DE19926428C2 - Verfahren zur thermischen Regeneration des Wärmetauschermaterials einer regenerativen Nachverbrennungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Regeneration des Wärmetauschermaterials einer regenerati­ ven Nachverbrennungsvorrichtung, welche in einem Gehäuse von oben nach unten umfaßt:

• a) eine Verbrennungskammer;
• b) einen Abschnitt, der in mehrere mit Wärmetauscherma­ terial gefüllte Segmente unterteilt ist.
• c) einen Drehverteiler, der entsprechend seiner Drehstel­ lung herstellt:
  • a) eine Verbindung zwischen einem Einlaßanschluß für zu reinigendes Abgas mit einem ersten Segment des Wärmetauschermaterials;
  • b) eine Verbindung zwischen einem zweiten Segment des Wärmetauschermaterials und einem Auslaßanschluß für gereinigtes Gas;
  • c) eine Verbindung zwischen einem dritten, dem zwei­ ten Segment in Drehrichtung des Drehverteilers vorauseilenden Segment des Wärmetauschermaterials und einem Anschluß für Spülgas,

bei welchem Verfahren Frischluft in der Verbrennungskammer erhitzt und nacheinander durch alle Segmente des Wärmetau­ schermaterials geleitet wird, wodurch das Wärmetauscher­ material auf eine Temperatur gebracht wird, bei welcher sich die an dem Wärmetauschermaterial adsorbierten Verun­ reinigungen lösen.

Regenerative Nachverbrennungsvorrichtungen dienen der Reinigung verunreinigter Abgase aus industriellen Prozessen. Zur Einsparung von Energie bei der thermischen Nachver­ brennung werden die zu reinigenden Abgase durch Wärme­ tauschermaterial hindurchgeführt. Da die zu reinigenden Abgase häufig organische Verunreinigungen in Form kon­ densierbarer Substanzen, z. B. Teerprodukte, oder organi­ sche Stäube enthalten, setzen sich die Oberflächen die­ ser Wärmetauschermaterialien im Laufe des Betriebes mit diesen Verunreinigungen zu. Zur Regeneration muß das Wärmetauschermaterial periodisch auf eine Temperatur erhitzt werden, bei welcher sich die an der Oberfläche adsorbierten Verunreinigungen lösen und ausgetragen werden können. Dies geschieht bei den bekannten thermi­ schen Nachverbrennungsvorrichtungen dadurch, daß Frisch­ luft in die Verbrennungskammer eingebracht, dort auf hohe Temperatur erhitzt und sodann von oben her durch das Wärmetauschermaterial nach unten geleitet, über den Drehverteiler dem Auslaß zugeführt und sodann über den Kamin in die Außenatmosphäre entsorgt wird. Der Drehverteiler steht bei diesem Vorgang. Es wird zuge­ wartet, bis sich das jeweils durchspülte Segment des Wärmetauschermaterials von oben bis unten auf die erfor­ derliche Temperatur erhitzt hat, so daß alle Bereiche des Wärmetauschermaterials in diesem Segment von Verunreini­ gungen befreit werden. Danach wird der Drehverteiler um ein Segment verdreht und der Vorgang beginnt von neuem.

Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren zur Regenera­ tion des Wärmetauschermaterials ist zum einen die ver­ hältnismäßig lange Zeit, die zur Reinigung aller Seg­ mente notwendig ist. Darüber hinaus enthält das dem Kamin zugeleitete Gas die Verunreinigungen, die sich vom Wärmetauschermaterial gelöst haben, und ist somit nicht sauber.

Die US-Patentschriften 56 20 668 und 53 46 393 beschreiben Verfahren zum Reinigen bzw. Ausspülen der einzelnen, mit Abgas­ rückständen beladenen Zwischenräume der dort eingesetzten Rege­ neratormaterialien. Sie enthalten jedoch keine Hinweise darauf, daß eines der in ihnen erläuterten Verfahren zur Regeneration des in Segmente aufgeteilten Wärmetauschermaterials bei einem gattungsgemäßen Verfahren geeignet sein könnte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß keine Verunreinigungen in die Umgebungsatmosphäre abgegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die zur thermischen Regeneration verwendete in der Verbrennungskammer erhitzte Luft aus der Verbrennungskam­ mer über ein Segment des Wärmetauschermaterials nach unten und über den Drehverteiler dem Einlaßanschluß oder dem Auslaßanschluß zugeführt und von dort erneut direkt in die Verbrennungskammer eingeleitet wird,
und daß die Luft so lange bei stehendem Drehverteiler im Kreislauf geführt wird, bis das Wärmetauschermaterial im Segment ausreichend erhitzt und sich alle Verunreini­ gungen von diesem gelöst haben, worauf dieser Vorgang der Reihe nach für alle anderen Segmente durchgeführt wird.

Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die aus dem Wärmetauschermaterial austretende, heiße Luft nicht direkt dem Kamin sondern zu einer erneuten Nachverbren­ nung wieder in die Verbrennungskammer der Nachverbren­ nungsvorrichtung eingeleitet wird, verlassen auch die zur Regeneration verwendeten heißen Gase die Nachverbren­ nungsvorrichtung vollständig gereinigt; Verunreinigungen werden über den Abluftkamin nicht mehr in die Außenat­ mosphäre abgegeben.

Viele bekannte Nachverbrennungsvorrichtungen sind so gebaut, daß entweder der Einlaß oder der Auslaß nicht direkt über eine Leitung mit dem Drehverteiler verbun­ den ist. Vielmehr führt der Einlaß oder der Auslaß zu­ nächst in eine Sammelkammer im unteren Bereich des Ge­ häuses der Nachverbrennungsvorrichtung, die dann ihrer­ seits mit einem der verschiedenen Wege des Drehvertei­ lers kommuniziert. Der jeweils andere Anschluß steht über eine Leitung mit dem Drehverteiler in Verbindung. Sollen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Nachverbren­ nungsvorrichtungen dieser Bauart thermisch regeneriert werden, empfiehlt es sich, wenn die zur Regeneration verwendete Luft über denjenigen Anschluß geführt wird, der nicht mit der Sammelkammer kommuniziert. Dies hat den Vorteil, daß die Zahl der Komponenten der Nachver­ brennungsvorrichtung, die mit der heißen Luft in Be­ rührung kommen und daher hohe Temperaturen aushalten müssen, verhältnismäßig klein gehalten werden kann. Außerdem läßt sich auf diese Weise auch die Verbindungs­ leitung zwischen dem Anschluß und dem Drehverteiler reinigen, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn es sich bei dem fraglichen Anschluß um den Einlaßan­ schluß handelt.

Der zur Oxidation notwendige Sauerstoff wird durch Frisch­ luft zugeführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine regenerative Nachverbrennungs­ vorrichtung mit den wichtigsten zu deren Betrieb erforderlichen peripheren Einrich­ tungen;

Fig. 2 dieselbe regenerative Nachverbrennungsvorrich­ tung, jedoch mit etwas abgewandelten periphe­ ren Einrichtungen.

In Fig. 1 ist eine regenerative Nachverbrennungsvorrich­ tung mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Ihr grund­ sätzlicher Aufbau und ihre grundsätzliche Funktionsweise sind - soweit nachfolgend nichts anderes gesagt ist - in der EP 0 548 630 A1 oder der EP 0 719 984 A2 beschrie­ ben, worauf ausdrücklich verwiesen wird.

In den unteren Bereich des Gehäuses 2 der regenerativen Nachverbrennungsvorrichtung 1 ist eine Einlaßleitung 4 für die zu reinigende Abluft eingeführt. Sie steht mit einem im unteren Bereich des Gehäuses 2 untergebrach­ ten Drehverteiler 5 in Verbindung, der je nach seiner Drehstellung eine Verbindung zwischen der Einlaßleitung 4 und einem Segment aus einer Vielzahl tortenstückförmi­ ger Segmente in einem oberhalb des Drehverteilers 5 angeordneten Verteilraum 6 herstellt. Erneut oberhalb des Verteilraumes 6 befindet sich im Gehäuse 2 ein Wärme­ tauschraum 7, der in eine entsprechende Anzahl von Seg­ menten unterteilt ist, die jeweils mit einem entspre­ chenden Segment des darunterliegenden Verteilraumes 7 kommunizieren. Die Segmente des Wärmetauschraumes 7 sind mit Wärmetauschermaterial angefüllt.

Über dem Wärmetauschraum 7 befindet sich im obersten Bereich des Gehäuses 2 eine Verbrennungskammer 8, in welche ein Brenner 9 mündet.

