DE2655881A1 - Verfahren zum thermischen verbrennen von abgasen und nachbrennanlage zu dessen durchfuehrung - Google Patents
Verfahren zum thermischen verbrennen von abgasen und nachbrennanlage zu dessen durchfuehrungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen
Verbrennen von Abgasen, welche brennbare Stoffe enthalten, die in einem bestimmten Konzentretionsbereich ein explosives
Gemisch mit Luft zu bilden vermögen, wobei das Verfahren die Zubereitung von Abgas zu einer Stutzflamme und dessen
thermische Verbrennung mit Hilfe dieser Flamme in einer Brennzone umfaßt.
Bei bekannten Verfahren der obigen Art (Kirk. Othtner,
Encyclopedia of Chemical Technology, 2. Ausgabe, Vol. 21,
Seiten 632-633) werden die zu verbrennenden Abgase vor ihrem Eintritt in die Brennkammer so stark verdünnt, daß ihr Gehalt
an brennbaren organischen. Materialien nur bei 25% oder noch weniger derjenigen- Konzentration liegt, die der unteren
Explosionsgrenze des Abgases entspricht. Ihre Verbrennung,
bei der die Temperatur in der Brennkammer bekanntlich meist
auf 500° bis 800°C oder höher gesteigert werden muß, verursacht
aber natürlich einen um.so höheren Brennstoffverbrauch,
je höher der Grad ihrer Verdünnung ist. Hierdurch ftfllt
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ein großes Gasvolumen hoher Temperatur an, dessen Umwälzung kostspielig ist und dessen Wärmeinhalt in mit Nachverbrennungsanlagen
ausgerüsteten Betrieben oft nicht sinnvoll ausgenutzt werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren c1:r eingangs beschriebenen Art zu verwirklichen,
bei welchem zugeleitete Gasmengen und Wärmeenergieverbrauch
und anfallende Menge an heißem Gas gegenüber den bisher bekannten Verfahren weitgehend herabgesetzt sind.
Dies wird erreicht durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das
Abgas der Stützflamme unverdünnt mit einer Konzentration an brennbaren Stoffen zugeleitet Xiird, die zwischen der unteren
und der oberen Explosionsgrenze ändert, daß das Abgas mit einer Eintrittsgeschwindigkeit oberhalb 10 m/s
der Brennzone zugeführt wird und daß bei Ueberschreiten einer Grenztemperatur von 80GC im Abgas kurz vor Eintritt
in die Brennzone die Zufuhr von Abgas unterbrochen wird.
Bei diesem Unterbrechen der Abgaszuleitung kann weiterhin anfallendes Abgas über Dach abgelassen werden.
Fällt bei Betrieb die Zufuhrgeschwindigkeit des Abgases
zur Brennzone unter 10 m/secso kann dem Abgas Frischluft zugeführt
werden, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Das Einleiten von Frischluft in die Abgaszuleitung zur Brennzone kann auch beim Anfahren mit darauf erfolgendem
Zuschalten des Abgases verwendet werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren thermisch
zu verbrennenden Abgase fallen z.B. bei der Produktion von Kunstharzen, Dispersionen und Lackfarben an, ihr Schadstoff-
gehalt liegt weit über den zulässigen Grenzwerten der in den meisten Ländern erlassenen Emissionsschutzgesetze.
Da die Schadstoffkonzentrationen in der Abluft
dieser Produktionen vielfach innerhalb der Explosionsgrenzen liegen, eignet sich das Verfahren speziell für
die thermische Verbrennung explosiver Abluft .
Diese Konzeption hat den Vorteil, daß die anfallende Abluft direkt der Verbrennung zugeführt werden kann.
Eine Verdünnung auf eine Konzentration unterhalb der Explosionsgrenzen ist nicht erforderlich. Hierdurch wird eine
bessere Wirtschaftlichkeit erzielt.
Die bei der Verbrennung anfallende Wärmeenergie kann in einem Abhitzeteil zu Heizzwecken genutzt werden.
Die Abgasen aus der Verbrennungszone liegen unterhalb der gesetzlich zulässigen Grenzwerte. Hierdurch wird den allgemeinen
Interessen des Umweltschutzes Rechnung getragen.
Die Erfindung betrifft weiter eine Nachbrennanlage zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, die
eine Brennkammer mit einem Brenner und mit einer Zufuhrleitung für Brennstoff, der vorzugsweise gasförmig oder
flüssig ist, eine Abgaszuleitung für die Einführung von Abgas der obere beschriebenen Art in die Brennkammer sowie
eine Sicherheitseinrichtung zum Verhindern des Zurückschlagens der Flamme aus der Brennkammer in die Abgaszuleitung umfaßt,
und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sicherheitseinrichtung eine in der Abgaszuleitung vor deren Mündung in
die Brennkammer vorgesehene trockene Detonationssicherung mit Temperaturüberwacher und mindestens ein stromaufwärts
der Detonationssicherung in die Abgaszuleitung eingebautes, durch den Temperaturüberwacher verzögerungsschließbares
Schnellschlußventil· umfaßt.
