DE4414875C1 - Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen. Die Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Behälter mit einem Eintrittsstutzen und einem Austrittsstutzen für den Medienstrom. Dieser ist durch ringförmig im Behälter angeordnete, axial ausgerichtete Wärmetauscher über eine mit einer Brennereinrichtung ausgestattete Ringkammer und über ein koaxial im Behälter gelagertes Hochgeschwindigkeitsrohr nach Umströmung der Wärmetauscher dem Austrittsstutzen zuführbar.

Bei einer derartigen aus der EP 04 47 631 B1 bekannten Vorrichtung erfolgt die Verbrennung der Störstoffe, indem der damit beladene Medienstrom durch den Wirkungsbereich eines zentral angeordneten Brenners über ein Hochgeschwindig­ keitsrohr dem eigentlichen Brennraum zugeführt wird, um den als Wärmetauscher dienende Rohrbündel ringförmig angeordnet sind. Durch diese Anordnung er­ möglicht die bekannte Vorrichtung eine relativ kompakte Bauweise.

Schäden an den als hoch beanspruchte Verschleißteile anzusehenden Wärmetau­ schern, die schwierig zu warten sind, verursachen kostenaufwendige Reparatur­ arbeiten. Häufig lassen sich diese Arbeiten mit vertretbarem Aufwand nicht durchführen, so daß die gesamte Vorrichtung gegen eine neue Vorrichtung ausgetauscht werden muß.

Aus der EP 05 28 455 A1 ist auch bereits eine Brennereinrichtung zum Erhitzen eines gasförmigen Mediums bekannt, die einen aus Rohren gebildeten Wärmetau­ scher aufweist. Die Rohrzwischenräume sind an eine Leitung für die Zufuhr des zu erhitzenden gasförmigen Mediums angeschlossen. Nach Umströmung über eine Teillänge der Rohre gelangt das auf diese Weise vorerhitzte gasförmige Medium in eine zylindrische Brennkammer, die radial von Teilstrecken der Wärmetauscherroh­ re begrenzt ist. Nach dem Durchströmen der Brennkammer gelangt das erhitzte gasförmige Medium im Gegenstrom durch die Wärmetauscherrohre zu einer Leitung für die Abführung des auf diese Weise thermisch behandelten gasförmigen Mediums.

Schließlich ist aus der EP 03 38 183 A2 eine Einrichtung zum thermischen Zerle­ gen von fluiden Schadstoffen bekannt, welche gleichfalls eine zylindrische Brenn­ kammer aufweist. Eine Einströmöffnung und/oder ein Brenner der Brennkammer sind zur Erzeugung eines Dralls schräg in Bezug auf die jeweilige Tangentialebene einer den Brennraum radial begrenzenden Wand angeordnet. Um größere Ver­ weilzeiten der zu behandelnden Gase in der Brennkammer zu erreichen, ist ober­ halb des Brenners eine Rückhaltevorrichtung angeordnet, die schräg nach unten gerichtete Düsen zum Einbringen von Sekundärluft aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs be­ schriebenen Art so auszubilden, daß sich die Vorrichtung einfach in solche Baugruppen zerlegen läßt, deren Einzelteile dadurch leicht zugänglich und im Bedarfsfall durch neue Einzelteile schnell ersetzbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ausgegangen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Unterteilung des Behälters in drei koaxial aufeinander folgenden Behälterabschnitten lassen sich die Wärmetauscher in einem ersten Behälterabschnitt unterbringen, der im zerlegten Zustand des Behälters über eine Stirnseite frei zugänglich ist und einen Ersatz beschädigter Wärmetauscher in einfacher Weise ermöglicht. Ebenso einfach sind Wartungsarbeiten an der im zweiten Behälterabschnitt untergebrachten Brennereinrichtung, zumal diese im zerlegten Zustand des Behälters sogar von beiden Stirnseiten des Behälterabschnit­ tes aus frei zugänglich ist. Obschon der dritte Behälterabschnitt im wesentlichen nur das Hochgeschwindigkeitsrohr enthält, ist auch dieses im zerlegten Zustand des Behälters über eine dazu frei zugängliche Stirnseite dieses Behälterabschnittes völlig unbehindert de- und remontierbar.

Vorzugsweise sind die Behälterabschnitte dicht über radial nach außen vorstehende Flansche lösbar miteinander verbunden, wobei in vom Hochgeschwindigkeitsrohr durchdrungene Bereiche der Stirnseiten der Behälterschnitte Labyrinthdichtungen vorgesehen sind.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Brennereinrichtung aus kreisförmig verteilt angeordneten Einzelbrennern, denen jeweils ein dem zweiten Behälterabschnitt mit dem dritten Behälterabschnitt verbindender, mit Drallschaufeln ausgestatteter Stutzen zugeordnet ist.

