EP0440181A2 - Regenerativ-Reaktor zum Verbrennen von industriellen Abgasen - Google Patents

Regenerativ-Reaktor zum Verbrennen von industriellen Abgasen Download PDF

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EP0440181A2
EP0440181A2 EP91101187A EP91101187A EP0440181A2 EP 0440181 A2 EP0440181 A2 EP 0440181A2 EP 91101187 A EP91101187 A EP 91101187A EP 91101187 A EP91101187 A EP 91101187A EP 0440181 A2 EP0440181 A2 EP 0440181A2
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EP
European Patent Office
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gas
heat exchanger
reactor according
reactor
oxidation chamber
Prior art date
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EP91101187A
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EP0440181A3 (en
EP0440181B1 (de
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Bernhard Dipl.-Ing. Mokler
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LTG Lufttechnische GmbH
Original Assignee
LTG Lufttechnische GmbH
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    • 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
    • F23G7/07—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • 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
    • F23G7/068—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 using regenerative heat recovery means

Definitions

  • the invention relates to a regenerative reactor for burning industrial exhaust gases, in particular exhaust air containing pollutants, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for burning industrial exhaust gases according to the preamble of claim 16.
  • Such a reactor system with three reactors in the form of so-called treatment towers is known from DE-OS 37 37 538.
  • these towers are connected by a large-volume connecting line.
  • this must be brought to the oxidation temperature when starting, which can be, for example, 800.degree. This requires considerable amounts of heat and long heating times.
  • a similarly constructed reactor system is known from DE-OS 38 37 989. No separate treatment towers are provided for this. Rather, three heat exchangers are arranged in a row next to one another within a housing. Here, too, there is a very large oxidation chamber, which at the same time also creates the connection between the heat exchangers. This oxidation chamber must first be heated when starting, which requires a lot of energy and long heating times. moreover, due to the high operating temperature, high heat losses occur.
  • a method for the treatment of a gas for the removal of impurities in which a reactor called a furnace is used, which has a cylindrical housing which has three heat exchanger regions which are sector-shaped in cross section. There is an oxidation chamber above the heat exchanger areas, in which the exhaust gases are burned. Due to the heat generated, the housing is subjected to high mechanical loads, which can lead to deformation or even destruction.
  • a reactor is preferred in which the expansion compensation zone of the partitions extends over the entire wall Width extends and the partitions are corrugated.
  • Partition walls designed in this way can absorb forces over their entire width and thus reduce stresses which occur when the reactor heats up excessively.
  • the partitions are relatively simple and therefore inexpensive to manufacture.
  • an embodiment of the reactor is particularly preferred in which the partition walls are double-walled. Since the adjacent heat exchanger areas are exposed to different gas flows and thus have different temperatures, thermal stresses which are based on the sharp drop in temperature within the partition walls can be reduced.
  • the double-walled walls isolate the individual heat exchanger areas better from each other, so that less thermal stresses can occur.
  • an embodiment of the reactor is preferred in which the partition walls starting from the peripheral wall meet at one point and are connected to a double-walled tube.
  • This opens on the one hand in the oxidation chamber of the reactor and on the other hand outside the housing. It is therefore possible to extract hot gas from the oxidation chamber and thus optimally adjust the temperature of the reactor, in particular to avoid overheating. In this way, an excessive increase in temperature inside the reactor can be avoided. This can also cause thermal stress optimally dismantle.
  • air preferably cold air, can be supplied to the gas withdrawn from the oxidation chamber, so that the gas withdrawn from the reactor overall has a significantly lower temperature than in the oxidation chamber. This also makes it possible to further reduce thermal loads on the reactor and the downstream elements.
  • An exemplary embodiment of the reactor is particularly preferred, which is characterized in that a flap is arranged in the tube serving to draw off the gas and can be acted upon by the withdrawn gas and the cold air supplied. Due to the reduced gas temperature due to the supply of cold air, the thermal load on the flap decreases, which can then be carried out relatively easily.
  • the object of the invention is also to provide a method for burning industrial exhaust gases, in particular pollutant-containing exhaust air, in which the thermal load on the reactor is minimized.
  • a method is particularly preferred in which hot clean gas, hot gas, is withdrawn from the oxidation chamber when the temperature inside the reactor threatens to become too high.
  • Fresh air preferably cold air, is added to the hot gas to reduce the thermal load on downstream control means.
  • FIG. 1B shows the base part of a regenerative reactor 10 with a circular cylindrical peripheral wall 11.
  • a tube 12 extends in its longitudinal axis and projects beyond the upper edge R 'of the peripheral wall 11.
  • three partitions 13, 14 and 15 are welded, which are arranged at equal angular intervals of 120 ° and have the same shape. If more than three partitions are provided, the angular distances should be selected accordingly.
  • the partitions are designed as rectangles, a cutout 13 ', 14' or 15 'being provided at the upper, inner corner facing the tube 12, which extends obliquely upwards and outwards from the upper end of the tube 12 , as can be seen from Figures 1B and 8.
  • the boundary line of the section can, for example — as in FIG. 1B — run in the shape of a sector of a circle but also linearly.
  • the peripheral wall 11 is closed at the bottom by a bottom which seals the housing in a gastight manner.
  • the partitions 13, 14 and 15 extend to this floor and are welded to it.
  • the interior of the housing is divided into three circular sector-shaped areas 1, 2 and 3, which are gas-tightly separated from one another by the partition walls, but in the upper area, namely in the area of the cutouts or cutouts 13 ', 14 'and 15' are connected.
  • each of the areas 1, 2 and 3 has the index number of the area in question.
  • Each of the areas in the floor 17 thus has a connection opening A for raw gas, which is consequently designated A1, A2 and A3.
  • each area 1, 2 and 3 has a connection opening R for clean gas, which is correspondingly designated R1, R2, for example R3.
  • each of the areas 1, 2 and 3 has a connection opening S for purging gas, which is correspondingly designated S1, S2 and S3.
  • connections for raw gas (A1 to A3), clean gas (R1 to R3) and purge gas (S1 to S3) can each be provided directly with a valve or slide, as is indicated in FIG. 2 by the oblique lines 25.
  • valves or slides can be located in the feed lines to these connections.
  • Such valves are usually designed as flaps.
  • an inflow chamber enclosed by the peripheral wall 11 is formed within the housing, which is separated into gas-tight inflow chambers by the three partition walls 13, 14 and 15 AK1, AK2 and AK3 is divided.
  • the inflow chambers extend from the bottom 17 to a grate 30 approximately over a third of the height of the interior of the housing.
  • the grate 30, which can be designed as the grate 30 'shown in section in FIG. 4 and which is only indicated schematically in FIG. 1B, serves to support a bed 35 made of inert ceramic material with high heat storage capacity, which differs from the grate 30 extends almost to the upper edge R 'of the peripheral wall 11.
  • the fill is indicated by cross hatching 36 in FIG. 1B.
  • the temperature of the bed in the area of this cross-hatching decreases from top to bottom, for example a temperature of approximately 700 ° C. to 800 ° C. above and a temperature of approximately 100 ° C. below.
  • annular flange 40 is attached to the outside of the peripheral wall 11, which is provided with holes 41 in a conventional manner.
  • This ring flange is therefore located in a medium temperature zone of, for example, 300 ° C. Depending on whether the flange is attached further up or down, the temperature prevailing there changes.
  • a ring flange 45 of a hood-shaped part is fastened to the ring flange 40, which is referred to below as hood 47 and is shown in FIG. 1A.
  • This ring flange 45 also has holes 46, which can be brought into alignment with the holes 41 in the ring flange and serve to accommodate screws or other fastening means. With the help of these screws, not shown here, the hood can be attached to the housing.
  • the hood 47 has a cylindrical section 49 adjoining the ring flange 45, which is preferably made of steel and merges into a circular cover 50 at the top, which can also be made of steel and forms the upper end of the hood 47.
  • the embodiment of the reactor shown here is circular-cylindrical, that is to say that the housing, like the hood 47, has a circular-cylindrical shape. It is also conceivable that both parts are triangular, the triangular shape of the housing or the hood then being predetermined by triangular areas of the heat exchanger. Instead of the triangular shape, other polygonal outer shapes of the housing or the hood can also be selected.
  • the hood 47 is continuously provided with a refractory lining, which is only indicated schematically here with the reference number 52.
  • the material of the lining can be chosen arbitrarily.
  • a fireproof brick with lightweight bricks, with fireproof cement or with a fireproof mat made of silicates, for example, can be selected.
  • peripheral wall 11 and the partition walls 13, 14 and 15 do not have to be lined with fire-resistance.
  • the use of high-alloy steel is sufficient here.
  • the insulation in the upper, particularly hot region of the bed 35 is taken over by the refractory lining 52 of the hood 57.
  • the hood 47 has a lateral connection piece 55, through which hot gas can be removed, for example for heating water, if necessary, for example if the heat generated during the combustion of the raw gas is too high. Likewise, hot gas can also be withdrawn through the central tube 12, which results in a particularly compact construction of the reactor.
  • a burner 56 is provided on the hood 47, which can be arranged in the cover 50, or as shown here, in the side wall of the hood. The flame of the burner is directed towards the center of the space enclosed by the hood 47.
  • the inside diameter of the hood 47 is dimensioned such that only a small gap 51 (see FIG. 8) remains between its inside and the radial outside 13 ′′, 14 ′′ and 15 ′′ of the partitions 13, 14 and 15.
  • the height of the hood 47 is dimensioned such that only a small gap 53 (see FIG. 8) remains between its inside in the area of the cover 50 and the upper edge 13 ′′ ′′, 14 ′′ ′′ and 15 ′′ ′′ of the partition walls.
  • an oxidation chamber 60 of the reactor 10 is formed between its inner wall and the top of the bed 35, in which the main oxidation of the raw gas supplied takes place.
  • raw gas, clean gas and purge gas are alternately routed through the various heat exchanger areas.
  • the raw gas is fed through the bed 35 in the heat exchanger area 1 of the oxidation chamber 60 and burned there.
  • the resulting clean gas is discharged through the bed 35 in the heat exchanger area 2.
  • the gas in the oxidation chamber 60 must flow from the oxidation chamber area O1 above the heat exchanger area 1 through the recesses 13 ', 14' and 15 'of the partition walls 13, 14 and 15. There is an intensive swirling. This area of the cutouts in the partition walls is therefore also called the swirl area VW.
  • the air in the swirl region VW is heated by the burner 56 and brought to the reaction temperature.
  • the burner must also be switched on if the heat released during the combustion of the exhaust gases is not sufficient to maintain the reaction temperature.
  • the gas flow is adjusted by adjusting the slide or flaps, the connections for raw gas (A1 to A3), clean gas (R1 to R3) and purge gas (S1 to S3) are assigned. It does not matter through which heat exchanger area the raw gas is supplied and through which the clean gas is discharged. Due to the symmetry of the arrangement, the same relationships always result.
