EP0235277B1 - Vorrichtung zum verbrennen oxidierbarer bestandteile in einem zu reinigenden trägergas - Google Patents

Vorrichtung zum verbrennen oxidierbarer bestandteile in einem zu reinigenden trägergas Download PDF

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EP0235277B1
EP0235277B1 EP86905767A EP86905767A EP0235277B1 EP 0235277 B1 EP0235277 B1 EP 0235277B1 EP 86905767 A EP86905767 A EP 86905767A EP 86905767 A EP86905767 A EP 86905767A EP 0235277 B1 EP0235277 B1 EP 0235277B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tubes
carrier gas
heat exchanger
gas
burner
Prior art date
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Expired
Application number
EP86905767A
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English (en)
French (fr)
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EP0235277A1 (de
Inventor
Herbert OBERMÜLLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sequa & Co Megtec Systems KG GmbH
Original Assignee
Grace GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Grace GmbH filed Critical Grace GmbH
Priority to AT86905767T priority Critical patent/ATE48029T1/de
Publication of EP0235277A1 publication Critical patent/EP0235277A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0235277B1 publication Critical patent/EP0235277B1/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator

Definitions

  • the invention relates to a device for burning oxidizable constituents in a carrier gas to be cleaned, comprising a gas inlet and a gas outlet, a burner followed by a high-speed mixing chamber, a combustion chamber and a heat exchanger with gas arranged around the high-speed mixing chamber, from the gas to be cleaned in cross-counterflow to the cleaned Gas flowed through pipes that are bent at one end.
  • a corresponding device can be found in EP-A-0 040 690.
  • the heat exchanger tubes on the hot side of the device that is to say in the area of the burner, are bent inwards and inserted in a drum concentrically surrounding the burner.
  • this construction has the advantage that temperature-related different expansions of the individual tubes do not lead to damage such as e.g. B. lead to cracking.
  • considerable manufacturing effort is required to weld the inwardly bent pipes to the drum, since the distances between the pipe ends are small.
  • the drum itself cannot compensate for temperature-related heat exchanger pipe expansion, since a relatively thick wall is required so that the welding heat introduced during welding does not lead to shrinkage and warping of the drum, which would otherwise result in the pipe elbows being distorted.
  • the heat exchanger tubes do not take part in the entire length of the heat exchange, since the bent ends are not directly flown by the hot flue gases, but rather are deflected and deflected by an inflow space in such a way that they do not hit the bent portions of the tubes. Furthermore, scaling occurs in the area of the pipe bends, since these are on the hottest side of the device. Scale formation can, however, lead to an erosion of the pipe wall thickness if the pipes in this area suffer particularly high changes in expansion speed. Such special expansion speed changes are usually process-related.
  • the object of the present invention is to design a device of the type described above in such a way that the heat exchanger is secured with structurally simple means against expansions caused by temperature and fluctuations and surface damage.
  • the object is achieved in that the heat exchanger tubes are bent outwards at their colder ends.
  • This has the advantage that the pipe ends are arranged on a much larger circumferential surface compared to inwardly bent pipes, so that easier welding and thus also suitability for automatic machines is achieved.
  • the welded ends can be at a considerably greater distance from one another, so that the jacket receiving the ends does not have to be an additional component such as a drum, compared to the prior art.
  • the inner wall of an outer annular space is used as a fastening surface. through which the carrier gas containing the oxidizable constituents is guided from the inlet opening to the heat exchanger tubes.
  • the wall material can be chosen thinner, so that the overall flexibility of the compensation area increases.
  • the fact that an area of the desired size can be made available for the outwardly bent heat exchanger tube ends also has the advantage that the number of rows of tubes lying one above the other as the number of tubes on the outer rows increases, compared to the arrangements according to EP-A-0 040 690 can be increased, which increases the turbulence of the flow around the pipes, so that the number of cross-flow chambers to be arranged in the region of the heat exchanger can be reduced. This results in constructive simplifications and cost reductions.
