CH653434A5

CH653434A5 - Vorrichtung zur thermischen reinigung von abgasen und verfahren zu deren betrieb.

Info

Publication number: CH653434A5
Application number: CH5227/80A
Authority: CH
Inventors: Edward H Benedick
Original assignee: Regenerative Environ Equip
Priority date: 1979-07-09
Filing date: 1980-07-08
Publication date: 1985-12-31
Also published as: DE3025831C2; JPS6363810B2; JPS5616023A; DE3025831A1; US4302426A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur thermischen Reinigung von Abgasen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und auf ein Verfahren zu deren Betrieb.

Vorrichtungen dieser Art werden insbesondere zur Vermeidung von Umweltverschmutzungen eingesetzt und es sind nach dem thermischen Reinigungsverfahren arbeitende Vorrichtungen bekannt, die eine Vielzahl von Wärmetauscherbetten oder -Kammern aufweisen, die mit einer Hochtemperatur-Verbren-nungskammer in Verbindung stehen (US-Patentschrift 3 895 918). Das Abgas beispielsweise von einer Fabrik wird dadurch gereinigt, dass es durch ein Einlass-Wärmetauscherbett in eine Hochtemperatur-Veraschungs- oder Verbrennungskammer geleitet wird, in der schädliche oder andere unerwünschte Bestandteile verbrannt oder in weniger schädliche Substanzen umgewandelt werden. Die der Hitze ausgesetzten Gase werden aus der Hochtemperaturkammer über ein zweites Wärmetauscherbett abgezogen, dessen Elemente auf diese Weise beträchtlich erhitzt werden.

Ein Teil der Abgase, die nach dem thermischen Reinigungsverfahren arbeitenden Vorrichtungen bei industrieller Anwendung zugeführt werden, können Chemikalien wie z.B. Lösungsmittel enthalten, die bei der Zündung in der Hochtemperatur-Verbrennungskammer die Temperatur auf übermässig hohe Werte erhöhen. Diese hohen Temperaturen können für die Ventile, Gebläse und andere wärmeempfindliche Geräte der Anlage schädlich sein.

Bei manchen bekannten Verbrennungsvorrichtungen mit Wärmetauschern wurde die Temperatur der Verbrennungszone überwacht, so dass, wenn sich diese Temperatur gefährlich hohen Temperaturwerten zu nähern beginnt, die zu reinigenden Abgasdämpfe um die Einlass-Wärmetauscherkammer im Nebenstrom herumgeführt werden konnten, so dass sie direkt , der Verbrennungszone zugeführt wurden. Weil die Temperatur der industriellen Abgase ungefähr gleich der Umgebungstemperatur sein kann, erreichen diese Abgase oder Abdämpfe die Verbrennungskammer in relativ kühlem Zustand. Weiterhin sind bekannte Verbrennungseinrichtungen in vielen Fällen so ausgelegt, dass die Verweilzeit der Abgase in dieser Zone relativ kurz ist, d. h. in der Grössenordnungvon0,5 sek. Diese beiden Faktoren, die niedrige Temperatur der Einlassgasströme und die kurze Verweilzeit bewirken zusammen, dass die schädlichen Gase nicht ausreichend verbrannt werden, so dass die aus der Anlage ausströmenden Gase nicht in dem gewünschten Ausmass gereinigt sind.

Wenn es in einem derartigen Fall erwünscht ist, die direkte Zuführung dieser eine niedrige Temperatur aufweisenden Einlassgase in die Verbrennungszone, in der sie nur kurze Zeit verweilen, dadurch zu kompensieren, dass die Temperatur dieser Zone in beträchtlichem Ausmass erhöht wird, so führt dies zu einem gefährlichen Betriebszustand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Betrieb vorzuschlagen, die es bei einfachem und kompaktem Aufbau möglich machen, das Entstehen übermässig hoher Temperaturen in der Verbrennungskammer zu vermeiden, so dass schädliche Auswirkungen auf die zugehörigen Ausrüstungen und das Betriebspersonal vermieden werden, wobei gleichzeitig ein kontinuierlicher Betrieb mit befriedigendem Reinigungswirkungsgrad erzielt werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die in den P atentansprüchen 1 bzw. 7 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 4-4 in Fig. 2;

Fig. 5 ein teilweise geschnittenes Detail einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 6-6 in Fig. 5, und

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 7-7 in Fig. 5.

Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung einer Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum thermischen Reinigen von Abgasen oder Dämpfen. Die dargestellte Ausführungsform weist fünf Wärmetauscherabschnitte 16 auf. Diese Wärmetauscherabschnitte 16 sind unter gleichen Winkelabständen um eine in der Mitte angeordnete Verbrennungs- oder Veraschungskammer 20

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3 653 434

angeordnet, die mit Hilfe eines Brenners 19 aufgeheizt wird und beispielsweise im Dom 25 angeordnet sein. Drähte 41 (die die mit den Wärmetauscherabschnitten in Verbindung steht. In schematisch dargestellt sind) laufen von dem Wärmemessfühler jedem Wärmetauscherabschnitt 16 ist ein Bett 17 aus feuerfesten 29 zu einer Ventilbetätigungseinrichtung, die mit der Bezugszif-

Wärmetauscherelementen angeordnet. Es ist eine obere Einlass- fer 38 bezeichnet ist und die ein Klappenventil 38a dreht, um die ringleitung 14 vorgesehen, der das ankommende Gas, das gerei- 5 Menge des abgeleiteten Gases zu steuern. Das Auslassgebläse 34

nigt werden soll, über eine Zuleitung 13 zugeführt wird. Das ist über eine Mischkammer 37 mit dem horizontalen Teil des ankommende Gas, das durch mit ausgezogenen Linien darge- Nebenstromkanals 28 verbunden. Das überhitzte Gas wird mit stellte Pfeile dargestellt ist, gelangt in die Ringleitung 14 und dem gekühlten Auslassgas in der Auslassringleitung 12 über eine dann über Leitungen 15 über (nichtgezeigte) Ventile in ausge- Gasverteilungseinrichtung 32 in der Mischkammer 37 vermischt,

wählte Wärmetauscherabschnitte 16. In diesen Wärmetauscher- 10 die mit der Auslassringleitung 12 über ein Zwischenglied 39 in abschnitten 16 wird das Gas durch die zugehörigen Wärmetau- Verbindung steht. Die Gasverteilungseinrichtung 32 ist vertikal

Scherbetten 17 hindurchgesaugt. Wie dies in der US-Patentschrift angeordnet, mit einer Öffnung 32a in der Mitte versehen, und

3 895 918 beschrieben ist, können die Wärmetauscherelemente besitzt einen etwa zylindrischen Abschnitt 32b mit einer Anzahl

(«Steine») aus einem feuerfesten Keramikmaterial mit einer von rohrförmigen Vorsprüngen 32e, die sich von diesem aus

Sattelform oder einer anderen Form bestehen, die so ausgelegt 15 erstrecken. Jeder Vorsprung 32e weist eine Öffnung 32d auf.

ist, dass die zur Verfügung stehende Feststoff-Gas-Grenzfläche Der Wärmemessfühler 29 kann so eingestellt sein, dass eine so gross wie möglich ist. Die Wärmetauscherelemente 16 sind Temperatur in der Kammer 20 von ungefähr 760 bis 820° C

zwischen nicht gezeigten perforierten Wänden angeordnet. Die aufrechterhalten bleibt, so dass, wenn das von dem Wärmemess-

sich näher an der Verbrennungskammer 20 befindende Wand ist fühler gesteuerte Ventil 38a offen ist, durch dieses Ventil strö-

beträchtlich heisser als die aussenliegende Wand. Dies führt bei 20 mendes Gas in diesen oder in einem höheren Temperaturbereich einer Umschaltung eines bestimmten Wärmetauscherabschnittes liegt. In der Mischkammer 37 wird das überhitzte Gas mit nicht

16 vom Betrieb als Einlass-Wärmetauscher zum Betrieb als im Nebenstrom abgeleiteten Auslassgasen von der Auslassring-

