DE3024300C2 - - Google Patents
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
- F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
- F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
- F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator
- F23G7/068—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator using regenerative heat recovery means
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsvorrichtung der
im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
Eine derartige nach dem thermischen Regenerativverfahren
arbeitende Verbrennungsvorrichtung ist aus der US-PS 38 95 918
bekannt. Mit Hilfe dieser Verbrennungsvorrichtung wird das Abgas
oder die Abluft von einer Fabrik oder von irgendwelchen Ver
fahrenstechnischen Anlagen dadurch gereinigt, daß die Abluft
oder das Abgas durch einen ersten Wärmetauscherabschnitt in die
Hochtemperatur-Oxidationskammer geleitet wird, in der schädliche
oder giftige Bestandteile bis zur Zersetzung oxidiert werden.
Diese oxidierten Gase werden mit Hilfe eines Auslaßgebläses aus
der Hochtemperatur-Oxidationskammer über einen zweiten Wärme
tauscherabschnitt abgesaugt und in die Atmosphäre abgegeben.
Die Temperatur der Wärmetauscherelemente des zweiten Wärme
tauscherabschnittes wird durch die durch diesen Wärmetauscher
abschnitt hindurchgeleiteten heißen zersetzten Gase wesentlich
erhöht. Bei dieser Verbrennungsvorrichtung arbeiten die gleichen
Wärmetauscherabschnitte während der verschiedenen Betriebszyklen
abwechselnd als Einlaßwärmetauscherabschnitt und als Auslaß-
Wärmetauscherabschnitt, wobei die Steuerung der Betriebsart der
einzelnen Wärmetauscherabschnitte durch Ventile in den Einlaß-
und Auslaßleitungen der jeweiligen Wärmetauscherabschnitte
gesteuert wird. Aufgrund der bei derartigen Verbrennungsvor
richtungen auftretenden sehr hohen Temperaturen weisen die
Ventile Metall-Dichtungsflächen auf. Aus verschiedenen Gründen
kann die durch diese Ventile in ihrem geschlossenen Zustand
erzielte Abdichtung unvollständig sein, so daß zwischen den
einzelnen Betriebsperioden die Abluft oder das Abgas an den
Ventilen vorbei und direkt in den Auslaßkanal strömen kann. In
vielen Fällen ist dieses Auslecken nicht sehr bedeutsam, doch
wenn die Abluft oder das Abgas hochgiftige oder stark koro
dierende Bestandteile aufweist, so kann selbst die geringste
Menge von versehentlich ausströmender Abluft oder Abgas in die
Atmosphäre Gefahren für Personen und Sachen hervorrufen und
Maßnahmen der Behörden wegen eines Verstoßes gegen die Umwelt
schutzgesetze nach sich ziehen. Neben dem Hindurchlecken der
zu reinigenden Gas oder der Abluft besteht weiterhin das
Problem, daß in einem Wärmetauscherabschnitt, der zunächst als
Einlaß-Wärmetauscherabschnitt betrieben wurde, noch ungereinig
te Gase enthalten sind, wenn dieser nachfolgend durch Betäti
gung der ihm zugeordneten Ventile als Auslaß-Wärmetauscherab
schnitt betrieben wird. Wenn das Abgas oder die Abluft ohne
Durchlaufen der Hochtemperatur-Oxidationskammer ausströmt, so
wird weiterhin der thermische Gesamtwirkungsgrad des Systems in
nachteiliger Weise beeinträchtigt. Dieses unerwünschte Aus
strömen kann weiterhin die Ventile und andere Bauteile der
Vorrichtung beschädigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungs
vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das
unerwünschte Ausströmen von Gasen in dem System an geschlossenen
Ventilen vorbei verringert oder verhindert wird und sich ein
erhöhter thermischer Wirkungsgrad der Verbrennungsvorrichtung
ergibt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patent
anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung sind in den
Einlaß- und Auslaßleitungen der Wärmetauscherabschnitte jeweils
zwei in Serie geschaltete Ventile angeordnet, zwischen denen
unschädliches, unter Druck stehendes Gas eingeleitet wird. Auf
diese Weise wird ein unerwünschtes Hindurchlecken ungereinigter
Abgase oder ungereinigter Abluft aufgrund von Undichtigkeiten
der einzelnen Ventile verhindert und weiterhin ergibt sich eine
Spülung der Wärmetauscherabschnitte durch das Hindurchlecken
des unschädlichen unter Druck stehenden Gases an dem jeweiligen
dem Wärmetauscherabschnitt benachbarten Ventil eines Ventil
satzes, so daß die Nachteile, die sich aus den nicht völlig
dicht schließenden Ventilen ergeben, nicht nur beseitigt
sondern in vorteilhafter Weise zu einem Spülen der Wärme
tauscherabschnitte herangezogen werden, die dann bei Umschaltung
auf den Betrieb als Auslaß-Wärmetauscherabschnitt frei von
schädlichen Gasen sind.