  • FIG. 2 schematically shows the pipelines connected to the reactor 10 and the associated valves or flaps.
  • the raw gas is supplied to the connections A1, A2 and A3 and the valves arranged there to the reactor via a line 62, into which a blower 63 or some other air delivery device can optionally be connected.
  • the clean gas can be drawn off or sucked from the connections R1, R2 and R3 into a line 65 by a blower 64 or another air delivery device and fed via a line 66, for example to a chimney, or via a line 20 and a line 67 as purge gas to the connections S1 up to S3.
  • dashed lines of the blower 63 is intended to indicate that one of the blowers can also be omitted.
  • a dashed line in FIG. 2 indicates that air or cold air can also be used as a purge gas via a line 21.
  • the heat exchanger regions of the reactor 10 are identified by the numbers 1, 2 and 3.
  • An upward-pointing arrow indicates that the temperature of the bed 35 of the relevant heat exchanger area is increasing, while a downward-pointing arrow means that the temperature of the relevant bed 35 of this area is decreasing.
  • a horizontal line indicates that the temperature of the bed remains essentially unchanged.
  • connection A1, R2 and S3 are initially opened in phase I, so that raw gas is fed via the bed 35 in the heat exchanger area 1 to the oxidation chamber 60 and is oxidized there.
  • This process is exothermic, which means that heat is released.
  • the resulting hot gas is discharged as clean gas via the bed 35 in the heat exchanger area 2.
  • the bed 35 in the heat exchanger area 3 is flushed with purging gas.
  • the heat exchanger area heated by the clean gas is used for heating the raw gas supplied, which may be present there can also ignite and thus be oxidized.
  • Version 2 of the method shown in FIG. 3 is more effective, but involves a higher switching effort: Rinsing phases IIa, IIIa and Ia, which for example each lie between phases Ib, IIb and IIIb, which last, for example, 2 to 3 minutes Last 10 seconds, and during which raw gas is flushed from a heat exchanger area into the oxidation chamber and burned there.
  • the connections A1, R2 and R3 are opened in version 2 during phase Ib, so that raw gas is supplied to the oxidation chamber 60 via the heat exchanger area 1, oxidized there and then discharged again via the two heat exchanger areas 2 and 3 connected in parallel .
  • the latter are heated up while the heat exchanger area 1 releases heat to the raw gas and thereby becomes colder.
  • the heat exchanger area 1 is briefly flushed during phase IIa in order to burn the raw gas still contained in it in the oxidation chamber 60.
  • the raw gas is otherwise supplied to the oxidation chamber 60 through the heat exchanger area 2 during phase IIa and derived from there as clean gas via the heat exchanger area 3.
  • the clean gas is then additionally discharged via the -purged- heat exchanger area 1 in phase IIb.
  • the further process of the cyclical interchange is shown in FIG. 3, version 2. That is, the supply and discharge of raw and clean gas or of purge gas is continued, as just described, in each case in the subsequent heat exchanger area.
  • FIG. 4 shows very schematically a simplified system with only two heat exchanger areas 70 and 71, in which there is also a bed 35 of heat exchanger material.
  • the heat exchanger regions 70 and 71 each have a semicircular cross section here, which results from FIG. 6.
  • the beds 35 lie on a grate 30 ', to which an inflow chamber or an inflow box 72 or 73 adjoins at the bottom.
  • the connections of the inflow box 72 are designated A1, S1 and R1, those of the connection box 73 with A2, S2 and R3, the connection openings A being determined for raw gas, the connection openings R for clean gas and the connection openings S for purge gas.
  • the partition between the two heat exchanger areas 70 and 71 and the two inflow boxes 72 and 73 is designated 74. It has a flow opening 75 at the top in the oxidation chamber 76, which is shown in FIG. 7 and essentially here is rectangular. A gas stream 77 can flow through this opening from left to right or a gas stream 78 from right to left, which is indicated in FIG. 4 by corresponding arrows.
  • the flame of an ignitable burner 56 ' is directed at the flow opening 75.
  • a line 80 is laterally connected to the oxidation chamber 76, in which a valve B designed as a flap is arranged.
  • Line 80 is required for the rinsing processes which take place during phases Ib and IIb according to FIG.
  • the feed line for raw gas is designated in FIG. 4 with 82, the discharge line for clean gas with 83. It usually leads to a chimney, not shown here.
  • the feed line for purge gas is designated 84.
  • the reactor 85 shown in FIG. 4 can be constructed similarly to the reactor 10 according to FIGS. 1A and 1B.
  • a hood with refractory lining can also be provided here, which can also be welded to the peripheral wall 11 '.
  • the hood is not shown in FIGS. 4 to 7, since these figures only show a schematic representation.
  • phase Ia The gas flow 77 in the oxidation chamber 76 indicated by an arrow arises in phase Ia, that is to say when the connections A1 and R2 are open are. For example, these remain open for 3 minutes.
  • phase Ib the heat exchanger area 70 is flushed by opening the connection S1, the flushed gas after combustion in the oxidation chamber 76 being fed directly to the chimney via the line 80 and the valve B.
  • phase IIa the gas stream 78 indicated by an arrow being formed while the connections A2 and R1 are open. It is then rinsed in accordance with phase IIb. Afterwards, phase Ia is started again.
  • FIG. 4 provides blowers 63 'and 64' which push or suck the gas flows through the reactor 85.
  • FIG. 6 shows a top view of the reactor 85 shown in FIG. 4, the cover being removed.
  • peripheral wall 11 ', the burner 56' mounted in the hood of the reactor 85, the partition 74 provided with expansion compensation zones DA between the heat exchanger regions 70 and 71 and the throughflow opening 75 provided in this partition, which here forms the swirl region, can be seen.
  • the line 80, in which a valve B is located, is connected laterally to the oxidation chamber 76.
  • FIG. 7 shows a cut-open reactor 85, as shown in FIGS. 4 and 6.
  • the partition 74 can be seen from the side, so that its flow opening 75 is clearly visible. Through this one can see the opening of the burner 76, which is directed towards the throughflow opening or the swirl region of the reactor 85.
  • the two regions of the oxidation chamber 76 which are separated from one another by the partition 74 are connected to one another via the flow opening 75.
  • FIG 8 shows a partial section through a reactor 10, as shown in Figures 1A and 1B.
  • the hood 47 is placed on the housing of the reactor 10 formed by the surrounding wall 11.
  • the central tube 12 can be seen, to which the partitions 13, 14 and 15, here the partition 14, are welded.
  • the other side of the partition walls is welded to the surrounding wall 11.
  • the partitions are essentially rectangular, a recess 14 'being provided at their inner upper corner, which here has an arcuate boundary line.
  • the upper edge R 'of the housing or the surrounding wall 11 is shown in broken lines here.
  • the bed 35 of the heat exchanger region 2 is highlighted by hatching.
  • the hood 47 rests with its flange 45 on the flange 40 attached to the surrounding wall 11 and is fastened in a suitable manner, for example by screws.
  • the wall of the hood has a refractory lining 52.
  • the inner dimensions of the hood 47 are matched to the dimensions of the partition walls or the peripheral wall 11 in such a way that a gap 51 between the radial outer edge 14 ′′ of the partition wall 14 and between the upper edge 14 ′′ ′′ of the partition wall 14 and the cover 50 of the hood 47 a gap 53 remains.
  • the free space above the bed 35 is divided by the partitions 13, 14 and 15 into three areas which are connected to one another due to the cutouts 13 ', 14' and 15 '. wherein the gas flows in the area of the recesses can pass from one heat exchanger area to the other. A swirling of the gases occurs, so that this transition area is referred to as swirling area VW.
  • FIG. 9 shows any partition shown in the figures mentioned, which - seen from above - has an expansion compensation zone DA, which is U-shaped here.
  • FIG. 10 an exemplary embodiment of a partition wall is shown which, seen from above or shown in section, has an expansion compensation zone DA which is essentially S-shaped.
  • the expansion compensation zone of one of the partition walls shown in the figures extends over its entire length, the expansion compensation zone being meandering.
  • the shape of the individual meanders is of secondary importance for the function of the expansion compensation zone.
  • the individual arches of the meanders can thus be designed in the form of a circular arc or have any curvature.
  • the individual meanders can also be rectangular, trapezoidal or triangular.
  • FIG. 1 Another variant of the design of the expansion compensation zone is shown in FIG.
  • the partition is provided with several undercut areas.
  • the expansion compensation zone DA of the partition walls shown in FIGS. 9 to 12 has the function of intercepting an expansion of the partition wall based on the temperature increase.
  • the partitions are fastened on the one hand to the peripheral wall and on the other hand to the central tube inside the reactor or, as shown in FIG. 6-, in the form of a continuous partition. Also in the continuous partition of this embodiment there is an expansion or elongation of the partition based on the temperature increase, which is compensated for by the expansion compensation zone DA.
  • FIG. 13 shows - greatly simplified - the central tube 12, for example of the reactor shown in FIG. 1B.
  • the tube is double-walled here, that is, a further tube 12a is arranged inside the tube 12.
  • Both tubes end here at the same height at the lower edge of the recesses 13 ', 14' and 15 'of the partition walls 13, 14 and 15.
  • the partition wall 15 is shown as an example on the left.
  • the inner tube 12a extends concentrically to the outer tube 12 over a region. Both pipes penetrate the grate 30 on which the bed 35 of the heat exchanger areas 1 to 3 rests. They also run concentrically to one another when they pass through the bottom 17 of the housing. The inner tube 12a then describes an arc and passes through the wall of the outer tube 12.
  • the outer tube 12 has a valve or a flap K1.
  • a valve or a flap K2 is likewise provided in the tube 12a emerging from the outer tube 12.
  • FIG. 14 a schematic section through the reactor 10 is shown in FIG. 1B.
  • An inner tube 12'a which has openings indicated by arrows in its outer wall, in turn runs within the central tube 12 '. Both tubes run concentrically through the grate 30 and the bottom 17 of the housing of the reactor 10. Thereafter, the outer tube 12 'continues under an arc to a connection arranged at right angles to the tube 12', in which a flap K2 is arranged.
  • the inner tube 12'a pierces the wall of the tube 12 'in the area of the bend. Below a flap K1 is arranged in the inner tube 12'a at this breakthrough point.
  • hot clean gas can be sucked out of the swirling area VW of the oxidation chamber through the tube 12 (FIG. 13) or 12 '(FIG. 14). Hot clean gas is drawn off in particular when the temperature inside the reactor becomes too high, for example with a high solvent load on the raw gas.
  • the control of the withdrawn hot gas takes place via the flap K1 in FIGS. 12 and 13.
  • the temperature of the withdrawn hot gas is particularly high because the gas is withdrawn directly from the reaction zone.
