EP4327019A1 - Thermische rohgasbehandlungsvorrichtung - Google Patents

Thermische rohgasbehandlungsvorrichtung

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Publication number
EP4327019A1
EP4327019A1 EP22719506.2A EP22719506A EP4327019A1 EP 4327019 A1 EP4327019 A1 EP 4327019A1 EP 22719506 A EP22719506 A EP 22719506A EP 4327019 A1 EP4327019 A1 EP 4327019A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
raw gas
combustion chamber
modules
thermal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22719506.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Björn Beeh
Erhard Rieder
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.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
Publication of EP4327019A1 publication Critical patent/EP4327019A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/66—Preheating the combustion air or gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2204/00—Supplementary heating arrangements
    • F23G2204/10—Supplementary heating arrangements using auxiliary fuel
    • F23G2204/103—Supplementary heating arrangements using auxiliary fuel gaseous or liquid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2900/00—Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/50001—Combination of two or more furnaces

Definitions

  • the present invention relates to a thermal raw gas treatment device that can be used, for example, as a thermal exhaust air purification system (TAR) or thermal post-combustion system (TNV).
  • TAR thermal exhaust air purification system
  • TSV thermal post-combustion system
  • Such thermal raw gas treatment devices can be used, for example, to clean pollutants from exhaust air from a workpiece processing plant (e.g. body painting plant), for lean gas combustion (e.g. in landfill or biogas environments, etc.), to generate inert gas, for example for the desorption of Zeolite concentrators, but can also be used for various other purposes or other systems.
  • a thermal exhaust air cleaning (TAR) should usually comply with the applicable statutory
  • TAR systems consist of a burner and a combustion chamber, with the combustion chamber having to be designed very complex and costly for high combustion temperatures (e.g. use of high-quality steel).
  • the conventional TAR systems often have to be replaced/exchanged, which is very complex and expensive.
  • the TAR system must be designed for maximum values, which places considerable demands on the partial load capacity of the systems in the event of major fluctuations in the volume flows and/or their pollutant loads.
  • a combination of the air volume to be treated and the emission values to be complied with that is satisfactory over the entire range is often technically impossible to achieve or can only be achieved with a certain amount of effort in the burner control.
  • the thermal raw gas treatment device has several burner modules, each of which has a combustion chamber with a combustion chamber for treating a raw gas therein, a burner connected to the combustion chamber for burning pollutants contained in a raw gas to be cleaned (e.g. oxidation of hydrocarbons in exhaust air from a dryer system), have a raw gas input for introducing the raw gas to be cleaned through the burner into the combustion chamber and have a clean gas outlet for discharging a cleaned clean gas.
  • the several raw gas inlets of the several burner modules can optionally be connected individually or in groups to a respective raw gas supply line, and the several clean gas outlets of several burner modules can optionally be connected individually or in groups to a respective clean gas outlet line.
  • the multiple burner modules are each coupled to one another via connecting flanges, with at least some of the connecting flanges of the multiple burner modules each having a through opening through which the combustion chambers of the combustion chambers of the respective burner modules coupled to one another are connected to form a common combustion chamber.
  • the proposed modularity of the thermal raw gas treatment device offers several advantages.
  • the modularity enables performance adjustments, maintenance, cleaning and repairs of the TAR system with less effort, since individual burner modules can be added or removed relatively easily and can preferably also be controlled individually.
  • the presence of the multiple burners in the modular device also provides a redundant burner function, which can ensure reliable operability of the TAR system.
  • the individual active burner modules can be swapped over in partial-load operation, i.e. preferably operated alternately, so that the loads on the multiple burners can be evened out.
  • the proposed coupling of the combustion chambers of the combustion chambers to form a common combustion chamber allows gas exchange between the individual burner modules and thus uniform heating.
  • a common combustion chamber for example, the required scavenging / Pre-ventilation done together for the common combustion chamber of all combustion chambers.
  • This connection of the combustion chambers can optionally also be designed in such a way that the passage openings can each be shut off by a shut-off element (eg a flap or a slide).
  • the entire device can also be preheated to the required minimum reaction temperature (e.g. about 750°C) for safe/effective treatment of the raw gas, for example with only one burner as a heating burner.
  • the raw gas treatment device for heating the common combustion chamber to the minimum reaction temperature also has at least one heating device (e.g. an electrical or electromagnetic heating device or a switchable high-temperature heat source of another type such as a heating burner) for heating the common combustion chamber of the burner modules coupled to one another , which is coupled in the area of the common combustion chamber, for example, to the combustion chamber of one of the several burner modules.
  • the raw gas treatment device preferably contains only a single heating device, which is sufficient if all the combustion chambers have a common combustion space.
  • the heater includes safety technology for monitoring the presence of a flame (e.g., a flame detection photocell).
  • a flame detection photocell e.g., a flame detection photocell.
  • the several burner modules each also have a gas inlet for introducing a fuel (e.g. natural gas) into the respective burner, so that the raw gas to be cleaned can then be introduced together with the fuel into the combustion chamber of the respective combustion chamber.
  • a fuel e.g. natural gas
  • the multiple burner modules each also have an access for introducing a liquid fuel and preferably a suitable injection device for injecting the liquid fuel into the respective burner.
  • a valve device for selectively opening or closing and optionally also for throttling the respective raw gas inlet is provided at the crude gas inlets of the several burner modules, with the valve devices being controllable independently of one another.
  • a total air volume of the raw gas to be cleaned can be distributed over a suitable number of existing burner modules, so that the individual burners of the burner modules used are each supplied with at least a minimum air volume and at most a maximum air volume for burner operation.
  • gas inlets for fuel such valve devices are preferably also provided for selectively opening or closing and optionally also for throttling the respective gas inlet.
  • the burners of the multiple burner modules can preferably be controlled independently of one another individually or in groups, so that the multiple burners can be put into operation or configured individually or in groups.
  • This measure can, for example, reduce the number of activated burners when the total air volume of the raw gas to be cleaned is lower, so that the individual burners can be operated in favorable operating ranges and energy can also be saved.
  • exhaust air can also be treated in this way without gas admixture, such as when operating with a concentration plant.
  • the function as a heating burner can be reduced to just one burner or at least a reduced number of burners as a result of the combustion chambers connected to one another, as a result of which energy can also be saved.
  • individual burner modules can be switched off and variable power provision can thus be achieved.
  • the following mode of operation is also recommended in this context, especially when operating the raw gas treatment device with a concentrator.
