DE1779413C3 - Warmeruckgewinnungsvorrichtung fur Trockner mit katalytischer Verbrennung der Abgase - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme durch Übertragung der aus der katalytischen Verbrennung oxidierbarer Bestandteile eines mit schwankender Menge davon be.'adenen Abgasstromes erzeugten Wärme auf einen der Guttrocknung dienenden Heizgasstrom in einem Trocknungsofen, wobei der heiße Abgasstrom nach der katalytischen Verbrennung seiner brennbaren Bestandteile ium indirekten Wärmetausch mit dem Heizgasstrom gebracht wird, aus welchem ein Teil zum Heizbrenner abgezogen wird.

Eine Vorrichtung der vorstehend bezeichneten Art ist aus der US-PS 32 16 127 bekannt. Auch dort sollen beschichtete Gegenstände in einem langgestreckten Trockner an der Oberfläche behandelt, d. h. getrocknet werden. Der Heizgasstrom ist ein Luftstrom, der von außen durch eine Öffnung, sodann durch eine Heizzone an warmen Rohren vorbei und über einen Bereich mit Drosselklappen zu einem Ventilator geht, welcher die Luft in eine Vorkammer drückt. Dort tritt sie durch eine Öffnung von unten durch den Förderer in den langgestreckten Trockner aus und strömt an den Oberflächen der zu behandelnden Gegenstände vorbei. Ein Gebläse sorgt für die weitere Förderung des jetzt dampfbeladenen Abgasstromes in einen mit Brenner versehenen Raum, in dessen Ausgang quer ein Oxidationskatalysator angeordnet ist. Durch diesen tritt der Abgasstrom unter Erwärmung und katalytischer Verbrennung seiner schädlichen, oxidierbaren Bestandteile aus und in eine Wärmetauschzone ein.

Die durch die katalytische Verbrennung des Abgases entstandene Wärme wird bei der bekannten Vorrichtung auf den eintretenden, heiße Rohre in der Heizzone umschließenden Luftstrom übertragen. Die Aufheizung der Behandlungsgase durch die Abluft erfolgt im Absirombereich der Behandlungsgase, und die Übertragung der Wärme erfolgt von den heißen Rohren in der Heizzone zum Luftstrom.

Der Wirkungsgrad dieser in der Praxis großen Maschinen könnte erheblich gesteigert werden, wenn eine bessere Regulierung und damit eine Stabilisierung der Wärmefreisetzung möglich wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Einsparung der Zufuhr zusätzliche- Wärmeenergie den Wirkungsgrad einer derartigen Vorrichtung zu verbessern und eine stabilere Wärniefreisetzung zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Wärmeübertragung vom Abgasstrom in den im Trockner umlaufenden Heizgasstrom erfolgt, über einen abgeschlossenen, Abgasstromführung und Umiaufgasstromführung durchsetzenden Wärmetauscher, in dem eine Wärmeüberiragungsflüssigkeit umläuft, deren Druck so eingestellt wird, daß die zugehörige Siedetemperatur der maximal zulässigen Heizgasteniperat-.ir entspricht.

Dabei kann die Übertragung der Wärme durch einen Wärmetauscher erfolgen, dessen Heizflüssigkeit auf einer bestimmten Höchsttemperatur gehalten werden kann, und außerdem erfolgt die Aufheizung der Behandlungsgase durch die Abluft nicht im Abstrombereich der Behandlungsgase, wie bei der bekannten Anlage nach der US-PS 32 16 127, sondern im Umlauf des Heizgasstromes. Das bedeutet, daß die Wärmeübertragung von dem heißen, oxidierten Abgasstrom auf den umlaufenden Heizgasstrom über ein getrenntes geschlossenes, eine bewegte Flüssigkeit enthaltendes Wärmeübertragungssystem erfolgt, in dem man die Wärmeübertragungsflüssigkeit unter festgelegtem Überdruck in einer Heiz- und einer Wärmefreigabezone zirkulieren läßt und einen gleichförmig erhitzten, umlaufenden Heizgasstrom aus der Wärmefreigabezone zur Wärmerückgewinnung abzieht. Durch diese Maßnahme hat man in überraschender Weise eine Stabilisierung der Wärmeübertragung und eine gleichmäßige Rückgewinnung der durch die katalytische Oxidation entstehenden Wärme erreicht. Durch den leicht von außen einstellbaren Druck über ein inertes Gas und damit Druck der Wärmeübertragungsflüssigkeit wird erreicht, daß ab einer gewissen Grenze zusätzliche in der Heizzone entstandene Wärmeenergie nicht von der dann siedenden Wärmeübertragungsflüssigkeit absorbiert wird. Infolgedessen sind die Temperaturen in der Wärmefreigabezone für die Übertragung auf den umlaufenden Heizgasstrom gleichförmig.

Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise weiterhin durch einen in Richtung des Abgasstromes vor dem Katalysator angeordneten Temperaturfühler weiter ausgestaltet, welcher die Brennstoffzufuhr zu dem ihm vorgeordneten, mit dem abgezweigten Heizgasstrom beschickten Brenner steuert. Entsprechend einer sinkenden oder steigenden Temperatur wird die Wärmezufuhr gesteigert oder vermindert. Durch diese Maßnahme wird die Automation der Gesamtanlage in zuverlässiger Weise verbessert.

Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn ein zusätzlicher, im Umluftkreis des Heizgases nach dessen Aufheizung angeordneter Temperaturfühler vorgesehen ist, der als Korrekturglied für die

Brennsioffsteuerung wirkt. Hierdurch wird mittels der Wärmezuführeinrichtung unmittelbar entsprechend Abnahme oder Zunahme gegenüber einer vorbestimmten Temperaturhöhe, die in der Wärmefreigabezone aufrechterhalten wird, eine Einstellung erreicht, wodurch die Wärmeabgabe der Wärmezufuhrzone entsprechend einer sinkenden Temperatur in der Wärmefreigabezone gesteigert und die Wärmeabgabe in der Wärmezuführzone entsprechend einem Temperaturanstieg in der Wärmefreigabezone herabgesetzt wird.

Die folgende Beschreibung und die Zeichnung dienen der Erläuterung des Erfindungsgegc-nstandes.

Die einzige Zeichnung zeigt schematisch einen Teil eines Trocknungsofens mit einem gestreckten Trockner 1, in dem sich heiße Luftströme über beschichtete Gegenstände bewegen, die kontinuierlich durch ihn gelragen werden. Beispielsweise können mehrere schmale, überzogene Bleche 2 mittels Zwischenrahmen 3 auf einem Förderband 4 getragen werden, das sich kontinuierlich durch den Trockner 1 mittels üblicher Antriebsrollen bewegt.

Aus dem Trockner wird ein rauchbeladener Abgasstrom mittels eines Kanals 5 ständig abgezogen, während gleichzeitig erhitzte Zusatzluft oder erhitzte Umwälzlull kontinuierlich in den Trockner eingeführt wird. In der Zeichnung ist ein umlaufender Wärmerückgewinnungsluftstrom oder Heizgasstrom dargestellt, der über den Kanal 6 abgezogen in eine Wärmeübertragungszone 7 geleitet und dann über den Hauptraum 8. Gebläse 9 und Kanal 10 in den Trockner zurückgeführt wird. Die Wiederverteilung des erhitzten Luftstromes aus dem Kanal 10 im Trockner I wird wie üblich durchgeführt.

Zum Reinigen des rauchbeladenen Abgasstroms im Kanal 5 vor dem Austritt in die Luft ist es notwendig, eine angemessene Menge eines Oxidationskatalysators in der katalytischer! Umwandlungszone der Vorrichtung vorzusehen. Die Natur der verbr .'nnbaren Dämpfe, verdampften Lösungsmitteln od. dgl. kann stark von der Art der Behandlung oder Trocknung abhängen, die im Trockner 1 durchgeführt wird. Derartige Trockner arbeiten häufig mit Geschwindigkeiten, die mehr als 100 überzogenen Blechen je Minute entsprechen, so daß die beim Trocknen verdampfte Lösungsmittelmenge in der Größenordnung von 570 i je Stunde oder mehr liegen kann.

Bei einem katalytischen Bchandlungsabsehnitt unter Benutzung von Platin oder einem sonstigen aktiven Platingruppenmetall ist es notwendig, daß am Katalysator eine passende Umwandlungstemperatur herrscht, die etwa bei 260°C oder mehr liegt, vorzugsweise bei etwa 37O°C, um eine rasche Zündung und Aktivierung der Katalysatorschicht sicherzustellen. Bei weniger aktiven katalytischen Stoffen kann die erforderliche Zündtemperatur in der Größenordnung von 480 bis 540⁰C liegen. Die dargestellte Aiisführungsfurm zeigt einen Spiralbrenner 11 mit Brennstoffzuführung durch Leitung 12, mit einem einstellbaren Regelventil 13 und einer passenden Luftzufuhr durch Leitung 14. Im Spiralbrenner wird der beladene Abgasstrom tangential um eine axial angeordnete Brennerdüse eingeführt, die das Brennstoffluftgemisch erhält, so daß sich eine sehr schnelle Zentrifugalvermischung zwischen dem beladenen Abgasstrom und dem Brennstoffluftgemisch und eine relativ kurze, dicke, sehr intensive Flamme 15 innerhalb einer Brenn/.one 16 ergeben. Die Flamme 15 bewirkt zu gewissem Grade eine thermische Verbrennung des mitgerissenen Verbrennungsmaterials, jedoch besorgt beim vorliegenden System der einstellbare Brenner 11 in erster Linie eine Vorheizung des gesamten, über den Kanal 5 abgezogenen Stromes, urn so eine angemessene Umwandlungstemperatur für den Kontakt mit der Katalysatorschicht 17 herzustellen, die am Ende der Umwandlungszone 18 eingebaut ist. Ein Gebläse 19 zwischen der Heizzone 16 und der Uniwandlungszone 18 dient zum Aufrechterhalten einer gleichförmigen, kontinuierlichen Bewegung des belade-

ίο nen Abgasstromes durch die Katalysatorschicht 17 zu einem angrenzenden Heizabschnut 20.

