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Verfahren zum Nachverbrennen kohlenstoff-
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haltiger Rauchgase Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Nachverbrennen kohlenstoffhaltiger Rauchgase, das besonders vorteilhaft ist zur
Nachverbrennung der in Tunnelöfen der keramischen Industrie anfallenden kohlenstoffhaltigen
Rauchgase.
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In der keramischen Industrie werden zur Verringerung des spezifischen
Gewichtes und der Wärmeleitfähigkeit von keramischen Rohstoffen dem Rohmaterial
vielfach Porosierungsstoffe zugeschlagen. Diese Porosierungastoffe können natürlicher
Art, wie z.B. Sägemehl, oder chemische Stoffe sein. Beiden Varianten ist gemeinsam,
dass sie während des Brennprozesses bei Temperaturen ausgasen, die erheblich unter
der Zündtemperatur liegen.
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Durch die Eigenart keramischer Brennöfen, welche als Gegenstromwärmetauscher
arbeiten, gelangen diese unverbrannten kohlenstoffhaltigen Gase in den Abluftschlot,
ohne zuvor oxydiert worden zu sein. Dadurch werden in vielen Fällen die zulässigen
Immisionswerte erheblich überschritten und es tritt zudem insbesondere bei Sägemehlzuschlag
eine starke Geruchsbelästigung auf.
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Bekannt sind bereits durch Rauchgas betriebene Nachverbrennungsanlagen,
bei denen durch einen nachgeschalteten Rekuperator ein Teil der zur Aufheizung auf
die Zündtemperatur notwendige Wärmemenge zurückgewonnen wird, um die Verbrennungsluft
für die Feuerung vorzuheizen. Dieses Verfahren kann bei grobkeramischen Öfen jedoch
nicht eingesetzt werden, da die Rauchgasmengen hier wesentlich grösser sind als
die benötigten Verbrennungsluftmengen und weil es ausser dem Trockner keinen grossen
Wärmeverbraucher gibt, in dem die zurückgewonnene Wärme sinnvoll verwertet werden
könnte. Der Wärmebedarf des Trockners wird aber grösstenteils von der Ofenabwärme
gedeckt.
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Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Nachverbrennen
kohlenstoffhaltiger Rauchgase zu schaffen, das geeignet ist, die Rauchgase von unverbranntem
Kohlenstoff zu reinigen und den Energieinhalt des unverbrannten Kohlenstoffes für
die Wärmebilanz nutzbar zu machen. Dabei soll des weiteren erreicht werden, dass
sich der Energieinhalt des unverbrannten Kohlenstoffs nicht als zusätzlicher Wärmeanfall
vom Ofen, sondern als Verminderung der notwendigen Brennstoffzufuhr und somit als
Energieeinsparung auswirkt, vor allem aber, dass mit geringem Aufwand eine vollständige
Verbrennung aller Kohlenstoffbestanzteile im Rauchgas gewährleistet ist.
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Gemass der Erfindung ist das Verfahren zum Nachverbrennen kohlenstoffhaltiger
Rauchgase dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgas strom des Ofens in dem Temperaturbereich
oberhalb der Zündtemperatur der kohlenstoffhaltigen Rauchgase in zwei Teilströme
einstellbarer Menge unterteilt wird, von denen der eine Rauchgasteilstrom dem Ofen
entnommen und abgeführt wird und von denen der andere z.B. in der Vorwärmzone eines
Tunnelofens durch Ausgasen der dem Brenngut beigegebenen Porosierungsstoffe mit
Kohlenstoff angereicherte Rauchgasteilstrom in der Nähe der Ofeneinfahrt abgesaugt
und im Bereich zwischen der Brennzone und der Kühlzone des Ofens und/oder der Brennzone
in diesen zurückgeführt wird.
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Vorteilhaft ist es hierbei des weiteren, den dem Ofen entnommenen
Rauchgasteilstrom durch einen Rekuperator oder einen Regenerator und/oder den an
der Ofentür abgesaugten Rauchgasteilstrom ebenfalls durch einen Rekuperator oder
Regenerator, vorzugsweise im Gegenstromprinzip zu dem dem Ofen entnommenen Rauchgasteilstrom
durch den gleichen Erhitzer hindurchzuführen.
