DE2727971A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung einer warenbahn - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung einer warenbahn

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Description

BP 3849
Brückner Apparatebau GmbH, Erbach
Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung einer Warenbahn
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung, insbesondere zum Trocknen und/oder Fixieren, einer kontinuierlich bewegten Warenbahn in wenigstens einer Behandlungskammer, aus der ein Teil eines darin umgewälzten Heißgasstromes laufend als Abgasstrom abgezogen wird.
Bej. den bisher bekannten Verfahren zur thermischen Behandlung, insbesondere zum Trocknen und/oder Fixieren, von kontinuierlich bewegten Warenbahnen (beispielsweise in sog. Spannrahmen) liegt die Abluftmenge in der Größenordnung von etwa 10 m3 pro kg Ware. Dabei ist die Abluftmenge beim Trocknen davon abhängig, mit welchem Sättigungsgehalt der Luft an Wasser man arbeitet (maximal wird hier eine Anreicherung der Luft mit 100 g Wasser pro m3 Luft gewählt). Beim Thermofixieren wird die Abluftmenge durch den Gehalt an organischer Substanz in der Luft bestimmt.
Die oben erwähnten großen Abluftmengen sind aus den verschiedensten Gründen äußerst unerwünscht. Sie stellen nicht nur einen beträchtlichen Wärmeverlust dar, sondern werfen auch erhebliche Probleme auf, wenn der neuerdings vorgeschriebene Maximalgehalt an Schadstoffen in der Abluft nicht überschritten werden soll.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das auf besonders wirtschaftliche Weise die in die Atmosphäre entlassene Abgasmenge wesentlich verringert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abgasstrom in Form von zwei Abgasteilströmen abgezogen wird, von denen der eine (erste) Abgasteilstrom nach Entfernung von darin enthaltenen kondensierbaren Bestandteilen in die Behandlungskammer zurückgeführt wird, während der andere (zweite) Abgasteilstrom von darin enthaltenen Schadstoffen befreit, zur Wiedererwärmung des ersten Abgasteilstromes verwendet und schließlich in die Atmosphäre entlassen wird.
Wie umfangreiche Versuche zeigten, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die in die Atmosphäre entlassene Abgasmenge auf mindestens 1/3 des bisher üblichen Wertes reduzieren. Daraus ergeben sich außerordentliche Vorteile hinsichtlich der notwendigen Reinigung dieser stark reduzierten Abgasmenge sowie ein wesentlich verbesserter wärmetechnischer Wirkungsgrad.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im folgenden anhand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig.1 bis 4 Schemadarstellungen von vier Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in verschiedenen Varianten,
Fig.5 eine Schemadarstellung der Abdichtung der Behandlungskammer im.Bereich der Warenbahn Austrittsöffnung.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 zeigt schematisch einen Spannrahmen 1 mit drei Behandlungskammern 2, 3, zum Trocknen einer (nicht dargestellten) Warenbahn sowie zwei Behandlungskammern 5 und 6 zum Fixieren der Warenbahn Die Warenbahn wird von Spannketten gehalten,durch eine Eintrittsöffnung 7 in den Spannrahmen eingeführt und durch eine Austrittsöffnung 8 am anderen Ende herausgeführt.
Die Anlage enthält weiterhin einen Kühler 9, der mit einem zur Rückkühlung des Kühlwassers dienenden Kühlturm 10 verbunden ist.
Weiterhin enthält die Anlage einen Wärmetauscher 11, einen weiteren, mit Lufterhitzern 12, 13 verbundenen Wärmetauscher 14 sowie eine Verbrennungskammer 15.
Aus den Kammern 2 bis 4 des Spannrahmens 1 wird ein erster Abgasteilstrom 16 abgezogen. Der darin enthaltene Wasserdampf wird im Kühler 9 kondensiert. Anschließend wird dieser erste Abgasteilstrom 16 im Wärmetauscher 11 wieder aufgeheizt und gelangt dann zurück in den Spannrahmen 1.
