CH651374A5

CH651374A5 - Vorrichtung zum oxydieren gesundheitsschaedlicher stoffe in abluft und abgasen.

Info

Publication number: CH651374A5
Application number: CH4980/80A
Authority: CH
Inventors: Edward H Benedick
Original assignee: Regenerative Environ Equip
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1985-09-13
Also published as: DE3024300C2; US4252070A; DE3024300A1; GB2055461B; GB2055461A; JPS5640022A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Oxydieren gesundheitsschädlicher Stoffe in Abluft und Abgasen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind nach dem thermischen Regenerativverfahren arbeitende Vorrichtungen bekannt, bei denen eine Anzahl von Wärmetauscherbetten oder -Kammern mit einer Hochtemperatur-Oxydationszone in Verbindung steht (US-Patentschrift 3 895 918). Bei derartigen Ausrüstungen wird beispielsweise das Abgas oder die Abluft von einer Fabrik dadurch gereinigt, dass die Abluft oder das Abgas durch ein erstes Einlassbettin die Hochtemperaturzone geleitet wird, in der schädliche oder giftige Bestandteile bis zur Zersetzung oxydiert werden. Diese oxydierten Gase werden mit Hilfe eines Auslassgebläses aus der Hochtemperaturkammer über ein zweites Wärmetauscherbett abgesaugt und in die Atmosphäre abgegeben. Die Temperatur der Wärmetauscherelemente des zweiten Wärmetauscherbettes wird durch die durch dieses Wärmetauscherbett hindurchgeleiteten heissen zersetzten Gase wesentlich erhöht.

Bei Vorrichtungen dieser Art können die gleichen Wärmetauscherbetten während der verschiedenen Betriebszyklen in verschiedener Weise arbeiten, d. h. bei einem bestimmten Betriebszyklus kann ein Wärmetauscherbett als Einlasswärmetauscherbett dienen, dem das Abgas oder die Abluft als erstes zugeführt wird, während bei einem anderen Betriebszyklus die durch die Hitze zersetzten Abgas-Verbrennungsprodukte durch dieses Wärmetauscherbett hindurchgeleitet werden. Die Steuerung der Betriebsart der Wärmetauscherbetten wird dadurch erreicht.

dass ein Einlassventil und ein Auslassventil für alle Wärmetauscherabschnitte vorgesehen ist, die die Wärmetauscherbetten enthalten.

Aufgrund der bei derartigen Vorrichtungen auftretenden, sehr hohen Temperaturen weisen die meisten dieser Ventile Metall/ Metall-Dichtungsflächen auf. Aus verschiedenen Gründen kann die durch diese Ventile in ihrem «geschlossenen» Zustand erzielte Abdichtung unvollständig sein, so dass zwischen den einzelnen Betriebsperioden beispielsweise die Abluft oder das Abgas von einer Fabrik in geringer Menge über die Ventile direkt in den Auslasskanal strömen und aus dem Schornstein ausströmen kann. In vielen Fällen ist dieses «Auslecken» nicht sehr bedeutsam, doch wenn die Abluft oder das Abgas hochgiftige oder stark korrodierende Bestandteile aufweist, kann selbst die geringste Menge von versehentlich ausströmender Abluft oder Abgas in die Umgebungsatmosphäre Gefahren für Personen und Sachen hervorrufen und Massnahmen der Behörden wegen eine Bruches der Umweltschutzgesetze hervorrufen. Wenn das Abgas oder die Abluft so ausströmt, dass sie im Ergebnis an der Verbrennungskammer vorbeiströmt, so wird der thermische Gesamtwirkungsgrad des Systems in nachteiliger Weise beeinträchtigt. Dieses unerwünschte Ausströmen kann weiterhin die Ventile und andere Bauteile der Vorrichtung beschädigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das unerwünschte Ausströmen von Gasen über geschlossene Ventile verringert oder verhindert wird, so dass die Gefahr von Umweltverschmutzungen praktisch ausgeschlossen ist und sich zudem ein erhöhter thermischer Wirkungsgrad derartiger Vorrichtungen ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst. Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform einer Verbrennungsvorrichtung, und

Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht der Ausführungsform der Verbrennungsvorrichtung nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie II-II in der Richtung gemäss Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Ausführungsform der Verbrennungsvorrichtung gezeigt. Abluft oder Abgase von einem industriellen Verfahren werden in üblicher Weise über eine Einlassleitung 18 einem obenliegenden Ringkanal 14 zugeführt, mit dem seinerseits eine Anzahl von Einlasskanälen 44 verbunden sind, die mit jeweiligen Wärmetauscherabschnitten 24 in Verbindung stehen, die jeweils ein Wärmetauscherbett 26 einschliessen. Es sei daraufhingewiesen, dass alle Wärmetauscherabschnitte 24 in der gleichen Weise aufgebaut sind und dass lediglich zwei dieser Wärmetauscherabschnitte dargestellt sind, um den Weg der Abluft oder der Abgase bei einem typischen Arbeitszyklus zu zeigen. Das Wärmetauscherbett 26 besteht aus einer Vielzahl von Keramikelementen 37, die beispielsweise kantig sind (und im folgenden auch als «Steine» bezeichnet werden) und die durch eine vordere mit Öffnungen vesehene Wand 27 und eine hintere mit Öffnungen versehene Wand 29 umgrenzt sind. Die Einlasskanäle 44 stehen mit einem Raum 24b ausserhalb der Begrenzungswand 29 in Verbindung.

