DE19521673A1 - Verfahren zur regenerativen Abluftreinigung - Google Patents

Description

Bei einer großen Anzahl von industriellen Prozessen entsteht Abluft mit organischen Verunreinigungen, die entweder gesundheitsschädlich sind oder einen schlechten Geruch aufweisen. Solche Abluft wird nach dem Stand der Technik überwiegend thermisch behandelt. Durch Erhitzen auf 800°C werden organische Stoffe verbrannt und damit beseitigt.

Für die Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens ist es entscheidend, daß ein möglichst großer Anteil der Wärmeenergie, der für die Lufterhitzung benötigt wird, im Prozeß selber zur Vorwärmung der verunreinigten Abluft genutzt werden kann. Aus diesem Grund haben sich regenerative Wärmetauscher für diese Art der Abluftreinigung durchgesetzt.

Solche regenerativen Wärmetauscher arbeiten mit mindestens zwei durchströmbaren Körpern aus Wärmespeichermasse, die periodisch umgeschaltet werden von Wärme­ aufnahme zur Wärmeabgabe und umgekehrt. Damit ist zwangsläufig verbunden, daß ein Teil des Gasinhaltes der Leitungen und Wärmetauscher kurzzeitig ungereinigt in die Atmosphäre entweicht. Dies kann bei unkritischen Verunreinigungen toleriert werden. In anderen Fällen ist zur Vermeidung dieses Effektes ein zusätzlicher Aufwand erforderlich, der darin besteht, daß ein komplettes drittes Regeneratorgefäß mit allen Umschaltarmaturen benötigt wird. Dieses dritte Gefäß ermöglicht dann einen 4-Takt-Betrieb. Dabei dient der zweite und vierte Takt dem Spülen eines Gefäßes mit Reinluft, nachdem es zuvor zum Erhitzen von Abluft geschaltet war. Auf diese Art wird eine pausenlose Abluftreinigung ohne kurzzeitige Emissionen ermöglicht, allerdings mit einem um 50% erhöhten Aufwand im Vergleich zu einer einfachen Regeneratorschaltung.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe der pausenlosen Abluftreinigung mit mini­ malem Zusatzaufwand. Sie geht von der Erkenntnis aus, daß ein Regeneratorgefäß innerhalb von 10-15 sec gespült werden kann, und nur für diesen Zeitraum wird im Grunde ein drittes Regeneratorgefäß benötigt. Das bedeutet weiterhin, daß es möglich sein muß, anstelle einer Schaltung mit einem vollständigen dritten Rege­ neratorgefäß eine andere zu finden, die ohne ein vollständiges drittes Gefäß aus­ kommt.

Eine solche Schaltung wurde gefunden und wird anhand von Bild 1 beschrieben. Aus­ gehend von einer üblichen Regeneratorschaltung mit 2 Gefäßen (1 + 2), die jeweils ein kaltes Ende unten und ein heißes Ende oben aufweisen und deren heiße Enden durch eine Verbindungsleitung (3) miteinander verbunden sind, wird an der heißen Verbindungsleitung (3) eine zusätzliche sehr kleine Speichermasse (4) eingebaut, deren kaltes Ende mit einer zusätzlichen Leitung (5) und einem zusätzlichen Absperrventil (6) mit der Reinluftleitung (7) und dem Gebläse (8) verbunden ist.

Desweiteren ist in der Verbindungsleitung (3) zur Deckung der Wärmeverluste ein Zusatzbrenner (9) vorgesehen, der dafür sorgt daß die heißen Enden der Regenera­ toren 1, 2 und 4 sowie die Verbindungsleitung (3) zu jeder Zeit eine Temperatur von 800°C beibehält. In Bild 1 ist die Anlage in dem Schaltzustand gezeichnet, bei dem die Regeneratormasse (1) kaltgeblasen und die Masse (2) aufgeheizt wird. Das Bild 2 gibt den folgenden Schaltzustand wieder, bei dem das Regeneratorgefäß (1) gespült wird. Während dieser Zeit wird die verunreinigte Abluft dem Regenerator (2) zugeführt und verläßt das System über den kleinen Regenerator (4). Gleichzeitig wird Regenerator (1) mit einem kleinen Spülstrom aus Reinluft beaufschlagt und damit für den Schaltzustand nach Bild 3 vorbereitet, in dem der Gasstrom gegenüber dem in Bild 1 dargestellten umgekehrt ist, bei dem daher der Regenerator (2) kaltgeblasen und der Regenerator (1) aufgeheizt wird. Der in Bild 4 gezeigte Schaltzustand bewirkt die Spülung des Regenerators 2 mit Reinluft als Vorbereitung für den in Bild 1 gezeigten Schaltzustand, der sich damit wiederholt.

Die zusätzliche Speichermasse (4) hat in etwa den gleichen Strömungswiderstand wie die in den Gefäßen 1 und 2 vorhandene, hat aber nur etwa ¼ von deren Querschnitt und nur 1/5 von deren Schichtdicke, ist aber damit für die Dauer der Spülzeit ausreichend dimensioniert. Dies gilt exakt für den Fall, daß die Spüldauer ein 1/20 der Taktzeit beträgt. Mit dieser beispielhaften Dimensionierung der Wärmespeichermasse (4) wird ebenfalls erreicht, daß der Strömungswiderstand dieser Schicht in etwa der der Massen 1 und 2 entspricht. Sie ist so geschaltet, daß sie während der Spülzeit die Abkühlung der bereits erhitzten Abluft bewirkt und sich dabei erhitzt. Da diese Speichermasse (4) eine sehr viel geringere Oberfläche für den Wärmetausch aufweist, ist ihr Wirkungsgrad schlechter, d. h. das Abgas verläßt den Wärmespeicher mit einer Temperatur von 80-100°C. Dies ist aber für den Wirkungsgrad der gesamten Anlage ohne Bedeutung, da die Spülzeit mit ca. 10 sec. klein ist, gegen die Taktzeit, die 300 sec. beträgt.

