CH651375A5

CH651375A5 - Verbrennungsanlage zur reinigung von industrieabgasen.

Info

Publication number: CH651375A5
Application number: CH5670/80A
Authority: CH
Inventors: Edward H Benedick
Original assignee: Regenerative Environ Equip
Priority date: 1979-07-25
Filing date: 1980-07-24
Publication date: 1985-09-13
Also published as: JPS5620920A; GB2055458A; US4267152A; GB2055458B; DE3027753A1; JPH023083B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsanlage zur Reinigung von luftverunreinigenden Industrieabgasen, insbesondere mit einer grossen Verbrennungskammer mit einem einzigen Brenner, wobei in der Kammer der Temperaturgradient sehr gross ist.

Es sind Verbrennungsanlagen bekannt, in die Industrieabgase eingeleitet werden, um ihren Schadstoffgehalt durch eine Umwandlung ihre Bestandteile in einfacherere und harmlosere Gase herabzusetzen. Einige solcher Verbrennungsanlagen arbeiten nach dem Prinzip der thermischen Regenerierung, so dass die in der Verbrennungs- oder Oxydationskammer erzeugte Wärme weitgehend zurückgewonnen wird, bevor das in seine Bestandteile zerlegte Abgas abgezogen und in einen Kamin eingeleitet wird. Ein derartiges thermisches Regenerationssystem ist im US-Patent 3 895 918 (James H. Mueller) erläuert. Bei diesem System sind mehrere Wärmetausch-Sektionen um eine zentrale Hochtemperaturkammer gruppiert und stehen mit dieser Kammer in Verbindung. Jede Wärmetausch-Sektion umfasst eine Wärme-tauscher-Fütterung, bestehend aus vielen feuerfesten Elementen aus Keramik od. dgl., die durch äussere und innere perforierte Stützwände zusammengehalten werden. Ein zu reinigendes Abgas wird über einen Einlassringkanal beschickt, welcher abzweigende Rohre aufweist, die das Abgas zu bestimmten Wärmetausch-Sektionen verteilen, wenn immer die diesen zugeordneten Einlassventile offen sind. Bei derartigen Anlagen wird das Abgas so geleitet, dass es die Wärmetausch-Fütterung durchquert, wobei an dieser von der Vorder- zur Rückseite ein Temperaturgefälle aufgrund der in der zentralen Verbrennungskammer, mit der der jeweilige Wärmetauscher in Verbindung steht, erzeugten Wärme bestehen kann.

Die Verbrennungskammer selbst kann sehr gross sein und am Bodenbereich einen einzigen Brenner besitzen. Aus diesem Grund ist die Temperaturverteilung innerhalb der Kammer sehr ungleichmässig, derart, dass sie zu ihrem oberen Ende hin wenigerwarm ist als an ihrem Bodenbereich, an dem sich der Brenner befindet. Mithin ist es möglich, dass ein Teil des durch den Wärmetauscher in die Verbrennungskammer hineingezogenen Abgases nicht auf die für eine im wesentlichen vollständige Oxydation seiner Bestandteile erforderliche Temperatur gebracht wird, so dass einige der unvollständig verbrannten Bestandteile mit dem Rest des Abgases aus dem Kamin ins Freie gelangen.

Eine mögliche Abhilfe besteht im Einsatz mehrerer Brenner, die an unterschiedlichen Punkten über die Verbrennungskammer verteilt sind. Dies ist jedoch eine vergleichsweise kostenaufwendige Lösung, insofern, als jeder Brenner einen eigenen Ventilsatz, Regeleinrichtungen, Wärmefühlerund dgl. benötigt. Auch lässt sich mit mehreren Brennern keine gleichförmige Wärmeverteilung in der Kammer sicherstellen, vielmehr werden einige Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturgradienten in der Kammer gebildet. Ferner benötigt jeder Brenner eine eigene Zuleitung von Verbrennungsluft, welche verglichen mit der gewünschten Temperatur innerhalb der Oxydationskammer relativ kühl ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anlage zu schaffen, die insbesondere eine gleichförmigere Wärmeverteilung und folglich auch einen grösseren thermischen Wirkungsgrad besitzt, eine geringere Emission von unvollständig oxidier-ten Industrieabgasen in die Luft aufweist, die ausserdem vergleichsweise kostengünstig in ihrer Herstellung und ihrem Betrieb ist, und insgesamt weniger Verbrennungsluft aus der Umgebung benötigt als dies bei bekannten Anlagen der Fall ist.

