EP1517083B1 - Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Schadstoffe enthaltenden Prozessabgasen - Google Patents

Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Schadstoffe enthaltenden Prozessabgasen Download PDF

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EP1517083B1
EP1517083B1 EP04021022A EP04021022A EP1517083B1 EP 1517083 B1 EP1517083 B1 EP 1517083B1 EP 04021022 A EP04021022 A EP 04021022A EP 04021022 A EP04021022 A EP 04021022A EP 1517083 B1 EP1517083 B1 EP 1517083B1
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EP
European Patent Office
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combustion chamber
burner
exhaust gas
washing fluid
supply
Prior art date
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EP04021022A
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English (en)
French (fr)
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EP1517083A1 (de
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Wido Wiesenberg
Andreas Dr. Frenzel
Konrad Gehmlich
Horst Dr. Reichardt
Lothar Ritter
Corina Kloss
Michael Hentrich
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Das - Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
Das Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
Original Assignee
Das - Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
Das Duennschicht Anlagen Systeme 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
    • F23G7/061—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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00016—Preventing or reducing deposit build-up on burner parts, e.g. from carbon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2208/00—Safety aspects

Definitions

  • the invention relates to a device for the thermal treatment of pollutants containing process exhaust gases, as they are widely used and in particular formed in a variety of heatmodifizierunsg compiler in vacuum.
  • process emissions contain toxic compounds or elements that can not readily be released to the environment.
  • exhaust gases from other processes containing pollutants can also be treated with the invention.
  • chlorine, fluorine, silicon, arsenic and gallium and compounds containing these elements are critical.
  • a water film is to be produced there.
  • the water is sprayed from the side into the chamber, wherein in a design there as preferred execution, the water also to be sprayed upwards against the lid up to the burner.
  • the device according to the invention has a combustion chamber, on which at least one burner is provided on a lid arranged on top, so that a torch is directed from top to bottom into the interior of the combustion chamber.
  • a supply for a washing liquid is present, with a closed Film can be formed on the entire inner circumferential surface of the combustion chamber. In this case, according to the invention, however, no wetting of the part of the lid facing the interior with burner (s) is to be achieved.
  • the washing liquid can be pure water. However, it may also contain additives which preferably cause neutralization.
  • a washing liquid may accordingly contain a base.
  • a discharge for exhaust gas from the thermal treatment and arranged in colloidal form containing particles washing liquid.
  • the supply for the washing liquid is arranged directly below the lid. It is designed so that the washing liquid on the inner circumferential surface of the combustion chamber forms the closed film exclusively by utilizing the gravitational force, the washing liquid thus simply runs smoothly circumferentially on the circumferential surface uniformly and no pressure effect on the washing liquid is exerted into the combustion chamber.
  • the inner lateral surface of the combustion chamber in a radially convex outwardly directed shape and rotationally symmetrical about the longitudinal axis of the combustion chamber, so that starting from the cover as continuous as possible enlargement of the clear width within the combustion chamber until reaching a maximum clearance and below a continuous reduction of the width can be achieved.
  • the mold should ensure that the closed film is maintained over the entire surface.
  • the boundary conditions between the inner circumferential surface of the combustion chamber and the washing liquid film can also be influenced by the surface of the inner circumferential surface.
  • this surface should have a surface roughness in the range 100 to 300 microns.
  • the shape of the inner circumferential surface can be predetermined by the shape of the chamber wall of the combustion chamber. But it is also possible to choose the outer shape of the combustion chamber regardless of the shape of the inner circumferential surface. For example, there may be insulation on the outside of the burner chamber which will then also have a different shape, e.g. may have the shape of a cylinder.
  • a convex curvature starting from the lid to the bottom of the combustion chamber has a constant radius, it should only abrupt paragraphs are avoided.
  • the inner surface of a parabola may be curved following.
  • the supply for the washing liquid may have a radially surrounding the combustion chamber annular channel, the washing liquid is supplied from the outside with a sufficiently large predetermined volume flow.
  • the washing liquid On the annular channel facing in the direction of the interior of the combustion chamber overflow edge is present, via which the washing liquid can expire.
  • the overflow edge forms the upper edge of the inner lateral surface.
  • the overflow edge should be aligned horizontally over the entire circumference, so that over the entire circumference run at least approximately constant volume flow and can form the film on the inner circumferential surface. It is obvious that the volume flow of washing liquid supplied should correspond to the volume flow passing over the overflow edge.
