DE3926393A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen oxidation brennbarer bestandteile von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermischen Oxidation brennbarer Bestandteile von mit organischen Stoffen beladenen Flüssigkeiten (Abwässern, Salzlösungen) mit anschließender Wärmerückgewinnung, bei dem die Flüssigkeit in eine Brennkammer eingeführt wird und die thermisch oxidierbaren Bestandteile verbrannt werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei bekannten Vorrichtungen zur thermischen Oxidation brennbarer Bestandteile von Salzlösungen und dgl. mit anschließender Wärmerückgewinnung erfolgt die Wärmerückgewinnung in einem Abhitzekessel, der an die Brennkammer angeschlossen ist und von den heißen Abgasen durchströmt wird (s. z. B. DE-A 30 21 865 und 34 17 602). Ein Problem bei dieser Art von Wärmerückgewinnung besteht darin, daß insbesondere bei der Verbrennung von Salzlösungen ein nicht unbeträchtlicher Teil der Salzschmelze zusammen mit den Abgasen der Verbrennung zum Abhitzekessel geführt, dort abgekühlt wird und erstarrt und eine harte Kruste bildet, die eine oftmalige und äußerst mühsame Reinigung des Abhitzekessels bedingt. Um dieses Problem zu verringern, wurde bereits vorgeschlagen (DE-A 34 17 594), die Brennkammer nicht horizontal oder vertikal, sondern geneigt anzuordnen und die Abgase oberhalb der Salzschmelze-Abführleitung abzuführen. Dadurch wird ein Mitreißen von Salzschmelze durch die Abgase weitgehend verhindert. Allerdings ist aus Kostengründen eine Wärmerückgewinnung mit Hilfe eines Abhitzekessels nur für größere Anlagen wirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, mit dem bzw. der eine wirksame Wärmerückgewinnung ohne Abhitzekessel und damit wirtschaftlicher und störungsfreier als mit den bekannten Anlagen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. im Kennzeichen des Anspruchs 5 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch den direkten Kontakt der Abgase mit Wasser oder einer wäßrigen Lösung ein Brüdenstrom mit einer Temperatur erzeugt, die es ermöglicht, ein Wärmeübertragungsmedium, insbesondere Wasser, auf ca. 5 bis 90° zu erwärmen, das somit beispielsweise zu Heizzwecken verwendet werden kann. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist es insbesondere zweckmäßig, die dem Brüdenstrom entzogene Wärme (fühlbare Wärme und Kondensationswärme) zur Erwärmung der Flüssigkeit vor der Einführung in die Brennkammer zu verwenden. Diese Temperatur reicht allerdings nicht aus, um ohne einen kosten- und energieaufwendigen Vakuumverdampfer die Flüssigkeit zum Verdampfen zu bringen und dadurch die Menge der der Brennkammer zugeführten Flüssigkeit und somit den Wärmebedarf für die thermische Oxidation der brennbaren Bestandteile zu reduzieren. Eine wirtschaftlich sehr interessante Möglichkeit zum Eindampfen der Flüssigkeit besteht nun erfindungsgemäß darin, daß nach der Erwärmung durch die dem Brüdenstrom entzogene Wärme und vor der Einführung in die Brennkammer ein Gasstrom, vorzugsweise Luft, durch die Flüssigkeit hindurchgeleitet wird, wodurch eine Verdunstung der Flüssigkeit unterhalb ihres atmosphärischen Siedepunktes in direktem Kontakt mit dem Gasstrom stattfindet. Da die Verdunstungswärme größer ist als die fühlbare Wärme der den Verdunstungskühler durchströmenden Flüssigkeit, ist es zweckmäßig, die Flüssigkeit im Kreislauf mehrmals durch den Verdunstungskühler zu führen. Da die den Verdunstungskühler durchströmende Luft neben dem Wasserdampf ggf. flüchtige organische Stoffe aufnimmt, ist es zweckmäßig, diese Luft der Brennkammer als Verbrennungsluft zuzuführen. Abgesehen von den kostenmäßigen und verfahrenstechnischen Vorteilen, die durch den Verzicht auf einen Abhitzekessel erreicht werden, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung erheblich höher, da mit einem Abhitzekessel nur ein Teil der fühlbaren Wärme der Abgase zurückgewonnen werden kann, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein wesentlicher Teil der Kondensationswärme des Wasserdampfanteils der Abgase zurückgewonnen wird. Durch die große Wärmerückgewinnung und die Voreindampfung der Flüssigkeit unterhalb ihres atmosphärischen Siedepunktes ist es möglich, die thermisch zu entsorgende Flüssigkeitsmenge auf 20% des ursprünglichen Wertes zu reduzieren. Dies würde z. B. bedeuten, daß für die Entsorgung von einer t Flüssigkeit anstelle von ca. 2500 kwh mit der nur etwa 500 kwh erforderlich sind.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen Brenner und eine Brennkammer auf, in die eine Zuflußleitung für die Flüssigkeit mündet und von der eine Abgasleitung ausgeht. Erfindungsgemäß mündet die Abgasleitung in ein Gefäß, in dem das Abgas in direkten Kontakt mit Wasser oder einer wäßrigen Lösung kommt und das eine Abströmleitung aufweist, die mit dem Primärteil eines ersten Wärmetauschers in Verbindung steht, dessen Sekundärteil von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt ist und mit dem Primärteil eines zweiten Wärmetauschers in Verbindung ist, in welchem die von dem Wärmeübertragungsmedium aufgenommene Wärme an einen Verbraucher abgegeben wird.

