DE19509801A1 - Stickoxidmindernde Wärmerückgewinnungsvorrichtung für Industrieöfen, insbesondere Glasschmelzwannen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die verfahrensre­ alisierende Vorrichtung zur Minderung der Stickoxidemission, insbesondere an Hochtemperaturindustrieöfen in Form einer mehrstufigen Wärmerückgewinnungsvorrichtung, vorzugsweise zur Wiedererwärmung oder Erzielung einer möglichst langen iso­ thermen Verweilzeit des in üblichen Wärmerückgewinnungsvor­ richtungen an sich rasch abkühlenden Abgases im thermischen Fenster der Instabilität des Stickstoffmonoxid.

Die bekannte, aufwendige Anwendung von vor- oder nachgeordne­ ten Anlagen zur Luftspaltung oder chemischen Abgasaufberei­ tung soll durch eine technisch integrierbare, dem Ofenprozeß technologisch artverwandte Lösung ersetzt oder erübrigt wer­ den, wobei das Verfahren jedoch zugleich vom Hauptprozeß des Ofens weitgehend entkoppelt sein soll, so daß technologische Verkomplizierungen diesbezüglich vermieden werden und eine unkomplizierte Praxiseinführung möglich ist.

Zum Verfahren ist, aus dem Stand der Technik naheliegend, hinsichtlich der Wiedererwärmung von Abgas, mit DE 43 05 114 A1 speziell für Abfallverbrennungsanlagen ein Verfahren bekannt geworden, bei dem zur Entstickung das zuvor entschwefelte und stark abgekühlte Abgas in mehreren nachgeordneten Schritten von 60°C auf 250°C erneut mit zusätzlicher Hilfsenergie auf die Solleintrittstemperatur eines nachgeordneten Katalysators erwärmt wird. Energieökonomisch vorteilhaft ist diese Wieder­ erwärmungsvorrichtung mit einer zweistufigen Wärmerückgewin­ nungsvorrichtung als teilweisem Wärmekreislauf versehen. Nach­ teilig ist die Anwendung von zusätzlicher Hilfsenergie. Zu­ zugleich ist die Anwendung eines Katalysereaktors zu aufwen­ dig, anlagenfremd, und im Bezug zum erfinderischen Anliegen schließt das niedrige Temperaturniveau eine Übertragung aus. Die Aufgabenstellung wird verfahrenstechnisch dadurch gelöst, daß im Wärmerückgewinnungssystem dem Abgas eine lange Ver­ weilzeit im Temperaturbereich um 900°C aufgezwungen wird, dadurch, daß hier auf langem Wegabschnitt und/oder bei langer Verweilzeit Wärmesenken unterdrückt werden, insbesondere der regenerative Wärmetausch gegen Luft vermieden wird, und daß das Abgas mit benachbarten Wärmequellen in indirekten Wärme­ tausch gebracht wird, wobei diese die Wände von prozeßtech­ nisch vorangestellten heißeren Prozeßstufen, z. B. Abschnitte der Außenwände des Hochtemperaturregenerators sind, so daß abschnittsweise durch eine vorteilhaft schonende Außenwand­ kühlung in Gestalt einer Doppelwandung zugleich eine vorteil­ hafte Wiedererwärmung des Abgases ohne zusätzliche Hilfsener­ gie vollzogen wird.

Im Vergleich zum genannten Stand der Technik ist die thermi­ sche Konditionierung für einen Katalysator nicht der verfah­ renstechnische Zweck der Wiedererwärmung, und die Erfindung geht ebenso über die Einstellung eines thermischen Optimum dadurch weit hinaus, daß der thermodynamische Effekt von Ab­ kühlung, Wiedererwärmung und nochmaliger Abkühlung im inter­ essanten Temperaturfenster zum einen auf das lokal niedrige Aktivierungsenergiepotential thermodynamisch direkt zuge­ schnitten ist und überdies technologische Freiheitsgrade ein­ bringt, die für eine problemarme Betriebspraxis vorteilhaft sind. Die Anordnung des erfindungsgemäß sich an den Hochtem­ peraturregenerator anschließenden und ausschließlich in der Abgasperiode im Bypaß durchströmten Abgasschachtes, als teil­ weise Umhüllung eines Hochtemperaturregeneratorabschnittes im Temperaturniveau oberhalb 800°C, ermöglicht zudem die syste­ matische Senkung der Wärmewandverluste im extensiven Bereich.

Die verfahrensrealisierende Wärmerückgewinnungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus drei Abschnitten auf­ gebaut ist, wobei der mittlere Abschnitt ein Abgasschacht ist, der in der Luftperiode mindestens einseitig gegen Ver­ brennungsluftdurchströmung abgesperrt ist, wobei diese im wegverkürzenden Bypaß um den erfindungsgemäßen Abgasschacht herumgeführt wird und daß vorteilhaft mindestens eine Außen­ wand des Abgasschachtes als unisolierte Trennwand, zu einem Hochtemperaturabschnitt des Industrieofens, vorzugsweise als Trennwand zum Hochtemperaturabschnitt des Regenerators ausge­ bildet ist.

