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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für Prozeß-
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wärmeerzeugung und Abgasreinigung durch thermische Nachverbrennung
der in der Einleitung von Patentanspruch 1 näher bezeichneten Art.
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Kesselanlagen für Prozeßwärmeerzeugung verwenden in unmittelbar er
Hintereinanderschaltung einen Brennraum mit Brenner für Fremdbrennstoffe und einen
Kessel. Der Kessel stellt den Anlagenkomponenten, beispielsweise Autoklaven, Spinndüsen
und beheizte Pressen,mittels Dampf, Warmwasser oder Thermalöl die erforderliche
Heizwärme zur Verfügung.
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In verfahrenstechnischen Anlagen entstehen andererseits oft erhebliche
Abgas- oder Abluftmengen, die im Rahmen des Umweltschutzes zu reinigen, d.h. deren
übelriechende oder auch toxische Bestandteile, in erster Linie Kohlenwasserstoffverbindungen,
zu oxydieren bzw. zu verbrennen sind, bevor sie in die Umgebung abgeleitet werden
können. Hierbei ist es üblich, unter Berücksichtigung der verhältnismäßig hohen
Temperaturen der aus der Brennkammer austretenden Reingase, diese vor ihrer Einleitung
in den Kamin zu kühlen, um auf diese Weise wenigstens einen Teil der Energie der
für den Betrieb der Brennkammer eingesetzten Fremdbrennstoffe zurückzugewinnen und
zugleich die thermische Belastung der Umwelt herabzusetzen.
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Diese gleichfalls bekannten Lösungen schalten in Richtung des Abgas-
oder Abluftstroms der Brennkammer zur thermischen Nachverbrennung einen Wärmetauscher
und den Kamin unmittelbar in Reihe hintereinander. Leitend für diese unmittelbare
Hintereinanderschaltung ist der Gedanke, Gasleitungen zur Verbindung dieser Anlagenteile
und die mit diesen einhergehenden Wärmeverluste zu vermeiden und das Bauvolumen
und die Gesamtkosten möglichst gering zu halten.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Einrichtung für Prozeßwärmeerzeugung
unter Einschluß der thermischen Nachverbrennung von Prozeßabgasen oder -abluft bei
niedrigem Bau -volumen und niedrigen Baukosten der Gesamtanlage zur Verfügung zu
stellen.
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Zur Lösung vorgenannter Aufgabe ist die Einrichtung der eingangs erwähnten
Art erfindungsgemäß im wesentlichen, wie im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch
1 angegeben, beschaffen.
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Die erfindungsgemäße Lösung teilt der Brennkammer die Doppelfunktion
der Abluftverbrennung und zugleich auch der Prozeßwärmeerzeugung zu. Durch die zwischen
Brennkammer und Kessel eingeschaltete Gasregelklappe wird die Möglichkeit eröffnet,
einen in der Menge veränderlichen Teilstrom der Reingase direkt, d.h. im Bypaß zum
Kessel, dem Kamin zuzuführen und dadurch mit einem entsprechenden anderen Teilstrom
den Kessel als Abhitzekessel der thermischen Nachverbrennung in der für die Prozeßwärmeerzeugung
erforderlichen Weise zu beaufschlagen, um sich an zeitliche Änderungen der geforderten
Prozeßwärme anzupassen.
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Zu der Funktion der Kesselanlage für die Prozeßwärmebereitstellung
wird auf diese Weise weitgehend unabhängig der Betrieb einer Abgas- oder Abluftreinigung
durch thermische Nachverbrennung ermöglicht.
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Vorteilhaft ist die Ausbildung des Gehäuses der Gasregel -klappe als
Kaminfuß, ferner eine horizontale Anordnung der Symmetrie-Achse der Brennkammer
sowie eine hierzu senkrechte Anordnung der Symmetrie-Achsen von Gehäuse der Gasregelklappe
und vorzugsweise auf dieses aufgesetztem Kamin, wodurch sowohl Raum als auch Anlagekosten
eingespart werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgestaltung
derart getroffen, daß Lufteintrittsöffnungen am unteren Ende des Gehäuses der Gasregelklappe
angeordnet sind, die in den Zwischenraum eines Doppelmantels des Gehäuses führen,
der seinerseits an der Gehäuseoberseite peripher in den Kamin ausmündet. Auf diese
Weise ist der Gehäuseaußenmantel kaltgehend, der Innenmantel und die Gasregelklappe
dagegen heißgehend, wodurch die erforderliche Festigkeit zur Aufnahme der Kaminlast
durch den Gehäuseaußenmantel gegeben wird. Im Zwischenraum des Doppelmantels erfolgt
freie
Konvektion durch thermischen Auftrieb mit ausreichender Kühlwirkung für eine isolationsfreie
Ausführung des Gehäuses der Regelklappe. Die freie Konvektion wird hierbei durch
den Kaminzug unterstützt.