Die während der Spülzeit im Wärmespeicher (4) angesammelte Wärmemenge muß dem Gesamtsystem wieder zugeführt werden. Dies geschieht erfindungsgemäß während der Blaszeiten auf einfachste Weise dadurch, daß ein konstanter Frischluftstrom von 3% der Durchsatzrate durch entsprechend dimensionierte Öffnun­ gen unterhalb der Speicherschicht (4) eingesaugt wird. Bedingt durch die sehr geringe Durchströmungsgeschwindigkeit wird bei diesem Vorgang ein sehr hoher Wirkungs­ grad bei der Wärmerückgewinnung erreicht.

Es ist grundsätzlich möglich und liegt auch im Sinne der Erfindung, die in Bild 1 beschriebene Anlage mit vertauschten Rohgas- und Reingasleitungen zu betreiben, wie es in Bild 5 dargestellt ist. In diesem Fall wird die kleine Speichermasse (4) wäh­ rend der Spülzeit kaltgeblasen und muß daher während der Taktzeit wieder erhitzt werden. Diese Erhitzung wird ermöglicht durch Einbau eines Zusatzventilators (10), der während der Taktzeit einen konstanten Heißluftstrom von 3% der Durchsatzrate durch den kleinen Regenerator saugt und diesen Teilstrom in die Rohgasleitung einspeist. Es ist denkbar, daß eine solche Schaltung für bestimmte Anwendungsfälle trotz erhöhten Aufwandes Vorteile bietet.

In neuerer Zeit ist in der Patentliteratur ein Regenerator bekannt gemacht worden, bei dem die Speichermasse in einem Ringraum zwischen einem inneren heißen und einem äußeren kalten Rost, die beide zylinderförmig und koaxial zueinander angeordnet sind, untergebracht ist. Die Speichermasse ist meist ein Schüttgut einheit­ licher Körnung. Eine solche Regeneratoranordnung läßt sich mit Vorteil mit der hier dargestellten Schaltung kombinieren, so daß beide großen und die kleine Speicher­ masse nach Bild 1 in einem Gefäß untergebracht werden können. In Bild 6 ist eine solche Anlage dargestellt. In einem zylindrischen Gefäß (11) mit senkrechter Achse ist konzentrisch ein kalter Rost (12) und ein heißer Rost (14) eingebaut, zwischen deren Ringraum die Speichermasse (15) in Form von Schüttgut homogener Körnung eingefüllt ist. Der kalte Rost (12) ist zweckmäßigerweise aus Lochblech oder Siebgewebe gefertigt, der heiße Rost (14) ist beispielsweise aus keilförmigen keramischen Lochsteinen zusammengesetzt. Sowohl der heiße Rost (14) als auch der kalte Rost (12) sind zweimal in der Höhe von gasundurchlässigen Bereichen (16) unterbrochen. So werden zwischen Außenwand und kaltem Rost mit den gasun­ durchlässigen Bereichen (16) drei ringförmige Sammelkanäle (17) gebildet, an die die in Bild 1 gezeigte Anordnung von drei wechselweise geschalteten Zu- und Ableitungen angeschlossen wird. Die Erhitzung der Abluft erfolgt nun während der radialen Durchströmung durch die Speichermasse (15), den heißen Rost (14) in den zylindrischen Sammelkanal (18). Sie wird rückgekühlt während der radialen Durchströmung der Speicherschicht in entgegengesetzter Richtung, wie in Bild 6 dargestellt.

Die Speichermasse (15) aus Schüttgut kann durch verschließbare Öffnungen (19) oben leicht eingefüllt und durch entsprechende Öffnungen (20) unten ebenso leicht abgezogen werden. Beim Durchsatz stark verschmutzter Abluft kann hierdurch einem Verstopfen der Speichermasse vorgebeugt werden.

Im übrigen zeichnet sich diese Anordnung durch sehr geringe Wärmeverluste und einen geringen Druckbedarf für die Durchströmung der Speicherschicht aus.

Claims (5)

1. Verfahren zur regenerativen Abluftreinigung ohne Umschaltpausen, gekenn­ zeichnet durch eine Schaltung von zwei gleichgroßen Speichermassen (1 und 2) und einer wesentlich kleineren Speichermasse (4), die alle drei in etwa den gleichen Druckverlust aufweisen und entsprechend Bild 1 miteinander verschaltet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine kleine Wärmespeicher­ masse (4), deren Wärmespeichervermögen mindestens das k-fache der großen Speicher 1 + 2 beträgt mit der Definition für k k = Spülzeit: Taktzeit

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkühlung der Speichermasse (4) durch einen ständigen Reinluftstrom be­ wirkt wird, dessen Stärke das k-fache des Hauptluftstromes beträgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 und einer Schaltung nach Bild 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Speichermasse (4) durch einen ständigen Heißluftstrom bewirkt wird, dessen Stärke das k-fache des Hauptluftstromes beträgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anspruch 1 erwähnten Speichermassen in einem Gefäß untergebracht sind, in dem die Speichermassen ringförmig angeordnet sind und radial durchströmt werden.