Als Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung bei einer Verbrennungsanlage der eingangs definierten Art in einer Einrichtung zur Feststellung des Erreichens einer vorbestimmten Temperatur innerhalb der Verbrennungskammer und in einer weiteren Einrichtung zum Mischen von Heizgas mit den in die Kammer einströmenden Abgasen, sobald die vorbestimmte Temperatur erreicht und festgestellt wird, um dadurch ein gleichförmiges Verbrennen dieses Gemisches in der ganzen Kammer sicherzustellen.

Weitere sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beziehende Merkmale sind in den Ansprüchen 2 bis 8 gekennzeichnet.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung, die eine schematische Teil-Seitenansicht darstellt, näher erläutert.

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Wie auch bei der vorstehend beschriebenen bekannten Anlage umfasst die Ausführungsform nach der Erfindung eine zentrale Hochtemperatur-Verbrennungskammer 50, an deren unterem Abschnitt ein Brenner 46 angeordnet ist, und welche eine Vielzahl von Wärmetausch-Sektionen, wie die dargestellte Sektion 17 umfasst, die mit der Kammer in Verbindung stehen. Die Sektion 17 umfasst eine Wärmetausch-Fütterung 17e aus keramischen Elementen oder einem feuerfesten Material 17c, welche zwischen einer nichtgezeigten vorderen und einer hinteren perforierten Wand 17b eingesetzt sind. Von einem industriellen Prozess stammende Abgase werden einem oder mehreren Sektionen 17 über ein Einlassrohr 12, das mit einem Einlassringkanal 14 in Verbindung steht, zugeführt. Vertikalrohre 15 verbinden den Ringkanal mit einem Raum 17d im hinteren, d.h. dem nach auswärts bezüglich der Abstützwand 17b liegenden Bereich. Vertikale Auslassrohre 19 verbinden diesen Raum 17d über Auslassventile 27 mit einem Auslassringkanal 44. Dieser ist seinerseits über ein Auslassrohr 42 mit einem nichtgezeigten Abgasgebläse verbunden, dessen Ausgang wiederum an einen Kamin angeschlossen ist. Ein solenoidgesteuertes Durchgangsventil 13 im Vertikalrohr 15 reguliert den Einlass zur Sektion 17. Wenn dieses Ventil 13 geöffnet und ein entsprechendes Auslassventil 27 geschlossen ist, wird durch den an die zentrale Verbrennungskammer 50 von einem nicht gezeigten Abgasgebläse, das an den Auslassringkanal 44 über das Auslassrohr 42 angeschlossen ist, ein Unterdruck in der Verbrennungskammer erzeugt, der die Abgase aus dem Raum 17d durch die Fütterung 17e hindurch in die Verbrennungskammer 50 hineinsaugt und entsprechend auch wieder über eine andere, vergleichsweise weniger erwärmte Fütterung, die zu einer anderen Sektion 17 gehört, aus der Anlage abgesaugt.

Der Brenner 46 wird mit Brennstoff, beispielsweise Erdgas, über ein in einer Brennstoff-Hauptzufuhrleitung 49 liegendes Einlassventil 34 versorgt. Ein weiteres Modulations-Ventil 36,38 liegt in Reihe zum Ventil 34 und ist mit einer Temperaturanzeige-Regelung 45 verbunden. Diese ist direkt an einen Thermoelement-Wärmefühler 54 angeschlossen, der in der Kuppel 40 der Verbrennungskammer 50 angeordnet ist. Diese Thermoelement-Regelung ist üblicherweise so ausgebildet, dass sie eine Heizgaszufuhr zum Brenner 46 derart regelt, dass eine Arbeitstemperatur an der Oberseite der Kammer 50 von etwa 790°C (1450°F) eingehalten wird. Auch bewirkt diese Regelung unter bestimmten Betriebsbedingungen, dass der Brenner auf eine Temperatur unter 760° C (1400°F) heruntergeregelt wird. Auch kann diese Regelung bewirken, dass der Brenner heruntergeregelt wird, wenn die Temperatur in der Verbrennungskammer 50 einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet. Eine Zündgaszufuhr zum Zünden des Brenners ist nach dem Ventil 34 von der Gasleitung 49 abgezweigt und wird durch eine Leitung 23, ein Ventil 32 und eine Zündleitung 47 dem Brenner zugeführt.

