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Vorrichtung zur Nachverbrennung schadstoffbeladener Gase
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachverbrennung von Abgasen,
insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine.
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Verbrennungskraftmaschinen, gewisse Feuerungen, Aggregate der Verfahrenstechnik
oder der Nahrungsmittelteclll,/G, wie beispielsweise der Zuckerfabriken, imitieren
schadstoffbeladene Abgase oft großer Volumina mit relativ geringen Schadstoffkonzentrationen
im Abgas. Andererseits existieren vor allen Dingen aus neuerer Zeit Vorschriften,
die eine Nachverbrennung oder Beseitigung dieser Schadstoffe verlangen.
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Bei brennbaren Schadstoffen ergab sich oft das Problem, daß wegen
der geringen Konzentrationen ganz erhebliche Brennstoffmengen zur Beseitigung dieser
Abgase eingeführt werden mußten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mengen solcher schadstoffbeladener
Abgase möglichst zu reduzieren und die Nachverbrennungsanlagen in ihrer Kapazität
möglichst zu verkleinern, hierbei aber trotzdem auf wesentlich aufwendigere mechanische
oder elektrische Filter zu verzichten.
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Erreicht wird dies bei einer Vorrichtung zur Nachverbrennung schadstoffbeladener
Gase, insbesondere von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine durch eine Schadstoffe
konzentrierende Fliehkraftentstaubungseinrichtung vor der Nachbrennkammer.
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Vorzugsweise ist die Fliehkraftentstaubungseinrichtung so ausgebildet,
daß sie die Schadstoffe in einem Teilstrom aufkonzentriert, den gereinigten komplementären
zweiten Teilstrom aber abbläst.
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Zweckmißig handelt es sich bei der Fliellkraftentstaubungseinrichtung
um einen Zyklon, insbesondere eine Multizyklonanlage.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Ereindung ist die Fliehkraftentstaubungseinrichtung
einer an sich bekannten Speicher- und Mischkammer, Beruhigungskammer genannt, zugeordrlet
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Hierhei kann insbesondere die Fliehkraftentstaubungseinrichtung baulich
mit der Beruhigungskalllmer vcrcinigt, insbesondere über dieser angeordnet sein.
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Nach einer konstruktiven vorteilhaften Verwirklichungsform durchsetzt
das Staubaustrittsrohr des Zyklons die Einlaufspirale für die Frischluft und mündet
im Bcginn des sich erweiternden Mischkonus der Mi schkammer.
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Isahlweise ist es auch möglich, die mit noch brennbaren Partikeln
aufkonzentrierten Gase zu einer eigenen Nachverbrennungsanlage zu führen.
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handelt es sich um dampf- oder gasförmige Schadstoffe, die sich mit
technischen blittcln auskondensieren lassen, so wird man mit solchen Schadstoffen
beladene Luft, inshesondere vor Eintritt in den Zyklon, zum Auskondensieren der
Dämpfe oder Gase im Zyklon kühlen (beispielsweise mit Benzindämpfen beladene Luft).
Der Zyklon kann mit Kühlwänden oder doppelten Wänden, die gekühlt sind, etc. ausgestattet
scin.
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Mit t den Maßnahmen nach der Erfindung st es also möglich, Ahgase
aus einer Feuerungsanlage (für die Energieerzeugung, zur verfahrenstechnischen Behandlung
von technischen Produkten oder Naturprodukten etc.), einem Verbrennungsnotor oder
sonstigen technischen Anlagen, die eine unerlaubte Konzentration an brennbaren Schadstoffen
in fester und/oder flüssiger Form aufweisen so zu behandeln, daß ein Teil des Abgasstroms
mit der Zyklonanlage angereichert wird, durch
die Speicher- und
Mischkammer mit Frischluft als Sauerstoffträger homogen gemischt und anschließend
mittels eines geeigneten Brennersystems nachverbrannt werden.
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Nach der vorzugsweisen Ausführungsform werden die Abgase zunächst
in eine Zyklonanlage geführt, die aber anders als bisherige Zyklone gefahren wird:
die Anlage wird nicht so betrieben, daß eine Mengenabscheidung der Schadstoffe vorgenommen
wird, vielmehr eine Aufkonzentration in einer Teilgasmenge, die je nach Partikel-
bzw. Korngröße der Schadstoffe zwischen 10 und 50% des Gesamtstroms liegen kann.
Der mit Schadstoffen stark angereicherte Strom wird dann in der (an sich bekannten)
Beruhigungskammer mit so viel Frischluft vermischt, daß ein Sauerstoffgehalt von
15 bis 16% nicht unterschritten wird. Teilmaßnahmen sind aus der DE-OS 27 46 011
bekannt und werden hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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Liegt dagegen der Sauerstoffgehalt des Abgasstromes über 15%, so kann
die Mischkammer auch entfallen. Dieses mit Schadstoffen angereicherte Gemisch (hohe
Schadstoffverdichtung) wird nun einem beliebigen Verbrennungssystem zugeführt. Die
verbrennbaren Anteile der Schadstoffe können dann je nach Verfahrensführung bzw.
