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Beschreibung Verfahren zur Verwertung der Verbrennungswärme von in
Arbeitsraumen hoher Temperatur freiwerdenden brennbaren Dampfen bzw. Gasen (Priorität
11. Dezember 1967 - Nr. MA-1791 - Ungarn) Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren
zur Verwertung der Verbrennungswärme von in von außen beheizbaren Arbeitsräumen
hoher Temperatur, insbesondere in Emaillieröfen freiwerdenden brennbaren Dämpfen
bzw. Gasen, wobei diese auf eine niedrige Konzentration verdünnt werden.
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Wie bekannt verdampfen auf vielen Gebieten der Industrie so insbesondere
bei der Herstellung von emaillierten Drähten beim Einbrennen des Emailles aus der
vorher aufgetragenen Lacklösung brennbare Lösungsmittel. Die Lösungsmitteldämpfe
stellen samt anderen Produkten des Lackeinbrennens brennbare und gesundheitsschädliche
Verbindungen dar, welche bislang aus dem Ofen bzw. dem Arbeitsraum abgeleitet worden
sind. Diese brennbare Dämpfe bzw. Gase verfügen jedoch noch über einen bedeutenden
Wärmeinhalt.
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Man war bislang bestrebt, diesen Wärmeinhalt auf die verschiedenste
Art und Weise zu verwerten. Gemäß einer bekannten Lösung werden die brennbaren Dämpfe
bzw. Gase in einen katalytischen Reaktor eingeleitet und dort verbrannt. Die Verbrennungswärme
wird in diesem Falle teils durch die Reaktorwand hindurch verwertet, teils jedoch
durch das den Reaktor verlassende Gasgemisch. Gewohnheitsgemäß wird dieses Gasgemisch
in den Arbeitsraum, also den Einbrennofen zurückgeführt, oder es wird mit dem äußeren
Teil des doppelwandigen Brennofens in Berührung gebracht und somit verwertet. Bei
einer anderen bekannten.
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Lösung wird durch das den Reaktor veröassende Gas über einen Wärmeaustauscher
die in den Ofen bzw.
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Arbeitsraum einströmende Frischluft vorerwärmt.
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Ein gemeinsames Merkmal der bekannten Lösungen ist, daß der Reaktor
bzw. die in denselben eintretende Luftströmung mit Hilfe von Vorerwärmer wenigstens
beim Anlauf des Betriebes unabhängig vom Einbrennofen auf eine Temperatur von etwa
360°C vorerwärmt werden müssen. Unter Beachtung d essen, daß die Verbrennung außerhalb
des @inbrennofens, d.h. außerhalb des Arbeitsraumes in einem mit Kat#alysator gefüllten
Reaktor vollzogen ;vird, muß für den Umlauf des erwärmten Gasgemisches gesorgt werden.
Der ständige Umlauf des Gasgemisches hoher Temperatur verlangt insbesondere bei
Stehofensystemen nach einer ziemlich empfindlichen und komplizierten Technologie.
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Durch die hohe Temperaturen werden den Umlaufgebläsen gegeniiber äußer
t hohe und schwer ertüllbare Anforderungen gestellt.
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Durch die Verteilung sowie die Einleitung der ständig in Umlauf gehaltenen
Warmluft in die Öfen werden äußerst schwierige lufttechnische Regelungsprobleme
aufgeworfen und selbst bei Lösung dieser Fragen kann praltisch nie erreicht vjerdeii,
daß im mittleren Abschnitt der Öfen in ihrem Querschnitt die gewünschte homogene
Wärmeverteilung ausgebildet wird. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist noch,
daß dadurch die schädliche Teerausbildung in den
Öfen nicht beseitigt
wird, es wird lediglich für die Verbrennung der entstandenen Teerprodukte gesorgt
Durch die Verbrennung der Teerprodukte wird jedoch in der Regel die Lebensdauer
der Kathalysatore bedeutend herabgesetzt. Bei Veränderung der beschickten Lackmenge
oder der Qualität derselben ist die Nachstellung bzw. umstellung des Gerätes kompliziert.
