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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Abgasreinigungsvorrichtung,
die mindestens eine Brennkammer und mindestens einen Regenerator,
durch welchen ein zu reinigendes Rohgas der Brennkammer zugeführt wird,
umfasst.
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Es
ist bekannt, zu verbrennende Flüssigkeiten
direkt in die Brennkammer einer solchen Abgasreinigungsvorrichtung
einzudüsen.
Die Direkteindüsung
von Flüssigkeiten
in die Brennkammer ist jedoch nur für hochkalorische Rückstände und
allenfalls sehr kleine Mengen niedrigkalorischer Rückstände geeignet.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermische
Abgasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen,
welche es erlaubt, auch große
Mengen niedrigkalorischer Flüssigmedien
zu verbrennen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung mit
den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Abgasreinigungsvorrichtung mindestens eine Verdampfungskammer
umfasst, welcher ein Trägergas
aus der Brennkammer zuführbar
ist und in welcher ein der Verdampfungskammer zugeführtes Flüssigmedium
verdampfbar ist, wobei das verdampfte Flüssigmedium zusammen mit dem Trägergas dem
Rohgas vor dem Passieren des Regenerators zumischbar ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung
ersetzt die Verdampfungskammer die bei herkömmlichen Anlagen fehlende Verweilzeit, und die
Wärmeenergie
des Trägergases
bringt die für die
Verdampfung niedrigkalorischer Rückstände erforderliche
Mischenergie und die Energie für
die Änderung
des Aggregatzustandes auf.
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Durch
die Verwendung der Verdampfungskammer können problematische Flüssigrückstände energieneutral
in einem Verbund aus einer Verdampfungskammer und einem Thermoreaktor
oxidiert werden.
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Dabei
ist es keinesfalls erforderlich, die organischen Bestandteile aus
dem Flüssigrückstand
innerhalb der Verdampfungskammer vollständig zu oxidieren.
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Vielmehr
werden die in der Verdampfungskammer reagierten, teilreagierten
oder nur verdampften organischen Substanzen nach Verlassen der Verdampfungskammer
in den Rohgasstrom eingemischt, mit welchem die Verunreinigungen
in die Brennkammer der Abgasreinigungsvorrichtung gelangen und dort
zur vollständigen
Reaktion gebracht werden.
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Im
Normalfall wird der Flüssigrückstand, ohne
zu oxidieren, verdampft, so dass das Trägergas und der Rückstand
auf einem niedrigeren Temperatur-Niveau
vorliegen als das Trägergas
vor der Mischung mit dem Flüssigrückstand.
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Die
Kombination der Verdampfungskammer mit der Brennkammer und dem Regenerator
erlaubt es, auch niedrigkalorische Flüssigrückstände und Abwässer, die aufgrund ihrer Stoffzusammensetzung nicht
eigenständig
zünden
und deren Energieinhalt maximal dazu beiträgt, bei der Mischung mit dem Trägergas das
Temperaturniveau des Trägergases zu
halten, in hohen Mengen zu verbrennen.
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Die
Temperatur der Mischung aus dem Trägergas und dem verdampften
Flüssigmedium
am Austritt der Verdampfungskammer liegt in Abhängigkeit von den Verdampfungsverlusten
und in Abhängigkeit
von der Art der im Flüssigmedium
enthaltenen organischen Substanzen zwischen ungefähr 150°C und der
Temperatur des Trägergases
vor Eintritt in die Verdampfungskammer.
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Durch
teilweise Drosselung oder Erhöhung der
Trägergasmenge
lassen sich die Austrittstemperaturen der Mischung aus Trägergas und
verdampftem Flüssigmedium
beim Austritt aus der Verdampfungskammer variieren.
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Ebenso
kann durch Einmischen von Rohgas in den Trägergasstrom die Temperatur
des Trägergases
bei Bedarf nach unten korrigiert werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
Rohgas, das noch nicht in den Regenerator eingetreten ist, dem Trägergas aus
der Brennkammer vor dem Eintreten in die Verdampfungskammer zumischbar
ist, um die Temperatur des Trägergases
vor dem Eintreten in die Verdampfungskammer bei Bedarf abzusenken.
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Um
den Auslassbereich der Verdampfungskammer zu kühlen, kann vorgesehen sein,
dass Rohgas, das noch nicht in den Regenerator eingetreten ist,
einem Auslassbereich der Verdampfungskammer zuführbar ist.
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Um
das Flüssigmedium
in einfacher Weise verdampfen zu können, ist es günstig, wenn
die Abgasreinigungsvorrichtung mindestens eine Zerstäubungseinrichtung
zum Zerstäuben
des Fiüssigmediums
in der Verdampfungskammer umfasst.
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Auch
schwer verdüsbare
Medien können verarbeitet
werden, wenn die Abgasreinigungsvorrichtung eine Einrichtung zur
Zufuhr von Druckluft zu der Zerstäubungseinrichtung umfasst.
