DE3448327C2 - - 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.
Stationäre Wärmetauscher- oder Verbrennungsvorrichtungen nach
dem Wärmeregenerationsprinzip sind beispielsweise aus der US-
PS 38 95 918 bekannt. Bei dieser Wärmetauschervorrichtung ist
eine in der Mitte angeordnete Hochtemperatur-Verbrennungskammer
vorgesehen, die mit drei oder mehr Wärmetauscherabschnitten in
Verbindung steht, die um die Verbrennungskammer herum angeordnet
sind. Jeder Wärmetauscherabschnitt dieser Vorrichtung schließt
eine große Anzahl von Wärmetauscherelementen ein, die zwischen
zwei im wesentlichen vertikalen, mit Öffnungen versehenen Halte
wänden eingeschlossen sind, die in den meisten Fällen aus Metall
bestehen. Einlaß- und Auslaßventile sind mit jenem Wärmetau
scherabschnitt an der Ober- und Unterseite verbunden, und die
Gasströmung verläuft allgemein horizontal von den Wärmetauscher
abschnitten zu der Verbrennungskammer und umgekehrt.
In der DE-OS 33 22 119 wurde weiterhin eine Verbrennungsvorrich
tung vorgeschlagen, bei der vertikal ausgerichtete Wärmetau
scherabschnitte verwendet werden, die entweder in benachbarten
keilförmigen Formen oder in einer allgemein L-förmigen Form
angeordnet sind. Hierbei sind Einlaß- und Auslaßkanäle und ent
sprechende Einlaß- und Auslaßventile jedem Wärmetauscherab
schnitt in der Nähe seines unteren Endes in den Räumen unterhalb
von Wärmetauscherbetten zugeordnet. Eine gemeinsame Verbren
nungskammer ist oberhalb aller dieser Wärmetauscherabschnitte
angeordnet. Die Gasströmung erfolgt in der Hauptsache vertikal
durch jeden vertikalen Wärmetauscherabschnitt und horizontal
durch die Verbrennungskammer. Um zu vermeiden, daß Abgas oder
Abluft die Hochtemperatur-Verbrennungszone im wesentlichen um
geht, wird die nach oben strömende Abgas- oder Abluftströmung in
Form eines eine relativ hohe Geschwindigkeit aufweisenden
Strahls in den oberen Teil der Verbrennungszone eingeleitet.
Dies wird dadurch erreicht, daß für jeden Wärmetauscherabschnitt
eine Abdeckung mit einer Öffnung vorgesehen wird, die speziell
für diesen Zweck ausgebildet ist. Der Strahl vergrößert die
Turbulenz in dem Verbrennungsbereich zur Erzielung einer besse
ren Vermischung und trägt dazu bei, eine relativ unbehinderte
seitliche Strömung des nicht verarbeiteten oder unvollständig
verarbeiteten Abgases an dem unteren Bereich der Verbrennungs
zone von einem Wärmetauscherabschnitt zur Oberseite des benach
barten Wärmetauscherabschnittes zu verhindern. Obwohl diese Ver
brennungsvorrichtung recht befriedigende Eigenschaften aufweist,
weist sie einen relativ komplizierten Aufbau auf.
Aus der DE-OS 29 51 525 ist weiterhin eine Verbrennungsvorrich
tung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Wärme
tauscherabschnitte in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse
ausgebildet und durch vertikale, sich im wesentlichen radial
erstreckende Trennwände voneinander getrennt sind. Die Trenn
wände erstrecken sich im wesentlichen lediglich bis zur Füllhöhe
der Wärmetauscherelemente, wobei sich das gemeinsame Gehäuse
über die Höhe der Trennwände hinaus erstreckt und damit eine
Verbrennungskammer bildet, die allen Wärmetauscherabschnitten
gemeinsam ist. In diese Verbrennungskammer wird von oben die
Flamme eines Brenners eingeleitet, die damit auf die Oberseite
der Wärmetauscherelemente gerichtet ist. Hierbei besteht die
Gefahr, daß die Abgase oder die Abluft beim Überströmen von
einem Wärmetauscherabschnitt zum anderen die Flamme umgehen und
damit nicht ausreichend erhitzt werden, um sie unschädlich zu
machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungsvor
richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei ein
fachem Aufbau eine einwandfreie Verbrennung und Verarbeitung der
Abgas- und Abluftströmungen ermöglicht und damit einen ver
besserten Wirkungsgrad ergibt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verbrennungsvor
richtung wird eine direkte Abgasströmung zwischen der Oberseite
zweier benachbarter Wärmetauscherabschnitte sicher verhindert,
ohne daß sich ein komplizierter Aufbau ergibt. Hierdurch wird
eine einwandfreie und vollständige Verbrennung der Abgas- und
Abluftströmungen und damit ein verbesserter Wirkungsgrad er
reicht.