  • the device according to the invention can therefore prevent a preliminary burn - always associated with the highest preheating - from causing serious damage.
  • the heat exchanger in its high-temperature section is already a "pre-combustion chamber" and must be able to meet this obligation.
  • Another advantage of the invention is that the high-temperature part of the heat exchanger is reinforced as a first burner chamber level works. This property occurs especially when the volume flow is low - combined with a high load of flammable substances.
  • Another advantage in the arrangement of the bent pipe ends on the cold side of the device is the fact that due to the low flow velocity of the media flowing inside the pipes, abrasion in the pipe bend is almost impossible.
  • the gas flowing outside the heat exchanger tubes can be supplied via the tube bends and the bent tube sections.
  • the pipe bends are arranged in a temperature range of approximately 250 ° C. to 300 ° C., so that the risk of damage due to high and rapid temperature changes as a whole or between individual pipes is virtually eliminated.
  • the formation of scale is also ruled out here, so that consumption is impossible.
  • the carrier gas is fed from the carrier gas inlet opening to the bent ends of the heat exchanger tubes via an outer annular space running in the region of the outer wall of the essentially cylindrical device.
  • the annular space can extend into the outlet opening.
  • the inner wall of the annular space and to a lesser extent the outer wall acts as a heat exchanger surface, so that not only is the supplied fluids preheated, but it is also ensured that existing condensates have already completely evaporated before entering the heat exchanger tubes.
  • the preheating in the annular space reduces the expenditure on the tube heat exchanger and reduces its costs.
  • the annular space extends between the carrier gas inlet and the carrier gas outlet opening. Furthermore, the invention is characterized in that the carrier gas inlet opening with an adjoining first annular chamber is arranged in the area of the burner, the first annular chamber concentrically surrounding the burner.
  • the single figure shows a device for burning oxidizable constituents in a carrier gas such as exhaust gas, which can also be referred to as an afterburning device.
  • the device comprises a cylindrical outer jacket 12 which is delimited by end walls 13 and 15.
  • a burner 14 is arranged concentrically to the axis of the jacket 12, which is followed by a high-speed mixing tube 16 and a main combustion chamber 18, which is delimited by the outer end wall. It is not necessary that - as shown in the drawing - the high-speed mixing tube 16 protrudes into the main combustion chamber 18.
  • An internal annular space 20 runs concentrically to the high-speed mixing tube 16, which in turn merges into a space 22 in which heat exchange / pre-combustion tubes 24 are arranged concentrically to the longitudinal axis of the device and thus to the high-speed mixing tube 16.
  • the heat exchange / pre-combustion tubes 24 themselves open into an outer annular space 26 adjoining the outer wall 12, which in turn originates from an annular chamber 30 arranged concentrically with the burner 14, which in turn merges into the inlet opening 28.
  • annular chamber 32 which adjoins the space 22 on the side opposite the annular chamber 30 and in an outlet opening Opening 34 opens.
  • the ends 38 of the heat exchange / pre-combustion tubes 24 in the area of the outlet opening 34 are bent outwards, that is to say towards the wall 12, so as to pass almost perpendicularly into the wall 36 of the outer annular space 26.
  • the other ends of the heat exchange / pre-combustion tubes 24 open into a tube plate 42 which shields a pre-combustion space 44 surrounding the burner 14 from the space 22.
  • the burner 14 is surrounded by a burner stem 46, which usually widens conically in the direction of the high-speed tube 16. of the recesses on the peripheral surface. such as B. holes 48 has.
  • the high-speed tube 16 is designed as a venturi nozzle 50 at the end facing the burner 14, an annular channel 54 being formed between the burner stem 46 and the outer end section 52 of the high-speed mixing tube 16, which is to be referred to as the flow cone.
  • carrier gas is supplied to the outer annular space 26 via the inlet opening 28 of the adjoining annular chamber 30, from where the carrier gas is passed into the heat exchange / pre-combustion tubes 24.
