DE2357804A1

DE2357804A1 - Vorrichtung zur nachverbrennung reaktionsfaehiger abgase

Info

Publication number: DE2357804A1
Application number: DE2357804A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Engelmann
Original assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Current assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Priority date: 1973-11-20
Filing date: 1973-11-20
Publication date: 1975-05-28
Also published as: DE2357804B2

Description

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WERNER & PPLEIDERER Stgt.-Feuerbach, ·

15. November 1973 Pat.-Es/ep PE 7313

Vorrichtung zur Nachverbrennung r ea kt ion s f ä h ig er Abga se

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Machverbrennung reaktionsfähiger Abgase, bestehend aus einer hohlzylindrischen/ an einer Stirnseite geschlossenen Brennkammer mit austrittsseitig in Kammerlängsachse wirksamer Leiteinrichtung, deren im Querschnitt kreisförmiger, in den Erennkamraerraum sich erstreckender Mantel in Höhe einer Abgaszuleitung angeordnet ist.

Die ausreichende Nachverbrennung industrieller Abluftmengen erfolgt in bekannter Weise mittels sogenannter Gas-Flächenbrenner, die je nach Anlagengröße bzw. entsprechend der zu behandelnden Abluftmengen beliebig über den ganzen Kanalquerschnitt des Reaktionsraumes verteilt sein können. Mit derartigen Gas-Flächenbrennern sind beliebig große Abluffcmengen ohne besondere Schwierigkeiten beherrschbar. Dabei kann die relativ kalte Abluft den Verbrennungsgasen der Gasbrenner sofort zugemischt werden.

Anders liegen die Verhältnisse beim entsprechenden

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Einsatz von ölbrennern. Hier muß das dem Brenner zugeführte Heizöl zunächst durch Zerstäubung beispielsweise mittels zusätzlicher Zerstäubungsluft zu einem brennbaren Gas aufbereitet werden.

Die Qualität des gesamten Ausbrandes ist dabei nicht nur von der ausreichenden Zerstäubung des Heizöls abhängig, sondern wird wesentlich von der zugegebenen VerbrennungsIuftmenge und deren ausreichende Zumischung zu den Verbrennungsgasen mitbestimmt, üblicherweise wird dem Brenner die zur Bildung einer stabilen und rußfreien Flamme nötige Verbrennungsluft über einen Ventilator von außen zugeführt. Die Verbrennungsluft verbraucht allerdings hierbei einen beträchtlichen Wärmeanteil der vorhandenen Gesamtwärme. Wird jedoch als Verbrennungsluft ein Teil der Abluft verwendet und über die Brennereinrichtung bzw» spezielle Mischeinrichtungen der Brennerflamme zugeleitet, so ist das wenig wirtschaftlich,da außer dem höheren baulichen Aufwand eines entsprechend konzipierten Brennermischkopfes eine solche Luftzuführung insbesondere bei großen Luftmengen zu erheblichen Druckverlusten führt. Bei zunehmender Zufuhr großer Luftmengen über die Brennereinrichtung ergibt sich auf Grund der zunehmenden Unterkühlung der Brennerflamme auch eine unvollständige Gesamtreaktion.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit reaktionsfähigen Bestandteilen angereicherte große Abluftmengen wahlweise mittels eines Gas- oder ölbrenners in einer Brennkammer bei hohem Ausbrand und" geringem Druckverlust nachzüverbrennen.

Gemäß der Erfindung ist dies dadurch erreicht, daß die Abgaszuleitung entgegengesetzt zu einer den Brennkammerboden axial durchdringenden Brennstoffdüse in die Brennkammer einmündet, "welcher im Anschluß an die in Strömungsrichtung der Flammengase sich erweiternde Leiteinrichtung ein mit einer Heißgasableitung verbundener Reaktionsraum nachgeordnet ist. Die für die Aufrechterhaltung der Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft entnimmt die Brennerflamme der zugeführten Abluft. Eine besondere Einspeisung von Verbrennungsluft in die Brennereinrichtung ist bei ausreichendem Sauerstoffgehalt der Abluft nicht erforderlich. Es ergeben sich hierbei zwangsweise Strömungsverhältnisse, die einen optimalen Ausbrand der Abluft gewährleisten. Die mit einem Drall an der Brennkammerwandung entlang- zur Wurzel der Brennerflamme zirkulierende Abluft strömt nach Umkehr in der Form eines Hohlzylinders mit hoher Umfangsgeschwindigkeit zur Leiteinrichtung zurück. Die sich auf Grund der besonderen Ausgestaltung der Brennkammer mit nachgeordnetem Reaktionsraum ausbildenden