Der Drehverteiler 5 ist in bekannter Weise so ausgebil­ det, daß er ein weiteres Segment des Verteilraumes 6, welches im allgemeinen dem erstgenannten Segment diametral gegenüberliegt, und damit auch ein weiteres Segment des Wärmetauscherraumes 7 mit einer Auslaß-Sammelkammer 3 im unteren Bereich des Gehäuses 2 verbindet, in welche eine Auslaßleitung 10 für gereinigtes Gas mündet. Schließ­ lich stellt der Drehverteiler 5 eine Verbindung zwischen demjenigen Segment des Verteilraumes 6 und damit des Wärmetauschraumes 7 mit einer Spülluftleitung 11 her, das in Drehrichtung des Drehverteilers 5 gesehen demje­ nigen Segment vorauseilt, welches mit der Auslaß-Sammel­ kammer 10 kommuniziert.

Die Auslaßleitung 10 für gereinigtes Gas führt über ein motorgesteuertes Ventil 12 sowie ein Gebläse 13, ein weiteres motorgesteuertes Ventil 14 und einen Schall­ dämpfer 15 zu einem Kamin 16. Zwischen dem Gebläse 13 und dem motorgesteuerten Ventil 14 zweigt eine Spülluft­ leitung 11 ab, in der ein weiteres motorgesteuertes Ventil 19 liegt. In die Spülluftleitung 11 mündet außer­ dem zwischen dem Ventil 19 und dem Einlaß in die regene­ rative Nachverbrennungsvorrichtung 1 eine mit der Außen­ atmosphäre verbundene Frischluftleitung 20, die durch ein weiteres motorgesteuertes Ventil 21 verschließbar ist.

Die Verbrennungskammer 8 ist mit der Auslaßleitung 10 für gereinigte Gase an einer Stelle zwischen dem motor­ gesteuerten Ventil 12 und dem Gebläse 13 verbunden; diese Verbindung läßt sich mit einem motorgesteuerten Ventil 23 öffnen oder schließen. Zwischen dem motorge­ steuerten Ventil 23 und der Mündungsstelle in die Auslaß­ leitung 10 mündet in die Leitung 22 eine Frischluftzu­ führleitung 24, die ebenfalls durch ein motorgesteuertes Ventil 25 versperrbar ist.

Schließlich ist die Einlaßleitung 4 über eine Leitung 30, in der ein motorgesteuertes Ventil 31 und ein Gebläse 32 liegen, mit einem Spalt 33 im oberen Bereich des Gehäuses 2 verbunden, der den Brenner 9 umgibt.

Der Normalbetrieb der regenerativen Nachverbrennungsvor­ richtung 1, in welchem verunreinigte Abgase behandelt werden, entspricht dem Bekannten:

Das zu reinigende Abgas wird über die Abgasleitung 4 in die regenerative Nachverbrennungsvorrichtung 1 einge­ bracht und dem Drehverteiler 5 zugeführt. Es wird ent­ sprechend der jeweiligen Drehstellung des Drehverteilers 5 in ein bestimmtes Segment des Verteilraumes 6 weiter­ geleitet. Die Abluft steigt von diesem Segment des Ver­ teilraumes 6 auf in das darüberliegende Segment des Wärmetauschraumes 7 und nimmt von dem dortigen Wärmetau­ schermaterial zuvor gespeicherte Wärme auf. Das Abgas erhitzt sich beim Durchgang durch das Wärmetauscherma­ terial, bis es beim Austritt aus der Oberseite aus dem Wärmetauschraum 7 die Entzündungstemperatur für die in ihm enthaltenen Verunreinigungen entweder erreicht hat oder dieser Entzündungstemperatur nahekommt. Im letzteren Falle wird mit Hilfe des Brenners 9 die Ver­ brennung der Verunreinigungen durchgeführt; im ersten Falle findet die Verbrennung ohne Zufuhr äußerer Energie statt.

Die erhitzte, nunmehr die (ungefährlichen) Verbrennungs­ produkte enthaltende Luft tritt von oben her in ein Segment des Wärmetauschraumes 7 ein und durchströmt dieses nach unten. Es gibt dabei einen Großteil seiner Wärme an das dortige Wärmetauschermaterial ab und tritt an der Unterseite des Wärmetauschraumes 7, entsprechend abgekühlt, in das entsprechende Segment des Verteilrau­ mes 6 ein und wird vom Drehverteiler 5 der Auslaß-Sammel­ kammer 3 im unteren Bereich des Gehäuses 2 zugeleitet und über die Auslaßleitung 10 ausgetragen. In dieser Betriebs­ weise sind die motorgesteuerten Ventile 12, 14 geöffnet sowie die motorgesteuerten Ventile 23, 25 und 31 geschlos­ sen. Die Reinluft wird mit Hilfe des Gebläses 13 über den Kamin 16 in die Außenatmosphäre ausgetragen.

