Verfahren zur Verwertung der aTerbrennungswärme von in von aussen beheizten Arbeitsräumen hoher
Temperatur, insbesondere in Emaillieröfen, freiwerdenden brennbaren Dämpfen bzw. Gasen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verwertung der Verbrennungswärme von in von aussen beheizbaren Arbeitsräumen hoher Temperatur, insbesondere in Emaillieröfen, freiwerdenden brennbaren Dämpfen bzw. Gasen niedriger Konzentration.
Wie bekannt verdampfen auf vielen Gebieten der Industrie, so insbesondere bei der Herstellung von emaillierten Drähten beim Einbrennen des Emailles aus der vorher aufgetragenen Lacklösung brennbare Lösungsmittel. Die Lösungsmitteldämpfe stellen samt anderen Produkten des Lackeinbrennens brennbare und gesundheitsschädliche Verbindungen dar, welche bislang aus dem Ofen bzw. dem Arbeitsraum abgeleitet worden sind. Diese brennbaren Dämpfe bzw. Gase verfügen jedoch noch über einen bedeutenden Wärmeinhalt. Man war bislang bestrebt, diesen Wärmeinhalt auf die verschiedenste Art und Weise zu verwerten.
Gemäss einer bekannten Lösung werden die brennbaren Dämpfe bzw. Gase in einen katalytischen Reaktor eingeleitet und dort verbrannt. Die Verbrennungswärme wird in diesem Falle teils durch die Reaktorwand hindurch verwertet, teils jedoch durch das den Reaktor verlassende Gasgemisch. Gewohnheitsgemäs wird dieses Gasgemisch in den Arbeitsraum, also den Einbrennofen zurückgeführt, oder es wird mit dem äusseren Teil des doppelwandigen Brennofens in Berührung gebracht und somit verwertet. Bei einer anderen bekannten Lösung wird durch das den Reaktor verlassende Gas über einen Wärmeaustauscher die in den Ofen bzw. Arbeitsraum einströmende Frischluft vorerwärmt.
Ein gemeinsames Merkmal der bekannten Lösungen ist, dass der Reaktor bzw. die in denselben eintretende Luftströmung mit Hilfe von Vorerwärmer wenigstens beim Anlauf des Betriebes unabhängig vom Einbrennofen auf eine Temperatur von etwa 3600 C vorerwärmt werden müssen. Unter Beachtung dessen, dass die Verbrennung ausserhalb des Einbrennofens, d. h.
ausserhalb des Arbeitsraumes in einem mit Katalysator gefüllten Reaktor vollzogen wird, muss für den Umlauf des erwärmten Gasgemisches gesorgt werden. Der ständige Umlauf des Gasgemisches hoher Temperatur verlangt insbesondere bei Stehofensystemen nach einer ziemlich empfindlichen und komplizierten Technologie.
Durch die hohen Temperaturen werden den Umlaufgeblä- sen gegenüber äusserst hohe und schwer erfüllbare Anforderungen gestellt.
Durch die Verteilung sowie die Einleitung der ständig in Umlauf gehaltenen Warmluft in die Öfen werden äusserst schwierige lufttechnische Regelungsprobleme aufgeworfen und selbst bei Lösung dieser Fragen kann praktisch nie erreicht werden, dass im mittleren Abschnitt der Öfen in ihrem Querschnitt die gewünschte homogene Wärmeverteilung ausgebildet wird. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist noch, dass dadurch die schädliche Teerausbildung in den Öfen nicht beseitigt wird, es wird lediglich für die Verbrennung der entstandenen Teerprodukte gesorgt. Durch die Verbrennung der Teerprodukte wird jedoch in der Regel die Lebensdauer der Katalysatoren bedeutend herabgesetzt. Bei Veränderung der beschickten Lackmenge oder der Qualität derselben ist die Nachstellung bzw.
Umstellung des Gerätes kompliziert.
Zielsetzung der Erfindung sind die Beseitigung der obigen Mängel und die Entwicklung eines Verfahrens, durch welches die Verbrennungswärme der in Arbeitsräumen, so in Emaillieröfen freiwerdenden brennbaren Dämpfe bzw. Gase verwertet werden kann, ohne dass mit der Verwertung der Verbrennungswärme irgendwelche Nachteile verbunden wären. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das obige Ziel erzielt werden kann, falls die Wärmeverwertung mit Hilfe von im Arbeitsraum untergebrachten Katalysatoren im Arbeitsraum selbst vollzogen wird, indem die brennbaren Dämpfe bzw. Gase an ihrem Entstehungsort gleich verbrannt werden. Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Verwertung der Verbrennungswärme von in von aussen beheizten Arbeitsräumen hoher Temperatur, insbesondere in Emaillieröfen, freiwerdenden brennbaren Dämpfen, bzw. Gasen niedriger Kon zentration.
