DD255777A1

DD255777A1 - DEVICE FOR THE THERMAL AFTERBURNING OF PROCESS GASES

Info

Publication number: DD255777A1
Application number: DD29585586A
Authority: DD
Inventors: Manfred Kahnt; Joachim Wiese
Original assignee: Fuerstenwalde Chem Tankanlagen
Priority date: 1986-11-03
Filing date: 1986-11-03
Publication date: 1988-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Prozessgassen, die maximal einen Schadstoffgehalt von bis zu 20 % der unteren Explosionsgrenze aufweisen. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Lebensdauer und Funktionszuverlässigkeit bei häufiger Frequenz von Temperatur- und Durchlastwechsel. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass heiß- und stirneingangsseitig am Wärmeübertrager voneinander getrennt ein Reingasleit- und -umlenkraum sowie ein Rohrgasleit- und -umlenkraum vorgesehen ist, der seinerseits um das Flammrohr konzentrisch angeordnet ist, und dass zwischen Nachbrennkammer und Rohrgasleit- und -umlenkraum, unmittelbar hinter dem Flammenrohr, eine Vorbrenn- und Mischkammer mit einer Turbulenzblende angeordnet ist, und dass das Querschnittsverhältnis von Nachbrennkammer und Reingasströmungsraum 0,8 bis 1,2 beträgt. FigurThe invention relates to a device for the thermal afterburning of process aisles, which have a maximum pollutant content of up to 20% of the lower explosion limit. The object of the invention is to increase the life and reliability of operation at frequent frequency of temperature and Durchlastwechsel. This object is achieved in that a clean gas and deflecting space and a Rohrgasleit- and deflection space is provided on the hot and the inlet side of the heat exchanger separated from each other, which in turn is arranged concentrically around the flame tube, and that between Nachbrennkammer and Rohrgasleit- and-deflecting , immediately behind the flame tube, a Vorbrenn- and mixing chamber is arranged with a turbulence diaphragm, and that the cross-sectional ratio of Nachbrennkammer and clean gas flow space is 0.8 to 1.2. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zurthermischen Nachverbrennung von Prozeßgasen, die maximal einen Schadstoffgehalt bis zu 20% der unteren Explosionsgrenze aufweisen, bestehend aus einer liegend angeordneten Nachbrennkammer, einem Flammenrohr mit Brenner, einem die Nachbrennkammer umhüllenden Reingasströmungsraum und einem alles konzentrisch umgebenden Wärmeübertrager.The invention relates to a device for thermal afterburning of process gases, which have a maximum pollutant content up to 20% of the lower explosion limit, consisting of a horizontally disposed afterburner, a flame tube with burner, a clean gas surrounding the afterburner chamber and a concentrically surrounding all heat exchanger.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders für die thermische Nachverbrennung von im Anfallzustand nicht explosiblen Prozeßgasströmen von lackverarbeitenden Beschichtungsanlagen geeignet.The device according to the invention is particularly suitable for the thermal afterburning of non-explosive process gas streams of paint-processing coating systems in the onset condition.

Characteristic of the known technical solutions

Bei verschiedenen Industrieprozessen fallen Prozeßgase an, die mit brennbaren Schadstoffen, beispielsweise Lösemitteln, beladen sind, die hohe Heizwerte aufweisen und im Anfallzustand nicht explosibel sind.In various industrial processes, process gases accumulate which are laden with combustible pollutants, for example solvents, which have high calorific values and are not explosive in the onset condition.

Zur Reinigung dieser schadstoffbeladenen Prozeßgase sind verschiedene Vorrichtungen bekannt.Various devices are known for the purification of these pollutant-laden process gases.

Die DE-OS 2352204 beschreibt eine Brennkammer mit integriertem Wärmetauscherund ein Verfahren zur Verbrennung von Störstoffen in Abgasen, deren Flammrohr sowohl vom Wärmetauscher als auch vom Hauptbrennraum umgeben ist, wobei das Volumen des Hauptbrennraumes wesentlich größer als das des Flammrohres ist. Der Brenner mit den Einrichtungen zur Zuführung des aufgeheizten Abgases und des Brennstoffes ist an dem dem Hauptbrennraum entgegengesetzten Ende des Flammenrohres angeordnet. Nachteilig an dieser bekannten technischen Lösung ist die platzaufwendige Bauart, bedingt durch die konstruktive Anordnung des Hauptbrennraumes hinter dem Wärmetauscher.DE-OS 2352204 describes a combustion chamber with integrated heat exchanger and a method for combustion of contaminants in exhaust gases, the flame tube is surrounded by both the heat exchanger and the main combustion chamber, wherein the volume of the main combustion chamber is substantially larger than that of the flame tube. The burner with the means for supplying the heated exhaust gas and the fuel is arranged at the opposite end of the main combustion chamber of the flame tube. A disadvantage of this known technical solution is the space-consuming design, due to the structural arrangement of the main combustion chamber behind the heat exchanger.