Das Gefäß kann ein Quenchtank und die Abgasleitung kann ein Tauchrohr sein, das in das im Quenchtank befindliche Wasser eintaucht. Die Abströmleitung geht dabei von einer Stelle oberhalb des Wasserspiegels im Quenchtank aus.

Vorzugsweise ist der Wärmetauscher ein nach dem Gegenstromprinzip arbeitender Direktkontakt-Wärmetauscher und das Wärmeübertragungsmedium ist Wasser.

Zur Vorwärmung und Eindampfung der Flüssigkeit ist der Zufluß des Sekundärteils des zweiten Wärmetauschers mit einer Zuflußleitung für die Flüssigkeit und sein Abfluß mit dem Zufluß eines Verdunstungskühlers verbunden, der, vorzugsweise im Gegenstrom, von Luft als Kühlmittel durchströmt ist und dessen Abfluß mit der Brennkammer verbunden ist. Um das Eindampfen der Flüssigkeit zu verstärken, ist der Abfluß des Verdunstungskühlers durch eine Zirkulationsleitung mit der Zuflußleitung für die Flüssigkeit verbunden.

Um zu vermeiden, daß Schadstoffe mit der den Verdunstungskühler durchströmenden Luft in die Atmosphäre gelangen, kann diese Luft nach Durchströmen des Verdunstungskühlers der Brennkammer als Verbrennungsluft zugeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur thermischen Oxidation brennbarer Bestandteile einer Salzlösung mit anschließender Wärmerückgewinnung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Brennkammer bezeichnet, an die ein Brenner 2 angebaut ist, dem Brennstoff durch eine Leitung 3 und Verbrennungsluft durch eine Leitung 4 mittels eines nicht dargestellten Gebläses zugeführt wird. Die Brennkammer 1 weist ferner einen Zuflußanschluß 5 für die zu entsorgende Flüssigkeit auf. Durch eine Leitung 6 wird die zur Verbrennung der organischen Bestandteile erforderliche Verbrennungsluft der Brennkammer 1 zugeführt.

An ihrem unteren Ende ist die Brennkammer 1 mit einem Tauchrohr 7 versehen, das sich in einen Quenchtank 8 erstreckt, dem Wasser durch eine Leitung 9 zugeführt wird, um einen bestimmten Flüssigkeitsstand aufrechtzuerhalten. In dem Wasser lösen sich die Salze und sie werden als wäßrige Lösung durch eine Leitung 10 abgeführt. Das Tauchrohr 7 erstreckt sich, wie ersichtlich, bis unter den Flüssigkeitsspiegel in dem Quenchtank 8.

