DE3027591C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern des Hin­ durchschleckens von ungereinigtem Gas durch geschlossene Ventile einer Verbrennungsvorrichtung zur thermischen Reinigung von Gas oder Abluft, die durch mindestens ein Einlaßventil und durch eine Wärmetauscherzone hindurch in eine Hochtemperatur-Verbrennungszone und anschließend durch eine andere Wärmetauscherzone und mindestens ein Auslaßventil hindurch abgeführt wird, wobei durch entsprechendes Öffnen und Schließen der Ein- und Auslaßventile der Weg des Gases durch die Vorrichtung von Zeit zu Zeit verändert wird, sowie auf eine Verbrennungsvorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren sowie eine Verbrennungsvorrichtung sind bei­ spielsweise aus der US-PS 38 95 918 bekannt. Bei dieser Verbrennungs­ vorrichtung ist eine Anzahl von Wärmetauscherzonen um eine in der Mitte angeordnete Hochtemperatur-Verbrennungszone angeordnet, die mit den Wärmetauscherzonen in Verbindung steht. Jede Wärmetauscherzone schließt ein Wärmetauscherbett mit einer großen Anzahl von feuerfesten Elementen oder "Steinen" ein, die in dem Wärmetauscherbett durch innere und äußere perforierte Haltewände festgehalten werden. Ein zu reinigendes in­ dustrielles Abgas oder eine Abluft wird einer Einlaßringleitung zuge­ führt, die Zweigleitungen aufweist, die das Abgas oder die Abluft auf ausgewählte Wärmetauscherzonen verteilen, wenn deren zugehöriges Ein­ laßventil offen ist. In diesem Fall durchströmt das Abgas oder die Ab­ luft das Wärmetauscherbett, das einen Temperaturgradienten von der vor­ deren inneren Haltewand zur hinteren äußeren Haltewand aufweist. Die vordere innere Wand und der zugehörige Bereich sind heißer als die Be­ reiche, die mehr in Richtung auf die Außenseite gelegen sind, weil sich die Vorderseite näher an der eine sehr hohe Temperatur aufweisenden, in der Mitte angeordneten Ver­ brennungs- oder Veraschungskammer befindet.

Alle Wärmetauscherzonen sind weiterhin über Zweig­ leitungen mit einer Auslaßringleitung verbunden, die ih­ rerseits mit einem Auslaßgebläse verbunden ist, das den Gasinhalt der Auslaßringleitung absaugt und einem Auslaß­ kamin oder dergleichen zuführt.

Das Abgas oder die Abluft durchläuft zu Anfang ein erstes Wärmetauscherbett in einer der Einlaßwärmetau­ scherzonen, nachdem das Abgas oder die Abluft durch ein offenes Einlaßven­ til hindurchgeströmt ist (das Auslaßventil dieser Wärme­ tauscherzone wird geschlossen gehalten), und wird dann durch die in der Mitte angeordnete Verbrennungskam­ mer hindurchgesaugt, in der sie durch Hochtemperatur-Oxi­ dation gereinigt wird. Das Abgas oder die Abluft wird dann durch zumindest ein zweites Wärmetauscherbett hindurchgesaugt, an dessen "Steine" die gereinigten Ver­ brennungsprodukte ihre sehr hohe Wärme abgeben. In der zweiten Wärmetauscherzone bleibt das Einlaßventil geschlossen, während das Auslaßventil offen ist.

Wenn der nächste Arbeitszyklus beginnt, kann jedoch die zweite Wärmetauscherzone so geschaltet werden, daß sie als Einlaßwärmetauscher arbeitet, während die Aufgabe der ersten Einlaßwärmetauscherzone ebenfalls um­ gekehrt wird, so daß sie als Auslaßwärmetauscher wirkt. Daher wird bei dem nächsten Arbeitszyklus das Einlaßven­ til der ersten Wärmetauscherzone geschlossen, wäh­ rend ihr Einlaßventil geöffnet wird, während die zweite Wärmetauscherzone in den genau entgegengesetzten Ventilzustand gebracht wird. Bevor jedoch der nächste Ar­ beitszyklus beginnt, ergibt sich eine Zwischenperiode, in der beide Ventile der ersten Wärmetauscherzone ge­ schlossen sind, so daß restliches Abgas in dieser Wärmetauscherzone durch die von dem Auslaßgebläse erzeugte Saugkraft abgesaugt werden kann. Andernfalls könnte, wenn der nächste Arbeitszyklus beginnt und die Stellung der Ventile in der ersten Wärme­ tauscherzone umgekehrt wird, das restliche unge­ reinigte Abgas direkt in die Auslaß­ ringleitung abgesaugt werden, ohne das Wärmetauscherbett in der ersten Wärmetauscherzone, die in der Mitte angeordnete Verbrennungskammer und das Wärmetauscherbett in der zweiten Wärmetauscherzone durchlaufen zu haben. Dies würde zur Abgabe von schädlichen oder gefährlichen Gasen in die Atmosphäre führen.