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Um
bei plötzlichen
und starken Heizwertschwankungen und fehlender Trägergasmenge
dennoch die benötigte
Verdampfungsenergie aufbringen zu können oder um eine Vorreaktion
mit teilweisem Abbrand der organischen Substanzen in der Verdampfungskammer
einleiten zu können,
kann vorgesehen sein, dass die Abgasreinigungsvorrichtung mindestens
einen Zusatzbrenner zur Erhöhung
der Temperatur in der Verdampfungskammer umfasst.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in einem Auslassbereich
der Verdampfungskammer mindestens ein Staubfilter angeordnet.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass die Zufuhr von Flüssigmedium zu der Verdampfungskammer
in Abhängigkeit
von dem Durchsatz von Rohgas durch die Abgasreinigungsvorrichtung
regelbar ist, um eine vollständige
Oxidation der organischen Bestandteile des Flüssigmediums in der Brennkammer zu
erzielen.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass die Zufuhr von Flüssigmedium zu der Verdampfungskammer
in Abhängigkeit
von der Brennkammertemperatur regelbar ist.
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Um
die Temperatur des Gemisches aus Rohgas, Trägergas und verdampftem Flüssigmedium
vor dem Eintreten in den Regenerator auf einer gewünschten
Temperatur zu halten, beispielsweise oberhalb des Taupunktes, ist
es günstig,
wenn die Zufuhr der Mischung von Trägergas und verdampftem Flüssigmedium
aus der Verdampfungskammer zu dem Rohgas in Abhängigkeit von der Temperatur des
Gemisches aus Rohgas, Trägergas
und verdampftem Flüssigmedium
vor dem Eintreten in den Regenerator regelbar ist.
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Um
zu erreichen, dass durch die Verdampfungskammer fallende Tröpfchen eines
zerstäubten Flüssigmediums
nicht mit den Kammerwänden
in Kontakt geraten, ist es von Vorteil, wenn die Verdampfungskammer
in im wesentlichen vertikaler Richtung von der Mischung aus Trägergas und
Flüssigmedium
durchströmbar
ist.
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Ferner
ist es günstig,
wenn die Ausdehnung der Verdampfungskammer längs der Richtung, in welcher
sie von der Mischung aus Trägergas
und Flüssigmedium
durchströmbar
ist, so groß ist,
dass das zugeführte
Flüssigmedium
innerhalb der Verdampfungskammer im wesentlichen vollständig verdampft
wird.
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Bei
dem in der Verdampfungskammer zu verdampfenden Flüssigmedium
kann es sich um eine Flüssigkeit
oder ein Aerosol handeln.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur thermischen
Abgasreinigung, bei dem ein zu reinigendes Rohgas durch einen Regenerator einer
Brennkammer zugeführt
wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches
Verfahren zur thermischen Abgasreinigung zu schaffen, welches es
ermöglicht,
auch große
Mengen eines niedrigkalorischen Flüssigmediums zu verbrennen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 13 erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass ein Trägergas
aus der Brennkammer einer Verdampfungskammer zugeführt wird
und in der Verdampfungskammer ein der Verdampfungskammer zugeführtes Flüssigmedium zumindest
teilweise verdampft wird, wobei das verdampfte Flüssigmedium
zusammen mit dem Trägergas
dem Rohgas vor dem Passieren des Regenerators zugemischt wird.
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Besondere
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand
der Ansprüche
14 bis 24, deren Vorteile bereits vorstehend im Zusammenhang mit
den besonderen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen thermischen Abgasreinigungsvorrichtung
erläutert
worden sind.
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Die
Verbrennung des Abgases in der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung
bzw. bei dem erfindungsgemäßen Abgasreinigungsverfahren
kann mit oder ohne Katalysatorelementen zur Verringerung der erforderlichen
Oxidationstemperatur durchgeführt
werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung
mit einer Brennkammer, drei Regeneratoren und einer Verdampfungskammer;
und
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2 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer thermischen
Abgasreinigungsvorrichtung, bei welcher die Zufuhr einer Mischung
aus einem Trägergas
und einem verdampften Flüssigmedium
zu einem Rohgas in Abhängigkeit
von der Temperatur eines Gemisches aus dem Rohgas, dem Trägergas und
dem verdampften Flüssigmedium
vor dem Eintreten in einen Regenerator der Abgasreinigungsvorrichtung
regelbar ist.
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Gleiche
oder funktional äquivalente
Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Eine
in 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete
thermische Abgasreinigungsvorrichtung umfasst einen Thermoreaktor 102 mit
einer Brennkammer 104 und drei unterhalb der Brennkammer 104 angeordneten
Regeneratoren 106, die jeweils eine Vorkammer 108 und
eine oberhalb der Vorkammer 108 angeordnete Wärmespeichermassenkammer 110 umfassen,
wobei die Wärmespeichermassenkammer 110 von
der Vorkammer 108 durch einen Gitterrost 112 getrennt
ist, welcher eine Wärmespeichermasse 114 des
jeweiligen Regenerators 106 trägt.
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Diese
Wärmespeichermasse 114 kann
beispielsweise aus keramischen Sattelkörpern gebildet sein, welche
ungeordnet in der Wärmespeichermassenkammer 110 angeordnet
sind.