Eine verfahrensintensivierende Vorrichtung ist durch eine Einbringungsvorrichtung für Brennstoff oder vorzugsweise ein kohlenwasserstoffhaltiges Abprodukt, das innerbetrieblich an­ fällt, z. B. Schlamm von Maschinenkühlwasser, in den erfin­ dungsgemäßen Abgasschacht gekennzeichnet. Die NO-mindernde Wirkung des Verfahrens beruht dann zusätzlich auf der Reduk­ tion des Stickoxides im Labilitätsfenster des NO.

In einem Ausführungsbeispiel wurde ein zweistufiges Wärme­ rückgewinnungssystem mit einem System von teilweise parallel betriebenen Abgassammelkanälen zwischen den beiden Regenera­ toren so mit zwei motorischen Abgasschiebern pro Feuerseite ausgestattet, daß im Anschluß an den Hochtemperaturabschnitt der regenerativen Wärmerückgewinnungsanlage funktionell ein Abgassammelschacht entstand, der im Feuerwechselzyklus je­ weils in der Abgasperiode von Abgas durchströmt wird und da­ bei den Abgasstrom eines ursprünglich parallel betriebenen Kanals mit aufnimmt, in der Luftperiode jedoch gegen Luft­ durchströmung verschlossen gehalten wird, wobei im Gegenzug der parallel angeordnete Kanal die Verbrennungsluft des nun­ mehr gesperrten Abgassammelschachtes mit aufnimmt. Im Bei­ spiel erfolgt weder eine Wiedererwärmung des Abgases noch ei­ ne zusätzliche Beaufschlagung mit Brennstoff oder Kohlenwas­ serstoffen aus Abprodukten. Im Ergebnis wird trotz der somit eingeschränkten Funktion und der im Beispiel relativ kurzen Gestaltung des entscheidenden Abgassammelschachtes eine Min­ derung der NO-Konzentration im Abgas auf etwa 40% des Rohga­ ses erzielt. Im absoluten Niveau werden, trotz der einfachen und eingeschränkten Ausstattung der Vorrichtung, Werte er­ zielt, die denen von derzeit niveaubestimmenden Anlagen zur sekundären Minderung von Stickoxidemissionen durchaus ge­ wachsen sind.

Bezugszeichenliste

1 Primärer Regenerator, Hochtemperaturregenerator
2 Abgasschacht
3 Schachtschieber
4 Wärmetauscher
5 Bypaßschieberung
6 Abgaserwärmungsrekuperator
7 Regeneratorschieber
8 unisolierte Regeneratoraußenwand
9 Rekuperatoraußenwand
10 Rekuschacht
11 Sammelschachtschieber
12 Umgehungssperrschieberung
13 Abgasdurchlaß
14 Scheidewand

Claims (10)

1. Verfahren zur Minderung der Stickoxidkonzentration von Industrieofenabgasen dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgas eine lange Verweilzeit im Temperaturbereich um 900°C aufgezwungen wird, dadurch, daß hier auf langem Weg Wärme­ senken unterdrückt werden, insbesondere der regenerative Wärmetausch gegen Luft vermieden wird und daß das Abgas mit benachbarten Wärmequellen in indirekten Wärmetausch gebracht wird, die nach dem bekannten Stand der Technik von prozeßtechnisch ausschließlich vorangestellten heißeren Prozeßstufen, z. B. dem Hochtemperaturregenerator, gebildet werden, so daß abschnittsweise eine Wiedererwärmung des Abga­ ses vollzogen wird.

2. Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Minderung der Stick­ oxidkonzentration von Industrieofenabgasen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmerückgewinnung aus drei Abschnitten aufgebaut ist, wobei der mittlere Abschnitt ein Abgasschacht ist, der in der Luftperiode mindestens einseitig gegen Ver­ brennungsluftdurchströmung abgesperrt ist.

3. Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Minderung der Stickoxid­ konzentration von Industrieofenabgasen nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt ein an sich bekannter Hochtemperaturregenerator (1), der primäre Regenerator ist, der dritte Abschnitt ein Wärmetauscher (4), vorzugsweise ein an sich bekannter, üblicherweise liegend an­ geordneter Regenerator ist und daß auf dem zeitlich versetz­ ten und teilweise entgegengerichteten Weg der Verbrennungs­ luft eine neuheitlich wegverkürzende Umgehung des mittleren Abschnitts der Wärmerückgewinnung in Form einer alternierend luftperiodisch geöffneten Bypaßschieberung (5) angeordnet ist.

4. Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Minderung der Stickoxid­ konzentration von Industrieofenabgasen nach Anspruch 1 und/ oder 2 und/oder 3, besonders für Umlenkflammenwannenöfen geeignet, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe einer dreistufigen Wärmerückgewinnung als Abgaserwärmungsrekupera­ tor (6) ausgebildet ist, der seinen Abgaseintritt am Kammer­ fuß des abgasführenden primären Hochtemperaturregenerators (1) aufweist, wobei der Eintritt gebildet wird von einem in dessen Abgasphase periodisch geöffneten Regeneratorschieber (7), daß nachfolgend der weitere Rekuperatorschacht (10) ausgebildet ist von der umhüllenden Rekuperatoraußenwand (9), die zunächst an der abgasführenden primären Regeneratorkammer vorzugsweise aufwärts gerichtet und/oder in Richtung anstei­ gender Temperatur des Regenerators angeordnet ist und daß dabei die dort abschnittsweise unisolierte Regeneratoraußen­ wand (8) zugleich Teil der Rekuperatoraußenwand und des Rekuperatorschachtes ist, anschließend der Rekuperator­ schacht am benachbarten luftführenden Hochtemperaturregene­ rator gleichermaßen abwärts zu dessen Fuß hinführt, daß er dort seinen Abgasaustritt aufweist, dieser zum nachgeordneten Abschnitt der Luftvorwärmung führt, wobei sein Abgasaustritt gebildet wird von einem halbperiodisch geöffneten Sammel­ schachtschieber (11), der zum benachbarten Regeneratorschieber (7) stets invertiert positioniert ist und daß eben dieser Regeneratorschieber im somit geschlossenen Zustand zugleich die wegverkürzende Umgehungssperrschieberung (12) der Ver­ brennungsluft zur Aushaltung der Luft aus der mittleren Stufe der Wärmerückgewinnung ist.

5. Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Minderung der Stickoxid­ konzentration von Industrieofenabgasen nach Anspruch 1 und/ oder 2 besonders für Querflammenwannenöfen geeignet, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe einer dreistufigen Wär­ merückgewinnung als Abgaserwärmungsrekuperator (6) ausgebil­ det ist, der seinen Abgaseintritt am Kammerfuß des abgasfüh­ renden primären Hochtemperaturregenerators (1) aufweist, wobei der Eintritt gebildet wird von einem in dessen Abgasphase pe­ riodisch geöffneten Regeneratorschieber, daß nachfolgend der weitere Rekuperatorschacht ausgebildet ist von der umhüllen­ den Rekuperatoraußenwand, die zunächst an der abgasführenden primären Regeneratorkammer vorzugsweise aufwärts gerichtet und/oder in Richtung ansteigender Temperatur des Regenerators angeordnet ist und daß dabei die dort abschnittsweise uniso­ lierte Regeneratoraußenwand zugleich Teil der Rekuperator­ außenwand und des Rekuperatorschachtes ist, anschließend der Rekuschacht in einem benachbarten Abschnitt des gleichen oder eines parallel betriebenen abgasführenden Regenerators glei­ chermaßen abwärts zu dessen Fuß hin führt, daß er dort seinen Abgasaustritt aufweist, dieser zum nachgeordneten Abschnitt der Lufterwärmung führt, wobei sein Abgasaustritt gebildet wird von einem halbperiodisch geöffneten Sammelschachtschie­ ber (11), der zum benachbarten Regeneratorschieber stets gleichsinnig positioniert ist, oder daß außer dem Sammel­ schachtschieber kein weiterer Regeneratorschieber angeordnet, sondern ein Abgasdurchlaß (13) vorhanden ist.

6. Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Minderung der Stickoxid­ konzentration von Industrieofenabgasen, nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaserwärmungsrekuperator ausgebildet ist als Hülle um den abschnittsweise unisolierten Regenerator und daß in der Anordnung nach Anspruch 5 eine Trennwand zwischen Vor- und Rücklauf in Form einer Scheide­ wand (14) angeordnet ist.

7. Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Minderung der Stickoxid­ konzentration von Industrieofenabgasen, nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaserwärmungsrekuperator als freier Gasraum ausgebildet ist in Form einer an sich ähnlich von der Generatorgasvorwärmung her bekannten, jedoch dort regenerativ betriebenen und mit Kammergitterung verse­ henen, parallel angeordneten Kammer und daß zwei hinterein­ andergeschaltete derartige Kammern den erfindungsgemäßen Re­ kuperator bilden.

8. Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Minderung der Stickoxid­ konzentration von Industrieofenabgasen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaserwärmungsrekuperator vollständig oder teilweise räumlich in den Regenerator inte­ griert ist.

9. Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Minderung der Stickoxid­ konzentration von Industrieofenabgasen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die 2. Stufe der Wärme­ rückgewinnung ein Brennstoff mit an sich bekannten Mitteln eingebracht wird.

10. Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Minderung der Stick­ oxidkonzentration von Industrieofenabgasen, nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, daß in die 2. Stufe der Wär­ merückgewinnung und weitgehend deren freien Strömungsquer­ schnitt in dazu senkrechter Schnittebene schneidend und überstreichend, ein endloses, zunderfestes Siebkettenband durchgeführt wird, das vor dem Eintritt in den Rekuperator ein Tauchbecken durchläuft, das mit kohlenwasserstoffreicher Flüssigkeit oder Schlamm, vorzugsweise Altölschlamm befüllt ist.