Das unschädliche, unter Druck stehende Gas kann vorzugsweise
durch einen Teil der Gase in dem gemeinsamen Auslaß der
Verbrennungsvorrichtung gebildet sein, der vorzugsweise mit
Hilfe einer Pumpe unter Druck in die Zwischenräume zwischen
den Ventilen eingeleitet werden.
Es ist zwar bereits aus der US-PS 41 24 696 ein Claus-Verfahren
bekannt, bei dem ein einen niedrigen Schwefelgehalt aufweisendes
Gas der Hochdrucksseite geschlossener Ventile zugeführt wird.
Hierbei sind jedoch nicht zwei in Serie geschaltete Ventile in
einer einzigen Einlaßleitung eines mit den Wärmetauscherab
schnitten vergleichbaren Reaktors angeordnet, sondern in der
Verbindungsleitung zwischen zwei Reaktoren, in der zwei hinter
einander geschaltete Ventile angeordnet sind, so daß hierdurch
lediglich die Einspeisung unschädlicher Gase in die die Einlaß-
und Auslaßleitungen sämtlicher Wärmetauscherabschnitte verbin
denden Ringleitungen einer Verbrennungsvorrichtung der eingangs
genannten Art nahegelegt wäre.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand
der Zeichnungen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Ver
brennungsvorrichtung,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht der Ausführungsform
der Verbrennungsvorrichtung nach Fig. 1 entlang der
Schnittlinie II-II nach Fig. 1.
In den Fig. 1 und 2 ist eine ingesamt mit der Bezugsziffer
10 bezeichnete Ausführungsform der Verbrennungsvorrichtung ge
zeigt. Abluft oder Abgase von einer verfahrenstechnischen Anlage
werden in üblicher Weise über einen Einlaßkanal 18 einem oberen
Ringkanal 14 zugeführt, der seinerseits eine Anzahl von verti
kalen Einlaßleitungen 44, 54 aufweist, die mit jeweiligen Wärme
tauscherabschnitten 24 in Verbindung stehen, die jeweils ein
Wärmetauscherbett 26 einschließen. Alle Wärmetauscherabschnitte
24 sind in der gleichen Weise aufgebaut, so daß lediglich zwei
dieser Wärmetauscherabschnitte dargestellt sind, um den Weg der
Abluft oder der Abgase bei einem typischen Arbeitszyklus zu
zeigen. Das Wärmetauscherbette 26 besteht aus einer Vielzahl von
Keramikelementen 37, die beispielsweise sattelförmig sind (und
im folgenden auch als "Steine" bezeichnet werden) und die durch
eine vordere mit Öffnungen ver
sehene Wand 27 und eine hintere mit Öffnungen versehene Wand
29 umgrenzt sind. Die vertikalen Einlaßleitungen 44 stehen mit einem
Raum 24b außerhalb der Haltewand 29 in Verbindung.