  • the washing liquid should be introduced via at least one tangentially oriented supply line into the annular channel, so that in the annular channel, a flow of the washing liquid is generated at a low flow rate. It is more favorable, however, to provide two diametrically opposite tangentially oriented supply lines to an annular channel. But it can also be more than two such leads are present, which should then have the same angular distances from each other as possible.
  • the tangential flow of the washing liquid in the annular channel essentially fulfills the task of ensuring a sufficiently high level in the annular channel, so that a closed film is formed over the entire inner circumferential surface of the combustion chamber.
  • the annular channel can be open at the top or the overflow edge can also be formed by a radially encircling annular gap.
  • a further supply for a purge gas should be present, so that are protected with a purge gas flow of the lid and burner and process exhaust gas feeds in the combustion chamber before washing liquid and no wetting can take place.
  • the purge gas flow can also prevent or at least hinder the formation of condensation in this area.
  • inert gases such as e.g. Nitrogen can be used.
  • the supply of purge gas into the combustion chamber can be designed as a ring arrangement of discretely arranged nozzles or nozzle gaps or as a circumferential annular gap.
  • the purge gas exit port (s) should be located near the wash fluid inlet.
  • the purge gas pressure should be sufficient to prevent wetting of the parts and areas to be protected.
  • the at least one burner can be supplied with a fuel gas.
  • the fuel gas composition can be chosen so that a sufficiently high temperature and favorable stoichiometric ratios for the thermal treatment can be achieved in the flame, which take into account the particular composition of process exhaust gases to be treated.
  • ignition devices may be present, with which, for example, a spark ignition of the flame can be achieved.
  • plasma torches can be used. These can be arc or microwave plasma sources. The selection can be made taking into account the respective volume flows of process exhaust gas to be treated. Thus arc plasma sources are to be preferred for larger volume flows.
  • the process exhaust gas to be treated can be at least partially introduced directly into a plasma torch and used for plasma formation, it may be possible to dispense with the supply of additional fuel gases or reduced supply of gases can be achieved.
  • the geometric design of the inner lateral surface also have a thermal effect (combustion temperature, cooling) and the flow conditions advantageous in the combustion chamber.
  • the device according to the invention can be operated for long periods without interference and maintenance.
  • An adaptation to different process gases to be treated is possible in a simple form.
  • FIG. 1 shows in schematic form an example of a device according to the invention.
  • the shape is also rotationally symmetrical about the longitudinal axis (dash-dot line) of the combustion chamber 1 is formed.
  • a supply 2 is arranged for washing liquid through which the washing liquid is guided in the overflow to form a closed film 11 on the entire inner circumferential surface. This ensures that the remains in the inner-facing part of the lid 3 remains dry and is not wetted by the washing liquid.
  • a purge gas is introduced via feeds 7 into the combustion chamber 1.
  • the feeds for purge gas are arranged between feed 2 for washing liquid and cover 3 with burner 4 and process exhaust gas feeds 8, so that these elements are protected from scrubbing liquid and can be kept dry.
  • the example shown here uses a plurality of burners 4 which are arranged radially outside at a distance to the longitudinal axis of the combustion chamber 1. Between the burners 4, that is, closer to the longitudinal axis, at least one, but in this case, a plurality of process gas feeds 8 is arranged.
  • process exhaust gas feeds 8 to be treated process exhaust gases in the combustion chamber. 1 introduced, wherein in a form not shown already a premix with an additional required for the thermal treatment or this promoting gas or gas mixture can be done.
  • a premix can also be provided to the burners 4, in which, for example, process gas is added to a fuel gas.
  • the burners 4 are aligned at an obliquely inclined angle in each case in the direction of the centrally arranged longitudinal axis of the combustion chamber 1, so that the process exhaust gases to be treated flow directly between the burners 4 of the burner and necessarily reach their area of influence.
  • a spray nozzle 10 is additionally present at the outlet 5, whose spray jet is oriented orthogonally to the longitudinal axis of the combustion chamber 1.
  • the spray can also be directed vertically or obliquely upwards inclined.
  • the spray nozzle 10 is preferably as a two-fluid nozzle for a liquid-gas mixture is formed.
  • particles which have not yet been taken up by the draining washing liquid can be removed from the waste gas and, as shown, fed to a wet scrubber.
  • vapor formed in the treatment can be condensed and removed with the washing liquid.
  • the contaminated with particles washing liquid can be recycled in a form not shown to a solids separator and then free of particles in the circulation.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail on the outer upper edge of a device 2 for washing liquid.
