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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur regenerativen Nachverbrennung
von klebrigen Schadstoffpartikeln in Abgas, insbesondere von Kohle- und/oder
Graphitpartikeln in Abluft, mit wenigstens einer Nachverbrennungseinrichtung,
die in einer Abgasleitung angeordnet ist, wobei der Nachverbrennungseinrichtung
wenigstens zwei Vorfilter parallel vorgeschaltet sind, die voneinander
unabhängig über Absperrmittel
mit der Abgasleitung oder einer Regenerationsleitung verbindbar
und mit Abgas beziehungsweise Regenerationsgas beaufschlagbar sind.
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Außerdem betrifft
die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur
regenerativen Nachverbrennung von klebrigen Schadstoffpartikeln
in Abgas, insbesondere von Kohle- und/oder Graphitpartikel in Abluft,
wobei das zu reinigende Abgas zunächst abwechselnd durch einen
von zwei voneinander unabhängigen,
parallel geschalteten Vorfilter geleitet, mit diesem vorgereinigt
und das vorgereinigte Abgas wenigstens einer Nachverbrennungseinrichtung
zugeleitet wird, wobei der zweite Vorfilter regeneriert wird,
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Aus
der
US 5 620 668 A ist
eine Vorrichtung zur regenerativen Nachverbrennung und ein Verfahren
zum Betreiben einer solchen bekannt. Solche Vorrichtungen werden
in der Industrie zur Abluftnachverbrennung eingesetzt. Insbesondere
in der Kohle-/Graphitindustrie ist die Abluft sehr umweltbelastend,
so dass dort besondere An forderungen in Bezug auf die Zuverlässigkeit
und die Effizienz der Abgasreinigung gestellt werden. Die Vorrichtungen müssen daher
redundant aufgebaut sein, um eine Abgasreinigung auch dann sicherzustellen,
wenn wesentliche Bauteile, insbesondere eine Brennkammer oder eine
Nachverbrennungssäule,
ausfallen.
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Die
DE 10 2004 022 737
A1 beschreibt eine Vorrichtung zur regenerativen Nachverbrennung
von klebrigen Schadstoffpartikeln in Abgas, mit einer Nachverbrennungseinrichtung.
Die Nachverbrennungseinrichtung ist in einer Abgasleitung angeordnet.
Der Nachverbrennungseinrichtung sind zwei Vorfilter parallel vorgeschaltet.
Die Vorfilter sind voneinander unabhängig über Absperrmittel mit der Abgasleitung
oder einer Regenerationsleitung verbindbar und mit Abgas beziehungsweise
Regenerationsgas beaufschlagbar.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass die Zuverlässigkeit
und die Effizienz der Abgasreinigung verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale der Ansprüche
1 und 10 gelöst.
Vorteilhafte Angestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgegeben.
Es ist danach erfindungsgemäß, dass
in der Regenerationsleitung eine Wärmequelle angeordnet ist, mit
der Regenerationsgas aufgeheizt werden kann, und die Vorfilter über die
Absperrmittel in der Regenerationsleitung so zuschaltbar sind, dass
sie mit der Wärmequelle
einen Regenerationskreislauf mit bilden.
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Erfindungsgemäß ist also
für jedes
wesentliche Bauteil wenigstens ein Reservebauteil vorgesehen, welches
stän dig
zugeschaltet sein kann oder erst aktiviert wird, wenn das erste
Bauteil ausfällt oder
abgeschaltet wird.
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Die
Nachverbrennungseinrichtungen sind so ausgestaltet, dass eine von
beiden ausreicht, um den Betrieb mit einer ausreichenden Abgasreinigung
aufrechtzuerhalten, ohne dass die durchgeleitete Abgasmenge reduziert
werden muss. Die vier Nachverbrennungssäulen können sich gegenseitig ersetzen, so
dass sie unabhängig
voneinander regeneriert werden können,
ohne dass die gesamte Vorrichtung außer Betrieb genommen werden
muss, so dass eine Abgasreinigung auch dann noch sichergestellt
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform kann
in der Regenerationsleitung eine Wärmequelle, insbesondere eine
Brennkammer, angeordnet sein, mit der Regenerationsgas, insbesondere
Frischluft oder vorgereinigte Abluft, vorzugsweise auf etwa 650°C aufgeheizt
werden kann. So ist eine besonders effiziente Regeneration von verschmutzten
Wärmetauschermassen
in den Nachverbrennungssäulen möglich, bei
der die Schmutzpartikel einfach oxidiert werden.
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Um
verschmutzte Restgase aus den Wärmetauschermassen
der Nachverbrennungssäulen
zu entfernen, kann die Spülleitung
mit einem Spülgas, insbesondere
gereinigter Abluft, beaufschlagbar sein.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können den
Nachverbrennungseinrichtungen wenigstens zwei, vorzugsweise drei,
Vorfilter parallel vorgeschaltet sein, die voneinander unabhängig über Absperrmittel
mit der Abgasleitung oder der Regenerationsleitung verbindbar und
mit Abgas beziehungsweise Regenerationsgas beaufschlagbar sind.
