EP0815395B1 - Vorrichtung zur thermischen abgasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren schwelgasen - Google Patents

Vorrichtung zur thermischen abgasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren schwelgasen Download PDF

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EP0815395B1
EP0815395B1 EP96904743A EP96904743A EP0815395B1 EP 0815395 B1 EP0815395 B1 EP 0815395B1 EP 96904743 A EP96904743 A EP 96904743A EP 96904743 A EP96904743 A EP 96904743A EP 0815395 B1 EP0815395 B1 EP 0815395B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactors
waste gas
bricks
heating zone
reactor
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96904743A
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English (en)
French (fr)
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EP0815395A1 (de
Inventor
Andreas Friedl
Hermann Weichs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FHW-Brenntechnik GmbH
Original Assignee
FHW-Brenntechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by FHW-Brenntechnik GmbH filed Critical FHW-Brenntechnik GmbH
Publication of EP0815395A1 publication Critical patent/EP0815395A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0815395B1 publication Critical patent/EP0815395B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
    • F28D17/02—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using rigid bodies, e.g. of porous 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 device for thermal exhaust gas treatment, in particular of oxidizable carbonization gases, with the features of the preamble of claim 1.
  • EP 0 472 605 B1 describes a system and a method for thermal exhaust gas treatment known in which the reactors are arranged as vertical towers. There will be at least used two reactor towers. The entry and exit of the exhaust gases is provided at the bottom of the reactor towers. The top ends the reactor towers are connected via a deflection housing. There there is also a combustion chamber with burners. The reactor towers are filled with ceramic bodies. The one with organic Raw gas loaded with pollutants enters a reactor tower and is when flowing through the hot heat storage body heated up. The raw gas is in the heating chamber a burner, e.g. Natural gas burners, on those for Post-combustion of the organic harmful gases necessary temperature heated up.
  • a burner e.g. Natural gas burners
  • the heated, cleaned exhaust gas is the second reactor tower slides in and out in the first tower taken from the memory and added in the deflection channel Heat as completely as possible in the second tower to the storage off again.
  • the cooled clean gas, which emerges from the second reactor tower has a slightly higher temperature than the raw gas when entering the first reactor tower then derived over the chimney.
  • the gas flows are at regular intervals, e.g. from approx. two to three minutes, switched.
  • the second reactor tower now the function of heating the Raw gas, while the storage in the first reactor tower the heat of the hot clean gas.
  • reactor towers The construction of reactor towers is for static reasons complex.
  • the introduction of the storage trimmings into the reactor towers is cumbersome.
  • the guidance of the exhaust gases is like it is also difficult to remove deposits.
  • DE-OS 2 301 445 describes a method for Detoxification and deodorization of gases and vapors through thermal treatment and a suitable device known, which also has two reactors, which alternately from the outer end of the device cleaning gases are supplied. However, the device is again with reactors arranged one above the other, i.e. vertically standing trained.
  • the reactors each have heat storage Material on in the hot zones, that is, in the areas adjacent to the firing zone, made of ceramic and are made of cast iron in the areas further out can.
  • the invention has for its object a device to create thermal exhaust gas treatment, which is an easier one Design with simplified statics possible.
  • a device to create thermal exhaust gas treatment which is an easier one Design with simplified statics possible.
  • the invention is intended to insert and remove the memory in the device be relieved. Removing deposits and the guidance of the exhaust gas flows in the device should be improved become.
  • the tightly hanging chains make it easy Cleaning deposits that are deposited on them to have.
  • the chains By simply shaking the chains, e.g. manually or by an automatic device, the can to the Chain parts accumulating residues, e.g. Dust or Soot to be removed.
  • the stretched, lying device for thermal exhaust gas treatment with reactors with combustion chamber in between simplifies the statics and thus the construction of the reactors. There is therefore the possibility of using reasonable technical and allow financial outlay also higher storage masses. This can come up as soon as there is a major temperature fluctuation of the exhaust gases to be cleaned or alternating Pollutant concentration must be managed.
  • the possible higher storage mass also requires a higher one free flow area. This will make a lower one Cross-sectional load of the device reached. Especially with higher dust and soot loading of the exhaust gas to be cleaned the risk of the free cross-sections in the device increasing practically excluded. Associated with this is a lower total pressure loss of the device. this means a lower expenditure of electrical energy for operation of the exhaust fan.
  • the device be built in modular construction. When extending the device one or more modules can then be added.
  • the stretched, lying arrangement also improves the guidance of the exhaust gas. So is the pressure loss due to the omission of a deflection channel decreased.
  • the reactors are included Heating chamber designed to rest on the floor.
  • each heat store made of refractory stones with slits between in Longitudinal successive rows of stones built.
  • Auxiliary burners and / or circulation fans are in the insertion slots applicable.
  • chamotte multi-hole stones are found for each heat store Use.
  • the stones each heat accumulator to its longitudinal direction with the perforated channels arranged obliquely, the oblique channels in the lower half against the channels in the upper half run.
  • the stones are preferably arranged as double impacts have successive distances to form the setting slots.
  • Burners arranged offset in height are provided.