  • the flap K1 which controls the hot gas flow is therefore particularly exposed to heat and must be made of high-quality materials.
  • the central tube of the reactor is therefore preferably of double-walled design, that is to say a central tube 12a is arranged inside the tube 12 in FIG. 13, through which cold air can be blown in, controlled by the flap K2.
  • This flows not only through the indicated openings but also from the top of the central tube 12a and is sucked with the hot gas into the annular space of the tube 12 surrounding the inner tube 12a as soon as hot gas is pulled out of the oxidation chamber after the flap K1 has been opened.
  • the cold air supplied results in a gas mixture whose temperature is significantly reduced, for example by 300 ° C., compared to the hot gas present in the oxidation chamber.
  • the one controlling the hot gas flow Flap K1 can therefore be built less complex and is therefore cheaper to manufacture. Overall, the thermal load on this area of the reactor is reduced.
  • FIG. 14 There the hot gas is drawn off through the central tube 12'a. This hot gas is controlled by the flap K1, which must be correspondingly temperature-resistant if it is acted upon directly by the hot or clean gas originating from the oxidation chamber.
  • the pipe which carries the hot gas that is to say the central pipe 12'a
  • the outer pipe 12 ' into which cold air is introduced via the flap K2
  • a reduction in the temperature due to the mixture of hot gas and cold air the flap K1 striking gas instead.
  • the temperature of the hot gas can be reduced from, for example, 800 ° C. to, for example, 500 ° C. and less.
  • the thermal load on the reactor can also be greatly reduced here, that is, a cheaper flap can be used.
  • the heat exchanger and the oxidation chamber in a round cylindrical housing, which is arranged upright.
  • the oxidation chamber is located at the upper end of this housing, the heat exchangers in the middle and the flow chambers for the heat exchangers below.
  • the resulting reactor is therefore very compact and can be heated up quickly and inexpensively.
  • the thermal loads occurring in this spatial design are reduced to a great extent by the measures described here, that is to say by the expansion compensation zones of the partition walls, by the possibility of extracting hot gas from the oxidation chamber and by the admixture of cold air.
  • the cylindrical housing is divided into sectors internally by the partitions.
  • the partitions are gas-tight and generally prevent direct gas transfer between the heat exchanger areas.
  • the upper end of the cylindrical housing forms the "hot end", that is, the oxidation chamber.
  • This is sealed off from the atmosphere by the hood 47, which can be screwed or welded to the cylindrical housing. All that is required here is a hood, which is put over the housing and radially isolating it in its hot areas by overlapping wall areas.
  • the connection point between the hood and the housing for example the flange 40 or 45 in FIGS. 1A and 1B, can be arranged such that the temperature of the wall area of the reactor is relatively low here. This means that the flange is placed approximately in the middle or somewhat below the center of the bed area 36. Therefore, the connection point is thermally relatively little stressed and can absorb the weight of the hood better, because it has a higher strength due to the lower temperature.
  • the heat exchangers consist of ceramic bulk material 35 which is heaped up on a sieve plate or a supporting grate 30, 30 '.
  • metal honeycombs could also be used.
  • the dividing walls 13 to 15 are drawn into the hood 47 via the upper edge of the heat exchanger bed in order to achieve the residence time of the hot gases in the oxidation chamber 60 or 76 which is required for the complete combustion of the substances polluting the raw gas.
  • the transition from one area of the heat exchanger to the other takes place via the cutouts or the swirl area VW. The cutouts result in a constriction of the flow, an increase in the speed of the gas flow and subsequently good mixing due to turbulence.
  • the burner 56 in the hood is arranged in such a way that the flue gas is added to the hot gas in the oxidation chamber precisely where there is a high level of turbulence and thorough mixing with the hot gas through the cutouts. Due to the symmetrical shape, when overflowing from each individual heat exchanger area to the other, the same conditions of overflow and admixing of burner flue gas can be achieved, that is to say also when the raw gas is oxidized.
  • the heat losses of the reactor are low because the circular cylindrical design has a small surface area compared to the volume.
  • the height of the reactor is therefore preferably chosen to be approximately equal to its diameter.
  • the partitions 13, 14, 15 and 74 do not necessarily need to be insulated, since the heat they transfer represents a further heat recovery.
  • the peripheral wall 11, 11 'does not have to be bricked up, since its material has no supporting function in the hot area.
  • the hood 47 can be made fireproof on the inside or insulated on the outside. Their rotationally symmetrical shape according to the figures shown here can be produced particularly inexpensively.
  • the masses to be warmed up when starting up are low, since the masses of steel, brick lining and bulk material are small and there are no dead space volumes or dead space masses. Therefore, the heating energy is low and the heating time is short.
  • the hood 47 can also have an upward-facing cavity in the area of the cutouts 13 ', 14' and 15 'or in the swirl area VW, which can also be selected to be large enough that the cutouts in the partition walls can be dispensed with.
  • the swirling of the overflowing gases takes place entirely in the bulge of the cover of the hood when the cutouts are omitted.
  • the central tube 12 then opens into this swirling area formed in the hood.
  • the lower end of the cylindrical housing is the "cold end", which acts as the flow chamber for the Heat exchanger areas can be formed (compare 72 and 73 in Figure 4 and AK1 to AK3 in Figure 1B). Other inflow areas are also possible.
  • the flow chambers have the connections A1 to A3, R1 to R3 and S1 to S3 for raw gas, clean gas and purge gas. Here valves or flaps are provided for the individual connections.
  • hot gas can be removed via the pipe 12 or the connection 55.
  • the removal is controlled by a hot gas flap 90 (FIGS. 1B and 2) or K1 (FIGS. 13 and 14), which is preferably arranged in the “cold area” or is installed in the connection 55.
  • the gases are drawn through the reactor by means of a blower 64 or pushed through by means of a blower 63.
  • the hot air line 12, 55, 80 opens into the clean gas line at the intake port of the blower 64, in the latter case in the clean gas to be removed, that is to say in the gas stream supplied to the chimney.
  • the same design of the reactor can be used for operation with a catalyst.
  • the bulk material 35 is then partially or completely replaced by catalyst bulk material or by a honeycomb catalyst.
  • the reactor then works as a catalytic combustion reactor and is very versatile.
  • the oxidation zone is wholly or partially in the heat exchanger area shifted. Since the operating temperature is lower during catalytic converter operation, appropriate design modifications can be made, for example, other materials can be used, or the wall thicknesses of the reactor can be reduced in part.
  • the reactor described here is very compact and can therefore be transported as a whole. This shortens the installation time at the place of use.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Regenerativ-Reaktor zum Verbrennen von industriellen Abgasen, insbesondere von schadstoffhaltiger Abluft, mit mehreren in einem eine Umfangswandung (11;11') aufweisenden Gehäuse untergebrachten Wärmetauscherbereichen (1,2,3;70,71), die durch gasdichte an der Umfangswandung angebrachte Trennwände (13,14,15;74) voneinander getrennt jeweils zueinander benachbart angeordnet sind. Die Trennwände (13,14,15;74) sind zur Reduktion der auf die Umfangswandung (11;11') wirkenden Kräfte mit mindestens einer Dehnungsausgleichszone (DA) versehen und vorzugsweise mäanderförmig ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen regenerativen Reaktor zum Verbrennen von industriellen Abgasen, insbesondere von schadstoffhaltiger Abluft gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbrennen von industriellen Abgasen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 16.
  • In der Industrie entstehen verschiedene Abgase, welche unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten. Beispielsweise wird beim Schäumen von Kunststoffen Pentan verwendet, welches in einem Reaktor der eingangs genannten Art verbrannt werden muß. Auch bei der Fertigung elektronischer Leiterplatten entsteht nach deren Lackieren ein lösungsmittelhaltiges Abgas. Überdies entsteht beim Räuchern von Fleisch Abluft mit organischen Kohlenwasserstoffen. Wenn Autokarosserien in Trocknungsanlagen getrocknet werden, entstehen lösungsmittelhaltige Abluft und Abgase, die sich bei der direkten Beheizung des Trocknungsvorgangs entwickeln. Schließlich entstehen beim Einsatz von Druckmaschinen erhebliche Mengen von lösungsmittelhaltiger Abluft und beim Trocknen von Industriekeramik Abgase.
  • Es gibt verschiedene Systeme zur Verbrennung derartiger Abgase, die mit regenerativen Reaktoren arbeiten, die Wärmetauscher aufweisen, um den thermischen Wirkungsgrad hoch zu halten und möglichst die Zufuhr von zusätzlicher Wärme mittels eines Brenners auf eine Minimum zu reduzieren oder zu vermeiden.
  • Ein derartiges Reaktorsystem mit drei Reaktoren in Form von sogenannten Behandlungstürmen ist aus der DE-OS 37 37 538 bekannt. Diese Türme sind in ihrem heißesten Bereich, nämlich im Bereich ihrer Oxidationskammern, durch eine großvolumige Verbindungsleitung verbunden. Diese muß ebenso wie der Innenteil der Anlage beim Anfahren auf Oxidationstemperatur gebracht werden, die beispielsweise 800° C betragen kann. Dafür sind erhebliche Wärmemengen und lange Aufheizzeiten erforderlich.
  • Ein ähnlich aufgebautes Reaktorsystem ist aus der DE-OS 38 37 989 bekannt. Bei diesem sind keine getrennten Behandlungstürme vorgesehen. Vielmehr sind drei Wärmetauscher innerhalb eines Gehäuses in einer Reihe nebeneinander angeordnet. Auch hier ergibt sich eine sehr große Oxidationskammer, die gleichzeitig auch die Verbindung zwischen den Wärmetauschern herstellt. Diese Oxidationskammer muß beim Anfahren zunächst aufgeheizt werden, was viel Energie und lange Aufheizzeiten erfordert. überdies treten hier -wegen der hohen Betriebstemperaturhohe Wärmeverluste auf.
  • Aufgrund dieser technischen Gegebenheiten eignen sich diese bekannten Reaktoren praktisch nur für Abgasmengen ab etwa 15.000 Nm³/h.
  • Aus der DE-OS 29 51 525 ist schließlich ein Verfahren für die Behandlung eines Gases zum Entfernen von Verunreinigungen bekannt, bei dem ein als Ofen bezeichneter Reaktor eingesetzt wird, der ein zylindrisches Gehäuse aufweist, welches drei im Querschnitt sektorförmige Wärmetauscherbereiche aufweist. Oberhalb der Wärmetauscherbereiche befindet sich eine Oxidationskammer, in der die Abgase verbrannt werden. Aufgrund der dabei entstehenden Wärmeentwicklung ergibt sich eine hohe mechanische Belastung des Gehäuses, was zu einer Deformierung oder gar Zerstörung führen kann.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen thermisch optimierten Reaktor zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem regenerativen Reaktor der eingangs genannten Art mit Hilfe der in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, daß die Trennwände mit einer Dehnungsausgleichszone versehen sind, werden die bei der starken Erwärmung dieser Wände auftretenden Kräfte und Spannungen, die auf die Umfangswandung des Gehäuses wirken, stark reduziert. Auf diese Weise werden Verformungen des Gehäuses, die im laufe mehrerer Betriebszyklen auftreten, auf ein Minimum reduziert.
