DE2026237A1

DE2026237A1 - Verfahren zum thermischen Nachverbrennen von Abluft aus Industrieanlagen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2026237A1
Application number: DE19702026237
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-05-29
Filing date: 1970-05-29
Publication date: 1971-12-09
Also published as: GB1349075A; FR2093903A5; US3827861A; CH539820A

Description

25. Mai 197ο D 1957 - rebit

Dr.Ing.Kurt Zenkner, Karlsruhe-Ettlingen

Verfahren zum thermiset en Nachverbrennen -von Abluft aus Industrieanlagen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Me vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum thermischen Wachverbrennen von Abluft aus Industrieanlagen, wie Trockenkammern od.dgl., die oxydierbare Fremdkörper, Klüfjßi/^keitsteilchen oder Gas enthält. Die Er-

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findung "bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei vielen Industrieanlagen muß während des jeweils stattfindenden Arbeitsprozesses ein Luftaustausch durchgeführt werden. Dabei wird die luft durch Gebläse od.dgl. umgewälzt; zur Lüfterneuerung wird ein Teil der umgewälzten Luft aus der Atmosphäre angesaugt, ein entsprechender Teil an die Atmosphäre abgegeben. Dieser abgeführte Teil der Luft.soll im folgenden kurz als "Abluft" "teeichnet werden. Diese Abluft enthält viele Bestandteile, wie Staub, brennbare Gase usw., so daß, wollte man die Abluft ungereinigt in die Atmosphäre blasen, sehr bald - und mit der immer stärker anwachsenden Industrialisierung progressiv fortschreitend - eine starke luftverschmutzung und Geruchsbelästigung mit ihren gefährlichen Polgen für die Gesundheit und das Leben aller Lebewesen die Folge wVre. Die Abluft wird deshalb gefiltert oder, soweit ein Filtern keine Abhilfe bringt und sie brennbare Bestandteile enthält, einem Verbrennungssystem zugeführt, das die gefährlichen Bestandteile durch Verbrennen in die Verbrennungsprodukte Kohlendioxyd, V/asser- und Schwfeldioxyd überführt. So enthält beispielsweise die Abluft aus Trocknungskamraern Lösungsmittelbestandkteile, die nur durch Verbrennen vernichtet werden können. Leider wird die vollkommene Verbrennung, bei der sämtliche brennbaren Stoffe in die oben angegebenen Verbindungen übergejUhrt werden, nur in den seltensten Fällen erreicht. Außer-

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dem muß bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum thermischen Nachverbrennen von Abluft viel. Energie zugeführt werden; sie arbeiten also sehr unwirtschaftlich, was sich hinderlich für ihren Einsatz in der Industrie auswirkt. Hinzu kommt die Tatsache, daß die Abluft meist Bestandteile verschiedener Stoffe und in verschiedenen Aggregat zustand er} nämlich fest, flüssig oder gasförmig, enthält. Die Abluft ist also kein homogenes Gas mit einer bestimmten Zündtemperatur, sondern ein Gemisch von Stoffen mit jeweils unterschiedlicher Zündtemperatur. Ist nun die Temperatur im Verbrennungsraum zu niedrig, so verbrennt nur ein Teil der die Abluft begleitenden Bestandteile. Wird die Temperatur zu hoch gewählt oder übersehreitet die Temperatur der Abluft vor dem Verbrennungsraum einen bestimmten Wert, so kommt es aufgrund der leicht entzündlichen Teile bereits vor der eigentlichen Brennkammer zu einer unkontrollierten Verbrennung. Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, der Fachwelt ein Verfahren zum thermischen Nachverbrennen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens an die Hand zu geben, mit denen die oben angegebenen Nachteile vermieden werden. Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, bei der thermischen Nachverbrennung eine vollständige Vermischung der zu verbrennenden Bestandteile der Abluft mit Sauerstoff zu erreichen, dieses Gemisch auf Zündtemperatur zu brincen, den zu verbrennenden Bestandteilen die Möglichkeit zu geben, genügend lange mit dem Reaktionsuartner Sauerstoff in Verbindung zu stehen, um eine vollkommene

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Verbrennung zu erreichen, und den Energieverbrauch der Verbrennungsanlage so klein wie möglich zu halten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem die Abluft, deren Druck zweckmäßigerweise erhöht wird, durch einen oder mehrere in Reihe geschaltete Wärmeaustauscher geleitet wird, wobei sich ihre Temperatur erhöht, bei dem dann die Abluft nach dem Durchströmen des Wärmetauschers oder der Wärmeaustauscher in einer Brennkammer durch einen weiteren Wärmeaustauscher hindurcbgeführt und an einem gegebenenfalls mit Luftüberschuß und/ oder unter Luftzufuhr arbeitenden Brenner vorbeigeführt wird, wobei die enthaltenen Fremdkörper und Flüssigkeitsoder Gasteilchen unter Freiwerden von Wärme verbrennen, bei dem die dabei entstehenden heißen Verbrennungsgase nach Verlassen der Brennkammer entgegen der ursprünglichen Strömungsrichtung außerhalb des Brennzentrums zurückgeführt" und durch mindestens einen der Wärmeaustauscher hindurch" in Gegenrichtung geleitet werden,, wobei sie sich derart unter Abgabe ihrer Wärme an die in den oder die Wärmeaustauscher einströmende frische Abluft abkühlen, daß ihre Austrittstemperatur nach Durchgang durch die Wärmeaustauscher nur wenig über der Eintrittstemperatur der in die Wärmeaustauscher eintretenden Abluft liegt. Nach einem v/eiteren Merl.ma.l der Erfindung wird die Temperatur der abluft vor der Verbrennung auf einen Wert erhöht, der über der Entzündungstemperatur der nbluit lie^t, und ^leuri -