  • the exhaust gases are circulated in the heating chamber.
  • Deposits to remove is a side wall of the heating chamber with a Provide door over which a burner is arranged.
  • the outer jacket the plant is formed by a housing at each end a collecting hood with connections for incoming and outgoing connections for the exhaust gas and nozzle with control flaps for the alternating lines.
  • Any collector hood that is tubular with rectangular or round Cross-section is formed, may have a flat end face, which is designed as a lifting gate. You can use this lift gate the storage inventory of each reactor, e.g. B. by a forklift retracted and extended.
  • the memory stocks can in terms of their structure, size and composition to changed conditions, e.g. B. changed exhaust gas values prescribed Limit values and the like can be adapted.
  • the outer housing is preferably thermally insulated on the inside and / or outside.
  • the placement slots of the heat accumulators can be pourable material must be filled. This will Heat storage value increased.
  • the raw gas to be burned is fed through a raw gas line 1 fed to the device for thermal exhaust gas treatment 2.
  • the device 2 has an outer housing 3 made of inside and / or externally insulated metal.
  • the outer housing 3 can be made of divided modules in the longitudinal direction be composed in a manner not shown.
  • the outer housing is preferably fireproof for insulation Inner lining, e.g. B. from chamotte, ceramic fibers or similar.
  • Inner lining e.g. B. from chamotte, ceramic fibers or similar.
  • the steel outside of the housing can also be insulated in a similar way. It should be noted that the occurring temperature does not fall below the dew point.
  • reactors 4, 5 in a lying position with an intermediate one Heating chamber 6, preferably arranged, arranged.
  • the device 2 preferably rests on the floor 10. Due to the horizontal arrangement, the statics and construction considerably simplified.
  • the ends 11, 12 of the outer housing 3 of the device 2 are hood-shaped. They have connecting pieces 13, 14, 15, 16. Controllable flaps 20, 21, 22, 23 are arranged in these.
  • the opposing nozzle 14, 16 are over a external pipe 25 connected. They are the same Connection piece 13 and 15 via an external pipe 26 connected to each other.
  • the pipes 25, 26 are depending on the position of the flaps 20-23 flowed through in one or another sense of the exhaust gas.
  • the hoods 27, 28 at the ends 11, 12 have drivable doors 30, 31. Above them can be limited by the hoods 27, 28 Spaces of the ends 11, 12 are cleaned of exhaust gas residues. In addition, the components of the heat storage 35 in the Outer housing 3 are introduced.
  • the heat accumulator 35 is divided into two groups A, B.
  • Each of the Groups A, B are formed by a trimming body 38. This consists preferably of chamotte multi-hole stones 39.
  • the trim body 38 is preferably of mutually inclined Stone rows 45 formed.
  • the one in the top half arranged chamotte multi-hole stones 39 are among those in the lower half arranged stones 39 running in opposite directions appropriate. This creates a better swirl effect (Mixing) reached.
  • a band 47 made of chamotte multi-hole bricks is preferably in the middle in terms of height intended.
  • the more precise stocking with the Chamotte multi-hole bricks 39 can be seen from FIGS. 3 and 4. All stones 39 are of the same design. You own across a plurality of perforations 48 along its longitudinal direction.
  • the upper layer 49 and the lower layer 50 are made of stones 39 formed, the side and without a large distance from each other connect to each other at the front.
  • the longitudinal axes of the stone rows are opposite to each other and at an angle to the direction of flow 55.
  • the stones 39 of the middle layer 56 are perpendicular to the direction of flow 55 of the exhaust gas arranged. They are on the front Stones 39 arranged abutting. In the direction of flow 55 of the exhaust gas they are spaced apart.
  • the facing body 38 which through the chamotte multi-hole stones 39 is formed, has transverse to the flow direction 55 Set slots 36. This creates transverse Trim body discs 37. These are preferably made of chamotte multi-hole stones 37 assembled. There can also be a number of solid stones housed in these trimmings 37 be. This creates an additional redirection and thereby better mixing of the exhaust gas.
  • the trim body disks 37 are generally as double joints erected that are at a distance from each other Forming slots 36 to form. Reached through the setting slots 36 a certain calming of the exhaust gas flow and a Temperature equalization.
  • auxiliary burners can be used Ceiling and / or side burners can be arranged. This will the circulation of the exhaust gases in the setting slots 36 is improved. In addition, a temperature equalization in the reactor 4 or 5 reached. Temperature fluctuations are also smoothed out.
  • the outer housing 3 preferably has an im essentially rectangular cross-section, preferably square Cross-section.
  • the heating chamber 6 are preferred two burners 40, 41 arranged as the main burner. It can too Side burners are used. These are for the revolution of the Exhaust gases in the heating chamber 6 are offset in height. So is e.g. burner 40 is located near the top of chamber 6, while the burner 41 on the opposite side wall of the outer housing 3 is arranged near the bottom 10.
  • the combustion chamber 6 as well as the setting slots 36 can briefly the bottom 10 with outwardly leading, closable pipe sockets be provided, which is also the introduction during operation a suction hose and the removal of any Allow deposits.