Durch die thermisch stark belastete Außenwand sind hohe Wärmeverluste zu verzeichnen.Due to the thermally heavily loaded outer wall high heat losses are recorded.

Nachteilig ist weiterhin der schlechte Ausbrand im Flammrohr, resultierend aus einer durch hohe Strömungsgeschwindigkeit im engen Querschnitt des Flammrohres und geringer Verweilzeiten verursachten geringen Vermischung von aufgeheiztem Abgas und Flammenrauchgas.Another disadvantage is the poor burnout in the flame tube, resulting from a low mixing of heated exhaust gas and flame flue gas caused by high flow velocity in the narrow cross section of the flame tube and low residence times.

Die die Vermischung verbessernden Dralleinrichtungen führen zu erhöhten Druckverlusten und somit zu zusätzlichen Energiekosten.The mixing improving swirl devices lead to increased pressure losses and thus to additional energy costs.

Verbrennungsvorrichtungen zur Verbrennung von Störstoffen in Abgasen beschreiben die DE-OS 3043286 sowie DE-PS 3014269. Diese Vorrichtungen bestehen aus einem Brenner und einer Mischvorrichtung mit sich anschließendem Hochgeschwindigkeitsrohr, an dessen freien Ende eine als Brennraum ausgeführte Wirbelkammer angeordnet ist, in welche das Hochgeschwindigkeitsrohr hineinragt. Die Wirbelkammer steht mit einem Nachbrennraum in Verbindung, der konzentrisch von einem Wärmeübertrager umgeben ist, dessen Rohre entweder beidseitig in Lochplatten eingefügt, oder nur einseitig mit am anderen Ende in einer den Brennervorbau konzentrisch umgebenden Trommel eingefügt sind. Diese Trommel ist mit einem Ausströmkonus verbunden, der unter Bildung einer Venturidüse im Hochgeschwindigkeitsrohr mündet. Am Ende des Brennervorbaus kann wahlweise ein verstellbarer Blendenring angeordnet sein. Die Trommel ist an der dem Brenner zugewandten Seite mit einer bis zur Außenwand reichenden beweglichen Trennwand verbunden.Combustion devices for combustion of contaminants in exhaust gases describe DE-OS 3043286 and DE-PS 3014269. These devices consist of a burner and a mixing device with subsequent high-speed tube, at its free end designed as a combustion chamber vortex chamber is arranged, which projects into the high-speed tube , The vortex chamber communicates with a Nachbrennraum in connection, which is concentrically surrounded by a heat exchanger, the tubes are inserted either on both sides in perforated plates, or only one side are inserted at the other end in a concentric drum surrounding the burner stem. This drum is connected to a discharge cone, which opens to form a venturi in the high-speed tube. Optionally, an adjustable diaphragm ring can be arranged at the end of the burner body. The drum is connected to the burner side facing the burner with a reaching to the outer wall movable partition.

Diese bekannten technischen Lösungen haben den Nachteil, daß das Venturirohr eine gleichgerichtete Strömung aufbaut, und so die notwendige Durchmischung unterdrückt.These known technical solutions have the disadvantage that the Venturi tube builds a rectified flow, and thus suppresses the necessary mixing.

Nachteilig ist weiterhin, daß die hohe Strömungsgeschwindigkeit im Hochgeschwindigkeitsrohr auf Grund der sehr kleinen Verweilzeiten keine gute Durchmischung zuläßt.A further disadvantage is that the high flow velocity in the high-speed pipe due to the very small residence times does not allow good mixing.

Die dem Hochgeschwindigkeitsrohr nachgeschaltete Wirbelkammer macht diese Verbrennungsvorrichtungen materialaufwendig und bedingt einen höheren Platzaufwand zum Aufstellen der Vorrichtung.The high-speed tube downstream vortex chamber makes these combustion devices material and requires a lot of space to set up the device.

Ein weiterer Nachteil ist die thermisch stark belastete Außenwand mit den daraus resultierenden hohen Wärmeverlusten bzw. der hohe Aufwand zur Vermeidung dieser Wärmeverluste.Another disadvantage is the thermally heavily loaded outer wall with the resulting high heat losses and the high cost of avoiding these heat losses.

