DE2164122A1

DE2164122A1 - Abgasverbrennungsanlage

Info

Publication number: DE2164122A1
Application number: DE19712164122
Authority: DE
Inventors: Gerald Ledon Norwalk Conn. Brewer (V.StA.). P
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1972-07-13
Also published as: JPS5124827B1; IT945563B; GB1369019A; US3706533A; DE2164122B2; DE2164122C3; FR2120029B1; FR2120029A1; CA945008A

Description

DR-INQ. DIPl—INO. M. SC. OIPU.-PHYS. OF». OIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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Universal Oil Products Company 3o Algonquin Road
Des Piaines, Illinois 600I6, U. S. A.

AbgasVerbrennungsanlage

Die Erfindung betrifft eine Abgasverbrennungsanlage, insbesondere eine Anlage für die Verbrennung von Abgasen aus Trockenöfen für lackierte Drähte und dergleichen.

Es sind bereits viele Arten und Formen von Abgasverbrennungsanlagen und -systemen zur Umwandlung der verbrennbaren und schädlichen Bestandteile von Abgasströmen verwendet worden. In komplizierten und teueren Abgasverbrennungsanlagen werden mit einer Verbrennungskammer oder mit einem heissen,aus der Verbrennungszone austretenden Abgasstrom kombinierte Wärmeaus-

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tauschervorrichtungen verwendet. Es sind auch schon Abgasverbrennungsanlagen bekannt geworden, bei denen zwei oder mehr im Gleichstrom- und/oder im Gegenstromverfahren arbeitende Wärmeaustauschstrecken vorgesehen sind, um die Wärme zurückzugewinnen und einen hohen thermischen Wirkungsgrad zu erhalten. Es ist also erkannt worden, dass eine Abgasverbrennungsanlage einen hohen thermischen Wirkungsgrad haben muss. Dies allein ist jedoch nicht ausreichend; es ist vielmehr, auch ein guter Wirkungsgrad der Abgasverbrennung erforderlich. Für die Güte der Abgasverbrennung sind nun drei Faktoren entscheidend, nämlich die Zeit, die Temperatur und die Turbulenz. Für eine vollständige Verbrennung muss nämlich Sauerstoff bei einer ausreichend hohen Temperatur für eine ausreichend lange Zeit in einen ausreichend engen Kontakt mit den brennbaren Molekülen bzw. Atomen des Abgasstromes gebracht werden, wenn eine Oxydation erfolgen soll. Bei einer unvollständigen Verbrennung entstehen dagegen Aldehyde, organische Säuren, Kohlenstoff, Kohlenmonoxyd, Stickoxyde und andere unerwünschte Komponenten.

Es wurde nun bereits versucht, den Wirkungsgrad von Abgasverbrennungsanlagen durch Verwendung von Katalysatoren zu verbessern. Dabei zeigte es sich jedoch, dass die Katalysatoren bei der Verbrennung von Abgasen aus Draht-Trockenöfen unglücklicherweise sehr bald inaktiv werden. Offensichtlich geben die neuen Materialien, die für das Beschichten bzw. Lackieren von Drähten verwendet werden, zusätzlich zu den Dämpfen, die normalerweise während der Trocknung erzeugt werden, einige feste Bestandteile ab, welche den Katalysator verschmutzen.

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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Abgasverbrennungsanlage vorzuschlagen, welche ohne die Verwendung von Katalysatoren einen hohen Wirkungsgrad erreicht und insbesondere für die Verbrennung von Abgasen aus einem Draht-Trockenofen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Abgasverbrennungsanlage gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Gehäuse aufweist, dass an dem Gehäuse ein Abgas-Luft-Einlass vorgesehen ist, dass in dem Gehäuse eine gewundene Verbrennungskammer vorgesehen ist, deren Windungen im Abstand voneinander verlaufen, dass fern von dem Abgas-Luft-Einlass in das eine Ende der Verbrennungskammer ein Brenner mit Flammenführungseinrichtungen hineinragt, dass in der Nähe des Brenners eine Abgas-Luft-Ansaugzone für die Verbrennungskammer vorgesehen ist, dass in dem Gehäuse Leitflächen vorgesehen sind, die einen Pfad festlegen, der von dem Abgas-Luft-Einlass zumindest teilweise um die Verbrennungskammer herum zu der Abgas-Luft-Ansaugzone der Verbrennungskammer führt, und dass am Ende der Verbrennungskammer eine Abgas-AustrittsÖffnung vorgesehen ist.