  • circulation fans be used both in one and in several Set slots 36 are arranged and circulate in one direction or can be switched in the opposite direction.
  • hanging metal chains are arranged, which results in a faster heat transfer achievable and the dimensions of the two heat storage groups A and B can be shortened.
  • the close together hanging chains allow easy cleaning of deposits, who have put down on them.
  • these chains are located in the area of the ends 11, 12 the hoods 27, 28 arranged.
  • the operation of the device 2 is shown in connection with FIG. 2 explained.
  • the controllable flaps 20, 21, 22 and 23 are located themselves in the drawn positions.
  • the afterburning flows cool raw gas via lines 1 and 26 to the connecting piece to, is fed to the reactor 5 and takes heat from the trimming body 38.
  • the exhaust gas is then in the Heating chamber 6 further heated.
  • the exhaust gas continues to heat then the one previously cooled in the previous operating phase Trimming body 38 of the regenerator 4 back to the optimal temperature (e.g. 800 ° - 900 ° C).
  • the exhaust gas then flows over the free connection piece, the pipeline 25, the pipeline 60, the fan 61, from the chimney 62 to the outside.
  • the device 2 Due to the chosen structure and arrangement of the memory the device 2 also optimal mixing and reaction zones. The Exhaust gas to be cleaned is always mixed again before it enters the next stocking occurs.
  • the temperature resistance of the thermal reactor at which there are no metallic materials in the high temperature range is approx. 900 ° C and can be used for Special cases can still be increased.
  • a special The advantage of the device lies in its ability to handle the primary thermal efficiency by varying the stock storage too change.
  • the device can also be operated on a catalytic basis become.
  • the heating chamber 6 by one or more trimming bodies 38 to replace with slits 36.
  • the entire Arrangement consisting of a single reactor body be understood, which preferably has set slots 36.
  • the setting slots 36 are preferably of a heating zone a plurality of trimming bodies 38, burners, preferably one or more to provide tubular high-speed burners 70.
  • the burners could also be operated only partially, if there are flammable components in the exhaust gas.
  • the desired Combustion temperature is switched on and off or control of the burner output regulated. If the pollutant content in the raw gas that is required for autothermal operation Quantity exceeds, a partial volume flow of hot exhaust gas is directly coupled out of the heating chamber or heating zone.
  • the result is a device 2 with a continuous, preferably same trimmings 38.
  • the length of the heating zone can changed accordingly by switching burner 70 on or off become.
  • the entire trim body can be uniform be formed.
  • the high-speed burners used 70 are cheaper and more effective.
  • each end 11, 12 instead of hoods too with a tubular longitudinal part and a flat end part be trained.
  • the tubular end part then has the connecting piece.
  • the flat end part can then be designed as a lifting gate be.
  • the renewable heat accumulation, e.g. B. extended or retracted by a forklift become.
  • the memory stock to be retracted can be outside the device 2 prepared, in terms of its length, its Cross-section and its composition adapted to itself changing conditions, e.g. Exhaust gas composition, limit values etc. to be prepared.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren Schwelgasen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
Aus der EP 0 472 605 B1 ist eine Anlage und ein Verfahren zur thermischen Abgasbehandlung bekannt, bei der die Reaktoren als vertikale Türme angeordnet sind. Es werden mindestens zwei Reaktortürme verwendet. Der Ein- und Austritt der Abgase ist unten an den Reaktortürmen vorgesehen. Die oberen Enden der Reaktortürme sind über ein Umlenkgehäuse verbunden. Dort befindet sich auch eine Brennkammer mit Brennern. Die Reaktortürme sind mit keramischen Körpern gefüllt. Das mit organischen Schadstoffen beladene Rohgas tritt in den einen Reaktorturm ein und wird beim Durchströmen der heißen Wärmespeicherkörper aufgeheizt. In der Heizkammer wird das Rohgas mittels eines Brenners, z.B. Erdgasbrenner, auf die für die Nachverbrennung der organischen Schadgase notwendige Temperatur aufgeheizt. Das aufgeheizte, gereinigte Abgas wird dem zweiten Reaktorturm zugleitet und gibt die in dem ersten Turm aus dem Speicher aufgenommene und im Umlenkkanal zugesetzte Wärme möglichst vollständig im zweiten Turm an den Speicher wieder ab. Das abgekühlte Reingas, das beim Austritt aus dem zweiten Reaktorturm eine nur wenig höhere Temperatur besitzt als das Rohgas beim Eintritt in den ersten Reaktorturm, wird anschließend über den Schornstein abgeleitet.
Die Gasströme werden in regelmäßigen Abständen, z.B. von ca. zwei bis drei Minuten, umgeschaltet. Dabei übernimmt der zweite Reaktorturm nunmehr die Funktion der Anwärmung des Rohgases, während der Speicher im ersten Reaktorturm die Wärme des heißen Reingases aufnimmt.
Die Konstruktion von Reaktortürmen ist aus statischen Gründen aufwendig. Das Einbringen der Speicherbesätze in die Reaktortürme ist umständlich. Zudem ist die Führung der Abgase wie auch das Entfernen von Ablagerungen erschwert.