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zeitig beim überschreiten dieser Entzündungstemperatur die Strömungsgeschwindigkeit der Abluft gleich oder größer als ihre Zündgeschwindigkeit gehalten. Um eine vollkommene Verbrennung der die Abluft begleitenden Bestandteile zu erreichen, werden nach einem, weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens Teile der beim Verbrennen entstehenden Verbrennungsgase nach dem Verbrennungsvorgang erneut in das Brennzentrum gesaugt. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die Abluft und die Verbrennungsgase verwertet werden und die Verbrennungsgase ihre Wärme an die einströmende Abluft innerhalb der Wärmeaustauscher nach dem Kreuzstromprinzip abgeben. Erfindungsgemäß sieht eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß die Verbrennungsgase vor dem Einströmen in den Wärmeaustauscher oder, bei Anordnung mehrerer Wärmeaustauscher, nach dem Durchströmen des ersten oder einiger der-Wärmeaustauscher unmittelbar in die Atmosphäre geleitet werden.

weiterhin wird zur lösung der gestellten Aufgabe eine Vorrichtung zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, bei der in einem Gehäuse nach, der Eintrittsöffnung für die Abluft ein oder in Reihe hintereinander mehrere von der Abluft und in der Gegenrichtung von den Verbrennungsgasen durchströmte Wärmeaustauscher und anschließend eine Brennkammer angeordnet sind, die

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wenigstens einen Toteren Wärmeaustauscher, eine Vorbrennkammer, einen Hauptbrenner und eine Hauptbrennkammer enthält, wobei die Hauptbrennkammer an den in Richtung der Strömung der verbrennenden Abluft gesehenen Enden offen ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist im Bereich der Eintrittsöffnung für die Abluft am Gehäuse ein Aggregat zur Erhöhung des Druckes der einströmenden Abluft, z.B^ein ·-*■:., Gebläse, angebracht, Eine vorteilhafte Ausführungsform . ■-, der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,.-daß der _/:: oder die Wärmeaustauscher als von den heißen· yerbrennungsgasen durchströmtes Rohrbündel, dessen Außenflächen mit der Abluft in Verbindung stehen, ausgebildet ist, bzw. sind und daß im Gehäuse wenigstens nach der Eintrittsöffnung für -.., die Abluft sowie jeweils vor und nach dem oder den Wärmeaustauschern leitschaufeln für die Abluft bzw. für die Verbrennungsgase angeordnet sind.

In besonders vorteilhafter Weise zeichnet sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch aus, daß der in der Brennkammer angeordnete Wärmeaustauscher als im Querschnitt etwa V-förmiges Rohrbündel, ausgebildet ist, das eine sich zur Hauptbrennkammer hin öffnende Vorbrennkammer begrenzt, die einen Zündbrenner enthält, wobei die zur Hauptbrennkammer hinweisende Öffnung der Vorbrennkammer durch Anbringen von zur Hauptbrennkammer hin konvergierenden leitblechen düsenartig ausgebildet ist und die Anzahl und der äußere Durchmesser der Rohre des

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Rohrbündels so gewählt ist, daß die zwischen den Rohren des Rohrbündels in die Vorbrennkammer einströmende Abluft gemäß der Kontinuitätsgleichung im Bereich des Wärmeaustauschers eine Geschwindigkeit erhält, die über seiner Zündgeschwindigkeit liegt.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale bestehen darin, daß sich der Hauptbrenner über die gesamte Breite der Hauptbrennkammer erstreckt und von einem luftdurchströmten Rohr umgeben ist, das zur Hauptbrennkammer hin einen zur Rohrachse parallelen Schlitz aufweist, dessen Ränder mit im Querschnitt zur Hauptbrennkammer divergierenden Leitblechen, die mit Durchbrüchen versehen sind, verbunden sind. Dabei kann der Hauptbrenner zwischen der Vorbrennkammer und der Hauptbrennkammer angeordnet sein, vorzugsweise ist der Hauptbrenner innerhalb der Vorbrennkammer in der Nähe der zur Hauptbrennkammer weisenden Öffnung der Torbrennkammer angeordnet, während die freien Enden der am luftdurchströmten Rohr angebrachten Leitbleche mit den freien Enden der an der Vorbrennkammer angebrachten Leitbleche verbunden sind.

Bei der thermischen Nachverbrennung besteht die Aufgabe darin, einerseits möglichst allen aufzubereitenden Abluftteilchen den Reaktionspartner Sauerstoff und andererseits die notwendige Zündenergie zur Verfügung zu stellen. In der iteßel enthält die Tncluntrieablui't, bezogen auf die zu