Vorteilhaft an der erfindungsgemässen Abgasverbrennungsanlage ist es, dass mit ihr nicht nur ein hoher thermischer Wirkungsgrad sondern auch ein hoher Wirkungsgrad der Verbrennung erreichbar ist, welcher sich im Laufe der Zeit nicht wesentlich verschlechtert, da keine Katalysatoren vorgesehen sind, die verschmutzen könnten.

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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Abgasverbrennungsanlage besteht darin, dass sie auch für die Verbrennung von Abgasen aus Draht-Trockenöfen verwendbar ist, wobei infolge der rein thermischen Verbrennung keine Schwierigkeiten mit Katalysatoren auftreten können.

Vorzugsweise ist die Verbrennungskammer bei einer erfindungsgemässen Abgasverbrennungsanlage röhrenförmig ausgebildet, wobei jedoch der Aufbau des Rohres im einzelnen in beliebiger Weise erfolgen kann. So kann die Verbrennungskammer beispielsweise aus länglichen, zylinderförmigen Abschnitten aufgebaut sein, die durch U-Bögen verbunden sind, oder es kann auch ein Gehäuse in· einer solchen Weise unterteilt werden, dass ein serpentinenförmiger Strömungskanal für die heissen Verbrennungsgase geschaffen wird, welcher dann die Verbrennungskammer bildet. Der günstigste Wert für den Durchmesser bzw. für die Querschnittsfläche der röhrenförmigen Verbrennungskammer ändert sich in Abhängigkeit von dem Volumen der zu verbrennenden Abgase. Aufjjeden Fall sollte jedoch der Querschnitt der Verbrennungskammer so gewählt werden, dass eine turbulente Strömung sichergestellt ist.

In Weiterbildung der Erfindung sind bei einer bevorzugten Form einer erfindungsgemässen AbgasVerbrennungsanlage in dem Gehäuse Leitflächen vorgesehen, die so geformt und angeordnet sind, dass der in das Gehäuse eintretende Abgasstrom über die einzelnen röhrenförmigen Abschnitte der langgestreckten Verbrennungskammer hinweg und zwischen diesen hindurchgeführt wird. Als günstig hat es sich auch erwiesen, wenn bei einer erfindungs-

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gemässen Abgasverbrennungsanlage der Abgas-Luft-Einlass seitlich am Gehäuse angeordnet und länglich ausgebildet ist. Es versteht sich jedoch, dass der Abgaseinlass auch eine andere Form haben und an anderer Stelle angeordnet sein kann, solange die Leitflächen den in das Gehäuse eintretenden Gasstrom be-

züglich der Verbrennungskammer so leiten, dass ein Wärmeaustausch stattfindet. Ein solcher Wärmeaustausch führt zu einem sparsamen Brennstoffverbrauch, da der Abgasstrom bzw. das Abgas-Luft-Gemisch vor der Verbrennung vorgewärmt wird und da gleichzeitig die heissen Verbrennungsgase vor ihrem Austreten aus der Abgasverbrennungsanlage abgekühlt werden.

Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemässe Abgasverbrennungsanlage länglich ausgebildet werden und in dem Trockenofen oder an diesen angrenzend angeordnet werden, so dass die von der Wandung der Verbrennungkammer abgestrahlte Wärme direkt ausgenutzt werden kann. Es ist aber auch möglich, Heissluft aus der Umgebung der Verbrennungskammer mit Hilfe von Ventilatoren in den Trockenofen einzublasen und dadurch die Heizung dieses Ofens zu unterstützen.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal einer erfindungsgemässen Abgasverbrennungsanlage ist darin zu sehen, dass die Verbrennungsluft durch die in das Gehäuse eintretenden Abgase geliefert wird, welche im Bereich einer Ansaugöffnung der Verbrennungskammer der Brennerdüse zugeführt werden. Dies heisst mit anderen Worten, dass dem Brenner loo % Sekundärluft zugeführt werden und dass sich der Abgasstrom und der Brennstoff im Bereich der Brennerdüse mischen und eine Flamme sowie heisse Verbren-