Mit den Vorfiltern können
klebrige Schmutzpartikel aus dem Abgas gefiltert werden und bei
entsprechend geschalteten Absperrmitteln kann das vorgefilterte
Abgas den Nachverbrennungseinrichtungen zu geführt werden. Die Redundanz der
Vorfilter ermöglicht,
dass immer einer der Vorfilter regeneriert werden kann, während der/die
andere(n) weiterhin das Abgas filtern. Hierzu wird dieser durch
entsprechendes Schalten der Absperrmittel mit der Regenerationsleitung
verbunden und mit dem Regenerationsgas beaufschlagt.
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Zweckmäßigerweise
können
die Vorfilter über
die Absperrmittel in der Regenerationsleitung so zuschaltbar sein,
dass sie mit der Wärmequelle
einen Regenerationskreislauf bilden. Auf diese Weise kann die Regeneration
ohne Sauerstoffzufuhr betrieben werden, wobei trotzdem das Regenerationsgas
mit der Wärmequelle
erwärmt
wird.
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Ferner
können
die Absperrmittel Absperrklappen beziehungsweise Drosselklappen
sein, welche sehr robust und auch bei hohen Temperaturen und großer Schmutzbelastung
zuverlässig
schaltbar und dicht sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Regeneration des Vorfilters
dieser zunächst
mit sauerstoffhaltigem Regenerationsgas, insbesondere vorgereinigter
Abluft oder Frischluft, beaufschlagt wird, anschließend die
Sauerstoffzufuhr gestoppt, die Temperatur des Regenerationsgases
allmählich
erhöht
und wenigstens ein Teil von im Vorfilter befindlichen Filterrückständen, insbesondere
Kohlenwasserstoffen, ausgetrieben und mit dem vorhandenen Sauerstoff
in einem geschlossenen Regenerationskreislauf verbrannt wird; die
Temperatur weiter allmählich
erhöht wird
und verbleibende Filterrückstände im geschlossenen
Regenerationskreislauf pyrolysiert werden, die entstehenden Pyrolysegase
der wenigstens einen Nachverbrennungseinrichtung zugeleitet und
dort nachverbrannt werden; anschließend der Vorfilter gezielt
mit Oxidati onsgas, insbesondere vorgereinigter Abluft und/oder Frischluft,
beaufschlagt wird und nach der Pyrolyse der Filterrückstände im Vorfilter verbliebene
Pyrolyserückstände, insbesondere
Kohlenstoff, oxidiert werden.
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Auf
diese Weise wird ein redundanter Betrieb ermöglicht, bei dem bei einer Wartung
oder einer Störung
einer der Nachverbrennungseinrichtungen die andere Nachverbrennungseinrichtung
weiter betrieben wird und eine Reinigung der gesamten Abgasmenge
sicherstellt. Durch die spezielle Art, die Nachverbrennungssäulen zu-
beziehungsweise abzuschalten, ist bei Bedarf, also beispielsweise
bei Verschmutzung, eine Regenerierung der selben im laufenden Betrieb
möglich,
ohne dass die gesamte Vorrichtung gestoppt werden muss und ohne
dass die durchgeleitete Abgasmange reduziert werden muss.
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Um
die Verschmutzung der Nachverbrennungseinrichtungen durch klebrige
Schmutzpartikel zu verringern, kann die zu reinigende Abluft zunächst abwechselnd
durch einen von zwei voneinander unabhängigen, parallel geschalteten
Vorfilter geleitet, mit diesem vorgereinigt und die vorgereinigte
Abluft den Nachverbrennungseinrichtungen zugeleitet werden, wobei
der zweite Vorfilter regeneriert werden kann, so dass er ohne Wartungsstopp
gleich wieder zu Verfügung
steht.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
zur Regeneration des Vorfilters dieser zunächst mit Regenerationsgas,
insbesondere vorgereinigter Abluft oder Frischluft, beaufschlagt,
anschließend
die Sauerstoffzufuhr gestoppt, die Temperatur des Regenerationsgases
allmählich
gezielt erhöht
und wenigstens ein Teil der im Vorfilter befindlichen Filterrückstände, insbesondere
Kohlenwasserstoffe, ausgetrieben und mit dem vorhandenen Sauerstoff
verbrannt; die Temperatur weiter allmählich gezielt erhöht und verbleibende
Rückstände pyrolysiert,
die entstehenden Pyrolysegase mindestens einer Nachverbrennungseinrichtung
zugeleitet und dort nachverbrannt; anschließend der Vorfilter gezielt
mit Oxidationsgas, insbesondere vorgereinigter Abluft und/oder Frischluft,
beaufschlagt und die Pyrolyserückstände, insbesondere
Kohlenstoff, oxidiert. Auf diese Weise werden die Filterrückstände nahezu rückstandslos
und unter geringer mechanischer und thermischer Belastung aus dem
Vorfilter entfernt, so dass er beim nächsten Filterzyklus wieder
seine gesamte Filterkapazität
besitzt.
