DE3831558C2

DE3831558C2 -

Info

Publication number: DE3831558C2
Application number: DE19883831558
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Munzert (Fh), 8501 Schwanstetten, De
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1988-09-16
Publication date: 1991-01-10
Also published as: DE3831558A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen von durch Nachverbrennung unschädlich zu machenden Schadstoffen im Abgas von Durchlauföfen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf einen Durchlaufofen zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

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

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

Ein Verfahren mit einem einzigen Nachbrenner, einer Vorwärmzone und zwei Wärmetauschern ist beispielsweise aus der DE-PS 37 17 320 zu entnehmen. Die Vorwärmzone wird durch die vom einzigen Nachbrenner aufgeheizte Abluft aus dieser Zone erwärmt, in dem eine Teilmenge der Abluft über einen Wärmetauscher erhitzt wird. Diese Anlage funktioniert nur so lange, als brennbare Schwelgase aus dem zu brennenden Gut ausgetrieben werden können. Falls der Nachverbrenner dann noch in Funktion sein sollte, kann also keine Nachverbrennung mehr stattfinden, sondern es erfolgt übliche Erstverbrennung, die aber in der Regel noch nachbehandelt werden muß.

Aus der DE-PS 33 26 100 ist eine Feuerungsanlage für Dampfkessel bekannt, die mit zwei Brennstellen arbeitet, von denen die zweite eine Nachverbrennstufe ist. Es ist keine Vorbrennzone und keine Brennzone vorhanden. Das Abgas wird noch durch einen Katalysator gereinigt.

Die DE-OS 36 37 793 zeigt einen Brennofen mit Vorwärmzone ohne Brenner und einer Brennzone. Die Erwärmung der Vorwärmzone erfolgt im Prinzip wie in der DE-PS 37 17 320 beschrieben. Es ist nur eine Nachverbrennung und ein Wärmetauscher vorgesehen. Eine Frischlufterwärmung für die Brenner findet nicht statt.

Aus der DE-PS 35 34 447 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Gesamtabgas zweier kombinierter Öfen nachverbrannt wird und über Wärmetauscher eine Vorwärmung der Frischluft für die Brenner vorgenommen wird.

Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren bzw. einen Durchlaufofen anzugeben, mit dem es möglich ist, die Kohlenwasserstoffe durch Nachverbrennung aus dem Abgas mit relativ geringem Aufwand vor allem an Primärenergie durch Anwendung der Energierückgewinnung durch Wärmetauscher zu entfernen bzw. unterhalb der 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 Abgasmenge der Vorbrennzone auf die Nachverbrenntemperatur zu erhitzen. Die nicht so stark abgekühlten Abgase der Brennzone werden dann erst mit den heißen, nachverbrannten Abgasen der Vorbrennzone vermischt und werden nochmals einer Nachverbrennung unterzogen. Hierfür ist ebenfalls eine nur geringe Menge Primärenergie notwendig, da die Mischgase noch eine relativ hohe Temperatur besitzen. Schließlich erfolgt die Wärmerückgewinnung durch erste und zweite Wärmetauscher zur Aufheizung der Frischluft sowohl für die Brenner der Brennzone als auch für die Brenner der Vorbrennzone, wobei die Temperatur der Frischluft für die Brenner der Brennzone wesentlich höher liegen als diejenige für die Brenner der Vorbrennzone, wodurch eine Optimierung der Verbrennung in beiden Brennzonen erreicht wird.

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

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten 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 zweckmäßig mit einem Schieber 15 absperrbar ist. Die Ofendecke 11 kann vorteilhaft als relativ gut wärmedurchlässige Strahlungsdecke ausgebildet sein, um eine Aufheizung 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 Abgaskanal 12 befindlichen kohlenwasserstoffhaltigen Abgase auf Vorbrenntemperatur, insbesondere etwa 850°C, hochheizen.

Im Anfangsbereich 18 der Brennzone 17 ist in der Ofendecke 19 der Brennzone 7 eine Öffnung 20 und zweckmäßig 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 geblasen. Im Katalysator 27 erfolgt vor allem eine Beseitigung schädlicher NO_x-Verbindungen. Eventuell kann zusätzlich ein Absorber zur Beseitigung von Fluoriden vorgesehen sein.

