DE69934492T2 - Stabilisierte hubventil-anordnung - Google Patents

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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F23G7/066Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator
    • F23G7/068Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator using regenerative heat recovery means
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  • Fluid-Driven Valves (AREA)

Description

  • Die Steuerung und/oder Beseitigung von unerwünschten Verunreinigungen und Nebenprodukten aus verschiedenen Herstellungsvorgängen hat hinsichtlich potentieller Umweltverschmutzungen, die solche Verunreinigungen und Nebenprodukte erzeugen können, eine beträchtliche Bedeutung gewonnen. Ein herkömmlicher Lösungsansatz für die Beseitigung oder zumindest Reduzierung dieser Schadstoffe besteht in deren Oxidierung durch Verbrennung. Eine Verbrennung findet statt, wenn kontaminierte Luft, die ausreichend Sauerstoff enthält, auf eine ausreichend hohe Temperatur und für eine ausreichend lange Zeitdauer erhitzt wird, um die unerwünschten Verbindungen in harmlose Gase umzuwandeln, wie zum Beispiel Kohlendioxid und Wasserdampf.
  • Hinsichtlich der hohen Kosten für Brennstoff, der erforderlich ist, um die für die Verbrennung erforderliche Hitze zu erzeugen, ist es vorteilhaft, so viel Hitze wie möglich zurück zu gewinnen. Dazu offenbart das U.S. Patent Nr. 3,870,474 einen thermischen regenerativen Oxidierer mit drei Regeneratoren, von denen zu einem gegebenen Zeitpunkt zwei in Betrieb sind, während der dritte eine geringe Menge an gereinigter Luft empfängt, um unbehandelte oder kontaminierte Luft daraus heraus zu drücken und sie in eine Verbrennungskammer auszustoßen, wo die Kontaminierungen oxidiert werden. Bei Beendigung von einem ersten Zyklus wird die Strömung der kontaminierten Luft durch einen Regenerator umgekehrt, aus dem zuvor die gereinigte Luft ausgestoßen wurde, um die kontaminierte Luft während des Durchströmens durch den Regenerator vor deren Einleitung in die Verbrennungskammer vorzuheizen. Auf diese Weise wird eine Wärmerückgewinnung erreicht.
  • Das U.S. Patent Nr. 3,895,918 offenbart ein thermisches Regenerationssystem, bei dem eine Vielzahl von beabstandeten, nicht-parallelen Wärmetauscherbetten in Richtung des Umfangs einer zentralen Hochtemperatur-Verbrennungskammer angeordnet sind. Jedes Wärmetauscherbett ist mit wärmetauschenden Keramikelementen gefüllt. Abgase von industriellen Prozessen werden einen Einlaßkanal zugeführt, durch den die Gase zu ausgewählten Wärmetauscherabschnitten verteilt werden, und zwar abhängig davon, ob ein Einlaßventil zu einem gegebenen Abschnitt offen oder geschlossen ist.
  • Das U.S. Patent Nr. 2,737,970 betrifft einen Fluidventil-Steuermechanismus, um insbesondere eine Fluidströmung regenerativen Ofenprozessen zuzuführen. Der Fluidventil-Steuermechanismus steht mit einem regenerativen Raum in dem Ofen in Verbindung und beinhaltet ein erstes Ventilgehäuse mit Einrichtungen für eine kommunikative Verbindung mit dem regenerativen Raum, und ein zweites Ventilgehäuse, das ebenfalls Einrichtungen für eine kommunikative Verbindung an einer anderen Stelle mit dem regenerativen Raum hat. Jedes der Ventile weist eine Scheibe auf, die gegen einen Ventilsitz federbelastet ist, um ein Lecken zu verhindern.
