DE19910687C2 - Vorrichtung zur Reinigung verunreinigter Abgase aus industriellen Prozessen, insbesondere thermische Nachverbrennungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung verunreinigter Abgase aus industriellen Prozessen, insbe­ sondere regenerative thermische Nachverbrennungsvorrich­ tung, mit

• a) einem Gehäuse, welches einen unteren Bereich und einen oberen Bereich aufweist, wobei
  • a) der untere Bereich einen Einlaß für zu reinigen­ des Gas und einen Auslaß für gereinigtes Gas aufweist;
  • b) im oberen Bereich eine Mehrzahl von Segmenten, in denen sich Wärmetauschermaterial befindet, und oberhalb der Segmente eine Verbrennungskammer vorgesehen sind;
• b) einem Drehverteiler, der im unteren Bereich angeordnet ist und bei seiner Verdrehung zu reinigendes Gas aus dem unteren Bereich aufnimmt und in bestimmte Segmente des darüber liegenden Bereiches leitet und gereinigtes Gas aus bestimmten Segmenten des darüber liegenden Bereichs aufnimmt und zum Auslaß leitet.

Regenerative thermische Nachverbrennungsvorrichtungen dieser Art sind z. B. aus der EP 0 548 630 A1 oder der EP 0 719 984 A2 bekannt. Sie enthalten als Wärmetauscher­ material eine lose Schüttung verhältnismäßig kleiner Teile, wobei radial verlaufende Trennwände die verschie­ denen Sektoren begrenzen. Dieses bekannte Wärmetauscher­ material ist insofern nachteilig, als es aufgrund der ungeordneten Lage der verschiedenen Teilchen, aus denen sich die Schüttung aufbaut, einen verhältnismäßig hohen Durchströmungswiderstand aufweist. Außerdem ist die Schüttung verhältnismäßig schlecht zu handhaben.

Aus der EP 0 467 923 B1 ist es bekannt, bei einer regene­ rativen Abgasverbrennungs-Vorrichtung ein keramisches Wärmetauschermaterial in Form gestapalter Elemente einzu­ setzen.

Aus der DE 196 52 999 A1 ist ein Wärmetauschermaterial in Form einer Mehrzahl gestapelter Wärmetauscherplatten bekannt, wobei die Stapelung derart ausgeführt ist, daß zwischen den Wärmetauscherplatten vertikale Strömungskanäle ausgebildet sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß der Durchströmungswiderstand durch das Wärmetauschermate­ rial geringer und die Handhabbarkeit des Wärmetauscherma­ terials erleichtert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• a) das Wärmetauschermaterial von mindestens einem Stapel auf- und nebeneinander gestellter Wabenkörper gebildet ist, die aus Keramik bestehen und von einer Vielzahl im wesentlichen paralleler Kanäle durchzogen sind, wo­ bei die Wabenkörper in dem Stapel so angeordnet sind, daß ihre Kanäle im wesentlichen vertikal verlaufen;
• b) jeder Stapel in einem nach unten Öffnungen aufweisenden Einsatzbehälter angeordnet ist, der lösbar im Innenraum des Gehäuses montiert ist.

Wabenkörper der Art, wie sie bei der vorliegenden Er­ findung zum Einsatz kommen, haben den Vorteil, daß sie kommerziell erhältlich sind. Sie werden bereits heute bei Nachverbrennungseinrichtungen anderer Bauart eingesetzt. Sie eignen sich hervorragend zum Einsatz als Wärmetauscher­ material auch in gattungsgemäßen Vorrichtungen: Werden sie nämlich in der oben geschilderten Weise auf- und nebeneinander gestapelt, so daß ihre Kanäle im wesentlichen vertikal verlaufen, so ermöglichen sie eine "geordnete", vergleichsweise widerstandsarme Durchströmung und stellen gleichzeitig sehr größe Wärmetauscherflächen zur Verfügung. Die Wabenkörper können einzeln bequem zu dem gewünschten Stapel zusammengesetzt oder auch wieder aus dem Stapel entnommen werden.

