DE102014218596A1

DE102014218596A1 - Thermische Nachverbrennungsvorrichtung und Verfahren zur thermischen Nachverbrennung

Info

Publication number: DE102014218596A1
Application number: DE102014218596.3A
Authority: DE
Inventors: Römermann Paul-Gerhard; Bettina Schultze
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine thermische Nachverbrennungsvorrichtung (1) für Luftschadstoffe eines Rohgases (12) mit einem Brenner (16). Es ist vorgesehen, dass eine Vormischvorrichtung (32) zur vollständigen Vermischung des Rohgases (12) mit einem Brenngas (14) vorgesehen und mit dem Brenner (16) zur Weiterleitung des mit dem Brenngas (14) vermischten Rohgases (12) verbunden ist und dass der Brenner (16) ein Porenbrenner mit einem porösen Körper (18) zur flammenfreien Verbrennung ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Nachverbrennungsvorrichtung und ein Verfahren zur thermischen Nachverbrennung von Luftschadstoffen eines Rohgases.
Bei einer thermischen Nachverbrennung von Luft mit Schadstoffen, beispielsweise lösungsmittelhaltiger Luft aus einem Lackierprozess, ergeben sich aus verschärften Emissionsvorschriften ständig neue Anforderungen nach einer Optimierung.
DE 10 2010 002 865 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Lasereinrichtung zum Zünden eines Kraftstoffes, wobei ein Zündzeitpunkt mindestens eines Zylinders durch zwei Prozesse gesteuert oder geregelt werden kann.
DE 10 2009 049 732 A1 beschreibt ein Metallschaum-basiertes Filtersystem zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Abluft von Lackierkabinen. Bei dem der Metallschaum als Legierungsbestandteil mindestens ein Element, das für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen als Katalysator wirkt, enthält. Das Metallschaumelement wird auf eine Temperatur erwärmt, die ideal ist für eine katalytische Umwandlung der Kohlenwasserstoffe in der Abluft.
DE 199 39 951 A1 offenbart einen Brenner zur Verbrennung eines Brennstoff/Oxidationsmittelgemisches innerhalb einer Brennraumes. In einer Verbrennungszone des Brennraumes, in der sich die Flamme entwickelt, sind kugelförmige Füllkörper angeordnet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde die thermische Nachverbrennung eines Rohgases mit Luftschadstoffen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 beziehungsweise des Anspruches 6.
Die thermische Nachverbrennungsvorrichtung für Luftschadstoffe eines Rohgases mit einem Brenner sieht, dass eine Vormischvorrichtung zur vollständigen Vermischung des Rohgases mit einem Brenngas vorgesehen und mit dem Brenner zur Weiterleitung des mit dem Brenngas (14) vermischten Rohgases verbunden ist und dass der Brenner ein Porenbrenner mit einem porösem Körper zur flammenfreien Verbrennung ist.
Das Rohgas, das auch als Abluft oder Schmutzgas bezeichnet werden kann, wird vor dem Brennraum vollmischend mit dem Brenngas gemischt. Durch den Porenbrenner, der auch als Volumenbrenner bezeichnet werden kann, können bessere Wärmeübergänge und damit eine erhöhte Energieeffizienz erreicht werden.
Durch eine homogene Verteilung der Verbrennung können geringere Temperaturen gefahren werden, so dass bei der Verbrennung weniger Stickoxide entstehen. Da die Verbrennung flammenfrei, das heißt ohne offene Flamme, erfolgt, steigt die Effizienz und die Abgasbelastung sinkt. Die Vorrichtung hat eine Regelbarkeit des zugeführten Brennstoffes beziehungsweise der zugeführten Energie in Abhängigkeit vom tatsächlich erforderlichen Volumen des Rohgases. Da der Porenbrenner keinen klassischen Brennraum oder eine Ausbrandlänge erfordert, ergibt sich eine geringe Baugröße.
Vorzugsweise ist das Brenngas Erdgas. Erdgas hat bei der Verbrennung Vorteile hinsichtlich der Schadstoffemission. So sind insbesondere CO2 und Stickoxide reduziert.
Der poröse Körper kann einen Keramikschwamm aufweisen beziehungsweise kann aus einem Keramikschwamm bestehen. Ein Keramikschwamm oder Keramikschaum hat den Vorteil einer einfachen Herstellung und einer hohen Hitzebeständigkeit und ist zudem extrem feuerfest.
Es kann eine Verweilkammer vorgesehen sein, die sich an einer Austrittsdüse des Brenners anschließt, mit mindestens einem Strömungsumlenkelement. In der Verweilkammer können sich Schwebstoffe im Abgas, das bei der Verbrennung entstanden ist, setzen und das Abgas kann sich abkühlen, so dass aus der Verweilkammer ein Reingas austritt. Durch das oder die Strömungsumlenkelemente kann der Strömungsweg verlängert werden. Vorzugsweise ist in der Verweilkammer ein Filter angeordnet, der zusätzlich weitere Bestandteile aus dem Abgas filtert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur thermischen Nachverbrennung von Luftschadstoffen eines Rohgases umfasst die Schritte:

– vollständiges Vor-Vermischen des Rohgases mit einem Brenngas und
– flammenfreies Verbrennen des mit dem Brenngas vermischten Rohgases in Poren eines porösen Körpers.

Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.
Vorzugsweise wird das Abgas, das bei dem Verbrennen entstanden ist, bei dem Verweilen in eine Strömung versetzt und mindestens einmal umgelenkt. Dieses Verweilen erlaubt eine Absetzung von Schwebstoffen und eine Abkühlung des Abgases.
Vorzugsweise wird das Abgas bei dem Verweilen gefiltert, so dass zusätzlich weitere Bestandteile aus dem Abgas herausgefiltert werden.
Die Verbrennung kann bei einer Temperatur von 700 °C erfolgen. Die relativ geringe Temperatur ermöglicht eine energiesparende, aber dennoch umfassende Abgasnachbehandlung.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 zeigt eine schematische Darstellung des Verbrennungsprozesses und 2 eine schematische Darstellung der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung.
1 zeigt eine thermische Nachverbrennungsvorrichtung zur Reinigung eines Rohgases 12. Das Rohgas 12, das auch als Schmutzgas bezeichnet werden kann, stammt beispielsweise aus einem industriellen Prozess. In dem Rohgas 12 sind dann entsprechende Schadstoffe enthalten, wie zum Beispiels Lösungsmittel. Ein Teil oder sämtliche Schadstoffe eines oder mehrerer unterschiedlicher Schadstofftypen werden in der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung verbrannt, so dass diese Schadstoffe aus dem Rohgas 12 entfernt werden.
Das Rohgas 12 wird mit einem Brenngas 14, beispielsweise Erdgas, vollständig vermischt, bevor es einem Brenner 16 zugeführt wird. Diese Voll-Vormischung von Rohgas 12 und Brenngas 14 kann in einem nicht dargestellten Mischer oder in einem Einlass- oder/oder Eingangsbereich des Brenners 16 erfolgen.
Der Brenner 16 ist als Porenbrenner ausgeführt und enthält einen porösen Körper 18 aus einem Keramikschwamm. Der Körper 18 ist ein dreidimensionaler volumetrischer Porenkörper. Das Mischgas aus Rohgas 12 und Brenngas 14 wird dem porösen Körper 18 zugeführt. Eine Zündung des Gasgemisches in den Poren des offenporigen Körpers 18 findet beispielsweise durch eine Zündelektrode statt. In dem Körper 18 bildet sich eine flammenlose, volumetrische Verbrennung aus. Entsprechend enthält der Brenner 16 keinen Brennraum, sondern der Körper 18 kann auch als Reaktor bezeichnet werden. Da die Verbrennung im offenen Volumen des porösen Körpers 18 stattfindet, ist eine Stabilisierung der Verbrennungsreaktion nicht notwendig. Es ist eine einfache Regelbarkeit des zuzuführenden Brenngases 14 über das Volumen des Rohgases 12 gegeben.
Bei der Verbrennung entsteht ein Abgas 20 bei dem die Schadstoffe zumindest teilweise verbrannt sind. Das Abgas 20 wird einer Kammer 22 zugeführt, in der das Abgas 20 für eine gewisse Zeit verweilt, was als Nachreinigung gesehen werden kann. Anschließend tritt von Schadstoffen zumindest weitestgehend befreites Reingas 24 aus der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung 10 aus.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung 10 dargestellt. Die Nachverbrennungsvorrichtung 10 ist einem Container 26 oder in einem ähnlichen Behälter angeordnet. In den Container 26 führt eine Rohgaszuleitung 28 und Brenngaszuleitung 30. Die Rohgaszuleitung 28 und die Brenngaszuleitung 30 münden in einen Vormischer 32, in dem eine Vollvormischung von Rohgas und Brenngas stattfindet. Das Mischgas wird anschließend von dem Vormischer 32 zu den Brennern 16 geleitet. Hier sind beispielshaft vier Brenner 16 dargestellt Der Brenner 16 ist als Porenbrenner ausgeführt.
Eine Austrittsdüse 34 des Brenners 16 aus dem das bei der Verbrennung entstandene Abgas austritt, mündet in die Kammer 22.
In der Kammer 22 zum Verweilen des Abgases sind mehrere Strömungsumlenkelemente 36 angeordnet, so dass der Strömungsweg des Abgases verlängert wird. In dem Strömungsweg kann sich optional ein Filter 38 befindet, der hier beispielhaft zwischen zwei Strömungsumlenkelementen 36 angeordnet ist. Der Filter 38 kann beispielsweise nicht vollständig verbrannte Schadstoffe ausfiltern. Der Strömungsweg des Abgases verläuft bis zu einer Auslassöffnung 40, wo Reingas aus der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung austritt.
Bezugszeichenliste