  • Im Stand der Technik für solche regenerativen Verbrennungseinrichtungen sind verschiedene Ventilsysteme offenbart. Beispielsweise offenbart das U.S. Patent Nr. 4,658,853 eine Klappenventil-Unterbaugruppe, die in einem Verbrennungssystemkanal angeordnet ist, der mit einer Quelle von gasförmigen Abfallstoffen und zumindest einem Wärmetauscherabschnitt in Verbindung steht. Die Unterbaugruppe weist ein planares Bauteil mit zumindest einer Umfangsnut auf, die an zumindest einer Hauptfläche davon ausgebildet ist. In der nominal geschlossenen Ventilposition sind die Nut bzw. die Nuten angeordnet, um mit Nuten in entsprechenden Ventilsitzbauteilen innerhalb des Gehäuses der Unterbaugruppe in Verbindung zu stehen. Diese Nuten sind die Endpunkte von Durchgängen, die ausgestaltet sind, um mit Quellen von unter Druck stehenden Gasen gekoppelt zu werden, um die Strömung von Gasen vorbei an dem planaren Bauteil zu verhindern, wenn das Ventil nominal geschlossen ist.
  • Auf ähnliche Weise offenbart das U.S. Patent Nr. 4,252,070 ein Doppelventil-Anti-Leck-System für thermische Regenerationsverbrennungseinrichtungen, wobei Doppelventile in Reihe am Einlass und/oder am Auslass zu jedem Wärmetauscherabschnitt vorgesehen sind. Lecken wird minimiert, indem Einlass- und Auslassventile in Zweiergruppen verwendet werden, die einen doppelten Druckabfall entlang dieser Ventile erzeugen, so dass es einen verminderten negativen Druck gibt, der durch das Abgasgebläse erzeugt wird, und daher eine geringere Wahrscheinlichkeit des Leckens. Jedoch macht dieser Lösungsansatz die Verwendung des Zweifachen der normalerweise doppelten Anzahl an Ventilen und zugehörigen Steuerungen erforderlich.
  • Das U.S. Patent Nr. 5,000,422 offenbart ein Lecksteuersystem, durch welches ausgeleckte Stoffe zwecks Oxidation zurück zu einer Verbrennungseinrichtung leitet oder ein Druckdifferenzial bewirkt, wodurch das Auslecken von Emissionen durch die Steuerventile vermieden wird. Ein kreisförmiges Klappenventil ist vorgesehen, das um eine Achse drehbar ist, die diametral zu einem zylindrischen Ventilgehäuse verläuft. Das Klappenventil hat zwei in axialer Richtung beabstandete Dichtungsflächen am Umfang, die, zusammen mit komplementären, axial beabstandeten Sitzen am Ventilgehäuse, die Luftströmung in und aus ein rohrförmiges Plenum steuern, das das Ventilgehäuse umgibt.
  • Das U.S. Patent Nr. 4,280,416 offenbart ein Rotationsventil zur Steuerung der Strömung von Gasen in einem regenerativen thermischen Reaktor. An einer rotierenden Platte sind Schlitze ausgebildet, die eine Verbindung der Reinigungs-, Auslass- und Einlasskanäle mit selektiven Wärmetauscherkammern ermöglichen.
  • Es ist gewünscht, geeignete Ventileinrichtungen für thermische Oxidierer und Ähnliches zur Verfügung zu stellen, die wirtschaftlich herzustellen und leicht zu steuern sind, die zu einem minimalen oder keinem Lecken führen und die schnelle Antwortzeiten haben.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Ventileinrichtungen zur Verfügung zu stellen, um ein Lecken von ungereinigten Abfallstoffen durch die Ventile in thermischen Oxidierern zu minimieren oder zu verhindern.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Ventileinrichtungen für eine thermische Oxidierervorrichtung zur Verfügung zu stellen, um das Lecken von ungereinigten Abfallstoffen durch die Ventile in wirtschaftlich effizienter Weise zu minimieren oder zu verhindern.
  • Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Schnellbetätigungs-Ventileinrichtungen in einer thermischen Oxidierervorrichtung zur Verfügung zu stellen, um das Lecken von ungereinigten Abfallstoffen durch die Ventile zu minimieren oder zu verhindern.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes Hubventil-Gehäuse in einem modularen Format zur Verfügung zu stellen, um zu ermöglichen, dass zusätzliche Ventilgehäuse hinzugefügt werden können, um erhöhte Strömungslasten zu handhaben.
  • Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kompaktes Hubventil-Gehäuse zur Verfügung zu stellen, durch das die erforderlichen Kanaleinrichtungen für Verbindungen von der Prozessgasquelle und zur regenerativen thermischen Oxidierervorrichtung vermindert werden.
  • Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
  • Die Probleme des Standes der Technik wurden durch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gelöst, durch welches Anti-Leck-Hubventile mit zwei Anschlüssen oder drei Anschlüssen für einen regenerativen thermischen Oxidierer zur Verfügung gestellt wird, in denen ein erstes Gas, wie z.B. kontaminierte Luft, zuerst durch ein heißes Wärmetauscherbett und in eine in Verbindung stehende Hochtemperatur-Oxidationskammer (Verbrennung) oder Oxidationszone und dann durch ein relatives kaltes zweites Wärmetauscherbett geleitet wird. Die Oxidierervorrichtung, bei der das kompakte Hubventil der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendet wird, beinhaltet eine Anzahl (vorzugsweise zwei) an intern isolierten, mit Keramik gefüllten Wärmetauschersäulen in Verbindung mit einer isolierten (vorzugsweise intern isolierten) Verbrennungskammer. Prozessgas wird in den Oxidierer eingeleitet und in die Wärmetauschermedien in einer der Wärmetauschersäulen geführt. Die Wärmetauschermedien enthalten "gespeicherte" Hitze von einem vorhergehenden Rückgewinnungszyklus. Als eine Folge wird das Prozessgas auf nahezu Oxidationstemperatur erhitzt. Eine unvollständige Oxidation wird vollständig durchgeführt, wenn die Strömung durch die Verbrennungskammer strömt, wo ein oder mehrere Brenner oder Ähnliches angeordnet sind. Das Gas wird bei der Betriebstemperatur für eine Zeitdauer gehalten, die für eine vollständige Zerstörung der VOCs ausreichend ist. Hitze, die während des Oxidationsprozesses freigeben wird, dient als ein Brennstoff, um die erforderliche Ausgabe des Brenners zu reduzieren (oder zu vermeiden). von der Verbrennungskammer strömt die Luft durch eine andere Säule, die Wärmetauschermedien enthält, wodurch in diesen Medien Hitze zur Verwendung in einem nachfolgenden Einlasszyklus gespeichert wird, wenn die Strömungssteuerventile umgeschaltet werden. Die resultierende saubere Luft wird über ein Auslassventil durch einen Auslassverteiler geleitet und mit einer etwas höheren Temperatur als beim Einlass in die Atmosphäre freigegeben oder zurück zum Einlass des Oxidierers rezirkuliert.
  • Mit der Technologie der regenerativen thermischen Oxidation müssen die Wärmeübertragungszonen periodisch regeneriert werden, um zu ermöglichen, dass die Wärmetauschermedien (allgemein ein Bett aus keramischen Steinen) in der entleerten Energiezone wieder aufgefrischt werden. Dies wird erreicht, indem die Wärmetauscherzone, durch die die kalten und heißen Fluide strömen, periodisch alternieren. Insbesondere dann, wenn das heiße Fluid durch die Wärmeübertragungsmatrix strömt, wird Hitze von dem Fluid auf die Matrix übertragen, wodurch das Fluid abgekühlt und die Matrix erhitzt wird. Umgekehrt, wenn das kalte Fluid durch die erhitze Matrix strömt, wird Hitze von der Matrix auf das Fluid übertragen, was zu einem Abkühlen der Matrix und zu einem erhitzen des Fluids führt. Folglich wirkt die Matrix als ein thermischer Speicher, der abwechselnd Hitze von dem heißen Fluid empfängt, diese Hitze speichert und diese dann an das kalte Fluid abgibt.
  • Das Alternieren der Wärmeübertragungszonen, um die Matrix-Regeneration zu bewirken, wird über Umschaltventile des regenerativen thermischen Oxidierers erreicht. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Umschaltventile horizontale pneumatische Hubventile in einem kompakten Gehäuse, wobei die Umschaltfrequenz bzw. der Zyklus des Ventils eine Funktion der Volumenströmungsrate ist.
