DE19611226C1 - Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren Schwelgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Ab­ gasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren Schwelgasen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine speziell ausgebildete Pufferzelle zur Verwendung in Verbindung mit einer derartigen Vorrichtung.

Zur thermischen Abgasbehandlung von oxidierbaren Schwelgasen eignen sich insbesondere Vorrichtungen, die im wesentlichen aus einem Reaktor mit zwei oder mehreren Wärmespeicherkammern oder Regeneratoren mit jeweils einem Wärmespeicher sowie aus einer gemeinsamen den Regeneratoren zugeordneten Heizzone bestehen, wobei einer Reihenanordnung von wenigstens zwei Regeneratoren mit dazwischen befindlicher Heizzone abwechselnd von einer Seite der Reihenanordnung zu behandelndes Abgas zugeführt wird. Der jeweils erste vom zugeführten Abgas durch­ strömte Regenerator bzw. dessen Wärmespeicher dient zur Er­ wärmung des zu reinigenden Abgases bis auf eine Temperatur, die zur Oxidation der Schwelgase ausreicht. Der jeweils nach Durchlaufen der Heizzone durchströmte Regenerator bzw. dessen Wärmespeicher dient zur Aufnahme einer möglichst großen Wärme­ menge aus dem gereinigten Abgas. Reicht die während des Oxida­ tionsprozesses entstehende Energie für einen autotherm ablau­ fenden Prozeß nicht aus, so kann in der Heizzone ein Hilfsbrenner vorgesehen sein. Erreicht der Wärmespeicher des nachgeordneten Regenerators eine bestimmte Temperatur, so wird die Gaszuführrichtung umgekehrt, d. h., das zu reinigende Abgas wird nunmehr dem vorher nachgeordneten Regenerator zugeführt, so daß dessen gespeicherte Wärmemenge für das Aufheizen des zu reinigenden Abgases dienen kann. Diese Umschaltzeitpunkte können entweder durch die Messung der Abgastemperatur bestimmt oder als feste Perioden vorgegeben werden.

Diese bekannten Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß bei einem Umschalten der Gaszuführrichtung dasjenige Gas­ volumen, welches in dem vor dem Umschaltvorgang zuerst durch­ strömten Regenerator enthalten ist, in der ersten Phase nach dem Umschalten praktisch ungereinigt abgeführt wird.

Derartige Vorrichtungen können daher zwar im zeitlichen Mittel einen ausreichenden Reinigungsgrad für das abgeführte Gas gewährleisten, jedoch können in den Umschaltzeitpunkten nicht­ tolerierbare Emissionsspitzen des abgeführten Abgases auftre­ ten.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist beispielsweise aus der DE 29 51 525 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Be­ handlung eines Gases zum Entfernen von Verunreinigungen be­ kannt, bei welchem einer Reihenschaltung von zwei Wärmespei­ cherkammern (Regeneratoren) mit dazwischengeschalteter Heizzo­ ne das zu reinigende Abgas abwechselnd der einen bzw. der anderen Kammer zugeführt wird, wobei jedoch vor dem Umschalten der Gaszuführrichtung die Gaszufuhr gestoppt und ein Spülvor­ gang durchgeführt wird. Der Spülvorgang wird durch das Zufüh­ ren von bereits gereinigtem Abgas zu derjenigen Wärmespeicher­ kammer bewirkt, die vor dem Stoppen der Gaszufuhr als erste von dem zu reinigenden Abgas durchströmt wurde. Auf diese Weise wird das zunächst noch in dieser Kammer befindliche ungereinigte Gasvolumen der Heizzone und schließlich der nach­ geordneten Wärmespeicherkammer zugeführt.

Dieses Rezirkulieren von bereits gereinigtem Abgas bei gleich­ zeitigem Stoppen der Zufuhr von zu reinigendem Abgas hat je­ doch den Nachteil, daß der Reinigungsprozeß zumindest kurzzei­ tig unterbrochen werden muß und demzufolge alle einem diskon­ tinuierlichen Reinigungsprozeß inhärenten Probleme in Kauf genommen werden müssen, beispielsweise eine nachteilige Beein­ flussung vorgeordneter Prozesse infolge des Rückstaus des zu reinigenden Abgases im Bereich der Umschaltzeitpunkte. In vielen Fällen ist eine wenn auch kurzzeitige Unterbrechung des Volumenstroms oder eine Volumenstromminderung des zu reinigen­ den Abgases unzulässig.