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Zielsetzung der Erfindung sind die Beseitigung der obigen Mängel
und die Entwicklung eines Verfahrens durch welches die Verbrennungswärme der in
Arbeitsräumen, so in Emaillieröfen freiwerdenden brennbaren Dämpfe bzw. Gase verwertet
werden kann, ohne daß mit der Verwertung der Verbrennungswärme irgend welche Nachteile
verbunden wären. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das obige Ziel erzielt
werden kann, falls die Wärmeverwertung mit Hilfe von im Arbeitsraum untergebrachten
Kat#alysatoren im Arbeitsraum selbst vollzogen wird1 indem die brennbaren Dämpfe
bzw. Gase an ihrem Entsteh#ungsort gleich verbrannt werden. Gegenstand der Erfindung
ist daher ein Verfahren zur Verwertung der Verbrennungswärme von in vom außen beheizten
Arbeitsräumen hoher Temperatur, insbesondere in Emaillier-Öfen freiwerdenden brennbaren
Dämpfen bzw Gasen niedriger Konzentration. Das Wesen der Erfindung
liegt
darin, daß die brennbaren Dämpfe bzw. Gase mit Hilfe eines im Arbeitsraum angeordneten
Verbrennungskat/alysators im Arbeitsraum selbst verbrennt werden, wobei der Wärmebedarf
des Arbeitsraumes auf diese Weise teilweise oder völlig gedeckt wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ferner ermöglicht, daß
den Arbeitsraum verlassende Gasgemisch, welches noch über einen bestimten Wärme
inhalt verfügt zur Wärmeverwertung teilweise oder völlig in den Arbeitsraum zurückzuführen.
Auf eine andere Art und Weise kann diese Wärmeverwertung derart erfolgen, Inden
das noch heiße Gasgemisch über einen Wärmeaustauscher hindurchgeleitet und dadurch
die in den Arbeitsraum eingespeiste Frischluft vorgewärmt wird.
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Der Arbeitsstoff, aus dem die brennbaren Dämpfe und Gase entweichen,
wird erfindungsgemäß periodisch oder kontinuierlich aus einer Richtung, oder kontinuierlich
aus zwei entgegengesetzten Richtungen eingespeist .
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Das erfindungsgemäße Verwahren ermöglicht die Regelung des Verbrennungswirkungsgrades
b zw. des Konversionsgrades der Dämpfe und Gase im Arbeitsraum, und zwar derart,
indem die Eintrittsgeschwindigkeit der zur Verbrennung erforderlichen Luft geregelt
wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die mit d.er Verbrennung
verbundene Wärmeverwertung unmittelbar an der stelle vollzogen, wo die Gase bzw.
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Dämpfe entstehen, d.h. der :Brennofen wird durch die Verbrennungswärme
unmittelbar beheizt.
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Eine gesonderte Vorerwärmung des Luftstromes und des Kat#alysators
ist nicht erforderlich, d.a zur gleichen Zelt mi.t der Aufheizung des Ofens auch
der Kat#alysator auf die entsprechende Temperatur erhit zt wird, und der im Ofen
vorhandene Luftstrom ist zum Einsetzen des kat#alytischen Verbrennungsprozesses
von hinreichend hoher Temperatur.
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Das zum Verfahren erforderliche System ist aus lufttechnischen Gesichtspunkten
wesentlich einfacher, der durch das Geblase angetriebene Luftstrom ist von wesentlich
niedrigerer Temperatur als es bei den bislang bekannten Verfahren der Fall war.