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Alternativ
oder ergänzend
hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Wärmespeichermasse 114 Wabenkörper umfasst,
welche von Gasdurchtrittskanälen
durchzogen sind und prismenförmig, insbesondere
quaderförmig,
ausgebildet sind und mit ihren Mantelflächen aneinanderliegend so angeordnet
werden, dass in der Wärmespeichermassenkammer 110 eine
oder mehrere Wabenkörperlagen
entstehen, welche das Gas beim Hindurchtreten durch die Wärmespeichermassenkammer 110 passieren muss.
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Jede
der Wärmespeichermassenkammern 110 der
Regeneratoren 106 mündet
an ihrem oberen Ende in die Brennkammer 104, in welcher
ein Brenner 116 angeordnet ist, dem über eine Brenngaszuführleitung 118 ein
Brenngas, beispielsweise Erdgas, zugeführt wird, um die in dem zu
reinigenden Rohgas enthaltenen Schadstoffe zu verbrennen.
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Dem
Brenner 116 wird ferner über eine Frischluftzuführleitung 120 die
für den
Verbrennungsvorgang erforderliche Verbrennungsluft zugeführt.
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In
der Frischluftzuführleitung 120 sind
ein Frischluftzuführgebläse 122 und
ein Sperrventil 124 angeordnet.
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Ferner
sind in der Frischluftzuführleitung 120 und
in der Brenngaszuführleitung 118 motorisch
oder magnetisch betreibbare Regelventile 126 bzw. 128 vorgesehen,
mittels welcher die Zufuhr von Frischluft bzw. von Brenngas zu der
Brennkammer 104 in Abhängigkeit
von einer Brennkammertemperatur, die mittels eines Temperatursensors 130 gemessen wird,
regelbar ist.
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Die
Ansteuerung der Regelventile 126 und 128 erfolgt
mittels einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung der thermischen
Abgasreinigungsvorrichtung 100, welche über Signal- bzw. Steuerleitungen mit
dem Temperatursensor 130 bzw. mit den Regelventilen 126 und 128 sowie
mit den nachstehend noch beschriebenen weiteren Sensoren und Regelelementen
der Abgasreinigungsvorrichtung 100 verbunden ist.
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Die
Temperatur in der Brennkammer 104 kann im Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung 100, abhängig vom
Energieinhalt der im Rohgas enthaltenen, zu verbrennenden Substanzen,
bis zu 1.000°C betragen.
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Die
Brennkammertemperatur wird mittels eines Temperatursensors 132 überwacht,
welcher bei Überschreiten
einer vorgegebenen Höchsttemperatur
eine Sicherheitsabschaltung der Abgasreinigungsvorrichtung 100 auslöst.
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Weitere
Temperatursensoren 134 können im oberen Endbereich der
Regeneratoren 106 angeordnet sein, um ebenfalls bei Überschreiten
einer vorgegebenen Höchsttemperatur
eine Sicherheitsabschaltung auszulösen.
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Ein
weiterer Temperatursensor 136 mit angeschlossenem Aufzeichnungsgerät dient
zur kontinuierlichen Erfassung und Aufzeichnung des zeitlichen Temperaturverlaufs
in der Brennkammer 104.
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Die
Vorkammer 108 jedes Regenerators 106 ist über eine
mit einem Rohgasventil 136 versehene Rohgaszweigleitung 138 mit
einer Rohgaszuführleitung 140 verbunden,
durch welche der Abgasreinigungsvorrichtung 100 von einer
(nicht dargestellten) Abgasquelle das zu reinigende Abgas, welches
im folgenden als Rohgas bezeichnet wird, zugeführt wird.
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Ferner
ist die Vorkammer 108 jedes Regenerators 106 über jeweils
eine mit einem Reingasventil 142 versehene Reingaszweigleitung 144 mit
einer Reingasabführleitung 146 verbunden,
durch welche das mittels der Abgasreinigungsvorrichtung 100 gereinigte
Abgas, das im folgenden als Reingas bezeichnet wird, zu einem Abluftkamin 148 geleitet wird, über welchen
das Reingas an die Umgebung abgegeben wird.
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Die
Temperatur des Reingases in der Reingasabführleitung 146 wird
mittels eines Temperatursensors 149 erfasst.
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Ferner
ist an der Reingasabführleitung 146 ein
weiterer Temperatursensor 150 angeordnet, welcher bei Überschreiten
einer vorgegebenen maximalen Reingastemperatur eine Sicherheitsabschaltung der
Abgasreinigungsvorrichtung 100 auslöst.
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Ferner
ist die Vorkammer 108 jedes Regenerators 106 über jeweils
eine mit einem Spülgasventil 152 versehene
Spülgaszweigleitung 154 mit
einer Spülgasrückführleitung 156 verbunden,
durch welche zum Ausspülen
von Rohgasresten aus den Wärmespeichermassen 114 der
Regeneratoren 106 verwendetes Reingas, das im folgenden
als Spülgas
bezeichnet wird, in die Rohgaszuführleitung 140 zurückführbar ist.