Das Wesen der Erfindung liegt darin, dass die brennbaren Dämpfe bzw. Gase mit Hilfe von einem im Arbeitsraum angeordneten Verbrennungskatalysator im Arbeitsraum selbst verbrannt werden und somit der Wärmebedarf des Arbeitsraumes auf diese Weise teilweise oder völlig gedeckt wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird ferner ermöglicht, das den Arbeitsraum verlassende Gasgemisch, welches noch über einen bestimmten Wärmeinhalt verfügt, zur Wärmeverwertung teilweise oder völlig in den Arbeitsraum zurückzuführen. Auf eine andere Art und Weise kann diese Wärmeverwertung derart erfolgen, indem das noch heisse Gasgemisch über einen Wärmeaustauscher hindurchgeleitet und dadurch die in den Arbeitsraum eingespeiste Frischluft vorgewärmt wird.
Vorzugsweise wird der Arbeitsstoff, aus dem die brennbaren Dämpfe und Gase entweichen, periodisch oder kontinuierlich aus einer Richtung, oder kontinuierlich aus zwei entgegengesetzten Richtungen eingespeist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Regelung des Verbrennungswirkungsgrades bzw. des Konversionsgrades der Dämpfe und Gase im Arbeitsraum, und zwar derart, indem die Eintrittsgeschwindigkeit der zur Verbrennung erforderlichen Luft geregelt wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird die mit der Verbrennung verbundene Wärmeverwertung unmittelbar an der Stelle vollzogen, wo die Gase bzw.
Dämpfe entstehen, d. h. der Arbeitsraum wird durch die Verbrennungswärme unmittelbar beheizt.
Eine gesonderte Vorerwärmung des Luftstromes und des Katalysators ist nicht erforderlich, da zur gleichen Zeit mit der Aufheizung des Arbeitsraumes auch der Katalysator auf die entsprechende Temperatur erhitzt wird, und der im Arbeitsraum vorhandene Luftstrom ist zum Einsetzen des katalytischen Verbrennungsprozesses von hinreichend hoher Temperatur.
Das zum Verfahren erforderliche System ist aus lufttechnischen Gesichtspunkten wesentlich einfacher, der beispielsweise durch Gebläse angetriebene Luftstrom ist von wesentlich niedriger Temperatur als es bei den bislang bekannten Verfahren der Fall war.
Eine homogene Temperaturverteilung im Ofen ist einfach zu verwirklichen.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird die Teerausbildung völlig beseitigt, da die Lösungsmitteldämpfe im wesentlichen nur mit der mit Katalysator bedeckten Oberfläche in Berührung kommen, wo eine unvollständige Verbrennung und die Entstehung von Teerprodukten unmöglich ist. Es sinkt die Gefahr einer in Öfen bei einer Betriebsstörung auftretenden Explosion oder explosionsartigen Verbrennung, da die Verbrennung an der Oberfläche des Katalysators schnell und ohne Explosion verläuft, wobei zugleich auch die Gefahr einer Konzentrationserhöhung herabgemindert wird.
Über die aufgezählten technologischen Vorteile hinaus ist noch ein weiterer Vorteil, dass die zur Aus übung des Verfahrens dienende Einrichtung wesentlich einfacher und billiger als die bislang bekannten Einrichtungen ausfällt.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen aufgrund der Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei
Fig. 1 und 2 die schematischen Darstellungen von zwei Ausführungsbeispielen sind.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 werden Lösungsmitteldämpfe von unten in ein Embrennrohr 1 mit Lackdraht sowie die zur Verbrennung nötige Luftmenge (mit 1,1 Überschussfaktor) eingeführt, so dass die Lösungsmittelkonzentration anfänglich etwa 2 0/o beträgt. Die Innenwand des Einbrennrohres ist mit einem Katalysator ausgekleidet. An den Wänden werden die Lösungsmitteldämpfe verbrannt, wobei die freiwerdende Verbrennungswärme vollständig oder zumindest teilweise (je nach Drahtstärke und Lackmenge) den Wärmebedarf des Arbeitsraumes deckt.