4/0206 CRIe(fÄ B
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Vorzugsweise wird dabei mit der Abgaszuleitung zwischen Schnellschlußventil und DaLonationssicherung
ein Durchflu.önvHsser verbunden ist, der die Zufuhr von Frischluft
in die Abgas zuleitung Strom aiaf der Detonations sicherung
steuert.
Der Temperaturüborwacher wird vorzugsweise so eingestellt,
da") er das Schnellschlussventil bei Ueberschreiten
einer Grenztemperatur von 80°G in der Detonationssicherung
schließt.
Der Durchflussmesser wird dabei vorzugsweise so eingestellt,
daß er die Zufuhr von Frischluft bei einem Absinken der Strömungsgeschwindigkeit in der Abgaszuleitung unter
10 m/sec öffnet.
In der Abgaszuleitung kann vorteilhafterweise eine Entlüftungseinrichtung über Dach stromauf des Schnellventils
vorgesehen ist, die bei Schließen des Schnellverschlußventils automatisch öffnet.
Die thermische Nachverbrennungsanlage gemäß der Erfindung umfaßt vorzugsweise ein der Brennkammer nachgeschaltetes
Abhitzesystem, einen Saugszugventilator und den üblichen Kamin.
Während bisher beim bekannten Verfahren der thermischer Verbrennung von Abgasen mit einem brennbaren Schadstoffgehalt
von höchstens 25% des der unteren Explosionsgrenze entsprechenden Gehalts Flammensperren verhältnismäßig einfacher Bauart,
wie sie z.B. in "Chemie-Ingenieur-Technik" 41. Jahrgang, Heft 22, Seite 1214 (1969) beschrieben sind, als flammendurchschlagsichere
Armatur verwendet wurden, ist die Nachbrennanlage gemäß der Erfindung statt dessen mit einer trockenen
Detonationssicherung ausgerüstet, wie sie in derselben Veröffentlichung
auf Seite 1218 beschrieben ist.
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Z, '—■ O "^j O ö
Dabei kann in der Nachverbrennungsanlage gemäß der Erfindung zxtfischen Schnellschlußventil und Detonationssicherur^
mit der Abgaszuleitung ein Durchflußmesser verbünde'; iiein, der die Zufuhr von Frischluft in die AbgaszuleiLung
stromauf der Detonationssicherung steuert.
Der Temperaturüberwacher der Detonationssicherung ist dabei vorzugsweise so eingestellt, daß er das Schnellschlußventil
bei Ueberschreiten einer Grenztemperatur von 800C schließt.
Der erwähnte Durchflußmesser ist dabei so geregelt, daß er die Zufuhr von Frischluft bei einem Absinken der
Strömungsgeschwindigkeit in der Abgaszuleitung unter 10 m/sec bewirkt.
In der Abgaszuleitung kann eine Entlüftungseinrichtung
über Dach stromauf des Schnellschlußventils vorgesehen sein, die bei Schließen des Schnellschlußventils automatisch öffnet.
Die Brennkammer ist vorzugsweise so ausgelegt, daß die Verweilzeit der Abgase in ihr mindestens 0,3 see
bei einer Temperatur von über 900°C entspricht.
Die Erfindung wird weiter an Hand der Zeichnung erläutert, in welcher eine bevorzugte Ausführungsform
der Nachverbrennungsanlage gemäss der Erfindung schematisch gezeigt ist.
Das von einer oder mehreren Abgasquellen (nicht ge-/stammende . ' Λη
zeigt) Abgas wird zunächst über eine Abgas zuleitung 10 mit
Hilfe von Wasserringpumpen oder Ventilatoren 10a, lOb in die
Anlage gepumpt oder gedruckt. Vorzugsweise beträgt der Druck am Durchfluprege!ventil lOc etwa 50 millibar über Umgebungsdruck.
Das Kontrollventil 10c wird vom Druckregler 1Od aus liber die Unterdruckregelschal tung 1Oe gesteuert.
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ORIGINAL INSPECTED
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Beim Durchströmen der Abgaszuleitung 10 durchläuft
das Abgas dann eine Schnellschluß-Doppelventileinrichtung mit Schnollschlußventilen 16 und 17, einen Durchflußmesser
20 und eine Detonationssicherung 14 und wird alsdann bei
normalem Betrieb einer an sich bekannten gemauerten Brennkammer 11 zugeführt, in der es thermisch oxydiert
wird. Wie bereits erwähnt, garantiert die Auslegung der Brennkammer eine Verweilzeit der Abgase von mehr als 0,3
see bei über 9000C und entspricht damit den gesetzlichen
Anforderungen vieler Länder.