Durch die Verwendung eines Kanals in leitungsartigen Kopplungs
teilen zwischen den einzelnen Wärmetauschereinrichtungen wird
sichergestellt, daß die Abgas- oder Abluftströmungen auf ihrem
Wege von einem Wärmetauscherabschnitt zum anderen die Flamme der
Heizeinrichtungen durchqueren und damit vollständig verbrannt
werden. Da die leitungsartigen Kopplungsteile selbst ohnehin zur
Verbindung der einzelnen Wärmetauscherabschnitte miteinander
erforderlich sind, ergibt sich hierbei ein sehr einfacher Aufbau
bei hohem Wirkungsgrad.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand
der Zeichnung noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine teilweise weggebrochene Draufsicht auf die in Fig.
2 dargestellte Ausführungsform der Verbrennungsvor
richtung,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene und teilweise weggebrochen
dargestellte Seitenansicht der Ausführungsform der
Verbrennungsvorrichtung nach Fig. 1.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungs
form der Wärmetauschervorrichtung, die so ausgebildet
ist, daß sie den Vorteil einer vertikalen Konstruktion
mit in einer Reihe angeordneten Wärmetauscherabschnit
ten aufweist und dennoch das Problem einer unzureichen
den Oxidation aufgrund eines Umgehens der Verbrennungs
kammer durch eine verkürzte Strömung der Abgas- oder Ab
luftströmung von einem Wärmetauscherabschnitt zum benach
barten Abschnitt vermeidet. Bei dieser Ausführungsform
der Wärmetauschervorrichtung, die allgemein mit der Be
zugsziffer 30 bezeichnet ist, sind drei allgemein ver
tikale zylindrische Wärmetauscherabschnitte 32, 33, 34 vorgesehen, die mit
einander ausgerichtet sind. Jeder Wärmetauscherabschnitt weist eine äußere
metallische Umhüllung 31 auf, die mit einer Schicht 35
aus feuerfestem Material auf der Innenoberfläche ausge
kleidet ist. Jeder Wärmetauscherabschnitt schließt eine horizontale per
forierte Metallplatte 40 ein, auf der ein Bett von ke
ramischen Wärmespeicherelementen 42 angeordnet ist. Der
Pegel der Wärmespeicherelemente 42 ist bezogen auf die
Gesamthöhe des Wärmetauscherabschnitts relativ niedrig gehalten. Beispiels
weise nimmt das Wärmetauscherbett bei der dargestellten
Ausführungsform ungefähr 22% des Gesamtvolumens des Wärmetauscherabschnitts
34, gemessen von der Platte 40, ein. Dies heißt mit ande
ren Worten, daß die Höhe des Stapels ungefähr 30% der
Höhe des Wärmetauscherabschnitts von der perforierten Platte 40 bis zum
unteren Ende eines Kanals 56 einnimmt. Hierdurch ver
bleibt eine große Füllkammer 44, die durch die gesamte
Abgas- oder Abluftströmung durchquert wird, bevor sie in
den Kanal 56 eintritt.
