DE3831558A1 - Verfahren und durchlaufofen zum entfernen von schadstoffen aus abgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen von Schadstoffen aus Abgasen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf einen Durchlauf­ ofen zur Ausübung des Verfahrens.

Die Reinigung von Abgasen von Kammeröfen und Durchlauf­ öfen durch Nachverbrennung der Abgase hat sich in den letzten Jahren mehr und mehr durchgesetzt. Es wurden auch Wärmetauscher zur Rückgewinnung der Abgasenergie eingesetzt.

Bei Durchlauföfen oder Rollenöfen etc. werden die Abgase der Vorbrennzone und der Brennzone zum Vor­ wärmen des Brenngutes ausgenutzt. Dabei wird die große Menge des relativ sauberen Abgases der Brennzone mit der relativ kleinen Menge des vor allem einen hohen Anteil an flüchtigen Kohlenwasserstoffen aufweisenden Abgases der Vorbrennzone vermischt und deutlich abgekühlt. Zur Nachverbrennung ist daher ein relativ hoher Energieaufwand erforderlich, um die auf ca. 150°C abgekühlten Gase auf eine Nachverbrenntem­ peratur von ca. 850°C zu bringen. Die Nachverbrennung ist unbedingt erforderlich, um die Forderung der TA Luft nach niedrigem Kohlenwasserstoffgehalt im Abgas zu erfüllen.

Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren bzw. einen Brennofen anzugeben, mit dem es möglich ist, die Kohlenwasserstoffe aus dem Abgas mit relativ geringem Aufwand vor allem an Primär­ energie zu entfernen bzw. unterhalb die geforderten Höchstwerte zu bringen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 angegebenen Maßnahmen und Merkmale. Hierdurch ist nur noch die geringe Abgas­ menge der Vorbrennzone auf die Nachverbrenntemperatur zu erhitzen. Die nicht so stark abgekühlten Abgase der Brennzone werden dann erst mit den heißen, nachver­ brannten Abgasen der Vorbrennzone vermischt und werden vorteilhaft nochmals einer Nachverbrennung unterzogen. Hierfür ist ebenfalls eine geringe Menge Primärenergie notwendig, da die Mischgase noch eine relativ hohe Temperatur besitzen. Schließlich erfolgt die Wärmerück­ gewinnung durch Wärmetauscher zur Aufheizung der Frisch­ luft für die Brenner.

Durch dieses Verfahren und diesen Ofen brauchen also nicht die gesamten abgekühlten Abgase wieder auf Nach­ verbrenntemperatur gebracht werden. Das Wesentliche ist dabei die vorherige Trennung der relativ schmutzigen Abgase der Vorbrennzone von den relativ sauberen Abgasen der Brennzone.

Dies gelingt dadurch, daß, resultierend aus der Abschottung, die schmutzigen Gase der Vorwärmzone in einem Kanal oberhalb der Ofendecke zurückgeführt werden (jetzt gleiche Richtung wie das Brenngut selbst, vorher Gegen­ stromprinzip). In diesem Kanal oberhalb der Ofendecke verlieren die Rauchgase wenig an Temperatur bzw. werden, wenn es sich um ein Zwischengewölbe handelt, sogar durch das glühende Brennkanalgewölbe wieder aufgeheizt. Was dann an Temperatur noch fehlt auf ca. 850°C erledigen die separat und zusätzlich eingebauten Brenner der sogenannten thermischen Nachverbrennung. Diese werden auf die Ausbrandtemperatur von ca. 850°C geregelt. Diese gereinigten und von Kohlenwasserstoffen befreiten Abgase werden nun mit den aus der Hauptbrennzone kommen­ den, relativ sauberen Abgasen zusammengeführt und in einem bzw. zwei Kanälen links und rechts vom Ofen gegebe­ nenfalls nocheinmal gereinigt durch Nachbrenner, falls noch Kohlenwasserstoffe aus der Hauptbrennzone festge­ stellt werden sollten. Danach fließen die Rauchgase wieder im Gegenstrom (Richtung zum Brenngut) seitlich im oder am Ofen, wo sie durch zusätzlich eingebaute Wärmetauscher rekuperiert werden können. Dabei wird ihnen Energie entzogen in Form von heißer Luft, die entweder direkt in die Vorwärmzone zur Beheizung des Ofenkanals eingeblasen werden kann oder aber Brenner in der Vorwärm- und Hauptbrennzone mit heißer Luft versorgt, um Primär­ energie einzusparen. Dieser Rauchgassammelkanal mit seinen Wärmetauschern und angeschlossenen Eindüsungen oder Brennern wird bis zur Ofeneinfahrt und dann über eine separate Abgasleitung ins Freie geführt. Unter Umständen ist dann auch ein Fluorabsorber nötig.