  • a circumferential annular channel 2 'present in the washing liquid is supplied immediately below the lid 3, so that it is always sufficiently filled during operation of the device, to ensure that over the entire circumference washing liquid via a likewise encircling overflow edge 2' ', which is present on the annular channel 2 ', drain and can form the closed film 11 on the entire inner circumferential surface of the combustion chamber 1, without any further forces being exerted on the washing liquid in addition to the gravitational force.
  • FIG. 2 also shows a feed 7 for a purge gas.
  • the feeder 7 is also arranged radially outside, so that between the supply 2 for washing liquid and the lid 3, a purge gas flow is formed, which protects the lid 3 with the other elements arranged on it from wetting by washing liquid.
  • the purge gas passes through a circumferential annular gap in the combustion chamber 1, which is disposed immediately below the lid 3, so that a purge gas film is formed along the inwardly facing part of the lid 3, which prevents the adhesion of particles or other solids, but at least obstructed and possibly adhering solids can also be blown off.
  • purge gas can preferably nitrogen or compressed air are used.
  • FIG. 3 shows another possible arrangement of burner 4 and process exhaust gas feeds 8.
  • a burner 4 is arranged centrally on the longitudinal axis of the combustion chamber 1.
  • two or more than two process exhaust gas feeds 8 are arranged radially further out.
  • the arrangement should be symmetrical.
  • the process exhaust gas feeds 8 and consequently also the flow direction of the process exhaust gases introduced into the combustion chamber 1 are directed obliquely in the direction of the longitudinal axis of the combustion chamber 1 and accordingly into the flame of the burner 4.
  • a total of four burners 4 form a quasi-ring arrangement also four discretely arranged in star form process exhaust gas supply 8.
  • the burner 4 and accordingly their respective flames are directed obliquely inwards and downwards, so that the flames form a "wreath" into which the Process gases to be treated and possibly additional required for the thermal treatment or these gases are introduced between the flame ring in the combustion chamber 1 and then forcibly reach the sphere of influence of the flames.
  • the burners 4 and also the process gas feeds 8 are in each case equidistant from each other and arranged at equal angular distances from each other.
  • FIG. 6 shows an example in which a plasma torch 4 and, analogously to the example shown in FIG. 3, a plurality of process exhaust gas feeds 8 are arranged and aligned.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Schadstoffe enthaltenden Prozessabgasen, wie sie vielfältig und insbesondere bei verschiedensten Oberflächenmodifizierunsgverfahren im Vakuum eingesetzt oder dabei gebildet werden. Solche Prozessabgase enthalten toxische Verbindungen oder Elemente, die nicht ohne weiteres an die Umwelt abgegeben werden können. Neben Prozessabgasen solcher CVD- oder PVD-Prozesse können auch Abgase aus anderen Prozessen, die Schadstoffe enthalten mit der Erfindung behandelt werden.
  • Dabei sind insbesondere Chlor, Fluor, Silizium, Arsen und Gallium sowie diese Elemente enthaltende Verbindungen kritisch.
  • Bei steigendem Bedarf an so modifizierten Substraten ergibt sich dementsprechend auch ein steigender Anteil an Prozessabgasen, die einer Behandlung unterzogen werden müssen, um die Umwelt- und Gesundheitsverträglichkeit zu gewährleisten.
  • So ist es seit längerem bekannt Prozessabgase thermisch so zu behandeln, dass die gefährlichen Elemente und chemischen Verbindungen ggf. aufgebrochen und durch chemische Reaktion in unschädliche chemische Verbindungen umgewandelt werden. Dabei werden überwiegend Oxide gebildet.
  • In US 5,123,836 sind hierfür Möglichkeiten aufgezeigt und es ist auf ein weiteres Problem hingewiesen worden. Dies besteht darin, dass bei solchen thermischen Prozessen Partikel gebildet werden, die zu Ablagerungen an Kammerwänden und auch zu Beeinträchtigungen der Funktion von Brennern führen, die üblicherweise hierfür eingesetzt werden.
  • Durch die in jüngster Vergangenheit und zukünftig eingesetzten größeren Anlagen für solche Oberflächenmodifizierungen fallen entsprechend größere Volumenströme an Prozessabgasen mit entsprechend größeren Mengen an Partikeln an.
  • Dementsprechend wird in diesem Stand der Technik auch vorgeschlagen einen Brenner am Deckel einer Kammer anzuordnen, von dem eine Flamme zur Behandlung/Verbrennung in die Kammer gerichtet wird.
  • Um ein Absetzen bzw. Anhaften von Partikeln an der Kammerinnenwand zu vermeiden soll dort ein Wasserfilm erzeugt werden. Hierzu wird das Wasser von der Seite in die Kammer eingesprüht, wobei in einer dort als bevorzugt bezeichneten Ausführung das Wasser auch nach oben gegen den Deckel bis an den Brenner gesprüht werden soll.