Hierbei wird eine maximale Gasgeschwindigkeit von etwa
229 m pro Minute bei 760°C angenommen. Der obere
Teil des Raumes 44 steht mit den entsprechenden obe
ren Teilen der Räume in den Wärmetauscherabschnitten 33 und 32 über
den einen relativ breiten und niedrigen Rechteckquer
schnitt aufweisenden Kanal 56 in Verbindung, der in
einem leitungsartigen Kopplungsteil 62 ausgebildet
ist. Beispielsweise sollte das Verhältnis der Höhe
zur Breite des Kanals 56 im Verhältnisbereich von
1 : 2 liegen. Ein Brenner 58 durchdringt die Seiten
wand des mittleren Wärmetauscherabschnittes 33, wo
bei die Flamme dieses Brenners den größten Teil des
Gasweges durch den Kanal 56 erreicht. Der Brenner 58
wird mit Brennstoff von der Außenseite gespeist und
kann die Temperatur in dem Gaspfad durch den Kanal
auf den Temperaturbereich von 426 bis 982°C anheben.
Eine Tür 57 ist vorgesehen, um einen Zugang an das
Innere des Wärmetauscherabschnittes 33 zu ermöglichen.
In die eingeschlossenen Räume 43 unterhalb der per
forierten Platten 40 jedes Wärmetauscherabschnittes sind die Enden von
Speisekanälen 37, 39 und 41 eingeführt. Diese Kanäle
stehen mit dem Hauptauslaßkanal 38 über vertikale Ka
nalabschnitte 45, 60 und 61 in Verbindung, die jeweili
ge Ventilsteuereinrichtungen 52, 53 und 54 einschließen.
Der Auslaßkanal 38 ist mit einem Auslaß-Zentrifugalge
bläse 55 verbunden, das von einem Motor 59 angetrieben
wird und dessen Ausgang mit einem (nicht gezeigten)
Kamin oder irgendeiner anderen geeigneten Einrichtung
zur Ableitung der gereinigten Abgasströmung verbunden
ist.
Die horizontalen Speisekanäle 37, 39 und 41 sind weiter
hin über vertikale Kanalabschnitte 46, 47, 48, in denen
Ventilsteuerteilbaugruppen 49, 50 und 51 angeordnet
sind, mit dem Haupteinlaßkanal 36 verbunden.
Es ist zu erkennen, daß bei dieser Ausführungsform
eine gleichförmigere Geschwindigkeit
für die Abgas- oder Abluftströmung erreicht wird,
die von der Oberseite eines der Stapel von Wärme
tauscherelementen 42 in einem Wärmetauscherabschnitt
zur Oberseite des entsprechenden Stapels in einem an
grenzenden Wärmetauscherabschnitt strömt. Weiterhin
verläuft diese Strömung durch eine Flamme in einem
relativ engen (in Höhenrichtung gesehen) Kanal 56,
wodurch ein gleichförmiger Temperaturgradient in die
sem Kanal von der Oberseite zur Unterseite gefördert
wird, was dazu beiträgt, daß eine vollständigere Ver
brennung aller durch den Kanal strömenden Gase sicher
gestellt wird.
Im Gegensatz zu anderen Konstruktionen sind bei die
ser Ausführungsform keine Abdeckplatten mit einer Öff
nung erforderlich, weil bei dieser Auslegung der Ver
brennungs- oder Wärmetauschervorrichtung eine gleich
förmigere Gasgeschwindigkeit gefördert wird und die
Wärmeverteilung in der Verbrennungszone gleichförmiger
ist. Es ist tatsächlich so, daß die Gasgeschwindigkeit
in der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 so nie
drig gemacht werden kann, wie dies für eine vollständi
ge Verbrennung der Abgas- oder Abluftströmung wünschens
wert ist, die von der Vorrichtung bearbeitet wird.
Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungs
form muß der Querschnitt des Kanals 56 nicht unbedingt
ein langgestrecktes Rechteck sein, wie dies darge
stellt ist. Bei kleineren Einheiten könnte der Quer
schnitt des Kanals 56 im wesentlichen quadratisch
sein, um eine Anpassung an die kleinere Flamme eines
kleineren Brenners zu erzielen.