Aus der EP 0 365 262 A1 ist es ferner bei solchen Anlagen bekannt, einen einzigen Reaktorturm zu verwenden, bei dem die beiden hintereinander angeordneten Reaktoren mit zwischengeschalteter Brennkammer eine gestreckte Lage einnehmen. Auch hierbei ist nachteilig, daß aus Gründen der Statik ein aufwendiger Aufbau erforderlich ist. Auch sind die einzelnen Besätze der Reaktoren durch entsprechende Tragroste abzufangen, welche wiederum aus statischen und thermischen Gründen aufwendig aufgebaut sein müssen.
Schließlich ist aus der DE-OS 2 301 445 ein Verfahren zur Entgiftung und Desodorierung von Gasen und Dämpfen durch thermische Behandlung und eine hierzu geeignete Vorrichtung bekannt, welche ebenfalls zwei Reaktoren aufweist, denen abwechselnd vom jeweils äußeren Ende der Vorrichtung her die zu reinigenden Gase zugeführt werden. Die Vorrichtung ist jedoch wiederum mit übereinander angeordneten Reaktoren, also senkrecht stehend ausgebildet. Die Reaktoren weisen jeweils wärmespeicherndes Material auf, das in den heiß gehenden Zonen, also in den der Brennzone benachbarten Bereichen, aus Keramik und in den weiter außen liegenden Bereichen aus Gußeisen bestehen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung zu schaffen, die eine einfachere Konstruktion bei vereinfachter Statik ermöglicht. Zudem soll das Einbringen und Entfernen der Speicher in der Vorrichtung erleichtert werden. Das Entfernen von Ablagerungen und das Führen der Abgasströme in der Vorrichtung soll verbessert werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Durch das erfindungsgemäße Vorsehen von Teilen aus Metall in Form von dicht an dicht hängenden Ketten ist eine geringe Baulänge des Reaktors erreichbar, da ein wesentlich schnellerer Wärmeübergang möglich ist.
Die dicht an dicht hängenden Ketten ermöglichen eine leichte Reinigung von Ablagerungen, die sich an ihnen niedergeschlagen haben. Durch einfaches Schütteln der Ketten, z.B. manuell oder durch eine automatische Vorrichtung, können die an den Kettenteilen sich anlagernden Rückstände, z.B. Staub oder Ruß, beseitigt werden.
Die gestreckte, liegende Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung mit Reaktoren mit dazwischenliegender Brennkammer vereinfacht die Statik und damit die Konstruktion der Reaktoren. Es besteht somit die Möglichkeit, mit vertretbaren technischem und finanziellem Aufwand auch höhere Speichermassen zuzulassen. Dies kann sich anbieten, sobald größere Temperaturschwankung der zu reinigenden Abgase oder auch wechselnde Schadstoffkonzentration zu bewältigen sind.
Als Folge können auch längere Umschaltzyklen zwischen Gasaufheizung und Kühlung gewählt werden, ohne daß der Nachverbrennungsprozeß negativ beeinflußt wird. Daraus ergeben sich wiederum geringere ungereinigte Gasmengen, welche aus dem Totraumvolumen während des Umschaltvorgangs resultieren. Es wird somit lediglich nur ein kleiner Anteil ungereinigten Abgases emittiert. Als Nebeneffekt tritt eine geringere mechanische Belastung, z. B. Verschleiß der bewegbaren Teile der Umschaltklappen ein.
Die mögliche höhere Speichermasse bedingt zudem einen höheren freien Durchströmungsquerschnitt. Damit wird eine geringere Querschnittsbelastung der Vorrichtung erreicht. Vor allem bei höherer Staub- und Rußbeladung des zu reinigenden Abgases wird die Gefahr des Zuwachsens der freien Querschnitte in der Vorrichtung praktisch ausgeschlossen. Einhergehend damit ist ein geringerer Gesamtdruckverlust der Vorrichtung. Dies bedeutet einen geringeren Aufwand an elektrischer Energie zum Betrieb des Abgasventilators.
Schließlich ist auch eine nachträglich durchzuführende Erweiterung der Vorrichtung leicht möglich. Hierfür kann die Vorrichtung in Modulbauweise aufgebaut sein. Bei Verlängerung der Vorrichtung können dann ein oder mehrere Module zugefügt werden.
Die gestreckte, liegende Anordnung verbessert auch die Führung des Abgases. So wird der Druckverlust durch Wegfall eines Umlenkkanals verringert.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Reaktoren mit Heizkammer am Boden aufliegend ausgebildet.
Bei fehlendem Raum ist es allerdings auch möglich, eine solche Vorrichtung überhalb anderen Gesamtanlagenteilen, anzubringen.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Wärmespeicher aus feuerfesten Steinen mit Setzschlitzen zwischen in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Steinereihen aufgebaut. Durch die Setzschlitze verbessert sich die Durchmischung der Abgase. In die Setzschlitze sind Hilfsbrenner und/oder Umwälzventilatoren einsetzbar.