Aus der DE-OS 2654051 ist eine Vorrichtung zur Verbrennung von Rauchgasen bekannt, die aus einer Nachverbrennungskammer, einem Rauchgasabzug und einem Wärmeübertrager besteht, wobei der Wärmeübertrager im Anschluß an die Nachverbrennungskammer angeordnet ist. Die aus Rauchgasen und Nachverbrennungsluft bestehendeFrom DE-OS 2654051 a device for the combustion of flue gases is known, which consists of a post-combustion chamber, a flue gas outlet and a heat exchanger, wherein the heat exchanger is arranged following the post-combustion chamber. The existing of flue gases and Nachverbrennungsluft

Mischung wird im Wärmeübertrager auf eine solche Temperatur erhitzt, daß die Nachverbrennung ohne Zusatzbrennstoff erfolgt.Mixture is heated in the heat exchanger to a temperature such that the afterburning takes place without additional fuel.

Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung sind die zur Erreichung der notwendigen Vorwärmung und Vermischung notwendigen großen Abmessungen, die wiederum einen hohen Aufwand an Material, Arbeitszeit und Kosten verursachen.A disadvantage of this known device are necessary to achieve the necessary preheating and mixing large dimensions, which in turn cause a high cost of material, labor and costs.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Lebensdauer und Funktionszuverlässigkeit bei häufiger Frequenz von Temperatur- und Durchsatzlastwechsel, in der Verminderung des Fremdenergieeinsatzes, in der Senkung des apparativen Aufwandes und in der Einsparung von Material und Kosten sowie des Platzbedarfes für die Vorrichtung bei gleichzeitiger Verbesserung des Umweltschutzes.The aim of the invention is to increase the life and reliability of the function with frequent frequency of temperature and throughput load changes, in the reduction of the use of external energy, in reducing the expenditure on equipment and in the saving of material and costs and the space required for the device while improving of environmental protection.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Prozeßgasen zu schaffen, die bei kleiner Bauart hohe Verweilzeiten und eine gute Durchmischung ermöglicht.The invention has for its object to provide a device for the thermal afterburning of process gases, which allows high residence times and good mixing with a small design.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß heiß- und stirneingangsseitig am Wärmeübertrager voneinander getrennt ein Reingasleitraum und -umlenkraum sowie ein Rohgasleitraum und -umlenkraum vorgesehen ist, der seinerseits um das Flammenrohr konzentrisch angeordnet ist, und daß zwischen Nachbrennkammer und Rohgasleitraum und -umlenkraum, unmittelbar hinter dem Flammenrohr, eine Vorbrenn-und Mischkammer mit einer Turbulenzblende angeordnet ist, und daß das Querschnittsverhältnis von Nachbrennkammerund Reingasströmungsraum 0,8 bis 1,2 beträgt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin dadurch gelöst, daß im Reingasleitraum und -umlenkraum eine Lochblechzarge mit Steifen angeordnet ist.This object is achieved in that the hot and the inlet side of the heat exchanger separated from each other a Reingasleitraum and deflection space and a Rohgasleitraum and deflection space is provided, which in turn is concentrically disposed around the flame tube, and that between Nachbrennkammer and Rohgasleitraum and-deflection, directly is arranged behind the flame tube, a Vorbrenn- and mixing chamber with a Turbulenzbrende, and that the cross-sectional ratio of Nachbrennkammer and clean gas flow space is 0.8 to 1.2. According to the invention, the object is further achieved in that a perforated sheet metal frame with stiffeners is arranged in the clean gas duct and deflection space.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Die dazugehörige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Prozeßgasen imThe accompanying drawing shows a device according to the invention for the thermal afterburning of process gases in

Schnitt. .Cut. ,

Im axialen Zentrum der Vorrichtung, eingelagert in den Reingasströmungsraum 9, befindet sich eine Nachbrennkammer 2, die stirneingangsseitig von einer formsteif wirkenden Turbulenzblende 7, an die sich eine Vorbrenn- und Mischkammer 15 anschließt, begrenzt wird. Ausgangsseitig ist die Nachbrennkammer 2 konisch verjüngt. Ein Wärmetauscher 3 umgibt den Reingasströmungsraum 9 ganzflächig. Heiß- und stirneingangsseitig sind am Wärmeübertrager 3, voneinander getrennt ein Reingasleitraum und -umlenkraum 8 sowie ein Rohgasleitraum und -umlenkraum 10 vorgesehen. In dem Reingasleitraum und -umlenkraum 8 ist eine Lochblechzarge 17 mit Steifen 18 angeordnet. In den Rohgasleitraum- und-umlenkraum 10 ragt das Flammenrohr 1 hinein, in welchem der Brenner 5 angeordnet ist. Zwischen der Ausgangsseite des Flammenrohres 1 und der Turbulenzblende 7 befindet sich eine Vorbrenn-und Mischkammer 15.In the axial center of the device, embedded in the clean gas flow space 9, there is an afterburner chamber 2 which is bounded on the inlet side by a vortex-acting vortex diaphragm 7, to which a precombustion and mixing chamber 15 adjoins. On the output side, the afterburner chamber 2 is conically tapered. A heat exchanger 3 surrounds the clean gas flow space 9 over its entire surface. On the heat exchanger 3 and on the heat exchanger 3, a clean gas guide space and deflection space 8 as well as a raw gas guide space and deflection space 10 are provided separately from one another. In the clean gas duct and-deflecting 8 a perforated plate frame 17 is arranged with stiffeners 18. Into the Rohgasleitraum- and deflection space 10 projects into the flame tube 1, in which the burner 5 is arranged. Between the output side of the flame tube 1 and the turbulence diaphragm 7 is a pre-combustion and mixing chamber 15th