  • In dieser Form ist es aber nicht ohne weiteres möglich einen immer geschlossenen Wasserfilm an der gesamten Innenwand auszubilden. Des Weiteren wird ein Teil des Wassers verdampft, so dass er nicht vollständig für den Austrag von Partikeln genutzt werden kann. Außerdem reduziert sich in Folge der Verdampfung die Temperatur und der Verbrennungsprozess wird zusätzlich behindert.
  • An einem befeuchteten Deckel können auch leichter Anhaftungen entstehen, die zur Beeinträchtigung der Verbrennung bzw. zu Verstopfungen an Gaszuführungen führen können.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zu schaffen, um Schadstoffe enthaltende Prozessabgase thermisch zu behandeln, wobei die Anhaftung von Partikeln an der Innenwand einer Brennkammer sowie eine unerwünschte Beeinträchtigung der thermischen Umwandlung mit geringem Aufwand vermieden werden sollen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Brennkammer auf, an der mindestens ein Brenner an einem oben angeordneten Deckel vorhanden ist, so dass eine Fackel von oben nach unten in das Innere der Brennkammer gerichtet ist. Außerdem ist eine Zuführung für eine Waschflüssigkeit vorhanden, mit der ein geschlossener Film auf der gesamten inneren Mantelfläche der Brennkammer ausgebildet werden kann. Dabei soll erfindungsgemäß aber keine Benetzung des in das Innere weisenden Teils des Deckels mit Brenner(n) erreicht werden.
  • Die Waschflüssigkeit kann reines Wasser sein. Es können aber auch Zusätze enthalten sein, die bevorzugt eine Neutralisation bewirken. Eine Waschflüssigkeit kann dementsprechend eine Base enthalten.
  • Am Boden der Brennkammer ist eine Abführung für Abgas aus der thermischen Behandlung und in kolloidaler Form Partikel enthaltende Waschflüssigkeit angeordnet.
  • Die Zuführung für die Waschflüssigkeit ist dabei unmittelbar unterhalb des Deckels angeordnet. Sie ist so ausgebildet, dass die Waschflüssigkeit auf der inneren Mantelfläche der Brennkammer den geschlossenen Film ausschließlich unter Ausnutzung der Gravitationskraft ausbildet, die Waschflüssigkeit also einfach an der Mantelfläche radial umlaufend gleichmäßig abläuft und keine Druckwirkung auf die Waschflüssigkeit in die Brennkammer hinein ausgeübt wird.
  • Günstig ist es außerdem die innere Mantelfläche der Brennkammer in einer radial konvex nach außen gerichteten Form und rotationssymmetrisch um die Längsachse der Brennkammer auszubilden, so dass ausgehend vom Deckel eine möglichst kontinuierliche Vergrößerung der lichten Weite innerhalb der Brennkammer bis zum Erreichen einer maximalen lichten Weite und nachfolgend eine kontinuierliche Reduzierung der Weite erreicht werden kann.
  • Die Form soll jedoch unter Berücksichtigung der Grenzflächenverhältnisse von Waschflüssigkeit und Oberfläche der inneren Mantelfläche sichern, dass der geschlossene Film auf der gesamten Fläche aufrechterhalten bleibt.
  • Die Grenzflächenverhältnisse zwischen innerer Mantelfläche der Brennkammer und Waschflüssigkeitsfilm können auch durch die Oberfläche der inneren Mantelfläche beeinflusst werden. Dabei sollte diese Oberfläche eine Oberflächenrauhtiefe im Bereich 100 bis 300 µm aufweisen.
  • Die Gestalt der inneren Mantelfläche kann durch die Formgebung der Kammerwand der Brennkammer vorgegeben sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit die äußere Gestalt der Brennkammer unabhängig von der Form der inneren Mantelfläche zu wählen. So kann beispielsweise außen an der Brennerkammer eine Isolation vorhanden sein, die dann auch eine abweichende Form, z.B. die Form eines Zylinders aufweisen kann.
  • Es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass eine konvexe Wölbung ausgehend vom Deckel bis zum Boden der Brennkammer einen konstanten Radius aufweist, es sollen lediglich abrupte Absätze vermieden werden. So kann beispielsweise die innere Mantelfläche einer Parabel folgend gewölbt sein.