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verbrennenden Ablufttelichen, einen starken Luftüberschuß, so daß bereits in der eigentlichen Trocknungsanlage durch turbulente Austauschvorgänge eine gleichmäßige Sauerstoffverteilung zustande/gekommen ist und die aufzubereitenden Teilchen bereits von Reaktionspartnern umgeben sind. Schwieriger ist es dagegen, diesem Reaktionsgemisch die notwenige Energie zur Zündung zuzuführen und ihm d'e Reaktionszeit zur Verbrennung zu geben* Die mehr oder weniger große Geschicklichkeit, diese Vorgänge zu beeinflussen, bestimmt die Güte des Ausbrandes. Gerade hier bringt die Erfindung· wesentliche Vorteile mit sich, wie sich aus den weiteren Ausführungen ergibt. Vorzugsweise benutzt man ein zusätzlich durch einen sogenannten Brenner in den Abluftstrom eingegebenes Gas als Energieträger. Durch starke turbulente Äustauschvorgänge werden die am Brenner gezündeten Gasballen in den Luftstrom verteilt. Die dabei frei werdende Energie wird durch Wärmeleitung und Konvektion und leider durch zu wenig Strahlung an die eigentlichen Reaktionspar trier weitergegeben. Je nach Konzentration der brennbaren Bestandteile im Abluftstrom und deren Energieentwicklung ist oft nur ein Hilfsgasstrom zur Initialzündung notwendig. Der weitere Verbrennungsablauf ist eine Kettenreaktion als l'olge dieser Zündung.

Weitere Merkmale, insbesondere hinsichtlich der Ausbildung der Wände der Brennkummer und det? Gehäuses sowie der Kühlung, werden in der na ei folgenden Beitreibung mit Bezu^; art' die

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Zeichnung deutlieh. Aus der Beschreibung ergeben s-ich auch die "besonderen Vorteile der Erfindung und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung«

In der Zeichnung zeigen:

Mg.'1 ein Schema der Abluft- und Verbrennungsgasführung, "bei einer Anlage gemäß der Erfindung,

Fig. 2 _ einen Grundriß und

Fig. 3 einen Aufriß der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Pig. 4 den Hauptbrenner der Anordnung nach Pig. 2 und im Schnitt in größerem Maßstab,

!'ig. 5 den Aufbau der Brennkammer und der G-ehäusewände in größerem Maßstab in einer Darstellung als Teilausschnitt und

Fir:. 6 ein Diagramm über die Menge der der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich zuzuführenden Energie in Abhängigkeit von der Aufheizung der Abluft durch die Wärmeaustauscher und den iOnergiegehalt der in der Abluft mitgeführten P'rerndbestandteile .

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loin Pig. 1 ist mit 1 insgesamt eine Industrieanlage "be* .·■-. -■■■-. zeichnet, die aus einer IrockenkamiEer 2 und einem^Kanada9;riö^r;: 3 zur Umwälzung der zur Trocknung benötigten luft bes;*ehife,0-■, Die luft durchströmt den Kanal 2 in Pfeilrichtung (Pfeiliüi) V und wird mittels einer Heizeinrichtung 5 erwärmt. Ein/Teil·; der umgewälzten Luft verläßt die Trockenkammer 2 "bzw. den , .: Kanal 3 als Abluft. Es braucht hier nicht näher erwähnt zu werden, daß die aus der Industrieanlage 1 abströmende. Abluft selbstverständlich durch eine entsprechende Menge ■■■- · ..· neuer luft ergänzt werden muß.

Nach dem Verlassen der Industrieanlage 1 wird zv/eckmäßigerweise der Druck der Abluft in einem Aggregat 6 zur Druckerhöhung, z.B. einem Gebläse, erhöht. Anschließend gelangt die Abluft in den Wärmeaustauscher 7 und ndch dessen Verlassen in den Wärmeaustauscher 8, wobei sich ihre Temperatur erhöht. Die erwärmte Abluft gelangt anschließend in die Brennkammer 9, in der sie zunächst einen weiteren Wärmeaustauscher Io durchströmt, dessen spezielle Funktion weiter unten ausführlich beschrieben wird. Hierauf passiert die Abluft den Brenner 11, der mit Luftüberschuß arbeitet oder in dessen Nähe weitere Luft zugeführt wird. Die entzündete Abluft verbrennt in der Hauptbrennkammer 12. Die bei dieser Wbrennung entstehenden heißen Verbrennungsgase werden nunmehr entgegen der bisherigen Strömungsricntung in der Brennkammer 9 zurückgeführt und durchströmen der Reihenfolge nach die Wärmeaus-

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tauscher Ιο, 8 und 7, in denen sie ihre Wärme an die einströmende Abluft abgeben. Nach dem Austreten der Verbrennungsgas e aus dem letzten Wärmeaustauscher, im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 aus dem Wärmeaustauscher 7, haben sich die Verbrennungsgase weitgehend abgekühlt und können in die freie Atmosphäre entlassen werden. Die Austrittstemperatur der Verbrennungsgase liegt nur wenig über der Eintritts tempera tür der Abluft. Um eine -vollkommene Verbrennung der die Abluft begleitenden Bestandteile zu erreichen, werden die aus der Hauptbrennkammer 12 ausströmenden Verbrennungsgase wenigstens zum Teil wiederholt in die Hauptbrennkammer 12 zurückgesaugt. Außerdem ist, um eine Überhitzung der einströmenden Abluft zu vermeiden, dafür Sorge getragen, daß die ausströmenden Verbrennungsgase unter Umgehung der Wärmeaustauscher 7 und 8 unmittelbar in die Atmosphäre geleitet werden können. Dies ist in ?ig. 1 durch eine zwischen den Wärmeaustauscher 7 und 8 und parallel hierzu angeordnete Bypassleitung 13 und einen Absperrschieber 14 angedeutet.

Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben rieh aus der nun folgenden Beschreibung der Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Pig. 2 und 3 zeigen die Vorrichtung im Grund- und Aufriß, deren im folgenden näher beschriebenen Einzelteile von einem Gehäuse 15 umgeben "ind. An die Wärmeaustauscher 7 und 8 schließt sich eine

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Brennkammer 9 an. Die Brennkammer 9 enthält einen weiteren Wärmeaustauscher Io, der im Querschnitt (aiehe Fig. 2) V-förmig ausgebildet ist und dessen der Hauptbrennkammer 12 zugewandte öffnung mit Leitblechen 16 ausgestattet ist, die in Richtung zur Hauptbrennkammer 12 konvergierend angeordnet sind, so daß eine sich düsenartig verjüngende Öffnung· zur Hauptbrennkammer 12 hin entsteht. Die Wärmeaustauscher 7, 8 und Io sind als Kohrbündel ausgebildet. Dabei strömen, wie noch näher ausgeführt wird, die heißen Verbrennungsgase durch die Rohre des Rohrbündels, wä,hrend die einströmende Abluft an der Oberfläche der Rohre vorbeiströmt.

Die Rohrbündel des V-förmig ausgebildeten Wärmeaustauschers Io begrenzen eine Vorbrennkammer 17. In dieser Vorbrennkammer 17 befindet sich ein Zündbrenner 18 zum Entzünden der leicht brennbaren Bestandteile der einströmenden Abluft. Weiterhin ist innerhalb der Vorbrennkammer 17 in der Nähe der durch die Leitbleche 16 gebildeten Öffnung ein Hauptbrenner 19 angeordnet, der von einem Rohr 2 ο umgeben ist.

Einen vergrößerten Schnitt durch den Hauptbrenner 19 ze igt Pig. 4. Das Rohr 2o, das von Luft durchströmt wird, umgibt den Hauptbrenner 19 nicht konzentrisch, d.h. die L-'ngsachse des Hauptbrennerp 19 ist mit Abstand von der Achse des Rohres 2o angeordnet. Die aus dem Rohr 2o ausströmende Luft soll zum

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einen den Mantel des Hauptbrenners 19 abkühlen, zum anderen für den erforderlichen Luftüberschuß bei der folgenden Verbrennung der Abluft sorgen. Das ^Λοηζ 2o weist einen parallel zur Achse verlaufenden Schlitz 21 auf, um die aus dem Hauptbrenner 19 austretenden Flammen durchzulassen. Im Bereich der Ränder des Schlitzes 21 sind weitere leitbleche 22 angeordnet, die zur Hauptbrennkammer 12 divergierend verlaufen und Durchbrüche aufweisen. Ihre freien Ränder sind vorzugsweise mit den freien Eänaern der leltbleche 16 verbunden. Der gleichfallsrohrförmig ausgebildete Hauptbrenner 19 (Pig. 5) durchsetzt die Wand des Gehäuses 15 und mündet in hier nicht näher dargestellte Zuführleitungen für das Brenngas. Außerdem sind nicht gezeigte Anschlüsse für die luftzufuhr zum Rohr 2o sowie eine Zündeinrichtung 25 vorgesehen.

Das charakteristische Merkmal der neuen thermischen Nachverbrennungsanlage besteht in der injektorartigen Anordnung eines Flächenbrenners und den diesem Injektor zugeordneten Leit- oder Strahlungswänden. Die Abluft v/ird dabei, vorgewärmt, durch die leitflächen des Flächenbrenners und durch einen Spalt um den Brenner in die Brennkammer eingeblasen. Während dieses Durchtritts reißt der Abluftstrom in eine große Zahl turbulenter Einzelströme uui" und mi; ent sich intern iv mit dem ausströmenden und £le b:hze itift brennenden Gas. .Die starke M ie chw ir Lung

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dieser turbulenten Flamme ist die Ursache daffir, daß in der Brennkammer heiße Brennkammergase angesaugt werden. Die Masse des Flammenstrahls nimmt dadurch mit zunehmender Lauflänge ebenfalls zu. Dieser Masserizunahme ent-.spricht aus Kontinuitätsgründen die Masse der Rückströmung außerhalb der leit- oder Strahlungswände. Die L^Ese der Rückströmung kann ein Mehrfaches der Anfangsmasse der Flamme sein. Mit der Größe der Rückströmung wird die Dauer der Verweilzeit der Reaktionspartner in der Brennkammer verlängert. Außerdem durchsetzen-so die Teilchen der Rückströmung immer wieder die Plammenfront. Lern Verwe'lzeitspektrum dieser Brennkammer fehlt die sogenannte Anfangsspitze. Ss erfolgt eine Durchsatzverschiebung: zu höheren Verweilzeiten. Dies charakterisiert das Langzeitcpektrum.Die Ruckstromleitwande oder Strahlungewände haben die Aufgabe, die geringe Strahlungseigenschaft der Flamme, bedingt durch den meist hohen luftüberschuß und die Gasart, weitgehend zu kompensieren. Die Reaktionsintensität wird durch die turbulente Aus ta.usehbewegung und durch die Brennkammertemperaturhöhe beeinflußt. Die Brennkammer ist auf eine mittlere Verbrennungstemperatur von 800 G ausgelegt. ·

Die Brennkammer 9 ist, wie aus Fig. 2 und Z ersichtlich, etwa kastenförmig ausgebildet. Gleichfalls im wesentlichen kastenf.rmig ausgebildet ist die in-der Brennkammer 9 an-

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geordnete Hauptbrennkammer 12. Die Haupt brennkammer 12 "besteht vorzugsweise aus Magnesiumoxyd, einem Material, das bei entsprechender Erwärmung einen großen Teil seiner Wärme durch Strahlung abgibt.