  • the gas first flows through the area in which the tubes 24 are bent outwards.
  • the ends 38 are welded into the inner wall 36 of the outer annular space 26, and the distance between the ends 38 can be chosen to be relatively large, even in the case of a narrow heat exchanger tube packing, so that assembly is problem-free.
  • the inner wall 36 in the area of the heat exchanger tube ends 38 can be chosen to be thin, which results in increased flexibility.
  • the gas passes through the tube plate 42 into the pre-combustion chamber 44, in order then to be fed partly to the burner flame via the recesses 48 and partly to the high-speed mixing tube 16 via the annular gap 54.
  • the gas After the gas is fed through the high-speed mixing tube 16 to the main combustion chamber 18, in which there is at the same time a strong swirling, the gas passes via the inner annular space 20 into the space 22 surrounding the heat exchanger / pre-combustion tubes 24, to the space 22 via the to wash the entire length in the cross-countercurrent, a multiple deflection (indicated by arrows) taking place within the space 22, so that heat exchange can take place to the required extent.
  • the gas then passes through the annular chamber 32 to the outlet opening 34.
  • the inner wall 36 of the outer annular space 26 is designed as a heat exchanger surface, along which the hot gases coming from the inner annular space 20 can flow, the gas supplied to the heat exchanger / preburning tubes 24 via the inlet opening 28 is preheated. This ensures that any condensate present evaporates, so that deposits in the heat exchanger / pre-combustion tubes 24 cannot occur. Since in the area of the bent ends 38 of the heat exchanger tubes 24 there is a temperature of only about 250 ° C. to 300 ° C., this temperature can be described as low in relation to the stress on the heat exchanger tubes, so that there is no risk of scale formation.
  • bent ends 38 which serve to compensate for different linear expansions of the heat exchanger / pre-combustion tubes 24 due to temperature fluctuations and uneven flow.
  • the low temperature of the gas in the area of the bent ends 38 also ensures that the flow velocity is so low that abrasion of the inner tube walls in the area of the bends is prevented by entrained particles.
  • a "cold bypass" 53 can be provided between the chamber 30 and the pre-combustion chamber 44 without any problems in order to supply carrier gas containing cold, oxidizable components, in part directly to the burner 14 or to feed high-speed mixing tube 16. Since this area lies in the radiation area of the burner and the pre-combustion chamber - i.e. at a temperature between 600 ° C and 650 ° C - the risk of condensation deposits is completely excluded.
  • a further advantage of the afterburning device according to the invention is that increased demands on the insulation of the outer wall 12 in the area of the outer annular space 26 are not to be made, since this forms a heat shield in that the cold carrier gas guided therein via the inner boundary wall 36 heat records.
  • inlet and outlet openings 28 and 34 can be arranged separately from one another, there is also the possibility that the device can be mounted in a vertical construction. Structurally complex measures are not necessary for this, since external pipelines are not necessary for the functionality of the device.

Landscapes

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  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbrennen oxidierbarer Bestandteile in einem zu reinigenden Trägergas umfassend einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß, einen Brenner mit sich anschließendem Hochgeschwindigkeitsmischraum, einen Brennraum sowie einen Wärmetauscher mit um den Hochgeschwindigkeitsmischraum herum angeordneten, vom zu reinigenden Gas im Kreuzgegenstrom zum gereinigten Gas durchströmten Rohren, die an einem Ende umgebogen sind.