Die am Einlaß und Auslaß der jeweiligen Wärmetauscher­ zonen verwendeten Ventile weisen aufgrund der hohen auftretenden Temperaturen in vielen Fällen Metall-/Metall- Dichtungsflächen auf. Selbst wenn die Ventile nominell geschlossen sind, können Herstellungsmängel der Ventile oder Fehler der Ventile, die durch Hitze oder andere Be­ triebsbedingungen hervorgerufen werden, zu einem Aus­ lecken von Abgas durch die Einlaß- und Auslaßventile hindurch führen, insbesondere wenn eine Überführung einer Wärmetauscherzone von der Ein­ laß- zur Auslaßbetriebsweise erfolgt, so daß das Abgas direkt in die Auslaßringleitung ge­ langt, wodurch der thermische Oxidationsvorgang umgangen wird.

Obwohl es möglich ist, daß die Leckrate weniger als 1% ist, kann selbst diese Menge in bestimmten Bereichen unzulässig sein, in denen Umweltschutzmaßnahmen strikt durchgeführt werden.

Es wurden verschiedene Maßnahmen zur Beseitigung dieses Ausleckens vorgeschlagen. Unter anderem wurde vorgeschla­ gen, in Reihe geschaltete Doppelventile als Einlaß- und Auslaßventile zu verwenden, um das Druckdifferential längs jedes Ventils und damit die Rate und das Volumen der Leckage zu verringern (DE-OS 30 24 300). Dieses Ver­ fahren sieht als weitere Verbesserung die Zuführung eines Teils des gereinigten Auslaßgases unter Druck an den Raum zwischen jedem Paar von Serienventilen vor. Obwohl dies ein wirkungsvolles Verfahren zur Verhinderung einer Leckage ist, erfordert es die Verwendung einer doppelten Anzahl von Ventilen und zugehörigen Steuerungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Ver­ brennungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Auslecken der Abgas- und Abluftströmung an den Ventilen der Wärme­ tauscherzonen vorbei mit relativ geringem Aufwand verhindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 bzw. 3 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der Verbrennungsvorrichtung wird das gereinigte Abgas oder die Abluft am Auslaß der Verbrennungs­ vorrichtung zur Zulaufseite derjenigen Ventile als Sperrgas zugeführt, die gerade geschlossen sind, um zu verhindern, daß ungereinigtes Abgas oder ungereinigte Abluft durch das oder die Ventile hindurchleckt, wenn sich dieses oder diese im nominell geschlossenen Zustand befinden. Auf diese Weise wird jedes Vorbeilaufen der ungereinigten Abgase oder der Abluft an der Haupt-Verbrennungskammer der Verbrennungsvorrichtung verhindert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Verbrennungsvorrichtung,

Fig. 2 eine bruchstückhafte, teilweise geschnittene An­ sicht einer Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie 2-2 in der dar­ gestellten Richtung.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform einer nach dem thermischen Regenerativverfahren arbeitenden Verbren­ nungsvorrichtung gezeigt, die eine Anzahl von Wärmetau­ scherabschnitten 16 aufweist, die unter gleichen Winkel­ abständen um eine in der Mitte angeordnete Verbrennungs­ zone 18 mit einem Brenner 31 herum angeordnet sind und mit dieser in Verbindung stehen. Jeder Wärmetauscherab­ schnitt 16 weist ein Bett aus keramischen Wärmetauscher­ elementen 16 d auf, die durch vertikale perforierte Wände 16 b und 16 c festgehalten werden. Ein zu verbrennendes Ab­ gas oder eine Abluft wird über eine Einlaßleitung 5 einer oberen Einlaßringleitung 14 zugeführt, mit der ver­ tikale Leitungen 15 verbunden sind, die das Abgas oder die Abluft jedem der Wärmetauscherabschnitte 16 außerhalb der Haltewand 16 b zuführen. Eine entsprechende Auslaßringleitung 20 ist unterhalb der oberen Einlaßring­ leitung 14 angeordnet und mit einem Auslaßgebläse 7 ver­ bunden. Der in der Auslaßringleitung 20 erzeugte Unter­ druck bewirkt das Ansaugen des Abgases oder der Abluft über die Ringleitung 14 durch einen oder mehrere Wärme­ tauscherabschnitte 16, durch die zugehörigen Wärmetau­ scherelemente 16 in die eine hohe Temperatur aufweisende Verbrennungskammer 18 und dann durch einen anderen Wärmetauscherabschnitt 16 hindurch zur Auslaßringleitung 20 hin, wobei das gereinigte Abgas oder die Abluft durch eine Leitung 9 an einen Auslaß oder Kamin 6 abgege­ ben wird. Damit das Abgas oder die Abluft über den beschriebenen Weg verläuft, ist es erforderlich bestimm­ te Ventile am Einlaß und Auslaß der verschiedenen Wärme­ tauscherabschnitte 16 zu betätigen. Wenn es daher er­ wünscht ist, daß das Abgas oder die Abluft durch den in Fig. 2 dargestellten Wärmetauscherabschnitt 16 hin­ durchströmt, wird das Ventil 22 geöffnet, während das Ventil 26 geschlossen ist. Gleichzeitig wird in einem an­ deren Wärmetauscherabschnitt 16 das Einlaßventil ge­ schlossen und das Auslaßventil geöffnet. Der Kamin 6 ist mit dem Auslaßgebläse verbunden, um das gereinigte Abgas oder die Abluft in die Umgebung abzugeben.

