DE19547688C1 - Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthalte­ nen Störstoffen, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Eintrittsstutzen und einem Austritts­ stutzen, einem Wärmetauscher und einer Brennereinrichtung, die aus über den Querschnitt des Medienstromes verteilt angeordneten Einzelbrennern gebildet ist, wobei ein Einlaßquerschnitt des Eintrittsstutzens mit einem Auslaßquerschnitt des Austrittsstutzens fluchtet und das Ge­ häuse in einen mit dem Eintrittsstutzen ausgestatteten die Einzelbrenner aufnehmenden ersten Gehäuseabschnitt und in einen mit dem Austrittsstutzen ausgestatteten am ersten Gehäuseab­ schnitt angeschlossenen zweiten Gehäuseabschnitt unterteilt ist.

Bei einer derartigen aus der DE 44 14 875 C1 bekannten Vorrichtung besteht das Gehäuse aus einem zylindrischen Behälter, wobei der Medienstrom über einen Eintrittsstutzen durch ring­ förmig im Behälter angeordnete axial ausgerichtete Wärmetauscherrohre geleitet, durch eine mit einer Brennereinrichtung ausgestattete Ringkammer geführt und über ein koaxial im Behäl­ ter gelagertes Hochgeschwindigkeitsrohr nach Umströmung der Wärmetauscherrohre dem Austrittsstutzen zugeführt wird.

Diese bekannte Vorrichtung ist so ausgebildet, daß sie sich einfach in Baugruppen zerlegen läßt, deren Einzelteile dadurch leicht zugänglich werden und im Bedarfsfall durch neue Einzel­ teile schnell ersetzbar sind. Deshalb ist der zylindrische Behälter aus mindestens drei koaxial aufeinanderfolgenden Behälterabschnitten zusammengesetzt. Der erste Behälterabschnitt ent­ hält die sich über dessen Länge erstreckenden Wärmetauscherrohre, der zweite Behälterab­ schnitt ist mit der aus Einzelbrennern bestehenden Brennereinrichtung ausgestattet. Der dritte Behälterabschnitt umfaßt das koaxial angeordnete Hochgeschwindigkeitsrohr. Dieses durch­ dringt mit einem Endstück die Brennereinrichtung im zweiten Behälterabschnitt und erstreckt sich bis zum ersten Behälterabschnitt.

Bei der aus der DE 44 14 875 C1 bekannten Vorrichtung ist die Strömung des mit Störstoffen beladenen Medienstromes durch die Wärmetauscherrohre und durch die ringförmige Brenn­ kammer sowie die Rückführung des von Störstoffen befreiten Medienstromes durch das Hochgeschwindigkeitsrohr und schließlich durch die Wärmetauscherrohre in geradezu idealer Weise gelöst. Sollen jedoch anstelle von individuell anzupassenden ringförmig anzuordnenden Wärmetauscherrohren handelsübliche Wärmetauscher, wie z. B. Plattenwärmetauscher oder Kreuzgegenstromwärmetauscher, eingesetzt werden, die einen rechteckigen Querschnitt auf­ weisen, ist der konstruktive und aerodynamische Anschluß derartiger preisgünstiger Wärme­ tauscher an die im Querschnitt ringförmige Brennkammer und auch die axiale Rückführung des Medienstromes sehr umständlich und aufwendig.

Mit im wesentlichen den gleichen Nachteilen ist eine aus der DD 2 07 567 bekannte Vorrich­ tung behaftet. Auch diese Vorrichtung weist einen integrierten Wärmetauscher aus konzen­ trisch angeordneten Wärmetauscherrohren auf. Die Ein- und Auslässe für das Roh- bzw. Reingas sind konzentrisch angeordnet. Schließlich besteht auch bei dieser Vorrichtung keine Möglichkeit zum Anschluß eines externen Wärmetauschers unmittelbar an den Ringraum zwi­ schen dem Rohgaseintritt und dem Rohgasaustritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß beim Einsatz eines handelsüblichen Wärmetauschers mit rechteckförmi­ gem Querschnitt der mit Störstoffen beladene Medienstrom aerodynamisch optimal vom Wärmetauscher aus in die Brennkammer und der von Störstoffen befreite Medienstrom von dort aus ebenso aerodynamisch optimal über den Wärmetauscher wieder abgeführt werden kann.