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Um
eine optimale Pyrolyse beziehungsweise Oxidation der Filterrückstände zu erzielen,
kann das Regenerationsgas, insbesondere Abluft oder Frischluft,
auf etwa 650°C
aufgeheizt werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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In
der einzigen Figur ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehene
Vorrichtung zur regenerativen Nachverbrennung von klebrigen Kohle-
und Graphitpartikeln in Abluft dargestellt.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst zwei identische voneinander unabhängige Nachverbrennungseinrichtungen 12,
in der Figur zentral dargestellt, denen über eine Abgas- bzw. Abluftleitung 14a und 14b parallel
geschaltet verunreinigte, aus einer Kohle-Graphit-Anlage kommende
Abluft zugeführt
wird. Den Nachverbrennungseinrichtungen 12 sind, in der
Figur links unten, drei identische Vorfilter 16 in Strömungsrichtung
der Abluft parallel vorgeschaltet. Austrittsseitig führt die
Abluftleitung 14c von den Nachverbrennungseinrichtungen 12 über eine
weiter unten erläuterte
Dreifach-Verzweigung 38 zu einem Abluftkamin 18 in
der Figur rechts.
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Im
Einzelnen ist der Strömungsweg
der Abluft wie folgt:
Die Abluftleitung 14a verzweigt
sich eintrittsseitig in drei in funktionaler Hinsicht parallele
Vorfilter(VF)-Leitungszweige 20,
in denen sich jeweils einer der Vorfilter 16 befindet.
Stromaufwärts
eines jeden Vorfilters 16 befinden sich in den VF-Leitungszweigen 20 jeweils
eine Ablufteintrittsklappe 22, stromabwärts der Vorfilter 16 ist
jeweils eine Abluftaustrittsklappe 24 angeordnet. Die Ablufteintrittsklappen 22 und
die Abluftaustrittsklappen 24 sind unabhängig voneinander öffenbar,
so dass wahlweise die gesamte Abluft durch einen oder aufgeteilt
durch mehrere der Vorfilter 16 geleitet und mit diesem/diesen
vorgereinigt werden kann. Bei der Vorreinigung werden klebrige Kohle-
und Graphitpartikel im Vorfilter 16 gehalten und verbleiben
dort als Filterrückstand.
Die vorgereinigte Abluft hingegen tritt aus dem Vorfilter 16 aus.
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An
dieser Stelle sei erwähnt,
dass die Ablufteintrittsklappen 22 und die Abluftaustrittsklappen 24 sowie
alle im weiteren beschriebenen Klappen motorisch beziehungsweise
Kolbenzylinder betätigt
und vorzugsweise mit einer nicht gezeigten zentralen Steuereinrichtung
verbunden sind, mit der sie angesteuert werden können.
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Hinter
den Abluftaustrittsklappen 24 vereinigen sich die VF-Leitungszweige 20 wieder
in der Abluftleitung 14b, über die die vorgereinigte Abluft
zu den Nachverbrennungseinrichtungen 12 geleitet wird.
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In
Abluftströmungsrichtung
vor den Nachverbrennungseinrichtungen 12 teilt sich die
Abluftleitung 14b in zwei funktional parallele Nachverbrennungs(NV)-Leitungszweige 26,
in denen sich jeweils eine der Nachverbrennungseinrichtungen 12 befindet.
Unmittelbar im Anschluss an die Verzweigung befindet sich in jedem
NV-Leitungszweig 26 eine
Zuschaltklappe 28, mit der die Zufuhr von vorgereinigter Abluft
in den entsprechenden NV-Leitungszweig 26 und so zu der
entsprechenden Nachverbrennungseinrichtung 12 freigegeben
und wieder gestoppt werden kann.
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Jeder
NV-Leitungszweig 26 gabelt sich seinerseits zu vier in
funktionaler Hinsicht parallelen Turmleitungsabschnitten 30.
In jedem Turmleitungsabschnitt 30 befindet sich ein Nachverbrennungsturm
bzw. -säule 32;
die Nachverbrennungstürme
sind untereinander identisch. Die Turmleitungsabschnitte 30 führen jeweils
in einen Eintritts-/Austrittsbereich des entsprechenden Nachverbrennungsturms 32,
in der Figur jeweils unten, hinein beziehungsweise aus diesem heraus.
Stromaufwärts jedes
Nachverbrennungsturms 32 befindet sich in dem entsprechenden
Turmleitungsabschnitt 30 eine Abluftklappe 34,
mit der der Zustrom an vorgereinigter Abluft in den Nachverbrennungsturm 32 gesteuert werden
kann. Stromabwärts
ist jeweils eine Reingasklappe 36 angeordnet, über die
das gereinigte Abgas aus dem Nachverbrennungsturm 32 ausströmen kann.
Die vier Abluftklappen 34 und die vier Reingasklappen 36 sind
voneinander unabhängig
betätigbar, so
dass wahlweise einem oder mehreren der Nachverbrennungstürme 32 vorgereinigte
Abluft zugeführt beziehungsweise
gereinigte Abluft abgeführt
werden kann.