  • Eine entsprechende Vorrichtung ist der EP-A-0 040 690 zu entnehmen. Dabei sind die Wärmetauscherrohre an der heißen Seite der Vorrichtung, also im Bereich des Brenners nach innen umgebogen und in einer den Brenner konzentrisch umgebenden Trommel eingefügt. Zwar ergibt sich bei vielen prozeßabhängigen Einsätzen durch diese Konstruktion der Vorteil, daß temperaturbedingte unterschiedliche Ausdehnungen der einzelnen Rohre nicht zu Beschädigungen wie z. B. Rißbildungen führen. Allerdings bedarf es eines erheblichen herstellungstechnischen Aufwandes, um die nach innen umgebogenen Rohre mit der Trommel zu verschweißen, da die Abstände der Rohrenden klein sind. Die Trommel selbst kann einen Ausgleich für temperaturbedingte Wärmetauscher-Rohrausdehnungen nicht vornehmen, da eine relativ dicke Wandstärke erforderlich ist, damit die beim Verschweißen eingebrachte Schweißwärme nicht zu einer Schrumpfung und zu Verwerfungen der Trommel führt, wodurch andernfalls eine Verspannung der Rohrbogen erfolgen würde.
  • Ferner nehmen die Wärmetauscherrohre nicht in ihrer gesamten Länge am Wärmetausch teil, da die abgebogenen Enden von den heißen Rauchgasen nicht direkt angeströmt werden, diese vielmehr durch einen Anströmraum so ab-und umgelenkt werden, daß sie nicht auf die abgebogenen Teilstücke der Rohre treffen. Ferner tritt Zunderbildung im Bereich der Rohrkrümmungen auf, da diese sich auf der heißesten Seite der Vorrichtung befinden. Zunderbildung kann jedoch zu einer Abzehrung der Rohrwanddicke führen, wenn die Rohre in diesem Bereich besonders hohe Dehn-Geschwindigkeitsänderungen erleiden. Solche besonderen Dehn-Geschwindigkeitsänderungen sind in der Regel prozeßbedingt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art so auszubilden, daß mit konstruktiv einfachen Mitteln der Wärmetauscher gegen temperaturbedingte und schwankungsbedingte Ausdehnungen und Oberflächen-Schäden gesichert ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmetauscherrohre an ihren kälteren Enden nach außen abgebogen sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Rohrenden auf einer wesentlich größeren Umfangsfläche im Vergleich zu nach innen gebogenen Rohren angeordnet werden, so daß ein einfacheres Einschweißen und damit auch Automatentauglichkeit erreicht wird. Die eingeschweißten Enden können dabei einen erheblich größeren Abstand zueinander aufweisen, so daß der die Enden aufnehmende Mantel im Vergleich zum Stand der Technik kein extra Bauteil wie Trommel sein muß, vielmehr wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung die innere Wandung eines äußeren Ringraumes als Befestigungsfläche benutzt, durch den das die oxidierbaren Bestandteile aufweisende Trägergas von der Eintrittsöffnung zu den Wärmetauscherrohren geführt wird. Da die Gefahr von Schrumpfungen und Verwerfungen beim Einschweißen der Rohre aufgrund des größeren Abstandes ausgeschlossen ist, kann das Wandmaterial dünner gewählt werden, so daß sich die Gesamtflexibilität des Kompensationsbereiches erhöht. Dadurch, daß für die nach außen umgebogenen Wärmetauscherrohrenden eine Fläche gewünschter Größe zur Verfügung gestellt werden kann, ergibt sich auch der Vorteil, daß die Zahl der übereinanderliegenden Rohrreihen bei zunehmender Rohrzahl an den äußeren Rohrreihen im Vergleich zu den Anordnungen nach der EP-A-0 040 690 erhöht werden kann, wodurch eine Steigerung der Turbulenz der Strömung um die Rohre erfolgt, so daß die Zahl der im Bereich des Wärmetauschers anzuordnenden Querstrom-Kammern verringert werden kann. Hierdurch ergeben sich konstruktive Vereinfachungen und Kostensenkungen.
  • Ein weiterer großer Vorteil ist es, die Rohrwand dünner ausführen zu können, da keinerlei Zuschlag für Abzehrung durch Zunder-Flug gegeben werden muß. Durch den Wegfall des Wanddicken-Zuschlags aber erhöht sich wiederum die Gesamtflexibilität des Rohrbogens beträchtlich. Eine Kostensenkung stellt sich hierdurch ebenfalls ein. Auch wird der Einsatz niedrig legierter beziehungsweise unlegierter Rohre im Rundbogenbereich möglich.