  • Bevorzugt wird ein Reaktor, bei dem die Dehnungsausgleichszone der Trennwände sich über deren gesamte Breite erstreckt und die Trennwände gewellt ausgebildet sind. Derartig ausgestaltete Trennwände können über ihre gesamte Breite Kräfte aufnehmen und so Spannungen abbauen, die bei der starken Erwärmung des Reaktors auftreten. Dabei sind die Trennwände relativ einfach und damit preiswert herstellbar.
  • Besonders bevorzugt wird weiterhin eine Ausführungsform des Reaktors, bei dem die Trennwände doppelwandig ausgebildet sind. Da die benachbarten Wärmetauscherbereiche verschiedenen Gasströmungen ausgesetzt sind und damit unterschiedliche Temperaturen aufweisen, können Wärmespannungen, die auf dem starken Temperaturabfall innerhalb der Trennwände beruhen abgebaut werden. Die doppelwandig ausgebildeten Wände isolieren also die einzelnen Wärmetauscherbereiche besser voneinander, so daß schon deshalb weniger Wärmespannungen auftreten können.
  • Weiter wird eine Ausführungsform des Reaktors bevorzugt, bei dem die von der Umfangswandung ausgehenden Trennwände an einer Stelle zusammentreffen und mit einem doppelwandigen Rohr verbunden sind. Dieses mündet einerseits in der Oxidationskammer des Reaktors und andererseits außerhalb des Gehäuses. Es ist also möglich, aus der Oxidationskammer Heißgas abzusaugen und damit die Temperatur des Reaktors optimal einzustellen, insbesondere eine Überhitzung zu vermeiden. Auf diese Weise kann eine zu große Temperaturerhöhung im Inneren des Reaktors vermieden werden. Auch dadurch lassen sich Wärmespannungen optimal abbauen. Dadurch, daß das Rohr im Inneren des Reaktors doppelwandig ausgebildet ist, kann dem aus der Oxidationskammer abgezogenen Gas Luft, vorzugsweise Kaltluft, zugeführt werden, so daß insgesamt das aus dem Reaktor abgezogene Gas eine deutlich niedrigere Temperatur aufweist, als in der Oxidationskammer. Auch dadurch lassen sich thermische Belastungen des Reaktors und der nachgeordneten Elemente weiter reduzieren.
  • Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Reaktors, das sich dadurch auszeichnet, daß in den dem Abzug des Gases dienenden Rohr eine Klappe angeordnet ist, die mit dem abgezogenen Gas und mit der zugeführten Kaltluft beaufschlagbar ist. Aufgrund der durch die Zufuhr der Kaltluft reduzierten Gastemperatur sinkt die thermische Belastung der Klappe, die daraufhin relativ einfach ausführbar ist.
  • Weitere Ausführungsformen des Reaktors ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es außerdem ein Verfahren zum Verbrennen von industriellen Abgasen, insbesondere von schadstoffhaltiger Abluft, zu schaffen, bei dem die thermische Belastung des Reaktors minimiert wird.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit Hilfe der in Anspruch 16 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst. Durch den Wechsel der Strömungsrichtungen von Reingas, Rohgas und Spülgas innerhalb der Wärmetauscherbereiche kann die Temperatur innerhalb des Reaktors eingestellt werden. Dabei wird bei der Umschaltung der Gasströme außerdem vermieden, daß Rohgas an die Umwelt abgegeben wird.
  • Besonders bevorzugt wird ein Verfahren, bei dem heißes Reingas, Heißgas, aus der Oxidationskammer abgezogen wird, wenn die Temperatur im inneren des Reaktors zu hoch zu werden droht. Dabei wird dem Heißgas zur Reduzierung der thermischen Belastung nachgeschalteter Steuermittel Frischluft, vorzugsweise Kaltluft beigemischt.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1A
    und 1B eine Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Reaktors, wobei in Figur 1A die Haube und in Figur 1B das Basisteil des Reaktors wiedergegeben sind;
    Figur 2
    eine Darstellung der Anschlüsse des Reaktors nach Figur 1A und 1B;
    Figur 3
    Tabellen mit zwei Versionen von im Betrieb des Reaktors nach den Figuren 1A, 1B und 2 gewählten Ventilstellungen;
    Figur 4
    eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Reaktors;
    Figur 5
    eine Tabelle mit den beim Betrieb des Reaktors nach Figur 4 gewählten Ventilstellungen;
    Figur 6
    einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Figur 4;
    Figur 7
    einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Figur 6;
    Figur 8
    einen Schnitt längs der Ebene eines Trennblechs gemäß Figur 1A/1B im zusammengebauten Zustand des Reaktors;
    Figur 9
    eine Trennwand in Draufsicht mit einer U-förmigen Dehnungsausgleichszone;
    Figur 10
    eine Trennwand in Draufsicht mit einer S-förmigen Dehnungsausgleichszone;
    Figur 11
    eine Trennwand in Draufsicht mit einer durchgehenden mäanderförmigen Dehnungsausgleichszone;
    Figur 12
    eine Trennwand in Draufsicht mit einer Hinterschneidungen aufweisenden Dehnungsausgleichszone;
    Figur 13
    eine erste Ausführungsform des dem Abzug von Heißgas dienenden zentralen Rohrs im Reaktor und
    Figur 14
    eine zweite Ausführungsform des dem Abzug von Heißgas dienenden zentralen Rohrs im Reaktor.
  • Figur 1B zeigt das Basisteil eines regenerativen Reaktors 10 mit einer kreiszylindrischen Umfangswandung 11. In ihrer Längsachse erstreckt sich ein Rohr 12, das über den oberen Rand R' der Umfangswandung 11 übersteht. Zwischen diesem Rohr 12 und der Umfangswandung sind drei Trennwände 13, 14 und 15 eingeschweißt, die zueinander in gleichen Winkelabständen von 120° angeordnet sind und gleiche Form aufweisen. Wenn mehr als drei Trennwände vorgesehen sind, sind die Winkelabstände entsprechend zu wählen.
  • Die Trennwände sind als Rechtecke ausgebildet, wobei an der oberen, inneren Ecke, die dem Rohr 12 zugewandt ist, jeweils ein Ausschnitt 13', 14', beziehungsweise 15' vorgesehen ist, der vom oberen Ende des Rohres 12 schräg nach oben und außen verläuft, wie dies aus den Figuren 1B und 8 ersichtlich ist. Die Begrenzungslinie des Ausschnitts kann beispielsweise -wie in Figur 1B- kreissektorförmig aber auch linear verlaufen.
  • Die Umfangswandung 11 ist unten durch einen das Gehäuse gasdicht abschließenden Boden verschlossen. Die Trennwände 13, 14 und 15 erstrecken sich bis zu diesem Boden und sind mit ihm verschweißt.
  • Durch die drei Trennwände 13, 14 und 15, welche, ausgehend von der Umfangswandung 11, alle auf eine gemeinsame Stelle zulaufen, hier auf das Rohr 12, wird das Innere des Gehäuses in drei kreissektorförmige Bereiche 1, 2 und 3 aufgeteilt, welche von den Trennwänden gasdicht voneinander getrennt sind, jedoch im oberen Bereich, nämlich im Bereich der Aussparungen beziehungsweise Ausschnitten 13', 14' und 15' miteinander in Verbindung stehen.
  • Im Boden 17 sind für jeden der Bereiche 1, 2 und 3 drei Anschlüsse vorgesehen, die jeweils die Indexzahl des betreffenden Bereichs aufweisen. So hat jeder der Bereiche im Boden 17 eine Anschlußöffnung A für Rohgas, die folglich mit A1, A2 und A3 bezeichnet wird. Ebenso hat jeder Bereich 1, 2 und 3 eine Anschlußöffnung R für Reingas, die entsprechend mit R1, R2 beispielsweise R3 bezeichnet wird. Schließlich hat jeder der Bereiche 1, 2 und 3 eine Anschlußöffnung S für Spülgas, die entsprechend mit S1, S2 und S3 bezeichnet wird.
  • Die Anschlüsse für Rohgas (A1 bis A3), Reingas (R1 bis R3) und Spülgas (S1 bis S3) können jeweils direkt mit einem Ventil beziehungsweise Schieber versehen sein, wie das in Figur 2 durch die schrägen Striche 25 angedeutet ist. Alternativ können sich solche Ventile beziehungsweise Schieber in den Zuleitungen zu diesen Anschlüssen befinden. Gewöhnlich sind solche Ventile als Klappen ausgebildet.
  • Oberhalb des Bodens 17 ist innerhalb des Gehäuses eine von der Umfangswandung 11 umschlossene Anströmkammer gebildet, die durch die drei Trennwände 13, 14 und 15 in gasdicht getrennte Anströmkammern AK1, AK2 und AK3 unterteilt wird. Die Anströmkammern erstrecken sich vom Boden 17 bis zu einem Rost 30 etwa über ein Drittel der Höhe des Innenraums des Gehäuses.
  • Der Rost 30 der so ausgebildet sein kann, wie der im Schnitt dargestellte Rost 30' in Figur 4 und der in Figur 1 B nur schematisch angedeutet ist, dient der Abstützung einer Schüttung 35 aus inertem keramischen Material mit hohen Wärmespeichervermögen, die sich vom Rost 30 bis nahezu zum oberen Rand R' der Umfangswandung 11 erstreckt. In Figur 1B ist die Schüttung durch eine Kreuzschraffur 36 angedeutet. Im Betrieb des Reaktors nimmt die Temperatur der Schüttung im Bereich dieser Kreuzschraffur von oben nach unten ab, wobei zum Beispiel oben eine Temperatur von ca. 700° C bis 800° C und unten eine Temperatur von etwa 100° C herrschen kann.
  • Etwa in der Mitte des kreuzschraffierten Bereichs 36 oder etwas darunter ist außen an der Umfangswandung 11 ein Ringflansch 40 befestigt, der in üblicherweise Weise mit Löchern 41 versehen ist. Dieser Ringflansch befindet sich also in einer Zone mittlerer Temperatur von beispielsweise 300° C. Je nachdem, ob der Flansch weiter oben oder unten angebracht wird, ändert sich die dort herrschende Temperatur.