  • the exhaust air from the concentrator which can also be above 25% LEL without the addition of gas, is introduced via the burner of one of the several burner modules, while the burner of another burner module is supplied with a mixture of exhaust air from the concentrator and gas is operated, which can be particularly advantageous in a concentrator that is operated in the so-called split mode.
  • bypass module of the raw gas treatment device energy for heating desorption are made available or the air conditions are regulated in such a way that the recuperated air from the burner has the required temperature for desorption (for zeolite, for example, 200°C to 220°C).
  • the individual burners can also be designed and controlled in multiple stages.
  • the stages can be constructed, for example, from ring-like, segment-like (particularly circular and/or radially segmented) and/or burner elements grouped in patterns and can preferably be controlled independently of one another. Provision can also be made here for the stages to have identical or at least partially different numbers of burner elements.
  • the thermal raw gas treatment device also has at least one air volume detection device for detecting a total air volume of the raw gas to be cleaned.
  • the TAR system can independently adapt the operation to the amount of raw gas to be cleaned.
  • the at least one air quantity detection device can have, for example, differential pressure sensors across one burner in each case or a differential pressure sensor across all burner modules or a flow rate sensor in a common raw gas supply line.
  • the burner modules are carried on a common base frame, with at least one of the several burner modules being mounted on the base frame via a plain bearing. Thermal expansion of the respective burner modules can be compensated for with the help of the slide bearings and the burner modules can be easily pulled apart or pushed together for maintenance, cleaning and repair work.
  • An extension frame is preferably also attached to the base frame, via which the burner modules can be pushed apart by means of the slide bearings, so that the possible range of movement is increased and additional burner modules can be added more easily.
  • the burner of at least one burner module has an integrated heat transfer system for heat transfer from the outflowing clean gas to the inflowing raw gas and/or inflowing fuel. That is, the burner is designed as a recuperative burner. Preferably all or most Burner of the modular crude gas treatment device designed as a recuperative burner. In this context, the invention is not limited to any specific construction of the heat transfer system integrated in/on the burner.
  • recuperative burners means that an additional measure for heat recovery in the combustion chambers can also be dispensed with, or it can at least be made significantly smaller in relation to an embodiment of the modular raw gas treatment device without recuperative burners.
  • At least one burner module of the plurality of burner modules also has a hot gas outlet for discharging a hot gas from the respective combustion chamber, which can be connected to a hot gas line.
  • This burner module can be referred to as a "bypass module".
  • By discharging hot gas from the combustion chambers it is possible to extract energy from the combustion chamber to avoid overheating, or to supply additional energy from the combustion chamber to the clean gas and/or other heat exchangers (e.g. to heat up the workpiece processing system).
  • Such a bypass module is preferably mounted directly (i.e. without plain bearings) on the base frame, and the burner of such a bypass module can preferably be designed to be less or not recuperative.
  • the burners are each connected to the top of the respective combustion chamber and protrude downwards into the respective combustion chamber. This is particularly advantageous when the burners have integrated heat transfer systems. At high temperatures, the overhead burners can expand slightly vertically downwards into the combustion chambers without affecting their functionality and without changing, in particular reducing, the distances between the burners or elements of the heat transfer systems and without experiencing forces against them. In addition, this design can also promote the settling of solids and/or condensates from the raw gas, which can occur, for example, with certain paint systems as part of the combustion process.
  • a discharge device arranged essentially below for the permanent or phased discharge of solids and/or condensates be provided.
  • a discharge device can include, for example, a mechanical conveying device (eg a screw conveyor), a suction device and/or a rinsing device.
  • the burners can also hang from the bottom of the combustion chambers and protrude upwards into the combustion chambers and expand vertically upwards somewhat at high temperatures.
  • the discharge device for the permanent or phased discharge of solids and/or condensates is preferably provided in an additional module.
  • At least one of the several burner modules has an injection device for injecting an additive for the cleaning process of the raw gas into the respective combustion chamber.
  • the additive is, for example, an auxiliary for selective non-catalytic reduction (SNCR), for example for cleaning nitrogen-containing raw gases.
  • At least one of the several burner modules has one or more temperature detection devices (e.g. temperature sensors such as thermocouples, IR sensors, pyrometers, etc.) for temperature detection in the respective combustion chamber, in the passage opening to the adjacent combustion chamber and/or nearby the respective burner.
  • the arrangement close to the burner means an arrangement at a distance of preferably about 50 to 500 mm from the end of the respective burner.
  • This temperature measurement can be used, for example, to monitor and/or regulate the operating states of the burners.
  • the burners can preferably also each have a thermocouple for controlling the burner temperature (e.g. by controlling the fuel).
  • the burners of the burner modules each have a substantially circular or elliptical or polygonal (eg rectangular, hexagonal, octagonal) cross-sectional shape, which provides advantages in terms of flow technology, particularly in the case of recuperative burners.
  • the modular thermal raw gas treatment device can also have at least one additional module without its own burner, which is coupled between two of the several burner modules and whose interior is connected via through-openings to the combustion chambers of the adjacent combustion chambers to form a common interior.
  • the additional module has at least one additional function for the raw gas treatment device, which is selected from: (a) increasing the common combustion space of the combustion chambers; (b) Compensating for dimensional changes (in particular thermally induced changes in length) of the device; (c) heat transfer from the clean gas in the common interior space to another fluid outside the device;
  • the thermal raw gas treatment device can also have at least one additional module without its own burner, which is coupled to an exterior of the plurality of burner modules.
  • This additional module also has at least one additional function that is selected from:
  • the raw gas thermal treatment apparatus of the invention can be configured in various structural forms, which are preferable depending on the application.
  • the burner modules each have a substantially rectangular cross-sectional shape such that they can be coupled together along a substantially straight line to form an apparatus having a substantially rectangular overall cross-sectional shape.
  • the burner modules each have a pie-shaped cross-sectional shape so that they can be coupled together along a substantially circular line to form a device having a substantially circular or polygonal overall cross-sectional shape.
  • the invention also relates to a workpiece processing system which, in addition to a process chamber for accommodating workpieces to be processed, the process chamber being connected to at least one exhaust air line for discharging exhaust air to be cleaned from the process chamber, also has at least one thermal raw gas treatment device of the invention as described above, wherein the raw gas inputs of the several burner modules are each connected to one of the at least one exhaust air line.
  • the thermal raw gas treatment device according to the invention can also be used particularly advantageously on workpiece processing systems for drying and/or curing painted/coated/bonded workpieces, especially in the field of continuous dryers, continuous hardening systems, chamber dryers and chamber hardening systems in which painted and/or bonded bodies or body parts can be dried and/or cured, without the invention being restricted to this specific field of application.