  • Auch besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung bei besonders kritischen Einsätzen zu verwenden, wo hohe Gas-Eintrittstemperaturen verbunden mit extremer Vorheizung bei Anwesenheit großer Mengen brennbarer Substanz zu stärkerem Vorabbrand von Teilen der brennbaren Stoffe führen. Es können dabei im Hochtemperatur-Abschnitt der Wärmetauscherrohre so hohe Temperaturen entstehen, die demnach von den nach außen geführten Kompensations-Rohrbögen ausgeglichen werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher ein Vorabbrand - stets mit höchster Vorheizung verbunden - nicht zu gravierenden Schädigungen führen. In diesem Sinne ist der Wärmeüberträger in seinem Hochtemperatur-Abschnitt bereits "Vorbrennkammer" und muß dieser Pflicht Rechnung tragen können.
  • Ferner ist auch ein Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß der Hochtemperaturteil des Wärmetauschers verstärkt als eine erste Brennkammerstufe wirkt. Diese Eigenschaft tritt besonders bei kleiner Volumenstrom-Auslastung - verbunden mit hoher Belastung brennbarer Substanz - auf.
  • Ermüdungsbruch-Gefahr ist schon allein dadurch beseitigt, daß die Kompensation mittels Rohrbogen im kalten Bereich angelegt wird, wo zulässige Spannungen um ein Vielfaches größer sind als im Bereich von z. B. 700° C.
  • Von besonderem Vorteil ist, daß gefahrlos der Vorabbrand von Teilen der brennbaren Substanzen in den Röhren des Wärmetauschers erfolgen kann.
  • Ein weiterer Vorteil in der Anordnung der umgebogenen Rohrenden auf der kalten Seite der Vorrichtung ist darin zu sehen, daß aufgrund der dort herrschenden niedrigen Strömungsgeschwindigkeit der innerhalb der Rohre strömenden Medien ein Abrieb im Rohrbogen nahezu ausgeschlossen ist.
  • Im Grenzbereich zwischen laminarer und turbulenter Strömung sind einzelne Rohre oder Gruppen von Rohren laminarer beströmt (oder auch umströmt), während benachbarte Rohre oder Gruppen benachbarter Rohre Turbulent beströmt (oder auch umströmt) werden. Diese unerwünschte Eigenschaft ist nachteilig mit einem hohen Volumenstrom-Regelbereich der Verbrennungsvorrichtung verbunden. Die auch hieraus resultierenden, beträchtlichen Längendehnungs-Differenzen stellen ebenfalls hohe Anforderungen an die Elastizität der Einzelrohr-Kompensation. Erschwerend kommt hinzu, daß "Umschläge" von Laminarität nach Turbulenz und umgekehrt plötzlich auftreten. D. h. Dehnungs-Differenzen stellen sich mit großer Änderungsgeschwindigkeit ein. Auch und besonders dieser großen Änderungsgeschwindigkeit muß das Kompensationselement gewachsen sein. Ein Zunder behafteter Rohrbogen wäre das in weit geringerem Maße, weil er seinen Schutzzunder zu verlieren drohte.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist das außerhalb der Wärmetauscherrohre strömende Gas über die Rohrbögen und die abgebogenen Rohrabschnitte zuführbar. Hierdurch sind die Rohrbögen in einem Temperaturbereich von in etwa 250°C - 300°C angeordnet, so daß die Gefahr einer Beschädigung durch hohe und schnelle Temperaturwechsel insgesamt oder auch zwischen Einzelrohren nahezu ausgeschlossen ist. Auch ist hier eine Zunderbildung ausgeschlossen, so daß eine Abzehrung unmöglich wird.
