-
Die
Erfindung betrifft einen Ofen zur Verbrennung von mit organischen
Stoffen beladenen Abgasen mit einem langgestreckten, vorzugsweise
zylindrischen Verbrennungsraum, einem mit einem Flammrohr stirnseitig
achszentral in den Verbrennungsraum eingreifenden, öl- oder
gasgefeuerten Brenner, einem an dem dem Brenner gegenüberliegenden
Ende des Verbrennungsraums angeordneten Rauchgasstutzen für die bei
der Verbrennung entstehenden Rauchgase und einem seitlich an den
Verbrennungsraum angeschlossenen Eingangsstutzen für die zu verbrennenden
Abgase, wobei der Eingangsstutzen in Brennernähe in den Verbrennungsraum
mündet.
-
Die
Verbrennung ist die universellste und sicherste Methode der Abluftreinigung
und Abgasentsorgung zur Beseitigung brennbarer organischer Inhaltsstoffe.
Die schadstoffbeladene Luft wird in einem Verbrennungsofen auf so
hohe Temperaturen erhitzt daß die
organischen Stoffe im Wesentlichen zu Kohlendioxid und Wasser verbrennen.
Die erforderlichen hohen Temperaturen werden mit Hilfe des Brenners durch
eine Brennstoffflamme erzeugt, während
die beim Verbrennungsvorgang entstehenden Rauchgase entweder einem
Kamin oder einer Rauchgasreinigung zugeführt werden. Bei bekannten Verbrennungsöfen wird
als nachteilig empfunden, daß der Verbrennungsraum
bei gegebenem Abgasdurchsatz relativ lang ausgebildet werden muß, was zu
einer großvolumigen
Bauweise des Verbrennungsofens führt.
-
Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsofen
zu entwickeln, der bei gegebenem Abgasdurchsatz eine relativ kurze
Bauweise ermöglicht.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe werden die in den Schutzansprüchen 1 und 5 angegebenen Merkmalskombinationen
vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung geht
von dem Gedanken aus, daß die
zu verbrennenden Abgase auf einer möglichst kurzen Strecke auf
eine hohe Temperatur erhitzt werden, damit eine kurze Bauweise erzielt
werden kann.
-
Um
dies zu erreichen, wird gemäß einer
ersten Erfindungsalternative ein in dem Brennraum exzentrisch auf
der Seite des Eingangsstutzens angeordneter, an seinen Rändern zumindest
teilweise umströmbarer
Leit- und Prallschirm vorgeschlagen, dessen Innenfläche als
Leitfläche
für die
aus dem Brenner im wesentlichen axial in den Verbrennungsraum austretende
Flamme und dessen Außenfläche als Prall-
und Leitfläche
für die über den
Eingangsstutzen mit radialer Strömungskomponente
in den Verbrennungsraum eintretenden Abgase dienen. Der Leit- und Prallschirm
erstreckt sich dabei im Wesentlichen achsparallel vom Brenner aus über die
Weite des Eingangsstutzens hinweg und ist vorzugsweise als zum Verbrennungsraum
im wesentlichen konzentrisches, teilzylindrisch gekrümmtes Blech
ausgebildet. Mit diesen Maßnahmen
wird erreicht, daß die
in den Verbrennungsraum einströmenden
Abgase nicht unmittelbar auf die Brennerflamme treffen, sondern zunächst an
der Außenfläche des
Leit- und Prallschirms und an der Wandung des Verbrennungsraums
auf kürzester
Strecke vorgeheizt und verwirbelt werden, so daß sie beim Auftreffen auf die
Flamme auf sehr kurzer Strecke auf Flammtemperatur gelangen.
-
Eine
weitere Verbesserung oder alternative Ausgestaltung der Erfindung
sieht vor, daß in
Strömungsrichtung
hinter dem Eingangsstutzen mindestens ein achszentral angeordnetes,
quer zur Längsachse
des Verbrennungsraums ausgerichtetes Prallblech angeordnet ist,
das einen kleineren Durchmesser als der Verbrennungsraum und Durchbrüche für den Flammendurchtritt
aufweist.