Sinn und Zweck dieser Einrichtungen ist wie bereits schon erwähnt, die Aufteilung des Brennkanals in den schmutzigen und den sauberen Teil. Erfahrungsgemäß treten im schmutzigen Teil nur geringe Mengen von Abgasen auf, werden aber unnötigerweise vermischt mit dem "Löwenanteil" der Abgase aus der Brennzone, die sich gemeinsam, normalerweise in der Vorwärmzone,ver­ mischen und abkühlen und dann wiederum auf 850°C für die Abgasreinigung gebracht werden müssen, um dann ungenutzt über Dach zu gehen. Dies soll hier vermieden werden. Vielmehr soll gezielt und genau ge­ trennt im Bereich der Vorwärmzone nachverbrannt werden, um dann mit dem großen Anteil der Abgase aus der Hauptbrennzone eine wärmebilanzmäßig günstige Reku­ peration zu ermöglichen.

Damit wird Erhebliches zum Umweltschutz und zur Energieeinsparung beigetragen.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschau­ lichten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Mit 1 ist ein Brennofen in Form eines Durchlaufofens, z.B. eines Durchschubofens, oder Rollenofens etc. bezeichnet. Der Brenngutkanal 2, in dem das Brenngut 3 von der Eingangsseite 4 zur Ausgangsseite 5 transportiert wird, ist zwischen Vorbrennzone 6 und Brennzone 7 durch eine Trennwand 8 so abgetrennt, daß sich die Abgase 9 der Vorbrennzone 6 nicht oder möglichst wenig mit den Abgasen 10 der Brennzone 7 vermischen können. Zu diesem Zweck reicht die Trennwand 8 von oben her möglichst nahe bis zur Obergrenze 36 des Brenngutes 3.

Oberhalb der Ofendecke 11 der Vorbrennzone 6 ist ein Abgaskanal 12 parallel zur Vorbrennzone 6 angeordnet. Am Anfangsbereich 13 der Vorbrennzone 6 ist in der Ofendecke 11 eine Öffnung 14 vorgesehen, die zweck­ mäßig mit einem Schieber 15 absperrbar ist. Die Ofen­ decke 11 kann vorteilhaft als relativ gut wärmedurch­ lässige Strahlungsdecke ausgebildet sein, um eine Auf­ heizung der im Abgaskanal 12 befindlichen Abgase ohne Zusatzheizung zu ermöglichen.

Im Endbereich 16 der Vorbrennzone 6 sind ein oder mehrere Nachbrenner 17 vorgesehen, die die im Abgas­ kanal 12 befindlichen kohlenwasserstoffhaltigen Abgase auf Verbrenntemperatur, insbesondere etwa 850°C hochheizen.

Im Anfangsbereich 18 der Brennzone 7 ist in der Ofen­ decke 19 der Brennzone 7 eine Öffnung 20 und zweck­ mäßig ein Schieber 21 angeordnet. Durch die Öffnung 20 können die relativ sauberen Abgase 10 der Brennzone 7 in den Endbereich 16 des Abgaskanals 12 strömen und sich dort in besonderen, vorzugsweise seitlich im oder außen am Brennofen 1 angeordneten Mischkanälen 22 mit den nachverbrannten Abgasen 23 der Vorbrennzone 6 vermischen. Die Mischabgase 24 werden einer weiteren Nachbrennereinheit 25 zugeführt und eine Schadstoff- Restverbrennung durchgeführt. Hierzu bedarf es keiner hohen Energiezufuhr, da die Mischabgase eine relativ hohe Temperatur besitzen.