Ferner ist ein Ventil 30 vorgesehen, welches handbetätigbar ausgeführt sein kann und abgesperrt werden kann, wenn Wartungsarbeiten am Brenner oder der Anlage ausgeführt werden sollen.

Wenn die Verbrennungskammer 50 sehr hoch ist, wird durch einen einzigen Brenner 46, der sich am Bodenbereich 48 befindet, eine sehr ungleichmässige Temperaturverteilung in der Kammer auftreten, wobei am Boden die höchsten Temperaturen und am oberen Abschnitt die niedrigsten Temperaturen sind, mit der Folge, dass Mengenanteile von Abgasen, die von links nach rechts durch die Wärmeaustausch-Fütterung 17e hindurchtreten,

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nicht einer vollständigen Verbrennung unterzogen werden können. Deshalb werden die Gase mit dem Austritt aus der Kammer 50 zusammen mit dem gereinigten Abgas über den Auslassringkanal 44 aus der Anlage herausbefördert. Bei der erfindungsge-mässen Anlage wird ein Teil des Heizgases von der Zufuhrleitung 49 über eine Zweigleitung 23 abgetrennt und der Verbrennungskammer zusammen mit einströmendem Abgas zugeführt. Diese Zweigleitung 23 besitzt eine Sicherheits-Querschnittseinschnü-rung 28, um einen explosionssicheren Betrieb bei 5-6 % LEL (Lower Explosiv Limit) sicherzustellen. In der Leitung 23 ist auch ein solenoidgesteuertes Sicherheitsventil 24,26 angeordnet, das mit einer Regeleinrichtung 45 in Verbindung steht, so dass über das Ventil die direkte Zufuhr von Heizgas zur Kammer 50 verhindert wird, bis die Temperatur in der Kammer zumindest 760° C (1400°F) erreicht hat. Bei dieser Temperatur wird gewährleistet, dass sich das Heizgas, wenn es der Kammer 50 zugeführt wird, selbst entzündet, wodurch die Explosionsgefahr vermieden wird.

In Serie mit dem Ventil 24 befindet sich ein Modulationsventil 22 mit seinem Betätigungsglied 20, das von einer Temperatur-Aufzeichnungsregelung 18 angesteuert wird. Diese Regelung 18 ist an einen zweiten Thermoelement-Temperaturfühler 52 angeschlossen, der in der Kuppel 40 angeordnet ist. Ferner ist diese Regelanordnung mit der Regeleinrichtung 45 verbunden und derart eingestellt, dass ihr Arbeitsbereich oberhalb desjenigen der Regeleinrichtung 45 liegt, d. h. über790°C(1450°F). Diese Regelungsanordnung wird so installiert, dass die Regelungseinrichtung 45 übersteuert werden kann und ihr niedrigster unterer Alarmpunkt liegt mindestens so hoch wie die untere Einstellung der Regeleinrichtung 45. Somit ermöglicht die Modulations-Ventilanordnung 20,22 die Zufuhr einer genügenden Menge z.B. unverbrannten Erdgases zum Gasverteiler 16, der sich im Einlassstrom des Abgases im Einlassringkanal 14 befindet, um die Temperatur der zentralen Verbrennungskammer 50 auf etwa 815 bis 870°C (1500 bis 1600°F) anzuheben und zu halten. Gleichzeitig würde dann der Brenner 46 auf kleiner Flamme brennen, da seine Regelungseinrichtung so eingestellt werden kann, dass sie die Haupt-Gaszufuhrverringert, wenn dieTempe-ratur beispielsweise 790°C (1450°F) übersteigt. Auf diese Weise wird von dem Abgas die meiste Verbrennungsluft für den Brenner geliefert, welcher im wesentlichen stöchiometrisch arbeitet und nur wenig Umgebungsluft verbraucht.