Beim Einlaßzyklus wird das Abgas oder die Abluft dem links
dargestellten Wärmetauscherabschnitt 24 über eine Einlaßleitung 44 und
darin angeordnete Einlaßventile 45, 47 zugeführt und in den Raum 24b eingeleitet. Zu
dieser Zeit sind die Einlaßventile 15, 17 auf der rechten
Seite geschlossen, und zwar ebenso wie die linken Auslaßventile
31, 33, während die Auslaßventile 21, 23 auf der rechten Sei
te offen sind. Alle Auslaßventile stehen über Auslaßleitungen 46, 56 in Verbindung mit
einer Auslaßringleitung 16, die über eine Leitung 34 mit einem
Auslaßgebläse 30 verbunden ist, deren Ausgang mit einem Kamin
oder einem Schornstein 32 verbunden ist. Das Gebläse 30 ruft
eine Saugkraft oder einen Unterdruck in der Auslaßringleitung
16 und den zugehörigen vertikalen Auslaßleitungen, wie z. B.
46 und 56 hervor, so daß die Abluft oder das Abgas nach unten
über die Einlaßleitung 44 und dann nach rechts durch das Wärme
tauscherbett 26 strömt. Dieses Wärmetauscherbett 26 wurde
durch die in der zentralen Verbrennungs- oder Oxydationskammer
28 erzeugte Wärme aufgewärmt, die durch die von einem Brenner
49 an ihrem Boden erzeugte Flamme auf einer sehr hohen Tempe
ratur, beispielsweise von 760° bis 816°C gehalten wurde.
Die Hitze innerhalb der in der Mitte angeordneten Kammer 28
heizt die Steine in allen Wärmetauscherbetten 26 auf, so daß
das linke Wärmetauscherbett 26 die Abluft oder die Abgase vor
wärmt, während diese sich von links nach rechts durch dieses
Wärmetauscherbette bewegen. Die Abluft oder die Abgase werden
dann durch die Kammer 28 hindurch gesaugt und werden in dieser
Kammer auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt, bei der die ver
bleibenden Verunreinigungsstoffe zersetzt werden. Die Strömung
verläuft dann durch die Steine des rechts angeordneten Wärme
tauscherbettes 26. Das rechte Wärmetauscherbett 26 ist beträcht
lich kühler als die nunmehr gereinigte Abluft oder das Abgas,
weil dieses rechte Wärmetauscherbett in einem vorhergehenden
Betriebszyklus von einer frischen unbehandelten Abluft oder
von frischen Abgasen beströmt wurde, so daß nunmehr die bzw. das
heiße, gerade gereinigte Abluft bzw. Abgas an das rechte Wärme
tauscherbett einen großen Teil der Wärme abgibt, die in der
in der Mitte angeordneten Kammer aufgenommen wurde. Nach dem
Durchlaufen des rechten Wärmetauscherbettes 26 gelangt die
Abluft- oder Abgasströmung in abgekühlten Zustand in den
Raum 24b, wobei diese Abluft- oder Abgasströmung auf einen
Temperaturbereich von beispielsweise 200° bis 260°C abge
kühlt wurde.
Diese gekühlte, gereinigte Abgas- oder Abluftströmung wird
dann mit Hilfe des Auslaßgebläses 30 aus dem Raum 24b über die
Auslaßleitung 56, in die Auslaßringleitung 16 und dann aus
dem System herausgeleitet.
Während des nächsten Betriebszyklus könnte beispielsweise die
ankommende Abluft- und Abgasströmung von dem industriellen
Verfahren in das System über die Leitung 18, die Ringleitung
14, die Einlaßleitung 54 und über die offenen Einlaß
ventile 15, 17 in den Raum 24b auf der rechten Seite eingeleitet
werden. In diesem nächsten Betriebszyklus währen dann die
Auslaßventile 21, 23 auf der rechten Seite geschlossen, während
auf der linken Seite die Einlaßventile 45, 47 geschlossen
wären und die Auslaßventile 31, 33 offen wären. In der Zwischen
zeit zwischen den Betriebszyklen kann jedoch eine gewisse Menge
an ungereinigter Abluft oder ungereinigtem Abgas in dem Raum
24b auf der linken Seite eingefangen sein, so daß, wenn die
linken Auslaßventile 31, 33 zu Beginn des nächsten Betriebszyklus ge
öffnet werden, die restliche Abluft oder Abgasströmung abgesaugt
wird, ohne daß sie vorher gereinigt wurde. Im Fall von giftigen
Gasen, wie z. B. Vinylchlorid, kann dies Schäden an Sachen und
Verletzungen von Menschen hervorrufen. Selbst wenn die Ventile
als vollständig geschlossen angenommen werden können, ist es
möglich, daß der von dem Ablaßgebläse 30 in der Auslaßringleitung
16 und der Auslaßleitung 46 hervorgerufene Unterdruck einen Teil der
Abluft oder des Abgases bei Verwendung eines einzelnen Einlaßventils auf
den linken Seite in den linken Raum 24b einsaugen und durch
ein einzelnes Auslaßventil auf dieser Seite absaugen könnte.