Die vom Einbrennrohr 1 abziehenden Rauchgase und die eventuell noch vorhandenen Lösungsmitteldämpfe werden in den Nachbrennkatalysator 2 eingeleitet. Die hier entstehenden Rauchgase werden über den Wärmeaustauscher 3 ins Freie geleitet, während die zum Ofen 1 hinzuführende Frischluft über den Wärmeaustauscher 3 geleitet wird, wo sie sich vorwärmt.
In Fig. 2 wird ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem die aus dem mit Katalysator ausgerüsteten Einbrennofen 1 abziehenden Rauchgase bzw. die eventuell noch vorhandenen Lösungsmitteldämpfe in den Nachbrennkatalysator 2 eingeleitet wird, wonach ein Teil ins Freie, ein Teil hingegen mit Frischluft vermischt zurück in den Einbrennofen 1 geleitet wird.
Die Anbringung des Katalysators kann an der Ofenwand oder entlang derselben verwirklicht werden.
Der zum Brennen verwendete Katalysator kann auf eine Metallplatte aufgetragenes Palladium, Platin oder anderes Metall von katalytischer Wirkung sein, die Katalysatoren können jedoch auch derart ausgebildet sein, indem diese Metalle oder Metalloxyde auf stabförmige, plattenförmige keramische Tragkörper, deren Gestalt auch von anderer Form niedrigen Strömungswiderstandes sein kann, aufgetragen werden.
Die Konzentration der Lösungsmitteldämpfe wird durch den im Ofen angeordneten Katalysator auf einen niedrigen Wert gehalten, wodurch auch die Menge der einzuleitenden Luft gegenüber der der bislang bekannten Verfahren bedeutend herabgesetzt werden kann, da bei den Verfahren die zuzuführende Luftmenge bislang durch die auf die eingegebene Gesamtlösungsmittelmenge errechnet untere Explosionsgrenzkonzentration der Lösungsmitteldämpfe bestimmt worden ist.
Das erfindungsgelässe Verfahren kann nicht nur in neuen, für die Ausübung des Verfahrens gebauten Einrichtungen, sondern auch im Falle der bisherigen Einrichtungen durch äusserst einfachen minimalen Umbau verwirklicht werden.
Die Erfindung ist naturgemäss nicht nur auf das Einbrennen von Emaille beschränkt, sie kann bei jedem technologischen Prozess, wo in Arbeitsräumen hoher Temperatur brennbare Gase bzw. Dämpfe entstehen, verwirklicht werden.
Process for utilizing the heat of combustion from outside heated workrooms
Temperature, especially in enamelling ovens, released flammable vapors or gases
The invention relates to a method for utilizing the heat of combustion from flammable vapors or gases of low concentration which are released in work rooms which can be heated from the outside at a high temperature, in particular in enamelling ovens.
As is known, in many areas of industry, in particular in the production of enamelled wires, when the enamel is burned in, flammable solvents evaporate from the previously applied lacquer solution. The solvent vapors, together with other products from the baking process, represent flammable and harmful compounds that have so far been discharged from the furnace or the work area. However, these flammable vapors or gases still have a significant amount of heat content. Up to now, efforts have been made to utilize this heat content in the most varied of ways.
According to a known solution, the combustible vapors or gases are introduced into a catalytic reactor and burned there. In this case, the heat of combustion is partly utilized through the reactor wall, but partly through the gas mixture leaving the reactor. As a rule, this gas mixture is returned to the work area, i.e. the baking oven, or it is brought into contact with the outer part of the double-walled kiln and thus used. In another known solution, the gas leaving the reactor preheats the fresh air flowing into the furnace or working space via a heat exchanger.
A common feature of the known solutions is that the reactor or the air flow entering it must be preheated to a temperature of about 3600 ° C. with the aid of a preheater at least when starting operation, regardless of the baking oven. Taking into account that the incineration outside of the baking oven, i. H.
is carried out outside the working space in a reactor filled with catalyst, the circulation of the heated gas mixture must be ensured. The constant circulation of the high-temperature gas mixture calls for a rather sensitive and complicated technology, especially in the case of furnace systems.
Due to the high temperatures, the circulating fans are subject to extremely high and difficult to meet requirements.
Due to the distribution and the introduction of the constantly circulating warm air into the ovens, extremely difficult ventilation control problems arise and even if these questions are solved, it can practically never be achieved that the desired homogeneous heat distribution is formed in the cross section of the central section of the ovens. Another disadvantage of this solution is that it does not eliminate the harmful tar formation in the ovens; it is only provided for the incineration of the tar products. As a rule, however, the combustion of the tar products significantly reduces the service life of the catalysts. If the amount of paint applied or the quality of the same is changed, readjustment or
Moving the device is complicated.