Aus diesem Grund wird in der DE 29 51 525 A1 auch ein Verfah­ ren bzw. eine Vorrichtung unter Verwendung von drei Wärmespei­ cherkammern mit gemeinsamer Heizzone vorgeschlagen, wobei jeweils einer Reihenschaltung aus einer ersten Wärmespeicher­ kammer, der Heizzone und einer zweiten Wärmespeicherkammer das zu reinigende Abgas zugeführt wird und während einer Periode zwischen zwei Schaltpunkten gleichzeitig das in der dritten Wärmespeicherkammer noch vorhandene Gasvolumen dem der ersten Wärmespeicherkammer zugeführten, zu reinigenden Abgas beige­ mischt wird, um auf diese Weise einen Spülvorgang für diese Wärmespeicherkammer zu bewirken. In die zu spülende Wärmespei­ cherkammer wird dabei bereits gereinigtes Abgas nachgezogen. Nach einem weiteren Umschalten kann die gespülte Wärmespei­ cherkammer als zweite (kühlende) Wärmespeicherkammer und die vor dem Umschaltvorgang als zweite (kühlende) Wärmespeicher­ kammer verwendete Kammer als erste (erhitzende) Wärmespeicher­ kammer verwendet werden. In dieser nächsten Periode kann dann ein Spülen der vorher als erste Wärmespeicherkammer verwende­ ten Kammer erfolgen.

Eine derartige Vorrichtung bietet zwar den Vorteil einer kon­ tinuierlichen Abgasreinigung, ist jedoch mit dem Nachteil eines wesentlich höheren Aufwands infolge der zusätzlich benö­ tigten Wärmespeicherkammer behaftet.

Es wurde daher in der EP 0 365 262 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quasi-kontinuierlichen Abgasreinigung vorge­ schlagen, wobei lediglich zwei Regeneratoren bzw. zwei Wärme­ speicherkammern mit dazwischengeordneter Heizzone verwendet sind und wobei nach einem Umschaltvorgang für eine bestimmte Zeitspanne der folgenden Periode das gereinigte Abgas direkt aus der Heizzone nach Durchlaufen der ersten Wärmespeicherkam­ mer entnommen und das nach dem Umschaltvorgang in der zweiten Wärmespeicherkammer noch enthaltene ungereinigte Gasvolumen rezirkuliert wird. Erst nach einem im wesentlichen vollständi­ gen Rezirkulieren dieses Gasvolumens wird das Rezirkulieren gestoppt und die Vorrichtung in der üblichen Art und Weise weiterbetrieben, d. h. das gereinigte Abgas wieder nach Durch­ laufen der zweiten Wärmespeicherkammer entnommen.

Dieses Verfahren ermöglicht zwar eine quasi-kontinuierliche Abgasreinigung unter Verwendung von lediglich zwei Wärmespei­ cherkammern bzw. zwei Regeneratoren, weist jedoch den Nachteil auf, daß in der Phase des Rezirkulierens des in der zweiten Wärmespeicherkammer enthaltenen ungereinigten Gasvolumens das gereinigte Abgas direkt aus der Heizzone mit einer Temperatur von über 800°C entnommen werden muß und demzufolge sich der thermische Wirkungsgrad dieser Vorrichtung drastisch ver­ schlechtert. Zudem bedingt die während der Spülphasen zeitwei­ lig extrem hohe Abgastemperatur eine entsprechend aufwendige Konstruktion des nachfolgenden Rohrsystems.

Schließlich ist aus der US 3 870 447 eine Reinigungsvorrichtung für Abgase bekannt, bei der gemäß den Fig. 4 bis 6 zwei Regeneratoren mit zwischengeschalteter Brennkammer sowie eine Pufferzelle vorgesehen sind, wobei nach jedem Umschalten der Zuführung des Rohgases von dem einen zu dem jeweils anderen Regenerator das in dem einen Regenerator befindliche ungerei­ nigte bzw. teilweise gereinigte Gasvolumen der Pufferzelle zugeführt wird.

Durch die Verwendung einer Pufferzelle zur Zwischenpufferung des vor einem Umschalten im zweiten, d. h. nachgeordneten, Regenerator enthaltenen Gasvolumens und das Rezirkulieren dieses zwischengepufferten Volumens im Verlauf dieser Periode ergibt sich der Vorteil einer im wesentlichen kontinuierlichen Abgasreinigung bei gleichzeitig optimalem thermischen Wir­ kungsgrad der Vorrichtung und einem relativ geringen zusätzli­ chen Aufwand gegenüber einer aus lediglich zwei Regeneratoren mit dazwischen angeordneter Heizzone bestehenden Vorrichtung.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist jedoch, daß die Puffer­ zelle thermisch isoliert sein muß, da ansonsten die Gefahr besteht, daß die Temperatur des gepufferten Gasvolumens bei einer Abkühlung den Taupunkt unterschreitet und somit das entstehende aggressive Kondensat zu einer Beschädigung der Pufferzelle führt. Dies bedingt jedoch einen zusätzlichen Aufwand, der sich in den Herstellungskosten der Pufferzelle und damit der gesamten Anlage niederschlägt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren Schwelgasen, zu schaffen, welche eine Pufferzelle aufweist, bei der mit möglichst geringem Aufwand eine Beschädigung durch eine Taupunktunterschreitung der gepufferten Gase vermieden ist. Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine für die Vorrichtung geeignete Pufferzelle zu schaffen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patent­ ansprüche 1 bzw. 6.