Brennersystem und Brennstoff bis unter die Nachweisgrenze ausgebrannt werden.
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Hierbei ist sowohl die Rückführung in die Verbrennungsanlage wie eine
eigene Nachverbrennung möglich.
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Bei einer Aufkonzentration der Schadstoffe von nur 1 : 2 kann entsprechend
die Nachverbrennungsanlage in der Kapazität verkleinert werden (50%). Bei einer
höheren Aufkonzentration kann die Anlage auf 50 bis 10% des sonst notwendigen Aufwandes
verkleinert
und damit billiger werden.
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Schwierig zu behandelnde Schadstoffe, beispielsweise Korngrößen im
Feinstaubbereich (unter lOjim) können konzentriert und ausgebrannt werden. Wie oben
erwähnt, können technisch aufwendige Sonderanlagen wie Elektrofilter, Schlauch-
oder Tuchfilter etc. durch einfache Apparaturen ersetzt werden.
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Der Brennstoffbedarf dieser Nachverbrennungsanlage kann um die Hälfte
bis auf ein Zehntel einer herkömmlichen Anlage, das ist eine Anlage, die bisher
den gesamten Luft/Schadstoffstrom verbrennen muß, gesenkt werden.
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Obwohl dies nicht besonders herausgestellt ist, bleiben natürlich
die Vorteile der Abgasrückführung wie die Wärmerückgewinnung sowie die Verminderung
der NOx -Emission bestehen.
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Handelt es sich bei Träger für die Schadstoffe um relativ reine Luft,
was der Fall ist, wenn die Schadstoffe beispielsweise aus Zellstoff-, Zuckerrohr-
oder Holzstaubpartikeln bestehen, so besteht der weitere Vorteil, daß aufgrund der
Zyklonzwischenschaltung diese Luftmengen (bis zu 90% der zu behandelnden Gesamtvolumina)
nicht zu Abgasen werden, sondern über das Tauchrohr des Zyklons direkt ins Freie
geblasen werden können. Diese Luft wird dann somit überhaupt nicht mit Verbrennungsgasen
wie CO, CO2, Schwefel oder dergleichen, beladen.
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Die relativ geringen Mengen lassen sich aufgrund der geringen Volumina
auch dann besser behandeln.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug
auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in Fig. 1
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 eine Gesamtanordnung
zur Verwirklichung der Maßnahme nach der Erfindung; und Fig. 3 eine Gesamtanordnung
nach der Erfindung anderer Art.
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Nach Fig. 1 ist die Fliehkrafteinrichtung 6 als Zyklon bzw.
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Multizyklon (nach dieser Figur beides möglich) ausgebildet und ist
baulich mit einer Mischkammer 7 vereinigt. Der Austrittsstutzen 3 des Zyklons ist
durch die Einlaufspirale 11 der Mischkammer 7 geführt und mündet im oberen Teil
des sich nach unten erweiternden Mischkonus 14.
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Der Zyklon 6 ist in an sich bekannter Weise aufgebaut, d.h.
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mit tangentialem Einlaß 1, Stauebene 12, Tauchrohr 8, Zugklappe 9,
konische sich verjüngende Ausbildung des eigentlichen Zyklons 6 und Austrittsstutzen
3. Die hiermit vereinigte Mischkammer hat am Kopf eine Frischluftzuffihrung 4 mit
Einlaufspirale 11, einem Regler 18 im Einlauf der Mischkammer sowie mitten in der
Mischkammer einer Prallplatte 13 zwischen sich erweiterndem Mischkonus 14 und sich
verengendem zum Auslaßkanal 5 divergierendem Konusteil.