Die Stapel werden außerhalb des Gehäuses der Vorrich­ tung in dem jeweiligen Einsatzbehälter zusammengestellt und dann mit Hilfe des Einsatzbehälters in das Gehäuse einge­ setzt. Der Einsatzbehälter verbleibt gemeinsam mit dem Stapel von Wabenkörpern, den er enthält, während des Betriebes der Vorrichtung in dieser. Sofern ein Zugang zu den Wabenkörpern oder ein Austausch erforderlich ist, kann der Einsatzbehälter mit dem gesamten Stapel ohne weiteres wieder entnommen werden.

Vorzugsweise sind mehrere Stapel von Wabenkörpern neben­ einander angeordnet. Die Größe dieser Stapel wird so gewählt, daß er außerhalb des Gehäuses zusammengestellt und als Einheit in das Gehäuse eingesetzt werden kann. Jeder Stapel wird dabei im allgemeinen einem Segment zugeordnet.

Der Durchströmungswiderstand ist besonders gering, wenn der Einsatzbehälter nach unten offen ist und der Stapel von Wabenkörpern auf einem Rost ruht.

Der Rost ist vorzugsweise in einem Abstand oberhalb der Aufstandsfläche des Einsatzbehälters montiert. Auf diese Weise ergibt sich unterhalb des Rostes ein freier Raum, über den sich die zu reinigenden Gase vor dem Eintritt in den Stapel von Wabenkörpern gleichmäßig verteilen können.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse einen rechteckigen Quer­ schnitt auf. Ein solches Gehäuse läßt sich am einfach­ sten ohne unnötige Leerräume mit Stapeln von Wabenkörpern beschicken.

Wenn der Querschnitt quadratisch ist, liegt seine Form verhältnismäßig nahe an der bekannten Kreisform, bei welcher sich in den verschiedenen Segmenten jeweils gleiche Flächen und gleiche Wegdistanzen für das strömen­ de Gas ergeben.

Auch jeder Stapel von Wabenkörpern kann zweckmäßigerweise einen rechteckigen Querschnitt, insbesondere einen qua­ dratischen Querschnitt aufweisen. Dieser Querschnitt ergibt sich mehr oder weniger von selbst aus der Tat­ sache, daß die einzelnen Wabenkörper selbst einen recht­ eckigen oder gar quadratischen Querschnitt besitzen.

Der Drehverteiler kann die Gase direkt in die von den Wabenkörpern gebildeten Segmente leiten und aus diesen aufnehmen und hierzu einen Durchmesser aufweisen, der im wesentlichen der Dimension des Gehäuses entspricht. Bei großen Vorrichtungen dagegen empfiehlt sich diejenige Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher

• a) der Drehverteiler in der Mitte des unteren Bereichs angeordnet ist;
• b) zwischen dem unteren Bereich und dem oberen Bereich ein Verteilraum vorgesehen ist, der ebenfalls in eine entsprechende Mehrzahl von Segmenten unterteilt ist, die mit dem radial innenliegenden Bereich ihrer Unterseite mit dem Drehverteiler kommunizieren und an ihrer Oberseite jeweils mit einem Segment des Wärmetauschermaterials derart kommunizieren, daß aus ihnen zu reinigendes Gas in das entsprechende Segment des Wärmetauschermaterials übertreten kann oder in sie gereinigtes Gas aus dem entsprechenden Segment des Wärmetauschermaterials übertreten kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; Es zeigen

Fig. 1: einen vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Gasen;

Fig. 2: in etwas vergrößertem Maßstab einen horizontalen Schnitt durch die Vorrichtung von Fig. 1 gemäß der dortigen Linie II-II.

Die in der Zeichnung dargestellte und nachfolgend beschrie­ bene Vorrichtung zur regenerativen Nachverbrennung von Gasen entspricht weitestgehend derjenigen, die in der oben erwähnten EP 0 719 984 A2 beschrieben ist. Sofern in den nachfolgenden Ausführungen nichts anderes gesagt ist, stimmt die Bauweise der vorliegenden Vorrichtung mit der bekannten überein, so daß wegen Einzelheiten der Konstruktion auf diese Druckschrift Bezug genommen wird.

Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 1 auf, das im Quer­ schnitt quadratisch ist (vergleiche Fig. 2). Das Gehäuse 1 setzt sich aus drei übereinander montierten Teilen, nämlich einem Unterteil 2, einem Mittelteil 3 und einem Oberteil 3 zusammen.

Über einen Einlaß 5 tritt das zu reinigende Gas (z. B. Abluft aus einer Lackieranlage) in die Vorrichtung ein und wird einem mittig angeordneten Drehverteiler 6 zuge­ führt, dessen Bauweise in der oben genannten EP 0 719 984 A näher beschrieben ist. Allerdings ist die Durchströmung des Drehverteilers 6 im vorliegenden Falle umgekehrt wie beim Stande der Technik, was jedoch keinen grundsätzlichen Unterschied darstellt. Der Drehteiler 6 leitet das Gas weiter nach oben in einen Verteilraum 7, der sich im unteren, dem Gehäuse-Unterteil 2 benachbarten Bereich des Gehäuse-Mittelteils 3 befindet und im wesentlichen den gesamten Querschnitt des Gehäuse-Mittelteiles 3 ausfüllt. Eine untere Platte 8 begrenzt den Verteilraum 7 nach unten und weist eine mittlere Öffnung 9 auf, an deren flanschar­ tig ausgebildetem Rand die obere Stirnfläche des Drehver­ teilers 6 anliegt.

Durch acht radial verlaufende Trennwände 10, die in Fig. 2 gestrichelt angedeutet sind, ist der Verteilraum 7 in acht tortenstückförmige Sektoren 11 unterteilt. Aufgrund seiner bekannten, in der EP 0 719 984 A be­ schriebenen Bauweise kann der Drehverteiler 6 - je nach seiner Drehstellung - eine Verbindung zwischen dem Einlaß 5 und einem der acht Sektoren 11 im Verteilraum 7 her­ stellen.

Der Verteilraum 7 wird nach oben durch eine zweite Platte 12 begrenzt. Diese zweite Platte 12 ist mit acht quadra­ tischen Öffnungen 13 versehen, von denen sich jeweils drei entlang einer Seite des quadratischen Gehäuses erstrecken, wobei im Mittelbereich der Vorrichtung eine quadratische Fläche vollständig verschlossen bleibt. Jede Öffnung 13 kommuniziert mit einem Sektor 11 des Verteilraumes 7, läßt sich also über einen dieser Sek­ toren 11 mit Gas versorgen. Soweit ein Sektor 11 dabei unter einer Öffnung 13 hindurchläuft, zu deren Versorgung er nicht dient, ist er gegen diese Öffnung 13 durch eine horizontale Zwischenwand abgedichtet, die in der Zeichnung nicht eigens dargestellt ist.

Jede Öffnung 13 ist von einem Tragflansch 14 begrenzt. Ein solcher Tragflansch 14 ist in Fig. 2 im Bereich der rechten unteren Öffnung 13 sichtbar. Auf jeden Tragflansch 14 der Öffnungen 13 ist ein Einsatzbehälter 15 lösbar aufmontiert. Ein derartiger Einsatzbehälter 15 ist im Bereich der linken oberen Öffnung 13 in Fig. 2 gezeigt. Er weist selbst einen quadratischen Querschnitt auf; seine Wände divergieren etwas nach oben, wie der Fig. 1 zu entnehmen ist. Die Einsatzbehälter 15 sind - abgesehen von einer randseitigen Aufstandsfläche - nach unten geöffnet, so daß sie über die jeweiligen Öffnungen 13 mit dem entsprechenden Sektor 11 des Verteilraums 7 kommuni­ zieren können.

In einem gewissen Abstand oberhalb ihrer Aufstandfläche auf der Platte 12 ist in den Einsatzbehältern 15 jeweils ein Gitterrost 16 angebracht, der in Fig. 2 im Bereich der linken unteren Öffnung 13 dargestellt ist. Auf die Gitterroste 16 der acht Einsatzbehälter 15 ist jeweils ein Stapel aus einer Vielzahl von quaderförmigen Wabenkör­ pern 17 aufgestellt. Jeder dieser Wabenkörper 17 ist in seiner Längsrichtung von einer Vielzahl paralleler, kleiner Kanäle durchzogen. Die Wabenkörper 17 sind in den Einsatzbehälter 15 so eingestellt, daß diese Kanäle vertikal verlaufen.