Beim Einlasszyklus wird das Abgas oder die Abluft dem links dargestellten Wärmetauscherabschnitt 24 über einen einzigen Einlassventilsatz zugeführt und in den Raum 24b eingeleitet. Zu dieser Zeit ist ein einziger Einlassventilsatz 15,17 auf der rechten Seite geschlossen, und zwar ebenso wie ein linker Auslassventilsatz 31,33 während ein einziger Auslassventilsatz 21,23 auf der rechten Seite offen ist. Alle Auslassventile stehen in Verbindung mit einer Auslassringleitung 16, die über eine Leitung 34 mit

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einem Auslassgebläse 30 verbunden ist, deren Ausgang mit einem Kamin oder einem Schornstein 32 verbunden ist. Das Gebläse 30 ruft eine Saugkraft oder einen Unterdruck in der Auslassringleitung 16 und den zugehörigen Auslasskanälen, wie z. B. 46 und 56 hervor, so dass die Abluft oder das Abgas nach unten über die Einlasskanäle 44 und dann nach rechts durch das Wärmetauscherbett 26 strömt. Dieses Wärmetauscherbett 26 wurde durch die in der zentralen Hochtemperaturverbrennungs-oder Oxydationskammer 28 erzeugten Wärme aufgewärmt, die durch die von einem Brenner 49 an ihrem Boden erzeugte Flamme auf einer sehr hohen Temperatur, beispielsweise von 760 bis 816° C gehalten wird. Die Hitze innerhalb der in der Mitte angeordneten Kammer 28 heizt die Steine in allen Wärmetauscherbetten 26 auf, so dass das linke Wärmetauscherbett 26 die Abluft oder die Abgase vorwärmt, während diese sich von links nach rechts durch dieses Wärmetauscherbett bewegen. Die Abluft oder die Abgase werden dann durch die Kammer 28 hindurch gesaugt und werden in dieser Kammer auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt, bei der die Verunreinigungsstoffe zersetzt werden. Die Strömung verläuft dann durch die Steine des rechts angeordneten Wärmetauscherbettes 26. Das rechte Wärmetauscherbett 26 ist beträchtlich kühler als die nunmehr gereinigte Abluft oder das Abgas, weil dieses rechte Wärmetauscherbett in einem vorhergehenden Betriebszyklus von frischer unbehandelter Abluft oder von frischen Abgasen beströmt wurde, so dass nunmehr die bzw. das heisse, gerade gereinigte Abluft bzw. Abgas an das rechte Wärmetauscherbett einen grossen Teil der Wärme abgibt, die in der in der Mitte angeordneten Kammer aufgenommen wurde. Nach dem Durchlaufen des rechten Wärmetauscherbettes 26 gelangt die Abluft- oder Abgasströmung in abgekühltem Zustand in den Raum 24b, wobei diese Abluft- oder Abgasströmung auf einen Temperaturbereich von beispielsweise 200 bis 260° C abgekühlt wird.

Diese gekühlte, gereinigte Abgas- oder Abluftströmung wird dann mit Hilfe des Auslassgebläses 30 aus dem Raum 24b über den Auslasskanal 56, in die Auslassringleitung 16 und dann aus der Vorrichtung herausgeleitet.

Während des nächsten Betriebszyklus könnte beispielsweise die ankommende Abluft- und Abgasströmung von dem industriellen Verfahren in das System über die Einlassleitung 18, den Ringkanal 14, einen Einlasskanal 54 und über den offenen Einlassventilsatz 15,17 in den Raum 24b auf der rechten Seite eingeleitet werden. In diesem nächsten Betriebszyklus wäre dann der einzige Auslassventilsatz 21,23 auf der rechten Seite geschlossen, während auf der linken Seite ein einziger Einlassventilsatz 45, 47 geschlossen und der einzige Auslassventilsatz 31, 33 offen wäre. In der Zeit zwischen den Betriebszyklen kann jedoch eine gewisse Menge an ungereinigter Abluft oder ungereinigtem Abgas in dem Raum 24b auf der linken Seite gefangen sein, so dass, wenn der linke Auslassventilsatz 31,33 zu Beginn des nächsten Betriebszyklus geöffnet wird, die restliche Abluft oder Abgasströmung abgesaugt wird, ohne dass sie vorher gereinigt wurde. Im Fall von giftigen Gasen, wie z. B. Vinylchlo-rid, kann dies Schäden an Sachen und Verletzungen von Menschen hervorrufen. Selbst wenn die Ventile als vollständig geschlossen angenommen werden können, ist es möglich, dass der von dem Auslassgebläse 30 in der Auslassringleitung 16 und dem Auslasskanal 46 hervorgerufene Unterdruck einen Teil der Abluft oder des Abgases durch den Einlassventilsatz 45,47 auf der linken Seite in den linken Raum 24b einsaugen und durch den Auslassventilsatz 31, 33 auf dieser Seite absaugen könnte.