Im Innenmantel 16 des Wärmeübertragers 3 ist ein ringförmiger Dehnungsausgleich 6 angeordnet.In the inner shell 16 of the heat exchanger 3, an annular expansion compensation 6 is arranged.

Die Massekräfte des Rohrbodens 4 des Wärmeübertragers 3 werden durch fixierte Gleitschuhe 14 aufgenommen.The mass forces of the tube plate 4 of the heat exchanger 3 are absorbed by fixed sliding blocks 14.

Im Reingas-Austritt 13 befindet sich eine Regelklappe 11. Das anfallende, schadstoffbeladene Prozeßgas gelangt über den Eintritt 12 in den Wärmeübertrager 3, und durchströmt diesen mantelseitig, schikanenartig, wobei eine Aufheizung auf ca. 500⁰C erfolgt. Nach dem Durchströmen des Rohgasleitraum und -umlenkraumes 10 ist das Rohgas in der Vorbrenn- und Mischkammer 15, direkt vor dem Flammenrohr 1. Dort kommt es zu einer intensiven Durchmischung des vorgewärmten Rohgases mit den heißen Flammenrauchgasen. Je nach Temperaturführung beträgt der Schadstoff abbau 60 bis 90%, Der Gasstrom wird durch die Strömungseinengung der Turbulenzblende 7 durchgewirbelt und der Naehbrennkammer 2 zugeführt. Bei einer Temperatur von 75O⁰C und einer Verweilzeit von 0,6sec. erfolgt der Schadstoffabbau bis zu 99%.In the clean gas outlet 13 is a control valve 11. The resulting, pollutant-laden process gas passes through the inlet 12 in the heat exchanger 3, and flows through this shell side, harassment-like, with heating to about 500 ⁰ C. After flowing through the Rohgasleitraum and-deflecting 10, the raw gas in the precombustion and mixing chamber 15, directly in front of the flame tube 1. There is an intensive mixing of the preheated crude gas with the hot flue gases. Depending on the temperature control of the pollutant degradation is 60 to 90%, the gas flow is swirled through the flow restriction of the turbulence diaphragm 7 and the Naehbrennkammer 2 fed. At a temperature of 75O ⁰ C and a residence time of 0.6sec. pollutant removal takes place up to 99%.

Je nach Öffnung der Regelklappe 11 strömt das Reingas teilweise direkt in den'Reingas-Austritt 13 bzw. durch den Reingasströmungsraum 9 sowie den Reingasleitraum und -umlenkraum 8 durch den Wärmeübertrager 3 zum Reingas-AustrittDepending on the opening of the control flap 11, the clean gas flows partly directly into the venturi outlet 13 or through the clean gas flow chamber 9 and the clean gas duct and deflection chamber 8 through the heat exchanger 3 to the clean gas outlet

Mittels der Regelklappe 11 erfolgt eine Regelung der Rohgasvorwärmtemperatur auf ca. 500⁰C.By means of the control valve 11 takes control of the Rohgasvorwärmtemperatur to about 500 ⁰ C.

Ausgangsseitig kann das heiße Reingas einer sekundären Abwärmeverwertung zugeführt werden.On the output side, the hot clean gas can be fed to a secondary waste heat recovery.

Claims

T. Apparatus for the thermal afterburning of process gases having a maximum pollutant content up to 20% of the lower explosion limit, consisting of a horizontally disposed afterburner, a flame tube with burner, the Nachbrennkammer enclosing clean gas flow space and a concentrically surrounding all heat exchanger, characterized in that a clean gas duct and deflection space (8) and a Rohgasleitraum and deflection space (10) is provided, which in turn around the flame tube (1) is concentrically arranged, and that between Nachbrennkammer (2) and Rohgasleitraum and -breath space (10), immediately behind the flame tube (1), a Vorbrenn- and mixing chamber (15) with a Turbulenzbrende (7) is arranged, and that the cross-sectional ratio of Nachbrennkammer (2) and clean gas flow space (9) 0, 8 to 1.2.

2. Device according to claim 1, characterized in that in the clean gas duct and-deflecting (8) a perforated plate frame (17) with strips (18) is arranged.