  • the thermal crude gas treatment device can, for example, also be used advantageously for lean gas combustion (eg in the landfill or biogas environment, etc.) or for the generation of inert gas, for example for the desorption of zeolite concentrators.
  • the operation of the above-described thermal raw gas treatment device of the invention preferably has one or more of the following steps in addition to the usual operating modes: (a) putting a number of burner modules into operation corresponding to the raw gas quantity to be treated; (b) switching off at least one of the plurality of burner modules if a raw gas quantity falls below a predetermined limit value; (c) operating the burner modules alternately in partial load operation;
  • the common combustion chamber by starting up the burner of one of the several burner modules as heating burners or by operating the other heating device, if available, are supplied with thermal energy in the area of the common combustion chamber in order to reach the minimum operating temperature or to reach it again.
  • a temperature limit minimum operating temperature, preferably an adjustable minimum operating temperature, in particular a minimum reaction temperature
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a modular raw gas thermal treatment device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a perspective side view (with the side left open as viewed from the direction) of the modular raw gas thermal treatment device of FIG. 1 according to a possible embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a bottom view (with the underside left open, viewed from the direction of view) of the modular raw gas thermal treatment device of FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a more detailed representation of the lower part of the perspective side view of the modular thermal raw gas treatment device of FIG. 2;
  • FIG. 7A shows a cross-sectional view of a modular raw gas thermal treatment device according to a second exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 7B is a perspective view of the modular raw gas thermal processor of FIG. 7A; 8 shows an application example of the modular thermal crude gas treatment device of the invention in a workpiece processing system;
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of a modular raw gas thermal treatment device according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side perspective view (viewed with the side left open) of the modular raw gas thermal treatment apparatus of FIG. 9 in accordance with a possible embodiment of the present invention.
  • the raw gas treatment device is used as a thermal exhaust air cleaning device (TAR), which is why it is often referred to below as a TAR or TAR system.
  • TAR thermal exhaust air cleaning device
  • the thermal exhaust air purification device (TAR) 10 is of modular design and contains a plurality of burner modules 12n (in FIG. 1 four burner modules 12a, 12b, 12c, 12d are contained by way of example).
  • the burner modules 12n each contain a combustion chamber 14n with a combustion chamber in it and a burner 19 that preferably hangs at the top and protrudes vertically downwards into the combustion chamber 14n.
  • the combustion chambers 14n each have a burner connection flange 18 for connecting the burner 19 and connection flanges 15 for coupling adjacent combustion chambers 14n and/or end flanges 17 on the outer burner modules 12n to close off the TAR 10.
  • the connecting flanges 15 have through openings 16 in order to connect the combustion chambers of the adjacent combustion chambers 14n to form a common combustion chamber , so that a gas exchange can take place between the combustion chambers and thus a common combustion chamber with even heating is created.
  • the passage openings 16 shut-off devices (E.g. in the form of flaps or slides) to be able to shut off part or all of the through-openings 16 if necessary.
  • the burners 19 each preferably protrude from top to bottom into the respective combustion chamber or its combustion space. This can promote the settling of solids and/or condensates from the raw gas in the combustion chambers.
  • discharge devices are preferably provided in the lower region of the combustion chambers 14n for permanent or phased removal of the deposited solids and/or condensates, although not shown.
  • the discharge devices can include, for example, mechanical conveying devices (e.g. screw conveyors), suction devices and/or rinsing devices.
  • the overhead burners 19 can expand slightly vertically downwards into the combustion chambers 14n at high temperatures without impairing their functionality and without increasing the distances between the burners 19 (or elements of the heat transfer systems 29 of the burners 19, which are specified later and are preferably present). to reduce and experience without forces against you.
  • the burners 19 are preferably designed as recuperative burners and each have a raw gas inlet 21 for introducing a raw gas to be cleaned from a raw gas supply line 20 through the burner 19 into the combustion chamber 14n, a gas inlet 13 for introducing a fuel into the burner 19 and a clean gas outlet 22 for Discharging a cleaned clean gas from the combustion chamber 14a through the burner 19n into a clean gas discharge line 23.
  • the burners 19 can optionally also have an access for introducing a liquid fuel, preferably combined with a suitable injection device for injecting the liquid fuel into the respective burner.
  • the burners 19 preferably have a round or elliptical or polygonal (for example, rectangular, hexagonal, octagonal) cross-sectional shape for fluidic advantages.
  • the burners 19 also each have an integrated heat transfer system 29 for heat transfer from the outflowing clean gas to the inflowing raw gas and the inflowing fuel.
  • the invention is not limited to any specific embodiment of this heat transfer system 29 .
  • the heat transfer system 29 protrudes, for example, so far into the passage opening (eg about 50 to 100 mm) that the clean gas to be recirculated can flow back into the heat transfer system.
  • the raw gas inputs 21 of the burner modules 12n are all connected to a common raw gas supply line 20 in FIG. 1, for example; depending on the application, the raw gas inputs 21 can alternatively also be connected individually or in groups with two or more raw gas supply lines.
  • At least one combustion chamber 14d of the plurality of burner modules 12n can optionally also have a hot gas outlet 24 to which a hot gas discharge line 25 can be connected.
  • the hot gas discharge line 25 is routed to the clean gas discharge line 23, for example, so that the clean gas is slightly heated again after the heat has been emitted in the heat transfer systems 29 of the burners 19.
  • the hot gas discharge line 25 and the clean gas discharge line 23 can be equipped with flow controllers 27a, 27b for controlling the temperature of the clean gas.
  • the hot gas discharge line 25 can also be routed to any heat exchangers of the respective workpiece processing system.
  • the burner module 12d with the combustion chamber 14d with hot gas discharge can be referred to as a bypass module, for example.
  • the burner 19 of the bypass module 12d can also be designed to be less recuperative or non-recuperative, or the bypass module 12d can also be designed without its own burner.
  • the burners 19 of the multiple burner modules 12n can be controlled/operated independently of one another.
  • At least one temperature detection device e.g. a temperature sensor such as a thermocouple, IR sensor, pyrometer, resistance thermometer
  • at least one temperature detection device 34a in a combustion chamber 14n for detecting a temperature in the Combustion chamber, at least one temperature detection device 34b in a through opening 16 for detecting a temperature in the combustion chamber
  • at least one air volume detection device 28 for detecting a current crude gas air volume to be cleaned
  • several valve devices 26n the burner modules 12n in each case for selectively opening or closing and optionally also for throttling the respective raw gas inlet 21 and the respective gas inlet 13.