5 und 6
Aus den Kammern wird ein zweiter Abgasteilstrom 17
abgezogen und der Verbrennungskammer 15 zugeführt. In dieser durch einen Brenner beheizten Verbrennungskammer 15 werden die im zweiten Abgasteilstrom 17 enthaltenen Schadstoffe (insbesondere organische Substanzen, die in der Fixierzone aus der Warenbahn ausdampfen) verbrannt. Die Abgase der Verbrennungskammer 15 durchsetzen zunächst den Wärmetauscher 14 und erwärmen hier einen gasförmigen oder flüssigen Wärmeträger (beispielsweise ein Thermalöl), das dann den Lufterhitzern 12 und 13 zugeführt wird und in diesen die im Spannrahmen 1 umgewälzte Heißluft erhitzt.
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Anschließend durchsetzt^der zweite Abgasteilstrom 17 den Wärmetauscher 11 und erwärmt hier, wie bereits erwähnt, den in den Spannrahmen 1 zurückgeführten ersten AbgasteiIstrom 16. Sodann wird der zweite Abgasteilstrom 17 bei 18 in die Atmosphäre entlassen.
Zur näheren Erläuterung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile dienen folgende Beispielsangaben für eine mögliche Betriebsweise der Anlage gemäß Fig. 1 :
Die behandelte Warenbahn besteht zu 55% aus Wolle und zu 45% aus Polyester; das Gewicht beträgt 500 g/mJ, die Arbeitsbreite 2 m (daraus ergibt sich eine Warenmenge von 78O kg/h).
Nimmt man eine zu verdampfende Wassermenge von 50% des Warengewichtes an, so entspricht dies 250 g H-O/m2 oder 390 kg/h. Bei der bereits genannten Aufsättigung von 100 g Wasser/m3 Abluft macht dies eine Abluftmenge von 3900 - 4000 m3/h erforderlich.
Der mit fünf Feldern (Behandlungskammern) ausgerüstete Spannrahmen besitzt eine Gesamtlänge von 15m. Die drei ersten Behandlungskammern dienen zum Trocknen, die beiden letzten zum Fixieren der Warenbahn. In den Trocknungskammern herrscht eine Temperatur von ca. 130°C, in den Fixierkammern eine Temperatur von 1800C.
Als erster Abgasteilstrom 16 werden 4000 m3/h mit einer Temperatur von ca. 11O0C abgezogen. Im Kühler 9 erfolgt eine Abkühlung auf ca. 30°C, im Wärmetauscher 11 eine Wiedererwärmung auf ca. 100°C.
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Aus der Kammer 6 werden als zweiter Abgasteilstrom 1000 m3/h mit einer Temperatur von ca. 180°C abgezogen. In der Verbrennungskammer 15 wird dieser Abgasteilstrom auf ca. 75O°C aufgeheizt. Im Wärmetauscher 14 erfolgt eine Abkühlung auf ca. 300°C, im Wärmetauscher 11 eine Abkühlung auf ca. 140°C.
Die obengenannte Menge des zweiten Abgasteilstromes 17 von 1000 m3/h entspricht einem Wert von ca. 1,3 m3 pro kg Ware, das ist weniger als 1/5 der bei den bisher bekannten Verfahren in die Atmosphäre entlassenen Abgasmengen.
Bei der in Fig.2 als weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulichten Anlage sind für gleiche Elemente dieselben Bezugszeichen wie in Fig.1 verwendet.
Der aus der Kammer 3 des Spannrahmens 1 abgezogene erste Abgasteilstrom 16 durchsetzt zunächst den Kühler 9, anschließend einen Nachkühler 21 sowie einen Tropfenfänger 22. Dann wird der erste Abgasteilstrom 16 über den bereits erwähnten Wärmetauscher 11 geführt und zurück in die Kammern 2 und 6 des Spannrahmens geleitet.
Der aus der Kammer 6 abgezogene zweite Abgasteilstrom 17 durchsetzt zunächst den Wärmetauscher 11, dann einen Kühler 23 sowie einen ιNachkühler 24 und wird zweckmäßig, noch ehe er in die Atmosphäre entlassen wird, durch einen Filter 50 geführt, in dem die zu Aerosolen kondensierten, die Luft begleitenden Schadstoffe abgeschieden werden können.
