DE2423703A1

DE2423703A1 - Verfahren und vorrichtung zum thermischen reinigen von abgasen

Info

Publication number: DE2423703A1
Application number: DE2423703A
Authority: DE
Inventors: Udo Dipl Ing Dr Riehle
Original assignee: Kleinewefers Industrie Co GmbH and Co KG
Current assignee: Kleinewefers Industrie Co GmbH and Co KG
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1975-11-20
Also published as: JPS50156281A; JPS5246033B2

Description

" Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Reinigen von Abgasen " Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum thermischen Reinigen von Abgasen mit brennbaren Bestandteilen, bei dem das Abgas bis zur Verbrennung seiner brennbaren Bestandteile in einem Gegenstromwärmeaustauscher durch die heiße Abluft erwärmt wird.
Für die Reinigung von Abgasen mit brennbaren Bestandeteilen sind katalytische und thermische Abgasereinigungsverfahren bekannt. Die erstgenannten sind nur unter best-immten Bedingungen einsetzbar, nämlich, wenn die zu reihigenden Abgase keine Inhibitoren ( Katalysatorgifte ) wie Halogenverbindungen, Schwefelverbindungen in höherer Konzentration, Phosphorverbindungen und organische Siliciumverbindungen, sowie flüchtige Schwermetall-Verbindungen aufweisen.
Dieser katalytischen Abgasereinigung steht die thermische Reinigung gegenüber, bei welcher das Problem der Katalysatorgifte nicht existiert. Bei der thermischen Reinigung von Abgasen werden die meisten organischen brennbaren Bestandteile unter Zugabe von Luft zu den Abgsen in die ungefährlichen bzw. ungiftigen Verbindungen H20 und C02 übergeführt. Der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff ist entweder bereits in dem Abgas in mindestens stöchiometrischer Menge enthalten oder diesem in Form von Frischluft zugeführt.
Enthält das Abgas eine hohe Konzentration an brennbaren Bestandteilen, so genügt es, das Abgas abzufackeln, da die Flamme sich stets selbst unterhält. Ist die Konzentration der brennbaren Bestandteile des Abgases, wie dies meist der Fall ist, geringer, so wird bislang das Abgas soweit mit Luft oder einem Inertgas verdünnt, dass sich das Gemisch mit Sicherheit unterhalb der unteren Explosionsgrenze befindet. Hierfür sind Vorrichtungen zum thermischen Reinigen un Abgasen mit brennbaren Bestandteilen bekannt, bei denen das zu verbrennende Abgas ständig mit einer, durch zusätzlichen Brennstoff erzeugten heißen Flamme vermischt wird, so dass das Gemisch aus zu reinigendem Abgas, das zwar vorgewärmt ist, dessen Temperatur aber aus Sicherheitsgründen erheblich unterhalb der Explosionsgrenze belassen wird, durch die Zusatzflamme auf die notwendige Reaktionstemperatur oberhalb 600 ° C erhitzt wird. Hierbei ergeben sich jedoch durch den Zusatzbrennstoff laufende Betriebskosten, ferner wird durch die zusätzliche Flamme der Umwelt 02 entzogen bzw. werden zusätzliche Emissionen in diese hervorgerufen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches in einer Vorrichtung mit billigen Hewhellungs- und vor allem Betriebskosten durchführbar ist. - An sich würde sich hierzu die Nutzung des Wärmeinhalts der brennbaren Bestandteile des Abgases bei deren Verbrennung in einem Wärmetauscher anbieten. Hierbei hütet man sich wegen der Explosionsgefahr, die Vorwärmung des zu reinigenden Abgases in dem Wärmetauscher der unteren Explosionsgrenze zu nähern, da sich die untere Explosionsgrenze eines Gasgemisches mit steigenden Gemischtemperaturen zu niedrigeren Konzentrationen an brennbaren Bestandteilen verschiebt.
ZurLösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung daher ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung vor, bei welchem das Abgas auf seinem Strömungsweg durch die, einen hydraulichen Querschnitt dh < 18 mm aufweisenden Strömungskanäle des Wärmetauschers durch die heiße Abluft auf Reaktionstemperatur erwärmt wird.
Es wurde gefunden, dass bei einem hydraulichen Durchmesser der Strömungsquerschnitte der angegebenen Größe die Erwärmung des Abgases bis auf Reaktionstemperatur erfolgen kann, ohne dass eine explosionsartige Verbrennung oder ein Verpuffen in den Strömungskanälen des Wärmetauschers erfolgt, obwohl während der Aufheizung des Abgases die untere Explosionsgrenze erreicht und überschritten wird. Ist daher die gereinigte Abluft aufgrund ausreichender Wärmemenge in der Lage, das zuströmende Abgas selbsttätig auf die Reaktionstemperatur zu erhitzen, so läuft der Verbrennungsvorgang ohne zusätzliche Wärme ab, d.h. es bedarf keines zusätzlichen Brennstoffes zum Unterhalten des Prozesses. Ist der Anteil an brennbaren Bestandteilen im Abgas hierzu gering, so kann dem Abgas die fehlende Menge an brennbaren Bestandteilen beigegeben werden.
