DE8010154U1 - Verbrennungseinrichtung zur verbrennung von stoerstoffen in abgasen - Google Patents
Verbrennungseinrichtung zur verbrennung von stoerstoffen in abgasenInfo
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Description
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Die vorliegende Neuerung betrifft eine Verbrennungseinrichtung zur Verbrennung von Störstoffen in Abluft und
von Abfallstoffen, insbesondere Jedoch die konstruktive Gestaltung des Wärmetauschers und seine Anordnung innerhalb
der Vorrichtung.
Derartige Verbrennungseinrichtungen gewinnen im Rahmen des Umweltschutzes zunehmend an Bedeutung, insbesondere
in den Fällen, in denen oxidierbare Substanzen in geringen Mengen aus großen Abluftmengen entfernt werden müssen, weil
die gesetzlichen Bestimmungen dies verlangen.
Eine derartige Verbrennungseinrichtung ist aus US-PS 36 07 118 und aus DE-AS 23 52 204 bekannt. Bei den bekannten
Vorrichtungen werden die Gase durch einen rekuperativen 1/ßnneaustauscher einem in Richtung der Längsachse
der Verbrennungseinrichtung in ein Flammrohr feuernden Brenner zugeführt und dienen nach Verlassen eines eigentlichen
Brennraumes als Heizgase für den Wärmetauscher.
Bei der aus der DE-AS 23 52 204 bekannten Verbrennungseinrichtung ist der Wärmetauscher als ein konzentrisch zur Längsachse
innerhalb der Verbrennungseinrichtung erstreckendes Rohrbündel aus geraden Rohren ausgebildet, deren Enden
jeweils in Lochplatten eingeschweißt sind.
Diese konstruktive Gestaltung des Wärmetauschers kann jedoch als nachteilhaft erweisen, wenn die Verbrennungseinrichtung nur zeitweilig betrieben wird. In Aufheiz- und
Abkühlphasen und bei schwankenden Betriebszuständen erhalten die einzelnen Rohre des Wärmetauscherbündels unterschiedliche
Temperaturen,und es entsteht damit eine unterschiedliche
Ausdehnung, die zwangsläufig zu Spannungen an den Endplatten führt, so daß es zum Ausreißen einzelner
Rohre oder Rißbildung an den Endplatten kommen kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Neuerung war es nun, eine Verbrennungseinrichtung
zu schaffen, bei der der Wärmetauscher so ausgebildet ist, daß temperaturbedingte unterschiedliche
Ausdehnungen einzelner Rohre keine Wärmespannungen an den
Endplatten des Wärmetauschers erzeugen und das eine Ende des Wärmetauschers gleichzeitig so ausgebildet wird, daß
die Anströmbedingungen des Brenners verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Verbrennung von Störstoffen in Abluft und von Abfallsubstanzen
gemäß Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsformen der Neuerung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch die Biegung der einzelnen Rohre des Wärmetauschers in Richtung auf die Achse der Verbrennungseinrichtung und
das Eindringen der Rohrenden in eine konzentrisch um die Längsachse angeordnete, vorzugsweise zylindrische oder kegelige
Lochtrommel, wird dieses Ende des Wärmetauschers nicht mehr direkt von den heißen Rauchgasen angeströmt, sondern diese
werden durch eine Verbindungswand so ab- und umgelenkt, daß sie auf ein noch nicht abgebogenes Teilstück des Rohres
auftreffen. Dies hat zur Folge, daß die thermische Belastung
der Verbindungsstellen zwischen den Rohrenden und I der Trommel gleichmäßiger wird. Durch das Abbiegen in Winkeln
zwischen 45V und 120°, vorzugsweise annähernd 90°
konzentrisch nach innen, werden Kräfte, die durch Wärme- I ausdehnung auf die Rohre in Längsrichtung wirken, aufge- f
hoben und abgelenkt, so daß sich an beiden Enden der Rohre des Wärmetauschers keine mechanischen Spannungen mehr
aufbauen und ein Ausreißen der Rohre aus der Endplatte bzw. der Lochtrommel oder Rißbildung an der Endplatte
sicher und zuverlässig vermieden wird. Durch die Ausbildung des einen Endes des Wärmetauschers als konzentrisch
angeordnete, vorzugsweise zylindrische oder kegelige Trom-
mel entsteht in ihrem Inneren ein Anströmraum für die vom
Brenner gebildete eigentliche Flamme. Es wurde nun gefunden, daß diese konstruktive Gestaltung des Wärmetauscherendes
nicht nur Thermospannungen innerhalb des Wärmetauschers zuverlässig vermeidet, sondern daß diese Ausbildung
eines Anströmraumes auch eine besonders günstige Vermischung des Abgases mit dem Brennstoff ermöglicht.