  • Nach einer weiteren hervorzuhebenden Ausgestaltung der Erfindung wird das Trägergas von der Trägergaseinlaßöffnung über einen im Bereich der Außenwandung der im wesentlichen Zylinderform aufweisenden Vorrichtung verlaufenden äußeren Ringraum den umgebogenen Enden der Wärmetauscherrohre zugeführt. Dabei kann sich der Ringraum bis in die Auslaßöffnung hinein erstrecken. Hier wird u. a. der Vorteil erzielt, daß die Innenwandung des Ringraums und in schwächerem Maße auch die Außenwandung als Wärmetauscherfläche wirkt, so daß nicht nur ein Vorheizen der zugeführten Fluide erfolgt, sondern außerdem sichergestellt ist, daß vorhandene Kondensate bereits restlos vor Eintritt in die Wärmetauscherrohre verdampft sind. Auch ist zu erwähnen, daß die im Ringraum erfolgende Vorheizung den Aufwand am Rohr-Wärmetauscher mindert und dessen Kosten senkt.
  • Dadurch, daß das kühle Trägergas mit oxidierbaren Bestandteilen in dem Außenmantel angrenzenden Ringraum zu den Wärmetauscherrohre geführt wird, bedarf es auch keiner aufwendigen äußeren Isolierung, und bei liegender Anordnung, keiner hochhitzefesten Fußkonstruktion.
  • In Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Ringraum zwischen Trägergaseinlaß und Trägergasauslaßöffnung. Ferner zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß die Trägergaseinlaßöffnung mit einer sich anschließenden ersten Ringkammer im Bereich des Brenners angeordnet ist, wobei die erste Ringkammer konzentrisch den Brenner umgibt.
  • Die den Ansprüchen 1 und 3 zu entnehmenden Merkmale bieten in Kombination besonders hervorzuhebende Vorteile in z. B. der Vorerwärmung, der Kondensatverdampfung, der Längenkompensation, der gefahrlosen Vorverbrennung oder der Anordnung und der Befestigung der Wärmetauscherrohre.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der einzigen Figur ist eine Vorrichtung zum Verbrennen oxidierbarer Bestandteile in einem Trägergas wie Abgas dargestellt, die auch als Nachverbrennungsvorrichtung bezeichnet werden kann. Die Vorrichtung umfaßt einen zylinderförmigen Außenmantel 12, der durch Stirnwände 13 und 15 begrenzt ist. Im Bereich der Stirnwand 13 ist konzentrisch zur Achse des Mantels 12 ein Brenner 14 angeordnet, dem sich ein Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 und ein Haupt-Brennraum 18, der durch die äußere Stirnwand begrenzt wird, anschließt. Dabei ist es nicht notwendigerweise erforderlich, daß - wie in der Zeichnung dargestellt - das Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 In den Haupt-Brennraum 18 hineinragt. Konzentrisch zum Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 verläuft ein innenliegender Ringraum 20, der seinerseits in einen Raum 22 übergeht, in dem Wärmetausch /Vorbrenn-Rohre 24 konzentrisch zur Längsachse der Vorrichtung und damit zum Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 angeordnet sind. Die Wärmetausch/Vorbrenn-Rohre 24 selbst münden in einem äußeren, an die Außenwandung 12 angrenzenden äußeren Ringraum 26, der seinerseits von einer konzentrisch zum Brenner 14 angeordneten Ringkammer 30 ausgeht, die ihrerseits in die Einlaßöffnung 28 übergeht. Ferner ist eine Ringkammer 32 vorhanden, die sich auf der der Ringkammer 30 gegenüberliegenden Seite an den Raum 22 anschließt und in einer Auslaßöffnung 34 mündet.
  • Die Enden 38 der Wärmetausch/Vorbrenn-Rohre 24 im Bereich der Auslaßöffnung 34 sind nach außen, also zur Wandung 12 hin umgebogen, um so nahezu senkrecht in die Wandung 36 des äußeren Ringraums 26 überzugehen. Die anderen Enden der Wärmetausch/Vorbrenn-Rohre 24 münden in einer Rohrplatte 42, die einen den Brenner 14 umgebenden Vorbrennraum 44 vom Raum 22 abschirmt.