  • An dem Ringflansch 40 wird ein Ringflansch 45 eines haubenförmigen Teils befestigt, das im folgenden als Haube 47 bezeichnet wird und in Figur 1A dargestellt ist. Dieser Ringflansch 45 hat ebenfalls Löcher 46, die mit den Löchern 41 im Ringflansch in Deckung bringbar sind und der Aufnahme von Schrauben oder sonstigen Befestigungsmitteln dienen. Mit Hilfe dieser, hier nicht dargestellten Schrauben, kann die Haube an dem Gehäuse befestigt werden.
  • Die Haube 47 hat einen sich an den Ringflansch 45 anschließenden zylinderförmigen Abschnitt 49, der vorzugsweise aus Stahl gefertigt ist und oben in einen kreisrunden Deckel 50 übergeht, welcher ebenfalls aus Stahl bestehen kann und den oberen Abschluß der Haube 47 bildet.
  • Die hier dargestellte Ausführungsform des Reaktors ist kreiszylindrisch, das heißt, das Gehäuse hat, ebenso wie die Haube 47, kreiszylindrische Form. Es ist auch denkbar, daß beide Teile dreieckförmig ausgebildet sind, wobei die Dreieckform des Gehäuses beziehungsweise der Haube dann durch dreieckige Bereiche des Wärmetauschers vorgegeben wird. Anstelle der dreieckigen Form können auch andere vieleckige Außenformen des Gehäuses beziehungsweise der Haube gewählt werden.
  • Die Haube 47 ist zur Isolation und wegen der hohen Temperatur in ihrem Inneren durchgehend mit einer feuerfesten Auskleidung versehen, die hier nur schematisch mit der Bezugsziffer 52 angedeutet ist. Das Material der Auskleidung kann beliebig gewählt werden. So ist beispielsweise eine feuerfeste Ausmauerung mit Feuerleichtsteinen, mit feuerfestem Zement oder mit einer feuerfesten Matte zum Beispiel aus Silikaten wählbar.
  • Aus der Darstellung gemäß den Figuren 1A und 1B ist ersichtlich, daß die Umfangswandung 11 und die Trennwände 13, 14 und 15 nicht feuerfest ausgekleidet zu sein brauchen. Es reicht hier der Einsatz von hochlegiertem Stahl. Die Isolation im oberen, besonders heißen Bereich der Schüttung 35 wird durch die feuerfeste Auskleidung 52 der Haube 57 übernommen.
  • Die Haube 47 hat einen seitlichen Anschlußstutzen 55, durch den bei Bedarf, beispielsweise bei zu hoher Wärmeentwicklung während der Verbrennung des Rohgases, Heißgas entnommen werden kann, beispielsweise zur Wassererwärmung. Ebenso kann Heißgas auch durch das zentrale Rohr 12 entnommen werden, wodurch sich eine besonders kompakte Bauform des Reaktors ergibt.
  • Ferner ist an der Haube 47 ein Brenner 56 vorgesehen, der im Deckel 50, oder wie hier dargestellt, in der Seitenwand der Haube angeordnet sein kann. Die Flamme des Brenners ist zur Mitte des von der Haube 47 umschlossenen Raums gerichtet.
  • Der Innendurchmesser der Haube 47 ist so bemessen, daß zwischen ihrer Innenseite und der radialen Außenseite 13'', 14'' und 15'' der Trennwände 13, 14 und 15 nur ein kleiner Spalt 51 (siehe Figur 8) bestehen bleibt. Die Höhe der Haube 47 ist so bemessen, daß zwischen ihrer Innenseite im Bereich des Deckels 50 und der Oberkante 13''', 14''' und 15''' der Trennwände nur ein kleiner Spalt 53 (siehe Figur 8) bestehen bleibt.
  • Bei aufgesetzter Haube 47 wird zwischen ihrer Innenwand und der Oberseite der Schüttung 35 eine Oxidationskammer 60 des Reaktors 10 gebildet, in welcher die Hauptoxidation des zugeführten Rohgases stattfindet.
  • Bei der Verbrennung von industriellen Abgasen beziehungsweise von schadstoffhaltiger Abluft werden Rohgas, Reingas und Spülgas im Wechsel durch die verschiedenen Wärmetauscherbereiche geleitet. Beispielsweise wird das Rohgas durch die Schüttung 35 im Wärmetauscherbereich 1 der Oxidationskammer 60 zugeführt und dort verbrannt. Das dabei entstehende Reingas wird durch die Schüttung 35 im Wärmetauscherbereich 2 abgeführt. Dabei muß das Gas in der Oxidationskammer 60 aus dem Oxidationskammerbereich O1 oberhalb des Wärmetauscherbereichs 1 durch die Aussparungen 13', 14' und 15' der Trennwände 13, 14 und 15 strömen. Dabei findet eine intensive Verwirbelung statt. Daher wird dieser Bereich der Aussparungen in den Trennwänden auch Verwirbelungsbereich VW genannt. Insbesondere in der Anlaufphase, also bei Inbetriebnahme des Reaktors, wird die Luft im Verwirbelungsbereich VW durch den Brenner 56 erhitzt und auf die Reaktionstemperatur gebracht. Ein Einschalten des Brenners ist auch dann erforderlich, wenn die beim Verbrennen der Abgase frei werdende Wärme nicht ausreicht, die Reaktionstemperatur aufrecht zu erhalten.
  • Die Gasströmung wird durch Verstellen der Schieber beziehungsweise Klappen, die den Anschlüssen für Rohgas (A1 bis A3), Reingas (R1 bis R3) und Spülgas (S1 bis S3) zugeordnet sind, eingestellt. Dabei ist es gleichgültig, durch welchen Wärmetauscherbereich das Rohgas zugeführt und durch welchen das Reingas abgeleitet wird. Infolge der Symmetrie der Anordnung ergeben sich immer gleiche Verhältnisse.
  • Anhand der Figuren 2 und 3 wird das Verfahren zum Verbrennen von industriellen Abgasen beziehungsweise die Funktion des Reaktors näher erläutert. Durch Öffnen und Schließen der entsprechenden den Anschlüssen A1 bis A3, R1 bis R3 und S1 bis S3 zugeordneten Ventile beziehungsweise Klappen im Boden 17 des Gehäuses des Reaktors 10 werden die Gasströme zyklisch weitergeschaltet, um eine Rückgewinnung der beim Verbrennen der Gase entstehenden Wärme zu erreichen.
  • Figur 2 zeigt schematisch die an den Reaktor 10 angeschlossenen Rohrleitungen und die zugehörigen Ventile beziehungsweise Klappen.
  • Das Rohgas wird über eine Leitung 62, in welche gegebenenfalls ein Gebläse 63 oder eine sonstige Luftförderungseinrichtung eingeschaltet sein kann, den Anschlüssen A1, A2 und A3 und den dort angeordneten Ventilen dem Reaktor zugeführt. Das Reingas kann durch ein Gebläse 64 oder eine sonstige Luftförderungseinrichtung von den Anschlüssen R1, R2 und R3 in eine Leitung 65 abgezogen beziehungsweise gesaugt und über eine Leitung 66 beispielsweise einem Kamin, zugeführt oder über eine Leitung 20 und eine Leitung 67 als Spülgas den Anschlüssen S1 bis S3 zugeführt werden. Durch gestrichelte Darstellung des Gebläses 63 soll angedeutet werden, daß auch eines der Gebläse entfallen kann.
  • In Figur 2 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet, daß über eine Leitung 21 als Spülgas auch Luft, beziehungsweise Kaltluft, verwendet werden kann.
  • Für den Betrieb des Reaktors 10 ergeben sich zwei Möglichkeiten, nämlich Version 1 und Version 2, die anhand der Tabellen in Figur 3 erläutert werden. Die Gasströmungen durch die Wärmetauscherbereiche des Reaktors 10 werden durch Öffnen und Schließen der den Anschlußstutzen im Boden 17 zugeordneten Ventile beziehungsweise Klappen eingestellt. In Figur 3 sind jeweils nur die geöffneten Anschlüsse, also die Anschlüsse dargestellt, deren zugehörige Klappen beziehungsweise Ventile geöffnet sind. Die anderen, nicht angegebenen Anschlüsse sind geschlossen, ohne daß dies in Figur 3 besonders erwähnt wird.
  • Durch die Ziffern 1, 2 und 3 sind die Wärmetauscherbereiche des Reaktors 10 gekennzeichnet. Durch einen nach oben gerichteten Pfeil wird angedeutet, das die Temperatur der Schüttung 35 des betreffenden Wärmetauscherbereichs zunimmt, während ein nach unten gerichteter Pfeil bedeutet, daß die Temperatur der betreffenden Schüttung 35 dieses Bereichs abnimmt.
  • Ein horizontaler Strich zeigt an, daß die Temperatur der Schüttung im wesentlichen unverändert bleibt.
  • Bei Version 1 des Verfahrens sind in der Phase I zunächst die Anschlüsse A1, R2 und S3 geöffnet, so daß Rohgas über die Schüttung 35 im Wärmetauscherbereich 1 der Oxidationskammer 60 zugeführt und dort oxidiert wird. Dieser Vorgang ist exotherm, das heißt, es wird Wärme frei. Das dabei entstehende heiße Gas wird als Reingas über die Schüttung 35 im Wärmetauscherbereich 2 abgeleitet. Während dieser Zeit wird die Schüttung 35 im Wärmetauscherbereich 3 durch Spülgas gespült.
  • Bei einer derartigen Gasführung nimmt die Temperatur im Wärmetauscherbereich 2 zu, während sie im Wärmetauscherbereich 1 abnimmt. Dabei ergibt sich im Wärmetauscherbereich 3 aufgrund der nur kurze Zeit dauernden Spülung keine wesentliche Temperaturänderung.
  • Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des Reaktors beziehungsweise bei der Ausführungsform des Verfahrens wird beispielsweise nach 3 Minuten zu Phase II weitergeschaltet und nach weiteren 3 Minuten zu Phase III. Danach wird -nach weiteren 3 Minuten- wieder auf Phase I umgeschaltet.
  • Auf diese Weise wird jeweils der durch das Reingas erhitzte Wärmetauscherbereich zur Aufheizung des zugeführten Rohgases verwendet, das sich dort gegebenenfalls auch bereits entzünden und somit oxidiert werden kann.
  • Effektiver, aber mit einem höheren Schaltaufwand verbunden, ist die in Figur 3 dargestellte Version 2 des Verfahrens: Hierbei liegen jeweils zwischen den Phasen Ib, IIb und IIIb, die beispielsweise 2 bis 3 Minuten dauern, Spülphasen IIa, IIIa und Ia, welche beispielsweise jeweils 10 Sekunden dauern, und während derer Rohgas aus einem Wärmetauscherbereich in die Oxidationskammer gespült und dort verbrannt wird.
  • Auch bei der Version 2 in Figur 3 sind lediglich offene Anschlüsse angegeben, die während einer Betriebsphase geschlossenen Anschlüsse sind jeweils nicht wiedergegeben.