  • the temperature detection devices 34a, b, c are only shown individually in Fig. 1 for the sake of better clarity, but are preferably provided several times .
  • the air quantity detection device 28 is indicated in FIG. 1 by way of example as a flow rate sensor in the raw gas supply line 20; alternatively, the air quantity detection device can also have a plurality of differential pressure sensors across one burner in each case or a differential pressure sensor across all burner modules. If a temperature detection device 34c is present near a burner 19, as indicated in FIG. 1, the respective burner 19 is preferably equipped with a thermocouple 62 for controlling the burner temperature (eg by controlling the fuel).
  • the individual burners 19 can also be designed and controlled in multiple stages.
  • the stages can be constructed, for example, from burner elements that are ring-like, segment-like (particularly circular and/or radially segmented) and/or arranged in patterns, and can preferably be controlled independently of one another. Provision can also be made here for the stages to have identical or at least partially different numbers of burner elements.
  • the modular TAR 10 can have any number of burner modules 12n.
  • the modularity makes it easy to add additional burner modules or remove individual burner modules as required.
  • the burner modules 12n can in principle be designed for any amount of air.
  • other additional modules can be added if required, as described later with reference to FIGS. 5A to 6D.
  • the burners 19 are preferably each connected to the top of the combustion chambers 14n and project downward into the combustion chambers 14n or their combustion chambers. It is also shown in Fig. 2 that the burner modules 12n are carried on a base frame 30, which also has an extension frame 32 can be added. As shown in FIG. 4, the burner modules 12a, 12b, 12c, 12e are each mounted on the base frame 30 via a plain bearing 31, while the one bypass module 12d is attached directly to the base frame 30. Thermal expansions of the burner modules 12n can be compensated for by the slide bearings 31 .
  • the burner modules 12n can be pulled apart or pushed together more easily by the slide bearings 31, for example for maintenance, cleaning and repair work, which is also supported by the extension frame 32.
  • the sliding bearings 31 and the extension frame 32 also make it easier to remove or exchange individual burner modules from the TAR 10 or to add additional burner modules to the TAR 10.
  • one of the several burner modules 12n in particular the outer burner module on the edge of the TAR 10 can optionally be equipped with an injection device 35 for injecting an additive into the respective combustion chamber 14n or the common combustion chamber .
  • the additive for example, the cleaning of the raw gas in the TAR 10 can be supported / promoted, especially if the raw gas contains specific pollutants or pollutant concentrations.
  • liquid fuels or organically loaded liquids can also be added.
  • TAR according to the invention can also contain further special features or omit some of the special features explained above.
  • the burner modules 12n can be designed for different raw gas air quantities, for example between 100 and 2000 Nm 3 /h, preferably between 250 and 1500 Nm 3 /h, particularly preferably for example for about 500 Nm 3 /h or about 1000 Nm 3 /h per burner module .
  • the total air volume of the TAR 10 is of course a multiple of the air volume per burner module 12n.
  • all or only individual burner modules 12n are activated, depending on the preselection.
  • the control of the individual burners 19 is then modulated until the Minimum air volume or the maximum air volume per burner 19 is reached. For example, if the minimum air volume of one or more burners 19, which is detected using the air volume detection device 28, is not reached, one of the burner modules can be put out of operation by first shutting off the respective valve device for the fuel inlet and then after flushing the burner 19 to remove the remaining Gases from the burner also shuts off the raw gas inlet.
  • the burners 19 of the remaining burner modules 12n then also take over the raw gas volume of the burner module that has been put out of operation, so that the minimum air volume for proper operation is not fallen short of in each case.
  • the operation of the other burner modules can preferably be prepared from 80-90% of the maximum air volume. Due to the connected combustion chambers 14n, however, no pre-ventilation of the burner modules 12n to be newly put into operation is required, so that the reaction time to changes in air quantity can be reduced to a minimum.
  • This mode of operation of the TAR 10 which is made possible by the modularity, achieves energy savings and a performance adjustment to the current raw gas air quantity, since not all burner modules always have to be in operation.
  • the combustion chambers 14n By connecting the combustion chambers 14n to form a common combustion chamber, it is possible to preheat the entire TAR 10 to the required minimum reaction temperature using only one burner 19 as a heating burner. Even if the minimum reaction temperature in the common combustion chamber is not reached or is undershot, the common combustion chamber can be supplied with thermal energy by starting up a burner as a heating burner 19 in order to reach or maintain the minimum reaction temperature again. The scavenging and pre-aeration processes also take place across the entire combustion chamber, so that the time required can be significantly reduced compared to conventional TAR systems.
  • the multiple burner modules 12n can be operated with fresh air in order to provide additional energy.
  • the remaining burner modules 12n continue to be operated with the raw gas to be cleaned. This procedure can also be used, for example, to reduce the increased energy requirement during a heating process of the workpiece processing system by keeping more in operation Cover burner modules 12n.
  • hot gas for heating the dryer can be taken from the TAR 10 in particular through the bypass module 12d.
  • the operation of the TAR 10 can preferably have one or more of the following steps in addition to the usual operating modes of conventional TARs: (a) commissioning of a number of the burner modules 12n corresponding to the raw gas quantity to be treated; (b) switching off at least one of the plurality of burner modules 12n if a crude gas quantity falls below a predetermined limit value; (c) operating the burner modules 12n alternately in partial load operation; (d) purging the common combustion chamber of adjacent combustors 14n; (e) pre-aerating the common combustion chamber of adjacent combustors 14n; (f) after a burner module 12n has been switched off, flushing of the respective burner 19 with air without fuel admixture; and (g) operating some of the burner modules 12n with a supply of raw gas to the burner 19 and another part of the burner modules 12n with a supply of fresh air to the burner 19.
  • FIGS. 5A to 5F several different execution variants of the modular thermal crude gas treatment device described above will now be explained.
  • the same or corresponding components of the device are identified with the same reference numbers as in FIG. Even if a few elements/features (e.g. 34c, 62) of the exemplary embodiment of FIGS. 1-4 are not shown in FIGS. 5A-F for the sake of better clarity, these are of course all present or can be used optionally in combination with these exemplary embodiments .
  • the thermal raw gas treatment devices 10 of these variants each contain an additional module 36n without its own burner, which is coupled between two of the several burner modules 12n.