  • Obwohl die Umschaltventile die Einrichtungen für die Matrix-Regeneration bereitstellen, führt der Vorgang der Regeneration selbst zu einer kurzzeitigen Emission von unbehandelten Fluid direkt in die Atmosphäre, wodurch eine Verbindung der Effizienz der Zerstörung der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) verursacht wird, und in Fällen, in denen VOCs mit einem hohen Siedepunkt involviert sind, tritt eine mögliche Opazität ein. Um die Effizienz der VOC-Zerstörung zu verbessern und das Auftreten von Opazität zu vermeiden, was aus der Matrix-Regeneration resultiert, kann das unbehandelte Fluid vom Schornstein des Oxidierers weggeleitet und in einen "Aufnahmekessel" bzw. in eine VOC-Auffangkammer geleitet werden. Die Funktion der Auffangkammer besteht darin, die Restmenge an unbehandeltem Fluid aufzunehmen, das während des Matrix-Regenerationsprozesses entsteht, und zwar lange genug, so dass der größte Teil davon langsam (d.h. mit einer sehr geringen Strömungsrate) zwecks Behandlung zurück zum Einlass des Oxidierers geführt werden kann. Das unbehandelte Fluid in der Auffangkammer muss vollständig evakuiert und zurück zum Einlass des Oxidierers rezirkuliert werden, und zwar in dem Zeitbereich, der zwischen den Matrixregenerationszyklen liegt, da der Prozess selbst für alle nachfolgenden Matrix-Regenerationen wiederholt werden muss.
  • Ein weiterer Vorteil des kompakten Hubventil-Gehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung liegt in der resultierenden Geometrie der Vorrichtung; sie ist geometrisch mit einer integrierten VOC-Auffangkammer ausgerichtet, die integriert mit der Verbrennungskammer gebildet und direkt über dieser angeordnet ist, wodurch ein wesentlicher Teil an Kanaleinrichtungen vermieden und eine Raumökonomie erreicht wird.
  • Die Erfindung wird anhand lediglich eines Beispiels unter Bezugnahme der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
  • 1 eine Querschnittsansicht von einem horizontalen Hubventil gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine Querschnittsansicht von dem kompakten Hubventil-Gehäuse ist, das zwei horizontale Hubventile beinhaltet;
  • 3 eine Draufsicht des kompakten Hubventil-Gehäuses aus 2 ist;
  • 4 eine schematische Ansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, das in einen regenerativen thermischen Oxidierer eingesetzt ist;
  • 5 eine Draufsicht von einer VOC-Auffangkammer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein einzelnes kompaktes Hubventil-Gehäuse in modularer Form zur Verfügung, im Gegensatz zu der herkömmlichen Vorrichtung, bei der zwei separate unabhängige Hubventil-Gehäuse erforderlich waren. Die kompakte Konstruktion der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine einzelne rationelle Montage, die eine leichtere Installation ermöglicht. Die kompakte Konstruktion ermöglicht außerdem eine bessere Strömungsverteilung in (und aus) die Wärmerückgewinnungssäulen des thermischen Oxidierers und minimiert die Übergangs-Kanaleinrichtungen zwischen Hubventil und den Wärmerückgewinnungssäulen des thermischen Oxidierers, was zu geringeren Kosten und reduzierten Platzanforderungen führt. Das kompakte Hubventil-Gehäuse hat eine modulare Form, wodurch auf einfache Weise die Hinzufügung zusätzlicher kompakter Gehäuse ermöglicht wird, um erhöhte Prozessgasströmungsmengen zu handhaben.
  • Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen, in der eine Querschnittsansicht von einem horizontalen Hubventil 10 zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Das Ventil 10 beinhaltet einen doppelt wirkenden Zylinder 12, der mit einer Kolbenstange 14 gekoppelt und durch ein Solenoid 15 angetrieben wird. Die Kolbenstange 14 ist wiederum mit einer Betätigungswelle 16 gekoppelt, die durch eine Wellendichtung 17 gegenüber dem Stangengehäuse abgedichtet ist. Die Wellendichtung 17 ist an dem Außengehäuse montiert und dichtet gegen Abgase ab, die in das Zylindergebiet eintreten könnten. Vorzugsweise ist die Betätigungswelle 16 aus einer runden Edelstahlstange hergestellt und weist an beiden Enden Gewinde auf. Ein Ende ist mit dem doppelt wirkenden Zylinder 12 durch das Außengehäuse über eine lineare Ausrichtungskupplung 11 verbunden. An dem distalen Ende der Betätigungswelle 16 relativ zum Zylinder 12 befindet sich eine Scheibe 18, die gegen einen der gerollten Dämpfersitze 19, 19' abdichtet, und zwar abhängig davon, ob sich das Ventil in der offenen oder geschlossenen Position befindet. Einstellschrauben 23 sind an beiden Seiten der Scheibe 18 vorgesehen. Die Dämpfersitze 19, 19' sind gegen die inneren Plattenstahlwände 20, 20' angebracht, wie gezeigt. Die Betätigungswelle 16 ist in dem integrierten Ausstoßgebiet durch ein mit einer V-förmigen Nut versehenes Rad von unten und einer Andruckrolle von oben abstützend gehalten, um die Welle an dem mit der V-förmigen Nut versehenden Rad zu halten. Die Position der Scheibe 18 in 1 ist eine Zwischenposition zwischen den Sitzen 19, 19'.
  • Es wird nun auf 2 und 3 Bezug genommen, in denen das kompakte Gehäuse 21 gezeigt ist, das zwei horizontale Hubventile 10, 10' beinhaltet. Die Baugruppe ist gespiegelt, um gegenüberliegende Ventilbaugruppen mit einem gemeinsamen Prozesskanal zu bilden. Das Gehäuse befindet sich mit dem Abgas-Schornstein 30 in Fluid-Verbindung. Miteinander verbundene Kanal-Plenen 22, 23 stehen jeweils mit einem zugehörigen Hubventil 10, 10' in Verbindung. Die Plenen 22, 23 befinden sich außerdem mit Wärmetauscherbetten (nicht gezeigt) eines thermischen Oxidierers in Fluid-Verbindung, und zwar durch geeignet Kanaleinrichtungen. Die Wärmetauschersäulen stehen jeweils mit einer (allgemein gemeinsamen) Verbrennungskammer in Verbindung, was in der Technik allgemein bekannt ist. Zugangsklappen 40 sind zwecks Wartung, etc. vorgesehen. Wie am besten in 3 zu sehen, ist ein Prozessluft-Einlassflansch mittig in dem Gehäuse 21 angeordnet, um zu ermöglichen, dass Prozessgas mit dem Gehäuse kommuniziert. Auf ähnliche Weise sind Plenum-Flansche 36, 36' in dem Gehäuse 21 vorgesehen, wodurch eine Fluid-Verbindung zwischen dem Gehäuse 21 und dem regenerativen thermischen Oxidierer ermöglicht wird.
  • Das kompakte horizontale Hubventil der vorliegenden Erfindung hat einen integrierten Abgas-Schornstein 30 sowie Betätigungszylinder (normalerweise zwei) in der horizontalen Ebene. Jedes der Ventile ist mit einem 180° Winkel relativ zu dem anderen angeordnet und leitet die eingehende Luft in und aus dem regenerativen Oxidierersystem. Die Baugruppe hat einen gemeinsamen Einlasskanal sowie einen gemeinsamen integrierten Auslasskanal.
