EP0780633B1 - Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen - Google Patents

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EP0780633B1
EP0780633B1 EP96118667A EP96118667A EP0780633B1 EP 0780633 B1 EP0780633 B1 EP 0780633B1 EP 96118667 A EP96118667 A EP 96118667A EP 96118667 A EP96118667 A EP 96118667A EP 0780633 B1 EP0780633 B1 EP 0780633B1
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EP
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housing
cross
pipe connection
media flow
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Martin Dipl.-Ing. Benzel
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Krantz TKT GmbH
H Krantz TKT GmbH
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H Krantz TKT GmbH
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    • 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
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    • 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 contained in a media stream Interfering substances according to the preamble of claim 1.
  • the housing is made from a cylindrical container, the media flow via an inlet connection by means of axially aligned heat exchanger tubes arranged in a ring in the container passed through an annular chamber equipped with a burner device and via a coaxially mounted high-speed tube after flow around the heat exchanger tubes are fed to the outlet connection.
  • the cylindrical container is made of at least three coaxially consecutive container sections assembled.
  • the first container section contains the heat exchanger tubes which extend over its length
  • the second container section is the one with single burners Burner device equipped.
  • the third container section comprises the coaxially arranged one High speed tube. This penetrates the burner device with an end piece in the second container section and extends to the first container section.
  • the flow of the media stream loaded with impurities is through the heat exchanger tubes and through the annular combustion chamber as well the return of the media stream freed of contaminants through the high-speed pipe and finally through the heat exchanger tubes in an almost ideal Way solved.
  • Heat exchanger tubes commercially available heat exchangers, such as. e.g. Plate heat exchanger or cross-counterflow heat exchanger, which are rectangular Have cross-section, the constructive and aerodynamic connection is such Inexpensive heat exchanger to the combustion chamber with an annular cross section and the axial return of the media flow is also very cumbersome and complex.
  • the invention has for its object a device of the type described Kind so that when using a commercially available heat exchanger with rectangular cross-section of the media stream loaded with contaminants aerodynamically optimal from the heat exchanger into the combustion chamber and the one that is free of contaminants Media flow from there is also aerodynamically optimal via the heat exchanger can be removed again.
  • the heat exchanger provides thus a compact unit connected to the housing, which, like the first container section of the known device for maintenance and repair purposes is easy to dismantle and reassemble Subdivision into housing sections ensured in the same way.
  • a second housing section equipped with the outlet connection is connected, via which the media stream freed of contaminants via the heat exchanger is dissipated.
  • the outlet nozzle is thus a rectangular flow cross-section of the media flow available, with the individual burners distributed over the burner device the cross section of the first housing section are arranged.
  • the flow conditions of the media flow are therefore in the device according to the invention using an inexpensive heat exchanger is just as ideal as with the device known from DE 44 14 875 C1, which as a result of a coaxial implementation of the media flow complex ring-shaped heat exchanger tube bundles required within the housing.
  • the burner device is in the flow direction of the media stream, a catalyst device extending over its cross section downstream.
  • honeycomb-shaped catalyst device thereby favors that there is a rectangular flow cross-section and by the single burner the average flow velocity in the burner device considerably is reducible.
  • the individual burners which in a manner known per se with a swirl overlay operated, allow the average speed of the media flow at treatment temperature to approx. 5 m / s.
  • the distance of the first housing section immediately following the burner device depends on the length of the residence time of the media stream, which is necessary to ensure a complete combustion of the contaminants.
  • the housing can be particularly according to a further embodiment of the invention form compact if the first housing section and the second housing section each have a rectangular cross section and a common longitudinal wall.
  • the two housing sections can be different large thermal expansions.
  • compensating compensating different thermal expansions arranged between the inlet nozzle and / or the outlet nozzle and the first and the second housing section compensating compensating different thermal expansions arranged
  • the guide device preferably consists of lamellae which are arcuate in cross section or a perforated plate, the free perforated area between 20% and 40% of the cross section of the first housing section.
  • the device comprises a cuboid housing 1 and a schematically shown, likewise cuboidal heat exchanger 2, which acts as a conventional counterflow plate heat exchanger is trained.
  • the housing 1 is in a first housing section 3 and a second housing section 4 divided, the two housing sections 3 and 4 a substantially have common longitudinal wall 5 extending over their length and via perforations of a perforated plate 6 are connected to each other, which in the flow direction Media stream the end of a housing section 3 and the beginning of the housing section 4 defined.
  • an inlet connector 7 At the beginning of the housing section 3 is an inlet connector 7 and at the end of the housing section 4 an outlet nozzle 8 is provided.
  • the inlet port 7 extends to equalize the flow over its outlet cross-section, a perforated plate 9, the is dimensioned according to the geometry of the inlet connector 7 in the present case Example with a free perforated area of 30%.