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Der erste Abgasteilstrom 16 wird in dem mit Kühlwasser gespeisten Kühler 9 auf eine mit wirtschaftlicher Wassermenge erreichbare Temperatur gekühlt, die Rückführung des Kühlwassers erfolgt wie bei dem zuvor erläuterten Beispiel im Kühlturm 10, wobei jedoch - wie in der Zeichnung dargestellt - auch eine den Kühlturm umgehende by-pass-Leitung vorhanden sein kann, um wenigstens einen Teil des Kühlwassers aus dem Kühler 23 abzuzweigen und direkt zum Kühler 9 zu leiten. Gegebenenfalls kann (wie in Fig.2 angedeutet) dem Kühler 9 noch ein Nachkühler 21 nachgeordnet werden, der in geeigneter Weise mit einem Kühlmedium versorgt wird. Im allgemeinen ist jedoch ein solcher Nachkühler 21 nur dann erforderlich, wenn die aus der Trocknungskammer 3 abgezogene Wasserdampfmenge bereits wesentliche Anteile der an sich erst in der Fixierzone zu erwartenden Luftverunreinigungen mit sich führt. Nach Durchsetzen des Tropfenfängers 22 gelangt der von den mitgeführten kondensierbaren Bestandteilen gereinigte erste Abgasteilstrom 16 in den Wärmetauscher 11, wo er wieder nahezu auf Ablufttemperatur erwärmt wird. Dieser Teilstrom wird dann dem Spannrahmen als Frischluft erneut zugeführt.
Der aus der Fixierkammer 6 abgezogene zweite Abgasteilstrom wird zunächst in dem bereits erwähnten Wärmetauscher 11 von einem großen Teil seiner fühlbaren und seiner latenten Wärme befreit (wobei diese Wärme an den rezyklierten ersten Abgasteilstrom übertragen wird). Dann erfolgt eine weitere Abkühlung dieses zweiten Abgasteilstromes 17 im Kühler (Kondensator) 23. Eventuell kann auch diesem Kühler noch ein Nachkühler 24 nachgeschaltet sein.
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Während somit beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 die im zweiten Abgasteilstrom enthaltenen Schadstoffe durch Verbrennung beseitigt werden, erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 die Beseitigung dieser Schadstoffe durch Kondensation, ehe der gereinigte zweite Abgasteilstrom in einer gegenüber den bisher bekannten Verfahren stark reduzierten Menge in die Atmosphäre entlassen wird.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine Anlage mit einer einzigen Behandlungskammer 25. Aus dieser Behandlungskammer, in der ein Heißgasstrom ständig umgewälzt wird, wird ein Gesamtstrom 26 abgezogen, der dann in einen ersten Abgasteilstrom 16 und einen zweiten Abgasteilstrom 17 aufgeteilt wird.
Der erste Abgasteilstrom 16 durchsetzt nacheinander den bereits erwähnten Kühler 9 und den Wärmetauscher 11, ehe er in die Kammer 25 zurückgeführt wird. Der zweite Abgasteilstrom 17 wird der Verbrennungskammer 15 zugeleitet, in der die Schadstoffe verbrannt werden. Der so von seinen Schadstoffen befreite Abgasteilstrom 17 durchsetzt dann den Wärmetauscher 11 und wird bei 18 ins Freie entlassen. Mit 27, 28 ist die Frischluft bezeichnet, die (ebenso wie bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen) im Bereich der Warenbahn-Ein- und -Austrittsöffnung in die Behandlungskammer 25 eintritt und die damit die mit dem zweiten Abgasteilstrom 17 in die Atmosphäre entlassene Luftmenge ersetzt.
Das in Fig.3 veranschaulichte Ausführungsbeispiel (mit einer einzigen Behandlungskammer und einer Aufteilung des Abgas-Gesamtstromes 26 in die Teilströme 16 und 17 vor Kühler 9 und Wärmetauscher 11) eignet sich besonders für Anwendungsfälle, bei denen in der Behandlungskammer 25 lediglich ein Fixiervorgang erfolgt.