Auslass-Wärmetauscher dazu, dass ein Temperaturgradient von leitung 12 gemischt, die beispielsweise eine Temperatur von der Innenseite zur Aussenseite des Wärmetauscherbettes 17 ungefähr 160° C aufweisen, weil sie den grössten Teil ihrer entsteht. Wenn das gereinigte Gas die Kammer 20 verlässt, gibt ' 25 Wärme bei Hindurchströmen aus der Kammer 20 heraus an eines es den grössten Teil seiner Wärme in als Auslass-Wärmetau- oder mehrere der Wärmetauscherbetten 17 abgegeben haben,

scherabschnitte geschaltete Wärmetauscherabschnitten ab, die in der Auslassbetriebsweise arbeiten. Das gemischte und wenn ein Auslassgebläse dieses Gas durch diese Wärmetauscher- gekühlte Auslassgas verlässt das System über ein Übergangslei-

abschnitte 16 hindurchsaugt. Das gekühlte, gereinigte Gas tritt tungsstück 35 und ein Verbindungsglied 36 zum Auslassgebläse dann in die Auslassringleitung 12 ein, die mit dem Auslassgebläse30 34, das einen Ausgang 34b aufweist, der beispielsweise mit einem

34 (Fig. 2, 3) über eine Leitung 21 (Fig. 1) in Verbindung steht. Kamin verbunden ist.

Wenn ein bestimmter Wärmetauscherabschnitt 16 vom Bei einer Vorrichtung der beschriebenen Art liegt die nomi-

Betrieb als Auslassabschnitt in den Betrieb als Einlassabschnitt nelle Verweilzeit des zu reinigenden Gases in der Kammer 20 in umgeschaltet wird, so wird das ankommende Gas vorgeheizt, der Grössenordnung von zwei Sekunden, so dass anzunehmen während es durch die heissen Steine hindurchströmt. Es erreicht 35 ist, dass das abgeleitete überhitzte Gas, das im Nebenstrom daher die Verbrennungskammer mit einer wesentlich höheren abgeleitet wird, sich für zumindestens eine Sekunde auf einer

Temperatur als die Umgebungstemperatur. Wenn das ankom- Temperatur im Bereich von 760 bis 820°C befunden hat. Daher mende Gas Lösungsmittel enthält, ruft die Verbrennung der hat das überhitzte Gas vor der Ableitung in den Nebenstrom

Lösungsmittel in der Verbrennungskammer eine zusätzliche bereits ein hohes Ausmass der Reinigung erreicht, bevor es mit

Erhöhung der Verbrennungstemperatur hervor. Während bei 40 dem normal durchlaufenden Auslassgas in der Mischkammer 37

einer vorgegebenen Eingangsmenge von 283,2 Kubikmetern an gemischt wird.

Umgebungsluft pro Minute bei einem Wirkungsgrad von 85 % Aufgrund der Mischung des überhitzten, im Nebenstrom eine Wärmemenge von 263.107 Joule (2 500000 BTU) erzeugt abgeleiteten Gases mit dem relativ kühlen normalen Auslassgas wird, kann die Zufügung von Lösungsmitteln in das Eingangsgas weist das über das Auslassgebläse 34 abgesaugte Gas eine relativ eine Wärmemenge erzeugen, die weit über diesem Wert liegt. 45 niedrige gleichförmige Temperatur auf, so dass mögliche Schä-

Diese übermässige Wärmemenge ist gefährlich und schädlich, den an den Leitungen dem Gebläse und den zugehörigen Venti-

sowohlfürdie Anlagenteile, wie z. B. Gebläse, Leitungen und len beträchtlich verringert werden.

Ventile als auch für andere Ausrüstungen. Selbstverständlich ist eine Vielzahl von Varianten denkbar.