Ausgehend von einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich unmittelbar an die Stutzen ein handelsübli­ cher Wärmetauscher außerhalb des Gehäuses plazieren, wobei das Gehäuse ebenso wie der Wärmetauscher quaderförmig ausgebildet ist. Der Wärmetauscher stellt somit eine kompakt mit dem Gehäuse verbundene Baueinheit dar, die ebenso wie der erste Behälterabschnitt der bekannten Vorrichtung zu Wartungs- und Reparaturzwecken leicht de- und remontierbar ist. Auch die Zerlegbarkeit des Gehäuses ist durch dessen Unterteilung in Gehäuseabschnitte in gleicher Weise gewährleistet. An einem ersten mit dem Eintrittsstutzen ausgestatteten Gehäu­ seabschnitt, der die Brennereinrichtung aufnimmt, ist ein mit dem Austrittsstutzen ausgestatte­ ter zweiter Gehäuseabschnitt angeschlossen, über den der von Störstoffen befreite Medien­ strom über den Wärmetauscher abgeführt wird. Vom Einlaßquerschnitt des Eintrittsstutzens bis zum Auslaßquerschnitt des Austrittsstutzens steht somit dem Medienstrom ein rechteck­ förmiger Strömungsquerschnitt zur Verfügung, wobei die Einzelbrenner der Brennereinrich­ tung verteilt über den Querschnitt des ersten Gehäuseabschnittes angeordnet sind. Die Strö­ mungsverhältnisse des Medienstromes sind daher bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung un­ ter Einsatz eines kostengünstigen Wärmetauschers ebenso ideal gelöst wie bei der aus der DE 44 14 875 C1 bekannten Vorrichtung, die infolge einer koaxialen Durchführung des Medien­ stromes aufwendige ringförmig angeordnete Wärmetauscherrohrbündel innerhalb des Gehäu­ ses erfordert.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Brennereinrichtung in Strömungsrichtung des Medienstromes eine sich über dessen Querschnitt erstreckende Katalysatoreinrichtung nachge­ schaltet.

Die Integration einer beispielsweise wabenförmigen Katalysatoreinrichtung ist dadurch be­ günstigt, daß ein rechteckförmiger Strömungsquerschnitt vorliegt und durch die Einzelbrenner die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in der Brennereinrichtung erheblich reduzierbar ist. Die Einzelbrenner, welche in an sich bekannter Weise mit einer Drallüberlagerung betrieben wer­ den, erlauben es, die mittlere Geschwindigkeit des Medienstromes bei Behandlungstemperatur auf ca. 5 m/s zu reduzieren.

Die der Brennereinrichtung unmittelbar folgende Strecke des ersten Gehäuseabschnittes richtet sich hinsichtlich ihrer Länge nach der Verweilzeit des Medienstromes, die erforderlich ist, um eine restlose Verbrennung der Störstoffe sicherzustellen. Durch die reduzierte Geschwindig­ keit des Medienstromes in Verbindung mit der intensiveren Wirkung der Einzelbrenner läßt sich die Baulänge des Gehäuses auch mit zusätzlich integrierter Katalysatoreinrichtung erheb­ lich verkürzen.

Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, daß sich wabenförmige Katalysatoren oder Schüttgutkatalysatoren bei gleichmäßiger Temperaturverteilung über den Querschnitt in einem Abstand von 8-150 cm nach den Einzelbrennern anordnen lassen, ohne durch deren Hitze­ entwicklung beschädigt zu werden.

Das Gehäuse läßt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders kompakt ausbilden, wenn der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt und eine gemeinsame Längswand aufweisen.

Dimensions- und temperaturbedingt können die beiden Gehäuseabschnitte unterschiedlich großen Wärmeausdehnungen ausgesetzt sein. Um diese auszugleichen ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Eintrittsstutzen und/oder dem Austrittsstutzen und dem ersten bzw. dem zweiten Gehäuseabschnitt ein unterschiedlicher Wärmeausdehnungen ausgleichender Kompensator angeordnet.

Um mit dem Medienstrom den Gesamtquerschnitt beider Gehäuseabschnitte gleichmäßig zu beaufschlagen, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, in einem Übergangsbereich vom ersten Gehäuseabschnitt zum zweiten Gehäuseabschnitt eine den Medienstrom ver­ gleichmäßigende Leiteinrichtung vorzusehen.

Die Leiteinrichtung besteht vorzugsweise aus im Querschnitt bogenförmigen Lamellen oder einem Lochblech, dessen freie Lochfläche zwischen 20% und 40% des Querschnittes des ersten Gehäuseabschnittes beträgt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung in Verbindung mit einem angeflanschten Wärmetauscher,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 einen Einzelbrenner der Brennereinrichtung im Schnitt.

Die Vorrichtung umfaßt ein quaderförmiges Gehäuse 1 und einen nur schematisch dargestellten, gleichfalls quaderförmigen Wärmetauscher 2, der als konventioneller Gegenstromplattenwärmetauscher ausgebildet ist.

Das Gehäuse 1 ist in einen ersten Gehäuseabschnitt 3 und einen zweiten Gehäuse­ abschnitt 4 unterteilt, wobei die beiden Gehäuseabschnitte 3 und 4 eine im we­ sentlichen über ihre Länge reichende gemeinsame Längswand 5 aufweisen und über Perforationen eines Lochbleches 6 miteinander verbunden sind, welches in Strömungsrichtung eines Medienstromes das Ende eines Gehäuseabschnittes 3 und den Anfang des Gehäuseabschnittes 4 definiert.