-
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Prallblech
in lichtem Abstand vom freien Ende des Leit- und Prallschirms angeordnet
ist und vorzugsweise über
achsparallele Stege mit dem Leit- und Prallschirm verbunden ist.
Mit diesen Maßnahmen
wird erreicht, daß die
Flamme in ihrer axialen Ausdehnung verkürzt und die auf das Volumen
innerhalb des Verbrennungsraums bezogene Wärmequelldichte erhöht wird.
Eine Folge hiervon ist, daß mit
einem handelsüblichen Öl- oder Gasbrenner
im Verbrennungsraum eine Temperatur bis zu 1100 °C erzielt wird, die bei ausreichender
Sauerstoffzufuhr zu einer nahezu vollständigen Oxidation der im Abgas
enthaltenen organischen Substanzen auf kürzestem Verbrennungsweg führt.
-
Eine
weitere Verbesserung in dieser Hinsicht wird dadurch erzielt, daß im Verbrennungsraum
zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete, durchbrochene Prallbleche
angeordnet sind, und daß im Abstandsbereich
zwischen den Prallblechen sich eine ringförmige Einschnürung des
Verbrennungsraums befindet. Die Einschnürung wird durch einen radial
in den Verbrennungsraum eingreifenden, zur Längsachse des Verbrennungsraums
konzentrischen Ring gebildet. Eine weitere Einschnürung des Verbrennungsraumquerschnitts
kann auch im Abstandsbereich zwischen dem Rauchgasstutzen und einem
benachbarten Prallblech vorgesehen werden. Die ringförmigen Einschnürungen und
die Prallbleche sorgen innerhalb des Verbrennungsraums für eine intensive
Verwirbelung und Durchmischung der zu verbrennenden Abgase mit dem
flammenbildenden Gas, wobei die Durchbrüche in den Prallblechen den
Flammendurchgriff entlang der Strömungsstrecke erleichtern.
-
Vorteilhafterweise
ist das den zylindrischen Verbrennungsraum begrenzende Metallrohr
in einem wärmeisolierten
Gehäuse
angeordnet. Alle Bauteile bestehen zweckmäßig aus einem hochwarmfesten Stahl.
Das Gehäuse,
das vorzugsweise eine im wesentlichen quaderförmige Gestalt aufweist, wird
zur Erzeugung des natürlichen
Durchzugs zweckmäßig mit
schräg
nach unten weisender brennerseitigen Stirnfläche und mit schräg nach oben
weisendem Rauchgasstutzen aufgestellt. An den Rauchgasstutzen kann
dabei ein nach oben weisender Schornstein angeschlossen werden,
während
der in Brennernähe angeordnete
Eingangsstutzen vorzugsweise von unten her an ein gegebenenfalls
mit einem Gebläse
bestücktes
Abgasrohr angeschlossen werden kann.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird bevorzugt zur Verbrennung von flüchtigen Geruchs- und Giftstoffen
eingesetzt. Dazu gehören
insbesondere die Verbrennung von Räucherei- und Bäckereiabgasen,
von Abgasen aus Kautschuk-Temperieröfen und von flüchtigen
organischen Lösungsmitteln. Eine
weitere Verwendungsmöglichkeit
besteht in der Nachverbrennung von Motorabgasen.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer
Weise dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen
-
1 eine
perspektivische Seitenansicht eines Abgas-Verbrennungsofens;
-
2 einen
Längsschnitt
durch den Verbrennungsofen nach 1;
-
3 einen
Schnitt entlang der Schnittlinie III-III der 2;
-
4 einen
Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der 2;
-
5 einen
Schnitt entlang der Schnittlinie V-V der 2.