  • Der Brenner 14 ist von einem sich in Richtung des Hochgeschwindigkeitsrohres 16 meist kegelförmig erweiternden Brennervorbau 46 umgeben. der auf der Umfangsfläche Aussparungen. wie z. B. Löcher 48, aufweist. Das Hochgeschwindigkeitsrohr 16 ist an dem dem Brenner 14 zugewandten Ende als Venturi-Düse 50 ausgebildet, wobei sich zwischen dem Brennervorbau 46 und dem äußeren, als Anströmkonus zu bezeichnenden Endabschnitt 52 des Hochgeschwindigkeits Mischrohres 16 ein Ringkanal 54 ausbildet.
  • Damit in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Trägergas vorhandene oxidierbare Bestandteile verbrennen können, wird dem äußeren Ringraum 26 Trägergas über die Einlaßöffnung 28 der sich anschließenden Ringkammer 30 zugeführt, von wo aus das Trägergas in die Wärmetausch/Vorbrenn-Rohre 24 geleitet wird. Dabei durchströmt das Gas zunächst den Bereich, in dem die Rohre 24 nach außen umgebogen sind. Hierzu sind die Enden 38 in die innere Wandung 36 des äußeren Ringraums 26 geschweißt, wobei auch bei einer engen Wärmetauscherrohrpackung der Abstand zwischen den Enden 38 relativ groß gewählt werden kann, so daß eine problemlose Montage erfolgt. Gleichzeitig kann die Innenwandung 36 im Bereich der Wärmetauscherrohrenden 38 dünn gewählt werden, wodurch sich eine erhöhte Flexibilität ergibt. Hierdurch können Längenänderungen der Wärmetauscherrohre 24 zusätzlich kompensiert werden. Von den Wärmetausch /Vorbrenn-Rohren gelangt das Gas durch die Rohrplatte 42 in den Vorbrennraum 44, um sodann teils über die Aussparungen 48 unmittelbar der Brennerflamme und teils über den Ringspalt 54 dem Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 zugeführt zu werden. Nachdem das Gas durch das Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 dem Haupt-Brennraum 18 zugeführt ist, in dem gleichzeitig eine starke Verwirbelung erfolgt, gelangt das Gas über den inneren Ringraum 20 in den die Wärmetauscher/Vorbrenn-Rohre 24 umgebenden Raum 22, um jene über die gesamte Länge im Quer-Gegenstrom zu umspülen, wobei innerhalb des Raumes 22 eine mehrfache Umlenkung (durch Pfeile angedeutet) erfolgt, damit im erforderlichen Umfang ein Wärmeaustausch erfolgen kann. Sodann gelangt das Gas über die Ringkammer 32 zur Auslaßöffnung 34.
  • Dadurch, daß die Innenwandung 36 des äußeren Ringraums 26 als Wärmetauscherfläche ausgebildet ist, entlang der die von dem inneren Ringraum 20 kommenden heißen Gase strömen können, erfolgt eine Vorerwärmung des über die Eintrittsöffnung 28 den Wärmetauscher/Vorbrenn-Rohren 24 zugeführten Gases. Hierdurch ist gewährleistet, daß gegebenenfalls vorhandenes Kondensat verdampft, so daß Ablagerungen in den Wärmetauscher/Vorbrenn-Rohren 24 nicht erfolgen können. Da im Bereich der umgebogenen Enden 38 der Wärmetauscherrohre 24 eine Temperatur von lediglich etwa 250° C bis 300°C herrscht, ist diese Temperatur in bezug auf die Beanspruchung der Wärmetauscherrohre als niedrig zu bezeichnen, so daß die Gefahr einer Zunderbildung nicht gegeben ist. Hierdurch wird eine Abzehrung ausgeschlossen und durch die große Elastizität und hohe Festigkeit eine Ermüdung der umgebogenen Enden 38, die der Kompensation unterschiedlicher Längenausdehnungen der Wärmetauscher/Vorbrenn-Rohre 24 bedingt durch Temperaturschwankungen und ungleichen Strömung dienen, vermieden. Die niedrige Temperatur des Gases im Bereich der abgebogenen Enden 38 stellt außerdem sicher, daß die Strömungsgeschwindigkeit so gering ist, daß ein Abrieb der Rohrinnenwandungen im Bereich der Krümmungen durch mitgeführte Partikel unterbleibt.