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Die
Spülgasrückführleitung 156 mündet in die
Rohgaszuführleitung 140 stromaufwärts von
einem Rohgaszuführgebläse 158,
welches das Rohgas von der Rohgasquelle ansaugt und in die Regeneratoren 106 fördert.
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Der
Durchsatz des Rohgaszuführgebläses 158 ist
in Abhängigkeit
von einem Druck steuerbar, der mittels eines Drucksensors 160 stromaufwärts von
der Einmündung
der Spülgasrückführleitung 156 in
die Rohgaszuführleitung 140 gemessen
wird.
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Stromaufwärts von
dem Drucksensor 160 zweigt eine Bypassleitung 162 von
der Rohgaszuführleitung 140 ab, über welche
im Fall einer Betriebsstörung
der Abgasreinigungsvorrichtung 100 das von der Rohgasquelle
kommende Rohgas an der Abgasreinigungsvorrichtung 100 vorbeigeleitet
werden kann.
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Der
Zugang zur Bypassleitung 162 ist mittels eines, insbesondere
pneumatisch gesteuerten, Regelventils 164 verschließbar.
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Stromabwärts von
dem Drucksensor 160 und stromaufwärts von dem Rohgaszuführgebläse 158 mündet eine
Frischluftzuführleitung 166 in
die Rohgaszuführleitung 140. Über die
Frischluftzuführleitung 166 kann
dem Rohgas Frischluft zugeführt werden,
um für
die Verbrennung erforderliches Oxidationsmittel zur Verfügung zu
stellen sowie die Temperatur und Durchsatzmenge des Rohgases anzupassen.
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Die
Frischluftzufuhr über
die Frischluftzuführleitung 166 ist
mittels eines in der Frischluftzuführleitung 166 angeordneten,
insbesondere pneumatisch gesteuerten, Ventils 168 steuerbar.
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Stromaufwärts des
Ventils 168 ist in der Frischluftzuführleitung 166 ein
Schalldämpfer 170 angeordnet.
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Zwischen
dem Drucksensor 160 und der Einmündung der Frischluftzuführleitung 166 ist
in der Rohgaszuführleitung 140 ein,
insbesondere pneumatisch steuerbares, Ventil 172 angeordnet,
mittels welchem die Rohgaszufuhr zu der Abgasreinigungsvorrichtung 100 gesperrt
werden kann.
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Ferner
umfasst die thermische Abgasreinigungsvorrichtung 100 eine
Verdampfungskammer 174, welche dazu dient, ein in die Verdampfungskammer
eingeleitetes Flüssigmedium
zu verdampfen und einem aus der Brennkammer 104 stammenden
Trägergas
zuzumischen, damit das Gemisch aus dem Trägergas und dem verdampften
Flüssigmedium dem
Rohgas vor dem Eintritt in den Thermoreaktor 102 beigemischt
werden kann.
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Die
Verdampfungskammer 174 weist eine im wesentlichen vertikal
verlaufende Längsachse 176 auf.
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Die
Verdampfungskammer kann im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet
sein.
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Die
Verdampfungskammer kann eine Außenwand
aus Stahl und eine keramische Innenverkleidung, beispielsweise aus
Zementwolle und/oder Stein, aufweisen.
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Der
obere Bereich des Innenraums 178 der Verdampfungskammer 174 bildet
eine Verdampfungszone 180, in welche eine Zerstäubungseinrichtung 182 in
Form einer Zerstäuberlanze 184 einmündet.
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Der
Zerstäuberlanze 184 ist über eine
Flüssigmediumzuführleitung 186 ein
zu zerstäubendes und
anschließend
in der Verdampfungszone 180 zu verdampfendes Flüssigmedium
zuführbar.
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Bei
dem Flüssigmedium
kann es sich um eine Flüssigkeit
oder ein Aerosol handeln.
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Das
Flüssigmedium
wird mittels einer in der Flüssigmediumzuführleitung 186 angeordneten
Flüssigmediumpumpe 188 von
einer (nicht dargestellten) Flüssigmediumquelle
zu der Zerstäubungseinrichtung 182 gefördert.
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Stromabwärts der
Flüssigmediumpumpe 188 zweigt
eine Flüssigmediumrückführleitung 190 von
der Flüssigmediumzuführleitung 186 ab.
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Diese
Flüssigmediumrückführleitung 190 mündet stromaufwärts von
der Flüssigmediumpumpe 188 in
die Flüssigmediumzuführleitung 186,
so dass ein Teil des von der Flüssigmediumpumpe 188 geförderten
Flüssigmediums
abgezweigt und zurückgeführt werden
kann, um die Menge des der Zerstäubungseinrichtung 182 zugeführten Flüssigmediums zu
regulieren.
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Zur
Durchführung
einer solchen Überstromregelung
ist in der Flüssigmediumrückführleitung 190 ein
Regelventil 192 vorgesehen.