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Mit Schadstoff beladene Luft bzw. mit Schadstoff beladenes Abgas tritt
bei 1 ein, das gereinigte Gas tritt axial durch das Tauchrohr 8 aus. Ein Ast der
tangential durch den Rohgaseintritt zugeführten Primärströmung, deren Ausbreitung
nach oben durch die feste Stauebene 12 verhindert wird, dreht sich als Reibungsströmung
wendelförmig nach unten bis zum Rohgasaustrittsstutzen 3 und nimmt auf diesem Wege
- im Verein mit der Fallbeschleunigung - die in ihn ausgetragenen Staub- oder sonstigen
Teilchen mit. Ein zweiter Ast, in dem die Hauptmenge des Rohgases mitgeführt wird,
1' Pl Å n r,
spaltet sich kurz vor dem Obergang in den konischen
Teil vom ersten Ast ab und verläuft durch das Tauchrohr nach oben. Etwa an der Obergangsstelle
befindet sich eine starke Wirbelsenke mit einem starken Fliehkraftfeld, in dem die
Teilchen an die Wände des zylindrischen Entstauberoberteils geschleudert werden,
von wo ihr Abtransport durch den ersten Ast der Primärströmung erfolgt. Wichtig
ist es, daß beim Einströmen die Teilchen weit außen zugeführt werden, da besonders
kleine Teilchen sich bei zu geringen Fliehkräften sonst nicht ausscheiden. Auf die
das Staubkorn besonders ansammelnden kleineren in sich geschlossenen Sekundärströmungen
soll hier nicht eingegangen werden, da die Wirkungsweise eines Zyklons dem Fachmann
an sich bekannt ist. Das praktisch völlig gereinigte Gas entweicht also über das
Taurohr 8 unter der Einwirkung der Zugklappe 9 bei 2 nach außen, das hinsichtlich
seiner Schadstoffkonzentration stark angereicherte Gas gelangt durch die gegebenenfalls
getätigte Mengenstromregelung 10 mit Drallerzeuger aus dem Austrittsstutzen 3 in
die Mischkammer 7 und wird dort von der tangential umströmenden Frischluft, die
bei 4, gegebenenfalls unter Sauerstoffregelung bei 18, eingeführt wurde.
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Im Mischkonus 14 erfolgt eine Vermischung der angereicherten Schadstoffe
mit der Frischluft (für den Fall, daß das Trägergas für die Schadstoffe nicht ausreicht,
Sauerstoff enthielt) bis zur möglichst vollkommenen Durchmischung.
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Die Prallplatte 13, auf die der Strom trifft, bewirkt nicht nur eine
Dämpfung der Druckstöße bzw. Gasschwingungen, erzwingt vielmehr auch eine Strömungsumkehr,
die die Durchmischung weiter begünstigt.
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Nach Umströmen der Prallplatte 13 erreicht das Luft-Schadstoffkonzentratgemisch
den Mischluftkanal 5 und wird einem Brenner, einer Brennkammer, gegebenenfalls einer
Verbrennungskraftmaschine, zugeführt.
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Eine komplette solche Anlage mit interner Rückführung in die Verbrennungszone
zeigt Fig. 2, wobei die gleichen Bezugszeichen gleiche Bedeutung wie in Fig. 1 haben.
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Rohgas 1 tritt aus der schematisch angedeuteten Brennkammer 16, es
kann sich auch um einen Feuerraum handeln, erreicht die Zyklonanlage wobei nach
Durchströmung von Zyklonanlage/Mischkammer gereinigte Rohgase bzw. abgebrannte Rohgase
in den Schornstein geleitet werden.
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Der konzentrierte Teil wird nach Vermischung mit Luft 4 in den Mischkammern
7 (Multizyklonanlage) als Gas 5 einem Ventilator 15 zugeführt und dann zum Feuerraum
bzw. in die Brennkammer 18'rückgeführt, wo zur vollständigen Verbrennung Brennstoff
zugesetzt wird. In diesem Fall erfolgt die Luftzuführung in Zyklon/Mischkammer.
Im Brenner gibt es also die Unterteilung Primärluft/ Sekundärluft nicht.
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Eine Ausführungsform mit externer Rückführung zeigt Fig. 3, wobei
wieder die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
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Aus einer Feuerung, einer Brennkammer oder einem Verbrennungsmotor
oder sonstigen technischen Anlagen wird das Rohgas in den Zyklon und die Mischkammer
7 geführt.
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Gereinigte, Abgase treten bei 2 in den Schornstein. Nach Frischluftzuführung
bei 4 erreicht das Gasgemisch den Ventilator 15 und die Nachverbrennungseinrichtung
18, bei der es sich um eine Feuerung oder um einen Abgasbrenner handeln kann, dem
über 20 Brennstoff zugeffihrt wird. Die möglichst zu 100% ausgebrannten Abgase verlassen
die Anlage über den Schornstein 19.
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Die Maßnahme nach der Erfindung schafft allgemein einen erheblich
erweiterten Arbeitsbereich für ein Zyklonsystem; unabhängig von der wesentlichen
Vereinfachung gegenüber dem Einsatz der herkömmlichen Tuchfilter oder auch Elektrofilter.
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Durch die Kombination von Zyklon und Misch- bzw. Beruhigungskammer
wird der Bereich, in dem wirksam gearbeitet werden kann, erheblich vergrößert.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Tauchrohr
als Einlaufstutzen für Frischluft dienen, wobei die mit Schadstoff beladenen Abgase
beispielsweise über die Spirale in die Mischkammer zugeführt werden. Ober die Einlaufspirale
des Zyklons würde dann ein Teilstrom aus einer Vielfachzyklonanlage, die wegen den
unterschiedlichen Teilchengrößen und den dadurch bedingten unterschiedlichen Radialbeschleunigungen
notwendig sein kann, zugeführt.
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