  • Gemäß Figur 3 sind bei der Version 2 während der Phase Ib die Anschlüsse A1, R2 und R3 geöffnet, so daß Rohgas über den Wärmetauscherbereich 1 der Oxidationskammer 60 zugeführt wird, dort oxidiert und dann über die beiden parallel geschalteten Wärmetauscherbereiche 2 und 3 wieder abgeleitet wird. Dabei werden letztere aufgeheizt, während der Wärmetauscherbereich 1 Wärme an das Rohgas abgibt und dadurch kälter wird. Anschließend wird während der Phase IIa der Wärmetauscherbereich 1 kurz gespült, um das noch in ihm enthaltene Rohgas in der Oxidationskammer 60 zu verbrennen. Das Rohgas wird ansonsten während der Phase IIa durch den Wärmetauscherbereich 2 der Oxidationskammer 60 zugeleitet und von dort als Reingas über den Wärmetauscherbereich 3 abgeleitet.
  • Nach dem Spülen wird dann in der Phase IIb das Reingas zusätzlich auch über den -gespülten- Wärmetauscherbereich 1 abgeleitet. Der weitere Vorgang der zyklischen Vertauschung ergibt sich aus Figur 3, Version 2. Das heißt, die Zu- und Ableitung von Roh- und Reingas beziehungsweise von Spülgas wird, wie eben beschrieben, bei jeweils dem nachfolgenden Wärmetauscherbereich fortgesetzt.
  • Figur 4 zeigt sehr schematisch ein vereinfachtes System mit nur zwei Wärmetauscherbereichen 70 und 71, in welchen sich ebenfalls eine Schüttung 35 aus Wärmetauschermaterial befindet. Die Wärmetauscherbereiche 70 und 71 haben hier jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt, der sich aus Figur 6 ergibt. Die Schüttungen 35 liegen auf einem Rost 30', an den sich unten eine Anströmkammer beziehungsweise ein Anströmkasten 72 beziehungsweise 73 anschließt. Die Anschlüsse des Anströmkastens 72 sind mit A1, S1 und R1 bezeichnet, die des Anschlußkastens 73 mit A2, S2 und R3, wobei wiederum die Anschlußöffnungen A für Rohgas, die Anschlußöffnungen R für Reingas und die Anschlußöffnungen S für Spülgas bestimmt sind.
  • Die Trennwand zwischen den beiden Wärmetauscherbereichen 70 und 71 und den beiden Anströmkästen 72 und 73 ist mit 74 bezeichnet. Sie hat oben in der Oxidationskammer 76 eine Durchströmöffnung 75, die in Figur 7 dargestellt und hier im wesentlichen rechteckig ausgebildet ist. Durch diese Öffnung kann hier ein Gasstrom 77 von links nach rechts oder ein Gasstrom 78 von rechts nach links strömen, was in Figur 4 mit entsprechenden Pfeilen angedeutet ist.
  • Auf die Durchströmöffnung 75 ist die Flamme eines zündbaren Brenners 56' gerichtet.
  • An die Oxidationskammer 76 ist seitlich eine Leitung 80 angeschlossen, in welcher ein als Klappe ausgebildetes Ventil B angeordnet ist. Die Leitung 80 wird für die Spülvorgänge benötigt, die gemäß Figur 5 während der Phasen Ib und IIb stattfinden. Die Zuführleitung für Rohgas ist in Figur 4 mit 82 bezeichnet, die Abführleitung für Reingas mit 83. Sie führt gewöhnlich zu einem -hier nicht dargestellten-Kamin. Die Zuführleitung für Spülgas ist mit 84 bezeichnet.
  • Konstruktiv kann der in Figur 4 dargestellte Reaktor 85 ähnlich ausgebildet sein wie der Reaktor 10 nach Figuren 1A und 1B. Insbesondere kann auch hier eine Haube mit feuerfester Auskleidung vorgesehen werden, die auch an die Umfangswandung 11' angeschweißt sein kann. Die Haube ist allerdings in den Figuren 4 bis 7 nicht dargestellt, da diese Figuren nur eine schematische Wiedergabe zeigen.
  • Der durch einen Pfeil angedeutete Gasstrom 77 in der Oxidationskammer 76 entsteht in der Phase Ia, also dann, wenn die Anschlüsse A1 und R2 geöffnet sind. Diese bleiben beispielsweise 3 Minuten lang geöffnet.
  • Anschließend wird in der Phase Ib der Wärmetauscherbereich 70 durch Öffnen des Anschlusses S1 gespült, wobei das ausgespülte Gas nach Verbrennung in der Oxidationskammer 76 über die Leitung 80 und das Ventil B direkt dem Kamin zugeführt wird.
  • Nach dem Spülen wird in Phase IIa umgeschaltet, wobei der durch einen Pfeil angedeutete Gasstrom 78 entsteht, während die Anschlüsse A2 und R1 geöffnet sind. Anschließend wird gemäß Phase IIb gespült. Danach wird wieder von vorne mit Phase Ia begonnen.
  • Die Steuerung des Gasstroms ergibt sich aus der Tabelle gemäß Figur 5, in der die in den einzelnen Phasen Ia, Ib, und IIa und IIb geöffneten Anschlüsse angegeben sind. Auch hier sind, wie in Figur 3, geschlossene Anschlüsse nicht angegeben.
  • In Figur 4 sind -ähnlich wie in Figur 2- Gebläse 63' und 64' vorgesehen, die die Gasströme durch den Reaktor 85 drücken beziehungsweise saugen.
  • In den Figuren 1, 2, 6, 7 und 8 sind die Dehnungsausgleichszonen in den Trennwänden zwischen den Wärmetauscherbereichen lediglich angedeutet und mit DA gekennzeichnet. Anhand der Figuren 9 bis 12 soll deren Ausgestaltung unten näher erläutert werden.
  • Figur 6 zeigt den in Figur 4 dargestellten Reaktor 85 in Draufsicht, wobei der Deckel abgenommen wurde.
  • Bei dieser Darstellung sind die Umfassungswandung 11', der in der Haube des Reaktors 85 angebrachte Brenner 56', die mit Dehnungsausgleichszonen DA versehene Trennwand 74 zwischen den Wärmetauscherbereichen 70 und 71 sowie die in dieser Trennwand vorgesehene Durchströmöffnung 75 erkennbar, die hier den Verwirbelungsbereich bildet. Seitlich an die Oxidationskammer 76 ist die Leitung 80 angeschlossen, in der sich ein Ventil B befindet.
  • Figur 7 zeigt einen aufgeschnittenen Reaktor 85, wie er in den Figuren 4 und 6 dargestellt ist.
  • Bei dieser Figur ist die Trennwand 74 von der Seite zu sehen, so daß deren Durchströmöffnung 75 deutlich sichtbar ist. Durch diese hindurch erkennt man die Öffnung des Brenners 76, der auf die Durchströmöffnung beziehungsweise den Verwirbelungsbereich des Reaktors 85 gerichtet ist. Über die Durchströmöffnung 75 sind die beiden durch die Trennwand 74 voneinander separierten Bereiche der Oxidationskammer 76 miteinander verbunden.
  • In Figur 7 sind weiterhin die Umfassungswandung 11', der Wärmetauscherbereich 70 sowie dessen Schüttung 35 erkennbar.
  • Figur 8 zeigt einen Teilschnitt durch einen Reaktor 10, wie er in den Figuren 1A und 1B dargestellt ist. Allerdings ist in dieser Zeichnung die Haube 47 auf das von der Umfassungswandung 11 gebildete Gehäuse des Reaktors 10 aufgesetzt. In Figur 8 ist das zentrale Rohr 12 erkennbar, an welches die Trennwände 13, 14 und 15, hier die Trennwand 14, angeschweißt sind. Die andere Seite der Trennwände ist jeweils an der Umfassungswandung 11 angeschweißt. Bei dieser Darstellung ist erkennbar, daß die Trennwände im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sind, wobei an ihrer inneren oberen Ecke eine Ausnehmung 14' vorgesehen ist, die hier eine kreisbogenförmige Begrenzungslinie aufweist.
  • Gestrichelt ist hier der obere Rand R' des Gehäuses beziehungsweise der Umfassungswandung 11 eingezeichnet. Durch eine Schraffur ist die Schüttung 35 des Wärmetauscherbereichs 2 hervorgehoben.
  • Die Haube 47 ruht mit ihrem Flansch 45 auf dem an der Umfassungswandung 11 angebrachten Flansch 40 und ist auf geeignete Weise, beispielsweise durch Schrauben befestigt. Die Wandung der Haube weist eine feuerfeste Auskleidung 52 auf.
  • Die Innenabmessungen der Haube 47 sind so auf die Abmessungen der Trennwände beziehungsweise der Umfassungswand 11 abgestimmt, daß zwischen der radialen Außenkante 14'' der Trennwand 14 ein Spalt 51 und zwischen der Oberkante 14''' der Trennwand 14 und dem Deckel 50 der Haube 47 ein Spalt 53 verbleibt.
  • Der oberhalb der Schüttung 35 verbleibende Freiraum ist durch die Trennwände 13, 14 und 15 in drei Bereiche unterteilt, die aufgrund der Aussparungen 13', 14'und 15' miteinander in Verbindung stehen, wobei die Gasströme im Bereich der Ausnehmungen von einem Wärmetauscherbereich zum anderen übertreten können. Dabei tritt eine Verwirbelung der Gase ein, so daß dieser Übergangsbereich als Verwirbelungsbereich VW bezeichnet wird.
  • Bei dieser Darstellung ist die Dehnungsausgleichszone DA der Trennwand 14 lediglich angedeutet. Deren genauere Ausgestaltung wird anhand der Figuren 9 bis 12 näher erläutert.
  • Figur 9 zeigt eine beliebige in den genannten Figuren dargestellte Trennwand, die -von oben gesehen- eine Dehnungsausgleichszone DA aufweist, die hier U-förmig ausgebildet ist.
  • Gemäß Figur 10 ist ein Ausführungsbeispiel einer Trennwand dargestellt, die, von oben gesehen, beziehungsweise im Schnitt dargestellt, eine Dehnungsausgleichszone DA aufweist, die im wesentlichen S-förmig ausgebildet ist.
  • Gemäß Figur 11 erstreckt sich die Dehnungsausgleichszone einer der in den Figuren dargestellten Trennwände über deren gesamte Länge, wobei die Dehnungsausgleichszone mäanderförmig ausgebildet ist. Die Form der einzelnen Mäander ist für die Funktion der Dehnungsausgleichszone von untergeordneter Bedeutung. So können die einzelnen Bögen der Mäander kreisbogenförmig ausgebildet sein oder eine beliebige Krümmung aufweisen. Auch können die einzelnen Mäander rechteckig, trapezförmig, oder dreieckförmig ausgebildet sein.