Wie bereits oben erwähnt, wird dasjenige Segment des Wärmetauschraumes 7, welches dem von Reinluft durchström­ ten Segment in Drehrichtung des Drehverteilers 5 voraus­ eilt, mit Spülluft gespült. Diese Spülung erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel etwas anders als bei den oben erwähnten Druckschriften: hier wird nämlich über die Spülluftleitung 11 bei geöffnetem motorgesteuertem Ventil 19 und geschlossenem motorgesteuertem Ventil 21 Reinluft über den Drehverteiler 5 dem entsprechenden Segment des Wärmetauschraumes 7 zugeführt. Dieser Unter­ schied in der Art der Spülung ist jedoch für die grundsätz­ liche Betriebsweise der thermischen Nachverbrennungsvor­ richtung 1 jedenfalls im vorliegenden Zusammenhang ohne Bedeutung.

Nach längerer Betriebszeit bedarf das im Wärmetauschraum 7 befindliche Wärmetauschermaterial einer Regeneration, da sich seine Oberflächen mit Substanzen, beispielsweise Teerprodukten oder organischen Stäuben, die vom zu reini­ genden Abgas mitgeführt werden, zugesetzt haben. Diese thermische Regeneration geschieht bei der beschriebenen regenerativen Nachverbrennungsvorrichtung 1 wie folgt:

Die Zufuhr von zu reinigender Abluft über die Einlaßlei­ tung 4 wird abgestellt. Die motorgesteuerten Ventile 12 und 19 werden geschlossen; dagegen werden die motorge­ steuerten Ventile 14, 21, 23 und 25 geöffnet.

In diesem Schaltungszustand der verschiedenen motorge­ steuerten Ventile wird über die Frischluftzufuhrleitung 20 und die Spülluftleitung 11 Frischluft in die regenera­ tive Nachverbrennungsvorrichtung 1 eingebracht und über das entsprechende Segment des Wärmetauschraumes 7 in die Verbrennungskammer 8 geleitet. Dort wird diese Luft mit Hilfe des Brenners 9 erhitzt. Die erhitzte Luft gelangt nun in dasjenige Segment des Wärmetauschraumes 7, welches über den Drehverteiler 5 mit der Einlaßlei­ tung 4 in Verbindung steht. Bei geöffnetem motorgesteuer­ tem Ventil 31 in der Leitung 30 wird mit Hilfe des Ge­ bläses 32 diese heiße Luft durch das entsprechende Seg­ ment des Wärmetauschraumes 7, den Verteilraum 6 und den Drehverteiler 5 hindurchgesaugt und über den Spalt 33 in der Nähe des Brenners 9 wieder in die Verbrennungs­ kammer 8 eingegeben. Verunreinigungen, welche die Spül­ luft auf dem Wege durch das Wärmetauschermaterial aufge­ nommen haben, werden in der Verbrennungskammer 8 nachver­ brannt.

Die heiße Luft wird auf dem geschilderten Wege zirkuliert, während der Drehverteiler 5 steht. Überschüssige Luft im Kreislauf wird durch entsprechendes Öffnen des motorge­ steuerten Ventiles 14 zum Kamin 16 hin abgeführt. Die Temperatur der auf diese Weise abgeführten heißen Gase kann durch entsprechendes Öffnen des motorgesteuerten Ventiles 25 durch Beimischen von Frischluft über die Leitung 24 in der erforderlichen Weise herabgesenkt werden.

Die geschilderte Luftzirkulation wird so lange durchgeführt, bis das Wärmetauschermaterial auch in den untersten Bereichen diejenige Temperatur erreicht hat, bei welcher die Ablagerungen von dem Wärmetauschermaterial abgetragen werden. Ist dieser Prozeß abgeschlossen, wird der Drehver­ teiler 5 um ein Segment weitergefahren. Sind alle Segmente gereinigt, werden die verschiedenen motorgesteuerten Ventile wieder in die Ausgangsposition zurückgestellt und die Zufuhr von zu reinigender Abluft über die Einlaßleitung 4 wird wieder aufgenommen.

Eine geringfügig abgewandelte Variante des oben beschrie­ benen Regenerationsverfahren ist in Fig. 2 dargestellt. Diese enthält weitgehend dieselben Komponenten wie das Ausführungsbeispiel der Fig. 1; entsprechende Komponen­ ten sind mit denselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekenn­ zeichnet und werden nachfolgend nicht noch einmal be­ schrieben.