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

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäß ausgeführten Brennofens ist folgende:

Das Brenngut 3 wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel von links nach rechts durch den Brenngutkanal 2 bewegt. Dabei wird es in der Vorbrennzone 6 von Raum temperatur auf etwa 600°C aufgeheizt. Hierbei werden Bindemittel und Preßhilfsmittel verdampft 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 oberhalb der Ofendecke 11 in Richtung des Brenngutes getrieben und durch die von der Ofendecke 11 abgestrahlte Wärme aufgeheizt. Durch den oder die Nachbrenner 17 werden die enthaltenen Kohlenwasserstoffe und sonstige brennbare Anteile zu unschädlichen Verbindungen verbrannt. Dabei wird zweckmäßig eine Ausbrandtemperatur von etwa 850°C angestrebt und gegebenenfalls einreguliert.

Aus dem Brennraum 7 werden bei offenem Schieber 21 die Abgase 10 ebenfalls im Gegenstrom abgesaugt und im Mischkanal 22 mit den bereits nachverbrannten, also relativ sauberen Abgasen 9 der Vorbrennzone 6 vermischt. Die Mischabgase 24 haben eine relativ hohe Temperatur und werden durch den Nachbrenner 25 nachverbrannt. Dann durchlaufen die nachverbrannten Mischgase 26 den Katalysator 27 und nacheinander die Wärmetauscher 28 und 29. Der erste Wärmetauscher 28 arbeitet dabei auf höherer Betriebstemperatur 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 im zweiten Wärmetauscher 29 erhitzte Frischluft wird den Brennern der Vorbrennzone 6 zugeführt, gegebenenfalls außer den im Endbereich 16 befindlichen, wenn diese mit Frischluft vom ersten Wärmetauscher 28 versorgt werden. Die Abgase im Kaminbereich besitzen eine Temperatur von etwa 150°C. Sie sind 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, so daß 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 Vorbrennzone 6 mit den Abgasen 10 der Brennzone 7 weitgehend 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 Vorbrennzone 6 unverbrannt in die relativ sauberen Abgase 10 der Brennzone 7 gelangen.

Claims

1. Verfahren zum Entfernen von durch Nachverbrennung unschädlich zu machenden Schadstoffen im Abgas von Durchlauföfen mit einer Vorbrennzone und einer von dieser abgeteilten Brennzone, sowie Wärmetauschern zur Energierückgewinnung von Energie aus den Abgasen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- die in der Vorbrennzone (6) entstehenden gesamten Abgase (9) werden einem Nachbrenner (17) zugeführt und nachverbrannt;
- die nachverbrannten Abgase (23) werden mit den Abgasen (10) der Brennzone (7) vermischt und einem zweiten Nachverbrenner (25) zugeführt und nachver brannt;
-das nachverbrannte Abgas (26) wird einem ersten Wärmetauscher (28) zugeführt, in dem Frischluft (32) vorgewärmt und den Brennern (33) der Brennzone (7) zugeführt wird;
- vom ersten Wärmetauscher (28) aus wird das Abgas (26) einem zweiten Wärmetauscher (29) zugeführt, in dem Frischluft (32) vorgewärmt und den Brennern (34) der Vorbrennzone (6) zugeführt wird;
- das Abgas wird vom zweiten Wärmetauscher (29) aus nach außen geleitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas (26) vor dem ersten Wärmetauscher (28) durch einen den Stickoxydanteil vermindernden Katalysator (27) geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase (9) der Vorbrennzone (6) im Gegenstrom über das Brenngut (3) der Vorbrennzone (6) abgeführt wird und dann in einem darüber befindlichen Abgaskanal (12) in Durchlaufrichtung zu dem im Endbereich (26) dieses Kanals (12) befindlichen Nachbrenner (17) geführt, 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.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im ersten Wärmetauscher (28) erwärmte Frischluft auch den in der heißesten Zone (Endbereich 16) der Vorbrennzone (7) vorgesehenen Brennern (34) zugeführt wird.

5. Durchlauföfen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Vorbrennzone und einer von dieser durch eine Trennwand abgetrennten Brennzone sowie zwei Nachverbrenneinrichtungen und zwei Wärmetauschern zur Frischluftvorwärmung, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Ofendecke (11) der Vorbrennzone (6) ein parallel zu dieser verlaufender Abgaskanal (12) vorgesehen ist, der im Anfangsbereich (13) durch eine absperrbare Öffnung (14) mit der Vorbrenn zone (6) verbunden ist, daß der Abgaskanal (12) am Ende in einen Mischkanal (22) mündet, daß im Anfangsbereich (18) der Brennzone (7) eine absperrende Öffnung (20) vorgesehen ist, die ebenfalls in den Mischkanal (22) mündet und daß der Mischkanal (22) an den Katalysator (27) oder den ersten Wärmetauscher (28) angeschlossen ist.

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 der zweite 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.