Wie es weiter oben erläutert wurde, ist der bisher be­ schriebene Teil der Verbrennungsvorrichtung von üblichem Aufbau, wie er allgemein in der eingangs erwähnten US- Patentschrift 38 95 918 beschrieben ist. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist jedoch eine weitere Ringleitung 10 außerhalb der Wär­ metauscherabschnitte 16 vorgesehen. Rohre 12 stehen mit der Ringleitung 10 und den vertikalen Leitungen 15 in Verbindung, wobei das freie Ende dieser Rohre gerade oberhalb jedes Einlaßventils 22 liegt. Diese Ringleitung 10 kann beträchtlich kleiner als die Einlaßringleitung 14 sein und sie steht über eine Leitung 8 mit dem Auslaßka­ min 6 in Verbindung. Üblicherweise ergibt sich aufgrund der Wirkung des Auslaßgebläses in dem gesamten System ein Unterdruck gerade oberhalb der Einlaßventile 22, der bei­ spielsweise in der Größenordnung von (-8466 Pa) liegt. Dieser Unterdruck reicht aus, damit aus dem Kamin 6 ein gewisser Teil des gereinigten Abgases oder der Abluft abgesaugt wird, der als Sperrgas über das Ven­ til 22 geleitet wird, wenn dieses geschlossen ist. Daher füllt dieses gereinigte und warme Gas dauernd den Raum gerade oberhalb des Ventils 22 aus, so daß, wenn der Unterdruck, der in der vertikalen Leitung 15 durch das Auslaßsystem hervorgerufen wird, in der Lage ist, Gase durch das im geschlossenen Zustand befindliche Ventil 22 hindurchzusaugen, diese Gase durch die gerei­ nigten Auslaßgase oder die Auslaßluft gebildet würden, die in den Wärmetauscher 16 außerhab der Wand 16 b ein­ treten, und nicht das ungereinigte Abgas oder die Abluft in dem Ring 14. Daher ist sichergestellt, daß, wenn das Einlaßventil als geschlossen zu betrachten ist, kein Abgas oder keine Abluft von der Einlaßringlei­ tung durch die Wärmetauscherabschnitte 16 und nach unten durch das nominell geschlossene Auslaßventil 26, das sich in der vertikalen Verbindungsleitung 19 befindet, in die Auslaßringleitung 20 gelangt.

Eine ähnliche Anordnung wird zum Spülen der Auslaßventile 26 verwendet. Zu diesem Zweck ist eine weitere Ringleitung 28 vorgesehen, die mit Hilfe von Haltearmen 29 gehaltert ist und die über vertikale Leitungen 32 mit einem Gebläse 34 verbunden ist, dessen Eingang über eine horizontale Zweigleitung 33 mit dem Kamin 6 verbunden ist. Das Gebläse 34 dient dazu, relativ heiße gereinigte Luft aus dem Kamin 6 abzusaugen und sie über einen Krüm­ mer 35 im Bereich gerade oberhalb des Auslaßventils 26 zuzuführen. Dieses Gebläse ist aufgrund der großen Druck­ differenz erforderlich, die zwischen dem Bereich gerade oberhalb des Einlaßventils 22 und gerade oberhalb des Auslaßventils 26 besteht. In dem ersteren Bereich kann der Unterdruck in der Größenordnung von (-8466 Pa) lie­ gen, während er im anderen Bereich in der Größenordnung von beispielsweise (-16932 oder -37330 Pa) liegen kann. Wenn sowohl das Einlaß- als auch das Auslaßventil für einen bestimmten Wärmetauscherabschnitt 16 geschlossen sind, kann sich eine gewisse restliche Abgas- oder Abluftmenge in dem Raum außerhalb der Haltewand 16 b befinden. Dadurch, daß der Bereich gerade oberhalb des Ventils 26 mit heißer gereinigter Abluft abgeschirmt wird, wird die­ se gereinigte heiße Abluft und nicht das ungereinigte Abgas oder die Abluft durch das nominell geschlossene Auslaßventil 26 in die Auslaßring­ leitung 20 abgesaugt.