  • In einer bevorzugten Ausführung kann die Zuführung für die Waschflüssigkeit einen radial um die Brennkammer umlaufenden Ringkanal aufweisen, dem von außen Waschflüssigkeit mit einem ausreichend großen vorgebbaren Volumenstrom zugeführt wird. Am Ringkanal ist eine in Richtung auf das Innere der Brennkammer weisende Überlaufkante vorhanden, über die die Waschflüssigkeit ablaufen kann. Die Überlaufkante bildet dabei die Oberkante der inneren Mantelfläche.
  • Die Überlaufkante sollte horizontal über den gesamten Umfang ausgerichtet sein, so dass über den gesamten Umfang ein zumindest annähernd konstanter Volumenstrom ablaufen und den Film auf der inneren Mantelfläche ausbilden kann. Es liegt auf der Hand, dass der zugeführte Volumenstrom an Waschflüssigkeit dem über der Überlaufkante ablaufenden Volumenstrom entsprechen soll.
  • Die Waschflüssigkeit sollte über mindestens eine tangential ausgerichtete Zuleitung in den Ringkanal eingeführt wird, so dass im Ringkanal eine Strömung der Waschflüssigkeit mit geringer Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird. Günstiger ist es jedoch zwei sich diametral gegenüberliegender tangential ausgerichteter Zuleitungen an einem Ringkanal vorzusehen. Es können aber auch mehr als zwei solcher Zuleitungen vorhanden sein, die dann möglichst gleiche Winkelabstände zueinander haben sollten.
  • Mehrere Zuleitungen sollten aber auch so ausgerichtet sein, dass die Waschflüssigkeit mit gleicher Strömungsrichtung in den Ringkanal eingeführt wird.
  • Die tangentiale Strömung der Waschflüssigkeit im Ringkanal erfüllt im Wesentlichen die Aufgabe einen ausreichend hohen Füllstand im Ringkanal zu sichern, so dass über die gesamte innere Mantelfläche der Brennkammer ein geschlossener Film ausgebildet wird.
  • Durch eine solche Strömung kann aber auch der Bildung von Anhaftungen und Ablagerungen an der Überlaufkante bzw. im Ringkanal entgegen gewirkt werden.
  • Der Ringkanal kann oben offen sein bzw. die Überlaufkante kann auch durch einen radial umlaufenden Ringspalt gebildet sein.
  • Außerdem sollte eine weitere Zuführung für ein Spülgas vorhanden sein, so dass mit einer Spülgasströmung der Deckel und Brenner sowie auch Prozessabgaszuführungen in der Brennkammer vor Waschflüssigkeit geschützt werden und keine Benetzung erfolgen kann.
  • Mit der Spülgasströmung kann auch eine Kondensatbildung in diesem Bereich verhindert zumindest jedoch behindert werden.
  • Weiterhin werden unerwünschte chemische Reaktionen vermieden, die zu festen Ablagerungen führen. Trotzdem gebildete Feststoffe bleiben trocken und können mit der Spülgasströmung abgeblasen werden, so dass der in das innere der Brennkammer weisende Teil des Deckels frei gehalten werden kann.
  • Dadurch ist auch ein reduzierter Deckeldurchmesser möglich.
  • Als Spülgas können bevorzugt inerte Gase, wie z.B. Stickstoff eingesetzt werden.
  • Die Zuführung für Spülgas in die Brennkammer kann als Ringanordnung von diskret angeordneten Düsen oder Düsenspalte bzw. als umlaufender Ringspalt ausgebildet sein. Die Austrittsöffnung(en) für Spülgas sollten nah bei der Zuführung für die Waschflüssigkeit angeordnet sein. Der Spülgasdruck sollte ausreichen, um eine Benetzung der zu schützenden Teile und Bereiche zu verhindern.
  • Der mindestens eine Brenner kann mit einem Brenngas versorgt werden. Die Brenngaszusammensetzung kann dabei so gewählt werden, dass in der Flamme eine ausreichend hohe Temperatur und für die thermische Behandlung günstige stöchiometrische Verhältnisse erreichbar sind, die die jeweilige Zusammensetzung von zu behandelnden Prozessabgasen berücksichtigen.
  • An Brennern können auch Zündvorrichtungen vorhanden sein, mit denen beispielsweise eine Funkenzündung der Flamme erreichbar ist.
  • Neben mit Brenngasen betriebenen Brennern können aber auch Plasmabrenner eingesetzt werden. Dies können Lichtbogen- oder auch Mikrowellenplasmaquellen sein. Die Auswahl kann unter Berücksichtigung der jeweiligen Volumenströme von zu behandelndem Prozessabgas erfolgen. So sind Lichtbogenplasmaquellen bei größeren Volumenströmen zu bevorzugen.