Gemäss einer Ausführungsform der Vorrichtung nach den Fig. Beispielsweise könnte die gesamte Ableitung des im Nebenstrom 2,3 und 4 sind Einrichtungen zur Steuerung des oberen Grenz- 50 abgeleiteten Gases an anderen Stellen als am Boden der Verwertes der Temperatur in der in der Mitte angeordneten Ver- brennungskammer erfolgen. Eine oder mehrere Nebenstromlei-brennungskammer 20 durch Ableiten eines Teils des darin tungen könnten mit dem Dom 25 der Verbrennungskammer über befindlichen Gases als direkte Funktion der Temperatur vorhan- darin ausgebildete Öffnungen in Verbindung stehen oder diese den. Bei der dargestellten Ausführungsform wird dies durch Nebenstromleitungen könnten sogar mit den Seitenwänden der Ableiten von überhitztem Gas aus der Verbrennungszone 20 und 55 Kammer 20 in Verbindung stehen.

Zuführung dieses Gases direkt an den Auslass des Systems In den Fig. 5 bis 7 ist eine weitere Ausführungsform der durchgeführt, wobei die Auslass-Wärmetauscherabschnitte 16 Vorrichtung gezeigt, die gewisse Vorteile gegenüber der Ausfüh-

umgangen werden. rungsform nach den Fig. 1 bis 4 aufweist. Bei der Ausführungs-

Die in der Mitte angeordnete Verbrennungskammer 20 weist form nach den Fig. 1 bis 4 ist zu erkennen, dass der Nebenstrom-

einen Boden 30 auf, der die dargestellte, allgemein konkave 60 kanal 28 einen vertikalen Abschnitt und einen horizontalen

Form aufweist. Mit diesem Boden ist ein mit einer feuerfesten Abschnitt aufweist, die zusammen eine ziemlich grosse Länge

Auskleidung versehener Nebenstromkanal 28 verbunden, des- des Kanals bilden, der eine feuerfeste Auskleidung benötigt,

sen oberes Ende mit dem Inneren der Kammer 20 über eine Diese Auskleidung ist aufwendig, so dass die Ausführungsform

Öffnung in Verbindung steht, die in dem Boden 30 ausgebildet nach den Fig. 5 bis 7 entwickelt wurde. Teile, die denen nach den ist. Ein Wärmemessfühler, der allgemein mit der Bezugsziffer 29 65 Fig. 1 bis 4 ähnlich sind, tragen entsprechende Bezugsziffern, die bezeichnet sind, ist in der vertikalen Wand des Nebenstromka- jedoch mit einem Strich versehen wurden. Bei der Ausführungs-

nals 28 in der Nähe der Öffnung in dem Boden 30 angeordnet. form nach den Fig. 5 bis 7 ist der mit einer feuerfesten Ausklei-

Der Wärmemessfühler 29 könnte alternativ in der Kammer 20, dung versehene Leitungskanal 28' bis zum Eintreten in die

653 434 4

Mischkammer 37' beträchtlich verkürzt. Entsprechend muss, zu erreichen, bevor diese über das Gebläse 34' in den Kamin ob wohl eine Leitung 40 zur V erbindung des Ausgangs der austreten.