Die nachverbrannten Mischabgase 26 werden durch einen Katalysator 27 und zwei Wärmetauscher 28 und 29 mittels eines Exhaustors 30 angesaugt und in einen Kamin ge­ blasen. Im Katalysator 27 erfolgt vor allem eine Be­ seitigung schädlicher NO _x -Verbindungen. Eventuell kann zusätzlich ein Absorber zur Beseitigung von Fluoriden vorgesehen sein.

Durch einen Frischluftventilator 31 kann Frischluft 32 durch die Wärmetauscher 28 und 29 zu den Brennern 33 der Brennzone 7 bzw. den Brennern 34 der Vorbrennzone 6 gedrückt werden.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäß ausgeführten Brennofens ist folgende:

Das Brenngut 3 wird von links nach rechts durch den Brenngutkanal 2 bewegt. Dabei wird es in der Vorbrenn­ zone 6 von Raumtemperatur auf etwa 600°C aufgeheizt. Hierbei werden Bindemittel und Preßhilfsmittel ver­ dampft und/oder vergast, die einen relativ hohen Kohlenwasserstoffgehalt aufweisen. Die Abgase 9 in der Vorbrennzone 6 werden bei eingeschaltetem Exhaustor 30 bei offenem Schieber 15 im Gegenstrom, d.h. entgegen der Durchlaufrichtung des Brenngutes 3, in den oberen Abgaskanal 12 gesaugt. Dabei wird das einlaufende Brenngut vorgewärmt und die Abgase 9 abgekühlt.

Im Abgaskanal 12 werden die Abgase durch die von der Ofendecke 11 abgestrahlte Wärme aufgeheizt und durch den oder die Nachbrenner 17 die enthaltenen Kohlen­ wasserstoffe und sonstige brennbare Anteile zu unschädlichen Verbindungen verbrannt.

Aus dem Brennraum 7 werden bei offenem Schieber 21 die Abgase 10 ebenfalls im Gegenstrom abgesaugt und im Mischkanal 22 mit den bereits nachverbrannten Abgasen 9 der Vorbrennzone 6 vermischt. Die Mischab­ gase 24 haben eine relativ hohe Temperatur und werden durch den Nachbrenner 25 nachverbrannt. Dann durch­ laufen die nachverbrannten Mischgase 26 den Kataly­ sator 27 und die Wärmetauscher 28 und 29. Der erste Wärmetauscher 28 arbeitet dabei auf höherer Betriebs­ temperatur als der zweite Wärmetauscher 29. Die durch ersteren erhitzte Frischluft besitzt daher eine höhere Temperatur als die durch den zweiten erhitzte Frischluft und dient deshalb als Frischluft für die für höhere Temperatur vorgesehenen Brenner 33 der Brennzone 7. Gegebenenfalls werden auch die letzten Brenner 34 im Endbereich 16 der Vorbrennzone 6 mit Frischluft höherer Temperatur versorgt. Die Abgase im Kaminbereich besitzen eine Temperatur von etwa 150°C. Sie ist praktisch frei von Kohlenwasserstoffen und je nach Art des oder der verwendeten Katalysatoren auch frei von sonstigen schädlichen Verbindungen wie z.B. NO _x .

Gegebenenfalls kann die Trennwand 8 anhebbar und absenkbar ausgeführt sein, sodaß deren Unterkante 35 möglichst nahe der obersten Bewegungslinie 36 des jeweils zu brennenden Brenngutes 3 gebracht werden kann. So kann eine Vermischung der Abgase 9 der Vor­ brennzone 6 mit den Abgasen 10 der Brennzone 7 weit­ gehend minimiert werden.

Zweckmäßig ist an der Trennwand 8 der Unterdruck auf der Seite der Vorbrennzone 6 größer als derjenige auf der Seite der Brennzone 7. Dadurch wird verhindert, daß kohlenwasserstoffhaltige Abgase 9 der Verbrennzone 6 unverbrannt in die relativ sauberen Abgase 10 der Brenn­ zone 7 gelangen.