The aim of the invention is to eliminate the above deficiencies and to develop a method by which the heat of combustion of the combustible vapors or gases released in work rooms, such as in enamelling furnaces, can be utilized without any disadvantages being associated with the utilization of the heat of combustion. The invention is based on the knowledge that the above aim can be achieved if the heat recovery is carried out with the aid of catalysts housed in the work space in the work space itself, in that the combustible vapors or gases are burned at their point of origin. The invention therefore relates to a method for utilizing the heat of combustion from flammable vapors or gases of low concentration that are released in externally heated workrooms of high temperature, in particular in enameling ovens.
The essence of the invention lies in the fact that the combustible vapors or gases are burned in the work space itself with the aid of a combustion catalyst arranged in the work space and thus the heat demand of the work space is partially or completely covered in this way.
The method according to the invention also enables the gas mixture leaving the working space, which still has a certain heat content, to be partially or completely returned to the working space for heat recovery. This heat recovery can take place in another way in that the still hot gas mixture is passed through a heat exchanger and the fresh air fed into the work space is thereby preheated.
The working material from which the combustible vapors and gases escape is preferably fed in periodically or continuously from one direction or continuously from two opposite directions.
The method according to the invention makes it possible to regulate the degree of combustion efficiency or the degree of conversion of the vapors and gases in the working space, to be precise in such a way that the entry speed of the air required for combustion is regulated.
With the method according to the invention, the heat recovery associated with the combustion is carried out directly at the point where the gases or
Vapors arise, d. H. the work area is heated directly by the heat of combustion.
Separate preheating of the air flow and the catalytic converter is not necessary, as the catalytic converter is heated to the appropriate temperature at the same time as the work space is heated, and the air flow present in the work space is of a sufficiently high temperature for the catalytic combustion process to start.
The system required for the process is much simpler from a ventilation point of view, the air flow driven, for example, by a fan, is of significantly lower temperature than was the case with the previously known processes.
A homogeneous temperature distribution in the furnace is easy to achieve.
The process according to the invention completely eliminates the formation of tar, since the solvent vapors essentially only come into contact with the surface covered with catalyst, where incomplete combustion and the formation of tar products are impossible. The risk of an explosion or explosive combustion occurring in the furnace in the event of a malfunction is reduced, since the combustion on the surface of the catalytic converter takes place quickly and without an explosion, with the risk of an increase in concentration being reduced at the same time.
In addition to the technological advantages listed, there is another advantage that the device used to perform the method is much simpler and cheaper than the previously known devices.
The method according to the invention is described in detail using two exemplary embodiments based on the drawings, wherein
Figures 1 and 2 are schematic representations of two embodiments.
In the exemplary embodiment according to FIG. 1, solvent vapors are introduced from below into an incineration tube 1 with enamelled wire and the amount of air required for combustion (with a 1.1 excess factor) so that the solvent concentration is initially about 2%. The inner wall of the stoving tube is lined with a catalyst. The solvent vapors are burned on the walls, whereby the released heat of combustion completely or at least partially (depending on the wire thickness and the amount of paint) covers the heat requirements of the work room.
The smoke gases drawn off from the stoving tube 1 and any solvent vapors that may still be present are introduced into the afterburning catalytic converter 2. The flue gases produced here are passed into the open via the heat exchanger 3, while the fresh air to be supplied to the furnace 1 is passed over the heat exchanger 3, where it is preheated.
In Fig. 2 an embodiment is shown in which the exhaust gases from the furnace 1 equipped with a catalyst or any solvent vapors that may still be present are introduced into the afterburning catalyst 2, after which part is released into the open, while part is mixed with fresh air back into the Baking furnace 1 is passed.
The catalyst can be attached to or along the furnace wall.
The catalyst used for firing can be palladium, platinum or other metal with a catalytic effect applied to a metal plate, but the catalysts can also be designed in such a way that these metals or metal oxides are placed on rod-shaped, plate-shaped ceramic support bodies, the shape of which is also of another form with low flow resistance can be applied.
The concentration of the solvent vapors is kept at a low value by the catalyst arranged in the oven, which means that the amount of air to be introduced can be significantly reduced compared to that of the previously known methods, since in the methods the amount of air to be supplied has so far been calculated from the total amount of solvent entered The lower explosion limit concentration of the solvent vapors has been determined.
The process according to the invention can be implemented not only in new facilities built for the practice of the process, but also in the case of the previous facilities through extremely simple minimal reconstruction.
The invention is of course not limited to the baking of enamel, it can be implemented in any technological process in which flammable gases or vapors are generated in workrooms at high temperatures.