  • Bei Betrieb, wie durch die Strömungspfeilen in 2 zu sehen ist, strömt in einer ersten Betriebsart des regenerativen thermischen Oxidierers Abgas in den Schlauch 12 durch das Plenum 22. Das Ventil 10 wird entsprechend in die Abgasposition betätigt, so dass die Gasströmung aus dem Gehäuse 21 durch den integrierten Abgas-Schornstein 30 über den integrierten Abgaskanal 38 und nicht den gemeinsamen Prozess-Einlasskanal 37 strömt. Daher wird die Scheibe 18 des Hubventils 10 in ihre vollständig vorgeschobene Position betätigt, wodurch eine Verbindung zwischen dem Ventil und dem Kanal 38 verhindert wird. Im Gegensatz dazu befindet sich das Ventil 10' in der Zuführ-Position, in der sich die Scheibe 18' in ihrer vollständig zurückgezogenen Position befindet, wodurch eine Verbindung mit dem gemeinsamen Prozesskanal 37 ermöglicht wird. Daher strömt Prozess-Abgas in den regenerativen thermischen Oxidierer, und zwar über das Ventil 10' und das Plenum 23, wie gezeigt ist. In einer zweiten Betriebsart sind die Ventil-Positionen umgekehrt, wobei sich das Ventil 10 der Zuführ-Position befindet und sich das Ventil 10' in der Abgas-Position befindet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die kompakte Hubventil-Baugruppe 21 in Verbindung mit einem regenerativen thermischen Oxidierer benutzt, der eine integrierte VOC-Auffangkammer verwendet. Wie insbesondere in 4 gezeigt, befindet sich vorzugsweise an der Oberseite der Verbrennungskammer 50 des regenerativen thermischen Oxidierers eine VOC-Auffangkammer 51, die jegliches VOC auffängt, das während des zyklischen Betriebs des Systems ausleckt. Das Dach der Verbrennungskammer 50 dient außerdem als der Boden der Auffangkammer 51, was zu einer kompakten, integrierten Konstruktion führt. Vorzugsweise folgt die Form der Auffangkammer 51 der gleichen allgemeinen Kontur der Verbrennungskammer 50. Die Höhe der Auffangkammer 51 ist allgemein höher als die der Verbrennungskammer, da diese von verschiedenen Kriterien abhängt. Insbesondere ist die Höhe der Verbrennungskammer 50 eine Funktion der Fluid-Geschwindigkeit, wohingegen die Höhe der Auffangkammer 51 eine Funktion des Volumens an unbehandelten Fluid, des Druckabfalls, der Temperatur des unbehandelten Fluids und der Verweildauer ist. Beispielsweise kann die Höhe der Auffangkammer 183 cm (72 Zoll) bei einer Temperatur des unbehandelten Fluids von 40°C (100°F) sowie 244 cm (96 Zoll) bei einer Temperatur des unbehandelten Fluids von 180°C (350°F) betragen. Das Volumen des unbehandelten Fluids steht wiederum direkt mit der Größe der Wärmetauschermatrix des Oxidierers, des Freiraumvolumens der Matrix, der Umschaltzeit des Umschaltventils sowie der Größe des Umschaltventils zu der verbindenden Kanaleinrichtung der Wärmetauscherzone in Beziehung. Um zu gewährleisten, dass die Größe der Auffangkammer ausreichen ist, ist die Kammer vorzugsweise so bemessen, um ein Volumen zu enthalten, das etwa 1,5 mal größer ist als das Volumen des unbehandelten Fluids. Ein Spülungs-Rückfluss-Hubventil und eine zugehörige Spülungs- Rückfluss-Kanaleinrichtung führen das Fluid in der Auffangkammer 51 zurück zum Einlass des Oxidierers.
  • Zusätzlich zu dessen Volumenkapazität ist die Konstruktion des Inneren der Auffangkammer 51 kritisch hinsichtlich dessen Fähigkeit, das unbehandelte Fluid aufzunehmen und zwecks Behandlung zum Einlass des Oxidierers zurückzuleiten, und zwar in der Zeit, die zwischen den Regenerationszyklen der wärmetauschermatrix liegt. Unbehandeltes Volumen, das nicht innerhalb dieses Zyklus korrekt zurückgeleitet wird, entweicht über den Abgas-Schornstein 30 in die Atmosphäre, wodurch die Wirksamkeit der Auffangvorrichtung vermindert und die Gesamteffizienz der Oxidierereinheit reduziert wird. Es wird nun auf 5 Bezug genommen, in der eine schematische Draufsicht auf die Auffangkammer 51 gezeigt