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nungsgase erzeugen. Der Abgasstrom fliesst dann in gleicher Richtung mit der Brennerflamme in die röhrenförmige Verbrennungskammer hinein und durch diese hindurch. Die Verwendung eines Brenners, der mit loo % Sekundärluft arbeitet, bei einer thermischen Abgasverbrennungsanlage ist im übrigen in der US-Patentschrift 3 U84 189 bereits beschrieben.

In Anbetracht der Verwendung einer langgestreckten Verbrennungskammer ist es im allgemeinen erforderlich, dass im Bereich der Austrittsöffnung der Verbrennungskammer ein Ventilator zum Absaugen der heissen Verbrennungsgase vorgesehen ist oder dass zumindest eine ausgangsseitige Luftkammer mit einem Abzugsrohr vorgesehen ist, durch welches die verbrannten Abgase abziehen können und welches die erforderliche Strömung der heissen Gase durch die Verbrennungskammer aufrechterhält.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Abgasverbrennungsanlage in Verbindung mit einem Vertikalofen zum Trocknen von Kunstharz- oder Lackschichten auf Drähten,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Abgasverbrennungsanlage gemäss Fig. 1, insbesondere im Hinblick auf die Verwen-

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dung eines loo %ig mit Sekundärluft gespeisten Brenners , und

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Abgasverbrennungsanlage gemäss Fig. 1 und 2, insbesondere im Hinblick auf die dem Wärmeaustausch dienende Führung der Strömung des Abgas-Luft-Gemisches bezüglich der Verbrennungskammer.

Die in Fig. 1 dargestellte, erfindungsgemässe Abgasverbrennungsanlage besitzt ein Gehäuse 1, in welchem eine Verbrennungskammer aus mehreren, röhrenförmigen Abschnitten 2, die durch U-Bögen 3 verbunden sind, angeordnet ist. Die Verbrennungskammer bildet einen serpentinenförmig gewundenen Kanal. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft dabei die Strömung zunächst durch eine vertikale Reihe von röhrenförmigen Abr schnitten 2 nach oben, dann durch einen horizontal angeordneten U-Bogen 3' und schliesslich durch eine zweite, vertikale Reihe von röhrenförmigen Abschnitten 2 zu einer Abgasaustrittsöffnung 4.

Wie am besten aus Fig. 1 und 3 deutlich wird, nimmt ein vorstehender Bereich 5 längs einer Seite des Gehäuses 1 eine Reihe von in senkrechter Richtung bewegten Drähten 6 auf, die aus einem tiefer angeordneten Trockenofen 7 abgezogen werden. Insbesondere ist zu diesem Zweck in der Bodenfläche und in der Deckfläche des vorstehenden Bereichs 5 jeweils ein Schlitz 8 vorgesehen, durch welchen die Drähte 6 hindurchlaufen. Die Schlitze 8 dienen gleichzeitig als Abgas-Luft-Einlass, über

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welchen das Gehäuse 1 mit dem Trockenofen in Verbindung steht. Der Abgasstrom aus dem Trockenofen enthält die Dämpfe von. Lösungsmitteln sowie verdampfte Anteile des für die Beschichtung der durch den Trockenofen 7 laufenden Drähte 6 verwendeten Kunstharzes oder Lackes, wobei einige dieser Dämpfe sehr stark, insbesondere unangenehm riechen. Ein an der Abgasaustrittsöffnung 4 angeordneter Ventilator 11 saugt die Abgase in die aus mehreren Abschnitten zusammengesetzte Verbrennungskammer hinein und durch diese hindurch.