Durch diese Ausgestaltung der Brennereinrichtung läßt sich der mit Schadstoffen beladene Medienstrom mit hohen Turbulenzen durch den unmittelbaren Wirkungs­ bereich der einzelnen Brenner leiten und dadurch bei kurzen Verweilzeiten eine intensive Oxidation der Störstoffe erzielen. Gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser Art ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu eine hochturbulente Mischstrecke nicht erforderlich. Vielmehr dient das zentral angeordnete Hoch­ geschwindigkeitsrohr bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Rückführung des von Schadstoffen befreiten Mediums aus der Brennkammer zum vorgeschalteten Wärmetauscher.

In der Ebene der Umlenkung bzw. des Eintritts des Medienstromes in das Hoch­ geschwindigkeitsrohr entsteht eine sogenannte Strömungssenke, die eine verlust­ freie Ausgestaltung der Einströmung zuläßt. Demgegenüber sehen konventionelle Vorrichtungen eine Strömung aus dem Hochgeschwindigkeitsrohr in die Brenner­ einrichtung vor, wodurch eine sogenannte Strömungsquelle entsteht, die auch bei strömungsgerechter Ausbildung der Medienstromumlenkung Verluste zwischen 500 und 600 Pa verursacht.

Vorzugsweise ist zwischen dem Einströmquerschnitt des Hochgeschwindigkeits­ rohres und der diesem gegenüberliegenden Stirninnenseite des dritten Behälte­ rabschnittes ein Abstand vorgesehen, der mindestens dem 0,5-fachen Durchmesser des Hochgeschwindigkeitsrohres entspricht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Wärmetauscher als Rohr- oder auch als Platten-Wärmetauscher ausgebildet sein, da die dreiteilige Behälterausführung beliebig gestaltete Wärmetauscher zuläßt.

Damit sich Wärmedehnungen des Hochgeschwindigkeitsrohres frei von anderweiti­ gen Materialbeanspruchungen auswirken können, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß das Hochgeschwindigkeitsrohr mit seinem einströmseitigen Ende von einer Konsole gleitend getragen ist.

Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß sämtliche Behälterabschnitte auf ihrer jeweiligen Mantelinnenseite mit einer Isolationsschicht versehen sind.

Die Isolationsschicht auf der Mantelinnenseite der Behälterabschnitte ist nicht nur einfach und damit kostengünstig anzubringen, sondern schafft eine wesentliche Voraussetzung für hohe Oberflächentemperaturen im Innenbereich des Behälters, wodurch die Neigung zur CO₂-Bildung an Stahlteilen entsprechend reduziert wird. Dieser Vorteil gilt insbesondere auch für das Hochgeschwindigkeitsrohr, das einen relativ kleinen Durchmesser und damit eine entsprechend geringe Oberfläche aufweisen kann und kaum einen Temperaturabfall bei der Rückführung des Medienstromes verursacht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Längsschnittschematisch dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Einzelbrenner der Brennerein­ richtung in gegenüber Fig. 1 größerem Maßstab.

Die Vorrichtung umfaßt einen zylindrischen Behälter, der aus drei koaxial aufein­ anderfolgenden Behälterabschnitten 1, 2 und 3 zusammengesetzt ist.

Der Behälterabschnitt 1 ist mit einem über einen Behältermantel 4 radial vor­ stehenden Eintrittsstutzen 5 für den mit Schadstoffen beladenen Medienstrom und mit einem axial über eine Behälterstirnseite 6 vorstehenden Austrittsstutzen 7 für den von Schadstoffen befreiten Medienstrom versehen.

Der thermisch zu behandelnde Medienstrom gelangt über den Eintrittsstutzen 5 in eine vom Austrittsstutzen 7 koaxial durchdrungene und folglich ringförmige Verteilungskammer 8 des Behälterabschnittes 1. Eine Ringscheibe 9 grenzt die Verteilungskammer 8 von einer Durchströmungskammer 10 des Behälterabschnit­ tes 1 ab. An nicht dargestellte Bohrungen in der Ringscheibe 9 sind einströmseitige Enden von als Wärmetauscher 11 ausgebildeten Rohrbündeln in kreisförmiger Verteilung angeschlossen. Diese erstrecken sich in Parallelabständen axial über die Länge der Durchströmungskammer 10 und sind mit ihren ausströmseitigen Enden gleichfalls an nicht dargestellte Bohrungen in einer Ringscheibe 12 angeschlossen. Die Ringscheibe 12 grenzt den Behälterabschnitt 1 vom Behälterabschnitt 2 ab.