Das Flammrohr oder Hochgeschwindigkeitsrohr ist im Querschnitt sehr eng ausgebildet, so daß darin Strömungsgeschwindigkeiten
von 40 bis 60 m/sec erreicht werden. Das dem Brennervorbau zugewandte Ende des Flammrohres ist
konisch als Venturirohr ausgebildet, dessen Innenraum als zusätzliche Mischzone für die Abluft mit den Brennergasen
dient. Das andere Ende des Hochgeschwindigkeitsrohres ragt in den Hauptbrennraum hinein.
Durch die neuerungsgemäße Ausbildung des Wärmetauscherendes und des Anströmraumes wird eine so intensive Vormischung
des Abgases mit dem Brennstoff erreicht, daß bei den hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Flammrohr schon bei Temperaturen
von 720° im Brennraum ein weitgehender oder vollständiger Abbrand der in den Abgasen enthaltenen Störstoffe
erfolgt. Die Trennung von Wärmetauscherteil und Brennkammerteil in der Verbrennungseinrichtung hat den besonderen
Vorteil, daB am Rohr Länge und Größe der eigentlichen Brennkammer Je nach den Erfordernissen des eigentlichen Verbrennungsprozesses
variiert werden können, der Wärmetauscher-
j teil und das Kopfteil der Verbrennungseinrichtung jedoch
nicht verändert werden müssen. Damit ist aber eine kostengünstige Serienfertigung dieser Teile in mehreren Grundgrößen
möglich, während Hochgeschwindigkeitsrohr und Brenn-
j raum jeweils den spezifischen Verhältnissen angepaßt werden können.
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Die neuerungsgemäße Ausbildung der Verbrennungseinrichtung gestattet es, Anlagen für einen Abluftdurchsatz von
5000 m , aber auch von 20 000 m in einer besonders kompakten Bauweise auszuführen und mit diesen Anlagen Störstoff
gehal te in der Abluft von 100 mg bis zu mehreren Gramm pro m sicher und zuverlässig zu beseitigen und auf
diese Weise die gesetzlichen Bestimmungen über die zulässigen Grenzwerte in Abluft einzuhalten.
Der besondere Vorteil der neuerungsgemäßen Verbrennungseinrichtung besteht aber darin, daß sie produktionsbedingte
Betriebsunterbrechungen zuläßt, ohne daß sich beim Aufheizen und Abkühlen Wärmespannungen, insbesondere
im Bereich des Wärmetauschers, aufbauen können, die zu Schaden in der Einrichtung führen können.
Die Neuerung wird nun anhand einer Zeichnung und einer Beschreibung der Funktionsweise erläutert. Gleiche Bezugsziffern
beziehen sich auf die gleichen Teile.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbrennungseinrichtung in Längsschnitt.
Fig. 1a zeigt einen Querschnitt längs der Linie A-B von Fig. 1.