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Zwischen
der Abzweigung der Flüssigmediumzuführleitung 186 und
der Zerstäubungseinrichtung 182 ist
in der Flüssigmediumzuführleitung 186 ein,
beispielsweise magnetisch oder motorisch betätigbares, Sperrventil 194 angeordnet.
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Zum
Zerstäuben
des Flüssigmediums
in der Zerstäubungseinrichtung 182 ist
die Zerstäubungseinrichtung 182 ferner über eine
Druckluftleitung 196 an eine (nicht dargestellte) Druckluftquelle
angeschlossen.
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Durch
die Druckluftleitung 196 kann der Zerstäubungseinrichtung 182 Druckluft
unter einem Druck von beispielsweise ungefähr 3 bar zugeführt werden,
um mittels dieser Druckluft das Flüssigmedium in der Zerstäubungseinrichtung 182 zu
zerstäuben.
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Statt
unter erhöhtem
Druck stehender Luft kann auch ein überhitzter Dampf zum Zerstäuben des
Flüssigmediums
verwendet werden.
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Zum
Zuführen
eines als Trägergas
dienenden Reingases aus der Brennkammer 104 ist der obere
Bereich des Innenraums 178 der Verdampfungskammer 174 über eine
Trägergaszuführleitung 198 mit
der Brennkammer 104 des Thermoreaktors 102 verbunden.
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Um
die Temperatur des Trägergases
absenken zu können,
ist ferner eine Rohgaszumischleitung 200 vorgesehen, welche
stromabwärts
von dem Rohgaszuführgebläse 158 von
der Rohgaszuführleitung 140 abzweigt
und in die Trägergaszuführleitung 198 mündet.
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In
der Rohgaszumischleitung 200 ist ein, beispielsweise pneumatisch
steuerbares, Regelventil 202 vorgesehen, mittels dessen
die Zufuhr von Rohgas durch die Rohgaszumischleitung 200 zu
dem Trägergas
in der Trägerzuführleitung 198 in
Abhängigkeit
von der mittels eines Temperatursensors 204 gemessenen
Temperatur der Mischung aus Trägergas
und Rohgas in der Trägergaszuführleitung 198, stromabwärts von
der Einmündung
der Rohgaszumischleitung 200, regelbar ist.
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Ferner
ist die Verdampfungskammer 174 mit einem Zündbrenner 206 versehen,
um bei plötzlichen und
starken Heizwertschwankungen und/oder fehlender Trägergasmenge
die für
die Verdampfung des Flüssigmediums
erforderliche Verdampfungsenergie bereitstellen oder eine Vorreaktion
mit teilweisem Abbrand der in dem Flüssigmedium enthaltenen organischen
Substanzen einleiten zu können.
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Dem
Zündbrenner 206 ist
ein Brenngas über eine
Brenngaszuführleitung 208 und
Frischluft als Oxidationsmittel über
eine Frischluftzuführleitung 210 zuführbar.
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Sowohl
in der Brenngaszuführleitung 208 als auch
in der Frischluftzuführleitung 210 ist
jeweils ein, beispielsweise motorisch oder magnetisch betätigbares,
Regelventil 212 bzw. 214 zur Einstellung der jeweils
benötigten
Brenngas- bzw. Frischluftmenge vorgesehen.
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Im
unteren Bereich des Innenraums 178 ist ein Staubfilter 216 angeordnet,
das ein auf einem Gitterrost 218 angeordnetes keramisches
Schüttgut
als Filtermasse 220 umfasst.
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Nach
Passieren des Staubfilters 216 gelangt die Mischung aus
Trägergas
und verdampftem Flüssigmedium
durch eine an das untere Ende der Verdampfungskammer 174 angeschlossene
Zumischleitung 222, welche stromaufwärts von dem Rohgaszuführgebläse 158 in
die Rohgaszuführleitung 140 mündet, um
sich dort mit dem von der Rohgasquelle kommenden Rohgas zu vermischen.
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Die
Zufuhr der Mischung aus Trägergas
und verdampftem Flüssigmedium
aus der Verdampfungskammer 174 zu der Rohgaszuführleitung 140 ist
mittels eines in der Zumischleitung 222 angeordneten, beispielsweise
pneumatisch betätigbaren,
Regelventils 224 in Abhängigkeit
von der mittels eines Temperatursensors 226 im unteren
Bereich des Innenraums 178 der Verdampfungskammer 174 gemessenen Temperatur
regelbar.
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Diese
Temperatur liegt beispielsweise im Bereich von ungefähr 350°C bis ungefähr 950°C.
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Ferner
ist ein weiterer Temperatursensor 228 vorgesehen, der die
Temperatur im Innenraum 178 der Verdampfungskammer 174 misst
und bei Überschreiten
einer vorgegebenen Höchsttemperatur eine
Sicherheitsabschaltung der Verdampfungskammer 174 auslöst.
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Zur
Kühlung
des Auslassbereichs 230 der Verdampfungskammer 174 zwischen
dem Staubfilter 216 und dem Auslass der Verdampfungskammer 174 ist
eine weitere Rohgaszumischleitung 232 vorgesehen, welche
stromabwärts
von dem Rohgaszuführgebläse 158 von
der Rohgaszuführleitung 140 abzweigt
und in den Auslassbereich 230 der Verdampfungskammer 174 mündet.