Wie Fig. 2 zeigt, ist ein Ende des unteren röhrenförmigen Abschnitts 2 im Abstand von der Wandung des Gehäuses 1 angeordnet , welche einen koaxial zu dem röhrenförmigen Element 2 angeordneten Brenner Io trägt, so dass sich rund um die Düse des Brenners Io herum eine Abgas-Luft-Ansaugzone 9 ergibt. Es ist nicht beabsichtigt, die Mischeinrichtungen für Luft und Brennstoff auf irgendeinen Typ eines Systems oder einer Vorrichtung zu beschränken, und die schematische Darstellung des perforierten, konischen Elementes 12 stellt lediglich eine bevorzugte Ausführungsform dar.

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Eine Zündkerze/, welche in der Nähe dar Auslassöffnung der Brennstoffdüse 13 angeordnet ist, zündet den Brennstoff und die Luft bei der ersten Inbetriebnahme der thermischen Abgasverbrennungsanlage.

Fig. 2 zeigt ferner schematisch die Art und Weise, in welcher die röhrenförmigen Abschnitte 2 und die U-Bögen 3 bzw. 3¹ einen serpentinenförmigen Kanal für das heisse Gas bilden. Vorzugs-

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weise werden dann, wenn einzelne röhrenförmige Abschnitte 2 die Verbrennungskammer bilden, in dem Gehäuse 1 pendelnde Halterungen vorgesehen, so dass sich jeder der Abschnitte 2 in radialer Richtung und in Längsrichtung ausdehnen kann, wenn die Temperatur ansteigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwischen den röhrenförmigen Abschnitten 2 Abstandselemente 15 mit glatten Oberflächen vorgesehen, die Gleitbewegungen der Abschnitte 2 relativ zueinander ermöglichen. Die Abstandselemente 15 können gleichzeitig als Umlenkelemente zwischen den Reihen von röhrenförmigen Abschnitten dienen. Beispielsweise zeigt Fig. 3, dass die Abstandselemente 15 zwischen den gestapelten Abschnitten 2 den Gasstrom nach oben lenken, so dass er über den obersten, röhrenförmigen Abschnitt 2 und von dort nach unten um benachbarte, senkrechte Reihen von röhrenförmigen Abschnitten 2 herumgeführt wird. Anschliessend tritt dann der Abgasstrom in die Ansaugzone 9 ein. Wenn es erwünscht ist, andere Strömungsverläufe zu erhalten, können auch zusätzliche vertikale oder horizontale Leitflächen zwischen den röhrenförmigen Abschnitten 2 vorgesehen werden.

Wie am besten Fig. 1 zeigt, treten die Rauchgase in die Verbrennungskammer über das offene Ende des untersten röhrenförmigen Abschnittes 2 ein und werden eventuell als ein behandeltes Abgas durch die Auslassöffnung 4 dem Ventilator 11 zugeführt und durch die Austrittsöffnung 16 abgeblasen, welche mit einem Abzugsrohr oder mit Rückführeinrichtungen (nicht dargestellt) verbunden sein kann. Über Rückführ- bzw. Rezirkulationseinrichtungen kann zumindest ein TEiI der eine hohe Temperatur aufweisenden Abgase in den Trockenofen 7 oder in eine andere Arbeitsvorrichtung zurückgeführt werden.

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Während bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine röhrenförmige Verbrennungskammer vorgesehen ist, könnte auch durch geeignete Trennwände innerhalb des Gehäuses 1 ein aus mehreren Abschnitten bestehender, serpentinenförmiger Strömungskanal durch das Gehäuse geschaffen werden, der im Endeffekt praktisch wieder eine röhrenförmige Verbrennungskammer darstellen würde. Es versteht sich auch, dass die Verbrennungskammer nicht unbedingt einen kreisförmigen Querschnitt besitzen muss; ebensogut können die Wände der Verbrennungskammer einen rechteckigen, sechseckigen oder einen anderen. Kanalquerschnitt begrenzen, der durch Trennwände öder durch Röhren geschaffen wird. Es kommt lediglich darauf an, dass das einströmende Abgas in Wärmeaustausch mit den heissen Verbrennungsgasen tritt.