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Stromabwärts der
Nachverbrennungstürme 32 münden die
vier Turmleitungsabschnitte 30 in den entsprechenden NV-Leitungszweig 26.
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Die
beiden NV-Leitungszweige 26 treffen sich an der Dreifach-Verzweigung 38,
an die sich drei identische parallel geschaltete Reingasventilatoren 40 anschließen. Die
Reingasventilatoren 40 sind über nicht gezeigte Steuerleitungen
mit der Steuereinrichtung verbunden und mit dieser steuerbar. Jedem
Reingasventilator 40 ist eine Ventilatorklappe 42 vorgeschaltet, über die
der Zustrom an gereinigter Abluft zu diesem geregelt werden kann.
Die Reingasventilatoren 40 sind in dem Sinne redundant,
dass sie gleichzeitig mit einem Teil des gereinigten Abluftstroms
oder alleine mit dem gesamten gereinigten Abluftstrom beaufschlagt
werden kön
nen.
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Im
Anschluss an die Reingasventilatoren 40 führt die
Abluftleitung 14c wieder vereinigt zu dem Abluftkamin 18.
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Zwischen
den Reingasventilatoren 40 und dem Abluftkamin 18 zweigt
eine Spülluftleitung 44 von
der Abluftleitung 14c ab. Die Spülluftleitung 44 teilt
sich zunächst
in zwei Zweige jeweils für
einen der Nachverbrennungseinrichtungen 12 auf; diese teilen
sich ihrerseits in vier Abschnitte auf, die jeweils in den Eintritts-/Austrittsbereich
eines der Nachverbrennungstürme 32 münden. Vor
jedem Nachverbrennungsturm 32 ist in dem entsprechenden
Abschnitt der Spülluftleitung 44 eine
Spülluftklappe 46 angeordnet,
mit der eine Spülluftzufuhr
in den Nachverbrennungsturm 32, also eine Zufuhr von gereinigter
Abluft zum Spülen
des Nachverbrennungsturms 44, gesteuert werden kann.
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Jede
Nachverbrennungseinrichtung 12 umfasst außerdem eine
Nachverbrennungs(NV)-Brennkammer 48, die auf den den Eintritts-/Austrittsbereichen
gegenüberliegenden
Seiten der Nachverbrennungstürme 32,
in der Figur jeweils oben, mit den vier Nachverbrennungstürmen 32 verbunden
ist. In den NV-Brennkammern 48 findet die Oxidation der
in der vorgereinigten Abluft noch enthaltenen klebrigen Kohle- und
Graphitpartikel statt. Jede NV-Brennkammer 48 ist
hierzu mit zwei identischen Brennern 50 ausgestattet, welche
unabhängig
voneinander betrieben werden können,
wobei einer von beiden für
eine ordnungsgemäße Nachverbrennung
der Partikel in der vorge reinigten Abluft ausreicht. So können auch die
Brenner 50 in aktiver oder passiver Redundanz betrieben
werden. Die Brenner 50 sind ebenfalls mit der Steuereinrichtung
verbunden und mit dieser zentral steuerbar.
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Ferner
weist jeder Nachverbrennungsturm 32 eine Wärmespeichereinheit 52 auf.
Die Wärmespeichereinheiten 52 können aus
Keramik sein, welches in der Lage ist, Wärme zu speichern und wieder abzugeben.
Befindet sich der Nachverbrennungsturm 32 in einem Einlass-
oder Heizzyklus, was weiter unten näher erläutert ist, so heizt die entsprechende
Wärmespeichereinheit 52 die
sie durchströmende
zu reinigende Abluft auf und kühlt
selbst dabei ab. Ist der Nachverbrennungsturm 32 in einem
Auslass- oder Kühlzyklus,
so kühlt
die insbesondere bei einem vorherigen Einlass- oder Heizzyklus abgekühlte Wärmespeichereinheit 52 die
gereinigte Abluft ab. Die Abluftwärme wird in der Wärmespeichereinheit 52 gespeichert
und bei einem folgenden Einlass- oder Heizzyklus wie bereits beschrieben
an die zu reinigende Abluft abgegeben.
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Im Übrigen ist
jeder Nachverbrennungsturm 32 über eine Burnout-Verbindungsleitung
mit einer der entsprechenden Nachverbrennungseinrichtung 12 zugeordneten
Burnout-Leitung 54 verbunden.
Die Burnout-Leitungen 54 kommen von einer Regenerationsleitung 56.
Sie können über eine
jeweilige Burnout-Hauptklappe 58 geöffnet oder gesperrt werden. In
jeder Burnout-Verbindungsleitung ist außerdem eine Burnout-Luftklappe 60 angeordnet.
Die Burnout-Luftklappen 60 können ebenfalls
voneinander unabhängig
geöffnet
oder gesperrt werden. Über
die Burnout-Leitungen 54 kann den Nachverbrennungstürmen 32 auf
diese Weise unabhängig
voneinander Regenerationsluft zugeführt werden.