10: thermische Nachverbrennungsvorrichtung
12: Rohgas
14: Brenngas
16: Brenner
18: poröser Körper
20: Abgas
22: Kammer
24: Reingas
26: Container
28: Rohgaszuleitung
30: Brenngaszuleitung
32: Vormischer
34: Austrittsdüse
36: Strömungsumlenkelement
38: Filter
40: Auslassöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010002865 A1 [0003]
DE 102009049732 A1 [0004]
DE 19939951 A1 [0005]

Claims

Thermische Nachverbrennungsvorrichtung für Luftschadstoffe eines Rohgases (12) mit einem Brenner (16), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vormischvorrichtung (32) zur vollständigen Vermischung des Rohgases (12) mit einem Brenngas (14) vorgesehen und mit dem Brenner (16) zur Weiterleitung des mit dem Brenngas (14) vermischten Rohgases (12) verbunden ist und dass der Brenner (16) ein Porenbrenner mit einem porösem Körper (18) zur flammenfreien Verbrennung ist.
Thermische Nachverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngas (12) Erdgas ist.
Thermische Nachverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Körper (18) einen Keramikschwamm aufweist.
Thermische Nachverbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verweilkammer (22), die sich an eine Austrittsdüse (34) des Brenners (16) anschließt, mit mindestens einem Strömungsumlenkelement (36) vorgesehen ist.
Thermische Nachverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verweilkammer (22) ein Filter (38) angeordnet ist.
Verfahren zur thermischen Nachverbrennung von Luftschadstoffen eines Rohgases (12) gekennzeichnet durch die Schritte: – vollständiges Vor-Vermischen des Rohgases (12) mit einem Brenngas (14); und – flammenfreies Verbrennen des mit dem Brenngas (14) vermischten Rohgases (12) in Poren eines porösen Körpers (18).
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Verweilen lassen des bei der Verbrennung erzeugte Abgases in einer Kammer (22).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas (20) bei dem Verweilen in eine Strömung versetzt wird und mindestens ein Mal umgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas (20) bei dem Verweilen gefiltert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung bei einer Temperatur von 700° C erfolgt.