Durch das Zuführen von Wärmeenergie (Abwärme) des bereits gereinigten Abgases zur Pufferzelle kann auf deren zusätzliche Isolierung verzichtet werden, ohne daß die Gefahr eines Unter­ schreitens des Taupunkts mit dem damit verbundenen Anfall von aggressivem Kondensat bestünde.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Pufferzelle in einer der Reihenanordnung der Regeneratoren nachgeschalteten Abgasleitung angeordnet, wobei ein in Fluß­ richtung des Abgases nach der Pufferzelle angeordnetes Gebläse vorgesehen ist, weiches zur Pufferzelle hin Unterdruck er­ zeugt.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß der gesamte Bereich der Vorrichtung vor dem Gebläse mit Unterdruck betrieben wird, so daß ein Austreten von Gasen selbst bei praktisch immer vorhan­ denen kleineren Leckstellen sicher verhindert wird. Selbstver­ ständlich muß zu diesem Zweck der an der Öffnung der Puffer­ zelle für das Nachziehen eines gereinigten Gasvolumens während der Rezirkulationsphase bzw. für den Auslaß des gereinigten Gasvolumens während der Pufferphase erzeugte Unterdruck dem Betrag nach kleiner sein als der Betrag des Unterdrucks an der Auslaßöffnung für das zu rezirkulierende Gas.

In der bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung nach der Erfin­ dung kann auch in der die Pufferzelle und die Reihenanordnung der Regeneratoren verbindenden Rezirkulationsleitung ein wei­ teres Gebläse vorgesehen sein, welches an der Auslaßöffnung der Pufferzelle einen ausreichenden Unterdruck erzeugt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das während des Puffervorgangs aus der Pufferzelle zu verdrängende Gasvolumen der nachgeschalteten Abgasleitung zugeführt und als während des Rezirkulationsvorgangs nachzuziehendes Gas bereits gereinigtes Abgas verwendet, welches aus der nachgeschalteten Abgasleitung entnommen wird.

Zwar könnte als nachzuziehendes Gas auch Frischluft verwendet werden, welche während der Pufferphase wieder an die Umgebung abgegeben wird, jedoch ergibt sich durch die vorgenannte be­ vorzugte Ausführungsform der Erfindung der Vorteil, daß zu keiner Zeit die Gefahr besteht, daß gereinigtes oder ungerei­ nigtes Abgas aus der Pufferzelle in die Umgebung gelangt.

Zudem ergibt sich bei der Verwendung von bereits gereinigtem Abgas als nachzuziehendes Gasvolumen der Vorteil, daß dieses bereits eine größere Wärmemenge beinhaltet und die Gefahr eines Unterschreitens des Taupunkts mit dem damit verbundenen Anfall von aggressivem Kondensat entsprechend geringer ist.

Unabhängig davon, ob gereinigtes Abgas oder Frischluft während des Rezirkulierens nachgezogen wird, kann in der Pufferzelle eine Vermischung des gepufferten ungereinigten Abgases mit dem nachgezogenen Gas dadurch verhindert werden, daß in der Puf­ ferzelle ein verschieblicher Kolben oder eine, vorzugsweise flexible Membran vorgesehen ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Pufferzelle nach der Erfindung ist hierfür innerhalb einer Gehäusewandung ein Puf­ ferbehälter zur Aufnahme des ungereinigten oder nur teilweise gereinigten Gasvolumens vorgesehen und einem Zwischenraum zwischen der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters und der Innenseite der Gehäusewandung gereinigtes Abgas zuführbar.

Auf diese Weise kann dem gepufferten Gasvolumen zusätzlich ein Teil der im gereinigten Abgas enthaltenen Wärmemenge zugeführt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Pufferzelle nach der Erfindung ist die Abgasabführöffnung der Pufferzelle und auch die Entlüftungs- und Ansaugöffnung des Pufferbehälters mit dem Zwischenraum zwischen der Außenseite der Wandung des Pufferbe­ hälters und der Innenseite der Gehäusewandung verbunden.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines konstruktiv einfachen Aufbaus der Pufferzelle.

Im Pufferbehälter ist vorzugsweise im Bereich der Entlüftungs- und Ansaugöffnung eine Stau- und Strömungsvergleichmäßigungs­ vorrichtung vorgesehen. Diese dient dem Zweck, daß in der Pufferphase ein über die Gagzuführöffnung des Pufferbehälters zugeführter Strom ungereinigten oder nur teilweise gereinigten Abgases nicht ungehindert zur Entlüftungs- und Ansaugöffnung des Pufferbehälters gelangt, ohne daß zuvor ein wesentlicher Teil des im Pufferbehälter enthaltenen gereinigten Gasvolumens verdrängt werden muß. Die Stau- und Strömungsvergleichmäßi­ gungsvorrichtung dient daher zur Gewährleistung eines korrek­ ten Pufferbetriebs. Anstelle einer zusätzlichen Stau- und Strömungsvergleichmäßigungsvorrichtung können selbstverständ­ lich die Gaszuführöffnung des Pufferbehälters und die Entlüf­ tungs- und Ansaugöffnung des Pufferbehälters sowie dessen Innenwandung mit einer geeigneten Form ausgebildet sein.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pufferzelle.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung, insbeson­ dere von oxidierbaren Schwelgasen, besteht im wesentlichen aus einer Regeneratoreinheit 1, einer Pufferzelle 3 und einem Kamin 5. Diese Komponenten sind in der aus Fig. 1 ersichtli­ chen Art und Weise mittels Abgasleitungen miteinander verbun­ den, wobei der Strömungsweg des Gases mittels mehrerer steuer­ barer Ventile in gewünschter Weise beeinflußt werden kann.