Unterhalb des Brennofens ist das Temperaturptofil des Brennofens 1 beispielhaft dargestellt. Das Temperatur­ profil kann natürlich den Bedürfnissen entsprechend verändert werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Entfernen von durch Nachverbrennung unschädlich zu machenden Schadstoffen im Abgas von Durch­ laufbrennöfen durch Nachverbrennung und Energierück­ gewinnung mittels Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenngutkanal (2) der Vorbrennzone (6) vom Brenngutkanal (2) der Brennzone (7) im Bereich der Abgasführung abgeteilt wird, daß die Abgase (9) der Vorbrennzone (6) abgeführt und einem Nachbrenner (17) zugeführt und in diesem nachverbrannt werden, daß die nachverbrannten Abgase (23) der Vorbrennzone (6) mit den Abgasen (10) der Brennzone (7) vermischt und gegebenen­ falls einem zweiten Nachverbrenner (25) zugeführt und gemeinsam nachverbrannt werden und anschließend die gereinigten Abgase (26) zur Energierückgewinnung über wenigstens einen Wärmetauscher (28; 29) nach außen geleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigten Abgase (26) zunächst zwecks Beseiti­ gung schädlicher Stickstoffverbindungen durch einen hierzu geeigneten Katalysator (27) geschickt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die gereinigten Abgase (26) durch einen ersten Wärmetauscher (28) geschickt werden, in dem Frischluft (32) vorgewärmt und diese den Brennern (33) der Brennzone (7) und gegebenenfalls den in der heißesten Zone (Endbereich 16) der Vorbrenn­ zone (7) liegenden Brennern (34) zugeführt wird, und daß die abgekühlten Abgase dann durch einen zweiten Wärme­ tauscher (29) geschickt werden, in dem Frischluft vor­ gewärmt und den Brennern (34) der Vorbrennzone (6) zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase (9) der Vorbrenn­ zone (6) im Gegenstrom über das Brenngut (3) der Vor­ brennzone (6) abgeführt wird und dann in einem darüber befindlichen Abgaskanal (12) in Durchlaufrichtung zu einem im Endbereich (26) dieses Kanals (12) befindlichen Nachbrenner (17) geführt und nachverbrannt wird, daß die Abgase (10) der Brennzone (7) im Gegenstrom über das Brenngut (3) geleitet wird und im Endbereich (16) der Vorbrennzone (6) mit den nachverbrannten Abgasen (23) der Vorbrennzone (6) vermischt werden.

5. Durchlaufofen zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Vorbrennzone und einer Brennzone sowie einer Nachverbrenneinrichtung und einem Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Vorbrennzone (6) und Brennzone (7) eine bis nahe zur Obergrenze (36) des Brenngutes (3) reichende Trennwand (8) vorgesehen ist, daß oberhalb der Ofen­ decke (11) der Vorbrennzone (6) ein parallel dazu ver­ laufender Abgaskanal (12) vorgesehen ist, der im Anfangsbereich (13) der Vorbrennzone (6) mit dieser über eine, insbesondere durch einen Schieber (15) absperrbare, Öffnung (14) verbunden ist, und daß im Anfangsbereich (18) der Brennzone (7) eine, insbe­ sondere durch einen Schieber (21) absperrbare Öffnung (20) vorgesehen ist, die in einen Mischkanal (22) mündet, der mit dem Abgaskanal (12) verbunden ist, so daß sich die Abgase (10) der Brennzone (7) mit den nachverbrannten Abgasen (23) der Verbrennzone (7) vermischen können.

6. Durchlaufofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Trennwand (8) auf wenigstens einer Seite des Ofens (1) ein von oben nach unten verlaufender Mischkanal (22) vorgesehen ist, in dem ein Nachverbrenner (25) installiert ist.

7. Durchlaufofen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) anhebbar und absenkbar ausgebildet ist.

8. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) im Bereich der Temperaturzone von etwa 550°C bis 650°C, insbe­ sondere bei 600°C, vorgesehen ist.

9. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofendecke (11) über der Vorbrennzone (6) als gut wärmeleitende Strahlungs­ decke ausgebildet ist.

10. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Trennwand (8) auf der Seite der Vorbrennzone (6) ein geringerer Druck herrscht als auf der Seite der Brennzone.