Ein derartiges Auslecken könnte beispielsweise durch eine
unvollständige Abdichtung der Ventile hervorgerufen werden,
die durch die hohen Temperaturen der durch sie strömenden
Gase beschädigt sein könnten. Weil derartige Ventile üblicher
weise Metall/Metall-Dichtungsflächen aufweisen, ist die Ab
dichtung dieser Ventile nicht so zuverlässig, wie dies
mit stärker zusammendrückbaren Elementen erreicht werden
könnte. Dies kann die Emission von schädlichen oder hoch
giftigen Gasen in die Atmosphäre ermöglichen.
Bei der beschriebenen Ausführungsform werden daher für die Einlaß- und Auslaßventile Sätze
von zwei Ventilen verwendet, beispielsweise die Ventile 45,
47 und 31, 33 auf der linken Seite und 15, 17 und 21, 23 auf
der rechten Seite. Dadurch daß zwei Ventile in Serie ver
wendet werden, wird das unerwünschte Ausströmen weitgehend ver
hindert. Dies ergibt sich daraus, daß die Verwendung zweier
derartiger Ventile in Serie einen doppelten Druckabfall längs
dieser Ventile hervorruft, so daß der durch das Auslaßgebläse
30 in den vertikalen Einlaßleitungen 44 und 54 und den verti
kalen Auslaßleitungen 46 und 56 hervorgerufene Unterdruck we
sentlich verringert wird. Entsprechend besteht eine geringere
Wahrscheinlichkeit, daß gefährliche Mengen von schädlichen
Gasen direkt in die Auslaßringleitung 16 eingesaugt werden.
Zusätzlich wird dieses
unerwünschte Ausströmen dadurch weiter verringert, daß ein
teil der abgekühlten, gereinigten Abluft- oder Abgasströmung
in den Raum zwischen jeden Satz von zwei Ventilen zurückge
leitet wird. Zu diesem Zweck ist eine Pumpe 38 vorgesehen,
die über einen Krümmer 35 mit dem Kamin oder Schornstein 32
und über eine Leitung 36 mit einer weiteren Ringleitung 20
in Verbindung steht. Die Ringleitung 20 weist beispielsweise
horizontale Leitungsverbindungen 39 und 19 zu den jeweiligen
Zwischenräumen zwischen Sätzen von Einlaßventilen 46, 47 bzw.
15, 17 auf. Diese Leitungsverbindungen führen unter Druck ste
hendes und gereinigtes Ablaßgas in diese Räume ein und wirken
damit im Sinne eines Verdrängens und Zurückdrängens aller
Einlaß-, Abluft- und Abgassströmungen, die anderenfalls an
den Einlaßventilen 45 und 15 vorbei gelangen könnten, obwohl
diese geschlossen sein sollten. In gleicher Weise kann, wenn
beide Einlaßventile 45 und 47 als geschlossen angenommen
werden und eine gewisse Abluft- oder Abgasmenge in dem Raum
24b auf der linken Seite noch vorhanden ist, diese Abluft-
oder Abgasmenge nicht nach oben an dem theoretisch geschlosse
nen Ventil 47 vorbei entweichen, weil der Druck des gereinigten
Gases in dem Raum zwischen diesen beiden Einlaßventilen höher
ist. Wenn die rechte Seite in der Auslaßbetriebsweise arbeitet,
verhindert das über die Zuführungsleitung 19 zugeführte unter
Druck stehende Gas, daß irgendwelche Einlaß-Gasmengen nach
unten an dem Einlaßventil 15 vorbei entweichen können, wenn
dies als geschlossen angenommen wird, und es wird weiterhin
jede nach oben gerichtete Bewegung irgendeines Gases durch
das Ventil 17 verhindert, wenn dies als geschlossen angenommen
wird.