Die Brennstoffart der Brenneinrichtung wird den örtlichen Verhältnissen angepaßt und für Gas oder OeI
ausgelegt. Die Brenneinrichtung besteht aus dem Brenner mit Flammenüberwachung, Zündbrenner und Brennsteuerung
(nicht im einzelnen gezeigt).
Das Abgas wird im wesentlichen parallel zur Flamme durch mehrere über den Umfang verteilte Düsen 13 eingeblasen.
Als Sicherungseinrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Abgas , dessen Konzentration
an brennbaren Stoffen im Bereich zwischen der unteren und der oberen Explosionsgrenze ändert, dient an
an Stelle der üblichen Flammensperren eine trockene Detonationssicherung 14 der vorerwähnten Konstruktion mit einem Temperaturüberwacher
15, der verzögerungslos bei Ueberschreiten der Temperatur von 80° anspricht und das Schließen einer Schnellschlußventileinrichtunglö,
17 über eines Schaltleitung 18, mit einer Verzögerung von 30 see bewirkt.
Fällt die Temperatur in der Detonationssicherung vor Ablauf von 30 see wieder unter 800C, so erfolgt kein
Schließen der Schnellschlußventileinrichtung 16, 17. Als
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OIiIfJA INSPECTED
-T-
Ventil dieser Art eignet sich z.B. eine elektropneumatische Doppel-Absperrkombination, wie sie in einem Prospekt der
Albrecht-Automatik-KG., Köln, Deutschland beschrieben wird
(Typ Zi;v/EKV).
Ein Durchflußmesser 20 in Form einer üblichen Blende
überwacht die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase in Abgaszuführleitung
10 und steuert bei Absinken der Geschwindigkeit unter 10 m/sec über Leitung 21 das Ventil 22 auf, durch welches
alsdann vom durch den Motor 23 getriebenen Ventilator 24 Frischluft
(Falschluft) über Leitung 25 in die Abgaszufuhrleitung eingeblasen wird, um in der letzteren die Strömungsgeschwindigkeit
auf über 10 m/sec zu erhöhen.
Erfolgt ein Schließen der Schnellschlußventileinrichtung
16,17, so wird gleichzeitig Ventil 26 aufgesteuert und das neuzufließende Abgas durch Ablaßleitung 27 über Dach abgelassen.
In die Ablaßleitung 27 ist vorteilhaft eine Dauerbrand-Sicherung 28 eingebaut.
Die Doppelventileinrichtung 16,17 ist mit ZwischenentlUftung
30 und Dichtheitskontrolleinrichtung 31 ausgestattet.
Die Schnellschlußventile 16 und 17 schließen mit Federkraft. Die Dichtheitskontrolle wird vor jedem Anfahren
der Anlage, d.h. während des SpUlvorganges und nach jedem
Abstellvorgang durchgeführt. Hierbei wird unter Oeffnen des
Ventils 35 die Strecke zwischen den beiden Schnellschlußventilen 16 und 17 mit Stickstoff aus der Stickstoffquelle
36 ausgeblasen und danach ein Stickstoffdruck, welcher größer
als der Abluftdruck ist, aufgebaut. Ueber einen Druckwächter 32 und Zeitrelais wird die Dichtheit in den Zwischenraum
abgefragt. Wenn diese vorhanden ist, erfolgt die Meldung "Dichtheitskontrolle positiv" und die Anlage kann angefahren
werden. Danach wird die Sperrstrecke über das Entlüftungsventil
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34 entlastet. Vor Zuschalten der Abluft wird das Entlüftungsventil
34 geschlossen.
Bei Ausfall der Hauptfeuerung, d.h. wenn eine Fotozelle
am Brenner keine Flamme meldet, werden die SchneiIschlußventile
16 und 17 verzögerungslos geschlossen und die Abstrb'mung
27 über Dach geöffnet.
Für die Abgasverbrennung kann ein kombinierter
automatischer Gas-Oelbrenner (z.B. mit einer Leistung von 6 Gea l/h, einem Regelbereich 1:6, einem Mindestverbrauch
von 60 kg/h OeI und einem Gasdruck von maximal 2000 mm Wassersäule ) verwendet werden, bei dem das Abgas parallel
zur Flamme durch mehrere über den Umfang verteilte Düsen eingeblasen wird. Außerdem wird durch Detonationssicherungen,
Strömungs- und Temperaturüberwachungen ein Rückzünden verhindert
.