  • Eine weitere Variante der Ausbildung der Dehnungsausgleichszone ist in Figur 12 dargestellt. Hier ist die Trennwand mit mehreren Hinterschneidungsbereichen versehen.
  • Die in den Figuren 9 bis 12 dargestellte Dehnungsausgleichszone DA der Trennwände hat die Funktion, eine auf der Temperaturerhöhung beruhenden Ausdehnung der Trennwand abzufangen. Die Trennwände sind einerseits an der Umfangswandung und andererseits an dem zentralen Rohr innerhalb des Reaktors befestigt beziehungsweise -gemäß Figur 6- als durchgehende Trennwand ausgebildet. Auch bei der durchgehenden Trennwand dieses Ausführungsbeispiels tritt eine auf der Temperaturerhöhung beruhende Ausdehnung beziehungsweise Verlängerung der Trennwand ein, die durch die Dehnungsausgleichszone DA ausgeglichen wird.
  • Bei der U-förmigen Ausgestaltung der Dehnungsausgleichszone gemäß Figur 9 wird bei einer Erwärmung der Trennwände der U-förmige Bogen der Trennwand zusammengestaucht, also deren Breitenausdehnung abgefangen. Dasselbe gilt für die S-förmige Ausgestaltung der Dehnungsausgleichszone gemäß Figur 10 und insbesondere für die mäanderförmige Ausbildung der Dehnungsausgleichszone DA gemäß den Figuren 11 und 12. Die dort dargestellte Trennwand ist quasi als Wellblech ausgebildet, so daß hier auf Temperaturerhöhungen beruhende Ausdehnungen optimal abgefangen werden können.
  • Während bei herkömmlichen Reaktoren das Gehäuse im Bereich der Wärmetauscherbereiche höchster Temperatur besonders stark ausgedehnt wird, so daß die Umfangswandung quasi ausgebaucht wird, bleibt die Außenform des Reaktors aufgrund der Dehnungsausgleichszonen DA, wie sie hier bei den erfindungsgemäßen Reaktoren vorgesehen sind, praktisch unverändert. Eine Formänderung des Gehäuses wird auch nach Abkühlung des Gehäuses meist nicht reversibel sein, da die Schüttung bei einer Aufweitung des Gehäuses und bei einer damit verbunden Volumenzunahme zusammensackt und den entstandenen Hohlraum ausfüllt. Bei der anschließenden Abkühlung des Gehäuses entstehen hohe Zugkräfte in den Trennwänden, die die Schweißnähte an der Umfangswandung und an der gemeinsamen Stelle beziehungsweise an dem zentralen Rohr 12 gefährden. Dieses Phänomen wird also durch die Dehnungsausgleichszonen vermieden, so daß hier eine thermische Stabilisierung des Reaktors sichergestellt ist.
  • Figur 13 zeigt -stark vereinfacht- das zentrale Rohr 12 beispielsweise des in Figur 1B dargestellten Reaktors. Das Rohr ist hier doppelwandig ausgebildet, das heißt, im Inneren des Rohres 12 ist ein weiteres Rohr 12a angeordnet. Beide Rohre enden hier auf gleicher Höhe an der unteren Kante der Ausnehmungen 13', 14'und 15' der Trennwände 13, 14 und 15. In Figur 12 ist links die Trennwand 15 beispielhaft dargestellt.
  • Gemäß Figur 13 verläuft das Innenrohr 12a über einen Bereich konzentrisch zum äußeren Rohr 12. Beide Rohre durchstoßen den Rost 30, auf dem die Schüttung 35 der Wärmetauscherbereiche 1 bis 3 ruht. Sie verlaufen auch noch beim Durchtritt durch den Boden 17 des Gehäuses konzentrisch zueinander. Danach beschreibt das innere Rohr 12a einen Bogen und tritt durch die Wandung des äußeren Rohres 12.
  • Unterhalb der Austrittsstelle des inneren Rohrs 12a weist das äußere Rohr 12 ein Ventil beziehungsweise eine Klappe K1 auf. In dem aus dem äußeren Rohr 12 herausgetretenen Rohr 12a ist ebenfalls ein Ventil beziehungsweise eine Klappe K2 vorgesehen.
  • In das innere Rohr 12a wird, gesteuert von der Klappe K2, bei Bedarf Kaltluft eingeblasen, die durch in der Wandung des Rohres 12a vorgesehene Öffnungen, die hier durch kleine Pfeile angedeutet werden, austreten kann.
  • In Figur 14 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dort ist wiederum ein schematischer Schnitt durch den Reaktor 10 in Figur 1B dargestellt. Innerhalb des zentralen Rohres 12' verläuft wiederum ein inneres Rohr 12'a, welches in seiner Außenwand durch Pfeile angedeutete Öffnungen aufweist. Beide Rohre verlaufen konzentrisch durch den Rost 30 und den Boden 17 des Gehäuses des Reaktors 10. Danach ist das äußere Rohr 12' unter einem Bogen fortgesetzt zu einem rechtwinklig zum Rohr 12' angeordneten Anschluß, in dem eine Klappe K2 angeordnet ist. Das innere Rohr 12'a durchstößt die Wandung des Rohres 12' im Bereich des Bogens . Unterhalb dieser Durchbruchsstelle ist eine Klappe K1 in dem inneren Rohr 12'a angeordnet.
  • Durch das Rohr 12 (Figur 13) beziehungsweise 12' (Figur 14) kann bei Bedarf heißes Reingas aus dem Verwirbelungsbereich VW der Oxidationskammer abgesaugt werden. Heißes Reingas wird insbesondere dann abgezogen, wenn -beispielsweise bei einer hohen Lösungsmittelbelastung des Rohgases- die Temperatur im Inneren des Reaktors zu hoch wird. Die Steuerung des abgezogenen Heißgases erfolgt über die Klappe K1 in den Figuren 12 und 13. Die Temperatur des abgezogenen Heißgases ist ganz besonders hoch, da das Gas unmittelbar aus der Reaktionszone abgezogen wird. Die den Heißgasstrom steuernde Klappe K1 ist daher besonders wärmebelastet und muß aus hochwertigen Materialien bestehen.
  • Vorzugsweise wird daher das zentrale Rohr des Reaktors doppelwandig ausgeführt, das heißt, es wird im Inneren des Rohres 12 in Figur 13 ein zentrales Rohr 12a angeordnet, durch welches, gesteuert von der Klappe K2, Kaltluft eingeblasen werden kann. Diese strömt nicht nur durch die angedeuteten Öffnungen sondern auch oben aus dem zentralen Rohr 12a aus und wird mit dem Heißgas in den das innere Rohr 12a umgebenen Ringraum des Rohrs 12 gesaugt, sobald Heißgas nach Öffnen der Klappe K1 aus der Oxidationskammer gezogen wird. Durch die zugeleitete Kaltluft ergibt sich ein Gasgemisch, dessen Temperatur wesentlich, beispielsweise um 300° C herabgesetzt ist gegenüber dem in der Oxidationskammer vorhandenen Heißgas. Die den Heißgasstrom steuernde Klappe K1 kann daher weniger aufwendig gebaut sein und ist folglich preiswerter herstellbar. Insgesamt wird also die thermische Belastung dieses Bereichs des Reaktors reduziert.
  • Ähnliches gilt für Figur 14. Dort wird das Heißgas durch das zentrale Rohr 12'a abgezogen. Dieses heiße Gas wird durch die Klappe K1 gesteuert, die entsprechend temperaturresistent sein muß, wenn sie unmittelbar mit dem aus der Oxidationskammer stammenden Heiß- beziehungsweise Reingas beaufschlagt wird.
  • Dadurch, daß das Rohr, welches das Heißgas führt, also das zentrale Rohr 12'a, durch das äußere Rohr 12' umgeben ist, in welches Kaltluft über die Klappe K2 eingeführt wird, findet aufgrund der Mischung von Heißgas und Kaltluft eine Reduktion des auf die Klappe K1 auftreffenden Gases statt. Auch hier kann die Temperatur des Heißgases von beispielsweise 800° C auf beispielsweise 500° C und weniger reduziert werden. Dadurch kann also auch hier die thermische Belastung des Reaktors stark reduziert werden, also eine preiswertere Klappe eingesetzt werden.
  • Aus dem oben Gesagten wird deutlich, daß eine relativ einfache Möglichkeit der Temperaturbeeinflussung in der Oxidationskammer durch Abzug des Heißgases geschaffen wurde. Dabei ist es für das Verfahren letztlich belanglos, wie das Heißgas abgezogen wird. Insbesondere ist es möglich, auf das zentrale Rohr des Reaktors zu verzichten, wenn die einzelnen Trennwände so aneinandergeführt werden, daß ein zentraler Freiraum verbleibt, durch den dann das Heißgas abgezogen werden kann. Auch ist die Art der Befestigung der Trennwände an einem zentralen Rohr für die Funktion der Temperatureinstellung belanglos. Es kann also eine beliebige Verbindung zwischen Rohr und Trennwänden vorgesehen werden, sofern eine ausreichende Temperaturbeständigkeit gewährleistet ist.
  • Insgesamt ist es möglich, die Wärmetauscher und die Oxidationskammer in einem runden zylindrischen Gehäuse unterzubringen, welches aufrecht angeordnet ist. Am oberen Ende dieses Gehäuses befindet sich die Oxidationskammer, in der Mitte die Wärmetauscher und unten die Anströmkammern für die Wärmetauscher. Der dabei entstehende Reaktor ist also sehr kompakt aufgebaut und läßt sich schnell und kostengünstig aufheizen. Andererseits werden die bei dieser räumlichen Gestaltung auftretenden thermischen Belastungen durch die hier beschriebenen Maßnahmen sehr weit reduziert, also durch die Dehnungsausgleichszonen der Trennwände, durch die Möglichkeit der Absaugung von Heißgas aus der Oxidationskammer und durch die Zumischung von Kaltluft.
  • Das zylindrische Gehäuse wird intern durch die Trennwände in Sektoren geteilt. Die Trennwände sind gasdicht und verhindern grundsätzlich einen direkten Gasübertritt zwischen den Wärmetauscherbereichen.
  • Das obere Ende des zylindrischen Gehäuses bildet das "heiße Ende", das heißt, die Oxidationskammer. Diese wird gegen die Atmosphäre durch die Haube 47 abgeschlossen, die mit dem zylindrischen Gehäuse verschraubt oder verschweißt werden kann. Es ist hier nur eine Haube erforderlich, welche über das Gehäuse gestülpt wird und dieses durch übergreifende Wandbereiche in seinen heißen Bereichen radial isoliert. Die Verbindungsstelle zwischen Haube und Gehäuse, beispielsweise der Flansch 40 beziehungsweise 45 in den Figuren 1A und 1B, kann so angeordnet werden, daß die Temperatur des Wandbereichs der Reaktors hier relativ niedrig ist. Das heißt, der Flansch wird etwa in die Mitte beziehungsweise etwas unterhalb der Mitte des Schüttungsbereichs 36 gelegt. Daher ist die Verbindungsstelle thermisch relativ wenig belastet und kann das Gewicht der Haube besser aufnehmen, da sie wegen der niedrigeren Temperatur eine höhere Festigkeit hat.