In diesem erfolgt ein indirekter Wärmeaustausch durch eine Vielzahl von Rohren 21, die flüssiges Gemisch aus Diphenyl und Diphenyloxid als Wärmeträger enthalten. Auch andere Wärmeüberführungsmittel können verwendet werden. Der anfallende, teilweise gekühlte Gasstrom, der frei von verbrennbaren Dämpfen und störenden Gerüchen ist, wird dann aus der Wärmeaustauschzone 20 über den Kanal 22 in einen nicht dar-

ao gestellten Abzugskamin geleitet.

Eine Trennwand 23 erstreckt sich im Gehäuse 24 im Bereich Wärmeübertragungsrohre 21 zwischen der ffeizkammer 20 und dem umgrenzten Wärmefreigabeabschnitt 7.

Ein Puffertank 25 für das Heizmittel ist mit dem Rohreinlaß 26 über eine Leitung 27 verbunden, während der Flüssigkeitsauslaß 28 an die Leitung 29 und Pumpe 30 angeschlossen ist. Letztere fördert in den Tank 25 über eine Leitung 31 und dient zur Aufrechterhaltung einer Flüssigkeilsumwälzung im Wärmeauslauschabschnitt der Vorrichtung. In diesem wird ein geeigneter Druck mittels eines Gasdruckes aus Leitung 32 mit Regelventil 33 aufrechterhalten, wodurch der ganze Wärmeübertragungskreis im flüssigen Zustand statt im Dampfzustand arbeitet, und man erzielt so eine Höchsttemperatur in der Wärmeübcrtragung^flüssigkeit.

Im allgemeinen ergibt sich bei einer katalytischen Reinigungsstufe für einen mit Dampf beladenen Abgasstrom beim Verlassen der Kataiysatorzone ein wesentlicher Temperaturanstieg im Abgassirom, und dann kann der in die Heizzone 20 eintretende Strom 1 eniperaturen in der Größenordnung von etwa 450 bis 540"C haben. Das Wärmeübertragungsmittel läuft innerhalb des Wärmeaustauschrohrsystems um und kann auf einer Temperatur in der Größenordnung von etwa 340 bis 370"C je nach der Temperatur in der Zone 20 gehalten werden. Wie jedoch schon ausgeführt wurde, bedeutet es einen besonderen Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung, daß man in der Lage ist, eine Wärmesenke des Betriebes bei Verwendung des flüssigen Wärmeaustauschmittels zu erzielen, das wiederum unter einem Druck gehalten wird. Mit anderen Worten kann man bei konstantem Umlauf der Austauschflüssigkeit durch Pumpe 30 innerhalb der gesamten Wärmeaustauschrohre eine höchste Siedetemperatur erzielen, die beispielsweise in der Größenordnung von 37O°C unter etwa 6,75 atü liegen kann, während die Temperatur des den Katalysator 17 verlassenden und in den Heizabschnitt 20 eintretenden Stromes schwanken kann. Infolge des Druckes in dem Wärmeaustausch 21, 24 wird die Wärmeübertragungsflüssigkeit eine Höchsttemperatur entsprechend dem eingestellten Druck erreichen. |ede zusätzliche Wärmeenergie, die in der Heizzone 20 verfügbar ist, wird zwangläufig durch diese Zone hindurchgehen, ohne von dem siedenden Wärmeübertragungsmittel absorbiert zu werden. Auf diese Weise sind die Temperaturen in der Wärmefrei-

gabezone 7 für die Übertragung auf den umlaufenden Luftstrom, der aus Leitung 6 eintritt und zum Trockner 1 über die Leitung 10 zurückkehrt, praktisch gleichförmig. Im allgemeinen wird der umlaufende Luftstrom für die meisten Trocknerbetriebe eine Temperatur von mindestens etwa 27O"C haben, so daß die von den Rohren 21 gelieferte Wärmeaustauschflache ausreichen muß, um den Luftstrom im Kanal 6 auf die gewünschte Temperatur ansteigen zu lassen.