Der Regeneratoreinheit 1 wird mittels einer Abgasleitung 7 zu reinigendes Abgas in der angegebenen Richtung zugeführt. In der Abgasleitung 7 ist ein erstes steuerbares Ventil 9 ange­ ordnet, mit dem die Strömung des zu reinigenden Abgases zu dem betreffenden Ende der Regeneratoreinheit 1 beeinflußbar ist.

Hierzu ist das Ventil 9 vorzugsweise von einer (nicht darge­ stellten) Steuereinheit ansteuerbar ausgebildet. Das Ventil 9 kann von der Steuereinheit zumindest in einen Durchlaßzustand und einen Sperrzustand gesteuert werden. Dieses gilt auch für sämtliche im folgenden erwähnte Ventile.

Von der Abgasleitung 7 zweigt vor dem Ventil 9 eine Abgaslei­ tung 11 ab, mit welcher das zu reinigende Abgas dem anderen Ende der Regeneratoreinheit 1 zuführbar ist. In der Abgaslei­ tung 11 ist ein weiteres steuerbares Ventil 13 angeordnet, welches wiederum das Strömen des zu reinigenden Abgases zu dem betreffenden Ende der Regeneratoreinheit 1 hin ermöglicht oder unterbindet.

Von der Abgasleitung 7 bzw. der Abgasleitung 11 zweigt zwi­ schen dem Ventil 9 bzw. dem Ventil 13 und dem betreffenden Ende der Regeneratoreinheit 1 jeweils eine weitere Abgaslei­ tung 15 bzw. 17 ab, die in eine gemeinsame Abgasleitung 19 münden.

Die Abgasleitung 19 führt das gereinigte Abgas zum Kamin 5, wobei in der Abgasleitung 19, vorzugsweise vor dem Kamin 5, ein Gebläse 21 angeordnet ist. Das Gebläse 21 erzeugt im ge­ samten System zwischen der Abgasleitung 7 und der Abgasleitung 19 den für den Betrieb der Vorrichtung nötigen Unterdruck und führt das Abgas dem Kamin 5 zu.

Da demzufolge in der gesamten Vorrichtung vor dem Gebläse 21 ein Unterdruck besteht, ist selbst bei praktisch immer vorhan­ denen Undichtigkeiten im vorgeschalteten Leitungssystem oder den Systemkomponenten gewährleistet, daß ungereinigtes Abgas nicht austreten und mit der Umgebung in Berührung kommen kann.

In die Abgasleitung 19 ist die Pufferzelle 3 geschaltet. Die Pufferzelle 3 weist einen Pufferbehälter 23 auf, in welchen eine Abgasleitung 25 mündet, die von der Abgasleitung 19 ab­ zweigt. In der Abgasleitung 25 ist ein steuerbares Ventil 27 vorgesehen, welches das Zuströmen von Abgas in den Pufferbe­ hälter 23 freigeben oder sperren kann.

Die mit den Abgasleitungen 15 bzw. 17 verbundene Abgasleitung 19 ist bis an das Gehäuse 29 der Pufferzelle 3 geführt. Das Gehäuse 29 der Pufferzelle 3 ist so ausgebildet, daß es den Pufferbehälter 23 zumindest mit dessen wesentlichem Teil um­ gibt. Zwischen der Innenseite der Wandung des Gehäuses 29 und der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters 23 ist ein Zwischenraum 33 ausgebildet, der von gereinigtem Abgas durch­ strömbar ist. Auf diese Weise kann dem Pufferbehälter 23 bzw. dem darin enthaltenen Gasvolumen V Wärmeenergie zugeführt werden, falls das Gasvolumen V eine niedrigere Temperatur aufweisen sollte. Hierdurch kann gewährleistet werden, daß das Gasvolumen V selbst dann nicht bis unterhalb des Taupunkts abgekühlt wird, wenn das Gasvolumen V für längere Zeit im Inneren des Pufferbehälters 23 verbleibt.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß auf eine entsprechend aufwendige Isolierung der Wandung des Pufferbehälters 23 ver­ zichtet werden kann und nur eine übliche Isolierung der Außen­ wandung des Gehäuses 29 der Pufferzelle 3 nötig ist. Diese Isolierung muß sich jedoch praktisch nicht von einer üblichen Isolierung der Abgasleitung 19 unterscheiden, die ein Unter­ schreiten der Taupunkttemperatur in der Abgasleitung 19 ver­ hindern soll.