Mischkammer 37' mit dem Auslassgebläse 34' erforderlich ist,

diese Leitung nicht mit einer feuerfesten Auskleidung versehen Obwohl die Erfindung im vorstehenden anhand eines nach sein. Die Temperatur des durch die Leitung 40 hindurchgeführ- 5 dem thermischen Regenerativverfahren arbeitenden Verbrenten Gases liegt weit unterhalb des Temperaturbereiches von 760 nungssystems beschrieben wurde, kann sie auch einem nach dem bis 820°C des Gases, das von der Verbrennungskammer abgelei- Rekuperativverfahren arbeitenden Verbrennungssystem die-tet wird und durch den mit einer feuerfesten Auskleidung nen. In diesem Falle weist die Vorrichtung lediglich einen versehenen Kanal 28' hindurchströmt. Um die Geschwindigkeit einzigen Wärmetauscherabschnitt und eine damit in Verbindung zu ändern, mit der das Auslassgas in das Gebläse 34' eingesaugt 10 stehende Verbrennungs- oder Oxydationskammer auf. Das wird, können jalousieartige Ventile 42 in der Leitung 40 in der Abgas wird in dem Wärmetauscherabschnitt vorgeheizt, dann in Nähe des Einlasses des Gebläses 34' angeordnet sein. Das die Verbrennungskammer geleitet, in der sie thermisch zersetzt gekühlte Auslassgas und das abgeleitete überhitzte Gas werden wird, dann durch den gleichen Wärmetauscherabschnitt geleitet, in einer Mischer-Verteilungseinrichtung 31 zusammengeführt, in dem sie den grössten Teil ihrer Wärme abgibt und schliesslich die eine allgemein zylindrische Form und eine Bohrung aufweist,15 über ein Auslassgebläse in einen Kamin oder dergleichen abge-die dem Querschnitt des Kanals 28' entspricht, mit dem sie in saugt wird. Wenn die Temperatur in der Verbrennungskammer Verbindung steht. Die Mischer-Verteilungseinrichtung weist übermässig hoch werden sollte, könnte ein Teil der darin befindeine Vielzahl von Rohren 31a, die seitlich nach aussen vorsprin- liehen Gase in gleicher Weise abgeleitet werden, bevor er durch gen sowie Öffnungen 31b in der Seitenwand auf, um eine den Wärmetauscherabschnitt zurückgeführt wird, so dass dieser gründliche, schnelle und innige Mischung der beiden Gasströme 20 Teil des Gases direkt dem Gasauslass zugeführt wird.

M

2 Blatt Zeichnungen

Claims

653 434

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur thermischen Reinigung von Abgasen, mit mindestens einem Wärmetauscherabschnitt (16), der mit einer Verbrennungskammer (20) und mit einer Auslassanordnung (12, 28) in Verbindung steht, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (29) zur Messung eines für die Temperatur im Innern der Verbrennungskammer (20) repräsentativen Temperaturwertes und eine mit den Innern der Verbrennungskammer (20) verbundene Kanalanordnung (28,32) zur Ableitung eines Teils des in der Verbrennungskammer (20) vorhandenen Gases bei einer über einem vorgegebenen Maximalwert liegenden Temperatur.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der Kanalanordnung (28,32) verbundene Mischkammer (37) zum Mischen des abgeleiteten Gasanteils mit einem durch den Wärmetauscherabschnitt (16) abgeströmten, gekühlten Gasstrom.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalanordnung über einen die Temperaturmess-einrichtung (29) enthaltenden Nebenstromkanal (28) mit dem Innern der Verbrennungskammer verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (37) mit einer Auslassringleitung (12) verbunden ist, und ferner eine Gasverteilungseinrichtung (32) enthält, welche zum Verteilen des abgeleiteten Gasanteils in den aus dem Wärmetauscherabschnitt abgeströmten Gasstrom bestimmt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassanordnung eine Auslassringleitung (12) umfasst, die mit dem Wärmetauscherabschnitt (16) in Verbindung steht, dass die Mischkammer (37) über ein Verbindungsglied (39) mit der Auslassringleitung (12).und ferner über eine Leitungsanordnung (35, 36) mit einem Gebläse (34) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung (29) mit einer Ventilbetätigungseinrichtung (38) zum Antrieb einer Ventilklappe (38a) verbunden ist, welche dazu bestimmt ist, die Gasströmung in der Kanalanordnung (28, 32) mengenmässig festzulegen.
7. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Messen eines für die Temperatur im Innern der Verbrennungskammer (20) repräsentativen Temperaturwertes,

b) Ableiten eines Teils des Gases aus der Verbrennungskammer (20), bevor dieser Gasteil den Wärmetauscherabschnitt (16) passiert, wenn eineTempereatur über einem vorgegebenen Maximalwert festgestellt wird,

c) der abgeleiteten Menge Gases mit Gas, das die Verbrennungskammer (20) über den Wärmetauscherabschnitt (16) verlassen hat, und d) Ausstossen der vermischten Gasanteile.
8. Verfahrennach Anspruch7, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des abzuleitenden Gasanteils aufgrund der gemessenen Temperatur festgelegt wird.