DE3303907A1

DE3303907A1 - Vorrichtung zur nachverbrennung von rauchgasen

Info

Publication number: DE3303907A1
Application number: DE19833303907
Authority: DE
Inventors: Armin 6430 Bad Hersfeld Schlewitz
Original assignee: Heger Maschf GmbH
Current assignee: Heger Maschf GmbH
Priority date: 1983-02-05
Filing date: 1983-02-05
Publication date: 1984-08-09

Description

Vorrichtung zur Nachverbrennung von Rauchgasen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Nachverbrennung von Rauchgasen, insbesondere von Schwachgasen aus unterstöchiometriscien Feuerungen, wie Holzvergaser und Verbrennungsanlagen, welche hauptsächlich mit Abfallmaterialien gespeist werden, wobei zur Ansaugung, Verwirbelung, Förderung und ZUndung der Gase eine Wirbelkammer zwischen dem Vergaser und dem Kessel (Wärmetauscher) eingebracht wird.
Bei bisher bekanntgewordenen Verbrennungsöfen für Abfälle wurden die in einem Vergaser erzeugten Schwelgase einem Brennen zugeführt, um die so gewonnene Wärmeenergie einem Wärmetauscher zuzuführen. Diese bekannten Vorrichtungen haben die Nachteile, daß keine optimale Verbrennung und damit keine ausreichende Ausnutzung der erzeugten Gase stattfindet. Die Gase werden dabei, unabhängig vom Bedarf, dem Kessel (Wärmetauscher) zugeführt, um von dort teilweise unausgenutzt, d.h , unverbrannt über einen Auslaß der Atmosphäre zugeführt. Neben der Tatsache, einer nichtgegebenen Wirtschaftlichkeit, bedeuten die freiwerdenden, unverbrannten Gase eine erhebliche Umweltbelastung, was erklären läßt, daß sich entsprechende Schwelgasanlagen ffir ein breites Einsatzgebiet noch nicht durchsetzen konnten.
Hier setzt der Erfindungsgedanke ein. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch das Verschwelen in einem Vergaser erzeugten Schwelgase, einer optimalen Ausnutzung zuzuführen, wobei eine gezielte Steuerung dieser Gase, eine störungsfreie Funktion der Gesamtanlage garantiert.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Verschwelen von Abfällen aller Art in einem auf Schweltemperatur beheizbaren Ofen, sowie einer Vorrichtung zum Abbrennen der Schwelgase und Ausnutzung der Verbrennungswärme welche über ein abgestimmtes Kanalsystem geführt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Schwelgaserzeuger und dem Wärmetauscher eine Wirbelkammer angeordnet ist, welche an einer ihrer Stirnseiten mit einem Brenner in direkter Verbindung steht, wobei die Führung der Gase in der Wirbelkammer über ein Dreikammer-Kanalsystem erfolgt.
Durch die besondere Anordnung und Ausgestaltung der Wirbelkammer werden die, durch eine Zuleitung aus dem Schwelgase erzeugenden Ofen gelangenden Gase, abhängig von der jeweilig in die Wirbelkammer gelangende Gasmenge und ausgelöst von dem mit einer Dauerzündspule ausgerüsteten Brenner, in der Weise aufgeteilt, daß ein Teil der unter Zuführung von Sauerstoff entzündeten Gase in den Kessel (Wärmetauscher) abgeführt, während ein anderer mit Sauerstoff angereicherter und erhitzter Teil der Rauchgase über einen zweiten Kanal dem Ofen (Vergaser) wieder zugeführt wird, um so uen Schwelvorgang zu fördern und einen andauernden Kreislauf der vorhandenen Gasmengen zwischen Ofen und Wirbelkammer, unter Berücksichtigung der in den Kessel abfließenden Energie, hersustellen und aufrecht zu erhalten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die mit einem Brenner und einem Vergaserofen in Verbindung stehende-Wirbelkammer mit aus feuerfestem, eine Ausnehmung zur Führung der Gase aufweisenden Formteilen ausgefüllt. Die Ausnehmungen an diesen Formteilen sind so gestaltet, daß sich durch die Aneinanderreihung einzelner Formplatten Kammern bilden, welche über Zwischenplatten, die mit einer Durchgangsöffnung versehen sind, in Wirkverbindung stehen. Selbstverständlich könnte dieses Labyrinth auch einstückig ausgebildet sein.
Die AusneWmungen an den Formplatten sind zu einer Außenkante hin geöffnet und weisen vorteilhafterweise eine spiralförmige Geometrie auf, welche es ermöglicht, die Gase aufzunehmen und durch die sich ergebende drallwirkung weiterzuleiten und abzugeben. Die Öffnungen der aneinandergereihten drei Kammern sind auf die Gas-Zu- und Abführöffnungen ausgerichtet. Um möglichst keine Betriebsstörungen bzw. Wärmeverluste zu haben, befinden sich an den Stirnseiten der Wirbelkammer Abschlußplatten aus feuerfestem, isolierendem Material, welches zweckmäßigerweise dem der Form- und Zwischenplatten entspricht.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, dan die verwendeten Formplatten die gleiche Geometrie besitzen, wobei jedoch durch entsprechende Schichtung für die einzelnen Kammern der Gas- Ein-bzw. Gasaustritt an beliebiger Stelle, be1 von der Außenkontur her quadratischen Formplatten, bei Bedarf nach vier verschiedenen Richtungen ausgerichtet sein kann.
