DE3024300C2 - - Google Patents

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.