Zur Erzielung einer angemessenen Kontrolle über die gesamte Rauchoxidation und den damit verbundenen Wärmeaustausch ist zwecks gleichmäßiger Übertragung der Wärmeenergie auf den umlaufenden Luftstrom eine selbsttätige Steuerung für den Brenner 11 über das Brennstoffzufuhrventil 13 vorgesehen. Bei einer Ausführungsform ist ein Temperaturfühler 35 in der Oxidationszone 18 an einer Stelle im Aufstrom von der Katalysatorschicht 17 eingebaut, wodurch eine angemessene katalytischc Umwandlungstemperatur in dieser Zone gewährleistet wird. Der Temperaturfühler 35 ist über die Leitung 36 an den Regler 37 angeschlossen, der wiederum über Leitung 38 an das Ventil 13 angeschlossen ist. Dadurch wird eine vergrößerte oder verkleinerte Flamme 15 die gewünschte Anhebung oder Senkung der Vorheiztemperatur für die Zone 18 bewirken.

Zusätzlich zur Temperaturkontrolle für den katalytischer! Oxidationsabschnitt wird bei einer bevorzugten Betriebsweise ein Temperaturfühler 39 innerhalb der I leißluftzone 8 benutzt, der mit dem Steuergerät 37 über Leitung 40 verbunden ist, so daß die Temperatur des Heizgasstromes kontinuierlich gespeichert wiH Der Regler 37 oder eine sonstige automatische Steuereinrichtung soll in der Lage sein, einen Übersteue rungseffekt bezüglich des Temperaturfühlers 35 in Zone 18 zu ergeben, so daß dem Brenner 11 Brennstoff in größerer oder kleinerer Menge zugespeist wird, wenn dies notwendig ist, um eine gewünschte gleichförmige Temperatur beim Wärmeaustausch in der Zone 8 aufrechtzuerhalten. Falls die Temperatur in der Zone 20 infolge einer geringen zyklischen Zufuhr an flüchtigen, verbrennbaren Stoffen zur Oxidationszone 18 eine Temperatursenkung in der Wärmefreigabezonc 7 crgibt, so daß sich wiederum eine ungenügende Temperatur am Fühler 39 in Zone 8 anzeigt, kann Wärme für die Gcsamtvorrichtung durch den Brenner Il abgerufen werden, der Wärme in die Vorheizzone 16 überträgt. Die dadurch entstehende höhere Temperatur des Abgasstromes aus der Zone 16 ergibt dann in der Katalysatorzone 18 eine Wärmeübertragung bei höherer Temperatur als sie für normale Auslösung einer katalytischen Oxidationsstufe notwendig sein kann. Die erhöhte Temperatur wird jedoch die zusätzliche Wärmeleistung zur Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Temperatur in der Wärmeübertragungsflüssigkeit für die Rohre 21 liefern. Die Aufrechterhaltung einer gewünschten Temperatur innerhalb des umlaufenden Wärmeübertragungsmittels gewährleistet wiederum die gleichförmige Temperatur für den die Zone 8 erreichenden, umlaufenden Heizgasstrom. F.s ist also ersichtlich, daß durch die Gesamtvorrichtung nach der Erfindung eine erwünschte gleichförmige Temperatut an dem in Zone 8 zurückkehrenden Heizgasstrom ent weder durch geeignete Wärmefreisetzung aus mitge führten, flüchtigen Stoffen und deren katalytischer Ver brennung im Katalysator 17 oder durch Ausnutzung zusätzlicher Wärmefreigabe vom Brenner 11 für dk Vorheiz/one 16 aufrechterhalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme durch Übertragung der aus der katalytischen Verbrennung oxidierbarer Bestandteile eines mil schwankender Menge davon beladenen Abgasstromes erzeugten Wärme auf einen der Guttrocknung dienenden Heizgasstrom in einem Trocknungsofen, wobei der heiße Abgasstrom nach der katalytischen Verbrennung seiner brennbaren Bestandteile zum indirekten Wärmetausch mit dem Heizgasstrom gebracht wird, aus welchem ein Teil zum Meizbrenner abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragung vom Abgasstrom auf den im Trockner (1) umlaufenden Heizgasstrom erfolgt, über einen abgeschlossenen, Abgasstromführung und Umlaufgasstromführung durchsetzenden Wärmetauscher (21, 24), in dem eine Wärmeübertragungsflüssigkeit umläuft, deren Druck so einge- »0 stellt wird, daß die zugehörige Siedetemperatur der maximal zulässigen Heizgastemperatur entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in Richtung des Abgasstromes vor dem Katalysator (17) angeordenten Temperaturfühler »5 (35), der die Brennstoffzufuhr zu dem ihm vorgeordneten, mit dem abgezweigten Heizgasstrom beschickten Brenner (11) steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen, im Umluftkreis des Heizgases nach dessen Atifheizung angeordneten Temperaturfühler (39), der als Korrekturglied für die Brennstoffsteuerung wirkt.