Nach einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der Rauminhalt der Kammer in welcher die Zündung der Gase stattfindet und in welche die vom Ofen (Vergaser) kommenden Gase zuerst eintreten, gleich groß der über eine Zwischenplatte verbundenen zweiten Kammer, deren Austrittsöffnung die Verbindung mit dem Wärmetauscher herstellt. Die dritte Kammer, ebenfalls mit einer, eine Öffnung aufweisenden Zwischenplatte von der vorgeschalteten Kammer getrennt, hat einen etwa um ein Drittel kleineren Rauminhalt als die zwei vorgeschalteten Kammern.
Das Verhältnis der einzelnen Kammern innerhalb der Wirbelkammer soll weitgehendst konstant sein. Die größe der Kammern und dadurch die gewijnscje Verwirbelung und Aufteilung der Gase, kann jedoch von der Größe der spiralförmigen Ausnehmungen in den Formplatten, durch die Anzahl der Formplatten, sowie durch die Größe der Öffnungen in den Zwischenplatten bestimmt werden.
Als zu der Erfindung gehörend ist desweiteren festzuhalten, daß das Schwelgaszuführrohr, sowie das mit dem Kessel in Verbindung stehende Energieabgaberohr etwa gleichen Querschnitt haben, während das zum Ofen (Vergaser) hing*ende Gasrückführrohr einen um ca. ein Drittel kleineren Querschnitt besitzt. So kann erfindungsgemäß der Querschnitt der Gasführungskanäle mit dem Volumen der durch die inneren Ausnehmungen der Formplatten innerhalb der Wirbelkammer gebildeten Einzelkammern abgestimmt werden.
Die besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anlage erzeugt eine Sogwirkung der unverbrannten Schwelgase zum Verbrennungsraum/Wirbelkammer hin sowie eine Druck wirkung unverbrannter oder nur teilweise verbrannter, mit Sauerstoff angereicherter Gase zum Ofen/Vergaser hin.
Dieser Kreislauf garantiert ein kontinuierlidhes Arbeiten der Anlage und eine optimale Ausnutzung/Verbrennung der erzeugten Schwelgase.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Vorrichtung beschränkt, bei welcher zwischen einem vorhandenen Vergaser und einem Wärmetauscher eine über ein Rohrsystem verbundene Wirbelkammer angeordnet ist. Die Wirbelkammer kann-in gleicher Weise auch in einen Heizkessel integriert werden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemc.-.tße Anlage, Fig. 2 2 eine Draufsicht im Schnitt auf eine Anlage gemäß Figur 1, Fig. 3 eine Seitenansicht der Wirbelkammer Fig. 4 ein Schnitt durch eine Wirbelkammer gemäß Figur 3, Fig. 5 eine Seitenansicht eines in der Wirbelkammer verwendeten Formsteines, Fig. 6 einen Schnitt durch einen mit integrierter Wirbelkammer ausgestatteten Heizkessel, Fig. 7 eine Seitenansicht auf eine Anlage gemäß Figur 6, Fig. 8 einen Teilschnitt durch einen mit einer Wirbelkammer ausgestatteten Heizkessel, Fig. 9 eine Draufsicht im Schnitt gemäß der Darstellung in Figur 8.
Mit (1) ist ein Ofen bezeichnet, in welchen das zu verschwelende Material eingeführt wird. Die dort entstehenden Schwelgase werden über eine Zuführung (2) der Wirbelkammer (3) zugeführt. Die Wirbelkammer (3), welche mit einem Brenner (4) in Wirkverbindung steht, ist mit einer Schichtung aus, aus Spezialmaterial bestehenden Formsteinen (5), Zwischenplatten (6) und Endplatten (7) ausgestattet. Die Wirbelkammer (3) ist außerdem über eine Rücklaufleitung (8) mit dem Vergaser (1) und über die Zuführung (9) mit dem Wärmetauscher (10) verbunden.
Die Wirbelkammer (3), gemäß Figur 4 besteht aus einem Gehäuse (t in welchem vom Brenner (4) ausgesehen, eine mit einem Brennerkopfloch ausgestattete Endplatte (7a), drei Formspiralplatten (5a) (linksansaugend, rechtsdrehend) eine mit einer Öffnung ausgestatteten Zwischenplatte (6), drei Formplatten (5b) (rechtsdrehend, rechtsausblasend), einer Zwischenplatte (6) zwei Formspiralplatten (5c) (rechtsdrehend, linksausblasend) und einer Endplatte (7) aneinander gereiht, angeordnet sind. Die sich an der Wirbelkammer (3) befindlichen Zu- und Ableitungen, sowie der Brenner (4) sind über Flansche (12, 12a, 13, 14) mit dem Ofen (1) und dem Wärmetauscher (10) verbundes Gemäß den Figuren 6 bis 9 ist die Wirbelkammer (3a) in einem Heizkessel integriert, wobei (15) den Materialschacht, (16,17,18) die Gasführung innerhalb der Wirbelkammer (3a), (19) den Kessel und (20) die Heizflächen darstellen.
Die durch Verschwelung im Ofen (1) entsehenden Gase werden über das Rohr (2) der Wirbelkammer (3) zugeführt. Dort werden diese im Bereich A durch die spiralförmige Ausbildung der Formplatten (5) und durch die Wirkung des Brenners (4) gezündet, beschleunigt und in den Bereich B und C der Wirbelkammer (3) weitergeleitet.
Der sich durch die Brennerwirkung aufbauende Druck in der Wirbelkammer bewirkt, daß abhängig von dem mengenmäßig vorhandenen Schwelgas nur ein bestimmter Anteil verbrennt und die dabei entstehende Energie dem Kessel (10) zugeführt wird. Der nicht oder nur teilweise verbrannte, sauerstoffangereicherte Anteil wird durch die Rücklaufleitung (8) in den Ofen (1) zurückgeführt. Eine solche Anordnung garantiert eine optimale Ausnutzung/Verbrennung der im Ofen (1) erzeugten Schwelgase, was eine nicht umweltbelastende Qualität der durch den Kamin ins Freie gelangenden Gase mit sich bringt.
- L e e r s e i t e -