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Zur
Regelung der Zufuhr von Rohgas zu dem Auslassbereich 230 der
Verdampfungskammer 174 ist in der Rohgaszumischleitung 232 ein,
beispielsweise pneumatisch betätigbares,
Regelventil 234 vorgesehen.
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Die
vorstehend beschriebene thermische Abgasreinigungsvorrichtung 100 funktioniert
wie folgt:
Durch die Rohgaszuführleitung 140 wird
der thermischen Abgasreinigungsvorrichtung 100 Rohgas von der
Rohgasquelle, beispielsweise von einer Lackieranlage, zugeführt. Diesem
Rohgas wird Frischluft über
die Frischluftzuführleitung 166 und
ein Gemisch aus dem Trägergas
und dem verdampften Flüssigmedium
aus der Verdampfungskammer 174 über die Zumischleitung 222 beigemischt,
worauf das Rohgas in den Thermoreaktor 102 eintritt.
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In
einem ersten Betriebszustand des Thermoreaktors 102 ist
beispielsweise das Rohgasventil 136a des ersten Regenerators 106a geöffnet, während die
Rohgasventile 136b und 136c des zweiten Regenerators 106b bzw.
des dritten Regenerators 106c geschlossen sind, so dass
das Rohgas aus der Rohgaszuführleitung 140 nur
in den ersten Regenerator 106a eintritt.
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Die
Wärmespeichermasse 114 des
ersten Regenerators 106a befindet sich im ersten Betriebszustand
des Thermoreaktors 102 auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur, so dass
sie das die Wärmespeichermasse 114 von
unten nach oben durchströmende
Rohgas aufheizt. Das so aufgeheizte Rohgas (mit dem beigemischten
Trägergas
und dem beigemischten verdampften Flüssigmedium) tritt am oberen
Ende des Regenerators 106a in die Brennkammer 104 ein,
worauf das Rohgas mit dem beigemischten Trägergas und dem beigemischten verdampften
Flüssigmedium
in der Brennkammer 104 durch thermische Oxidation der darin
enthaltenen brennbaren Stoffe gereinigt wird.
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Durch
die Verbrennung der im Rohgas enthaltenen Substanzen wird in der
Brennkammer 104 eine Betriebstemperatur von bis zu 1.000°C erreicht.
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Das
so gebildete, von Schadstoffen freie Reingas strömt (in der Blickrichtung der 1 gesehen)
von links nach rechts durch die Brennkammer 104 und über die
Mündungsöffnung des
zweiten Regenerators 106b von oben in die Wärmespeichermassenkammer 110 des
zweiten Regenerators 106b ein. Beim Durchströmen der
in der Wärmespeichermassenkammer 110 enthaltenen
Wärmespeichermasse 114 von
oben nach unten gibt das heiße
Reingas Wärme
an diese Wärmespeichermasse 114 ab und
heizt diese so auf, bevor das heiße Reingas den zweiten Regenerator 106b durch
dessen Vorkammer 108 und das geöffnete Reingasventil 142b verlässt.
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Die
Reingasventile 142a und 142c des ersten Regenerators 106a bzw.
des dritten Regenerators 106c sind in diesem ersten Betriebszustand
des Thermoreaktors 102 geschlossen.
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Das
Reingas aus dem zweiten Regenerator 106b wird durch die
Reingasabführleitung 146 aus der
Abgasreinigungsvorrichtung 100 abgeführt und dem Abluftkamin 148 zugeführt.
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Der
dritte Regenerator 106c wird in diesem ersten Betriebszustand
des Thermoreaktors 102 von Reingas aus der Brennkammer 104 von
oben nach unten durchspült,
um in der Wärmespeichermasse 114 und
in der Vorkammer 108 dieses dritten Regenerators 106c noch
verbliebene Rohgasreste durch das geöffnete Spülgasventil 152c des
dritten Regenerators 106c in die Spülgasrückführleitung 156 auszuspülen und
so in das dem Thermoreaktor 102 zuzuführende Rohgas zurückzuführen.
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Die
Spülgasventile 152a und 152b des
ersten Regenerators 106a bzw. des zweiten Regenerators 106b sind
in diesem ersten Betriebszustand des Thermoreaktors 102 geschlossen.
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Nach
einer vorgegebenen Taktzeit wird der Thermoreaktor 102 in
einen zweiten Betriebszustand geschaltet, in welchem das Rohgasventil 136a des ersten
Regenerators 106a geschlossen und dafür das Rohgasventil 136b des
zweiten Regenerators 106b geöffnet ist, so dass das Rohgas
nunmehr durch den zweiten Regenerator 106b in die Brennkammer 104 einströmt und sich
dabei beim Durchtritt durch die im vorherigen ersten Betriebszustand
aufgeheizte Wärmespeichermasse 114 des
zweiten Regenerators 106b erwärmt.