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Eine homogene Temperaturvertilung im Ofen ist einfach zu verwirklichen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Teerausbildung völlig
beseitigt, da die Lösungsmitteldimpfe im wesentlichen nur mit der mit Kat#alysator
bedeckten Oberfläche in Berührung kommen, wo eine unvollständige Verbrennung und
die Entstehung von
Teerprodukten unmöglich ist. Es sinkt die Gefahr
einer in Öfen bei einer Betriebsstörung auftretenden Exploxion oder explosionsartigen
Verbrennung, da die Verbrennung an der Oberfläche des Kat#alysators schnell und
ohne Explosion verläuft, wobei zugleich auch die Gefahr einer Konzentrationserhöhung
herabgemindert wird.
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Über die aufgezählten technologischen Vorteile hinaus ist noch ein
weiterer Vorteil, daß die zur Ausübung des Verfahrene dienende Einrichtung wesent-Ich
einfacher und billiger als die bislang bekannten Einrichtungen ausfällt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen
auf Grund der Zeichnungen ausführlich beschriebe , wobei Fig. 1 und 2 die scllematisch¢lDarstellungen
von zwei Ausführungsbeispielen sind.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 werden die aus dem mit Kat#alysator
versehenen Einbrennrohr 1 abziehenden Rauchgase und die eventuell noch vorhandenen
Lösungsmitteldämpfe in den Nachbrennka#talysator 2 eingeleitet. Die hier entstehenden
Rauchgase werden iber den Wärmeaustauscher 3 ins Freie geleitet, während die zum
flfen 1 hinzuführende Frischluft über den Wärmeaustauscher 3 geleitet wird, wo sie
sich vorwärmt.
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In Fig. 2 wird ein Ausführngsbeispiel gezeigt, bei welchem die aus
dem mit Kat#alysator ausgerüsteten Einbrennofen 1 abziebenden Rauchgase bzw. die
eventuell noch vorhandenen Lösungsmitteldämpfe in den Nachbrennkat#alysator 2 eingeleitet
wird, wonach ein Teil ins preise, ein Teil hingegen mit Frischluft vermischt; zurtick
in den Einbrennofen 1 geleitet wird.
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Die Anbringung des Kat#alysators kann an. dar Ofenwand oder entlang
derselben verwirkliciit-werden.
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Der zum Brennen verwendete Kat#alysator kann auf eine Metallplatte
aufgetragenes Palladium, Platin oder anderes Metall von kat#alytischer Wirkung sein,
die Kat#alysatoren können jedoch auch derart ausgebildet sein, indem diese Metalle
oder Metalloxyde auf stabförmige, plattenförmige keramische Tragkörper, deren Gestalt
kann auch von derer Form niedrigen Strömungswiderstaiides sein, aufgetragen werden.
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Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens wirddie Konzentration der
Lösungsmitteldämpfe durch den im Ofen angeordneten Kat#alysator entlang der gesamten
Länge des Ofens auf einen niedrigen Wert gehalten, wodurch auch die Menge der einzuleitenden
Luft gegenüber der der bislang bekannten Verfahren bedeutend herabgesetzt werden
kann, da bei den Verfahren die zuzuführende Luftmenge bislang durch
die
auf die eingegebene Gesamtlösungsmittelmenge errechnete untere Explosionsgrenzkonzentration
der Lösungsmitteldämpfe bestimmt worden ist. Erfindungsgemäß ergibt sich dadurch
die Möglichkeit, die Regelung der Endgeschwindigkeit in weiten Grenzen vorzunehmen
und ddurch den Verbrennungswirkungsgrad bzw. den Konversionsgrad zu regeln.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur in neuen, rur die Ausübung
des Verfahrens gebauten Einrichtungen, sondern auch im Falle der bisherigen Einrichtungen
durch iiußerst einfachen minimalen Umbau verwirklicht werden.
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Die .Erfindung ist naturgemäß nicht nur auf das Einbrennen von Emaille
beschränkt, sie kann bei jedem technologische-l Prozeß, wo in Arbeitsträumen hoher
mjemcratur brennbare Gase bzw. Dämpfe entstehen, verwirklicht werden