Von der Abgasleitung 25, welche die Abgasleitung 19 mit der Gaszufuhröffnung 35 des Pufferbehälters der Pufferzelle 3 verbindet, zweigt eine Rezirkulationsleitung 37 ab, die wie­ derum in die Abgasleitung 7 vor dem darin angeordneten steuer­ baren Ventil 9 und dem Abzweig der Abgasleitung 11 mündet. Selbstverständlich kann für die Rezirkulationsleitung 37 je­ doch auch ein eigener Auslaß im Pufferbehälter 23 vorgesehen sein.

Die Rezirkulationsleitung 37 kann einen geringeren Querschnitt aufweisen, als die übrigen Abgasleitungen 7, 11, 15, 17 und 19.

In der Rezirkulationsleitung 37 kann wiederum ein steuerbares Ventil 39 angeordnet sein, mit welchem die Gasströmung durch die Rezirkulationsleitung 37 freigegeben oder gesperrt werden kann. Selbstverständlich kann dieses Ventil, wie auch alle übrigen Ventile so ausgebildet sein, daß es die Funktion einer Drossel mit übernimmt.

Des weiteren ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in der Rezirku­ lationsleitung 37 ein weiteres Gebläse 41 vorgesehen, dessen Funktion aus der nachstehenden Beschreibung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung deutlich wird:

In einer ersten Phase wird der Abgasleitung 7 von einer nicht näher dargestellten abgaserzeugenden Anlage zu reinigendes Abgas zugeführt. In dieser ersten Phase sind die Ventile von der nicht näher dargestellten Steuereinheit in die aus Fig. 1 ersichtliche Stellung gesteuert.

Da das Ventil 9 in die gesperrte Stellung gesteuert wurde, strömt das zu reinigende Abgas von der Abgasleitung 7 über die Abgasleitung 11 zu dem betreffenden Ende der Regeneratorein­ heit 1. Hierzu wurde das Ventil 13 in die geöffnete Stellung gesteuert. Nachdem das in der Abgasleitung 17 vorgesehene Ventil 43 ebenfalls in die gesperrte Stellung gesteuert wurde, strömt das Gas in das Innere der Regeneratoreinheit 1.

Die Regeneratoreinheit 1 besteht in bekannter Weise aus einem ersten Regenerator 45 mit einem Wärmespeicherbesatz 47 und einem zweiten Regenerator 49 mit einem Wärmespeicherbesatz 51.

Das über das Ventil 13 zugeführte zu reinigende Abgas gelangt in den zweiten Regenerator 49 und wird durch die in dem Wärme­ speicherbesatz 51 gespeicherte Wärme erhitzt.

Das erhitzte Abgas wird, falls erforderlich, in einer zwischen den beiden Regeneratoren 45, 49 ausgebildeten Heizzone 53 mittels eines oder mehrerer Hilfsbrenner 55 zusätzlich so weit erhitzt, bis die gewünschte Oxidationstemperatur, in der Regel mehr als ca. 800°C erreicht ist. Bei dieser Oxidationstempe­ ratur werden die mit dem zu reinigenden Abgas mitgeführten Schadstoffe oxidiert und das Abgas auf diese Weise gereinigt. Das Oxidieren kann dabei innerhalb der Heizzone 53 oder im je­ weils benachbarten Bereich des nachfolgenden Regenerators erfolgen, in dieser ersten Phase also im benachbarten Bereich des Wärmespeichers 47 des ersten Regenerators 45.

Das gereinigte Abgas gibt bei Durchströmen des nachgeordneten Regenerators Energie an den betreffenden Wärmespeicher ab, in der ersten Phase also an den Wärmespeicher 47 des ersten Rege­ nerators. Das gereinigte und abgekühlte Gas verläßt die Rege­ neratoreinheit 1 dann über die Abgasleitung 15, wozu ein in dieser Abgasleitung vorgesehenes steuerbares Ventil 57 in die geöffnete Stellung gesteuert wurde.

Das gereinigte Abgas wird in dieser ersten Phase über die Abgasleitung 15, die Abgasleitung 19 und das darin angeordnete Ventil 31, das in den geöffneten Zustand gesteuert wurde, dem Zwischenraum 33 der Pufferzelle 3 zugeführt. Da das Ventil 27 in der Abgasleitung 25 in die gesperrte Stellung gesteuert wurde, kann das gereinigte Abgas in dieser ersten Phase nicht dem Pufferbehälter 23 zugeführt werden. Der größte Teil des gereinigten Abgases gelangt über den Zwischenraum 33 der Puf­ ferzelle 3 und die Abgasabführöffnung 59 der Pufferzelle 3 in den nachgeschalteten Teil der Abgasleitung 19 und wird dem Kamin 5 zugeführt.