Der Einsatz dieser Anlage ist in hohem Grade fortschrittlich, insbesondere bei Anlagen mit einer grossvolumigen Verbrennungskammer und einer relativ lokalen Wärmequelle. Bei einem derartigen Aufbau ergäbe sich eine stark unterschiedliche Wärmeverteilung innerhalb der Kammer, was zu einer unvollständigen Verbrennung zumindest eines Teiles des ankommenden Abgases führen würde. Ein Mischen des Abgases mit einem Teil des Heizgases vor dem Eintritt in die Brennkammer gestattet eine gleichförmige Selbstentzündung des Gemisches in der gesamten Kammer. Gegenüber einer alternativen Ausstattung der Brennkammer mit mehreren Brennern benötigt die beschriebene Anlage weniger kalte Umgebungsluft, wodurch der thermische Wirkungsgrad steigt, vor allem, weil der Hauptbrenner im Betrieb üblicherweise auf kleiner Flamme brennt, nachdem das unverbrannte Heizgas zugegeben wurde und die Anlage stöchiometrisch bei minimalem Umgebungsluft-Bedarf arbeitet.

Es können auch noch Modifikationen der Anlage vorgenommen werden, ohne dass dadurch der allgemeine Erfindungsbereich verlassen werden würde.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verbrennungsanlage zur Reinigung von luftverunreinigenden Industrieabgasen mit einer durch eine Hauptwärmequelle beheizten Verbrennungskammer, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (54,45) zur Feststellung des Erreichens einer vorbestimmten Temperatur innerhalb der Verbrennungskammer (50) und eine weitere Einrichtung zum Mischen von Heizgas mit den in die Kammer einströmenden Abgasen, sobald die vorbestimmte Temperatur erreicht und festgestellt wird, um dadurch ein gleichförmiges Verbrennen dieses Gemischs in der ganzen Kammer sicherzustellen.

2. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung (36,38,45) zum Senken der von der Hauptwärmequelle (46) gelieferten Wärme beim Verbrennen des Gemisches in der Kammer (50).

3. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwärmequelle ein gasbeheizter Brenner (46) ist, dem das Heizgas zugeführt wird, und dass die Mischeinrichtung Anordnungen (21,22,23,24,28,30,32) umfasst, die einen Teil des Heizgases aufnehmen und dieses im wesentlichen gleichförmig im Einlassstrom der Abgase zur Verbrennungsanlage verteilen.

4. Verbrennungsanlage nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch weitere Anordnungen zur Verhinderung der Mischung von Heizgas mit Abgas, wenn die Temperatur in der Kammer eine vorbestimmte Grenze "überschreitet.

5. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in der Verbrennungskammer (50) vorgesehenen ersten Temperaturfühler (54), eine Heizgas-Zuführung (49) zum Brenner, eine mit dem ersten Temperaturfühler (54) verbundene Regeleinrichtung (45) zur Regulierang der in die Kammer eingeleiteten Heizgasmenge in Abhängigkeit von der Kammerinnentemperatur, die mit der Heizgaszuführung (49) verbundene Mischeinrichtung (16) zum Mischen des Heizgases mit dem Abgas, eine weitere Einrichtung (21,23,25) zur Zufuhr des Heizgases zur Mischeinrichtung (16), einen zweiten, in der Verbrennungskammer (50) vorgesehenen Temperaturfühler (52) und eine an den zweiten Temperaturfühler (52) und die weitere Zuführungseinrichtung angeschlossene Regelanordnung (18,20,22) zum Regulieren der Heizgaszufuhr zu der Mischeinrichtung (16) in Abhängigkeit von der über den zweiten Temperaturfühler (52) ermittelten Temperatur.

6. Verbrennungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (45) und die Regelanordnungen (18, 20,22) funktional aufeinander abgestimmt sind.

7. Verbrennungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der weiteren Zuführeinrichtung (25) ein Element (28) mit unveränderbarem Querschnitt zur Begrenzung einer maximalen Heizgasmengen-Zufuhr vorgesehen ist.

8. Verbrennungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Temperaturfühler (54,52) in der Verbrennungskammer (50) installierte Thermoelemente sind, und dass die Regeleinrichtung und die Regelanordnung jeweils ein Modulationsventil (36,38 bzw. 22,20) mit zugehörigen Reglern (45,18) umfassen, die jeweils an eines der Thermoelemente angeschlossen sind.