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Der von den Rauchgasteilströmen dtjrchströmte Regenerator ist hierbei
zweckmässigerweise zur Bindung von umweltschädlichen Immisionen wie Fluor und Schwefel
mit einem geeigneten Wärmeträger, z.B. mit einem kalkhaltigen Material,zu bestücken.
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Durch das erfindungsgemässe Verfahren ist es auf einfache Weise möglich,
die Rauchgase eines Ofens von unverbranntem Kohlenstoff zuverlässlg zu reinigen
und dessen Energieinhalt für die Wärmebilanz nutzbar zu machen, so dass mit geringem
baulichen Aufwand eine erhebliche Energieeinsparung und damit eine wirtschaftlichere
Verfahrensweise als bisher zu erzielen ist. Bei Beachtung der Möglichkeiten zur
Reduzierung der Rauchgasmenge kann die Wirtschaftlichkeit eines Ofens gegenüber
dem normalen Betrieb selbst dann verbessert werden, wenn der Energieinhalt der ausgegasten
Kohlenstoff-Bestandteile nicht berücksichtigt wird. Da diese jedoch selbst einen
Beitrag zur Energiebilanz leisten können, der je nach Gewichtsanteil im Brennprodukt
unterschiedlich hoch ist, so ergibt sich, dass bei dem erfindungsgemässen Verfahren
nicht nur eine vollständige Verbrennung aller Kohlenstoffbestandteile im Rauchgas
sichergestellt ist, sondern auch noch eine mehr oder weniger grosse Energieeinsparung
erreicht wird.
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Weitere Einzelheiten des erfindungsgemässen Verfahrens zum Nachverbrennen
kohlenstoffhaltiger Rauchgase sind der Zeichnung, in der schematisch ein in der
keramischen Industrie verwendeter Tunnelofen mit Luftmengen-Flussbild der Rauchgasströme
dargestellt
ist, in Verbiiiduiig mit der diese erläuternden Beschreibung
zu entnehmen.
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Der schematisch ddrgesteLlte und mit 1 bezeichnete Tunnelofen, bei
dem das Verfahren zum Nachverbrennen kohlenstoffhaltiger Rauchgase in vorteilhafter
Weise angewandt ist, ist in eine Aufheizzone 3, eine ßrenrl- oder Feuerzone 4 und
in eine Kühlzone 5 unterteilt. Diese einzelnen Zonen des Tunnelofens 1 werden nacheinander
von dein durch einen Pfeil gekennzeichneten Brenngut 2 durchlaufen, das durch eine
Ofeneinfahrt 6 in den Ofen 1 eingefahren wird.
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Im Unterschied zu dem bisher üblichen Tunnelofenbetrieb, bei dem die
gesamte Menge des Rauchgasstromes 11 an der Ofeneinfahrt 6 abgezogen wird, wird
bei dem erfindungsgemässen Verfahren der Rauchgasstrom 11 in zwei Teilströme 12
und 13 aufgespalten. Der eine Teilstrom 12 wird hierbei in einem Bereich oberhalb
der Zündtemperatur der Kohlenstoffe abgesaugt, der andere Telistrom 13 durchläuft
dagegen den Ofen 1 bis zur Einfahrt 6 und wird an der Stelle der normalen Rauchgasabsaugung
abgezogen. Der Rauchgasteilstrom 13, der den aus den den Erzeugnissen 2 beigegebene
Porosierungsstoffen ausgasenden Kohlenstoff aufnimmt und zu dem durch Falschlufteinbrüche
ein Frischluftanteil 14 hinzukommt, wird als Rauchgasstrom 15 hinter die Brenn-oder
Feuerzone 4 in den Ofen 1 zurückgeführt und dort im Bereich zwischen der Feuerzone
4 und der Kühlzone 5 wider eingeblasen.
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Auf diese Weise ist sichergestellt, dass nur Rauchgase den Ofen 1
verlassen können, die mit Sicherheit oKydiert sind und somit keine unverbrannten
Kohlenstoffe mehr enthalten, da sie in einem Temperaturbereich oberhalb der Zündtemperatur
abgezogen worden sind.
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Der Rauchgasteilstrom 13, der im Verlauf seines Weges zur Ofeneinfahrt
6, wie bereits erwähnt, die unverbrannten ausgegasten Kohlenstoffanteile aufnimmt,
wird nochmals durch die Feuerzone 4 gezogen, so dass er in jedem Fall auf Temperaturen
oberhalb der Zündtemperatur aufgeheizt wird. Dadurch verbrennen alle noch in dem
rückgeführten Rauchgasstrom 15 enthaltenen unverbrannten Bestandteile.