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Die
Regenerationsluft ist erforderlich, um einen verschmutzten Nachverbrennungsturm 32 zu
regenerieren, also zu reinigen, wobei der Sauerstoff in der Regenerationsluft
zur Oxidation der Schmutzpartikel benötigt wird. Die Regeneration
ist weiter unten näher
erläutert.
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Die
Regenerationsleitung 56 kommt von einer Regenerationsbrennkammer
als Wärmequelle 62 mit
einem Brenner 64, in der Figur links oben. Mit der Regenerationsbrennkammer 62 kann
die Regenerationsluft auf etwa 650°C aufgeheizt werden.
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In
der Regenerationsleitung 56 ist in Strömungsrichtung hinter der Regenerationsbrennkammer 62 ein
Umgasventilator 66 angeordnet. Hinter dem Umgasventilator 66 befinden
sich die beiden Abzweigungen für
die beiden Burnout-Leitungen 54. Außerdem führt die Regenerationsleitung 56 zu
drei funktional parallelen Eintrittsleitungsteilen 68,
welche jeweils in einen der Vorfilter 16 führen. Vor
jedem Vorfilter 16 ist in dem entsprechenden Eintrittsleitungsteil 68 eine
Regenerationslufteintrittsklappe 70 angeordnet. Die Regenerationslufteintrittsklappen 70 können unabhängig voneinander
geöffnet
beziehungsweise geschlossen werden.
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Auf
den den Eintrittsleitungsteilen 68 gegenüberliegenden
Seiten der Vorfilter 16 führt jeweils ein Austrittsleitungsteil 72 aus
den Vorfilter 16 heraus und zu einer Austrittssammelleitung 74.
In jedem Austrittsleitungsteil 72 befindet sich eine Regenerationsluftaustrittsklappe 76.
Die Eintrittsleitungsteile 68 und die Austrittsleitungsteile 72 sind
bezüglich
der Vorfilter 16 so angeordnet, dass die Regenerationsluft entgegen
der Abluftströmungsrichtung
durch die Vorfilter 16 strömt.
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Die
Austrittssammelleitung 74 teilt sich in eine Regenerationszuleitung 78,
welche zur Regenerationsbrennkammer 62 führt, und
eine Nachverbrennungszuleitung 80. Die Nachverbrennungszuleitung 80 teilt
sich ihrerseits in zwei Nachverbrennungszuleitungsteile 82,
die jeweils zu einer der NV-Brennkammern 48 führen. In
jedem Nachverbrennungszuleitungsteil 82 ist eine NV-Brennkammerklappe 84 angeordnet;
die NV-Brennkammerklappen 84 können unabhängig voneinander betätigt werden.
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Insgesamt
sind die Vorfilter 16 durch entsprechende Betätigung der
jeweiligen Regenerationslufteintrittsklappen 70 und Regenerationsluftaustrittsklappen 76 bei
geschlossenen NV-Brennerklappen 84 unabhängig voneinander
in der Regenerationsleitung 56 mit der Regenerationsbrennkammer 62 in
einem Regenerationskreislauf schaltbar.
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Zu
der Regenerationszuleitung 78 führt außerdem eine Verbindungsleitung 86,
welche von der Abluftleitung 14b, und dort aus einem Bereich
in Strömungsrichtung
hinter den Vorfiltern 16 und vor den NV-Leitungszweigen 26,
abzweigt. In der Verbindungsleitung 86 ist eine Verbindungsklappe 88 angebracht,
mit der die Verbindungsleitung 86 geöffnet oder gesperrt werden
kann.
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In
den Bereich der Abluftleitung 14b, von dem die Verbindungsleitung 86 abzweigt,
mündet
ferner eine Frischluftzuleitung 90, die in der Figur auf Höhe der unteren
Nachverbrennungseinrichtung 12 dargestellt ist. In der
Frischluftzuleitung 90 ist eine Frischluftklappe 92 zur
Steuerung der Frischluftzufuhr angeordnet. Über die Frischluftzuleitung 90 kann beim
Anfahren der Vorrichtung 10 der Regenerationsbrennkammer 62 alternativ
oder zusätzlich
zu der vorgereinigten Abluft auch Frischluft als Regenerationsluft
zugeführt
werden. Ferner kann über
die Frischluftzuleitung 90 und die Abluftleitung 14b bei geöffneten
Zuschaltklappen 28 in den NV-Leitungszweigen 26 den Nachverbrennungseinrichtungen 12 Frischluft
zugeführt
werden.
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Die
Vorrichtung 10 funktioniert wie folgt:
Die zu reinigende,
mit klebrigen Kohle- und Graphitpartikeln verschmutzte Abluft wird
eintrittsseitig, in der Figur links, der Abluftleitung 14a zugeführt. Zunächst werden
die Ablufteintrittsklappe 22 und die Abluftaustrittsklappe 24 eines
der Vorfilter 16 geöffnet,
dem so die Abluft über
den entsprechenden VF-Leitungszweig 20 zuströmt. Mit
dem Vorfilter 16 werden die klebrigen Kohle- und Graphitpartikeln
aus der Abluft entfernt und verbleiben als Filterrückstände im Vorfilter 16.