Ein geringer Teil des Abgases gelangt über die Entlüftungs- und Ansaugöffnung 61 des Pufferbehälters 23 in das Innere des Pufferbehälters. Dies erfolgt deshalb, weil von dem im Puffer­ behälter 23 enthaltenen Gasvolumen V infolge der geöffneten Stellung des Ventils 39 stets ein relativ geringer Gasstrom über die Rezirkulationsleitung 37 entnommen und in die Abgas­ leitung 7 rezirkuliert wird. Ein dem stetig entnommenen Gas­ strom entsprechender Strom gereinigten Abgases wird daher über die Entlüftungs- und Ansaugöffnung 61 des Pufferbehälters 23 aus dem Zwischenraum 33 nachgezogen.

Nach einer gewissen Zeitspanne befindet sich daher im Inneren des Pufferbehälters 23 ein Volumen V gereinigten Abgases.

Für das vorstehend beschriebene Nachziehen gereinigten Abgases dient das in der Rezirkulationsleitung 37 vorgesehene Gebläse 41, welches für eine ausreichend große Druckdifferenz zwischen der Abgaszuführöffnung 35 und der Abgasabführöffnung 59 sorgt.

Insgesamt ist die Vorrichtung jedoch durch eine entsprechende Dimensionierung des Gebläses 21 und des Gebläses 41 sowie der Abgasleitungen so ausgelegt, daß auch in dem Teil der Rezirku­ lationsleitung 37 zwischen dem Gebläse 41 und der Abgasleitung 7 ein Unterdruck besteht.

Die vorstehend beschriebene erste Phase wird beendet, sobald der Wärmespeicher 47 im ersten Regenerator 45 eine bestimmte Temperatur überschreitet und/oder der Wärmespeicherbesatz 51 im zweiten Regenerator 49 eine bestimmte Temperatur unter­ schreitet. Diese Umschaltzeitpunkte können entweder durch die Messung der Abgastemperatur bestimmt oder als feste Perioden vorgegeben werden.

In der folgenden zweiten Phase werden die Ventile 9, 13, 43, 57, 27 und 31 in die jeweils andere Stellung gesteuert, so daß sich das Ventil 9 in der geöffneten, das Ventil 13 in der gesperrten, das Ventil 43 in der geöffneten, das Ventil 57 in der gesperrten, das Ventil 27 in der geöffneten und das Ventil 31 in der geschlossenen Stellung befindet. Demzufolge wird das zu reinigende, über die Leitung 7 zugeführte Abgas über das Ventil 9 dem ersten Regenerator der Regeneratoreinheit 1 zu­ geführt. Das zugeführte Gas wird wiederum durch Entnahme von Energie aus dem Wärmespeicher 47 erhitzt, im wesentlichen in der Heizzone 52 oxidiert und im zweiten Regenerator 49 durch Abgabe von Wärmeenergie an den Wärmespeicherbesatz 51 abge­ kühlt. Das nach dem Umschaltvorgang aus der Regneratoreinheit austretende Abgas gelangt über das Ventil 43, die Abgasleitung 17, die Abgasleitung 19, das Ventil 27 und die Abgasleitung 25 in den Pufferbehälter 23. Hierbei handelt es sich im wesentli­ chen um dasjenige Gasvolumen, welches sich vor dem Umschalt­ vorgang bereits im zweiten Regenerator 49 befunden hat. Da dieses Gasvolumen die Heizzone 53 nicht durchlaufen hat, han­ delt es sich hierbei somit um ein im wesentlichen ungereinig­ tes oder allenfalls teilweise gereinigtes Gasvolumen.

Dieses Gasvolumen wird in der zweiten Phase dem Pufferbehälter 23 der Pufferzelle 3 zugeführt. Das Volumen des Pufferbehäl­ ters 23 muß dabei zumindest so groß bewählt werden, wie das Gasvolumen, welches sich in einem der Regeneratoren 45 bzw. 49 sowie den Teilen der Gasleitungen zwischen dem Eingang des betreffenden Regenerators und dem diesen vorgeordneten Venti­ len befinden kann.

Nach der Aufnahme des gesamten ungereinigten Gasvolumens im Pufferbehälter 23 werden die Ventile 27 und 31 erneut in die jeweils entgegengesetzte Stellung gesteuert. In dieser dritten Phase, in welcher aus dem zweiten Regenerator 49 wieder prak­ tisch vollständig gereinigtes Abgas in die Abgasleitung 17 austritt, wird das gereinigte Abgas wiederum über das Ventil 31 und die Abgasleitung 19 dem Zwischenraum 33 der Pufferzelle 3 zugeführt.

Das im Pufferbehälter 23 enthaltene Volumen V ungereinigten Gases wird wie bereits vorstehend beschrieben über das Ventil 39 und die Rezirkulationsleitung 37 rezirkuliert, d. h. mit einem relativ geringen Gasstrom wieder der Abgasleitung 7 zugeführt. Diese Phase muß daher zumindest so lang beibehalten werden, bis das gesamte Volumen V ungereinigten oder nur teil­ weise gereinigten Abgases im Pufferbehälter 23 vollständig rezirkuliert wurde.