Im Behälterabschnitt 2 ist konzentrisch eine Ringleitung 13 angeordnet, die an eine radiale Zuführleitung 14 angeschlossen ist und über Verteilungsleitungen 15 Einzelbrenner 16 mit Brennstoff versorgt.

Wie Fig. 2 zeigt, sind den Einzelbrennern 16 mit Drallschaufeln 17 ausgestattete Stutzen 18 zugeordnet. Diese sitzen in einer Ringscheibe 19, welche den Behälter­ abschnitt 2 vom Behälterabschnitt 3 abgrenzt. Aus einem Ringraum 20 gelangt der Medienstrom somit über die Stutzen 18 unter intensiver Verdrallung in den Behälterabschnitt 3.

Im Behälterabschnitt 3 ist koaxial ein Hochgeschwindigkeitsrohr 21 mit einem einströmseitigen Ende 22 in der Nähe einer Behälterstirnseite 23 auf einer Konsole 24 gleitfähig gelagert. Das Hochgeschwindigkeitsrohr 21 durchdringt die Ring­ scheibe 19 und 12 und mündet mit einem ausströmseitigen Ende 25 in die Durchströmungskammer 10.

Der thermisch behandelte Medienstrom umspült unter mehrfacher Umlenkung durch kreis- bzw. kreisringförmige Schikanen 26, 27 die Rohrbündel des Wärme­ tauschers 11 in der Durchströmungskammer 10 und gelangt schließlich zum Austrittsstutzen 7, um über ein nicht dargestelltes Rohrleitungssystem abgeführt zu werden.

Die über radial nach außen vorstehende Flansche 28 dicht miteinander verbunde­ nen Behälterabschnitte 1, 2 und 3 sind auf ihrer jeweiligen Mantel- und Stirninnen­ seite mit einer thermischen Isolationsschicht 29 versehen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen, bestehend aus einem zylindrischen Behälter mit einem Eintritts­ stutzen und einem Austrittsstutzen für den Medienstrom, der durch ringför­ mig im Behälter angeordnete, axial ausgerichtete Wärmetauscher über eine mit einer Brennereinrichtung ausgestattete Ringkammer und über ein koaxial im Behälter gelagertes Hochgeschwindigkeitsrohr nach Umströmung der Wärmetauscher dem Austrittsstutzen zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus mindestens drei koaxial aufeinander folgenden Behälterabschnitten (1, 2, 3) zusammengesetzt ist, von denen der erste Behälterabschnitt (1) die sich über dessen Länge erstreckenden Wärmetau­ scher (11) enthält, der zweite Behälterabschnitt (2) die ringförmig ausge­ bildete, aus Einzelbrennern (16) bestehende Brennereinrichtung und der dritte Abschnitt (3) das koaxiale Hochgeschwindigkeitsrohr (21) umfaßt, welches mit einem Endstück die Brennereinrichtung im zweiten Behälter­ abschnitt (2) durchdringt und sich bis zum ersten Behälterabschnitt (1) erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter­ abschnitte (1, 2, 3) dicht über radial nach außen vorstehende Flansche (28) lösbar miteinander verbunden sind und in vom Hochgeschwindigkeitsrohr (21) durchdrungene Bereiche der Stirnseiten der Behälterabschnitte (1, 2, 3) Labyrinthdichtungen vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelbrenner (16) kreisförmig verteilt angeordnet sind und jeweils mit einem den zweiten Behälterabschnitt (2) mit dem dritten Behälterabschnitt (3) verbindenden, mit Drallschaufeln (17) ausgestatteten Stutzen (1 8) versehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einströmquerschnitt des Hochgeschwindigkeitsrohres (21) und der diesem gegenüberliegenden Stirninnenseite (23) des dritten Behälterabschnittes (3) ein Abstand vorgesehen ist, der mindestens dem 0,5-fachen Durchmesser des Hochgeschwindigkeitsrohres (21) entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (11) als Rohr- oder Platten-Wärmetauscher ausge­ bildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochgeschwindigkeitsrohr (21) mit seinem einströmseitigen Ende (22) von einer Konsole (24) gleitend getragen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Behälterabschnitte (1, 2, 3) auf ihrer jeweiligen Mantel- und Stirninnenseite mit einer Isolationsschicht (29) versehen sind.