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Fig.4 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer einzigen Behandlungskammer 30, bei der der aus der Behandlungskammer abgezogene Abgas-Gesamtstrom 31 zunächst den Kühler 9 und den Wärmetauscher 11 durchsetzt, wobei im Kühler 9 die kondensierbaren Bestandteile abgeschieden werden und im Wärmetauscher 11 eine Wiedererwärmung erfolgt. Anschließend wird dann dieser von den kondensierbaren Bestandteilen befreite und wiedererwärmte Abgas-Gesamtstrom 31 in einen zur Behandlungskammer 30 rückgeführten ersten Abgasteilstrom 16 und einen zweiten Abgasteilstrom 17 aufgeteilt (Abzweig A hinter dem Wärmetauscher 11), der der Verbrennungskammer 15 und dann dem Wärmetauscher 11 zugeleitet wird, ehe er schließlich in die Atmosphäre entlassen wird. Wahlweise besteht auch die Möglichkeit den Abgasgesamtstrom 31 bereits zwischen Kühler 9 und Wärmetauscher 11 (durch einen Abzweig B) in den ersten Abgasteilstrom 16 und den Abgasteilstrom 17* (gestrichelt angedeutet) aufzuteilen, wobei dann der Abzweig A entfallen würde. Es ließe sich so ein etwas günstigerer Wirkungsgrad einstellen, wobei jedoch höhere Lufttemperaturen bei 16 auftreten werden.
Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich besonders für Anwendungsfälle, in denen eine Warenbahn in der Behandlungskammer 30 nur getrocknet werden soll, wobei jedoch die Beseitigung von nicht kondensierbaren Geruchsstoffen erfolgen muß, ehe der zweite Abgasteilstrom 17 bzw. 17' in die Atmosphäre entlassen wird.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen der in den Fig.1 bis 4 veranschaulichten Beispiele möglich. So kann beispielsweise der Wärmeinhalt des aus dem Wärmetauscher 11 austretenden zweiten Abgasteilstromes noch zum Betrieb eines Absorptions-Kälte-Aggregates verwendet werden. Die hier erzeugte Kälte kann dann beispielsweise für die
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beim Ausführungsbeispiel der Fig.2 angedeuteten Nachkühler 21 und 24 verwendet werden.
Wesentlich für ein gutes Funktionieren des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedoch, daß die Behandlungsvorrichtung (beispielsweise eine Spannmaschine) mit einer sehr guten thermischen Isolation und einer bestmöglichen Abdichtung der Warenbahn-Ein- und -Austrittsöffnungen versehen ist. Die erstgenannte Forderung ergibt sich aus der Erwägung, daß Kondensationserscheinungen in der Maschine vermieden werden müssen; die letztere Forderung ist im Hinblick auf die stark verringerte, ins Freie entlassene (d.h. nicht rezyklierte) Abgasmenge ohne weiteres einleuchtend.
Soweit das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Warenbahnen dient, die an ihren Kanten nicht geführt sind, bereitet die Abdichtung der schlitzförmigen Warenbahn-Ein- und -Austrittsöffnungen keine besonderen Probleme. Diese Abdichtung kann vorzugsweise mechanisch (etwa mit Walzen, Lippen und dergleichen) erfolgen.
Bei der Behandlung von an ihren Kanten geführten Warenbahnen, insbesondere in sog. Spannrahmen, ist zur Verringerung der durch die Warenbahn-Ein- und -Austrittsöffnungen eintretenden Luftmenge eine pneumatische Abdichtung vorteilhaft. Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig.5 veranschaulicht.
Nahe des in der Kammerwand 32 vorgesehenen, zum Durchtritt der Warenbahn 33 dienenden schlitzartigen öffnung ist ein erstes Düsenpaar 35, 36 vorgesehen, das mit einer an Unterdruck liegenden Stelle der Behandlungskammer 37 verbunden ist. In den Düsenkammern 38, 3 9 herrscht daher leichter Unterdruck.
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Hieran anschließend ist ein zweites Düsenpaar 40, 41 vorgesehen, dessen Düsenkammern 42, 43 mit der Druckseite eines (nicht dargestellten) Ventilators verbunden sind, der saugseitig an Atmosphäre angeschlossen ist. In diesen Düsenkammern 42, 43 herrscht daher leichter Oberdruck.