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Für die Regelklappe ist die Form als Zylindersektor mit Umschaltung
durch Drehbewegung vorgesehen. Hieraus folgen eine vorteilhafte Ausbildung der Abdichtung
in der Form von Dichtleisten, geringe Abmessungen der Gasregelklappe und ihr schwingungsfreier
Betrieb. Für eine Formstabilität der Gasregelklappe undjdamit Sicherheit gegen Verklemmen
sowie Aufrechterhaltung der Zuordnung zu den Gegenflächen und damit auch eine zuverlässige
Abdichtwirkung sind des weiteren Kaltluft führungen durch ihre Hohlwelle und die
Gasregelklappe selbst vorteilhaft, die über Bohrungen in der Klappenrückseite in
das Abgassystem hinein ausmünden.
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Die Oberfläche der Gasregelklappe kann hierbei durch eine leichte
Faserisolation zusätzlich thermisch geschützt werden.
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Die Festpunktlinie von Gasregelklappe und zugehörigem, heißyehendem
Innengehäuse sind in die Achse der Gasregelklappe gelegt, wodurch ein spannungsfreies
Dehnen von der Festpunktlinie ausgehend erfolgt.
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Um ein selbsttätiges Ansaugen der Umgebungsluft durch den Mantelraum
des Gehäuses der Gasregelklappe zu fördern, wird vorteilhaft das Gehäuse mit einem
injektorartig ausgebildeten Aufsatz versehen, der zugleich den Gasströmungsquerschnitt
des Gehäuses in denjenigen des Kamins überführt. Durch Mischung von Reingas und
Umgebungsluft wird die Temperatur so weit abgesenkt, daß Normalstahl als Kaminwerkstozf
eingesetzt werden kann und eine Isolation des Kamins entbehrlich wird. In Weiterentwicklung
kann der als Treibdüse ausgebildeten Mündung des Aufsatzes des Gehäuses der Regelklappe
ein Staukörper mit einstellbarem Abstand zugeordnet werden, wodurch sich das Mischungsverhältnis
von Reingasen und aus der Umgebung zugeführter Luft verändern läßt.
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Das untere Ende des Kamins ist des weiteren die injektorartige Ausmündung
des Regelklappengehäuses,ergänzend mit einem Doppelmantelabschnitt versehen, der
die heißen Reingase gegen die Kaminwandung abschirmt.
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Dieser unteren Einführung des dem Kamin im Bypaß zum Kessel unmittelbar
zugeführten ersten Reingasteilstroms ist eine obere Einführung des den Abhitzekessel
durchströmenden zweiten Reingasteilstroms nachgeschaltet, so daß auch bei geschlossener
Stellung der Klappe fU;den ersten Reingasteilstrom und damit fehlender Injektoransaugwirkung
der zweite Reingasteilstrom durch seinen thermischen Auftrieb einen ausreichenden
Unterdruck im Kamin erzeugt, um weiterhin Frischluft zur Kühlung des Gehäuses und
ggf. der Gasregelklappe sowie des Kaminfußes anzusaugen.
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In Abkehr von der gebräuchlichen direkten Hintereinanderschaltung
von Brennkammer mit Brenner für Fremdbrennstoff und Kessel für Prozeßwärmeerzeugung
führt die Zwischenschaltung einer Gasregelklappe innerhalb eines umschließenden
Gehäuses und der Anschluß des Gehäuses an den Kamin zu einer Abgas- bzw. Abluftverbrennung
und Prozeßwärmeerzeugung nebeneinander unter Einsatz desselben Brennstoffs und zugehöriger
Brennereinrichtung für unterschiedliche Aufgaben, jedoch unter Ausschluß einer Abhängigkeit
der zu lösenden Aufgaben voneinander.
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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in schematischer
Darstellung eine Einrichtung für Prozeßwärmeerzeugung mit Abgasreinigung durch thermische
Nachverbrennung.