Ein derartiges Auslecken könnte beispielsweise durch eine unvollständige Abdichtung der Ventile hervorgerufen werden, die durch die hohen Temperaturen der durch sie strömenden Gase beschädigt sein könnten. Weil derartige Ventile üblicherweise Metall/Metall-Dichtungsflächen aufweisen, ist die Abdichtung dieser Ventile nicht so zuverlässig, wie dies mit stärker zusammendrückbaren Elementen erreicht werden könnte. Dies

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kann die Emission von schädlichen oder hochgiftigen Gasen in die Atmosphäre ermöglichen.

Erfindungsgemäss werden die Einlass- und Auslassventile in Sätzen von zwei Ventilen verwendet, beispielsweise die Ventile 45,47 und 31,33 auf der linken Seite und 15,17 und 21,23 auf der rechten Seite. Dadurch dass zwei Ventile in Serie verwendet werden, wird das unerwünschte Ausströmen weitgehend verhindert. Dies ergibt sich daraus, dass die Verwendung zweier derartiger Ventile in Serie einen doppelten Druckabfall längs dieser Ventile hervorruft, so dass der durch das Auslassgebläse 30 in den Einlasskanälen 44 und 54 und den Auslasskanälen 46 und 56 hervorgerufene Unterdruck wesentlich verringert wird. Entsprechend besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass gefährliche Mengen von schädlichen Gasen direkt in die Auslassringleitung 16 eingesaugt werden.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsart der Erfindung wird dieses unerwünschte Ausströmen dadurch weiter verringert, dass ein Teil der abgekühlten, gereinigten Abluft- oder Abgasströmung in den Raum zwischen jeden Satz von zwei Ventilen zurückgeleitet wird. Zu diesem Zweck ist die Pumpe 38 vorgesehen, die über einen Krümmer 35 mit dem Kamin oder Schornstein 32 und über eine Leitung 36 mit einerweiteren Ringleitung 20 in Verbindung steht. Die Ringleitung 20 weist beispielsweise horizontale Leitungsverbindungen 39 und 19 zu den jeweiligen Zwischenräumen zwischen den Sätzen von Einlassventilen 45,47 bzw. 15,17 auf. Diese Leitungsverbindungen führen unter Druck stehendes und gereinigtes Abgas in diese Räume ein und wirken damit im Sinne eines Verdrängens und Zurückdrängens aller Einlass-, Abluft- und Abgasströmungen, die anderenfalls die Einlassventilsätze 45,47 und 15,17passieren könnten, obwohl diese geschlossen sein sollten. In gleicher Weise kann, wenn der Einlassventilsatz 45,47 als geschlossen angenommen wird und eine gewisse Abluft- oder Abgasmenge in den Raum 24b auf der linken Seite noch vorhanden ist, diese Abluftoder Abgasmenge nicht nach oben an dem geschlossenen Ventilsatz 45,47 vorbei entweichen, weil der Druck des gereinigten Gases in dem Raum zwischen diesen beiden Einlassventilen höher ist. Wenn die rechte Seite in der Auslassbetriebsweise arbeitet, verhindert das über die Leitungsverbindung 19 zugeführte, unter Druck stehende Gas, dass Einlassgas nach unten an dem Einlassventilsatz 15,17 vorbei entweichen kann, wenn dieser als geschlossen angenommen wird, und es wird weiterhin jede nach oben gerichtete Bewegung irgendeines Gases durch den Ventilsatz 15,17 verhindert, wenn dieser als geschlossen angenommen wird.