Bedingt durch diese Druckverhältnisse stellt sich daher eine Luftströmung ein, wie sie durch die dargestellten Pfeile gekennzeichnet ist. Der Eintritt von Raumluft in die Behandlungskammer 37 wird auf diese Weise auf den für die Funktion der Anlage ausreichenden und notwendigen Wert reduziert.
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Claims (10)

Patentansprüche
1. Verfahren zur thermischen Behandlung, insbesondere zum Trocknen und/oder Fixieren, einer kontinuierlich bewegten Warenbahn in wenigstens einer Behandlungskammer, aus der ein Teil eines darin umgewälzten Heißgasstromes laufend als Abgasstrom abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Abgasstrom in Form von zwei Abgasteilströmen abgezogen wird, von denen der eine (erste) Abgasteilstrom nach Entfernung von darin enthaltenen kondensierbaren Bestandteilen in die Behandlungskammer zurückgeführt wird, während dor andere (zweite) Abgasteilstrom von darin enthaltenen Schadstoffen befreit, zur Wiedererwärmung des ersten Abgasteilstromes verwendet und schließlich in die Atmosphäre entlassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Schadstoffe aus dem zweiten Abgasteilstrom durch Verbrennung erfolgt und der zweite Abgasteilstrom anschließend zur Wiedererwärmung des ersten Abgasteilstromes verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abgasteilstrom zunächst zur Wiedererwärmung des ersten Abgasteilstromes verwendet wird und anschließend die Entfernung der Schadstoffe aus dem zweiten Abgasteilstrom durch Kondensation erfolgt.
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4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die thermische Behandlung in wenigstens zwei von der Warenbahn nacheinander durchlaufenen Behandlungskammern erfolgt, insbesondere in wenigstens einer Trocknungskammer und wenigstens einer Fixierkammer, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abgasteilstrom aus der ersten Behandlungskammer und der zweite Abgasteilstrom aus der zweiten Behandlungskammer abgezogen wird und der von den kondensierbaren Bestandteilen gereinigte erste Abgasteilstrom in beide Behandlungskammern zurückgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus der Behandlungskammer abgezogener Abgas-Gesamtstrom in den ersten und zweiten Abgasteilstrom aufgeteilt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Gesamtstrom in den ersten und zweiten Abgasteilstrom aufgeteilt wird, ehe die im ersten Abgasteilstrom enthaltenen kondensierbaren Bestandteile niedergeschlagen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die im Abgas-Gesamtstrom enthaltenen kondensierbaren Bestandteile niedergeschlagen werden und der so gereinigte Abgas-Gesamtstrom wieder erwärmt wird, ehe er in den ersten und zweiten Abgasteilstrom aufgeteilt wird, woraufhin der erste Abgasteilstrom in die Behandlungskammer zurückgeführt und der zweite Abgasteilstrom von den nicht kondensierbaren Bestandteilen befreit, zur Erwärmung des Abgas-Gesamtstromes verwendet und dann ins Freie entlassen wird.
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8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abgasteilstrom nach Verbrennung der darin enthaltenen Schadstoffe zunächst zur Erwärmung eines vorzugsweise für die indirekte Beheizung der Behandlungskammer benutzten, gasförmigen oder flüssigen Wärmeträgers und anschließend zur Wiedererwärmung des ersten Abgasteilstromes verwendet wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Maßnahmen zur weitgehenden Abdichtung der in den Wänden der Behandlungskammer vorgesehenen, schlitzartigen Öffnungen zum Warenbahnein- und -austritt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 für in Spannketten geführte Warenbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite der in der Wand (32) der Behandlungskammer (37) vorgesehenen Warenbahnein- und -austrittsöffnungen (z.B. 34) je ein Düsensystem als Dichtung vorgesehen ist, enthaltend ein der Kammeröffnung (34) benachbartes erstes Düsenpaar (35, 36), das vorzugsweise mit einer an Unterdruck liegenden Stelle der Behandlungskammer verbunden ist, sowie ein hierauf folgendes zweites Düsenpaar (40, 41), das vorzugsweise mit der Druckseite eines saugseitig an Atmosphäre angeschlossenen Ventilators verbunden ist.
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