Der wesentliche Unterschied des Ausgangsbeispieles von Fig. 2 gegenüber demjenigen von Fig. 1 ist folgender:

Während in Fig. 1 die Einlaßleitung 4 über die Leitung 30 mit dem Spalt 33 in der Nähe des Brenners 9 der rege­ nerativen Nachverbrennungsvorrichtung 1 verbunden war, führt beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die Leitung 130, in welcher das Gebläse 132 liegt, vom Spalt 133 nahe dem Brenner 109 zur Auslaßleitung 110 für gereinig­ tes Gas. Dies hat folgenden Funktionsunterschied bei der Durchführung der Regeneration des Wärmetauschermate­ rials zur Verfügung:

Während beim oben anhand der Fig. 1 beschriebenen Aus­ führungsbeispiel die erhitzten Verbrennungsgase aus der Verbrennungskammer 8 in dasjenige Segment des Wärme­ tauschraumes 7 eintraten, welches über den Drehverteiler 5 mit der Einlaßleitung 4 verbunden ist, treten beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die erhitzten Gase in dasjenige Segment des Wärmetauschraumes 107 ein, welches über den Drehverteiler 105 mit der Auslaß-Sammelkammer 103 in Verbindung steht. Der Zirkulationsweg der erhitzten Regenerationsgase führt also nicht über die Einlaßleitung 104 sondern über die Auslaß-Sammelkammer 103 und die Auslaßleitung 110. Dieser Unterschied hat allerdings zur Folge, daß die Einlaßleitung 104 für zu reinigende Abgase nicht mehr von heißer Regenerationsluft durchströmt wird und daher nicht mehr von Verunreinigungen befreit wird. Außerdem erwärmt sich beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 der gesamte untere Bereich der regenerativen Nachver­ brennungsvorrichtung 101, da die aus dem Drehverteiler 105 austretenden heißen Regenerationsgase die gesamte Auslaß-Sammelkammer 103 ausfüllen. Im Regelfall wird daher dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Vorzug gegeben.

Claims (3)

1. Verfahren zur thermischen Regeneration des Wärme­ tauschermaterials einer regenerativen Nachverbren­ nungsvorrichtung, welche in einem Gehäuse von oben nach unten umfaßt:

• a) eine Verbrennungskammer;
• b) einen Abschnitt, der in mehrere mit Wärmetauscherma­ terial gefüllte Segmente unterteilt ist;
• c) einen Drehverteiler, der entsprechend seiner Dreh­ stellung herstellt:
  • a) eine Verbindung zwischen einem Einlaßanschluß für zu reinigendes Abgas mit einem ersten Seg­ ment des Wärmetauschermaterials;
  • b) eine Verbindung zwischen einem zweiten Segment des Wärmetauschermaterials und einem Auslaßan­ schluß für gereinigtes Gas;
  • c) eine Verbindung zwischen einem dritten, dem zwei­ ten Segment in Drehrichtung des Drehverteilers vorauseilenden Segment des Wärmetauschermaterials und einem Anschluß für Spülgas,

bei welchem Verfahren Frischluft in der Verbrennungskammer erhitzt und nacheinander durch alle Segmente des Wärmetau­ schermaterials geleitet wird, wodurch das Wärmetauscher­ material auf eine Temperatur gebracht wird, bei welcher sich die an dem Wärmetauschermaterial adsorbierten Verun­ reinigungen lösen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zur thermischen Regeneration verwendete in der Verbrennungskammer (8) erhitzte Luft aus der Verbrennungs­ kammer (8) über ein Segment des Wärmetauschermaterials nach unten und über den Drehverteiler (5) dem Einlaßan­ schluß (4) oder Auslaßanschluß (10) zugeführt und von dort erneut in die Verbrennungskammer (8) eingeführt wird, und daß die Luft so lange bei stehendem Drehverteiler (5) im Kreislauf geführt wird, bis das Wärmetauschermate­ rial im Segment ausreichend erhitzt ist und sich alle Verunreinigungen von diesem gelöst haben, worauf dieser Vorgang der Reihe nach für alle anderen Segmente durchge­ führt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung mit einer regenerativen Nachverbrennungsvorrichtung, bei welcher der Einlaßanschluß oder der Auslaßanschluß in eine im unteren Bereich des Gehäuses ausgebildete Sammel­ kammer mündet, die ihrerseits mit dem Drehverteiler in Verbindung steht, während der jeweils andere Anschluß über eine Leitung direkt mit dem Drehverteiler in Ver­ bindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Regeneration verwen­ dete Luft über denjenigen Anschluß geführt wird, der nicht mit der Sammelkammer (3) kommuniziert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zur thermischen Regeneration verwendete Frischluft über den Anschluß (11) für Spül­ gas zugeführt wird.