Anschließend werden wiederum sämtliche Ventile 9, 13, 43, 57, 27 und 31 in die jeweils entgegengesetzte Schaltstellung ge­ steuert, wobei wiederum ein Zuführen im wesentlichen ungerei­ nigten bzw. nur teilweise gereinigten Abgases aus dem ersten Regenerator 45 in das Innere des Pufferbehälters 23 erfolgt.

Diese vierte Phase unterscheidet sich daher von der zweiten Phase lediglich dadurch, daß das im jeweils anderen Regenera­ tor befindliche ungereinigte Gasvolumen mittels der Puffer­ zelle 3 gepuffert wird.

Nach Beendigung dieser vierten Phase werden wiederum die Ven­ tile 27 und 31 umgesteuert, wodurch wieder der Zustand der vorstehend beschriebenen ersten Phase erreicht ist.

Das Rezirkulieren von Gas aus dem Pufferbehälter 23 über die Rezirkulationsleitung 37 kann vorzugsweise in jeder der vor­ stehend beschriebenen Phasen erfolgen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß der Regeneratoreinheit 1 bzw. dem betreffen­ den Regenerator 45 oder 47 eine zeitlich konstante Gasmenge zugeführt wird.

Das in der Rezirkulationsleitung 37 vorgesehene Ventil 39 dient in diesem Fall nur Sicherheitszwecken, um beispielsweise bei einer Beschädigung der Rezirkulationsleitung 37 oder einem Ausfall des Gebläses 41 die Rezirkulationsleitung zu sperren.

Selbstverständlich kann jedoch mittels des Ventils 39 die Rezirkulation nur in jeweils einer ersten Zeitspanne während der vorstehend beschriebenen ersten bzw. dritten Phase ermög­ licht werden.

In jedem Fall kann durch eine geeignete Ansteuerung der Venti­ le 27, 31 und 39 eine vollständige Reinigung des der abgehen­ den Abgasleitung 19 zugeführten Abgases erreicht werden. Dabei ist der kontinuierliche Betrieb der Vorrichtung gewährleistet. Das mögliche Sperren der Rezirkulation nach erfolgter Rezirku­ lation des im Pufferbehälter 23 enthaltenen ungereinigten Abgasvolumens V ist diesbezüglich ohne große Bedeutung, da die Menge des rezirkulierten Gases im Vergleich zur Gesamtströmung des zugeführten Abgases in der Abgasleitung 7 relativ gering ist. Wie bereits erläutert, kann jedoch die Rezirkulation vorzugsweise kontinuierlich erfolgen.

Fig. 2a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Pufferzelle 3 nach der Erfindung.

Der Pufferzelle 3 wird über die Abgasleitung 19 gereinigtes oder ungereinigtes Abgas zugeführt. Nach dem Abzweig der Ab­ gasleitung 25, in welcher das steuerbare Ventil 27 angeordnet ist, ist in der Abgasleitung 19 das steuerbare Ventil 31 vor­ gesehen. Die steuerbaren Ventile in Fig. 2a sind in den ent­ sprechenden Stellungen gemäß Fig. 1 dargestellt. Das über die Abgasleitung 19 und das Ventil 31 zugeführte gereinigte Abgas (Phase 1 bzw. 3) wird dem Ringraum 33 zwischen der Innenseite der Wandung 29a des Gehäuses 29 zugeführt.

Das Gehäuse 29 der Pufferzelle ist in üblicher Weise mit einer Isolierung 29b, beispielsweise bestehend aus Fasermaterial, versehen.

Der Pufferbehälter 23, der ebenso wie das Gehäuse 29 der Puf­ ferzelle 3 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein kann, weist an seinem rückwärtigen Ende einen konischen Verlauf auf, der in die Entlüftungs- und Ansaugöffnung 61 mündet.

Im Inneren des Pufferbehälters 23 ist eine Stau- und Strö­ mungsvergleichmäßigungsvorrichtung 63 vorgesehen, die bei­ spielsweise aus einem Lochblech bestehen kann. Die Vorrichtung 63 bewirkt, daß bei einem Zuführen von ungereinigtem Abgas über die Abgasleitung 25 und das Ventil 27 der aus der Abgas­ leitung 25 über die Abgaszuführöffnung 35 des Pufferbehälters in diesen eintretende Gasstrom nicht im wesentlichen ungehin­ dert durch den Pufferbehälter 23 hindurch zur Entlüftungs- und Ansaugöffnung 61 gelangt und dabei das übrige im Pufferbehäl­ ter 23 enthaltene gereinigte Abgas in diesem verbleibt. Um ein unerwünschtes Austreten von ungereinigtem Abgas aus dem Puf­ ferbehälter 23 zu vermeiden, kann das Volumen des Pufferbehäl­ ters 23 um einen Sicherheitsfaktor, vorzugsweise 2 bis 5, größer ausgebildet sein als das maximal in einem Regenerator 45 bzw. 49 und den angrenzenden Leitungsstücken maximal ent­ haltene Gasvolumen.