Die in Fig. 1 wiedergegebene Verbrennungseinrichtung besteht
aus einem in der Länge variierbaren und in seinem Querschnitt engen Hochgeschwindigkeitsrohr 1, dessen hinteres
Ende in den eigentlichen Brennraum 4 ragt. Vorzugsweise reicht das Hochgeschwindigkeitsrohr 1 weit in den Brennraum
hinein, so daß zwischen dessen Ende und der Stirnwand der Verbrennungseinrichtung ein Ringraum entsteht, der einen
übergang in den eigentlichen Brennraum 4 ergibt. Durch diese Ausbildung wird eine intensive Turbulenz des Gasstromes
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im eigentlichen Brennraum 4 erzeugt, um die Ablagerung von in den Abgasen enthaltenen Feststoffteilchen an den Wänden
der Wirbelkammer 4 zu vermeiden und einen nahezu vollständigen Abbrand derartiger Teilchen zu ermöglichen. In der
Wirbelkammer 4 können deshalb auch noch in der Abbildung nicht gezeigte Einbauten vorhanden sein, um dem Gasstrom
einen zusätzlichen Drall zu geben und die Turbulenz zu erhöhen. Dadurch wird auch die Verweilzeit von Feststoffteilchen
in der Wirbelkammer 4 erhöht, so daß sich der Abbrand der Teilchen verbessert.
Das entgegengesetzte Ende 1a des Hochgeschwlndlgkeits-
oder Flammrohres (HGR) 1 ist als Venturirohr ausgebildet und dient als Mischvorrichtung oder zusätzliche Mischraum.
Der Ringraum 9, der das HGR 1 teilweise umgibt, dient als Nachbrennraum und schließt sich an den Brennraum
4 an. Axial in Verlängerung an das Venturiteil 1a des HGR 1 schließt sich ein Brennervorbau 14 derart an,
daß zwischen Anströmkonus 7 und Brennervorbau 14 ein Ringspalt 2 entsteht, durch den ein Teil des Abgases in
das HGR 1 eintreten kann.
Unter dem mit Ziffer 13 bezeichneten Brenner wird jegliche Art von konventionellen Industriebrennern verstanden, also
auch sogenannte Flächenbrenner, die entweder als Primäroder als Sekundär-Luftbrenner ausgelegt sind. Die wesentlichen
Teile des Brenners 13 können außerhalb der Gesamtanlage sowie konzentrisch zur Anlagenachse an der Stirnseite
der Verbrennungseinrichtung angebracht sein.
Der Brennervorbau 14 weist Löcher auf, durch die ein Teilstrom das Abgases aus dem Anströmraum 15 zur Flamme 3 gelangen
kann.
Konzentrisch im Abstand wird der Brennervorbau 14 von
einer zylindrischen ider kegligen durchlöcherten Trommel 6 umgeben. Die eine Stirnseite der Trommel 6 ist durch en
Anströmkonus .7. mit dem Ende der Mischvorrichtung la des Hochgeschwindigkeitsrohres 1 verbunden. Die andere Stirnseite
der Trommel 6 ist über die Trennwand 8 mit der Außenwand der Verbrennungseinrichtung verbunden und schließt
so den Anströmraum 15 gegen den Außenraum 17 ab. Diese Trennwand ist vorzugsweise als bewegliche Membran ausgebildet
oder weist Wellkompensatoren auf.
Die Trommel 6 weist eine zylindrische oder keglige Form
auf, und die Wandung ist durchlöchert zur Aufnahme der Enden der einzelnen Rohre des Rohrbündels des Wärmetauschers 5.
Diese Rohre sind in die Löcher der Trommel eingeschweißt oder eingerollt, um eine gasdichte Verbindung zu erzeugen.
In der Figur sind die einzelnen Rohre des Wärmetauscherrohrbündels 5 nicht als solche, sondern nur als Block wiedergegeben.