  • Das zu behandelnde Prozessabgas kann dabei zumindest teilweise direkt in einen Plasmabrenner eingeführt und zur Plasmabildung genutzt werden, so kann ggf. auf die Zuführung zusätzlicher Brenngase verzichtet oder eine reduzierte Zuführung von Gasen erreicht werden.
  • Mit der Erfindung können günstige Verhältnisse für den vollständigen Austrag von bei der Behandlung gebildeten Partikeln, ohne dass Anhaftungen an der inneren Wandung der Brennkammer auftreten sowie für die thermische Behandlung erreicht werden. In letzt genanntem Fall wirken sich die geometrische Gestaltung der inneren Mantelfläche auch thermisch (Verbrennungstemperatur, Kühlung) und bzgl. der Strömungsverhältnisse in der Brennkammer vorteilhaft aus.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann über lange Zeiträume Störungs- und Wartungsfrei betrieben werden. Eine Anpassung an unterschiedliche zu behandelnde Prozessabgase ist in einfacher Form möglich. So besteht die Möglichkeit unterschiedlich konfigurierte Deckel mit entsprechend angepassten Brenner- und Prozessabgaszuführungsanordnungen einzusetzen oder auszutauschen.
  • Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung;
    • Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt mit einer Zuführung für eine Waschflüssigkeit;
    • Figur 3 einen Teil einer Vorrichtung mit einer zentralen Anordnung eines Brenners;
    • Figur 4 einen Teil einer Vorrichtung mit mehreren radial außen angeordneten Brennern;
    • Figur 5 ein schematische Darstellung für eine Anordnung mehrerer Brenner mit Zuführungen für Prozessabgas und
    • Figur 6 eine Vorrichtung mit einem Plasmabrenner.
  • In Figur 1 ist in schematischer Form ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.
  • Dabei ist die Kammerwand der Brennkammer 1 ausgehend vom oben angeordneten Deckel 3 bis hin zum Boden radial nach außen konvex gewölbt, so dass sich eine entsprechende Form auch für die innere Mantelfläche ergibt.
  • Die Gestalt ist auch rotationssymmetrisch um die Längsachse (Strich-Punkt-Linie) der Brennkammer 1 ausgebildet.
  • Unmittelbar unterhalb des Deckels 3 ist eine Zuführung 2 für Waschflüssigkeit angeordnet über die die Waschflüssigkeit im Überlauf zur Ausbildung eines geschlossenen Filmes 11 auf der gesamten inneren Mantelfläche geführt ist. Dadurch wird erreicht, dass der in das innere weisende Teil des Deckels 3 trocken bleibt und von der Waschflüssigkeit nicht benetzt wird.
  • Dies wird durch eine Spülgasströmung noch unterstützt. Dabei wird ein Spülgas über Zuführungen 7 in die Brennkammer 1 eingeführt. Die Zuführungen für Spülgas sind dabei zwischen Zuführung 2 für Waschflüssigkeit und Deckel 3 mit Brenner 4 und Prozessabgaszuführungen 8 angeordnet, so dass auch diese Elemente vor Waschflüssigkeit geschützt sind und trocken gehalten werden können.
  • Das hier gezeigte Beispiel verwendet mehrere Brenner 4, die radial außen in einem Abstand zur Längsachse der Brennkammer 1 angeordnet sind. Zwischen den Brennern 4 also näher an der Längsachse ist mindestens eine, hier aber mehrere Prozessabgaszuführungen 8 angeordnet. Durch die Prozessabgaszuführungen 8 werden zu behandelnde Prozessabgase in die Brennkammer 1 eingeführt, wobei in nicht dargestellter Form bereits eine Vormischung mit einem zusätzlichen für die thermische Behandlung erforderlichen oder diese fördernden Gas oder Gasgemisch erfolgen kann.
  • Eine Vormischung kann auch zu den Brennern 4 vorgesehen werden, in dem zum Beispiel einem Brenngas Prozessabgas zugemischt wird.
  • Wie in Figur 1 deutlich wird sind die Brenner 4 in einem schräg geneigten Winkel jeweils in Richtung auf die zentral angeordnete Längsachse der Brennkammer 1 ausgerichtet, so dass die zu behandelnden Prozessabgase unmittelbar zwischen Flammen der Brenner 4 einströmen und zwingend in deren Einflussbereich gelangen.
  • Aus der Gestalt der inneren Mantelfläche der Brennkammer 1 ergibt sich ausgehend vom Deckel eine kontinuierliche Vergrößerung der lichten Weite, bis diese ein Maximum erreicht. Dieses Maximum kann beispielsweise in der Mitte zwischen Deckel 3 und Boden der Brennkammer 1 angeordnet sein. Von da aus reduziert sich die lichte Weite in Richtung Boden wieder.