Vorzugsweise finden für jeden Wärmespeicher Schamotte-Vielloch-Steine Verwendung.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Steine jedes Wärmespeichers zu seiner Längsrichtung mit den Lochkanälen schräg verlaufend angeordnet, wobei die schrägen Kanäle in der unteren Hälfte entgegen den Kanälen in der oberen Hälfte verlaufen. Hierdurch wird in den anschließenden Freiräumen, z.B. Brennkammer oder haubenartigen Enden, eine verbesserte Durchmischung der Abgase erreicht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können als Steine Vollsteine für querverlaufende Bänder in den Wärmespeichern verwendet werden.
Vorzugsweise sind die Steine als Doppelstöße angeordnet, die aufeinanderfolgend Abstände zur Bildung der Setzschlitze aufweisen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in der Decke und/oder den Seitenwänden der Heizkammer gegenüberliegende, höhenmäßig versetzt angeordnete Brenner vorgesehen. Hierdurch wird eine Umwälzung der Abgase in der Heizkammer erreicht.
Um die Heizkammer leicht begehen zu können, um z.B. Ablagerungen zu entfernen, ist eine Seitenwand der Heizkammer mit einer Türe versehen, über der ein Brenner angeordnet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Außenmantel der Anlage von einem Gehäuse gebildet, das an jedem Ende eine Sammelhaube mit Anschlüssen für zu- bzw. abgehende Anschlüsse für das Abgas besitzt und Stutzen mit Steuerklappen für die Wechselleitungen aufweist.
Jede Sammelhaube, die rohrförmig mit rechteckigem oder rundem Querschnitt ausgebildet ist, kann eine ebene Stirnseite besitzen, die als Hubtor ausgebildet ist. Über dieses Hubtor können der Speicherbesatz jedes Reaktors, z. B. durch einen Gabelstapler ein- und ausgefahren werden. Die Speicherbesätze können hinsichtlich ihrem Aufbau, ihrer Größe und ihrer Zusammensetzung an geänderte Bedingungen, z. B. geänderte Abgaswerte vorgeschriebene Grenzwerte und dergleichen, angepaßt sein.
Das Außengehäuse ist vorzugsweise innen und/oder außen wärmeisoliert.
Um auch in den Wärmespeichern Ablagerungen zu entfernen, sind in den Setzschlitzen in der Mitte nahe dem Boden nach außen geführte, verschließbare Rohrstutzen vorhanden. Diese ermöglichen die Einführung eines Absaugschlauches für das Absaugen der Ablagerungen.
Zur verbesserten Aufheizung der Wärmespeicher können an den Enden statt Steinen Rohrstapel aus gut wärmeleitendem Material, z.B. Kupfer, angeordnet sein.
Die Setzschlitze der Wärmespeicher können mit wärmespeicherndem, rieselfähigem Material ausgefüllt sein. Hierdurch wird der Wärmespeicherwert vergrößert.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1
eine schematische Darstellung der Draufsicht auf die Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2
einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3
eine Teil-Stirnansicht eines Wärmespeichers,
Fig. 4
eine Teil-Draufsicht des Wärmespeichers, und
Fig. 5 und Fig. 6
Ansichten wie in Fig. 1 und 2 einer geänderten Ausfürungsform
Das nachzuverbrennende Rohgas wird über eine Rohgasleitung 1 der Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung 2 zugeleitet. Die Vorrichtung 2 besitzt ein Außengehäuse 3 aus innen- und/oder außengedämmtem Metall.
Das Außengehäuse 3 kann in Längsrichtung aus abgeteilten Modulen in nicht dargestellter Weise zusammengesetzt sein.
Das Außengehäuse besitzt vorzugsweise zur Dämmung eine feuerfeste Innenauskleidung, z. B. aus Schamotte, keramischen Fasern oder dergleichen. Auch die Stahlaußenseite des Gehäuses kann auf ähnliche Weise gedämmt sein. Dabei ist zu beachten, daß die auftretende Temperatur nicht den Taupunkt unterschreitet.
Im Gehäuse 3 sind Reaktoren 4, 5 in liegender Lage mit zwischengeschalteter Heizkammer 6, vorzugsweise einzügig, angeordnet. Die Vorrichtung 2 ruht vorzugsweise auf dem Boden 10 auf. Durch die liegende Anordnung ist die Statik und die Konstruktion erheblich vereinfacht.
Die Enden 11, 12 des Außengehäuses 3 der Vorrichtung 2 sind haubenförmig ausgebildet. Sie besitzen Anschlußstutzen 13, 14, 15, 16. In diesen sind steuerbare Klappen 20, 21, 22, 23 angeordnet.
Die einander gegenüberliegenden Stutzen 14, 16 sind über eine außenliegende Rohrleitung 25 verbunden. Desgleichen sind die Anschlußstutzen 13 und 15 über eine außenliegende Rohrleitung 26 miteinander verbunden.
Die Rohrleitungen 25, 26 werden je nach der Stellung der Klappen 20-23 im einen oder anderen Sinne von dem Abgas durchflossen.
Die Hauben 27, 28 an den Enden 11, 12 besitzen befahrbare Türen 30, 31. Über sie können die von den Hauben 27, 28 begrenzten Räume der Enden 11, 12 von Abgasrückständen gereinigt werden. Außerdem können die Bestandteile des Wärmespeicher 35 in das Außengehäuse 3 eingebracht werden.