Die Verwendung eines loo%ig'en Sekundär luftbrenners ist vorteilhaft, da hierdurch die Notwendigkeit des Vorheizens von Luft für den Brenner entfällt. Dies führt zu einem höheren thermischen Wirkungsgrad der Anlage. Es versteht sich jedoch, dass auch ein geeigneter "Vormisch"-Brenner verwendet werden könnte.

Um das Gehäuse herum sollte eine Isolation 17 vorgesehen sein, um die Wärmeabstrahlung zu verringern. Die Erfindung soll jedoch nicht auf irgendeine Art der Isolation oder Form für das Gehäuse 1 beschränkt werden.

Ferner sei an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, daß die Abgasverbrennungsanlage gemäss Fig. 1 bis 3 lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt. Insbesondere soll auf die Möglichkeit hingewiesen werden, den Trockenofen und die

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Abgasverbrennungsanlage relativ zueinander derart anzuordnen_s dass Strahlungs- und/oder Konvektionswärme direkt in den Ofen gelangt. Auf jeden Fall ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die dargestellte Gehäuseform und auf die dargestellte relative Lage von Gehäuse und Ofen zu beschränken. Die Wandungen der röhrenförmigen Verbrennungskammer können ferner zur Verbesserung der Wärmeübertragung mit Radiator-Rippen versehen sein.

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U. ■ ^

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Claims

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Patentansprüche

Γ 1. /AbgasVerbrennungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass ein — Gehäuse (1) mit einem Abgas-Luft-Einlass/vorgesehen ist, dass in dem Gehäuse (1) eine gewundene Verbrennungskammer (2, 3, 3') vorgesehen ist, deren Windungen im Abstand voneinander verlaufen, dass fern von dem Abgas-Luft-Einlass (8) in das eine Ende der Verbrennungskammer (2, 3, 3') ein Brenner (lo, 12) hineinragt, dass in der Nähe des Brenners (lo, 12) eine Abgas-Luft-Ansaugzone (9) für die Verbrennungskammer (2, 3, 3') vorgesehen ist, dass in dem Gehäuse (1) Leitflächen (Abständselemente 15) vorgesehen sind, die einen Pfad festlegen, der von dem Abgas-Luft-Einlass (8) zumindest teilweise um die Verbrennungskammer (2, 3, 3') herum zu der Abgas-Luft-Ansaugzone (9) der Verbrennungskammer (2, 3, 3') führt, und dass am Ende der Verbrennungskammer (2, 3, 3¹) eine Abgasaustrittsöffnung (4) vorgesehen ist.
2. Abgasverbrennungs.anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskammer (2, 3, 3¹) aus" mehreren, röhrenförmigen Abschnitten zusammengesetzt ist.

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3. Abgasverbrennungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Brenner (lo) mit Flammenführungseinrichtungen (12) versehen und als loo%iger Sekundärluftbrenner mit Brennstoff-Luftmischeinrichtungen und mit Brennstoff-Verteileinrichtungen ausgebildet ist.
U. Abgasverbrennungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgas-Luft-Einlass länglich ausgebildet und an einer Seite des Gehäuses (1) vorgesehen ist und dass zwischen den Abschnitten (2) der röhrenförmigen Verbrennungskammer (2, 3, 3¹) Leitflächen (Abstandselemente 15) vorgesehen sind, die den ankommenden Abgasstrom um die Verbrennungskammer (2, 3, 3') herumlenken.
5. Abgasverbrennungsanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (2) der röhrenförmigen Verbrennungskammer (2, 3, 3¹) in dem Gehäuse (1) mit Hilfe gleitverschieblicher Halteelemente (15) gehaltert sind, um Wärmedehnungen auszugleichen.
6. AbgasVerbrennungsanlage nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der röhrenförmigen Verbrennungskammer (2, 3, 3') so gewählt ist, dass das Auftreten einer turbulenten Strömung sichergestellt ist.
7. Abgasverbrennungsanlage nach Anspruch 1 bis 6,dadurch ge kennzeichnet, dass die röhrenförmige Verbrennungskammer (2, 3, 3¹) so angeordnet ist, dass sie direkt Wärme in den Trockenofen (7) abstrahlt.

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