Der die Einsatzbehälter 15 umgebende Wandbereich des Gehäuse-Mittelteiles 3 ist mit einer wärmedämmenden Schicht 18 ausgekleidet.

Die Oberseite des Gehäuse-Mittelteiles 3 kommuniziert frei mit dem Innenraum des Gehäuse-Oberteiles 4. Dieser enthält in bekannter Weise einen Brennraum 19, der eben­ falls mit einer wärmedämmenden Schicht 20 ausgekleidet ist. Mit Hilfe eines durch die Wand des Gehäuse-Oberteils 4 hindurch geführten Brenners 21 kann zum Starten und Aufwärmen sowie bei Bedarf der Brennraum 19 zusätzlich beheizt werden.

Aufgrund seiner bekannten Bauweise kann der Drehverteiler 6 nicht nur, wie schon beschrieben, je nach nach seiner Drehstellung eine Verbindung zwischen dem Einlaß 5 und einem bestimmten Sektor 11 im Verteilraum 7 herstellen. Gleichzeitig verbindet er einen anderen Sektor des Ver­ teilraumes 7, im Regelfall den etwa gegenüberliegenden Sektor, mit dem Innenraum 22 des Gehäuseunterteiles, in den ein Auslaß 23 für das gereinigte Gas mündet.

Schließlich ist der Drehverteiler 6 - ebenfalls in der aus der EP 0 719 984 A2 bekannten Weise - in der Lage, aus demjenigen Segment Spülluft abzuziehen, welches demjenigen vorauseilt, aus dem von dem Drehverteiler 6 gerade gereinigte Luft abgezogen wird. Diese Spülluft wird über einen Spülluftauslaß 24 aus dem Gehäuse-Unterteil 2 ausgeführt.

Die Funktion der beschriebenen Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Gasen entspricht vollständig derjenigen, die schon in der EP 0 719 984 A2 beschrieben ist:

Das zu reinigende Gas tritt über den Einlaß 5 in die Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung ein und wird vom Drehverteiler 6 in einen bestimmten Sektor 11 des Verteilraumes 7 geleitet. Das Gas strömt von dort aus über diejenige Öffnung 13 in der Platte 12, die diesem Sektor 11 entspricht, nach oben, tritt in den dortigen Einsatzbehälter 15 von unten her ein, durchströmt die Tragroste 16 und die auf diesen aufgebauten Waben­ körper 17. Das zu reinigende Gas verteilt sich bei der Durchströmung durch die Wabenkörper 17 auf die vielen Kanäle, welche die Wabenkörper 17 durchsetzen. Die dem betrachteten Sektor zugeordneten Wabenkörper 17 haben sich zuvor in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise erwärmt. Beim Durchgang durch die Wabenkörper 17, deren Durchgangskanäle große Wärmetauscherflächen zur Verfügung stellen, heizt sich daher das zu reinigende Gas auf eine Temperatur auf, die beim Austritt aus den Waben­ körpern 17 nach oben entweder bereits die zur Nachverbren­ nung erforderliche Temperatur erreicht hat oder jedenfalls sehr nahe bei dieser Temperatur liegt. Die Gase verbren­ nen nunmehr im Verbrennungsraum 19. Die heißen Verbren­ nungsgase strömen über diejenigen Wabenkörper 17 wieder nach unten, die demjenigen Sektor 11 im Verteilraum 7 entsprechen, der durch den Drehverteiler 6 mit dem Innenraum 22 des Gehäuse-Unterteiles 2 und damit mit dem Reinluftauslaß 23 verbunden sind. Beim Durchgang dieser Verbrennungsgase nehmen die Wabenkörper 17 die­ jenige Wärme auf, die sie später bei einer Weiterdrehung des Drehverteilers 6 wieder an nach oben strömendes, zu reinigendes Gas abgeben. Die gereinigten Verbrennungsgase durchströmen also den entsprechenden Sektor 11 im Vertei­ lerraum 7 radial nach innen zum Drehverteiler 6, und von dort über den Innenraum 22 des Gehäuse-Unterteiles 2 zum Reinluftauslaß 23.