  • a compensator 10 interposed between the inlet and outlet ports 7 and 8.
  • the cuboidal heat exchanger 2 connect compactly to the housing 1.
  • Individual burners 11 are arranged in the housing section 3 distributed over its cross section, which form a burner device.
  • the individual burners 11 are adapted to the cross section of the housing section 3 rectangular plate 12 held and include, as shown in Figure 3, with metal blades 13 equipped nozzle 14, which sit in the plate 12.
  • the media stream reaches the flame area of the individual burners via the connecting pieces 14 with intensive swirling 11th

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung ist aus Dokument DE-A-4 014 415 schon bekannt.
Bei einer derartigen aus der DE 44 14 875 C1 bekannten Vorrichtung besteht das Gehäuse aus einem zylindrischen Behälter, wobei der Medienstrom über einen Eintrittsstutzen durch ringförmig im Behälter angeordnete axial ausgerichtete Wärmetauscherrohre geleitet, durch eine mit einer Brennereinrichtung ausgestattete Ringkammer geführt und über ein koaxial im Behälter gelagertes Hochgeschwindigkeitsrohr nach Umströmung der Wärmetauscherrohre dem Austrittsstutzen zugeführt wird.
Diese bekannte Vorrichtung ist so ausgebildet, daß sie sich einfach in Baugruppen zerlegen läßt, deren Einzelteile dadurch leicht zugänglich werden und im Bedarfsfall durch neue Einzelteile schnell ersetzbar sind. Deshalb ist der zylindrische Behälter aus mindestens drei koaxial aufeinander folgenden Behälterabschnitten zusammengesetzt. Der erste Behälterabschnitt enthält die sich über dessen Länge erstreckenden Wärmetauscherrohre, der zweite Behälterabschnitt ist mit der aus Einzelbrennem bestehenden Brennereinrichtung ausgestattet. Der dritte Behälterabschnitt umfaßt das koaxial angeordnete Hochgeschwindigkeitsrohr. Dieses durchdringt mit einem Endstück die Brennereinrichtung im zweiten Behälterabschnitt und erstreckt sich bis zum ersten Behälterabschnitt.
Bei der bekannten Vorrichtung ist die Strömung des mit Störstoffen beladenen Medienstromes durch die Wärmetauscherrohre und durch die ringförmige Brennkammer sowie die Rückführung des von Störstoffen befreiten Medienstromes durch das Hochgeschwindigkeitsrohr und schließlich durch die Wärmetauscherrohre in geradezu idealer Weise gelöst. Sollen jedoch anstelle von individuell anzupassenden ringförmig anzuordnenden Wärmetauscherrohren handelsübliche Wärmetauscher, wie. z.B. Plattenwärmetauscher oder Kreuzgegenstromwärmetauscher, eingesetzt werden, die einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, ist der konstruktive und aerodynamische Anschluß derartiger preisgünstiger Wärmetauscher an die im Querschnitt ringförmige Brennkammer und auch die axiale Rückführung des Medienstromes sehr umständlich und aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß beim Einsatz eines handelsüblichen Wärmetauschers mit rechteckförmigem Querschnitt der mit Störstoffen beladene Medienstrom aerodynamisch optimal vom Wärmetauscher aus in die Brennkammer und der von Störstoffen befreite Medienstrom von dort aus ebenso aerodynamisch optimal über den Wärmetauscher wieder abgeführt werden kann.
Ausgehend von einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die fluchtende Anordnung des Ein- und Auslaßquerschnittes des Eintritts- bzw. Austrittsstutzens wird die Voraussetzung dafür geschaffen, unmittelbar an die Stutzen einen handelsüblichen Wärmetauscher außerhalb des Gehäuses anzuordnen, das ebenso wie der Wärmetauscher quaderförmig ausgebildet ist. Der Wärmetauscher stellt somit eine kompakt mit dem Gehäuse verbundene Baueinheit dar, die ebenso wie der erste Behälterabschnitt der bekannten Vorrichtung zu Wartungs- und Reparaturzwecken leicht de- und remontierbar ist Auch die Zerlegbarkeit des Gehäuses ist durch dessen Unterteilung in Gehäuseabschnitte in gleicher Weise gewährleistet. An einem ersten mit dem Eintrittsstutzen ausgestatteten Gehäuseabschnitt, der die Brennereinrichtung aufnimmt, ist ein mit dem Austrittsstutzen ausgestatteter zweiter Gehäuseabschnitt angeschlossen, über den der von Störstoffen befreite Medienstrom über den Wärmetauscher abgeführt wird. Vom Einlaßquerschnitt des Eintrittsstutzens bis zum Auslaßquerschnitt des Austrittsstutzens steht somit dem Medienstrom ein rechteckförmiger Strömungsquerschnitt zur Verfügung, wobei die Einzelbrenner der Brennereinrichtung verteilt über den Querschnitt des ersten Gehäuseabschnittes angeordnet sind. Die StrömungsVerhältnisse des Medienstromes sind daher bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Einsatz eines kostengünstigen Wärmetauschers ebenso ideal gelöst wie bei der aus der DE 44 14 875 C1 bekannten Vorrichtung, die infolge einer koaxialen Durchführung des Medienstromes aufwendige ringförmig angeordnete Wärmetauscherrohrbündel innerhalb des Gehäuses erfordert.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Brennereinrichtung in Strömungsrichtung des Medienstromes eine sich über dessen Querschnitt erstreckende Katalysatoreinrichtung nachgeschaltet.