  • the connection flanges of the additional modules 36n are each provided with through-openings 16, so that the interior spaces of the additional modules 36n are connected to the combustion spaces of the adjacent combustion chambers 14n and thus form common interior spaces.
  • the additional module 36a contains no special additional elements, but only an interior space through which the volume of the common Same combustion space of the combustion chambers 14n of the multiple burner modules 12a-d is expanded.
  • one or more compensation elements 37b are provided on the walls of the additional module 36b in the direction of connection between the two adjacent burner modules 12c and 12d, which can compensate for a thermally induced change in the dimensioning of the burner modules 12n, so that the overall size of the device 10 can be kept essentially the same even under high temperature loads.
  • the additional module 36c contains a heat exchanger element 37c, via which at least part of the heat from the clean gas in the common interior space of the plurality of burner modules 12a-d and the additional module 36c can be transferred to any other fluid outside the device 10.
  • a heat exchanger element 37c via which at least part of the heat from the clean gas in the common interior space of the plurality of burner modules 12a-d and the additional module 36c can be transferred to any other fluid outside the device 10.
  • intermediate thermal oil circuits for heating systems, ORC working media, process gases (e.g. drying air, desorption air, etc.) or the like can be heated in this way.
  • the additional module 36d contains several heat storage and/or catalyst elements 37d, which can absorb part of the thermal energy from the clean gas in the common interior space and/or have a catalyst function for treating the raw gas.
  • the heat thus stored can be used, for example, for alternative or additional regenerative processes, to improve the restart properties of the device 10 and the like.
  • the additional elements 37d of this additional module 36d can also be used to adsorb or absorb pollutants (e.g. CO2) from the shared interior.
  • pollutants e.g. CO2
  • the additional module 36e contains at least one discharge element 37e in the lower area for discharging fluids and/or particles (e.g. solids, condensates) from the common interior space. This discharge can be used to clean the modular TAR 10 and to treat the raw gas to be cleaned more effectively.
  • fluids and/or particles e.g. solids, condensates
  • the additional module 36f contains an injection element 37f for injecting additives into the common interior space. That Additive is, for example, an auxiliary for selective non-catalytic reduction (SNCR), for example for cleaning nitrogenous raw gases.
  • SNCR selective non-catalytic reduction
  • additional injection elements on the burner modules 12n can be dispensed with, particularly if the combustion chambers of all the burner modules 12n are connected to one another and to the interior of the additional module 36f to form a common interior.
  • additional module 36n While only one additional module 36n is coupled into the modular thermal raw gas treatment device 10 in FIGS. 5A to 5F, two or more additional modules 36n can optionally also be coupled into the device between two burner modules 12n. In the case of several additional modules 36n, these can contain different or the same additional functions for the device 10. While in FIGS. 5A to 5F the additional modules 36n each contain only one additional function, additional modules with several additional functions can optionally also be used. In addition to the additional functions described with reference to FIGS. 5A to 5F, the person skilled in the art will also recognize further additional functions for the modular device 10 which can be provided by additional modules.
  • the additional module can also include a hot gas discharge line, so that none of the burner modules 12n has to be designed as a bypass module.
  • FIGS. 6A to 6D several different further embodiment variants of the modular thermal raw gas treatment device described above will now be explained.
  • the same or corresponding components of the device are again identified with the same reference numbers as in FIG.
  • the thermal raw gas treatment devices 10 of these embodiment variants each contain an additional module 38n without its own burner, which is coupled to an outer one of the several burner modules 12n.
  • these outer additional modules 38n can have the same additional functions as the inner additional modules 36n described above.
  • the additional module 38a does not contain any special additional elements, but only an interior space, through which the volume of the common combustion chamber of the combustion chambers 14n of the plurality of burner modules 12a-d is expanded.
  • the additional module 38b contains a heat transfer element 39b which protrudes into the common combustion chamber of the burner modules 12n in order to transfer at least part of the heat from the clean gas to some other fluid outside the device 10.
  • the additional module 38c contains an injection element 39c, which protrudes into the combustion chambers of the plurality of burner modules 12n in order to inject additional medium.
  • the additional module 38d contains a discharge element 39d, which projects into the combustion chambers 14n of the burner modules 12n in the lower region in order to discharge fluids and/or particles (e.g. solids,
  • embodiment variants of the TAR 10 according to the invention can optionally also have at least one inner additional module 36n and at least one outer additional module 38n.
  • the inner and outer additional modules 36n, 38n can optionally contain different or the same additional functions for the TAR 10. As shown in FIGS.
  • the burner modules 12n in the above-described exemplary embodiment and also in the above-described variants are each structured in a substantially rectangular cross-sectional shape and are connected via the connecting flanges 15 along a substantially straight line (each left-right- Direction in the figures) coupled together.
  • FIGS. 7A and 7B a second exemplary embodiment of the modular thermal raw gas treatment device according to the invention will now be explained.
  • the burner modules 12n each have a cross-sectional shape like a piece of cake, so that they can be coupled to one another via the connecting flanges along a substantially circular line.
  • the burner modules 12n in this pie-like cross-sectional shape have a wider outside and a narrower inside and correspondingly inclined connecting flanges 15 between adjacent burner modules.
  • a fluid channel 11 can be integrated centrally between the burner modules 12n, so that heat can be transferred to a fluid flowing through it.
  • the burner modules 12n can also be mounted on guide rails 33, via which they can be displaced in the radial direction.
  • the structure and the mode of operation of the burner modules 12n are essentially unchanged relative to the above exemplary embodiment in FIGS. 1 to 6, with the exception of the structural shape. I.e. the burner modules 12n also have combustion chambers and burners with a common combustion chamber and optionally at least one additional internal module. With regard to further details and possible variants, reference is simply made to the above explanations for FIGS. 1 to 6 in order to avoid extensive repetition.
  • the raw gas treatment device 10 also has a heating device 60 (or alternatively a number of heating devices) in the region of the common combustion chamber of the number of burner modules 12n.
  • the heating device 60 is coupled, for example, to the combustion chamber 14n of an outer (on the left in FIG. 9) burner module 12a.
  • This heating device 60 can be, for example, a heating burner, an electrical or electromagnetic heating device or a switchable high-temperature heat source of a different type.
  • Heater 60 provides thermal energy to the common combustor to preheat the common combustor to the minimum required reaction temperature (eg, about 750°C) for safe/effective processing of the raw gas.
  • the raw gas treatment device 10 preferably contains only a single heating device 60, which is sufficient due to the common combustion chamber. As indicated in FIG. 9, this heating device 60 preferably contains safety technology 61 for monitoring the presence of a flame (eg a photocell for flame monitoring).
