleaning, consisting
of a boiler (3) with an inlet (2) for the flue gas from a flue gas generating plant,
and an outlet (6) for the flue gas which has cooled after passing through the boiler
(3), comprising a heat exchanger (11, 12) disposed in the bottom part and, if required,
also in the top part of the boiler (3), said heat exchanger having media for heating,
the flue gases being cooled to condensation by the heat exchanger with said media,
and comprising an outlet (7) for the condensed flue gas at the bottom of the boiler
(3), characterised in that the medium for heating in the bottom heat exchanger (11)
is fresh air, which is supplied by a fan (19) provided with a servomechanism for utilisation
of the residual heat of the boiler (3).
1. Dispositif pour l'utilisation de la chaleur perdue contenue dans des gaz brûlés et
l'épuration simultanée de ceux-ci, comprenant une chaudière (3) avec une entrée (2)
pour les gaz brûlés en provenance d'une installation générant des gaz brûlés et une
sortie (6) pour lesdits gaz brûlés refoidis après leur passage dans la chaudière (3),
avec un échangeur de chaleur (11, 12) contenant des fluides à réchauffer, qui est
disposé dans la partie inférieure et le cas échéant également dans la parrtie supérieure
de la chaudière (3), les gaz brûlés étant refroidis jusqu'à leur condensation par
échange thermique avec lesdits fluides, et avec une évacuation (7) pour les gaz brûlés
condensés dans le fond de la chaudière (3), caractérisé par le fait que le fluide
à réchauffer dans l'échangeur inférieur (11) est de l'air frais dont l'entrée est
assurée par une soufflante (19) qui est pourvu d'un mécanisme d'asservissement à des
fins d'utilisation de la chaleur résiduelle de la chaudière (3).