Weil die Wärmetauscherabschnitte in den Fig. 1 und 2 zylindrisch
sind, können weiterhin, wenn Wärmetauscherabschnitte mit unterschied
lichem Durchmesser erwünscht sind, die Höhen der Sta
pel 42 im wesentlichen konstant bleiben, was einen
Faktor darstellt, der die Konstruktion unterschiedli
cher Installationen erleichtert. Es ist weiterhin nicht
erforderlich, den von jedem Stapel eingenommenen Anteil
des Gesamtvolumens jedes Wärmetauscherabschnittes auf 20 bis 30% zu begren
zen. In Abhängigkeit von verschiedenen Erwägungen, wie
z. B. der Verbrennungstemperatur, der mittleren Gasge
schwindigkeit, den Eigenschaften der Abgas- oder Abluft
strömung, der Fläche des Querschnitts des Kanals 56, der
Größe der Flamme, der Größe und Formen der Wärmetauscher
elemente 42 usw. kann dieser Anteil auf ungefähr 40% bis
50% ansteigen und dennoch eine befriedigende gleichförmi
ge Geschwindigkeit der meisten Teile der Abgasströmung
hervorrufen.
Claims (9)
1. Verbrennungsvorrichtung mit zumindestens zwei getrennten
vertikalen Wärmetauscherabschnitten, die benachbart zueinander
angeordnet sind und in denen jeweils ein Stapel von feuerfesten
Wärmetauscherelementen angeordnet ist, die durch ein gasdurch
lässiges Bauteil gehaltert sind, unter dem ein umgrenzter Raum
angeordnet ist, mit Einrichtungen zur Zuführung unerwünschter
Abgase zur Verarbeitung in der Vorrichtung und zur Ableitung
von in der Vorrichtung verarbeiteten Gasen aus der Vorrichtung,
die so ausgebildet sind, daß sie zu vorgegebenen Zeiten die
Abgase mit vorgegebenen Gasströmungsgeschwindigkeiten ausge
wählten der umgrenzten Räume zuführen und die Gase aus anderen
dieser umgrenzten Räume ableiten, mit einer Verbindungsein
richtung oberhalb der Stapel von Wärmetauscherelementen, die
die Wärmetauscherabschnitte in eine Gasströmungsverbindung
miteinander bringt, und mit einer Heizeinrichtung in der Ver
bindungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsein
richtung durch einen Kanal (56) in leitungsartigen Kopplungs
teilen (62) gebildet ist, durch den hindurch die Abluft- oder
Abgasströmung auf ihrem Weg von einem Wärmetauscherabschnitt
(32, 33, 34) zum nächsten hindurchströmt und in dem die Heizeinrich
tungen in Form eines Brenners (58) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquer
schnitt des Kanals (56) im wesentlichen ein langgestrecktes
Rechteck ist, dessen Längsachse im wesentlichen horizontal
verläuft.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (56) eine
Höhe aufweist, die verglichen mit seiner Breite sehr klein ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmungs
geschwindigkeit durch die Wärmetauscherabschnitte (32, 33, 34)
im Bereich von ungefähr 76 bis 228 m pro Minute bei ungefähr
760° Celsius liegt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens drei
Wärmetauscherabschnitte (32, 33, 34) vorgesehen sind, die in einer
Reihe angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite
jedes Stapels von Wärmetauscherelementen (42) in einer der
artigen Höhe liegt, daß der Stapel weniger als ungefähr die
Hälfte des Volumens der von den gasdurchlässigen Bauteilen (40) aus
nach oben gemessenen Säule einnimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das von jedem Stapel
eingenommene Volumen ungefähr 20% bis 50% des Gesamtvolumens
des Wärmetauscherabschnittes von dem gasdurchlässigen Bauteil
(40) aus nach oben gemessen einnimmt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite
jedes Stapels bei ungefähr 30% bis 50% der Höhe der Säule ge
messen von dem gasdurchlässigen Bauteil (40) bis zum untersten
Ende der Kanaleinrichtungen liegt.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt
jedes Wärmetauscherabschnittes (32, 33, 34) ungefähr ein Kreis
ist.
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