DE2453098A1

DE2453098A1 - Vorrichtung zur thermischen reinigung von abgasen

Info

Publication number: DE2453098A1
Application number: DE19742453098
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1974-11-08
Filing date: 1974-11-08
Publication date: 1976-05-20

Description

Vorrichtung zur thermischen Reinigung von Abgasen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Reinigen von Abgasen oder Abluft,bei der die im Abgas enthaltenen brennbaren Bestandteile in einer Brennkammer unter Zufuhr von Energie oxydiert werden.
Es sind solche Vorrichtungen bekannt, bei denen das zu reinigende Abgas unter intensiver Verwirblung in die Brennkammer eingeführt wird und durch eine Flamme auf die sogenannte Reah-tionstemperatur oder Reinigungstemperatur erwärmt wird (JU-13S 2 115 253). Um einen entsprechenden Reinigungseffekt zu erzielen rnuß neben der entsprechenden Reinigungsteraperatur eine bestimmte Verweilzeit eingehalten werden. Je nach dem angestrebten Reinigungsergebnis und den zu beseitigenden Schadstoffen ergibt sich eine erforderliche Reinigungstemperatur zwischen etwa 550 und 9000C und eine Verweilzeit von 0,5 sec. bis zu 1 Iqinute. Zur Energieeinsparung wird das zu reinigende Abgas in einem Wärmetauscher durch die abströmenden gereinigten Abgase vorgewärmt. Je größer die Vorwärmung ist, umso kleiner kann die Flamme in der Brennkammer gehalten werden, um eine bestimmte Reaktionstemperatur zu erreichen. Durch die verkleinerte Flamme nimmt aber der Relnigungsgrad ab, da weniger Stxahlungsenergie zur Verfügung steht. Zur Verbesserung des Reinigungsgrades muß daher die Brennerflamme vergrößert werden, was bewirkt, daß die Reinigungstemperatur ansteigt und damit auch die benötigte Zusatzenergie. Es ist deshalb die Vorwärmung zu einer oberen Temperatur hin begrenzt.
Zur Vermeidung dieser Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit geringem Energieaufwand eine optimale Reinigung der Abgase unter möglichst geringer Umweltverschmutzung möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß in der Brennkammer mindestens ein elektromagnetische Wellen abstrahlender Strahler vorgesehen ist, durch zu den die oxydierenden Schadstoffe unter Str&nlungs energieabsorption erhitzbar sind, Durch die direkte Anwendung elektromagnetischer Wellen wird die Energie zur Oxydation der Schadstoffe direkt durch Strahlung auf diese Schadstoffe übertragen. Die Abgase müssen daher zur Reinigung nicht mehr so stark erwärmt werden, die Reinigungstemperatur kann bei gleichbleibendem Reinigungsgrad wesentlich tiefer liegen oder es ist bei gleicher Reinigungstemperatur eine wesentlich niedrigere Verweilzeit erforderlich, so daß das Bauvolumen der Vorrichtung kleiner gehalten werden kann, oder es kann bei gleichem Aufwand ein wesentlich besserer Reinigungsgrad erielt werden.
Die Strahler werden in vorteilhafter Weise durch elektrische Energie gespeist, so daß zu den Abgasen keine zusätzlichen Verbrennungsprodukte hinzukommen, wie dies bei den bisher bekannten Vorrichtungen der Fall ist.
In vorteilhafter Weise können in der Brennkammer mehrere Strahler im Bereich der Yanmerwand vorgesehen sein, so daß eine gleichmäßige Strahlungsverteilung in der Brennkammer sichergestellt ist. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades kann die Strahlerrückwand strahlungsreflektierend ausgebildet sein, so daß alle Strahlungsenergie zur Erhitzung der Schadstoffe durch Absorption zur Verfügung steht. Zur Herabsetzung des Energieübergangs durch Wärmeleitung oder Konfektion können die Strahler in vorteilhafter Weise durch eine strahlungsdurchlässige Abdeckung abgedeckt sein, so daß die vorbeistreichenden Abgase nicht direkt mit dem Strahler in Berührung kommen. In vorteilhafter Weise wird mindestens im Bereich der Strahler eine laminare konvektive Strömung der Abgase angestrebt, um geringste/Wärmeübergänge zu haben. Dagegen können zur Kühlung der Rückseite der Strahler und zur Vorheizung der zu reinigenden Abgase diese unter turbulenter Strömung an der Strahler rückseite vorbei der Brennkammer zugeführt werden.
Bei einer zylindrischen Brennkammerausführung kann in vorteilhafter Weise der Strahler wendelförmig am Innenumfang der Brennkammer angeordnet sein, um so eine gleichmäßige Abstrahlung zu erzielen.
Als Strahler können zweckmäßigerweise Quarzglasrohre dienen, in denen innenliegend elektrische Heizdrähte vorgesehen sind.
Nach der Erfindung kann die Wellenlänge des Energiemaximums des Emissionsspektrums des Strahlers mit der Wellenlänge des niedrigsten werts des Absorptionsmaximums 1 der zu verbrennenden Schadstoffe übereinst imraen Dadurch wird mit geringstem Energieaufwand eine optimale Aufheizung der Schadstoffe erfolgen, die gasförmig, staubförmig oder als aerosole organische Verbindungen auftreten können.