Jeweils vor und nach den Wärmeaustauschern 7, 8 und Io cind LeItschaufeln 24 für die Verbrennungsgase, und anschließend an die öffnung zum Eintritt der Abluft in das Gehäuse 15 sind leitschaufeln 25a für die Abluft vorgesehen. Außerdem ist am Gehäuse 15 im Bereich der Öffnung iür die Abluft ein Aggregat 6 zur Erhöhung des Druckes, der in das Gehäuse 15 einströmenden Abluft angeflanscht. Schließlich können auch ein Absperrschieber oder mehrere Absperrschieber 26 (siehe Fig. 3) zwischen den Wärmeaustauschern 7, 8 oder Io angeordnet se .n.

Die Wände der Brennkammer 9 bestehen zweckmäßigerweise aus einem hitzebeständigen Werkstoff, wie Kalziumsilikat, das von einer Blechhaut 28 umgeben ist. Die Wände des Gehäuses 15 bestehen aus mehreren Lagen 3o eines stark wärmedämmenden und hitzebeständigen Materials, z.B. eines Gespinstes aus Steinwolle, und weisen innen eine starl: reflektierende Aluminiums chicht oder -folie 31 und außen eine Blechverkleidung 32 auf. J?is-:. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines TeilauBschnittes der Gehäuse- und Brennkammerwände. 27 bezeichnet die ilalziumeilikatwand der Brennkammer 0 und 28 die "Blechhaut.

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Es ist zu erkennen, daß die Blechhaut 28 aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt ist (Segmente 28¹, 28"), deren Ränder nach außen abgekantet und anschließend verschweißt sind (Schweißnaht 29). Dies hat den Vorteil, daß thermische längenänderungen, bedingt durch die hohe Erwärmung, elastischnachgiebig von den abgekanteten Rändern aufgenommen werden, FO daß Wärmespannungen in der Brennkammer 9 vermieden werden und außerdem die Schweißnaht 29 von der heißen Zone möglichst weit entfernt ist. Wie aus Fig. 5 weiter ersichtlich ist, sind die wärmedämmenden lagen 3o der Steinwolle mit Abstand zueinander angeordnet. Besonders hervorzuheben ist jedoch der verhältnismäßig große Abstand zwischen der Wand 27, 28 der Brennkammer 9 und der Wand ·3ο, 31, 32 des Gehäuses 15, wodurch ein mit Luft gefüllter Raum 33 entsteht. Um. eine besonders günstige Abkühlung der Außenfläche der G_ehäusewand zu erzielen, wird die Luft aus dem Raum 33 abgesaugt und, wie in Pig. 3 schematisch dargestellt, über ein Gebläse 34 in das den Hauptbrenner 19 umgebende Rohr 2o gedruckt. Eine Öffnung 35 in der Gehäusewand sorgt dafür, daß kühle Luft aus der Atmosphäre nachströmen kann.

Die hohe Wärmedämmeigenschaft des Kalziumsilikats und des Luftspaltes setzen die Temperaturbelastung des Bleches stark herab. Der große Luftspalt zwischen Brennkammerblech und Außenisolation erlaubt verschieden große Ausdehnungen von Brennkammer und Außengehäuse. Es werden damit unerwünschte

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Materialspannungen und Ermüdungserscheinungen vermieden. Der luftspalt wird an der Außenisolationsseite durch eine verspiegelte Schicht "begrenzt, die durch eine extrem niedrige Strahlungszahl den Anteil der Strahlung "beim ■Wärmeübergang unterbinden soll. Die anschließende Hochleistungsisolation wird abwechselnd durch Strahlungsschutz schichten und konvektive Wärmedämmschichten gebildet. Die Spaltluft der äußersten Luftschicht kann abgesaugt und damit die Temperatur der Außenhaut extrem niedrig gehalten werden. ■ .

Im folgenden sei kurz die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, wodurch auch das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlicht wird:

Die aus der Trockenkammer 2 ausgeblasene Abluft wird vom Druckerhöhungsaggregat 6, z.B. einem Querstromgebläse, im Druck erhöht und strömt in das Gehäuse 15 der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier wird es durch die Le it schaufeln" 25a umgelenkt und durchströmt die Wärmeaustauscher 7, 8, wobei sie an den Außenflächen dee die Wärmeaustauscher 7 und 8 bildenden Rohrbündels vorbeistreicht (gewellte Pfeile in Fig.2). Nach dem Durchströmen des Wärmeaustäuschers 8 gelangt die Abluft in die Brennkammer 9 und durchströmt den hier angeordneten Wärmeaustauscher Io. In den Wärmeaustauschern.7 und 8 wurde die Ablufttemperatur auf einen Wert erhöht, der unter der Entzündungstemperatur