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Die Brennkammer 1 weitet einen Brenner 3 auf, dessen Flamme in einer
Vorbrennkammer 5 zentral im inneren der Brennkammer ausgebildet wird. Durch den
Gehäusestutzen 7 der Brennkammer
wird das Abgas oder die Abluft
der verfahrenstechnischen Anlage zunächst dem Raum 9 zwischen dem inneren und äußeren
Mantel der Brennkammer zugeführt, durchströmt diesen im Gegenstrom zu den zentral
im inneren strömenden Mischgasen aus Brennergasen und Abgas oder Abluft der verfahrenstechnischen
Anlage zu ihrer thermischen Nachverbrennung. Diese Abgase oder die Abluft werden
aus dem Mantelraum der Brennkammer im Bereich des Brenners um 180° umgelenkt und
unmittelbar hinter der Vorbrennkammer den Flammengasen zugemischt. Die die Brennkammer
verlassenden Reingase treten zunächst in das Gehäuse 10 ein, in dem auf einer horizontal
verlaufenden Drehwelle 12 die Regelklappe 14 zwischen einer den unmittelbaren Zutritt
zum Kamin und einer den Zutritt zum Abhitzekessel verschließenden Stellung stufenlos
gedreht werden kann.
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Die Reingase lassen sich somit in zwei Teilströme in einem beliebigen
Mengenverhältnis in Anpassung an den Wärmebedarf des verfahrenstechnischen Prozesses
aufteilen. Der in den Ahitzekessel 21 eintretende Teilstrom überträgt hierbei seine
Wärme an den zur Beheizung der Anlagenkomponenten vorgesehenen Wärmeträger, der
über den Kesselstutzen 23 ein-und durch den Kesselstutzen 25 austritt. Der dem Abhitzekessel
zugeteilte Teilstrom der Reingase durchströmt nach 0 Verlassen des Abhitzekessels
nacheinander einen 135 Gaskrümmer 27, einen Rohrleitungsabschnitt 29 und einen weiteren
Gaskrümmer, der als Kaminstutzen 31 ausgeführt die Gase unmittelbar in den Kamin
33 einführt.
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Der je nach Klappenstellung, größere oder kleinere, dem Kamin 33 direkt
zugeleitete Reingasteilstrom wird über den als Injektor ausgebildeten Abgang 16
des Gehäuses der Gasregelklappe zentral in das Kamininnere eingeleitet. Beide Reingasteilströme
saugen - und der durch den injektorartigen Abgang geführte, höher temperierte undfamit
gefährdendere verstärkt - durch die Öffnungen 18 am unteren Ende des Gehäuses 10
Luft aus der Umgebung an. Diese kühlt beim
Durchströmen des Raumes
zwischen innerem und äußerem Mantel des Gehäuses der Regelklappe dessen Wandungsteile.
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Der als Treibdüse ausgebildeten Mündung des Abgangs 16 des Gehäuses
der Gasregelklappe ist ein Staukörper 17 mit einstellbarem Abstand zugeordnet, wodurch
sich das Mischungsverhältnis von Reingasen und aus der Umgebung durch den Mantelzwischenraum
des Gehäuses 10 angesaugter Luft verändern läßt.
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Während das äußere Gehäuse der Regelklappe kaltgehend ist, sind Innengehäuse
und Gasregelklappe heißgehend, wodurch die Festigkeit zur Aufnahme der Kaminlast
durch den Mantel des Gehäuses gegeben wird.
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Zur Kühlun +er Klappenwelle und der Gasregelklappe mittels eingeführter
Umgebungsluft ist eine Hohlwelle vorgesehen, deren Hohlraum mit dem der Gasregelklappe
und über Bohrungen in der Klappenrückseite mit dem umgebenden Gasraum in Verbindung
steht.
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Im inneren des Kamins ist im Bereich des unteren Endes zur Erzeugung
einer wandnahen abschirmenden Luftströmung ein Innenmantel 35 angeordnet. In der
Ebene dieses Bereichs zwischen Innenmantelabschnitt und Kaminwandung ist ein Stutzen
§ vorgesehen, durch den die Möglichkeit gegeben ist, weitere Umgebungsluft dem Kamin
zur Herabsetzung der Temperatur der Mischgase zuzuführen.
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Der Darstellung ist nur ein dem Gehäuse der Regelklappe nachgeschalteter
Abhitzekessel zu entnehmen. Im Rahmen der Erfindung liegt ein diesem Abhitzekessel
bzw. dem Gehäuse der Gasregelklappe wahlweise rauchgasseitig nachgeschalteter weiterer
oder auch weitere Abhitzekessel als zusätzliche Stufen für die Absenkung der Abgastemperatur
und zugleich Restwärmenutzung. Vorzugsweise wird dieser weitere Abhitzekessel an
einen vertikal nach oben verlängerten Abgang des
Gehäuses der Gasregelklappe
angeschlossen. Für wahlweises Beaufschlagen auch dieser weiteren Stufe werden zweckmäßig
weitere Rauchgasregelklappen im verlängerten Abgang des Gehäuses vorgesehen.
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L e e r s e i t e