Die Ablufteintrittsklappen 22 und die Abluftaustrittsklappen 24 der
beiden anderen Vorfilter 16 hingegen werden schließend angesteuert.
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Während die
Abluft durch einen der drei Vorfilter 16 geleitet wird,
wird wenigstens der zuletzt benutzte Vorfilter 16 regeneriert,
was weiter unten näher
beschrieben ist, das heißt,
die Filterrückstände werden
entfernt. Gegebenenfalls steht der dritte Vorfilter 16 währenddessen
bereits zur Benutzung bereit.
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Die
vorgereinigte, von den klebrigen Kohle- und Graphitpartikeln befreite
Abluft wird stromabwärts über den
VF-Leitungszweig 20 und die Abluftleitung 14b den
Nachverbrennungseinrichtungen 12 zugeleitet, wo sie weiter
gereinigt wird; die Funktionsweise der Nachverbrennungseinrichtung 12 ist
weiter unten beschrieben.
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Die
Regeneration der Vorfilter 16 geschieht wie folgt:
Zunächst werden
die Ablufteintrittsklappe 22 und die Abluftaustrittsklappe 24 des
zu regenerierenden Vorfilters 16 geschlossen und die Regenerationslufteintrittsklappe 70 und
die Regenerationsluftaustrittsklappe 76 geöffnet.
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Anschließend wird
die Verbindungsklappe 88 in der Verbindungsleitung 86 geöffnet, so
dass ein Teil der vorgereinigten Abluft aus dem gerade im Filterbetrieb
befindlichen Vorfilter 16 über die Abluftleitung 14b,
die Verbindungsleitung 86 und die Regenerationszuleitung 78 als
Regenerationsluft der Regenerationsbrennkammer 62 zuströmt.
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Zusätzlich kann
auch die Frischluftklappe 92 in der Frischluftzuleitung 90 geöffnet werden,
so dass auch Frischluft über
die Abluftleitung 14b, die Verbindungsleitung 86 und
die Regenerationszuleitung 78 der Regenerationsbrennkammer 62 zuströmen kann. Auf
diese Weise kann der Vorfilter 16 auch ausschließlich mit
Frischluft oder einer Mischung aus vorgereinigter Abluft und Frischluft
als Regenerationsluft regeneriert werden. Dies ist insbesondere beim
Anfahren der Anlage dann erforderlich, wenn keine oder nur wenig
vorgereinigte Abluft zur Verfügung
steht oder wenn aus unten erläuterten
Gründen Sauerstoff
in der Regenerationsluft benötigt
wird.
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Dann
werden die Verbindungsklappe 88 in der Verbindungsleitung 86 und
gegebenenfalls die Frischluftklappe 92 in der Frischluftzuleitung 90 geschlossen,
so dass keine weitere vorgereinigte Abluft und keine Frischluft
der Regenerationsbrennkammer 62 zuströmt. Der Vorfilter 16 bildet
nun mit der Regenerationsbrennkammer 62 einen geschlossenen
Regenerationskreislauf.
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In
der Regenerationsbrennkammer 62 wird die Regenerationsluft
mit Hilfe des Brenners 64 auf etwa 650°C aufgeheizt. Dies geschieht
langsam und gezielt, damit die Regenerationsbrennkammer 62 nicht überhitzt
wird.
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Mit
dem Umgasventilator 66 wird die langsam heißer werdende
Regenerationsluft über
die Regenerationsleitung 56 und den jeweiligen Eintrittsleitungsteil 68 dem
zu regenerierenden Vorfilter 16 zugeleitet. Da die Burnout-Hauptklappen 58 geschlossen
sind, strömt
die gesamte Regenerationsluft dem Vorfilter 16 zu.
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Mit
der heißer
werdenden Regenerationsluft wird der Vorfilter 16 langsam
auf etwa 650°C
aufgeheizt. Dabei werden zunächst
im Vorfilter 16 die leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffe
und danach die höhersiedenden
Kohlenwasserstoffe ausgetrieben und mit dem vorhandenen Sauerstoff
verbrannt. Nach überschreiten
der Zündtemperatur
der Kohlenwasserstoffe und dem Verbrauch des in dem geschlossenen Regenerationskreislauf
befindlichen Sauerstoffs wird der Prozess unter Sauerstoffmangel,
vorzugsweise ohne Sauerstoff, weiter betrieben, bis die Kohlenwasserstoffe
gänzlich
pyrolysiert sind und sich im Vorfilter 16 nur noch Restkohlenstoff
und Gase und im Regenerationskreislauf nur noch Gase befinden.
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Die
während
des Reinigungsprozesses entstehenden Rauch- und Pyrolysegase werden über die
NV-Brennkammerklappe 84 in eine im Reinigungsbetrieb befindliche
Nachver brennungseinrichtung 12 geleitet. Wenn beide Nachverbrennungseinrichtungen 12 in
Betrieb sind, können
beide NV-Brennkammerklappen 84 geöffnet werden. Die Pyrolysegase
aus dem Vorfilter 16 beziehungsweise dem Regenerationskreislauf
strömen
dann über
die Nachverbrennungszuleitung 80 und den (die) Nachverbrennungszuleitungsteil(e) 82 der
(den) NV-Brennkammer(n) 48 zu und werden dort nachverbrannt.