Mit diesem System werden gute Resultate in bezug auf CO- und N-Oxyde-Gehalt erzielt.
Das Regelkonzept für die Brenneinrichtung ist so aufgebaut, daß in allen Betriebszuständen eine optimale Verbrennung
stattfindet. Dadurch werden hohe Brennkammertemperaturspitzen vermieden und die Lebensdauer der Ausmauerung erhöht. Das
Wärmeangebot wird entsprechend den zu vernichtenden Schadstoffmengen
auf ein Minimum beschränkt, was bei Betrieben mit niedrigem Wärmeverbrauch von Vorteil ist.
Die im Rauchgas enthaltende Wärmeenergie kann in einem Abhitzekessel (nicht gezeigt) zu Heizzwecken ausgenutzt werden.
Wenn der Wärmebedarf größer als das Wärmeangebot der Brennkammer ist, kann mit Hilfe eines Zusatzbrenners in dem Abhitzesystem
die Restwärme zugeführt werden.
Nach dem Abhitzekessel wird ein Saugzugventilator in-809 8 24/0206
AA
stalliert, so daß die gesamte Anlage mit leichtem Unterdruck arbeitet, (siehe GAKOMAT-brenner vom TypLO-NE 600-P
120, Leichtö'l/Erdgas der Babcock) .
Als Druckwächter werden z.B. solche mit Einstellskala verwendet, wie sie von der Firma Karl Dunges, Steuer-
und Regeltechnik, 706 Schorndorf, Deutschland vertrieben
werden (DV GW-A Nr. G 1626-1630).
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Leerseite
Claims (9)
1. Verfahren zum thermischen Verbrennen von Abgasen, welche brennbare Stoffe enthalten, die in einem bestimmten
Konzeritrationsbereich ein explosives Gemisch mit Luft zu
bilden vermögen, wobei das Verfahren die Zuleitung von Abgas zu einer Stützflamme und dessen thermische Verbrennung
mit Hilfe dieser Flamme in einer Brennzone umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas der Stützflamme unverdünnt
mit einer Konzentration an brennbaren Stoffen zugeleitet wird, die zwischen der unteren und der oberen
Explosionsgrenze ändert, daß das Abgas mit einer Eintrittsgeschwindigkeit oberhalb 10 m/sec der Brennzone
zugeführt wird und daß bei Uebersehreiten einer Grenztemperatur von 800C im Abgas kurz vor Eintritt in die
Brennzone die Zufuhr von Abgas unterbrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Unterbrechen der Abgas zuleitung weiterhin anfallendes
Abgas über Dach abgelassen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei während des Betriebes erfolgendem Absinken der Zufuhrgeschwindigkeit des Abgases zur Brennzone unter
10 m/sec dem Abgas Frischluft zugeführt wird, um die Strömungsgeschwindigkeit wieder auf mindestens 10 m/sec
zu erhöhen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren Frischluft in die Abgaszuleitung zur
Brennzone eingeleitet und darauf Abgas zugeschaltet wird.
5. Nachbrennanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die eine Brennkammer mit einem Brenner und mit
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'" INSPECTED
- jtl -
einer Zufuhrleitung für Brennstoff, der vorzugsweise gasförmig
oder flüssig ist, eine Abgaszuleitung für die Einführung
von Abgas der obere beschriebenen Art in die Brennkammer sowie eine Sicherheitseinrichtung zum Verhindern
des Zurückschiagens der Flamme aus der Brennkammer in die Ätigaszuleitung umfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sicherheitseinrichtung eine in der Abgas zuleitung vor deren Mündung in die Brennkammer vorgesehene trockene
Detonationssicherung mit Temperaturüberwaeher und mindestens
ein stromaufwärts der Detonationssicherung in die Abgaszuleitung eingebautes, durch den Temperaturüberwaeher
verzögertschließbares Schnellschlußventil umfaßt.
6. Nachverbrennungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schnellschlußventil und Detonationssicherung
mit der Abgaszuleitung ein Durchflußmesser
verbunden ist, der die Zufuhr von Frischluft in die Abgasleitung stromauf der Detonationssicherung steuert.
7. Nachverbrennungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturüberwaeher das Schnellschlußventil
bei Ueberschreiten einer Grenztemperatur von 800C schließt.
8. Nachverbrennungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmesser die Zufuhr von
Frischluft bei einem Absinken der Strömungsgeschwindigkeit in der Abgaszuleitung unter 10 m/sec öffnet.
9. Nachverbrennungsanlage nach einem der Ansprüche
6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgas zuleitung
eine Entlüftungseinrichtung über Dach stromauf des Schnellschlußventils vorgesehen ist, die bei Schließen des Schnellschlußventils
automatisch öffnet.
.809824/0206 ORISiNAL INSPECTED
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