In vorteilhafter Weise können zur Erhöhung des Reinigungsgrades mehrere Strahler mit unterschiedlichen Emissionsspektren vorgesehen sein wobei die Wellenlängen der Alaximalenergien dieser Emissionsspektren und die Wellenlängen der Absorptionsmaxima der Absorptionsspektren der Schadstoffe jeweils etwa gleich sind. Durch die Abstimmung der verschiedenen Strahler kann die aufzuwendende Energie besonders klein gehalten werden und es sind bei optimaler Reinigungsleistung Bauaufwand und Instandhaltung der Vorrichtung besonders günstig.
Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades können Strahlersein mit Linien- oder Bandspektren vorgesehen, wobei die Wellenlängen der Linien oder Bänder der Strahler den Wellenlängen der Absorptionsminima der Schadstoffe entsprechen. Weist ein Schadstoff mehrere Absorptions extremwerte auf, so wird zweckmäßigerweise die Wellenlänge des Energieraaximuras des Strahlers der Wellenlänge des größ-ten Absorptionsextremwerts zugeordnet. DIan erhält so eine optimale Oxydation.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann in vorteilhafter Weise die Oxydation der Schadstoffe dadurch wesentlich beschleunigt werden, daß zusätzlich mindestens ein Strahler vorgesehen ist, der im zu oxydierenden Abgas Ozon erzeugt. Dies hat sich insbesondere bei der CO-Verbrennung bewährt. Insbesondere finden hier UV-Strahler Einsatz.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Anwendung von Strahlern bei gleichbleibender Reinigungstemperatur gegenüber den seither bekannten Vorrichtungen nur etwa der zehnte Teil der Verweilzeit erforderlich ist,gleichzeitig ist mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen eine wesentlich grössere Reinigungsleistung bei geringerem Energieverbrauch besonders umweltfreundlich möglich.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich. aus der nachfolgenden Beschreibung, anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsscnitt durch die schematische Darstellung einer Brennkammer und Fig. 2 das Emissiönsspektrum eines Strahlers und die Zuordnung der Absorptionsw spektren der zu oxydierenden Schadstoffe.
Bei einer in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten Vorrichtung wird das zu reinigende Abgas silber eine Zuführung 1 zwischen einen Außenmantel 2 und einen Innenmantel 3 eingeleitet. Auf der Innenseite des im.
Querschnitt runden Innenmantels 3 sind am Umfang Strahler 4 angeordnet. Die Strahler 4 bestehen aus Heizstäben 5, beispielsweise aus Quarzglasrohren, in denen elektrische Heizleiter angeordnet sind. Die Heizstäbe 5 sind entweder einzeln oder auch zu mehreren in Strahlergehäusen 6 vorgesehen, die zur Verhinderung einer Wärmekonfektion durch strahlungsdurchlässige Abdeckungen 7, beispielsweise aus Quarzglas, gegen die Brennkammer 8 hin abgedeckt sind, durch die hindurch nach einer Umlenkung die zu reinigenden Abgase geführt werden. Durch die Strahler 5 werden elektronagnetische Wellen abgestrahlt, durch die ohne wesentliche Erwärmung der Abgase die zu oxydierenden Schadstoffe erhitzt und so zur Reaktion mit dem in den Abgasen enthaltenen Sauerstoff gebracht werden.
Die Lange und der Querschnitt der Brennkammer 8 ist so bemessen, daß bei der entsprechenden Durchströmungsgeschwindigkeit der Abgase eine ausreichende Verweilzeit zur Verbrennung der Sclladstoffe gesichert ist.
Das gereinigte Abgas wird über einen Abzug 9 abgeführt.
Zur Wärmerückgewinnung kann das abzuführende Abgas in an sich bekannter Weise über einen Wärmetauscher das noch zu reinigende Abgas erhitzen.
In Fig. 2 ist das Emissionsspektrum 10 eines Strahlers bei einer bestimmten Strahlertemperatur dargestellt, wobei die abgestrahlte Energie B pro Flächeneinheit und Zeit über der Wellenlänge A der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen aufgetragen ist. Die Temperatur des Strahlers wird nun so gewählt, daß das Energiemaximum 11 des Emissionsspektrums mit dem Energieminimum des Absorptionsmäxima j12 (121) zusammenfällt.
Sind im Abgas mehrere Schadstoffe vorhanden, so sind Absorptionsspektren 12 mit unterschiedlichen Energien gegeben. Zur optimalen Abgasreinigung können dann mehrere Strahler F unterschiedlicher Teraperatur und auch mit unterschiedlichen Emissionsspektren eingesetzt werden, wobei die Energiemaxima der einzelnen Strahler so abgsestimmt werden, daß sie sie mit den Wellengen der Absorptionsmaxima der Schadstoffe susamnenfallen.
eist ein Schadstoff mehrere Band- oder Linienspektren unterschiedlicher Energie aufS so wird der diesem Schadstoff zugeordnete Strahlt: mit der Wollenlänge des Band- oder Linienspekrums höchster Absorptionsenergie abgestimmt, um so bei geringstem Energieaufwand eine größtmögliche Energie vom Strahler auf den Schadstoff übertragen zu könnens Die Oxydation kann wesentlich dadurch erhöht werden, daß mindestens ein Strahler in der Brennkammer 8 vorgesehen ist, der einen Teil des in den Abgasen enthaltenen Sauerstoffs ionisiert und so eine Ozonbildung hervorruft, durch die auch schwer oxydierbare Schadstoffe bei geringem Energieaufwand oxydierbar werden.