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Gleichzeitig
wird die Verbindungsklappe 88 in der Verbindungsleitung 86 geöffnet, so
dass vorgereinigte Abluft über
die Abluftleitung 14b, die Verbindungsleitung 86 und
die Regenerationszuleitung 78 der Regenerationsbrennkammer 62 zuströmt, dort langsam
aufgeheizt und wie oben beschrieben dem Vorfilter 16 zugeführt und
so diesem gezielt Sauerstoff zudosiert wird. Durch die dosierte,
temperaturgeregelte Zugabe von Sauerstoff wird der nach der Pyrolyse
der Kohlenwasserstoffe im Vorfilter 16 verbliebene Restkohlenstoff
oxidiert und der Vorfilter 16 gänzlich gereinigt.
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Die
regenerative Nachverbrennung der vorgereinigten Abluft in den Nachverbrennungseinrichtungen 12 erfolgt
wie nachfolgend beschrieben:
Die Zuschaltklappe 28 derjenigen
Nachverbrennungseinrichtung 12 wird geöffnet, der die von den Vorfiltern 16 kommende
vorgereinigte Abluft zur Nachverbrennung zugeführt werden soll. Es können auch
beide Zuschaltklappen 28 geöffnet werden, so dass sich
die vorgereinigte Abluft auf beide Nachverbrennungseinrichtungen 12 verteilt.
Die Zuschaltklappen 28 können auch in einem vorgegebenen
Verhältnisgeöffnet werden.
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In
der gewählten
Nachverbrennungseinrichtung 12 werden die Abluftklappen 34 von
zwei der Nachverbrennungstürme 32,
welche regeneriert und betriebsbereit sind und sich im Einlass-
oder Heizzyklus befinden, geöffnet.
Die Wärmespeichereinheiten 52 dieser
Heiz-Nachverbrennungstürme 32 sind
aufgeheizt und bereit zur Wärmeabgabe.
Die Reingasklappen 36, die Spülluftklappen 46 und
die Burnout-Luftklappen 60 der Heiz-Nachverbrennungstürme 32 werden
geschlossen. Außerdem
werden die Abluftklappen 34 der beiden anderen Nachverbrennungstürme 32 geschlossen.
Die vorgereinigte Abluft strömt
so nur den Heiz-Nachverbrennungstürmen 32 zu, wo sie
die in den Wärmespeichereinheiten 52 gespeicherte
Wärme abführt und
aufgeheizt wird.
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Die
heiße
vorgereinigte Abluft aus einem der Heiz-Nachverbrennungstürme 32 wird
der NV-Brennkammer 48 zugeführt. Dort ist wenigstens ein
Brenner 50 in Betrieb, vorzugsweise sind beide Brenner 50 in
Betrieb. In der NV-Brennkammer 48 wird die aufgeheizte
Abluft oxidiert und so gereinigt.
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Die
gereinigte heiße
Abluft wird einem der beiden anderen Nachverbrennungstürme 32,
welcher ebenfalls regeneriert und betriebsbereit ist, zugeführt, der
sich im Auslass- oder Kühlzyklus
befindet; die Wärmespeichereinheiten 52 sind
im Auslass- oder Kühlzyklus
abgekühlt
und bereit, Wärme
zu speichern. Die Burnout–Luftklappe 60 des Kühl-Nachverbrennungsturms 32 wird
zuvor geschlossen beziehungsweise bleibt geschlossen. Der Wärmespeichereinheit 52 des
Kühl-Nachverbrennungsturms 32 wird
Wärme der
heißen
Abluft zugeführt
und diese so abgekühlt.
Gleichzeitig wird der Heiz-Nachverbrennungsturm 32, aus
welchem die heiße
Abluft stammt und dessen Wärmespeichereinheit 52 nun
abgekühlt
ist, schnell ge spült,
was weiter unten näher
beschrieben wird, und steht dann als Kühl-Nachverbrennungsturm 32 zur
Aufnahme der heißen
Abluft aus dem anderen, noch mit vorgereinigter Abluft gefüllten Heiz-Nachverbrennungsturm 32 bereit.
Mit der heißen
Abluft aus dem anderen Heiz-Nachverbrennungsturm 32 wird
entsprechend vefahren.
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Um
die kühle
gereinigte Abluft aus einem der Kühl-Nachverbrennungstürme 32 über den
entsprechenden Turmleitungsabschnitt 30 und den entsprechenden
NV-Leitungszweig 26 in Richtung Abluftkamin 18 abzulassen,
wird die Reingasklappe 36 des Kühl-Nachverbrennungsturms 32 geöffnet.
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Der
Nachverbrennungsprozess ab der Befüllung der Heiz-Nachverbrennungstürme 32 wird
kontinuierlich wiederholt. Dabei werden die Nachverbrennungstürme 32 wechselweise
im Einlass- oder Heizzyklus und im Auslass- oder Kühlzyklus betrieben.