Die einzelnen Rohre sind auf zur Längsachse konzentrischen Kreisringen angeordnet. Der Abstand und die
Anordnung werden so gewählt, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Gase an der Oberfläche der Rohre gleich ist. Vorzugsweise
beträgt die Strömungsgeschwindigkeit 8-18 m/sek. Dieses Rohrbündel erstreckt sich von der Trommel 6 zunächst
in Richtung auf die Außenwand der Verbrennungseinrichtung und biegt dann in eine Richtung parallel zur Längsachse der
Verbrennungseinrichtung ab und verläuft durch den Außenraum des Wärmetauschers 17 und endet an der Stirnwand zur
Abgaseintrittsringkammer 17. Auch an diesem Ende sind die
einzelnen Rohre des Rohrbündels in die Wand eingeschweißt oder eingerollt. Durch diese Ausbildung des Rohrbündels
5 im Außenraum 17 entsteht ein rekuperativer Wärmetauscher, bei dem die kalten Gase in den Rohren strömen und wobei
diese Rohre außen im sogenannten Außenraum 17 von den heißen Verbrennungsgasen umspült sind, so daß das der
Verbrennungseinrichtung zugeführte Abgas durch die heißen
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Verbrennungsgase vorgewärmt wird. Der Außenraum des Wärmetauschers
17 weist an dem an die Eintrittsringkammer 12 anschließenden Ende einen Verbrennungsaustrittsstutzen
auf. Das Rohrbündel 5 wird innerhalb des Außenraumes 17 durch Abstandhalter 5a gehalten, die so angeordnet und ausgebildet
sind, daß die Gase einen Drall bekommen und sich spiralförmig durch den Raum 17 mit dem darin angeordneten
Rohrbündel 5 bewegen, so daß ein guter Wärmeübergang von den heißen Verbrennungsgasen auf die zunächst kühleren
Abgase erfolgt.
Fig., 1a, ein Schnitt längs der Linie A-B der Fig. 1, zeigt die nach innen in Richtung auf die Längsachse der
Verbrennungseinrichtung abgebogenen Enden der Rohre des Wärmetauscherrohrbündels 5, die in die Trommel 6 eingefügt
sind. Der zwischen dem Brennervorbau 14 und der Trommel 6 im Innern entstehende Raum ist der Anströmraum
15.
Zum besseren Verständnis der neuerungsgemäßen Vorrichtung
wird im nachfolgenden Beispiel aufgezeigt, wie diese Vorrichtung arbeitet.
20 000 Nm^ Abgas aus einem Prozeß, in welchem verschiedenartige
Lösungsmittel Verwendung finden, strömen durch den Abgaseintrittsstutzen 10 in die Abgaseintrittsringkammer
12 vor dem Wärmetauscher 5 der Verbrennungseinrichtung mittig von oben bzw. tangential von oben mit beispielsweise
1000C ein. Das Abgas verteilt sich gleichmäßig in der gesamten Anzahl der Einzelrohre des Wärmetauschers
5, durchströmt diese und wird dabei auf 5500C aufgeheizt.
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Das vorgeheizte Abgas verläßt den Wärmetauscher 5 durch die Öffnungen in der Trommel 6 und gelangt in den Anströmraum
15. Von dort aus gelangt es teilweise durch die öffnungen in dem Erennervorbau 14 zur eigentlichen
Flamme 3, während ein anderer Teilstrom durch den Ringspalt 2 direkt in den Venturiteil 1a (Mischvorrichtung)
des Flammrohres 1 eintritt. Der Teilstrom, der durch Brennervorbau 14 zur Flamme 3 gelangt, führt der Flamme den
benötigten Sauerstoff zu und mischt sich durch die Anströmung intensiv mit dem Brennstoff. Der durch den
Ringspalt 2 eintretende Abgasstrom wird in der Mischvorrichtung 1a dem bereits mit Abgas vermischten Brennstoff
zugemischt. Durch diese Führung des vorgeheizten Abgasstromes im Anströmraum 15 wird von Anfang an eine besonders
intensive Mischung des Abgasstromes mit dem Brennstoff erreicht.