  • this heating device 60 allows the burners 19 of the multiple burner modules 12n to be configured more simply and controlled with less effort, since none of them have to be used as heating burners and they also do not require any safety technology to monitor the heating. While the common combustion chamber is being heated by the heating device 60, all the burners 19 of the burner modules 12n remain switched off.
  • this third exemplary embodiment of FIGS. 9-10 corresponds to the first exemplary embodiment 1-4 and can also be configured with all the variant embodiments of FIGS. 5A-F and 6A-D and also have the other variant structural form of FIGS. 7A-B.
  • the modular thermal raw gas treatment device 10 of the invention described above can advantageously be used, for example, for workpiece treatment systems, in particular for drying and/or curing painted/coated/glued workpieces (e.g. bodies or body parts).
  • the modular TAR 10 can, for example, also be used for lean gas combustion (e.g. in landfill or biogas environments, etc.) or to generate inert gas for desorption of zeolite concentrators or similar applications.
  • FIG. 8 shows an example of a possible use of the thermal raw gas treatment device according to the invention as a TAR system in a workpiece treatment system 40 for drying and/or curing painted/coated/glued workpieces (e.g. bodies or body parts).
  • the device 10 according to the invention can also be used advantageously in other structures of workpiece processing systems 40 .
  • the workpiece processing system 40 has a process chamber 42 with a plurality of zones for receiving workpieces to be processed, the process chamber 42 being connected to at least one fresh air line 44 for introducing fresh air into the process chamber.
  • the process chamber 42 is designed with two zone groups and is therefore provided with two exhaust air lines 48 for discharging exhaust air to be cleaned from the two process chamber zone groups.
  • the process chamber 42 is connected to a plurality of circulating air circuits 50 for removing and reintroducing circulating air from/into the process chamber.
  • Two modular thermal raw gas treatment devices 10 of the invention can be used in this workpiece processing system 40, the raw gas inlets 21 n of which are each connected to one of the two exhaust air lines 48 .
  • the circulating air circuits 50 are preferably each equipped with a circulating air recuperator 51 in which a fan 52 for conveying the circulating air and a circulating air heat exchanger 53 are contained.
  • the clean gas outlets 22n of the two modular TARs 10 are each connected to a clean gas discharge line 23, which runs through a group of circulating air recuperators 50, in which heat is transferred from the clean gas to the circulating air, and optionally also through a fresh air heat exchanger 45, in which Residual heat is transferred from the clean gas to the fresh air.
  • the circulating air recuperators 51 can alternatively also contain a circulating air mixing chamber, via which at least part of the clean gas is mixed with the circulating air flow.
  • the circulating air circuits 50 with their circulating air recuperators 51 are shown only schematically in FIG without showing other possible components (e.g. throttle valves, measuring devices, etc.).
  • TAR 10 only one TAR 10 or more than two TARs 10 can be used in the workpiece processing system 40. In the case of several TARs 10, these can be equipped with the same or different numbers of burner modules.
  • the thermal raw gas treatment device 10 can in principle be used for any applications/treatments/plants.
  • the thermal raw gas treatment device can be used in particular as a thermal exhaust air purification device (TAR) or as a thermal post-combustion system (TNV), for example for cleaning pollutants from process air by oxidation.
  • TAR thermal exhaust air purification device
  • TSV thermal post-combustion system

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Abstract

Eine thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) zum Beispiel einsetzbar als thermische Abluftreinigungsanlage (TAR) oder thermische Nachverbrennungsanlage (TNV) hat vorteilhafterweise mehrere Brennermodule (12n), die jeweils eine Brennkammer (14n), einen an die Brennkammer (14n) angeschlossenen Brenner (19) zum Verbrennen von in einem zu reinigenden Rohgas enthaltenen Schadstoffen, einen Rohgaseingang (21) zum Einleiten des zu reinigenden Rohgases durch den Brenner (19) in die Brennkammer (14n) und einen Reingasausgang (22) zum Ausleiten eines gereinigten Reingases aufweisen, wobei diese mehreren Brennermodule (12n) jeweils über Anschlussflansche (15) aneinandergekoppelt sind, wobei zumindest ein Teil der Anschlussflansche (15) der mehreren Brennermodule (12n) jeweils eine Durchgangsöffnung (16) aufweist, um die Brennräume der aneinander gekoppelten Brennermodule (12n) zu einem gemeinsamen Brennraum zu verbinden.

Description

THERMISCHE ROHGASBEHANDLUNGSVORRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung, zum Beispiel einsetzbar als thermische Abluftreinigungsanlage (TAR) oder thermische Nachverbrennungsanlage (TNV). Solche thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtungen können zum Beispiel zum Reinigen von Schadstoffen aus einer Abluft aus einer Werk- Stückbearbeitungsanlage (z.B. Lackieranlage von Karosserien), zur Schwachgas verbrennung (z.B. im Deponie- oder Biogas-Umfeld, etc.), zur Erzeugung von Inertgas beispielsweise zur Desorption von Zeolithkonzentratoren, aber auch für verschiedene andere Zwecke oder andere Anlagen verwendet werden. Eine thermische Abluftreinigung (TAR) soll in der Regel die geltenden gesetzlichen
Anforderungen zur Abreinigung von Kohlenwasserstoffen aus einer Abluft zum Beispiel aus Trockneranlagen im Rahmen des Immissionsschutzes erfüllen. Klassischerweise bestehen TAR-Systeme aus einem Brenner und einer Brennkammer, wobei die Brenn kammer funktionsbedingt für hohe Verbrennungstemperaturen sehr komplex und kosten- intensiv ausgelegt sein muss (z.B. Verwendung hochwertiger Stähle). Zur Vermeidung von Betriebsunterbrechungen der Werkstückbearbeitungsanlagen aufgrund Betriebs ausfällen der TAR-Systeme und zur Anpassung der TAR-Systeme an veränderte Luftverhältnisse der Werkstückbearbeitungsanlagen müssen die herkömmlichen TAR- Systeme häufig ersetzt / ausgetauscht werden, was sehr aufwändig und kostenintensiv ist. Die Auslegung des TAR-Systems muss in der Regel auf Maximalwerte erfolgen, was bei stärkeren Schwankungen der Volumenströme und/oder deren Schadstoffbelastungen zu erheblichen Anforderungen an die Teillastfähigkeit der Anlagen stellt. Eine über den gesamten Bereich zufriedenstellende Kombination aus zu behandelnder Luftmenge und den einzuhaltenden Emissionswerten ist oft technisch nicht oder nur mit gewissem Aufwand in der Brennerregelung zu erreichen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte thermische Rohgasbehandlungs vorrichtung zu schaffen, die zumindest eines der oben genannten Probleme herkömm licher TAR-Systeme vermeidet. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im unabhängigen Anspruch 1 definierte thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung weist erfindungsgemäß mehrere Brennermodule auf, die jeweils eine Brennkammer mit einem Brennraum zum Behandeln eines Rohgases darin, einen an die Brennkammer angeschlossenen Brenner zum Verbrennen von in einem zu reinigenden Rohgas enthaltenen Schadstoffen (z.B. Oxidation von Kohlenwasserstoffen in Abluft aus einem Trocknersystem), einen Rohgas eingang zum Einleiten des zu reinigenden Rohgases durch den Brenner in die Brenn kammer und einen Reingasausgang zum Ausleiten eines gereinigten Reingases auf weisen. Die mehreren Rohgaseingänge der mehreren Brennermodule können wahlweise einzeln oder gruppenweise an eine jeweilige Rohgaszuleitung angeschlossen werden, und die mehreren Reingasausgänge der mehreren Brennermodule können wahlweise einzeln oder gruppenweise an eine jeweilige Reingasableitung angeschlossen werden. Gemäß der Erfindung sind die mehreren Brennermodule jeweils über Anschlussflansche aneinandergekoppelt, wobei zumindest ein Teil der Anschlussflansche der mehreren Brennermodule jeweils eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche die Brennräume der Brennkammern der jeweiligen aneinander gekoppelten Brennermodule zu einem gemeinsamen Brennraum miteinander verbunden sind.