  • Da die Gaseinlaßöffnung 28 und die sich anschließende Ringkammer im heißen Teil der Vorrichtung angeordnet ist, kann problemlos ein "Kalt-Bypass" 53 zwischen der Kammer 30 und dem Vorbrennraum 44 vorgesehen werden, um kaltes, oxidierbare Bestandteile aufweisendes Trägergas zum Teil unmittelbar dem Brenner 14 bzw. Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 zuzuführen. Da dieser Bereich im Strahlungsbereich des Brenners und des Vorbrennraums - also bei einer Temperatur zwischen 600°C und 650°C - liegt, ist die Gefahr von Kondensatablagerung völlig ausgeschlossen.
  • Neben dem problemlosen Anordnen eines Kaltgas-Bypasses besteht auch die Möglichkeit, einen Heißgas-Bypass 51 zwischen der Haupt-Brennkammer 18 und der Auslaßöffnung 34 bzw. der in diese mündenden oberen Ringkammer 32 vorzusehen. Ansonsten ist jedoch eine erhöhte Wärmeisolierung zwischen der Haupt-Brennkammer 18 und der Ringkammer 32 vorgesehen, die ohne konstruktiven Aufwand erfolgen kann.
  • Als weiterer Vorteil der erfindungsmäßigen Nachverbrennungsvorrichtung ist zu bezeichnen, daß erhöhte Anforderungen an die Isolation der Außenwandung 12 im Bereich des äußeren Ringraums 26 nicht zu stellen sind, da dieser eine Wärmeabschirmung dadurch bildet, daß das in diesem geführte kalte Trägergas über die innenliegende Begrenzungswand 36 Wärme aufnimmt.
  • Dadurch, daß Einlaß- und Auslaßöffnungen 28 bzw. 34 getrennt voneinander angeordnet werden können, besteht außerdem die Möglichkeit, daß die Vorrichtung in vertikaler Bauweise montiert werden kann. Konstruktiv aufwendige Maßnahmen sind hierzu nicht erforderlich, da außenliegende Rohrleitungen für die Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung nicht erforderlich sind.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Verbrennen oxidierbarer Bestandteile in einem zu reinigenden Trägergas umfassend einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß, einen Brenner mit sich anschließendem Hochgeschwindigkeitsmischraum, einen Brennraum sowie einen Wärmetauscher mit um den Hochgeschwindigkeitsmischraum herum angeordneten, vom zu reinigenden Gas im Kreuzgegenstrom zum gereinigten Gas durchströmten Rohren, die an einem Ende umgebogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (24) an ihren kälteren Enden (38) nach außen abgebogen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das außerhalb der Wärmetauscherrohre (24) strömende Gas über die Rohrbögen und die abgebogenen Rohrabschnitte (38) führbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas von der Trägergaseinlaßöffnung (28) über einen im Bereich der Außenwandung (12) der im wesentlichen Zylinderform aufweisenden Vorrichtung verlaufenden äußeren Ringraum (26) den umgebogenen Enden (38) der Wärmetauscherrohre (24) zugeführt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ringraum (26) zwischen Trägergaseinlaß- und Trägergasauslaßöffnung (28, 34) erstreckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Trägergaseinlaßöffnung (28) mit einer sich anschließenden ersten Ringkammer (30) im Bereich des Brenners (14) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ringkammer (30) konzentrisch den Brenner (14) umgibt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wandung (36) des äußeren Ringraumes (26) eine Wärmetauscherfläche zum Vorheizen des der Vorrichtung zugeführten Trägergases ist.
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