Am Anfang des Gehäuseabschnittes 3 ist ein Eintrittsstutzen 7 und am Ende des Gehäuseabschnittes 4 ein Austrittsstutzen 8 vorgesehen. Im Eintrittsstutzen 7 erstreckt sich zur Strömungsvergleichmäßigung über seinen Auslaßquerschnitt ein Lochblech 9, das dazu entsprechend der Geometrie des Eintrittsstutzens 7 dimen­ sioniert ist, im vorliegenden Beispiel mit einer freien Lochfläche von 30%. Zwi­ schen einem Auslaßquerschnitt des Gehäuseabschnittes 4 und einem Einlaßquer­ schnitt des Austrittsstutzens 8 ist zwecks Dehnungsausgleich zwischen den beiden Gehäuseabschnitten 3 und 4 sowie den Ein- und Austrittsstutzen 7 und 8 ein Kompensator 10 zwischengeschaltet.

Da der Einlaßquerschnitt des Eintrittsstutzens 7 und der Auslaßquerschnitt des Austrittsstutzens 8 in einer Ebene fluchtend angeordnet sind, läßt sich der quader­ förmige Wärmetauscher 2 kompakt mit dem Gehäuse 1 verbinden.

Im Gehäuseabschnitt 3 sind über dessen Querschnitt verteilt Einzelbrenner 11 angeordnet, die eine Brennereinrichtung bilden.

Die Einzelbrenner 11 sind in einer dem Querschnitt des Gehäuseabschnittes 3 angepaßten rechteckigen Platte 12 gehalten und umfassen, wie Fig. 3 zeigt, mit Metallschaufeln 13 ausgestattete Stutzen 14, die in der Platte 12 sitzen. Der Medienstrom gelangt über die Stutzen 14 unter intensiver Verdrallung in den Flammbereich der Einzelbrenner 11.

Über eine Brennstoffhauptleitung 15, von der aus Brennstoffabzweigleitungen 16 zu den Einzelbrennern 11 führen, werden diese mit Brennstoff versorgt.

In einem kurzen Abstand hinter den Einzelbrennern 11 können, sich gleichfalls über den Querschnitt des Gehäuseabschnittes 3 erstreckende, gasdurchlässige - z. B. wabenförmige - Katalysatoren 17 angeordnet werden, so daß die Vorrichtung zusätzlich zu einer thermischen Behandlung eines mit Störstoffen beladenen Medienstromes auch eine katalytische Behandlung erlaubt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstof­ fen, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Eintrittsstutzen und einem Austrittsstutzen, einem Wärmetauscher und einer Brennereinrichtung, die aus über dem Querschnitt des Medienstromes verteilt angeordneten Einzel­ brennern gebildet ist, wobei ein Einlaßquerschnitt des Eintrittsstutzens mit ei­ nem Auslaßquerschnitt des Austrittsstutzens fluchtet und das Gehäuse in ei­ nen mit dem Eintrittsstutzen ausgestatteten, die Einzelbrenner aufnehmenden ersten Gehäuseabschnitt und in einen mit dem Austrittsstutzen ausgestatte­ ten am ersten Gehäuseabschnitt angeschlossenen zweiten Gehäuseab­ schnitt unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsstutzen (7) und der Austrittsstutzen (8) nebeneinanderliegen und der an diesen angeschlos­ sene Wärmetauscher (2) außerhalb des quaderförmigen Gehäuses (1) an­ geordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Einzel­ brennern (11) in Strömungsrichtung des Medienstromes sich über dessen Strömungsquerschnitt erstreckende Katalysatoren (17) nachgeschaltet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Abstand von 8-150cm nach den Einzelbrennern (11) angeordneten Kataly­ satoren (17) aus gasdurchlässigen, wabenförmigen Katalysatoren oder Schüttgutkatalysatoren bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gehäuseabschnitt (3) und der zweite Gehäuseabschnitt (4) jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt und eine gemeinsame Längswand (5) aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eintrittsstutzen (7) und/oder dem Austrittsstutzen (8) und dem ersten bzw. dem zweiten Gehäuseabschnitt (3 bzw. 4) ein unterschied­ liche Wärmeausdehnungen ausgleichender Kompensator (10) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Übergangsbereich vom ersten Gehäuseabschnitt (3) zum zweiten Gehäuseabschnitt (4) eine den Medienstrom vergleichmäßigende Leiteinrich­ tung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrich­ tung aus im Querschnitt bogenförmigen Lamellen oder einem Lochblech (6) besteht, dessen freie Lochfläche zwischen 20 und 40% des Querschnittes des ersten Gehäuseabschnittes (3) beträgt.