Das unter Druck stehende und gereinigte Ablaßgas wird weiter
hin von der Ringleitung 20 über vertikale Leitungen 41 und
Krümmer 22 im Raum zwischen den Auslaßventilen 31, 33 auf der
linken Seite und 21, 23 auf der rechten Seite zugeführt. Wenn
sich der linke Wärmetauscherabschnitt 24 in der Einlaßbetriebs
weise befindet, verhindert auf diese Weise das zurückgeführte
Ablaßgas, daß irgendeine Menge an ungereinigter Abluft oder
ungereinigtem Abgas in den Räumen 24b nach unten in die Auslaß
ringleitung 16 gesaugt wird. Wenn der rechte Wärmetauscherab
schnitt 24 in der Auslaßbetriebsweise arbeitet, sind die Ventile
21 und 23 offen, so daß das gereinigte Gas in dem Raum zwischen
diesen Ventilen keine Dichtungsfunktion erfüllt. Wenn der rechte
Wärmetauscherabschnitt 24 in die Einlaßbetriebsweise überführt
wird, so werden diese Ventile 21 und 23 beide geschlossen und
durch die Einführung des gereinigten Ablaßgases zwischen diese
Ventile abgedichtet.
Durch die Verwendung von jeweiligen Sätzen von zwei Ventilen, zwischen
die unschädliches Gas eingeleitet wird, wird das Ausmaß des Vorbeiströmens ungereinigter
Gase an den Ventilen beträchtlich verringert oder sogar voll
ständig unterbunden, so daß eine Umweltverschmutzung soweit
wie möglich verringert oder sogar verhindert wird. Wenn das
Abgas oder die Abluft hochgiftig ist, beispielsweise im Fall
von Vinylchlorid, so können Personenschäden durch die Er
füllung selbst der schärfsten Umweltschutzbestimmungen ver
mieden werden. Weiterhin trägt die Verwendung dieser Merkmale
dazu bei, den thermischen Wirkungsgrad des Gesamtsystems zu
verbessern und aufrechtzuerhalten.
Claims (3)
1. Verbrennungsvorrichtung für Abluft und Abgase, mit einer
Anzahl von Wärmetauscherabschnitten, in denen jeweils eine
Vielzahl von Wärmetauscherelementen angeordnet ist, mit einer
Anzahl von von einer Einlaßringleitung ausgehenden Einlaßleitungen, diejeweils den Wärmetauscherab
schnitten zugeordnet sind, um diesen gasförmige, zu oxidierende
Abluft- und Abgasströmungen über Ventilelemente zuzuführen, mit
einer Anzahl von mit einer Auslaßringleitung verbundenen Auslaßleitungen, die jeweils den Wärmetauscher
abschnitten zugeordnet sind, um gereinigte gasförmige Ver
brennungsprodukte aus diesen über weitere Ventilelemente abzu
leiten, und mit einer Hochtemperatur-Oxidationskammer, die mit
jedem der Wärmetauscherabschnitte in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil
elemente in den Einlaßleitungen und Auslaßleitungen jedes
Wärmetauscherabschnittes jeweils durch Sätze von zwei mit
Abstand voneinander in Serie angeordneten Ventilen (15, 17, 21, 23,
31, 33, 45, 47) gebildet sind, die gleichsinnig geöffnet bzw.
geschlossen werden, und daß Einrichtungen (20, 35, 36, 38) zur
Zuführung von unschädlichem, unter Druck stehendem Gas
an die Zwischenräume zwischen den beiden Ventilen jedes Ventil
satzes unabhängig von deren Stellung vorgesehen sind.
2. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
alle Auslaßleitungen mit einem gemeinsamen Auslaß (16, 34, 30, 32)
verbunden sind und daß ein Teil der Gase in diesem Auslaß (16,
34, 30, 32) den Zwischenräumen zwischen den beiden Ventilen der
Ventilsätze zugeführt wird.
3. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der
Gase den Zwischenräumen zwischen den beiden Ventilen der
Ventilsätze über eine Pumpe (38) zugeführt wird.
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