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der die Abluft "begleitenden Fremdbestandteile liegt. Beim Durchtritt durch den Wärmeaustauscher Io erreicht die Abluft durch weitere Aufheizung eine Temperatur, die über "der Entzündungstemperatur der vorgenannten Fremdbestandteile liegt. Hier kann z.B. eine Temperaturerhöhung von z.B.' 45o° C auf z.B. 6oo° C erfolgen. Die leicht entzündlichen Bestandteile der Abluft verbrennen nun bereits in der Vorbrennkammer 17. Um zu vermeiden, daß die Flammenfront entgegen der Strömungsrichtung der Abluft zum Wärmeaustauseher 8 hin zurückschlägt, ist die Anzahl und die Größe der den Wärmeaustauscher Io bildenden Rohre und damit der freie Durchströmquerschnitt durch den Wärmeaustauscher Io so bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Abluft gemäß der Kontinuitätsgleichung gleich, zweckmäßigerweise aber größer ist als die Zündgeschwindigkeit der die Abluft begleitenden Bestandteile. Der in der Vorbrennkammer 17 angeordnete Zündbrenner 18 sorgt dafür, daß eine gleicümäMge Verbrennung in der Vor brennkammer 17 gewährleistet ist,^.- so daß keine schädlichen Pulsationserscheinungen auftreten. Die Abluft mit den zum Teil brennenden Fremdbestandteilen strömt nun am Hauptbrenner 19 vorbei in die Hauptbrennkammer 12. Bedingt durch die sich düsenartig verjüngende öffnung der Vor brennkammer 17, die durch die leitbleche 16 erhalten wird, erhöht sich die Geschwindigkeit der Abluft sehr stark. Außerdem wird die Abluft beim Durchströmen der Durchbrechungen 23 in den leitblechen 22 sehr stark verwirbelt. Es kommt zu

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starken Turbulenzerscheinungen, so daß den Begleitpartnern der Abluft sowohl genügend Sauerstoff als auch genügend Zündenergie vom Hauptbrenner 19 zur Verfügung steht.

Die Vorgänge in der Hauptbrennerzone sind in vergrößerter Darstellung in Fig.4 gezeigt. Beim Durchtritt der Abluft durch die Öffnungen 23 in den leitblechen 22 bilden sich Wirbel, wobei die Abluft sich mit den aus den Öffnungen 36 im Hauptbrenner 19 hervortretenden Flammen 37 und der aus dem Rohr 2o nachströmenden Luft (Pfeil 38) innig vermischt.

Die eigentliche Verbrennung der Abluftbestandteile findet nun in der Hauptbrennkammer 12 statt. Die bei der Verbrennung entstehenden heißen Verbrennungsgase verlassen die Hauptbrennkammer 12 an der dem Brenner 19 gegenüberliegenden Öffnung und strömen nun außerhalb der Hauptbrennkammer 12 entgegen der bisherigen Strömungsrichtung zurück. Ein Teil der zurückströmenden Verbrennungsgase wird im Bereich des Hauptbrenners erneut in die Hauptbrennkammer 12 gesaugt. Die sich vom Hauptbrenner 19 ausbreitende Elaimnenfront wirkt nämlich aufgrund der hohen Geschwindigkeit der verbrennenden Abluft wie ein Injektor, der Teile der zurückströmenden Verbrennungsgase mit sich reißt. Die Verbrennungsgase werden nach dem Verbrennungsvorganc über Leitschaufeln 24 in die Rohre der Wärmeaus-

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tauscher Ιο, 8 und 7 eingeleitet. Dabei geben sie unter Abkühlung ihre Wärme an die einströmende und die Wärmeaustauscher, 7, 8 und Io durchströmende Abluft ab. Anschließend verlassen die Verbrennungsgase, die keine unverbrannten Bestandteile mehr enthalten, durch den Kanal 39 die erfindungsgemäße Vorrichtung. Sollte die Temperatur der Abluft einen bestimmten Wert übersteigen, so können die Verbrennungsgase auch direkt in den Kanal 39 geleitet werden. Zu diesem Zweck ist eine Absperrklappe 26 vorgesehen, die gegebenenfalls geöffnet wird.

Als Wärmeaustauscher werden zweckmässigerweise Röhreiiaustauscher mit Türbuienzelementen verwendet.

Schließlich zeigt Pig.6, welche leistung der Hauptbrenner bei der Verbrennung von 7.9oo Km/h Abluft bei einer Verbrennungstemperatur von 8oo° G aufbringen muß. Auf der Ordinate ist die Brennerleistung bzw. der Brenngasverbrauch aufgetragen, auf der Abszisse die mittels der Wärmeaustauscher erreichte Aufheizung der Abluft, Als Parameter ist außerdem der Anteil der Abluft eingeführt, der bei der Verbrennung ebenfalle Energie abgibt. Je größer also die Aufheizung der Abluft ist, und je mehr Energie abgebende Begleitstoffe sie enthält, desto niedriger ist die aufzubringende * und zuzuführende Leistung. Es ergeben sich deshalb von links oben nach rechts unten geneigte Geraden 4o, 41, 42,

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43 und 44. Die Kurve 4o "bezeichnet eine Abluft ohne irgendwelche energieabgebenden Bestandteile, während Kurve 44 für eine Abluft mit sehr hohem energieabgebenden Bestandteil steht. Dazwischen liegen die Kurven 41, 42, 43 mit allmählich ansteigendem. Anteil an energieabgebenden Fremdkörpern in der Abluft. Es sei beispielsweise die Kurve 41 mit einem geringen Anteil an energieabgebenden Fremdstoffen betrachtet. Wenn die Abluft nach Durchströmen des Wärmeaustauschers Io auf eine Temperatur von 6oo G gebracht wurde - dies ist die Temperatur, für die die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgelegt wurde - so müssen zur Verbrennung der Abluft etwa 31o ooo kcal/h zugeführt werden, was einem Brenngasverbrauch von etwa 38 Nm /h entspricht. Wird die Abluft dagegen nur auf 3oo° 0 erwärmt, so muß eine Energie ztygeführt werden, die etwa bei 1,2 Millionen kcal/h liegt, was einem stündlichen Gasverbrauch von etwa 14o Im /h entspricht. Der Energieverbrauch ist also im zweiten Pail etwa viermal größer. Es ergibt sich demnach bei der entsprechenden Aufheizung der Abluft■eine wesentliche Ersparnis.