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In
diesem zweiten Betriebszustand des Thermoreaktors 102 ist
ferner das Spülgasventil 152c des
dritten Regenerators 106c geschlossen und dafür das Reingasventil 142c des
dritten Regenerators 106c geöffnet, so dass das Reingas
aus der Brennkammer 104 durch die Wärmespeichermasse 114 des
im vorherigen Betriebszustand gespülten dritten Regenerators 106c in
die Reingasabführleitung 146 entweichen
und dabei die Wärmespeichermasse 114 des
dritten Regenerators 106c aufheizen kann.
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Der
im ersten Betriebszustand mit dem Rohgas beaufschlagte erste Regenerator 106a befindet sich
während
des zweiten Betriebszustandes nunmehr im Spülzustand, in welchem das Spülgasventil 152a des
ersten Regenerators 106a geöffnet ist, während das
Spülgasventil 152c des
dritten Regenerators 106c nunmehr geschlossen ist. Der
erste Regenerator 106a wird daher in diesem Betriebszustand
mit Reingas aus der Brennkammer 104 gespült.
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Auf
diesen zweiten Betriebszustand des Thermoreaktors 102 folgt
ein dritter Betriebszustand, in welchem das Rohgas durch den dritten
Regenerator 106c in die Brennkammer 104 eintritt,
das Reingas aus der Brennkammer 104 durch den ersten Regenerator 106a in
die Reingasabführleitung 146 austritt
und der zweite Regenerator 106b gespült wird.
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Nach
diesem dritten Betriebszustand des Thermoreaktors 102 ist
ein Zyklus des Thermoreaktors 102 abgeschlossen, und ein
neuer Betriebszyklus beginnt wieder, indem der Thermoreaktor 102 in den
vorstehend beschriebenen ersten Betriebszustand geschaltet wird.
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Während aller
Betriebszustände
des Thermoreaktors 102 wird kontinuierlich aus der Brennkammer 104 ein
Teil des Reingases als Trägergas durch
die Trägergaszuführleitung 198 entnommen und
der Verdampfungszone 180 in der Verdampfungskammer 174 zugeführt.
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Dabei
kann durch Einmischen von Rohgas aus der Rohgaszuführleitung 140 über die
Rohgaszumischleitung 200 in den Trägergasstrom die Temperatur
des Trägergases
gegenüber
der Brennkammertemperatur abgesenkt werden.
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Ferner
wird der Verdampfungszone 180 in der Verdampfungskammer 174 über die
Flüssigmediumzuführleitung 186 das
von der Flüssigmediumquelle
stammende Flüssigmedium
zugeführt,
das in der Zerstäubungseinrichtung 182 mittels
der durch die Druckluftleitung 196 zugeführten Druckluft
zerstäubt
wird.
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Bei
diesem Flüssigmedium
handelt es sich beispielsweise um niedrigkalorische Flüssigrückstände und/oder
Abwässer,
die aufgrund ihrer Stoffzusammensetzung nicht eigenständig zünden und
deren Energieinhalt maximal dazu beiträgt, nach Mischung mit dem Trägergas das
Temperaturniveau des Trägergases
zu halten.
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Im
Normalfall wird das Flüssigmedium
jedoch in der Verdampfungszone 180 verdampft, ohne zu oxidieren,
so dass die Mischung aus Trägergas und
verdampftem Flüssigmedium
wegen der für
die Verdampfung erforderlichen latenten Wärme ein niedrigeres Temperatur-Niveau
aufweist als das Trägergas
vor der Zugabe des Flüssigmediums.
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Die
von der Zerstäubungseinrichtung 182 gebildeten
Tröpfchen
des Flüssigmediums
fallen innerhalb der Verdampfungskammer 174 nach unten, ohne
die Wand der Verdampfungskammer 174 zu berühren.
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Die
Ausdehnung der Verdampfungskammer 174 längs ihrer Längsachse 176 ist so
bemessen, dass das zugeführte
Flüssigmedium
innerhalb der Verdampfungskammer 174 vollständig verdampft.
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Die
Filtermasse 220 des Staubfilters 216 kann ferner
als Tropfenverdampfer wirken, da es eine hohe Wärmekapazität aufweist und daher gegebenenfalls
bis zu der Filtermasse 220 gelangende Tröpfchen vollständig verdampft.
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Die
Temperatur der Mischung aus dem Trägergas und dem verdampften
Flüssigmedium
innerhalb der Verdampfungskammer beträgt beispielsweise ungefähr 350°C bis ungefähr 950°C.
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Diese
Temperatur hängt
von der Temperatur des Trägergases
vor Eintritt in die Verdampfungskammer 174 und von der
zur Verdampfung des Flüssigmediums
erforderlichen latenten Wärme
ab.
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Die
Temperatur der Mischung aus Trägergas und
verdampftem Flüssigmedium
beim Austritt aus der Verdampfungskammer 174 kann durch
teilweise Drosselung oder Erhöhung
der zugeführten
Trägergasmenge
variiert werden.
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Ferner
kann zur Absenkung der Austrittstemperatur Rohgas aus der Rohgaszuführleitung 140 durch
die Rohgaszumischleitung 232 in den Auslassbereich 230 der
Verdampfungskammer 174 zugeführt werden.