Der Brenner 13 feuert in Richtung des Hochgeschwindigkeitsrohres 1 längs der Achse der Verbrennungseinrichtung. In
Nachbarschaft des Brenners 13 befindet sich das vom Nachbrsnnraum 9 umgebene Hochgeschwindigkeitsrohr 1, das den
kleineren Teil des Gesamtbrennvolumens darstellt. In diesem in seinem Durchmesser kleinen und in seiner Länge mindestens
über die Länge des Wärmetauschers hinausragenden Flammrohr 1 findet eine weitere Durchmischung der Abgase und
der Flammrauchgase sowie eine Erwärmung derselben um etwa 800C auf etwa 63O°C statt. Am Ende des Flammrohres 1 werden
die durchmischten Abgase gegebenenfalls durch zusätzliche Dralleinrichtungen verwirbelt und umgelenkt, gelangen dabei
in die eigentliche Brenn- oder Wirbelkammer 4, wo sie sich um weitere 12O0C auf etwa 7500C aufheizen (Eigenwärme aufgrund
exothermer Reaktion). An der Stirnseite der Verbrennungseinrichtung, d.h. der eigentlichen Brennkammer, werden
die Abgase wiederum um 1800C umgelenkt und dadurch
durch den Brennraum 4 in Richtung Nachbrennkammer 9 bewegt, wobei eine zusätzliche Verwirbelung der Abgase bewirkt wird.
Am Ende des Nachbrennraumes 9 werden die Gase an der Ver-
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bindungswand zwischen Flammrohr und zylindrischer Trommel ab- und umgelenkt in den Außenraum 17 des Wärmetauschers.
In einer bis mehreren Umlenkungen durchströmt das oxidierte heiße Rauchgas das Ringbündel (Röhren- oder Taschenbündel)
des Wärmetauschers 5, wobei das Rauchgas das Rohrbündel von innen nach außen oder von außen nach innen umströmt.
Dadurch werden die heißen Rauchgase auf etwa 315°C abgekühlt
und verlassen durch den Austrittsstutzen 11 die Verbrennungseinrichtung.
Fällt aus technischen Gründen des vorgeschalteten Prozesses die Konzentration der Störstoffe im Abgas ab, so wird der
Brenner 13 automatisch auf höhere Leistung geregelt, so daß eine nahezu konstante Temperatur von 720 bis 7500C
in der Brennkammer ermöglicht wird.
Im umgekehrten Fall, also beim Ansteigen der Konzentration der Störstoffe im Abgas kann unverbranntes Abgas über einen
den Eintrittsringraum 12 und das Flammrohr verbindenden, in der Abbildung nicht gezeigten Durchgang, der dann geöffnet
wird, direkt in das Flammrohr eingedüst werden, ohne daß dieser Teil des Abgases vorher im Wärmetauscher aufgeheizt
worden ist.
Die in Ganzstahl oder Mauerwerk oder in Kombinationen ausgeführte
Verbrennungseinrichtung besitzt zusätzlich ein konzentrisch zur Achse der Gesamtanlage angeordnetes, in
der Abbildung nicht gezeigtes Mannloch an der Stirnseite, welches die Begehung des Flammrohres 1 gestattet. An dieser
an den eigentlichen Brennraum 4 anschließenden Stirnseite können weiterhin Beobachtungsklappen für die direkte
Beobachtung der Flamme sowie Temperaturmeßeinrichtungen angeordnet sein.