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Turbulenzbereiche ermöglichen bei relativ niedriger Verbrennungs-Endtemperatur bis etwa 720 C einen vollständigen Ausbrand der reaktionsfähigen Bestandteile der Abluft.

Die in den weiteren Ansprüchen dargelegten Ilerkmale der Erfindung, sowie weitere Einzelheiten zur Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.

Hierbei zeigen die Fig. 1 und 2 jeweils die schematische Ausbildung einer Brennkammer mit nachgeordnetem Reaktionsraum im Schnitt bzw. im Schnitt der Linie 2-2. Die aus einem zylindrischen Blechmantel gebildete Brennkammer trägt an ihrer unteren Stirnseite einen Boden 2 und diener Stirnseite entgegengesetzt eine Leiteinrichtung 4. Die Leiteinrichtung ist an einem Deckel 5 befestigt, der den Innenraum 6 der Brennkammer 1 von dem Innenraum 7 des Reaktionsraumes 3 trennt. Im Eereich des Deckels 5 befindet sich ein Einlaßstutzen 8 für die zu reinigende Abluft, die radial über eine Drallvorrichtung 10 oder tangential in die Brennkammer eingeführt wird. Der

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Brennkammerboden trägt den Brennerstein 11 mit zu diesem zentral angeordneter Brennstoff lanze 12«, Die Leiteinrichtung 4 der Brennkammer 1 ist konisch ausgebildet und erweitert sich in Strömungsrichtung der Flammengase. Ihr Austrittsquerschnitt ist im Bereich des Reaktionsraumes 7 durch eine Blende 20 und eins Stauscheibe 19 abgedeckt, womit die durch die Leiteinrichtung austretenden Heißgase drallförmig entlang der Wandung des Reaktionsraumes geführt werden. Die Auslegung der Heißgase erfolgt über den Auslaß

Die aus Fig. 2 ersichtliche Drallvorrichtung 10 besteht aus einzelnen feststehenden oder um eine Achse 18 schwenkbaren Schaufeln 17. Der Verstellwinkel der schwenkbaren Schaufeln beträgt zur Einstellung einer optimalen Drallzahl, der Drallströmung im allgemeinen ± 10 Grad. .

Bai tangentialer Einleitung der Abgase durch einen entsprechend angeordneten Einlaßstutzen 8¹ ist die Drall- ■ strömung vorteilhaft durch eine Drosselklappe 16 beeinflußbar. ■

Das im Brennkammerraum 6 und im Reaktionsraum 7 sich ausbildende Strömungsbild ist in Fig. 1 skizziert.

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Die in die Brennkammer: durch den Einlaßstutzen 8 bzw. 8¹ eingeleitete Abluft strömt in Form eines Hohlzylinders 13 entlang der Kammerwandung zum Brennkammerboden. Dort kehrt sie vollständig um und bewegt sich mit größerer Umfangsgeschwindigkeit in der Form eines Hohlzylinders 14 zur Leiteinrichtung 4. In die im Inneren des Hohlzylinders 14 mit geringerer Axialgeschwindigkeit rotierende Kernströmung 15 wird die "Flamme der Hilfsenergie eingespeist. Die Kernströmung erhält durch die Flamme eine zunehmende Axialgeschwindigkeit/ wobei der Flammendurchmesser der Brennerflamme von der inneren Hohlzylinderströmung 14 begrenzt 1st. Bei Austritt der heißen Abgase aus der Leiteinrichtung breiten sich diese aufgrund Ihrer Fliehkraftwirkung weiter aus und strömen entlang der Kammerwandung des Reaktionsraumes 7 zum Auslaß. Ein Teil der heißen Abgase rezirkuliert im Inneren des Reaktionsraumes 7.