Die Druckerhöhungseinheit ist ein in seinem Durchsatzkontinuierlich regelbares Gebläse mit der Fähigkeit, etwa 2oo mm WS Druck erzeugen zu können. Das Gebläse ist außerdem für Temperaturen bis zu 25o° G ausgelegt. Die Regelorgane des Brenners erlauben, innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches eine beliebig einstellbare Temperatur

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vorzuwählen und unabhängig vom lösungsmittelanteil konstant zu halten. Zu dieser Brennerregelung gehört auch noch die Flammenüberwachung, Bei der Regelung des Gebläses handelt es sich ebenfalls.darum, daß die zu fördernde Abluftmenge vorgewählt werden kann und dann konstant gehalten wird. Die Bypasklappe nach dem Plammenhalterwärmeaustauscher erlaubt es, bei Überhitzungsgefahr, z.B. durch eine kurzzeitig überdurchschnittlich ansteigende Lösungsmittelkonzentration, den Abgasstrom direkt in den Schornstein zu leiten, unter Umgehung des Wärmeaustauschers.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verilirens ist es also möglich, eine vollkommene Verbrennung der Abluft aus Industrieanlagen zu erreichen. Dabei muß nur wenig Energie zugeführt werden, und es ergibt sich gegenüber den bekannten Vorrichtungen eine wesentliche E_rsparnis.

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Claims

Ansprüche

1.) Verfahren zum thermischen Na eh verbrennen von Abluft aus Industrieanlagen, wie Trockenkammern od.dgl., die oxydierbare fremdkörper, Flüssigkeitsteilchen oder Gase enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft durch einen oder mehrere in Reihe geschaltete Wärmeaustauscher (7, 8) geleitet wird, wobei sich ihre Temperatur erhöht, daß die Abluft nach dem Durchströmen des Wärmetauschers oder der Wärmeaustauscher (7, 8) in einer BEnnkammer (9} durch einen weiteren Wärmeaustauscher (lo) hindurchgeführt und an einem gegebenenfalls mit Luftüberschuß und/oder unter luftzufuhr arbeitenden Brenner (19) vorbeigeführt wird, wobei die enthaltenen Fremdkörper und Flüssigkeits- oder Gasteilchen unter Freiwerden von Wärme verbrennen, daß die dabei entstehenden heißen Verbrennungsgase nach Verlassen der Brennkammer entgegen der ursprünglichen Strömungsrichtung außerhalb des Brennzentrums zurückgeführt und durch mindestens einen der viarmeaus tauscher (lo, 8, 7) hindurch in Gegenrichtung geleitet werden, wobei sie siel: derart unter Abgabe ihrer Wärme an die in den oder die Wärmeaustauscher (7, 8, lo) einströmende frische Abluft abkühlen, daß ihre Austritts-.

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temperatur nach Durchgang durch die Wärmeaustauscher (lo, 8, 7) nur wenig über der Eintrittstemperatur der in die Wärmeaustauscher (7, 8, lo) eintretenden frischen Abluft liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Druck der Abluft -vor Eintreten in den Wärmeaustauscher (7) oder, bei Anordnung mehrerer Wärmeaustauscher (7> 8), vor Eintreten in den ersten Wärmeaustauscher (7), erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Abluft vor der Verbrennung über die Entzündungstemperatur insbesondere der Beistoffe der Abluft erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten der Entzündungstemperatur insbesondere der Beistoffe der Abluft die Strömungsgeschwindigkeit der Abluft gleich oder größer als ihre Zundgeschwindigkeit gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluftstrom, insbesondere beim Durchgang durch die Wärmeaustauscher (7, 8, lo), verwirbelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

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gekennzeichnet, daß der Strom der nach, dem Passieren des Brenners (19) verbrennenden Abluft verwirbelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der beim Verbrennen entstehenden Verbrennungsgase nach dem Verbrennungsvorgang erneut in das Brennzentrum gesaugt wird, um eine vollkommene Verbrennung zu erreichen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase vor dem. Einströmen in den Wärmeaustauscher (To) oder, bei Anordnung mehrerer 'Wärmeaustauscher, nach dem Durchströmen des ersten oder einiger der Wärmeaustauscher (lo, 8, 7) ganz oder teilweise direkt in die Atmosphäre geleitet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase, insbesondere beim Durchströmen des oder der Wärmeaustauscher (lo, 8, 7) verwirbelt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,- daß die Ve rbr ennungs gase ihre Wärme an die einströmende Abluft innerhalb der Wärmeaustauscher (7, 8, lo) nach dem KreuEstromprinzip abgeben.