  • Die Wärmetauscher bestehen bei dem hier beschriebenen Reaktor aus keramischem Schüttgut 35, das auf einem Siebboden beziehungsweise einem Tragrost 30, 30' aufgeschüttet wird. Alternativ könnten auch Waben aus Metall verwendet werden.
  • Die Trennwände 13 bis 15 werden über die Oberkante der Wärmetauscherschüttung in die Haube 47 hineingezogen, um die für die vollständige Verbrennung der das Rohgas belastenden Stoffe erforderliche Verweildauer der heißen Gase in der Oxidationskammer 60 beziehungsweise 76 zu erreichen. Je höher die Zwischenwände im Bereich der Oxidationskammer, insbesondere im Bereich des tiefsten Punkts der Aussparungen 13', 14' und 15' ist, um so länger verweilt das Gas innerhalb der Oxidationskammer. Der Übertritt von dem Bereich eines Wärmetauschers in den anderen erfolgt über die Aussparungen beziehungsweise über den Verwirbelungsbereich VW. Durch die Aussparungen werden eine Einschnürung der Strömung, eine Geschwindigkeitserhöhung der Gasströmung und nachfolgend eine gute Durchmischung durch Turbulenz erreicht.
  • Der Brenner 56 in der Haube ist so angeordnet, daß die Rauchgaszumischung zum Heißgas in der Oxidationskammer gerade dort erfolgt, wo durch die Ausschnitte eine hohe Verwirbelung und gute Durchmischung mit dem Heißgas erfolgen. Durch die symmetrische Form können so beim Überströmen von jedem einzelnen Wärmetauscherbereich zum anderen gleiche Bedingungen der Überströmung und Zumischung von Brennerrauchgas erreicht werden, also auch bei der Oxidation des Rohgases.
  • Bei der Wahl eines zylindrischen Gehäuses ist eine besonders druckfeste Ausführung des Reaktors möglich, der somit höhere Innendruckwerte erträgt, als beispielsweise eckige Reaktoren.
  • Die Wärmeverluste des Reaktors sind gering, da die kreiszylindrische Bauform eine geringe Oberfläche im Vergleich zum Volumen hat. Vorzugsweise wählt man daher auch die Höhe des Reaktors etwa gleich seinem Durchmesser. Die Trennwände 13, 14, 15 und 74 brauchen nicht unbedingt isoliert zu werden, da die durch sie übertretende Wärme einen weiteren Wärmerückgewinn darstellt.
  • Die Umfangswandung 11, 11' muß nicht ausgemauert werden, da ihr Material im heißen Bereich keine tragende Funktion hat. Die Haube 47 kann innen feuerfest ausgebaut oder auch außen isoliert sein. Ihre rotationssymmetrische Form gemäß den hier dargestellten Figuren ist besonders kostengünstig herstellbar.
  • Die beim Anfahren aufzuwärmenden Massen sind gering, da die Massen an Stahl, Ausmauerung und Schüttgut klein sind und keine Totraumvolumina beziehungsweise Totraummassen vorhanden sind. Daher ist die Aufheizenergie gering und die Aufheizdauer kurz.
  • Die Haube 47 kann im Bereich der Aussparungen 13', 14' und 15' beziehungsweise im Verwirbelungsbereich VW auch eine nach oben gerichtete Höhlung aufweisen, die auch so groß gewählt werden kann, daß auf die Aussparungen in den Trennwänden verzichtet werden kann. Die Verwirbelung der überströmenden Gase findet dann, wenn die Aussparungen weggelassen sind, gänzlich in der Ausbauchung des Deckels der Haube statt. Das zentrale Rohr 12 mündet dann in diesem in der Haube gebildeten Verwirbelungsbereich.
  • Das untere Ende des zylindrischen Gehäuses ist das "kalte Ende", das als Anströmungskammer für die Wärmetauscherbereiche ausgebildet sein kann (vergleiche 72 und 73 in Figur 4 und AK1 bis AK3 in Figur 1B). Es sind auch andere Anströmbereiche möglich. Die Anströmungskammern weisen die Anschlüsse A1 bis A3, R1 bis R3 und S1 bis S3 für Rohgas, Reingas und Spülgas auf. Es sind hier Ventile beziehungsweise Klappen für die einzelnen Anschlüsse vorgesehen.
  • Zur Regelung des autothermen Betriebs, in dem in der Oxidyationskammer bei der Reinigung der Gase Wärme entsteht, kann Heißgas über das Rohr 12 beziehungsweise den Anschluß 55 entnommen werden. Die Steuerung der Entnahme erfolgt durch eine Heißgasklappe 90 (Figur 1B und 2) beziehungsweise K1 (Figur 13 und 14), die bevorzugt im "kalten Bereich" angeordnet wird, oder in den Anschluß 55 eingebaut ist. Die Gase werden durch den Reaktor mittels eines Gebläses 64 hindurchgezogen oder mit Hilfe eines Gebläses 63 hindurchgedrückt. Im ersteren Fall mündet die Heißluftleitung 12, 55, 80 in die Reingasleitung am Ansaugstutzen des Gebläses 64, im letzteren Fall in dem wegzuleitenden Reingas, also in dem dem Kamin zugeführten Gasstrom.
  • Die gleiche Bauform des Reaktors kann für den Betrieb mit einem Katalysator verwendet werden. Dabei wird dann das Schüttgut 35 von oben her, teilweise oder vollständig, durch Katalysator-Schüttmaterial, oder durch einen Wabenkatalysator ersetzt. Der Reaktor arbeitet dann als katalytischer Verbrennungsreaktor und ist vielseitig einsetzbar. Die Oxidationszone wird ganz oder teilweise in den Wärmetauscherbereich verlagert. Da bei dem Katalysatorbetrieb die Betriebstemperatur niedriger ist, können entsprechende konstruktive Modifikationen vorgenommen werden, beispielsweise andere Werkstoffe verwendet werden, beziehungsweise die Wandstärken des Reaktors zum Teil reduziert werden.
  • Der hier beschriebene Reaktor ist sehr kompakt und kann daher als Ganzes transportiert werden. Dadurch verkürzt sich die Aufstellungszeit am Benutzungsort.

Claims (17)

  1. Regenerativ-Reaktor zum Verbrennen von industriellen Abgasen, insbesondere von schadstoffhaltiger Abluft, mit mehreren in einem eine Umfangswandung (11;11') aufweisenden Gehäuse untergebrachten Wärmetauscherbereichen (1,2,3;70,71), die durch Gasdichte an der Umfangswandung angebrachte Trennwände (13,14,15;74) voneinander getrennt jeweils zueinander benachbart angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (13,14,15;74) zur Reduktion der auf die Umfangswandung (11;11') wirkenden Kräfte mit mindestens einer Dehnungsausgleichszone (DA) versehen sind.
  2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsausgleichszone (DA) mindestens einen im Schnitt U-förmigen, S-förmigen oder mäanderförmig ausgebildeten Bereich aufweist und/oder mit Hinterschneidungen versehen ist.
  3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dehnungsausgleichszone (DA) über die ganze Breite der Trennwand (1,2,3;74) erstreckt.
  4. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (1,2, 3; 74) gewellt ausgebildet sind.
  5. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (1,2,3;74) doppelwandig ausgebildet sind.
  6. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse vieleckig oder zylindrisch ausgebildet ist, und daß die Trennwände (1,2,3), ausgehend von der Umfangswandung, alle im wesentlichen an einer Stelle (12) zusammentreffen.
  7. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (1,2,3) an einem gemeinsamen Rohr (12) angebracht sind, welches vorzugsweise in der Oxidationskammer (60) mündet und im Bereich eines Bodens (17) aus dem Gehäuse austritt.
  8. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12) doppelwandig ausgebildet ist.
  9. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelwandige Rohr ein inneres und ein äußeres Rohr (12a,12;12'a,12') aufweist, von denen eines dem Abzug von Gas aus der Oxidationskammer (60) und das andere der Zufuhr von Luft, vorzugsweise von Kaltluft, dient.
  10. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Abzug des Gases aus der Oxidationskammer dienenden Rohr (12;12') eine Klappe (K1) angeordnet ist, die mit einem Gemisch aus dem abgezogenen Gas und der zugeführten Luft beaufschlagbar ist.
  11. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (13,14,15;74) das Gehäuse im wesentlichen auf ganzer Länge durchlaufen, so daß auf der einen Seite der Wärmetauscherbereiche (1,2,3;70,71) getrennte Anströmkammern (AK1,AK2,AK3;72,73) gebildet werden und auf der anderen Seite jeweils einen Wärmetauscherbereichen zugeordnete Oxidationsbereiche (01,02,03) gebildet werden, die über einen allen Oxidationsbereichen gemeinsamen Verwirbelungsbereich (VW;75) verbunden sind.
  12. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine die Oxidationskammer abschließende Abdeckung (47) aufweist, die die Umfangswandung (11) zumindest bereichsweise überdeckt und vorzugsweise auf ihrer Innenseite mit einem feuerfesten Überzug (52) versehen ist.
  13. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlüsse für Rohgas (A1,A2,A3), Reingas (R1,R2,R3) und Spülgas (S1,S2,S3) in den Anströmkammern (AK1,AK2,AK3) münden und vorzugsweise in dem der Oxidationskammer gegenüberliegenden Ende des Gehäuses angeordnet und jeweils einem Wärmetauscherbereich (1,2,3;72,73) zugeordnet sind.
  14. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest die Oxidationskammer (60;76) aufheizender Brenner (56; 56') vorgesehen ist.
  15. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauschermaterial (35) ganz oder teilweise durch Katalysatormaterial ersetzbar ist.
  16. Verfahren zum Verbrennen von industriellen Abgasen insbesondere von schadstoffhaltiger Abluft, insbesondere mit Hilfe eines Regenerativ-Reaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem durch die Wärmetauscherbereiche im Wechsel Reingas, Rohgas und Spülgas geleitet werden, um einerseits die Wärme des Reingases in die Wärmetauscherbereiche überzuleiten, andererseits die Wärme aus dem Wärmertauscherbereichen in das Rohgas überzuführen und schließlich, um Rohgas aus dem Wärmetauscherbereichen auszuspülen, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas Frischluft verwendet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Oxidationskammer Heißgas abgezogen wird und daß diesem dabei Frischluft, vorzugsweise Kaltluft zugeführt wird.
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