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|
Bezugszeichenliste | ||
1 | Hochgeschwindigkeitsrohr (HGR), Flammrohr |
|
1a | Mischvorrichtung, Mischzone | I |
2 | Ringspalt | |
3 | Flamme | |
k | Hauptbrennraum, Brennkammer, Umlenkkammer, Wirbelkammer |
I |
VJl | Wärmetauscher, Rohrbündel | I |
5a | Abstandhalter für Rohrbündel | I |
6 | Trommel, zylindrische oder keglige Trommel |
|
7 | Anströmkonus | |
8 | Trennwand | I |
9 | konzentrisch um HGR angeordnet Ringraum, Nachbrennkammer |
1 ! |
10 | Abgaseintrittsstutzen | I |
11 | Verbrennungsgas-, Rauchgasaustritts- stutzen |
|
12 | Abgaseintrittsringkammer, Verteilerraum | |
13 | Brenner | I |
14 | Brennervorbau | I |
15 | Anströmraum | |
16 | - | i |
17 | Außenraum des Wärmetauschers, Außenseite des Rohrbündels |
I |
5 \ |
||
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Claims (5)
1. Verbrennungseinrichtung zur Verbrennung von Störstoffen
in Abluft- und Abfallsubstanzen mit einem Brenner und
einer Mischvorrichtung, einem daran anschließenden Hochgeschvindigkeitsrohr, einer an dessen freiem
Ende gelegenen, als Brennraum ausgeführten Wirbelkammer, wobei das Hochgeschwindigkeitsrohr konzentrisch
in die Wirbelkammer hineinragt, sowie einem mit der Wirbelkammer über einen Nachbrennraum in
Verbindung stehenden, diesen konzentrisch umgebenden Wärmetauscher, bei dem die einzelnen Rohre des
sich parallel zur Längsachse erstreckenden Rohrbündels an einem Ende in die Stirnwand des Ablufteintrittsringraumes
eingefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohre an ihren anderen Enden
nach innen auf die Längsachse der Verbrennungseinrichtung abgebogen sind, wobei die abgebogenen
Enden in einer konzentrisch den Brennervorbau (14) umgebenden Trommel (6) eingefügt sind und
die einzelnen Rohre des Wärmetauschers (5) auf zur Längsachse konzentrischen Kreisringen
angeordnet sind.
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2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß dia Trommel (6) zylindrisch oder kegelig ausgebildet
ist und an derem einen Ende durch einen Anströmkonus (7) mit der Mischvorrichtung (1a)
und dem daran anschließenden Hochgeschvindigkeitsrohr (1) verbunden ist und von derem anderen Ende
sich eine bewegliche Trennwand (8) bis zur Außenwand der Verbrennungseinrichtung erstreckt.
3. Verbrennungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre des Wärmetauschers (5) auf den
konzentrischen Kreisringen so angeordnet sind, daß dieselben mit annähernd gleicher Luftgeschwindigkeit
umströmt werden.
4. Verbrennungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3 » dadurch gekennzeichnet,
■ daß die einzelnen Rohre des Wärmetauscherrohrbündels (5) annähernd rechtwinkelig nach innen zur Längsachse
der Verbrennungseinrichtung hin abgebogen sind,
5. Verbrennungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis hr
dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohre des Wärmetauscherrohrbündels (5) annähernd rechtwinkelig nach innen auf die kegelige
Trommel (6) hin abgebogen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19808010154 DE8010154U1 (de) | 1980-04-14 | 1980-04-14 | Verbrennungseinrichtung zur verbrennung von stoerstoffen in abgasen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19808010154 DE8010154U1 (de) | 1980-04-14 | 1980-04-14 | Verbrennungseinrichtung zur verbrennung von stoerstoffen in abgasen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8010154U1 true DE8010154U1 (de) | 1981-02-19 |
Family
ID=6714680
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19808010154 Expired DE8010154U1 (de) | 1980-04-14 | 1980-04-14 | Verbrennungseinrichtung zur verbrennung von stoerstoffen in abgasen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8010154U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3434346A1 (de) * | 1984-09-19 | 1985-02-28 | Georg 2000 Hamburg Ostendorf | Spiralkaminofen |
-
1980
- 1980-04-14 DE DE19808010154 patent/DE8010154U1/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3434346A1 (de) * | 1984-09-19 | 1985-02-28 | Georg 2000 Hamburg Ostendorf | Spiralkaminofen |
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