ist. Eine Vielzahl von Verteilerplatten 80a80n, die sich von oben nach unten erstrecken, ist in der Kammer 51 angeordnet und unterteilt die Auffangkammer 51 in ein gewundenes oder meanderförmiges Fluid-Strömungsmuster. Vorzugsweise wird eine ganzzahlige Anzahl von meanderförmigen Strömungspfaden durch die Verteilerplatten erzeugt, so dass die Einlass- und Auslassverbindungen der Auffangkammer an der gleichen Seite der Oxidierereinheit gelegen sind, wodurch sich der Auslass der Auffangkammer 51 an der gleichen Seite der Oxidierereinheit befindet wie der Abgas-Schornstein 30, mit dem er in Verbindung steht (da er unterhalb des atmosphärischen Drucks stehen muss, um die Evakuierung von darin enthaltenem Fluid zu ermöglichen), was zu einer sehr kompakten Konstruktion führt. Die Anzahl an meanderförmigen Strömungspfaden ist nicht nur durch die physikalische Größe der Kammer 51 sondern auch durch den resultierenden Fluid-Druckabfall begrenzt; wobei ein minimaler Fluid-Druckabfall erwünscht ist. Daher sind die Anzahl und das Querschnittsgebiet der Pfade in den meanderförmigen Strömungsmustern vorzugsweise für einen maximalen Fluid-Druckabfall von 500 Pa (2.0" w.c.) sowie für eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 12 m/s (39.0 acfm) bei 40°C (100°F) bis 180°C (350°F) bei einer entsprechenden minimalen Verweildauer von 3,0 Sekunden ausgestaltet. vorzugsweise sind sechs meanderförmige Strömungspfade gebildet. Die meanderförmigen Strömungspfade verlängern die Kammer effektiv, um so eine verstopfte Strömungskonstruktion zu erzeugen, indem die Verweildauer des Fluids in der Kammer erhöht wird. Je größer die Kapazität des Kammervolumens ist und je länger die Verweildauer ist, desto besser ist das Verhältnis Rückführung/Entweichen des unbehandelten Fluids. Die verfügbare Zeit, um die Auffangkammer 51 vollständig zu entleeren, ist begrenzt und durch die Zeitdauer zwischen Ventilumschaltungen für die Matrix-Regeneration vorgegeben, die allgemein bei etwa 240 Sekunden liegt. Unbehandeltes Fluid in der Auffangkammer 51, das nicht zurückgeführt wird, entweicht durch den Abgas-Schornstein 30 in die Atmosphäre. Die unbehandelte Strömung in der Auffangkammer 51 muss zu dem Oxidierer mit einer geringen Volumenströmungsrate zurückgeleitet werden (d.h. mit einer Rate von etwa 2,0 % der gesamten Prozessabgas-Strömungsrate, die in den Oxidierer eintritt), so dass die Größe und der elektrische Verbrauch des Oxidierers nicht negativ beeinträchtigt werden.
  • Wie in 4 zu sehen, befindet sich an der Oberseite des kompakten Hubventil-Gehäuses 21 ein zweites kompaktes Gehäuse 41 in Verbindung mit dem kompakten Gehäuse 21 und der Auffangkammer 51. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Abgas-Schornstein 30 tatsächlich in das obere kompakte Gehäuse 41 integriert statt in dem Gehäuse 21 und verbleibt in Fluid-Verbindung mit dem Gehäuse 21 durch das Gehäuse 41. Die Anordnung aus 4 führt zu einer kompakten Konstruktion, ermöglicht eine verbesserte Strömungsverteilung in die zugehörigen Wärmerückgewinnungssäulen des Oxidierers, eine Verminderung an Kanaleinrichtungen, was zu geringeren Kosten und zu reduzierten Platzanforderungen führt, und die Flexibilität, zusätzliche modulare Ventileinrichtungen hinzuzufügen, wenn dies durch die Strömungsbetrachtungen vorgegeben wird. Beispielsweise ermöglicht die Erweiterbarkeit der Konstruktion, dass Veränderungen hinsichtlich der Volumenströmung kompensiert werden können, die von etwa 15.000 bis etwa 110.000 Nm2/h (etwa 10.000 bis etwa 70.000 SCFM) reichen, indem einfach zusätzliche modulare Einheiten hinzugefügt werden. Die Ventileinrichtungen in Verbindung mit der Auffangkammer sind geeignet zeitlich gesteuert, um abhängig von der Betätigung und der Ventileinrichtungen in Verbindung mit dem Einlass und dem Auslass des Oxidierers betätigt zu werden.