Durch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Systems werden die nachteiligen Wirkungen des Vorbeileckens von Abgas oder Abluft an den sich im nominell ge­ schlossenen Zustand befindlichen Einlaßventilen 22 oder Auslaßventilen 26 vorbei beträchtlich verringert. Die Menge an heißer ge­ reinigter Auslaßluft, die nicht nach unten an dem ge­ schlossenen Ventil 22 vorbeigesaugt wird, oder die Menge an heißer gereinigter und von dem Krümmer 35 gelieferter Luft, die nicht durch das nominell geschlossene Ventil 26 hindurchschleckt, wird durch die Wärmetauscherbetten in die in der Mitte angeordnete Verbrennungskammer geleitet. Weil diese Menge erneut in den Verbrennungskreislauf ge­ bracht wird, werden bisher noch unvollständig ver­ brannte Bestandteile, die in dem Auslaß oder Kamin enthalten sein können, nochmals einer weiteren Verbren­ nung und Reinigung unterworfen.

Es können zusätzliche Mengen an gereinigtem Gas zur Reinigung oder zum Spülen des Raumes in dem Wär­ metauscherabschnitt 16 außerhalb der Haltewand 16 b ver­ wendet werden, wenn die Einlaß- und Auslaßventile 22 bzw. 26 beide zur gleichen Zeit geschlossen sind. Alle restlichen Abgas- und Abluftmengen, die sich gegebenenfalls in diesem Bereich befinden können, können in wirksamer Weise dadurch herausgespült werden, daß ein Teil des gereinigten Gases in eine dritte Ring­ leitung 21 zurückgeführt wird, die mit dem Kamin 6 über eine horizontale Leitung 25 und mit dem Wärmetauscherab­ schnitt 16 über Krümmer 23 in Verbindung steht, in denen Ventile 24 angeordnet sind.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verhindern des Hindurchleckens von ungereinigtem Gas durch geschlossene Ventile einer Verbrennungsvorrichtung zur thermischen Reinigung von Abgas oder Abluft, die durch mindestens ein Einlaßventil und durch eine Wärmetauscherzone hindurch in eine Hochtemperatur- Verbrennungszone und anschließend durch eine andere Wärmetauscherzone und mindestens ein Auslaßventil hindurch abgeführt wird, wobei durch entsprechendes Öffnen und Schließen der Ein- und Auslaßventile der Weg des Gases durch die Vorrichtung von Zeit zu Zeit verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß kleine Mengen des gereinigten Gases entnommen und auf der Zulaufseite derjenigen Ventile als Sperrgas zugeführt werden, die gerade geschlossen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine weitere kleine Menge des gereinigten Gases der be­ nachbart zu den Einlaß- und Auslaßventilen liegenden Seite der Wärme­ tauscherzone zugeführt wird.

3. Verbrennungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit zumindest zwei Wärmetauscherabschnitten, die mit einer Hochtemperatur-Verbrennungskammer in Verbindung stehen, mit Einlaß- und Auslaßventilen, die mit der von der Verbrennungskammer abgewandten Seite der Wärmetauscherabschnitte in Verbindung stehen und diese mit einer Einlaß- bzw. Auslaßleitung verbinden, und mit einem mit der Auslaßleitung über ein Sauggebläse verbundenen Auslaß, dadurch gekennzeichnet, daß Zuführungseinrichtungen (8, 10, 12, 28, 32, 35) zur Zuführung einer kleinen Menge des gereinigten Gases von dem Auslaß (6) an die Zulaufseite der Ein- und Auslaßventile (22, 26) vorgesehen sind.

4. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß durch einen Kamin (6) gebildet ist, daß die Zuführungseinrichtungen (8, 10, 12, 28, 32 bis 35) eine erste mit dem Kamin (6) verbundene Ringleitung (10) einschließen, von der weitere Leitungen (12) ausgehen, die benachbart zu der Zulaufseite der Einlaßventile (22) münden und daß eine zweite Ringleitung (28) vorgesehen ist, die über ein Gebläse (34) mit dem Kamin (6) verbunden ist und von der weitere Leitungen (35) ausgehen, die benachbart zu der Zulaufseite der Auslaßventile (26) münden.

5. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Ringleitung (21) vorgesehen ist, die mit dem Kamin (6) und über Ventile (24) mit der von der Hochtemperatur-Verbrennungskammer (18) abgewandten Seite (16 a) der Wärmetauscherabschnitte (16) in Verbindung steht.