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Während des
gesamten Betriebes der Vorrichtung 10 wird wenigstens eine
der drei Ventilatorklappen 42, vorzugsweise werden zwei
der drei, mit der Steuereinrichtung öffnend angesteuert und der entsprechende
Reingasventilator 40 aktiviert, so dass er die abgekühlte, gereinigte
Abluft in den Abluftkamin 18 bläst, von wo aus sie in die Umgebung gelangt.
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Die
Reingasklappe 36 und die Abluftklappe 34 des vierten
Nachverbrennungsturms 32 werden oder bleiben einstweilen
geschlossen. Der vierte Nachverbrennungsturm 32 kann während die
vorgereinigte Abluft unter Verwendung der drei anderen Nachverbrennungstürme 32 nachverbrannt
wird, gespült
und bei Bedarf, also bei Verschmutzung, in weiter unten beschriebener
Weise re generiert werden. Er steht so bei einem späteren Nachverbrennungsprozess,
insbesondere beim Ausfall oder der Verschmutzung eines der anderen
Nachverbrennungstürme 32,
zur Verfügung
und kann dessen Funktion übernehmen.
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Zur
Spülung
eines der Nachverbrennungstürme 32 wird
dessen Spülluftklappe 46 geöffnet und die
Burnout-Luftklappe 60, die Abluftklappe 34 und die
Reingasklappe 36 werden geschlossen. Über die Spülluftleitung 44 strömt dann
gereinigte Abluft aus dem Bereich der Abluftleitung 14c stromabwärts der Reingasventilatoren 40 dem
Nachverbrennungsturm 32 zu, durch diesen hindurch, verdrängt dort
die nicht gereinigte Abluft aus dem Nachverbrennungsturm 32 und
gelangt in die entsprechende NV-Brennkammer 48.
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Zur
Regeneration eines der Nachverbrennungstürme 32 werden dessen
Burnout-Luftklappe 60 und die Burnout-Hauptklappe 58 der entsprechenden
Burnout-Leitung 54 geöffnet,
so dass heiße
Regenerationsluft von der Regenerationsleitung 56 dem Nachverbrennungsturm 32 zuströmt und dort
im Durchlauf eine Oxidation der Schmutzpartikel bewirkt. Der Nachverbrennungsturm 32 wird
anschließend
wie oben beschrieben gespült.
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Falls
bei einer der Nachverbrennungseinrichtungen 12 eine Störung auftritt,
kann diese einfach von der Abluftleitung 14b entkoppelt
werden, indem die entsprechende Zuschaltklappe 28 geschlossen
wird, so dass ihr keine weitere vorgereinigte Abluft zuströmt. Der
anderen Nachverbrennungseinrichtung 12 strömt dann
die gesamte vorgereinigte Abluft zu; diese Nachverbrennungseinrichtung 12 übernimmt
dann automatisch die Funktion der abgekoppelten mit. Die aktive
Nachverbrennungseinrichtung 12 wird dabei vereinfacht betrieben,
so dass die durchgeleitete Abluftmenge nicht reduziert werden muss.
Hierzu wird jeweils zwischen zwei Nachverbrennungstürmen 32 parallel
hin- und hergeschaltet, wobei auf die Spülung und Regeneration während des
Störungsbetriebs
verzichtet wird.
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Bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung 10 beziehungsweise eines Verfahrens zum
betreiben einer solchen sind unter anderem folgende Modifikationen
möglich:
Die
Vorrichtung 10 und das Verfahren sind nicht beschränkt auf
die regenerative Nachverbrennung von klebrigen Kohle- und Graphitpartikel
in Abluft. Vielmehr können
mit ihr/ihm auch andersartige Abgase von andersartigen, insbesondere
klebrigen Partikeln gereinigt werden.
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Die
Vorrichtung 10 kann auch mehr als zwei Nachverbrennungseinrichtungen 12 umfassen.
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Es
können
jeweils auch mehr als vier Nachverbrennungstürme 32 einer Nachverbrennungseinrichtung 12 redundant
gekoppelt sein.
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Statt
der Keramik kann auch eine andersartige Wärmespeichereinheit verwendet
werden.
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In
der Regenerationsleitung 56 kann statt einer Regenerationsbrennkammer 62 auch
eine andersartige Wärmequelle
verwendet werden.
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Anstelle
von Frischluft oder vorgereinigter Abluft oder eine Mischung aus
beidem kann auch ein anderes Regenerationsgas zugeführt werden.
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Das
Regenerationsgas, insbesondere die Regenerationsluft, kann auch
auf mehr oder weniger als 650°C
aufgeheizt werden.
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Alternativ
zur gereinigten Abluft kann auch ein anderes Spülgas verwendet werden.
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Es
können
auch mehr oder weniger als drei Vorfilter 16 verwendet
werden.
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Anstelle
von Absperrklappen können
auch andersartige Absperrmittel, beispielsweise Drosselklappen,
vorgesehen sein.
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Ein
Teil der Absperrklappen oder alle Absperrklappen können statt über die
Steuereinrichtung auch manuell betätigbar sein.