Von einer Stelle oberhalb des Flüssigkeitsspiegels geht von dem Quenchtank 8 ein Rohr 14 aus, das zu einem Wärmetauscher 15 führt, der als Waschkühler konzipiert ist und dem am oberen Ende durch eine Leitung 16 und Sprühdüsen 16a eine Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, zugeführt wird, die den Kühler 15 durchrieselt und am unteren Ende durch eine Leitung 17 abgeführt wird. Die im Wärmetauscher 15 durch Kondensation zugewonnene Wassermenge wird durch eine Leitung 11 abgeführt, die mit der Leitung 9 verbunden sein kann. Die Kühlflüssigkeit strömt im Kreislauf durch den Primärteil eines zweiten, beispielsweise als Plattenwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauschers 18. Der Umlauf erfolgt durch eine Umwälzpumpe 19. Der Sekundärteil des zweiten Wärmetauschers 18 weist einen Zuflußanschluß 20 auf, an den die Zuflußleitung 21 für die zu entsorgende Flüssigkeit angeschlossen ist. Der Abflußanschluß 22 ist über eine Leitung 23 mit einem Verdunstungskühler 24 verbunden und endet in einer oder mehreren Sprühdüsen 25. Nach Durchströmen des Verdunstungskühlers 24 gelangt die Flüssigkeit durch eine Leitung 26 zu dem Zuflußanschluß 5 an der Brennkammer 1. Der Verdunstungskühler 24 wird im Gegenstrom von Luft durchströmt, die von einem Gebläse 27 in den Einlaßanschluß 28 gefördert wird. Der Auslaßanschluß 29 des Verdunstungskühlers 24 kann in die Atmosphäre führen oder aber durch eine Leitung 30 mit dem Brenner 2 und/oder direkt mit der Brennkammer 1 verbunden werden, wenn die Möglichkeit besteht, daß von der den Verdampfungskühler 24 durchströmenden Luft Schadstoffe aus der Flüssigkeit aufgenommen werden. In diesem Fall kann die Luftzuführungsleitung 4 gegebenenfalls entfallen. Mit 31 ist eine Zirkulationsleitung bezeichnet, durch welche ein Teil der den Verdunstungskühler 24 durchströmenden Abwässer mittels einer Pumpe 32 in die Abwasser-Zuflußleitung 21 zurückgeführt wird.

Die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtung ist folgende:
Die brennbare Bestandteile enthaltende Flüssigkeit wird der Brennkammer 1 durch den Zuflußanschluß 5 zugeführt. Die brennbaren Bestandteile werden in der Brennkammer 1 verbrannt und gelangen mit dem Abgas durch das Tauchrohr 7 in den Quenchtank 8, wo sich die Salze in dem darin befindlichen Wasser oder einer wäßrigen Lösung lösen und durch die Leitung 10 abgeführt werden. Durch die Wärme der Abgase wird Wasser verdampft und der dadurch gebildete Brüdenstrom gelangt durch das Rohr 14 in den ersten Wärmetauscher 15, und zwar mit einer Eintrittstemperatur von beispielsweise ca. 89°C. Der Brüdenstrom durchströmt den Wärmetauscher 15, wird von der durch die Leitung 16 und die Sprühdüsen 16a zugeführten und den Wärmetauscher im Gegenstrom durchströmenden Kühlflüssigkeit auf eine Temperatur von beispielsweise 61°C abgekühlt und gelangt durch den Auslaß 15a in die Atmosphäre. Die Kühlflüssigkeit wird beim Durchströmen des Wärmetauschers 15 auf etwa 85°C aufgeheizt und durchströmt den Primärteil des zweiten Wärmetauschers 18, in welchem sie die im ersten Wärmetauscher 15 aufgenommene Wärme an die durch die Leitung 21 zugeführte, zu entsorgende Flüssigkeit abgibt. Dabei wird die Flüssigkeit von beispielsweise 50°C auf beispielsweise 80°C erwärmt.

Um die Menge der der Brennkammer 1 zugeführten Flüssigkeit zu verringern, wird die erwärmte Flüssigkeit durch die Leitung 23 dem Verdunstungskühler 24 zugeführt, in welchem die Wassermenge auf etwa 20% des ursprünglichen Werts reduziert wird. Da die Verdunstungswärme größer ist als die fühlbare Wärme der Flüssigkeit, wird die Flüssigkeit durch die Zirkulationsleitung 31 mehrmals im Kreislauf durch den Verdunstungswärmetauscher 24 geführt. Das verdunstete Wasser wird zusammen mit der den Verdunstungskühler 24 durchströmenden Luft in die Atmosphäre abgeführt oder, wie vorher erwähnt, der Brennkammer 1 zugeführt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die dem Brüdenstrom entzogene Wärme zur Erwärmung und zum Eindampfen der zu entsorgenden Flüssigkeit verwendet, jedoch kann diese Wärme selbstverständlich für Heizzwecke aller Art eingesetzt werden.