  • Am Boden ist eine Abführung 5 für Partikel enthaltende Waschflüssigkeit und die thermisch behandelten Abgase vorhanden.
  • Beim hier gezeigten Beispiel ist an der Abführung 5 zusätzlich eine Sprühdüse 10 vorhanden, deren Sprühstrahl orthogonal zur Längsachse der Brennkammer 1 ausgerichtet ist. Der Sprühstrahl kann aber auch vertikal oder schräg nach oben geneigt gerichtet sein.
  • Die Sprühdüse 10 ist bevorzugt als Zweistoffdüse für ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch ausgebildet.
  • Mit Hilfe des Sprühstrahles können bis dahin noch nicht von der ablaufenden Waschflüssigkeit aufgenommene Partikel aus dem Abgas entfernt und, wie gezeigt einem Nassabscheider zugeführt werden. Außerdem kann bei der Behandlung gebildeter Dampf kondensiert und mit der Waschflüssigkeit abgeführt werden.
  • Die mit Partikeln kontaminierte Waschflüssigkeit kann in nicht dargestellter Form einem Feststoffabscheider zu und anschließend frei von Partikeln im Kreislauf rückgeführt werden.
  • Bei den nachfolgend beschriebenen Figuren sind die gleichen Bezugszeichen für gleiche Elemente, wie bei Figur 1 verwendet worden.
  • In Figur 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt am äußeren oberen Rand einer Vorrichtung mit Zuführung 2 für Waschflüssigkeit gezeigt.
  • Dabei ist unmittelbar unterhalb des Deckels 3 ein umlaufender Ringkanal 2' vorhanden in den Waschflüssigkeit zugeführt wird, so dass er beim Betrieb der Vorrichtung immer ausreichend gefüllt ist, um zu gewährleisten, dass über den gesamten Umfang Waschflüssigkeit über eine ebenfalls umlaufende Überlaufkante 2'', die am Ringkanal 2' vorhanden ist, ablaufen und den geschlossenen Film 11 auf der gesamten inneren Mantelfläche der Brennkammer 1 ausbilden kann, ohne dass dabei auf die Waschflüssigkeit außer der Gravitationskraft weitere Kräfte ausgeübt werden.
  • In Figur 2 ist außerdem eine Zuführung 7 für ein Spülgas dargestellt. Die Zuführung 7 ist ebenfalls radial außen angeordnet, so dass zwischen Zuführung 2 für Waschflüssigkeit und Deckel 3 eine Spülgasströmung ausgebildet ist, die den Deckel 3 mit den weiteren an ihm angeordneten Elementen vor einer Benetzung durch Waschflüssigkeit schützt.
  • Das Spülgas gelangt hier durch einen umlaufenden Ringspalt in die Brennkammer 1, der unmittelbar unterhalb des Deckels 3 angeordnet ist, so dass ein Spülgasfilm entlang des nach innen weisenden Teil des Deckels 3 ausgebildet wird, der das Anhaften von Partikeln oder anderen Feststoffen verhindert, zumindest jedoch behindert und ggf. anhaftende Feststoffe auch abgeblasen werden können.
  • Als Spülgas kann bevorzugt Stickstoff oder auch Druckluft eingesetzt werden.
  • Figur 3 zeigt eine andere mögliche Anordnung von Brenner 4 und Prozessabgaszuführungen 8. Hier ist ein Brenner 4 zentral auf der Längsachse der Brennkammer 1 angeordnet. In einem Abstand zum Brenner 4 sind radial weiter außen zwei oder auch mehr als zwei Prozessabgaszuführungen 8 angeordnet. Die Anordnung sollte symmetrisch sein.
  • Dabei sind die Prozessabgaszuführungen 8 und demzufolge auch die Strömungsrichtung der in die Brennkammer 1 eingeführten Prozessabgase schräg in Richtung auf die Längsachse der Brennkammer 1 und dementsprechend in die Flamme des Brenners 4 gerichtet.
  • Mit den Figuren 4 und 5 sollen mögliche Anordnungen mehrerer Brenner 4 und Prozessabgaszuführungen 8 aufgezeigt werden.