Claims

PATE:NTANSPRt)CHE Vorrichtung zur Verbrennung von in einem auf Schweltemperatur beheizbaren Ofen erzeugten Schwelgase mit einer Anordnung zum Abbrennen der Schwelgase und Ausnutzung der Verbrennungswärme zum Beheizen eines Warmetauschers, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Vergaser (1) und Wärmetauscher (O) eine mit dem Brenner (4) verbundene Wirbelkammer (3) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (3) direkt mit dem Brenner (4) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (3) mit mindestens 2 Gasstromführungen (2, 8) mit dem Ofen (1) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (3) mindestens eine Zuleitung (9) zum Wärmetauscher (tO) besitzt.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Wirbelkammer (3) in mindestens 2 Bereiche (A, B) unterteilt ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (3) in drei Bereiche (A, B, C) unterteilt ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbereiche (A,B, C) der Wirbelkammer (3) durch Schichtung von eine Ausnehmung besitzenden Formplatten (5) gebildet werden.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen in den Formplatten (5) eine spiralförmige Geometrie haben und zum Plattenrand hin eine Offnung aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formplatten (5) in Schichtung eine Gasführung bilden.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Kanal bildende Schichtung mehrerer Formplatten (5), Bereiche (A, B, C) innerhalb der Wirbelkammer (3) bilden, welche zu dem jeweils benachbarten Bereich durch einen mit einer Durchgangsöffnung versehenen Zwischenplatte (6) unterteilt sind.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Kanal bildende, zum äußeren Erstreckungsbereich der Formplatten (5) hin offene Rauchgasführung, durch ein Umsetzen der einzelnen Formplatten (5) bzw. Bereiche (A, B, C) beliebig, vorteilhafterweise um 90 Grad, 180 Grad oder 270 Grad versetzt erfolgen kann.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der Formplatten (5) einem Kreis, einem gleichschenkligen Dreieck, einem Quadrat oder einem Vieleck entspricht.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Größenverhältnis der Bereiche (A, B, C) der Wirbelkammer (3) etwa 1:1 zu 2/3tel beträgt.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Zuleitung (2) größer, vorteilhafterweise um 1/3tel größer als der Querschnitt der Rückleitung (8) ist.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden AnspUche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Zuleitung (9) zum tauscher (10) etwa dem Querschnitt der Schwelgase zufuhrung (2) entspricht.