11. Vorrichtung zur Durchführimg des Verfahrens nach

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einem der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (15) nach der Eintrittsöffnung für die Abluft ein Wärmeaustauscher oder mehrere oder in Reihe hintereinander geschaltete Wärmeaustauscher (7 und 8) -vorgesehen sind, die von der Abluft und in der Gegenrichtung von den Verbrennungsgasen durchströmt sind und denen sich eine Brennkammer (9) anschlies£t, die wenigstens einen weiteren Wärmeaustauscher (lo), eine Vorbrennkammer (17), einen Hauptbrenner (19) und eine Hauptbrennkammer (12) enthält, die an den in Richtung der Strömung der verbrennenden Abluft gesehenen Enden offen ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn- , zeichnet, daß im Bereich der Eintrittsöffnung für die Abluft am Gehäuse (15) ein Aggregat (6) zur Erhöhung des Druckes der einströmenden Abluft angebracht ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat (6) zur Erhöhung des Druckes der einströmenden Abluft ein Querstromgebläse enthält.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (15) wenigstens nach der Eintrittsöffnung für die Abluft sowie jeweils vor und nach dem oder den Wärmeaustauschern (7, 8, lo)

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leitschaufeln (24, 2%) für die Abluft bzw. für aie 7er-"brennungsgase angeordnet sind, mit deren Hilfe eine Umlenkung der Strömung um etwa 9o° vorgenommen werden kann.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Wärmeaustauscher (7, 8, lo) als von den heißen Verbrennungsgasen durchströmtes Bündel von Rohren, deren Außenflächen mit der Abluft in Berührung stehen, ausgebildet ist bzw. sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Brennkammer (9) angeordnete Wärmeaustauscher (lo) als im Querschnitt etwa V-förmiges Rohrbündel ausgebildet ist, das eine sich zur Hauptbrennkammer (12) hin öffnende Vorbrennkammer (17) begrenzt, die einen Zündbrenner (18) enthält, wobei die zur Hauptbrennkammer (12) hin weisende öffnung der Vorbrennkammer (17) durch Anbringen von zur Hauptbrennkammer (1.2) hin konvergierenden Leitblechen (16) düsenartig ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis·16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und der äußere Durchmesser der Rohre des Rohrbündels des Wärmeaustauschers (lo) so gewählt ist, daß die zwischen den Rohren des Rohrbündels in die Vorbrennkammer (17) einströmende Abluft gemäß der Kontinuitätsgleichung im Be-

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reich des Wärmeaustauschers (Iq) eine Geschwindigkeit erhält, die über seiner Zündgeschwindigkeit liegt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbrenner (19) zwischen der Vorbrennkammer (17) und der Hauptbrennkammer (12) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Hauptbrenner (19) über die gesamte Breite der Hauptbrennkammer (12) erstreckt und von einem luf.tdurchströmten Rohr (2o) umgeben ist, das zur Hauptbrennk'ammer φ2) hin einen zur Rohrachse parallelen Schlitz (21) zum Durchtritt der Flammen (37) aus dem Hauptbrenner (19) und der Luft aus dem Rohr (2o) aufweist, und die Ränder des Schlitzes (21) mit im Querschnitt zur Hauptbrennkammer (12) divergierenden Leitblechen (22), die Durchbrüche (23) aufweisen, verbunden sind. ■ " . " ■

20. Vorrichtung nach.einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet,daß der Hauptbrenner (19) innerhalb der Vorbrennkamraer (17) in der Hähe der zur Hauptbrennkammer (12) weisenden öffnung der Vorbrennkammer (17) angeordnet ist und die freien Enden der am IuftdurchBtrömten Rohr (2o) angebrachten Leitbleche (22) mit clei! freien Ariden der an der Vorbrennk-Mmmer (17) brv. dom

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Wärmeaustauscher (lo) angebrachten leitbleche (16) verbunden sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 2o, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbrennkammer (12) aus Magnesiumoxyd besteht.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Brennkammer (9) aus Kalziumsilikat bestehen und mit Abstand hiervon auflschalb der Brennkammer eine zweckmäßigerweise aus mehreren miteinander verschweißten (Schweißnaht 29) Segmenten (28*, 28") bestehende Blechhaut (28) angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (28*, 28") der Blechhaut (28) im Bereich ihrer Verbindungsstelle nahezu rechtwinklig abgekantet sind, derart, daß die Ränder der Segmente (28¹, 28") und die hier angeordnete Schweißnaht (29) von der Brennkammer (9) wegweisen.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Gehäuses (15) aus mehreren, jeweils mit Abstand zueinander angeordneten lagen (3o) eines hitzebeständigen, wärmedämmenden Materials sowie einer innen angeordneten Haut (31) aus die Wärmestrahlung reflektierendem Werkstoff und einer außen an-

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geordneten Blechverkleidung (32) bestehen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24» dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige wärmedämmende Material Feinst-Steinwolle und der die Wärmestrahlung reflektierende Werkstoff Aluminium ist,

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wänden (27, 28) der Brennkammer (9) und den Wänden (2o, 31, 32) des Gehäuses (15) ein freier Raum (33) angeordnet ist, der über eine Öffnung (35) im Gehäuse (15) mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem freien Raum (33) und dem den Hauptbrenner (19) umgebenden Rohr (2o) ein Verbindungskanal angeordnet ist, dem ein die luft aus dem freien Raum (33) absaugendes und in das den Hauptbrenner (19) umgebende Rohr (2o) eindrückendes Gebläse (34) zugeordnet ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre des Wärmetauschers oder der Wärmetauscher von der von der Brennkammer nach Passieren des Brenners zurückströmender, einer Verbrennungsoperaion unterzogener Abluft durchströmt werden, während die Zwischenräume zwischen den Rohren des Yärmetauscluers

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von der Abluft auf ihrem Weg zum Brenner und zur Brennkammer durchströmt werden.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Wärmeaustauscher (Io) oder bei Anordnung mehrerer Wärmeaustauscher (7, 8, lo) vor dem Wärmeaustauscher (Io) und/oder einem der folgenden Wärmeaustauscher (7, 8) eine Bypassklappe (26) angeordnet ist.

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