  • Dabei bilden insgesamt vier Brenner 4 eine quasi Ringanordnung um ebenfalls vier in Sternform diskret zueinander angeordnete Prozessabgaszuführungen 8. Die Brenner 4 und dementsprechend auch ihre jeweiligen Flammen sind schräg nach innen und unten gerichtet, so dass die Flammen einen "Kranz" bilden, in den die zu behandelnden Prozessabgase und ggf. zusätzliche für die thermische Behandlung erforderliche bzw. diese fördernde Gase zwischen den Flammenkranz in die Brennkammer 1 eingeführt werden und dann zwangsweise in den Einflussbereich der Flammen gelangen.
  • Die Brenner 4 und auch die Prozessgaszuführungen 8 sind jeweils zueinander äquidistant und in jeweils gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet.
  • Mit Figur 5 wird ferner deutlich, wie zwei Zuleitungen 6 für Waschflüssigkeit angeordnet und ausgerichtet sein können, über die Waschflüssigkeit in den Ringkanal 2' einströmen kann, um eine nahezu konstante Befüllung des Ringkanals 2' über seinen gesamten Umfang zu erreichen.
  • In Figur 6 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem ein Plasmabrenner 4 und analog zum in Figur 3 gezeigten Beispiel mehrere Prozessabgaszuführungen 8 angeordnet und ausgerichtet sind.

Claims (19)

  1. Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Schadstoffe enthaltenden Prozessabgasen, mit einer Brennkammer (1) in deren oben angeordneten Deckel (3) mindestens ein Brenner (4) mit einer Prozessabgaszuführung (8) angeordnet ist, einer Zuführung (2) für Waschflüssigkeit, die einen Film (11) für die Abführung von Partikeln auf der inneren Wandung der Brennkammer ausbildet und einer am Boden der Brennkammer angeordneten Abführung (5) für Abgas und Waschflüssigkeit,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zuführung (2) für die Waschflüssigkeit unmittelbar unterhalb des Deckels (3) angeordnet und so ausgebildet ist, dass sich ein geschlossener Film (11) auf der gesamten inneren Mantelfläche der Brennkammer (1) ausschließlich gravitationskraftbedingt ausbildet und
    der in das Innere der Brennkammer (1) weisende Teil des Deckels (3) mit Brenner(n) (4) von der Waschflüssigkeit nicht benetzt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelfläche der Brennkammer (1) ausgehend vom Deckel (3) bis hin zur Abführung (5) eine nach außen konvex geformte, um die Längsachse der Brennkammer (1) rotationssymmetrische Gestalt aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (2) für Waschflüssigkeit mit einem radial umlaufenden Ringkanal (2') und einer in Richtung auf das Innere der Brennkammer (1) weisenden Überlaufkante (2'') ausgebildet ist und die Überlaufkante (2'') die Oberkante der inneren Mantelfläche bildet.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ringkanal (2') mindestens eine tangential ausgerichtete Zuleitung (6) für Waschflüssigkeit angeschlossen ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Deckel (3) und Zuführung (2) für Waschflüssigkeit) Zuführungen (7) für eine den Deckel (3) und/oder Brenner (4) vor Waschflüssigkeit schützende Spülgasströmung angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (7) für ein Spülgas als radial umlaufender Ringspalt oder als diskret zueinander angeordnete Spalte an der Brennkammer (1) ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Brenner (4) ein Brenngas zu geführt wird.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem/den Brenner(n) (4) eine Zündvorrichtung vorhanden ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Brenner (4) ein Plasmabrenner ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Brenner (4) eine Lichtbogenplasma- oder Mikrowellenplasmaquelle ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Prozessabgases dem mindestens einen Brenner (4) zugeführt wird.
  12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Prozessabgaszuführungen (8) in einem schräg in Richtung auf eine Flamme oder das Plasma eines Brenners (4) geneigten Winkel ausgerichtet sind.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Flammen von Brennern (4) in schräg geneigten Winkeln in Bezug zu mindestens einer Prozessabgaszuführung (8) ausgerichtet sind.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Brenner (4) und/oder Prozessabgaszuführungen (8) jeweils symmetrisch in Bezug zur Längsachse der Brennkammer (1) angeordnet sind.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Brenner (4) jeweils radial außen in Bezug zu mindestens einer Prozessabgaszuführung (8) angeordnet sind.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelfläche der Brennkammer (1) kontinuierlich gewölbt ist.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Bodens der Brennkammer (1) oder an der Abführung (9) für Waschflüssigkeit und Abgas eine Sprühdüse (10) angeordnet ist.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüse (10) als Zweistoffdüse für ein Gas-Flüssigkeitsgemisch ausgebildet ist.
  19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der inneren Mantelfläche der Brennkammer (1) eine Oberflächenrauhtiefe von 100 bis 300 µm aufweist.
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