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Auf
diese Weise kann die Austrittstemperatur von Trägergas und verdampftem Flüssigmedium
auf beispielsweise ungefähr
150°C gebracht
werden.
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Das
Trägergas
mit den in der Verdampfungskammer 174 reagierten, teilreagierten
oder nur verdampften organischen Substanzen aus dem Flüssigmedium
wird nach Verlassen der Verdampfungskammer 174 über die
Zumischleitung 222 in den Rohgasstrom in der Rohgaszuführleitung 140 eingemischt.
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Mit
diesem Rohgasstrom gelangen die Verunreinigungen aus dem Flüssigmedium
in den Thermoreaktor 102 und werden in der Brennkammer 104 zur
vollständigen
Reaktion gebracht.
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Um
bei plötzlichen
und starken Heizwertschwankungen und fehlender Trägergasmenge
die für
die Verdampfung des Flüssigmediums
benötigte Verdampfungsenergie
ausgleichen zu können
oder bei Bedarf eine Vorreaktion mit teilweisem Abbrand der organischen
Substanzen aus dem Flüssigmedium
einleiten zu können,
kann der Zündbrenner 206 in der
Verdampfungskammer 174 in Betrieb genommen werden.
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Die
Verdampfungskammer 174 stellt die erforderliche Verweilzeit
für eine
möglichst
vollständige Verdampfung
des Flüssigmediums
und dessen Vermischung mit dem Trägergas zur Verfügung.
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Durch
die Wärmeenergie
des zugeführten Trägergases
und gegebenenfalls die Heizenergie des Zündbrenners 206 wird
die für
die Änderung
des Aggregatzustandes des Flüssigmediums
erforderliche Energie aufgebracht.
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Durch
die druckluftunterstützte
Zerstäuberlanze 184 können auch
schwer verdüsbare
Flüssigmedien
in der Verdampfungskammer 174 verarbeitet und verdampft
werden.
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Eine
vollständige
Oxidation der organischen Bestandteile aus dem Flüssigmedium
innerhalb der Verdampfungskammer 174 ist weder erforderlich noch
angestrebt; vielmehr wird eine solche vollständige Oxidation der organischen
Bestandteile aus dem Flüssigmedium
in der Brennkammer 104 des Thermoreaktors 102 durchgeführt.
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Durch
die Verwendung der Verdampfungskammer 174 können auch
problematische Flüssigrückstände energieneutral
in einem Verdampfer-/Thermoreaktorverbund oxidiert werden.
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Dadurch
wird insbesondere bei der Mitverbrennung von Abwässern eine Energieeinsparung erzielt.
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Ferner
wird die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten erleichtert.
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Die
vorrangige Regelung der Auslasstemperatur von Trägergas und verdampftem Flüssigmedium
am Austritt der Verdampfungskammer 174 wird mittels des
Regelventils 224 am Auslass der Verdampfungskammer 174 vorgenommen,
welche den Durchsatz von Trägergas
durch die Verdampfungskammer 174 und damit auch die Zufuhr
von Trägergas
zu der Verdampfungskammer 174 bestimmt.
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Die
Zufuhr von Rohgas aus der Rohgaszuführleitung 140 in den
Auslassbereich 230 der Verdampfungskammer 174 dient
vorrangig zur Kühlung dieses
Regelventils 224, das beispielsweise als eine Regelklappe
ausgebildet sein kann.
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Die
Temperatur aus der Mischung von Rohgas, Trägergas und verdampftem Flüssigmedium
in der Rohgaszuführleitung 140 stromabwärts von
der Einmündung
der Zumischleitung 222 liegt vorzugsweise oberhalb des
Taupunktes (von beispielsweise ungefähr 80°C).
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Eine
in 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer thermischen
Abgasreinigungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der
vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform lediglich dadurch,
dass die Regelung des Regelventils 224 am Austritt der
Verdampfungskammer 174 nicht in Abhängigkeit von einer im Innenraum 178 der
Verdampfungskammer 174 gemessenen Temperatur, sondern in
Abhängigkeit
von der Mischtemperatur von Rohgas, Trägergas und verdampftem Flüssigmedium
in der Rohgaszuführleitung 140 geregelt
wird.
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Um
diese Regelung durchführen
zu können, ist
stromabwärts
von der Einmündung
der Zumischleitung 222 in die Rohgaszuführleitung 140 ein Temperatursensor 236 in
der Rohgaszuführleitung 140 angeordnet.
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Insbesondere
kann dieser Temperatursensor 236 zwischen der Abzweigung
der Rohgaszumischleitung 232, über welche Rohgas dem Auslassbereich 230 der
Verdampfungskammer 174 zuführbar ist, und der Abzweigung
der Rohgaszumischleitung 200, über welche Rohgas der Trägergaszuführleitung 198 zuführbar ist,
angeordnet sein.
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Im übrigen stimmt
die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung 100 hinsichtlich
Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten
ersten Ausführungsform überein,
auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.