Die Integration einer beispielsweise wabenförmigen Katalysatoreinrichtung ist dadurch begünstigt, daß ein rechteckförmiger Strömungsquerschnitt vorliegt und durch die Einzelbrenner die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in der Brennereinrichtung erheblich reduzierbar ist. Die Einzelbrenner, welche in an sich bekannter Weise mit einer Drallüberlagerung betrieben werden, erlauben es, die mittlere Geschwindigkeit des Medienstromes bei Behandlungstemperatur auf ca. 5 m/s zu reduzieren.
Die der Brennereinrichtung unmittelbar folgende Strecke des ersten Gehäuseabschnittes richtet sich hinsichtlich ihrer Länge nach der Verweilzeit des Medienstromes, die erforderlich ist, um eine restlose Verbrennung der Störstoffe sicherzustellen. Durch die reduzierte Geschwindigkeit des Medienstromes in Verbindung mit der intensiveren Wirkung der Einzelbrenner läßt sich die Baulänge des Gehäuses auch mit zusätzlich integrierter Katalysatoreinrichtung erheblich verkürzen.
Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, daß sich wabenförmige Katalysatoren oder Schüttgutkatalysatoren bei gleichmäßiger Temperaturverteilung über den Querschnitt in einem Abstand von 8- 150 cm nach den Einzelbrennem anordnen lassen, ohne durch deren Hitzeentwicklung beschädigt zu werden.
Das Gehäuse läßt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders kompakt ausbilden, wenn der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt und eine gemeinsame Längswand aufweisen.
Dimensions- und temperaturbedingt können die beiden Gehäuseabschnitte unterschiedlich großen Wärmeausdehnungen ausgesetzt sein. Um diese auszugleichen ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Eintrittsstutzen und/oder dem Austrittsstutzen und dem ersten bzw. dem zweiten Gehäuseabschnitt ein unterschiedlicher Wärmeausdehnungen ausgleichender Kompensator angeordnet
Um mit dem Medienstrom den Gesamtquerschnitt beider Gehäuseabschnitte gleichmäßig zu beaufschlagen, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, in einem Übergangsbereich vom ersten Gehäuseabschnitt zum zweiten Gehäuseabschnitt eine den Medienstrom vergleichmäßigende Leiteinrichtung vorzusehen.
Die Leiteinrichtung besteht vorzugsweise aus im Querschnitt bogenförmigen Lamellen oder einem Lochblech, dessen freie Lochfläche zwischen 20 % und 40 % des Querschnittes des ersten Gehäuseabschnittes beträgt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1
einen Längsschnitt durch die Vorrichtung in Verbindung mit einem angeflanschten Wärmetauscher,
Figur 2
einen Querschnitt nach der Linie II-II durch die Vorrichtung gemäß Figur 1 und
Figur 3
einen Einzelbrenner der Brennereinrichtung im Schnitt.
Die Vorrichtung umfaßt ein quaderförmiges Gehäuse 1 und einen nur schematisch dargestellten, gleichfalls quaderförmigen Wärmetauscher 2, der als konventioneller Gegenstromplattenwärmetauscher ausgebildet ist.
Das Gehäuse 1 ist in einen ersten Gehäuseabschnitt 3 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 4 unterteilt, wobei die beiden Gehäuseabschnitte 3 und 4 eine im wesentlichen über ihre Länge reichende gemeinsame Längswand 5 aufweisen und über Perforationen eines Lochbleches 6 miteinander verbunden sind, welches in Strömungsrichtung eines Medienstromes das Ende eines Gehäuseabschnittes 3 und den Anfang des Gehäuseabschnittes 4 definiert.