Der Wärmespeicher 35 ist in zwei Gruppen A, B geteilt. Jede der Gruppen A, B ist von einem Besatzkörper 38 gebildet. Dieser besteht vorzugsweise aus Schamotte-Vielloch-Steinen 39.
Der Besatzkörper 38 ist vorzugsweise von zueinander schrägverlaufenden Stein-Reihen 45 gebildet. Die in der oberen Hälfte angeordneten Schamotte-Vielloch-Steine 39 sind zu den in der unteren Hälfte angeordneten Steinen 39 entgegengesetzt verlaufend angebracht. Hierdurch wird eine bessere Drallwirkung (Durchmischung) erreicht.
Vorzugsweise ist höhenmäßig in der Mitte ein Band 47 aus Schamotte-Vielloch-Steinen vorgesehen. Der genauere Besatz mit den Schamotte-Vielloch-Steinen 39 ist aus Fig. 3 und Fig. 4 ersichtlich. Alle Steine 39 sind gleich ausgebildet. Sie besitzen quer zu ihrer Längsrichtung eine Vielzahl von Lochungen 48.
Die obere Schicht 49 und die untere Schicht 50 ist durch Steine 39 gebildet, die ohne großen Abstand voneinander seitlich und stirnseitig aneinander anschließen. Die Längsachsen der Stein-reihen sind zueinander entgegengesetzt und schräg zur Strömungsrichtung 55.
Die Steine 39 der mittleren Schicht 56 sind senkrecht zur Strömungsrichtung 55 des Abgases angeordnet. Stirnseitig sind die Steine 39 aneinanderstoßend angeordnet. In Strömungsrichtung 55 des Abgases weisen sie Abstände voneinander auf.
Der Besatzkörper 38, der durch die Schamotte-Vielloch-Steine 39 gebildet wird, besitzt quer zur Durchströmungsrichtung 55 verlaufende Setzschlitze 36. Hierdurch entstehen querverlaufende Besatzkörperscheiben 37. Diese sind vorzugsweise aus den Schamotte-Vielloch-Steinen 37aufgebaut. Es können auch eine Anzahl von Vollsteinen in diesen Besatzkörperscheiben 37 verteilt untergebracht sein. Hierdurch entsteht eine zusätzliche Umlenkung und dadurch eine bessere Durchmischung des Abgases.
Die Besatzkörperscheiben 37 werden im allgemeinen als Doppelstöße errichtet, die zueinander einen Abstand haben, um die Setzschlitze 36 zu bilden. Durch die Setzschlitze 36 erreicht man eine gewisse Beruhigung der Abgasdurchströmung und eine Temperaturvergleichmäßigung.
In den Setzschlitzen 36 können zusätzliche Hilfsbrenner als Decken- und/oder Seitenbrenner angeordnet sein. Hierdurch wird die Umwälzung der Abgase in den Setzschlitzen 36 verbessert. Zudem wird eine Temperaturvergleichmäßigung im Reaktor 4 bzw. 5 erreicht. Auch werden Temperaturschwankungen geglättet.
Zwischen den beiden Wärmespeichergruppen A, B ist in Reihe und in gestreckter Lage die Heizkammer 6 angeordnet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besitzt das Außengehäuse 3 vorzugsweise einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt, vorzugsweise quadratischen Querschnitt. In dieser Heizkammer 6 sind vorzugsweise zwei Brenner 40, 41 als Hauptbrenner angeordnet. Es können auch Seitenbrenner Verwendung finden. Diese sind zur Umwälzung der Abgase in der Heizkammer 6 höhenmäßig versetzt angeordnet. So ist z.B. der Brenner 40 nahe der Oberseite der Kammer 6 angeordnet, während der Brenner 41 auf der gegenüberliegenden Seitenwand des Außengehäuses 3 nahe dem Boden 10 angeordnet ist.
Hierdurch wird auch die Anbringung einer Türe 42 erleichtert. Über diese ist ein Räumen von etwaigen Ablagerungen in der Heizkammer 6 möglich. Außerdem kann auch das Einbringen des Besatzes für die Wärmespeichergruppen A, B ermöglicht werden.
Die Brennkammer 6 wie auch die Setzschlitze 36 können kurz über dem Boden 10 mit nach außen führenden, verschließbaren Rohrstutzen versehen werden, die auch während des Betriebes die Einführung eines Absaugeschlauches und die Entfernung von eventuellen Ablagerungen ermöglichen.
Es können bei extremen Anforderungen, wie großen Schwankungen von Rohgasmengen und Schadstoffkonzentrationen, Umwälzventilatoren eingesetzt werden, die sowohl in einem wie in mehreren Setzschlitzen 36 angeordnet sind und in eine Richtung umlaufen oder auch in Gegenrichtung geschaltet werden können.