Das unter Druck stehende und gereinigte Abgas wird weiterhin von der Ringleitung 20 über vertikale Leitungen 41 und Krümmer 22 im Raum zwischen den Auslassventilen 31,33 auf der linken Seite und 21,23 auf der rechten Seite zugeführt. Wenn sich der linke Wärmetauscherabschnitt 24 in der Einlassbetriebsweise befindet, verhindert auf diese Weise das zurückgeführte Abgas, dass irgendeine Menge an ungereinigter Abluft oder ungereinigtem Abgas in den Räumen 24b nach unten in die Auslassringleitung 16 gesaugt wird. Wenn der rechte Wärmetauscherabschnitt 24 in der Auslassbetriebsweise arbeitet, sind die Ventile 21 und 23 offen, so dass das gereinigte Gas in dem Raum zwischen diesen Ventilen keine Dichtungsfunktion erfüllt. Wenn der rechte Wärmetauscherabschnitt 24 in die Einlassbetriebsweise überführt wird, so werden die Ventile 21 und 23 geschlossen und durch Einführung des gereinigten Abgases zwischen diese Ventile abgedichtet.

Durch die beschriebene Betriebsweise kann das Vorbeiströmen ungereinigter Gase an den Ventilen beträchtlich verringert oder sogar vollständig unterbunden werden, so dass eine Umweltverschmutzung weitmöglichst verringert oder sogar verhindert wird. Wenn das Abgas oder die Abluft hochgiftig ist, beispielsweise im Fall von Vinylchlorid, sind Personenschäden durch die Erfüllung von scharfen Umweltschutzbestimmungen

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vermeidbar. Weiterhin kann durch die bechriebene Betriebsweise der thermische Wirkungsgrad des Gesamtsystems erheblich verbessert werden.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Oxydieren gesundheitsschädlicher Stoffe in Abluft und Abgasen aus Industrieverfahren kann mit einer Vielzahl von Wärmetauscherabschnitten ausgestattet sein, die jeweils Wärmetauscherbetten enthalten, die mit einer Hochtemperatur-Verbrennungs- oder Veraschungskammer in Verbindung stehen. Die Strömung der Abluft oder der Abgase durch die Wärmetauscherbetten und die Strömungsrichtung wird durch Einlass- und Auslassventile gesteuert, die jedem Wärmetauscherabschnitt zugeordnet sind.

In Serie geschaltete Doppelventile sind am Einlass und/oder Auslass jedes Wärmetauscherabschnittes vorgesehen, um ein Abströmen der Abluft oder Abgase an diesen Ventilen vorbei zu verringern oder zu verhindern, wenn sich diese Ventile im 5 geschlossenen Zustand befinden, so dass das Austreten von schädlichen Gasen in die Umgebungsluft verhindert wird. Durch die zusätzliche Einführung von gereinigtem, erhitztem und unter Druck stehendem Gas von der Verbrennungsvorrichtung zwischen die Ventile jedes Satzes kann das Ausströmen von schädli-10 chen Abluft- oder Abgasströmungen an einem der Ventile vorbei praktisch verhindert werden, wenn diese Ventile geschlossen sind.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Oxydieren gesundheitsschädlicher Stoffe in Abluft und Abgasen, mit einer Anzahl von Wärmetauscherabschnitten (24), in denen jeweils eine Vielzahl von Wärmetauscherelementen (37) angeordnet ist, wobei jedem Wärmetauscherabschnitt ein Einlasskanal (44,54) zum Zuführen von zu oxydierenden Abluft- und Abgasströmen und ein Auslasskanal (46,56) zum Abführen von oxydierten gasförmigen Produkten zugeordnet ist, und mit einer Hochtemperatur-Oxydationskam-mer (28), die mit jedem der Wärmetauscherabschnitte in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Einlasskanäle und Auslasskanäle mit jeweils einem Satz von zwei Ventilen (15,17,21,23; 31,33,45,47) versehen ist, diein Serie angeordnet sind, um im geschlossenen Zustand die Sicherheit gegen Leckverluste zu erhöhen und so zu verhindern, dass nicht oxydierte gesundheitsschädliche Stoffe die Vorrichtung verlassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Einlass- und Auslasskanäle mit jeweils einem Satz von zwei Ventilen (15, 17, 21, 23; 31, 33, 45, 47) versehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (20,35,36,38) zur Zuführung von unter Druck stehendem Gas an Zwischenräume zwischen je zwei Ventile eines Satzes vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Auslasskanäle mit einer Auslassringleitung (16) verbunden und Mittel (32) vorgesehen sind, um einen Teil der oxydierten Gase in dieser Auslassringleitung (16) zu den Zwischenräumen zwischen je zwei Ventilen (15,19,21,23; 31,33,45, 47) eines Satzes zurückzuführen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass jeder Wärmetauscherabschnitt (24) eine erste Kammer (24b) ausserhalb eines Wärmetauscherbettes (26) einschliesst, mit der die genannten Einlass- und Auslasskanäle verbunden sind, dass weiterhin ein Ringkanal (14) vorgesehen ist, mit dem jeder der Einlasskanäle verbunden ist, und dass eine Auslassringleitung (16) vorgesehen ist, mit der jeder der Auslasskanäle verbunden ist.