Die vorgeschlagene Modularität der thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung bietet mehrere Vorteile. So ermöglicht die Modularität zum Beispiel Leistungsanpassungen, Wartungen, Reinigungen und Reparaturen des TAR-Systems mit geringerem Aufwand, da einzelne Brennermodule relativ einfach ergänzt oder entnommen werden können und vorzugsweise auch individuell angesteuert werden können. Das Vorhandensein der mehreren Brenner in der modularen Vorrichtung bewirkt zudem eine redundante Brenn funktion, durch die eine zuverlässige Betriebsfähigkeit des TAR-Systems gewährleistet werden kann. Außerdem können im Teillastbetrieb die einzelnen aktiven Brennermodule durchgetauscht, d.h. vorzugsweise wechselweise betrieben werden, sodass eine Vergleichmäßigung der Belastungen der mehreren Brenner erzielt werden kann.
Durch die vorgeschlagene Kopplung der Brennräume der Brennkammern zu einem gemeinsamen Brennraum können ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Brenner modulen und somit eine gleichmäßige Aufheizung stattfinden. Durch diese Bildung eines gemeinsamen Brennraums kann zum Beispiel auch die erforderliche Spülung / Vorbelüftung gemeinsam für den gemeinsamen Brennraum aller Brennkammern erfolgen. Diese Verbindung der Brennräume kann optional auch so ausgeführt sein, dass die Durchgangsöffnungen jeweils durch ein Absperrorgan (z.B. eine Klappe oder ein Schieber) absperrbar sind.
Durch die Bildung eines gemeinsamen Brennraums aller Brennkammern kann außerdem zum Beispiel mit nur einem Brenner als Aufheizbrenner die gesamte Vorrichtung auf die erforderliche Mindestreaktionstemperatur (z.B. etwa 750°C) zum sicheren/effektiven Behandeln des Rohgases vorgeheizt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Rohgasbehandlungsvorrichtung zum Aufheizen des gemeinsamen Brennraums auf die Mindestreaktionstemperatur ferner wenigstens eine Aufheizvorrichtung (z.B. eine elektrische oder elektromagnetische Aufheizvorrichtung oder eine schaltbare Hochtemperatur-Wärmequelle anderer Art wie beispielsweise einen Aufheizbrenner) zum Aufheizen des gemeinsamen Brennraums der aneinandergekoppelten Brenner- module auf, die im Bereich des gemeinsamen Brennraums beispielsweise an der Brennkammer eines der mehreren Brennermodule angekoppelt ist. Vorzugsweise enthält die Rohgasbehandlungsvorrichtung nur eine einzelne Aufheizvorrichtung, was bei einem gemeinsamen Brennraum aller Brennkammern ausreichend ist. Vorzugsweise enthält die Aufheizvorrichtung eine Sicherheitstechnik zum Überwachen des Vorhandenseins einer Flamme (z.B. eine Fotozelle zur Flammenüberwachung). Bei Verwendung einer solchen Aufheizvorrichtung können die Brenner der mehreren Brennermodule einfacher konfiguriert sein und unaufwändiger angesteuert werden, da sie nicht als Aufheizbrenner benutzt werden müssen und auch keine Sicherheitstechnik zum Überwachen des Aufheizens benötigen. Während der Aufheizung des gemeinsamen Brennraums - je nach Ausführungsform - durch einen Brenner als Aufheizbrenner oder durch die Aufheizvorrichtung bleiben die anderen Brenner bzw. alle Brenner der Brennermodule ausgeschaltet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die mehreren Brennermodule jeweils ferner einen Gaszugang zum Einleiten eines Brennstoffes (z.B. Erdgas) in den jeweiligen Brenner auf, sodass das zu reinigende Rohgas dann gemeinsam mit dem Brennstoff in den Brennraum der jeweiligen Brennkammer eingeleitet werden kann. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die mehreren Brennermodule jeweils ferner einen Zugang zum Einleiten eines flüssigen Brennstoffes und vorzugsweise eine geeignete Eindüsungsvorrichtung zum Eindüsen des flüssigen Brennstoffes in den jeweiligen Brenner aufweisen. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist an den Rohgaseingängen der mehreren Brennermodule jeweils eine Ventilvorrichtung zum wahlweisen Öffnen oder Schließen und optional auch zum Drosseln des jeweiligen Rohgaseingangs vorgesehen, wobei die Ventilvorrichtungen unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Hierdurch kann eine Gesamtluftmenge des zu reinigenden Rohgases auf eine geeignete Anzahl der vorhandenen Brennermodule verteilt werden, sodass die einzelnen Brenner der benutzten Brennermodule jeweils mit wenigstens einer Mindestluftmenge und höchsten einer Maximalluftmenge für den Brennerbetrieb beaufschlagt werden. Im Fall auch vorhandener Gaszugänge für Brennstoff sind solche Ventilvorrichtungen vorzugsweise auch zum wahlweisen Öffnen oder Schließen und optional auch zum Drosseln des jeweiligen Gaszugangs vorgesehen.