Es kann jedoch auch so verfahren werden, dass das Abgas durch Fremdwärme soweit erhitzt wird, dass die Wärmemenge der heißen Abluft ausreicht, das zuströmende Abgas auf Reaktionstemperatur zu erwärmen. Dies ist besonders beim Anfahren der Vorrichtung so lange der Fall, bis der exotherme Verbrennungsvorgang selbstständig abläuft oder die Zusatzwärmemenge vermindert werden kann. Es bedarf somit hierbei nur für die Einleitung des erfindungsgemäßen Verfahrens im wesentlichen der Zuführung von Wärme zu dem Abgas; hat die gereinigte Abluft eine Temperatur erreicht, durch welche das zugeführte Abgas seinen Verbrennungsvorgang selbsttätig einleitet, so kann die Zuführung der Fremdwärme abgestellt oder gedrosselt werden.
Zur Durchführung den erfindungsgemäßen Verfahrens bietet sich eine Vorrichtung mit einem, dem Abgaseintritt nachgeschalteten Wärmetauscherrohrbündel und einem oder mehreren die Rohre umgebende Ablufträume an, so daß die Abgase und die Abluft im Gegenstrom zueinander geführt werden. Die dem Abgaseintritt nachgeschalteten Wärmetauscherrohre, d.h. diejenigen Rohre des Wärmetauschers, die das zu reinigende Abgas aufnehmen, besitzen einen hydraulischen Durchmesser, der kleiner ist als 18 mm, und wobei eine Vorrichtung vorgesehen ist, durch welche das durch die Rohre strömende Abgas, mit einer PTemdwärmequelle, z.B. einer Brennkammer mit einem Brenner, oder aber unbar mittel/mit den die Austauscherrohre umgebenden Ablufträumen verbindbar ist.
Es kann auch jede andere geeignete ausfuhrungsform eines Wärmetauschers gewählt werden, bei dem die Bedingung des hydraulischen Querschnitts der das Abgas führenden Rohre eingehalten wird und bei dem der Wärme-inhalt der durch die Verbrennung gereinigten Abluft dazu benutzt wird, die Reaktionstemperatur des Abgases für dessen Verbrennung zu erzeugen oder aber die Erreichung dieser Temperatur zu unterstützen. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann sowohl rekuperativ als auch regenerativ gestaltet werden.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist einen Mantel 1 auf, der in seinem unteren Abschnitt einen Stützring 2 trägt, mit dessen Hilfe der Mantel 1 und die gesamte Vorrichtung auf Stützfüßen 3 ruht. In den oberen Abschnitt des Mantels 1 führt die Leitung 4 für das zu reinigende Abgas, das in einen durch zwei horizontale Böden 5, 6 betrenzten Raum 7 innerhalb des Mantels 1 gelangt. In den Boden 6 münden die Mantelrohre 8, deren unteres Ende 9 in einem Raum lo enden.
In den Rohren 8 sind koaxial die Innenrohre 11 angeordnet, die ebenfalls in den Raum 10 münden und den oberen Raum 7 durchsetzen, um in dem Boden 5 zu enden, über dem der Abzug 12 vorgesehen ist.
Die Mantelrohre 8 haben unter Berücksichtigung der Aufnahme der Innenrohre 11 einen hydraulischen Durchmesser von nicht größer als 18 mm.
Der Raum 10 kann in bekannter Weise mit einer Brennkammer 13 verbunden sein oder eine solche bilden. Die Kammer 13 kann in ihrer Größe durch entsprechende Schieber oder Wände verkleinert werden, wenn die Brennkammer nicht benutzt wird und das Verfahren selbsttätig abläuft.
Die exotherme Reaktion findet entweder am unteren Eade 9 der Mantelrohre oder in der Kammer 13 statt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 gelangt das zu reinigende Abgas über die Leitung 19 in einen oberen Verteilerraum 20, um von dort durch die Rohre 21, deren hydraulischer Querschnitt ebenfalls kleiner als 18 mm ist, zu einem unteren Überleitungsraum 22 zu gelangen, in dem Fremdwärme erzeugt werden kann und aus dem die gereinigte und erwärmte Abluft durch die Zwischenräume 23 zwischen den Rohren 21 bzw. diesen Rohren und dem Mantel des Wärmetauschers zur Umleitung 24 und zum Abluftabzug geführt wird. Auch hier findet die Reaktion in den-Rohren2l bestimmten Querschnitts oder in dem Raum 22 statt.
Weist das Abgas eine größere Menge brennbarer Bestandteile auf als für das Erwärmen der Abgase auf Reaktionstemperatur erforderlich ist, - im allgemeinen kann mit einer Temperatursteigerung von 30 O C je 1 gr brennbarem Bestandteil /Nm3 gerechnet werden -, so kann die Abluft, bevor sie in die Mantelrohre 8 bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bzw. zwischen die Rohre 21 nach Fig. 2 geleitet wird, einem weiteren Wärmetauscher zugeführt werden, wo sie die Überschußwärme nutzbringend abgibt, um dann mit der notwendigen Wärmemenge in die Rohre 8 oder zwischen die Rohre 21 geleitet zu werden.