Der direkte Kontakt des Abgases mit Wasser oder einer wäßrigen Lösung erfolgt im Ausführungsbeispiel durch Hindurchleiten des Abgases durch das Wasser. Dieser direkte Kontakt kann auch auf andere Weise, z. B. durch Einsprühen von Wasser in den Abgasstrom oder durch Vorsehen einer mit Wasser benetzten, von dem Abgasstrom überstrichenen Fläche, erreicht werden.

Im Ausführungsbeispiel ist die Entsorgung einer mit brennbaren Bestandteilen beladenen Salzlösung beschrieben, wobei zum Abkühlen der Salzschmelze ein Quenchtank vorgesehen ist. Der Quenchtank kann jedoch in vielen Fällen entfallen.

Claims (10)

1. Verfahren zur thermischen Oxidation brennbarer Bestandteile von mit organischen Stoffen beladenen Flüssigkeiten (Abwässern, Salzlösungen) mit anschließender Wärmerückgewinnung, bei dem das Abwasser in eine Brennkammer eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Abgase der Verbrennung mit Wasser oder einer wäßrigen Lösung in Kontakt gebracht werden und dabei die fühlbare Wärme der Abgase in Verdunstungswärme umgesetzt wird, und darauf den mit dem verdampften Wasser beladenen Abgasen (Brüdenstrom) durch ein Wärmeübertragungssmedium Wärme (fühlbare Wärme und Kondensationswärme) entzogen wird, die an einen Verbraucher abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brüdenstrom entzogene Wärme zur Erwärmung der Flüssigkeit vor der Einführung in die Brennkammer verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Erwärmung und vor der Einführung in die Brennkammer durch die Flüssigkeit zwecks Eindampfung ein Gasstrom, vorzugsweise Luft, hindurchgeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Flüssigkeit hindurchgeleitete Luft als Verbrennungsluft der Brennkammer zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Brenner (2) und einer Brennkammer (1), in die eine Zuflußleitung (26) für die zu entsorgende Flüssigkeit mündet und von der eine Abgasleitung (7) ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (7) in ein Gefäß (8) mündet, in dem das Abgas in direkten Kontakt mit Wasser oder einer wäßrigen Lösung kommt und das eine Abströmleitung (14) für den Brüdenstrom aufweist, die mit dem Primärteil eines ersten Wärmetauschers (15) in Verbindung steht, dessen Sekundärteil von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt ist und mit dem Primärteil eines zweiten Wärmetauschers (18) in Verbindung steht, in welchem die von dem Wärmeübertragungsmedium aufgenommene Wärme an einen Verbraucher abgegeben wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (8) ein Quenchtank und die Abgasleitung (7) ein Tauchrohr ist, das in das im Quenchtank (8) befindliche Wasser eintaucht, und daß die Abströmleitung (14) von einer Stelle oberhalb des Wasserspiegels im Quenchtank ausgeht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher (15) ein nach dem Gegenstromprinzip arbeitender Direktkontakt-Wärmetauscher und das Wärmeübertragungsmedium Wasser ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß (20) des Sekundärteils des zweiten Wärmetauschers (18) mit einer Zuflußleitung (21) für die zu entsorgende Flüssigkeit und sein Abfluß (22) mit dem Zufluß eines Verdunstungskühlers (24) in Verbindung steht, der von Luft als Kühlmittel durchströmt ist und dessen Abfluß mit der Brennkammer (1) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß des Verdunstungskühlers (24) durch eine Zirkulationsleitung (31) mit der Zuflußleitung (21) für die zu entsorgende Flüssigkeit verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Leitung (30), mit der die Luft nach Durchströmen des Verdunstungskühlers (24) der Brennkammer (1) als Verbrennungsluft zugeführt wird.