-
Der
in 1 gezeigte Verbrennungsofen ist beispielsweise
zur Verbrennung von Räuchereiabgasen
bestimmt. Er enthält
ein im wesentlichen quaderförmiges
Gehäuse 10,
in welchem ein Verbrennungsrohr 12 mit einem zylindrischen
Verbrennungsraum 14 angeordnet ist, einen in einem stirnseitigen
Brennergehäuse 16 angeordneten,
an das Verbrennungsrohr 12 angeschlossenen, mit Heizöl oder Heizgas beaufschlagbaren
Brenner 18, einen an einem Rauchgasstutzen 20 des
Verbrennungsrohrs 12 angeschlossenen Kamin 22 und
einen an ein Abgasrohr 23 beispielsweise einer Räucherkammer
angeschlossenen, seitlich in den Verbrennungsraum 14 mündenden
Eingangsstutzen 24 für
das zu verbrennende Abgas. Das Verbrennungsrohr 12 ist
innerhalb des Gehäuses 10 mittels
Steinwolle 26 nach außen hin
wärmeisoliert.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Verbrennungsofen mit Hilfe der Tragstützen 28 mit schräg vom Brenner 18 zum Rauchgasstutzen 20 nach
oben weisendem Verbrennungsraum 14 auf einer ebenen Dachfläche 30, durch
die das Abgasrohr 23 nach außen tritt, aufgestellt.
-
Der
Eingangsstutzen 24 mündet
in Brennernähe
radial in den Verbrennungsraum 14. Um eine bessere Durchmischung
der Abgase mit der vom Flammenrohr 32 des Brenners 18 kommenden
Flamme zu erzielen, befindet sich in dem Verbrennungsraum ein exzentrisch
auf der Seite des Eingangsstutzens 24 angeordneter, an
seinen Seitenrändern 34 umströmbarer Leit-
und Prallschirm 36, dessen Innenfläche 38 als Leitfläche für die aus
dem Brenner 18 axial in den Verbrennungsraum 14 austretende Flamme
und dessen Außenfläche 40 als
Leit- und Prallfläche
für die über den
Eingangsstutzen 24 mit radialer Strömungskomponente in den Verbrennungsraum 14 eintretenden
Abgase dient. Der Leit- und Prallschirm 36 erstreckt sich
im wesentlichen achsparallel von dem Brenner 18 aus über die
Weite des Eingangsstutzens 24 hinweg, so daß die Flamme vollständig gegenüber dem
unmittelbar einströmenden
Abgas abgeschirmt ist. Wie aus 3 und 4 zu
ersehen ist, ist der Leit- und Prallschirm 36 als zum Verbrennungsraum 14 im
Wesentlichen konzentrisches, teilzylindrisch gekrümmtes Blech
ausgebildet.
-
Weiter
befindet sich in Strömungsrichtung hinter
dem Eingangsstutzen 24 ein achszentral angeordnetes, quer
zur Längsachse 42 des
Verbrennungsraums 14 ausgerichtetes Prallblech 44,
das einen kleineren Durchmesser als der Verbrennungsraum 14 sowie
Durchbrüche 46 für den Flammendurchtritt
aufweist. Das Prallblech 44 ist über achsparallele Stege 48 mit
dem Leit- und Prallschirm 36 verbunden und weist somit
einen lichten Abstand vom freien Ende 50 des Leit- und
Prallschirms 36 auf.
-
In
axialem Abstand vom Prallblech 44 befindet sich ein radial
in den Verbrennungsraum 14 eingreifender, den Strömungsquerschnitt
des Verbrennungsraums reduzierender, zur Längsachse 42 konzentrischer
Ring 52. Die Querschnittseinschnürung sorgt für eine Verwirbelung
und bessere Durchmischung der Abgase mit den die Flammengasen.
-
Stromabwärts vom
Ring 52 sind in verschiedenen Abständen ein weiteres mit Durchbrüchen versehenes
Prallblech 54 und ein weiterer, den Rohrquerschnitt des
Verbrennungsraums 14 verkleinernder Ring 56 angeordnet,
die zur besseren Durchmischung der Abgase mit den Flammengasen und
zur Erhöhung
der Flammentemperatur führen.
Das Prallblech 54 ist mit Radialstegen 58 an der
Innenfläche des
Verbrennungsrohrs 12 angeschweißt.