Claims

Patentanspr üche

1. Vorrichtung zur thermischen Reinigung von Abgasen oder Abluft, bei der die im Abgas enthaltenen brennbaren Bestandteile in einer Brennkammer unter Zufuhr von Energie oxydiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (8) mindestens ein elektromag netische Wellen abstrahlender Strahler (4) vorgesehen ist, durch den die zu oxydierenden Schadstoffe unter Strahlungsenergieabsorption erhitzbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (8) mehrere Strahler (4) im Bereich der Kammerwand vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerrückwand strahlungsrefelektierend ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (4) durch eine strahlungsdurchlässige Abdeckung (7) gegen die Brennkammer (8) hin abgedeckt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Abdeckung (7) aus (uarzglas besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Brennkammer (8) strahlungsreflektierend ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit zylindrischer Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (4) -wendelförmig am Innenumfang der Brennkammer (8) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (4) als Quarzglasrohr mit innenliegendem elektrischen heizdraht ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (4) ein kontinuierliches Emissionsspektrum aufwe-ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch geknnzeichnet, daß die Wellenlänge des. Energiemaximums des Emissionsspektrums (10) des Strahlers (4) und die Wellenlänge des niedrigsten Wertes des Absorptionsmassimums ,(121) der zu verbrennenden Schadstoffe gleich sind (ig, 2).

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Strahler (4) mit unterschiedlichen Emissionsspektren vorgesehen sind, wobei die Wellenlängen der iqaximalenergien dieser Emissionsspektren mit den Wellenlängen der Absorptionsmaxima ) der Absorptionsspektren der den Strahlern (4) zugeordneten Schadstoffen jeweils etwa gleich sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Strahler (4) mit Linin- oder Bandspektren vorgesehen sind, wobei die Wellenlängen der Linien oder Bänder der Emissionsspektren der Strahlen den Wellenlängen der Maxima der Absorptionsspektren (121) der Schadstoffe entsprechen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Absorptionsextremwerten der Schadstoffe die Wellenlänge des Energiemaximums des Strahlers (4) der Wellenlänge der großteil Absorpt-ionsenergie des Absorptions spektrums (12) des Schadstoffs zugeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens ein Strahler (4) vorgesehen ist, der zur Oxydationsunterstützung im Abgas Ozon erzeugt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (4) ein Ultraviolettstrahler ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausnutzung der Reaktionswärme in an sich bekannter Weise ein Wärmetauscher vorgesehen iste

17. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch in der Brennkammer (8) ein allseitig abstrahlender Strahler (4) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerrückwand und/oder die Brennkammerwand zur Strahlungsrefiexion mit einer Goldauflage versehen ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (4) bzw. deren strahlungsdurchlässige Abdeckungen (7) eine geschlossene Fläche bilden.

Leerseite