Derjenige Sektor 11 innerhalb des Verteilraumes 7, der in Drehrichtung des Drehverteilers 6 gesehen demjenigen Sektor 11 vorauseilt, der von Reinluft durchströmt wird, ist über den Drehverteiler 6 jeweils mit dem Spülluft­ auslaß 24 verbunden. Diese Luft wird von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gebläse in bekannter Weise abgesaugt und - da die Wabenkörper 17 dieses Sektors 11 zunächst noch ungereinigtes Gas enthalten - mit dem zu reinigenden Gas zusammengeführt und über die Einlaßöffung 5 erneut in die Vorrichtung eingegeben.

Der von den Wabenkörpern 17 umgebene Raum 25 ist eben­ falls mit wärmedämmenden Material 26 ausgefüllt; er wird nicht durchströmt.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Reinigung verunreinigter Abgase aus industriellen Prozessen, insbesondere regenerative thermische Nachverbrennungsvorrichtung mit

• a) einem Gehäuse, welches einen unteren Bereich und einen oberen Bereich aufweist, wobei
  • a) der untere Bereich einen Einlaß für zu reinigen­ des Gas und einen Auslaß für gereinigtes Gas aufweist;
  • b) im oberen Bereich eine Mehrzahl von Segemen­ ten, in denen sich Wärmetauschermaterial befindet, und oberhalb der Segmente eine Verbrennungskammer vorgesehen sind;
• b) einem Drehverteiler, der im unteren Bereich ange­ ordnet ist und bei seiner Verdrehung zu reinigendes Gas aus dem unteren Bereich aufnimmt und in bestimmte Segmente des darüber liegenden Bereichs leitet und gereinigtes Gas aus bestimmten Segmenten des darüber liegenden Bereichs aufnimmt und zum Auslaß leitet,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Wärmetauschermaterial von mindestens einem Stapel auf- und nebeneinander gestellter Wabenkörper (17) ge­ bildet ist, die aus Keramik bestehen und von einer Vielzahl im wesentlichen paralleler Kanäle durchzogen sind, wobei die Wabenkörper (17) in dem Stapel so angeordnet sind, daß ihre Kanäle im wesentlichen vertikal verlaufen;
• b) jeder Stapel von Wabenkörpern (17) in einem nach unten Öffnungen aufweisenden Einsatzbehälter (15) angeordnet ist, der lösbar im Innenraum des Gehäuses (1) montiert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stapel von Wabenkörpern (17) nebenein­ ander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einsatzbehälter (15) nach unten offen ist und der Stapel von Wabenkörpern (17) auf einem Rost (16) ruht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (16) in einem Abstand oberhalb der Aufstandsfläche des Einsatzbehälters (15) montiert ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen quadratischen Querschnitt aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Stapel von Wabenkörpern (17) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stapel von Wabenkörpern (17) einen quadra­ tischen Querschnitt aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Drehverteiler (6) in der Mitte des unteren Be­ reiches (2) angeordnet ist;
• b) zwischen dem unteren Bereich (2) und dem oberen Bereich des Gehäuses (1) ein Verteilraum (7) vorge­ sehen ist, der ebenfalls in eine entsprechende Mehr­ zahl von Segmenten (11) unterteilt ist, die mit dem radial innenliegenden Bereich ihrer Unterseite mit dem Drehverteiler (6) kommunizieren und an ihrer Oberseite jeweils mit einem Segment des Wärmetauscher­ materials (7) derart kommunizieren, daß aus ihnen zu reinigendes Gas in das entsprechende Segment des Wärmetauschermaterials (17) übertreten kann oder in sie gereinigtes Gas aus dem entsprechenden Segment des Wärmetauschermaterials (17) übertreten kann.