Claims (6)

  1. Kompakte Hubventil-Anordnung (10), mit einem Ventilgehäuse (21), das ein Prozessgas-Einlassmittel (37) und ein Prozessgas-Auslassmittel (38) sowie einer Vielzahl von Hubventilen (10, 10') aufweist, wobei jedes der Hubventile (10, 10') unabhängige Mittel zur Betätigung aufweist, wobei die Mittel zur Betätigung die Hubventile (10, 10') zwischen einer ersten Position, in der sich das Prozessgas-Einlassmittel (37) in Verbindung mit einer ersten Kammer (22) befindet und sich das Prozessgas-Auslassmittel (38) in Verbindung mit einer zweiten Kammer (23) befindet, und einer zweiten Position bewegen, in der sich das Prozessgas-Auslassmittel (38) in Verbindung mit der ersten Kammer (22) befindet und sich das Prozessgas-Einlassmittel (37) in Verbindung mit der zweiten Kammer (23) befindet.
  2. Kompakte Hubventil-Anordnung nach Anspruch 1, bei der jedes der Vielzahl von Hubventilen (10, 10') außerdem eine Betätigungsstange (16) mit einer Scheibe (18) aufweist, die zwischen einem Paar von Dämpfersitzen (19, 19') bewegbar ist.
  3. Kompakte Hubventil-Anordnung nach Anspruch 1, bei der zwei Hubventile (10, 10') in entgegengesetzter Beziehung vorgesehen sind.
  4. Kompakte Hubventil-Anordnung nach Anspruch 1, außerdem mit einem integrierten Auspuff-Schornstein (30), der mit jedem der Vielzahl von Hubventilen (10, 10') in Verbindung steht.
  5. Regenerativer thermischer Oxidierer, mit: ersten und zweiten Wärmetauschersäulen, wobei jede Säule Wärmetauschermedien enthält und einen Gaseinlass sowie einen Gasauslass aufweist und in Verbindung mit einer Verbrennungskammer (50) steht; Heizmitteln in der Verbrennungskammer (50), um darin einen hohen Temperaturbereich zu erzeugen oder beizubehalten; Ventilmitteln, um das Prozessgas abwechselnd in die eine oder die andere der ersten und zweiten Wärmetauschersäulen zu leiten, wobei die Ventilmittel eine kompakte Hubventil-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweisen, wobei die erste Position eine Verbindung zwischen dem Prozessgas-Einlassmittel (37) und einer der Wärmetauschersäulen ermöglicht und eine zweite Position eine Verbindung zwischen dem Prozessgas-Auslassmittel (38) und den anderen der Wärmetauschersäulen ermöglicht.
  6. Regenerativer thermischer Oxidierer, mit: ersten und zweiten Wärmetauschersäulen, wobei jede Säule Wärmetauschermedien enthält und einen Gaseinlass sowie einen Gasauslass aufweist und mit einer Verbrennungskammer (50) in Verbindung steht, die eine Oberseite hat; Heizmitteln in der Verbrennungskammer (50), um darin einen hohen Temperaturbereich zu erzeugen oder beizubehalten; ersten Ventilmitteln, um abwechselnd das Prozessgas in die eine oder die andere der ersten und zweiten Wärmetauschersäulen zu leiten, wobei die Ventilmittel eine kompakte Hubventil-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweisen; zweiten Ventilmitteln in Verbindung mit den ersten Ventilmitteln, wobei die zweiten Ventilmittel eine kompakte Hubventil-Anordnung aufweisen, die ein Ventilgehäuse (41) mit Gaseinlassmitteln und Gasauslassmitteln, eine Vielzahl von Hubventilen und einen integrierten Auspuff-Schornstein (30) aufweist, wobei die zweiten Ventilmittel mit den ersten Ventilmitteln in Verbindung stehen; eine Auffangkammer (51), die in Verbindung mit den zweiten Ventilmitteln und mit der Verbrennungskammer (50) steht, wobei die Auffangkammer (51) einen Boden hat, wobei der Boden der Auffangkammer die Oberseite der Verbrennungskammer (50) bildet.
DE1999634492 1998-06-23 1999-05-18 Stabilisierte hubventil-anordnung Expired - Lifetime DE69934492T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

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US09/103,346 US6129139A (en) 1998-06-23 1998-06-23 Consolidated poppet valve assembly
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