In gleicher Weise bewirkt die Stau- und Strömungsvergleichmä­ ßigungsvorrichtung 63 bei einem Rezirkulieren des Gasvolumens über das Ventil 39 und die Rezirkulationsleitung 37, daß ge­ reinigtes Abgas aus dem Zwischenraum 33 möglichst erst dann über die Entlüftungs- und Ansaugöffnung 61 in die Rezirkula­ tionsleitung 37 gelangt, wenn das gesamte im Pufferbehälter 23 enthaltene ungereinigte oder nur teilweise gereinigte Gasvolu­ men rezirkuliert wurde.

Die in den Fig. 2a und 2b dargestellte Ausführungsform einer Pufferzelle nach der Erfindung gewährleistet, daß ein Unter­ schreiten der Taupunkttemperatur im Inneren des Pufferbehäl­ ters 23 sicher vermieden wird und ist darüber hinaus einfach konstruktiv aufgebaut und somit preiswert herstellbar.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren Schwelgasen,

• a) mit einer Regeneratoreinheit (1) mit zumindest zwei Regeneratoren (45, 49) mit jeweils einem Wärmespeicher (47, 51) und mit einer zwischen den Regeneratoren (45, 49) angeordneten Heizzone (53), wobei einer Reihenanord­ nung zumindest zweier Regeneratoren (45, 49) abwechselnd von jeweils einer Seite zu behandelndes Abgas zuführbar ist, und
• b) mit einer Pufferzelle (3), welcher nach jedem Umschalt­ vorgang der Zufuhr des Abgases zur jeweils anderen Seite der Reihenanordnung im wesentlichen das vor dem Um­ schaltvorgang in dem betreffenden eingangsseitigen Rege­ nerator (45, 49) enthaltene ungereinigte oder nur teil­ weise gereinigte Gasvolumen zuführbar ist und aus wel­ cher das in der Pufferzelle (3) nach einem Umschaltvor­ gang aufgenommene ungereinigte oder nur teilweise gerei­ nigte Gasvolumen bis zum nächsten Umschaltvorgang voll­ ständig der jeweils andere Seite der Reihenanordnung der Regeneratoren zuführbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

• c) daß der Pufferzelle (3) Abwärme des gereinigten Abgases zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferzelle (3) in einer der Reihenanordnung der Rege­ neratoren (45, 49) nachgeschalteten Abgasleitung (19) an­ geordnet ist und daß in Flußrichtung des Abgases nach der Pufferzelle (3) ein zur Pufferzelle hin Unterdruck erzeu­ gendes Gebläse (21) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferzelle (3) zur puffernden Aufnahme des unge­ reinigten oder nur teilweise gereinigten Gasvolumens für die für die Gasaufnahme erforderliche Zeitspanne mit dem betreffenden Ausgang des ausgangsseitigen Regenerators (45, 49) verbindbar ist, wobei das aus der Pufferzelle (3) ver­ drängte Gasvolumen der nachgeschalteten Abgasleitung (19) zuführbar ist, und daß die Pufferzelle (3) für das Rezirku­ lieren dieses Gasvolumens mit dem Eingang des eingangssei­ tigen Regenerators (45, 49) verbindbar ist, wobei für das Nachziehen eines entsprechenden Gasvolumens die Pufferzelle (3) mit der nachgeschalteten Abgasleitung (19) verbindbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß in der die Pufferzelle (3) und die Reihenanordnung der Regeneratoren (45, 49) verbindenden Rezirkulationsleitung (37) ein einen am Ausgang der Pufferzelle ausreichenden Unterdruck erzeugendes Gebläse (41) vorgese­ hen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß in jeder Betriebsphase aus der Pufferzelle ein konstanter Volumenstrom rezirkuliert wird.

6. Pufferzelle für eine Vorrichtung zur thermischen Abgasbe­ handlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferzelle (3) ein Gehäuse umfaßt, in welchem ein Pufferbehälter (23) zur Aufnahme des unge­ reinigten oder nur teilweise gereinigten Gasvolumens vor­ gesehen ist und daß dem Zwischenraum (33) zwischen der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters (23) und der Innenseite der Gehäusewandung (29a) gereinigtes Abgas zu­ führbar ist.

7. Pufferzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasabführöffnung (59) der Pufferzelle (3) mit dem Zwischenraum (33) zwischen der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters (23) und der Innenseite der Gehäusewandung (29a) verbunden ist.

8. Pufferzelle nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungs- und Ansaugöffnung (61) des Pufferbehälters (23) mit dem Zwischenraum (33) zwischen der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters (23) und der Innenseite der Gehäusewandung (29a) verbunden ist.

9. Pufferzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Pufferbehälter (23) eine Stau- und Strömungsvergleichmäßigungsvorrichtung (63) vorgesehen ist.

10. Pufferzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Pufferbehälter ein verschiebbarer Kolben oder eine Membran zur Trennung des gepufferten und nachgezogenen Volumens vorgesehen ist.