An den beiden Enden 11, 12 unter den Hauben 27, 28 sind hängende Metallketten angeordnet, wodurch ein schneller Wärmeübergang erreichbar und die Ausmaße der beiden Wärmespeichergruppen A und B verkürzt werden. Die dicht an dicht hängenden Ketten ermöglichen eine leichte Reinigung von Ablagerungen, die sich an ihnen niedergeschlagen haben. Durch einfaches Schütteln der Ketten, z.B. manuell oder durch eine automatische Vorrichtung, können die an den Kettenteilen sich anlagernden Rückstände, z.B. Staub oder Ruß, beseitigt werden. Vorzugsweise werden diese Ketten im Bereich der Enden 11, 12 unter den Hauben 27, 28 angeordnet.
Der Betrieb der Vorrichtung 2 wird in Verbindung mit Fig. 2 erläutert. Die steuerbaren Klappen 20, 21, 22 und 23 befinden sich in den gezeichneten Stellungen. Dann strömt das nachzuverbrennende, kühle Rohgas über die Leitungen 1 und 26 dem Anschlußstutzen zu, wird dem Reaktor 5 zugeleitet und nimmt Wärme aus dem Besatzkörper 38 auf. Das Abgas wird anschließend in der Heizkammer 6 weiter aufgeheizt. Das weiterströmende Abgas heizt dann den vorher in der vorausgehenden Betriebsphase abgekühlten Besatzkörper 38 des Regenerators 4 wieder auf die optimale Temperatur (z.B. 800° - 900° C) auf. Das Abgas strömt dann über den freien Anschlußstutzen, die Rohrleitung 25, die Rohrleitung 60, das Gebläse 61, über den Kamin 62 nach außen ab.
Bei der sich nach einiger Zeit - z. B. mehrere Minuten - anschließenden Betriebsphase wird das Abgas über die Leitung 1 bei umgesteuerter Klappe 20 dem Reaktor 4 zugeführt. Da sich die weiteren Klappen 21, 22 und 23 in ihrer umgekehrten Klappenstellung befinden, strömt das Abgas über die Heizkammer 6 zum Reaktor 5 und weiter über den Anschlußstutzen 16 zum Gebläse 61, sowie Kamin 62. Die Betriebsphasen wiederholen sich anschließend.
Durch den gewählten Aufbau und Anordnung der Speicher besitzt die Vorrichtung 2 ferner optimale Misch- und Reaktionszonen. Das zu reinigende Abgas wird stets erneut vermischt, bevor es in den nächsten Besatz eintritt.
Je nach Schadstoffart und -konzentration beginnt bereits im mittleren Teil des einen Reaktors eine parzielle Oxidation an den umströmten heißen Kontaktoberflächen. Diese Reaktionen pflanzen sich unter stetig steigenden Oxidationsraten innerhalb des Speicherbesatzes fort.
Am Ende des jeweiligen Reaktors ist dann bei den erforderlichen Verbrennungstemperaturen um 800 °C die Schadstoffverbrennung bereits abgeschlossen. Das gereinigte Abgas, das eine große Kontaktfläche durchströmen mußte, wird dann in der jeweiligen jeweils folgenden Zone zwecks Energieabgabe an die Besatzelemente geschickt.
Die Temperaturbeständigkeit des Thermreaktors, bei dem sich keine metallischen Werkstoffe im Hochtemperaturbereich befinden, liegt in der Standardausführung bei ca. bis 900°C und kann für Sonderfälle durchaus noch gesteigert werden. Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung liegt in seiner Fähigkeit, den primären thermischen Wirkungsgrad durch Variation der Besatzspeicher zu verändern.
Durch die Modulbauweise ist es möglich, sich geänderten Produktionsbedingungen, z. B. Schadstoffverminderung oder -erhöhung, den nötigen Primärenergiebedarf sofort wieder anzupassen.
Die Vorrichtung kann auch auf katalytischer Basis betrieben werden.
Nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 ist es auch möglich, die Heizkammer 6 durch einen oder mehrere Besatzkörper 38 mit Setzschlitzen 36 zu ersetzen. In diesem Fall kann die gesamte Anordnung als aus einem einzigen Reaktorkörper bestehend aufgefaßt werden, der vorzugsweise Setzschlitze 36 aufweist. In den Setzschlitzen 36 sind über eine Heizzone vorzugsweise von mehreren Besatzkörpern 38, Brenner, vorzugsweise ein oder mehrere rohrförmige Hochgeschwindigkeitsbrenner 70 vorzusehen. Hierbei könnten die Brenner auch nur teilweise betrieben werden, wenn brennbare Bestandteile im Abgas vorhanden sind. Die gewünschte Verbrennungstemperatur wird durch Ein- und Ausschalten oder Steuerung der Brennerleistung geregelt. Falls der Schadstoffgehalt im Rohgas die für einen autothermen Betrieb erforderliche Menge überschreitet, wird ein Teilvolumenstrom des heißen Abgases direkt aus der Heizkammer bzw. Heizzone ausgekoppelt.
Es ergibt sich dann eine Vorrichtung 2 mit durchgehenden, vorzugsweise gleichen Besatzkörpern 38. Die Länge der Heizzone kann durch zu- oder abschalten der Brenner 70 entsprechend verändert werden. Es ergibt sich zudem der Vorteil der schnelleren Aufheizung der Heizzone. Der gesamte Besatzkörper kann einheitlich ausgebildet werden. Die verwendeten Hochgeschwindigkeitsbrenner 70 sind preiswerter und wirksamer.