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Da der dem Ofen 1 entnommene Rauchgasteilstrom bei seinem Abzug eine
sehr hohe Temperatur aufweist, ist es zweckmässig, diesen Raustgasteilstrom 12 die
wärmeaufnehmende Seite eines Rekuperators oder eines Regenerators 21' durchlaufen
zu lassen, dessen wärme abgebende Seite zweckmässiger von dem anderen Teilstrom
15 durchflossen wird. Dadurch wird der grösste Teil des Energieinhaltes des dem
Ofen 1 entnommene Rauchgasteilstrom 12 in den Gesamtprozess zurückgeführt. Trotz
der etwas höheren Temperatur des Rauchgasteilstromes 12 nach Verlassen des Rekuperators
21 ist dadurch kein höherer Energieverlust zu erwarten, da die Rauchgasmenge des
Teilstromes 12 kleiner ist als die Rauchgasmenge eines normal betriebenen Tunnelofens.
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Bei Verwendung eines Regenerators 212 anstelle des Rekuperators21
zur zusätzlichen Erwärmung des Teilstromes 15 ist es angebracht, diesen mit Kalkstein
als Wärmaträger: zu bestücken. Dadurch werden in dem Rauchgasteilstrom 15 enthaltene
umweltschädliche Immisionen wie z.B. Schwefel und Fluor gebunden.
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Während der Teilstrom 13 gegenüber dem normalen Tunnelofenbetrieb
nicht geändert werden kann, da die pro Zeiteinheit geförderte Luftmenge in etwa
der pro Zeiteinheit transportierten Brenngutmenge entsprechen muss, hängt die Grösse
des Rauchgasteilstromes 12 von drei Strömen ab, die in ihrer Grösse zumindest teilweise
beeinflusst werden können.
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Dies ist zunächst der Teilatrom 18, der aus der Differenz der GesamtkUhlluftmenge
16 und der im allgemeinen zum Trockner abgezogenen Heissluftstrom 17 gebildet wird.
Der Teilstrom 12 kann
umso kleiner sein, je mehr Wärme vom Trockner
sinnvoll verarbeitet werden kann; er kann jedoch nicht vollständig ausgeschaltet
werden1 da sichergestellt werden muss, dass aus dem rückgefüiirten Hauchgasstrom
15 keine Teile in den Iieissluftstrom 17 zum Trockner gelangen, so dass immer ein
Druckabfall in Richturig der Feuerzone 4 vorhanden sein muss. Andererseits ist es
von der Ofenleistung her gesehen sinnvoll, einen Teilstrom 18 aufrecht zu erhalten,
da in diesem Bereich anderenfalls keine Küillung mehr erfolgen und somit die Ofenleistung
verringert würde.
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Ein weiterer Faktor1 der zur Grösse des Rauchgasstromes 12 beiträgt,
ist der Verbrennungsluftstrom 19, der in der Feuerzone 4 dem Ofen 1 zugeführt wird.
Der Verbrennungsluftstrom 19 ist je nach Feuerungsanlage unterschiedlich, kann jedoch
weitgehend reduziert werden.
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Der grösste Teilstrom, der die Menge des abgezogenen Rauchgasteilstroms
12 bestimmt, ist jedoch der Falsch- oder Frischluftanteil 14, der insbesondere im
Bereich der Ofeneinfahrt 6 infolge der Ofenundichtigkeiten in den Rauchgasstrom
13 eindringt. Er wird durch die Ofenkonstruktion und durch den Ofenunterdruck im
Bereich der Rauchgasabsaugung bestimmt.
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Durch die Reduzierung des dem Tunnelofen 1 entnommenenen Rauchgasteilstromes
12 können somit in der aufgezeigten Weise alle im Rauchgas enthaltenen Kohlenstoffanteile,
ohne grossen zusätzlichen Bauaufwand,und zwar auch die in der Vorwärmzone 3 aus
den den Erzeugnissen beigegebenen Porosierungsstoffen ausgasenden Kohlenstoffbestandteile
vollständig verbrannt werden, so dass vorgeschriebene Immisionswerte leicht einzuhalten
sind. Des weiteren wird durch die Verbrennung der Kohlenstoffbestandteile die Energiebilanz
des Tunnelofens 1 verbessert.