Die Aufbereitung der zu verbrennenden Abluftpartikelchen beginnt bereits hinter der Leiteinrichtung, indem sie sich durch Absorbtion der heißen Flammenstrahlung aufwärmen. Gleichzeitig wärmt sich die Luft durch Stofflind Wärmeaustausch zwischen den beiden Hohlzylinderströmungen auf, so daß die an der Brennkammerwandung zum Boden drallförmig strömende Luft bei Strömungsumkehr bereits

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eine Temperaturerhöhung um etwa 150 erfahren hat.

Mit steigender Kongentration der brennbaren Abluftbestandteile verringert sich die Zufuhrmenge"an Hilfsbrennstoff und damit die Länge der zur Initialzündung erforderlichen Hilfsflamme. Bei Lösungsmittelgehalten von über 15 g/m Abluft brennen die Lösungsmittel in der Kern strömung, wie eine entleuchtete Schwachgasflamme. Dabei zieht sich die Hilfsflamme ganz in den Brennerstein zurück und der Raum zwischen Brennerstein und Leiteinrichtung sowie der anfängliche Teil des Reaktionsraumes 7 fluoreszieren blau. Der Reaktionsraum 7 dient im Anschluß hieran als Verweilzone für die vollständige Nac hr eak t lon.

Die aufgrund der besonderen Ausbildung der Brennkammer mit nachgeordnetem Reaktionsraum erzielbaren Strömungsverhältnisse ermöglichen es, die Verbrennungsvorrichtung bei genügendem Sauerstoffgehalt der Abluft ohne zusätzliche Verbrennungsluft .zu betreiben, so daß nur für eine ausreichende Zerstäubung gesorgt sein muß. Die gesamte Verbrennungsluft entnimmt die Flamme direkt der Abluft, wobei trotz des sehr hohen Luftüberschusses auch bei Temperaturen unter 500°-C keinerlei Rußbildung oder ölnebelausseheidung bei Verwendungvon öl als Hilfsenergie

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zu verzeichnen ist. Die vorgeschlagene Anordnung ermöglicht die Verwendung sowohl von öl als auch von Gas als Hilfsenergie; die Zuführung kann auch kombiniert erfolgen.

- Patentansprüche -

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Claims

WERNER & PFLEIDERER Stgt.-Feuerbach,

15. November _A Pat.-Ss/ep • J. PE 7313

Patentansprüche

!.Vorrichtung zur Machverbrennung reaktionsfähiger Abgase, bestehend aus einer hohlzylindrischen, an einer Stirnseite geschlossenen Brennkammer mit austrittsseitig in Kammerlängsachse wirksamer Leiteinrichtung, deren im Querschnitt kreisförmiger, in den Brennkammerraum sich erstreckender Mantel in Höhe einer Abgaszuleitung angeordnet ist', dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaszuleitung (8) entgegengesetzt zu einer den Brennkamxnerboden (2) axial durchdringenden Brennstoffdüse (12) in die Brennkammer (1) einmündet, welcher im Anschluß an die in Strömungsrichtung der Flammengase sich erweiternde Leiteinrichtung (4) ein mit einer Heißgasableitung (21) verbundener Reaktionsraum nachgeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum (7) sich in Richtung der Längsachse der Brennkammer (1) erstreckt.
3. Vorrichtung nach'den Ansprüchen 1 und 2, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Reaktionsraumes (7) der Querschnittsfläche der Brennkammer (1) entspricht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündung der Abgase radial zur Längsachse der Brennkammer (1) erfolgt und über einen an der Innenwandung der Brennkammer (1) eintrittsseitig angeordneten Leitschaufelkranz (10) umgelenkt wird,
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt der in den Reaktionsraum

(7) einmündenden Leiteinrichtung (4) durch die Kombination eines diesen Querschnitt verringernden Blende (20) mit einer im Abstand zu dieser angeordneten Stauscheibe (19) abgedeckt ist.

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