Schließlich kann jedes Ende 11, 12 statt in Form von Hauben auch mit einem rohrförmigen Längsteil und einem ebenen Stirnteil ausgebildet sein. Der rohrförmige Endteil besitzt dann die Anschlußstutzen. Der ebene Stirnteil kann dann als Hubtor ausgebildet sein. Über ein solches Hubtor kann der erneuerbare Wärmespeicherbesatz, z. B. durch einen Gabelstapler, aus- bzw. eingefahren werden. Der einzufahrende Speicherbesatz kann außerhalb der Vorrichtung 2 vorbereitet, hinsichtlich seiner Länger, seines Querschnittes und seiner Zusammensetzung angepaßt an sich ändernde Verhältnisse, wie z.B. Abgaszusammensetzung, Grenzwerte u.s.w. vorbereitet sein.
Bei schwereren Besatz mit größerer Wärmespeicherfähigkeit können die Umschaltperioden verlängert werden.

Claims (21)

  1. Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren Schwelgasen,
    a) mit einem ersten Reaktor (4) mit Wärmespeicherkörper A, einer Heizzone (6) und einem zweiten Reaktor (5) mit Wärmespeicher B,
    b) wobei der Reihenanordnung der Reaktoren wechselweise Abgas zugeführt und abgeführt wird,
    c) wobei die Reaktoren (4, 5) mit dazwischenliegender Heizzone (6) in gestreckter Lage angeordnet sind, und
    d) wobei an den Enden (11, 12) der Reaktoren (4, 5) Teile aus gut wärmeleitendem Material vorgesehen sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    e) daß die Reaktoren (4, 5) mit dazwischenliegender Heizzone (6) in liegender Lage angeordnet sind und
    f) daß die Teile aus gut wärmeleitendem Material als dicht an dicht hängende Ketten ausgebildet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren (4, 5) mit Heizzone (6) am Boden (10) aufliegend ausgebildet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Reaktor (4, 5) mit einem Wärmespeicher (A, B) aus feuerfesten Steinen (39) aufgebaut ist und Setzschlitze (36) zwischen den Steinen (39) in Längsrichtung aufeinanderfolgende Wärmespeicherscheiben (37) bilden.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Setzschlitze (36) Hilfsbrenner einsetzbar sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Wärmespeichergruppe (A, B) Schamotte-Vielloch-Steine (39) verwendet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steine (39) jeder Wärmespeichergruppe (A, B) zu ihrer Längsrichtung schräg verlaufende Kanäle (48) bilden, wobei die schrägen Kanäle in der unteren Hälfte (50) entgegen den Kanälen in der oberen Hälfte (49) verlaufen und daß eine Mittelschicht (50) von Steinen vorhanden ist, deren Kanäle (48) quer zur Strömungsrichtung (55) des Abgases verlaufen.
  7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Vollsteine in die querverlaufenden Wärmespeicherscheiben (37) eingelagert sind.
  8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steine (39) als Doppelstöße angeordnet sind und zwischen den Doppelstößen Setzschlitze (36) vorhanden sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizzone eine Heizkammer (6) ist und die Seitenwände der Heizkammer (6) gegenüberliegende, höhenmäßig versetzt angeordnete Brenner (40, 41) aufweisen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Seitenwand der Heizkammer (6) eine Tür (42) aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende (11, 12) des Außengehäuses (3) von einer Haube (27, 28) umgeben ist, mit Türen (30, 31) und Anschlüssen (13, 14, 15 und 16) für das Abgas und daß Stutzen mit steuerbaren Klappen (20, 21, 22, 23) für die Wechselleitungen (25, 26) vorgesehen sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Setzschlitzen (36) in der Mitte nahe dem Boden nach außen geführte verschließbare Rohrstutzen enden, in die eine Absaugvorrichtung einführbar ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Setzschlitzen (36) Umwälzventilatoren einsetzbar sind.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dicht an dicht hängenden Ketten mit einer Rüttelvorrichtung verbunden sind.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Setzschlitze (36) mit wärmespeicherndem, rieselfähigen Material angefüllt sind.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Außengehäuse (3) vorhanden ist, welches innen und/oder außen isoliert ist.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizzone (6) durch einen oder mehrere Besatzkörperscheiben (37) mit Setzschlitzen (36) gebildet ist und in jedem Setzschlitz vorzugsweise ein oder mehrere rohrförmige Hochgeschwindigkeitsbrenner angeordnet ist/sind.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende (11, 12) des Außengehäuses (3) von einer Haube mit Längsrohrteil und einem ebenen Stirnteil gebildet ist, wobei das Stirnteil als Hubtor ausgebildet ist.
  19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (3) in Längsrichtung aus Modulteilen aufgebaut ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gehäusemodulteil vorbereitet einen Teil eines Wärmespeicherkörpers (A, B) aufweist.
  21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß aus der Heizzone (6) bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur Gas ausgekoppelt wird.
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