Claims

Patentansprüche

½ Verfahren zur thermischen Reinigung von Abgasen mit brennbaren Bestandteilen, bei dem das Abgas bis zur Verbrennung seiner brennbaren Bestandteile in einem Gegenstromwärmetauscher durch die heiße gereinigte Luft erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas auf seinem Strömungsweg durch die, einen hydraultchen Querschnitt dhU 18 mm aufweisenden Strömungskanäle des Wärmetauschers durch die heiße Abluft auf Reaktionstemperatur erwärmt wird.
2.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei beginnendem Verfahren das Abgas durch Fremdwärme soweit erhitzt wird, dass die heiße Abluft das zuströmende Abgas auf Reaktionstemperatur erwärmt.
3.

Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgas vor dem Erwärmen durch die gereinigte Abluft die Fehlmenge an brennbaren Bestandteilen zugegeben wird, die zum Erreichen der das Abgas auf Reaktionstemperatur erwärmenden Wärmemenge erforderlich ist.
4.

Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmemenge, die die, das Abgas auf Reaktionstemperatur erwärmende Wärmemenge übersteigt, der Abluft vor dem Wärmetausch mit dem Abgas in einem zweiten Wärme tauscher entzogen wird.
5.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 - 4, mit einem dem Abgaseintritt nachgeschalteten Wärmetauscherrohrbündel und einem oder mehreren die Rohre umgebenden Ablufträumen, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Abgaseintritt nachgeschalteten Wärmetauscherrohre einen hydraulischen Durchmesser dh g 18 mm haben und wahlweise mit einer Premdwärmequelle oder unmittelbar mit den die Austauscherrohre umgebenden Ablufträumen verbindbar sind.