-
Zusammenfassend
ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft einen Ofen zur
Verbrennung von mit organischen Stoffen beladenen Abgasen. Der Verbrennungsofen
weist einen langgestreckten, vorzugsweise zylindrischen Verbrennungsraum 14,
einen mit einem Flammrohr 32 stirnseitig achszentral in
den Verbrennungsraum 14 eingreifenden, vorzugsweise mit
Heizöl
oder Heizgas beaufschlagbaren Brenner 18, einem am auslaßseitigen
Ende des Verbrennungsraums 14 angeordneten Rauchgasstutzen
und einen seitlich an den Verbrennungsraum 14 angeschlossenen
Eingangsstutzen 24 auf. Der Eingangsstutzen mündet dabei
in Brennernähe
in den Verbrennungsraum 14. Um eine hohe Heizleistungsdichte
und eine kompakte Bauweise zu erzielen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
daß im
Verbrennungsraum 14 exzentrisch auf der Seite des Eingangsstutzens 24 ein
an seinen Seitenrändern 34 zumindest
teilweise umströmbarer Leit- und Prallschirm 36 angeordnet
ist. Die Innenfläche 38 des
Leit- und Prallschirms 36 dient dabei als Leitfläche für die aus
dem Brenner 18 im wesentlichen axial in den Verbrennungsraum 14 austretende Flamme,
während
dessen Außenfläche 40 als
Leit- und Prallfläche
für die über den
Eingangsstutzen 24 mit radialer Strömungskomponente in den Verbrennungsraum 14 eintretenden
Abgase dient. Weiter ist in Strömungsrichtung
hinter dem Eingangsstutzen mindestens ein achszentral angeordnetes,
quer zur Längsachse 42 des
Verbrennungsraums 14 ausgerichtetes, mit Durchbrüchen 46 für den Flammendurchtritt
versehenes Prallblech 44 angeordnet.
-
Ausführungsbeispiel
-
In
einem Temperofen wurde ein Vulkanisat auf der Basis von Nitrilkautschuk
in einem Zeitraum von zwei bis drei Stunden bei 170 °C nachgetempert. Der
Temperofen war mit 211 kg Material beladen.
-
Im
Abluftkanal des Temperofens wurde mit einem Gesamtkohlenwasserstoffanalysator
die Kohlenwasserstoffkonzentration auf der Grundlage des in der
VDE-Richtlinie 3481, Blatt 1 beschriebenen Meßverfahrens gemessen. Es handelt
sich hierbei um ein substanzunspezifisches Meßverfahren, das ein Summensignal
für nicht-,
bzw. teiloxidierte organische Stoffe liefert. Der Gesamtkohlenwasserstoffanalysator
ergibt einen Überblick über die Gesamtbelastung
der Luft mit organischen Stoffen. Seine kurze Ansprechzeit erlaubt
eine Online-Aufzeichnung der Emissionsentwicklung. Kalibriert wird
das Gerät
mit Propanprüfgas.
Die sich hierbei ergebenden Propanäquivalente werden auf den Parameter
Gesamt-C umgerechnet, der sich ausschließlich. auf den Kohlenstoffgehalt
im Propangasmolekül
bezieht.
-
Die
im Abgas des Temperofens gemessene Konzentration an Kohlenwasserstoff
(Cges) lag im Mittel bei 1382 mg/m3, also weit über dem zulässigen Grenzwert von 20 mg/m3. Zur Reduzierung der Schad- und Geruchsstoffe
wurde an den Abluftkanal des Temperofens ein Verbrennungsofen mit Ölbrenner
der in 1 bis 5 gezeigten Art angeschlossen.
Hierzu wurde der Abluftkanal mit dem Einlaßstutzen des Verbrennungsofens
verbunden. Zur Bestimmung der Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration
am Rauchgasauslaß des
Verbrennungsofens wurde dort ein weiterer Gesamtkohlenwasserstoffanalysator
angeschlossen. Der Gesamtkohlenwasserstoffgehalt im Rauchgas des
Verbrennungsofens betrug im Mittel 4,6 mg/m3,
was einer Reduzierung der Gesamt-C-Emissionen um über 99 %
entspricht.