Am Anfang des Gehäuseabschnittes 3 ist ein Eintrittsstutzen 7 und am Ende des Gehäuseabschnittes 4 ein Austrittsstutzen 8 vorgesehen. Im Eintrittsstutzen 7 erstreckt sich zur Strömungsvergleichmäßigung über seinen Auslaßquerschnitt ein Lochblech 9, das dazu entsprechend der Geometrie des Eintrittsstutzens 7 dimensioniert ist, im vorliegenden Beispiel mit einer freien Lochfläche von 30 %. Zwischen einem Auslaßquerschnitt des Gehäuseabschnittes 4 und einem Einlaßquerschnitt des Austrittsstutzens 8 ist zwecks Dehnungsausgleich zwischen den beiden Gehäuseabschnitten 3 und 4 sowie den Ein- und Austrittsstutzen 7 und 8 ein Kompensator 10 zwischengeschaltet.
Da der Einlaßquerschnitt des Eintrittsstutzens 7 und der Auslaßquerschnitt des Austrittstutzens 8 in einer Ebene fluchtend angeordnet sind, läßt sich der quaderförmige Wärmetauscher 2 kompakt mit dem Gehäuse 1 verbinden.
Im Gehäuseabschnitt 3 sind über dessen Querschnitt verteilt Einzelbrenner 11 angeordnet, die eine Brennereinrichtung bilden.
Die Einzelbrenner 11 sind in einer dem Querschnitt des Gehäuseabschnittes 3 angepaßten rechteckigen Platte 12 gehalten und umfassen, wie Figur 3 zeigt, mit Metallschaufeln 13 ausgestattete Stutzen 14, die in der Platte 12 sitzen. Der Medienstrom gelangt über die Stutzen 14 unter intensiver Verdrallung in den Flammbereich der Einzelbrenner 11.
Über eine Brennstoffhauptleitung 15, von der aus Brennstoffabzweigleitungen 16 zu den Einzelbrennem 11 führen, werden diese mit Brennstoff versorgt
In einem kurzen Abstand hinter den Einzelbrennem 11 können, sich gleichfalls über den Querschnitt des Gehäuseabschnittes 3 erstreckende, gasdurchlässige - z.B. wabenförmige - Katalysatoren 17 angeordnet werden, so daß die Vorrichtung zusätzlich zu einer thermischen Behandlung eines mit Störstoffen beladenen Medienstromes auch eine katalytische Behandlung erlaubt

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Eintrittsstutzen und einem Austrittsstutzen, einem Wärmetauscher und einer Brennereinrichtung, die aus über dem Querschnitt des Medienstromes verteilt angeordneten Einzelbrennem gebildet ist, wobei das Gehäuse (1) in einen mit dem Eintrittsstutzen (7) ausgestatteten, die Einzelbrenner (11) aufnehmenden ersten Gehäuseabschnitt (3) und in einen mit dem Austrittsstutzen (8) ausgestatteten, am ersten Gehäuseabschnitt (3) angeschlossenen zweiten Gehäuseabschnitt (4) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß:
    ein Einlaßquerschnitt des Eintrittsstutzens (7) mit einem Auslaßquerschnitt des Austrittsstutzen (8) fluchtet,
    der am Eintrittsstutzen (7) und am Austrittsstutzen (8) angeschlossene Wärmetauscher (2) außerhalb des quaderförmigen Gehäuses (1) angeordnet ist,
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Einzelbrennem (11) in Strömungsrichtung des Medienstromes sich über dessen Strömungsquerschnitt erstreckende Katalysatoren (17) nachgeschaltet sind.
  3. Vorichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Abstand von 8 - 150 cm nach den Einzelbrennem (11) angeordneten Katalysatoren (17) aus gasdurchlässigen, wabenförmigen Katalysatoren oder Schüttgutkatalysatoren bestehen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gehäuseabschnitt (3) und der zweite Gehäuseabschnitt (4) jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt und eine gemeinsame Längswand (5) aufweisen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eintrittsstutzen (7) und/oder dem Austrittsstutzen (8) und dem ersten bzw. dem zweiten Gehäuseabschnitt (3 bzw. 4) ein unterschiedliche Wärmeausdehnungen ausgleichender Kompensator (10) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, daduch gekennzeichnet, daß in einem Übergangsbereich vom ersten Gehäuseabschnitt (3) zum zweiten Gehäuseabschnitt 4 eine den Medienstrom vergleichmäßigende Leiteinrichtung vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung aus im Querschnitt bogenförmigen Lamellen oder einem Lochblech (6) besteht, dessen freie Lochfläche zwischen 20 und 40 % des Querschnittes des ersten Gehäuseabschnittes (3) beträgt.
EP96118667A 1995-12-20 1996-11-21 Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen Expired - Lifetime EP0780633B1 (de)

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EP0780633A2 EP0780633A2 (de) 1997-06-25
EP0780633A3 EP0780633A3 (de) 1999-01-27
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EP0780633A2 (de) 1997-06-25
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