Vorzugsweise sind die Brenner der mehreren Brennermodule einzeln oder gruppenweise unabhängig voneinander ansteuerbar, sodass die mehreren Brenner individuell oder gruppenweise in Betrieb genommen oder ausgestaltet werden können. Durch diese Maßnahme kann zum Beispiel bei einer niedrigeren Gesamtluftmenge des zu reinigenden Rohgases die Anzahl der aktivierten Brenner reduziert werden, sodass die einzelnen Brenner in günstigen Betriebsbereichen gefahren werden können und auch Energie eingespart werden kann. Als weiterer Aspekt kann auf diese Weise zum Beispiel auch Abluft ohne Gaszumischung behandelt werden, wie beispielsweise beim Betrieb mit einer Aufkonzentrationsanlage. Außerdem kann so durch die miteinander verbundenen Brennkammern, falls keine andere Aufheizvorrichtung vorgesehen ist, die Funktion als Aufheizbrenner auf nur einen Brenner oder zumindest eine reduzierte Anzahl der Brenner reduziert werden, wodurch ebenfalls Energie eingespart werden kann. Mit anderen Worten können bei der erfindungsgemäßen Modularität einzelne Brennermodule abgeschaltet werden und damit eine variable Leistungsbereitstellung erzielt werden. Speziell beim Betrieb der Rohgasbehandlungsvorrichtung mit einem Konzentrator bietet sich in diesem Zusammenhang auch die folgende Betriebsweise an. Die Abluft aus dem Konzentrator, die ohne Zumischung von Gas bei Konzentrationen z.B. auch oberhalb von 25% UEG betragen kann, wird über den Brenner einer der mehreren Brennermodule eingeleitet, während der Brenner eines anderen Brenner moduls z.B. mit einer Mischung aus Abluft des Konzentrators und Gas betrieben wird, was insbesondere bei einem Konzentrator vorteilhaft sein kann, der in der sogenannten Split-Betriebsweise betrieben wird. Bei dieser Prozessführung kann über ein später erläutertes Bypassmodul der Rohgasbehandlungsvorrichtung Energie zum Beheizen der Desorption zur Verfügung gestellt werden oder die Luftverhältnisse so geregelt werden, dass die rekuperierte Luft aus dem Brenner die erforderliche Temperatur zur Desorption aufweist (für Zeolith zum Beispiel 200°C bis 220°C). Zusätzlich oder alternativ zur oben beschriebenen unabhängigen Ansteuerbarkeit der Brenner der mehreren Brennermodule können die einzelnen Brenner auch mehrstufig ausgebildet und ansteuerbar sein. Die Stufen können beispielsweise aus ringartig, segmentartig (insbesondere zirkulär und/oder radial segmentiert) und/oder in Mustern gruppierten Brennerelementen aufgebaut und vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbar sein. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass die Stufen identische oder zumindest teilweise abweichende Anzahlen von Brennerelementen umfassen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die thermische Rohgasbehandlungs vorrichtung ferner wenigstens eine Luftmengenerfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Gesamtluftmenge des zu reinigenden Rohgases auf. Auf diese Weise kann das TAR-System die Betriebsanpassung an die zu reinigende Rohgasmenge eigenständig durchführen. Die wenigstens eine Luftmengenerfassungsvorrichtung kann zum Beispiel Differenzdrucksensoren über jeweils einen Brenner oder einen Differenzdrucksensor über alle Brennermodule oder einen Strömungsratensensor in einer gemeinsamer Rohgaszuleitung aufweisen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Brennermodule auf einem gemeinsamen Grundrahmen getragen, wobei wenigstens eines der mehreren Brennermodule über ein Gleitlager auf dem Grundrahmen gelagert ist. Mithilfe der Gleitlager können thermische Dehnungen der jeweiligen Brennermodule ausgeglichen werden und können die Brennermodule für Wartungs-, Reinigungs- und Reparaturmaßnahmen einfach auseinandergezogen bzw. zusammengeschoben werden. Vorzugsweise ist an dem Grundrahmen zudem ein Erweiterungsrahmen angebracht, über den die Brennermodule mittels der Gleitlager auseinandergeschoben werden können, sodass der mögliche Bewegungsumfang vergrößert wird und zusätzliche Brennermodule einfacher hinzu gefügt werden können.
In einer Ausgestaltung der Erfindung hat der Brenner wenigstens eines Brennermoduls ein Wärmeübertragungssystem zur Wärmeübertragung vom ausströmenden Reingas auf einströmendes Rohgas und/oder einströmenden Brennstoff integriert. D.h. der Brenner ist als ein rekuperativer Brenner ausgestaltet. Vorzugsweise sind alle oder die meisten Brenner der modularen Rohgasbehandlungsvorrichtung als rekuperative Brenner aus gestaltet. Die Erfindung ist in diesem Zusammenhang auf keine spezielle Konstruktion des in/an den Brenner integrierten Wärmeübertragungssystems eingeschränkt. Durch die Verwendung von rekuperativen Brennern kann zudem eine zusätzliche Maßnahme zur Wärmerückgewinnung in den Brennkammern entfallen oder im Verhältnis zu einer Ausführung der modularen Rohgasbehandlungsvorrichtung ohne rekuperative Brenner zumindest erheblich verkleinert ausfallen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens ein Brennermodul der mehreren Brennermodule ferner einen Heißgasausgang zum Ausleiten eines Heißgases aus der jeweiligen Brennkammer auf, der an eine Heißgasleitung angeschlossen werden kann. Dieses Brennermodul kann als „Bypassmodul“ bezeichnet werden. Durch das Ausleiten von Heißgas aus den Brennkammern ist es möglich, Energie aus dem Brennraum abzuziehen, um eine Überhitzung zu vermeiden, oder zusätzliche Energie aus dem Brennraum dem Reingas und/oder anderen Wärmetauschern (z.B. zum Aufheizen der Werkstückbearbeitungsanlage) zuzuführen. Ein solches Bypassmodul ist vorzugsweise direkt (d.h. ohne Gleitlager) auf dem Grundrahmen montiert, und der Brenner eines solchen Bypassmoduls kann vorzugsweise weniger oder nicht rekuperativ ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, ein solches Bypassmodul als Zusatzmodul ohne eigenen Brenner auszubilden, welches über zumindest einen Anschlussflansch an zumindest ein Brennermodul gekoppelt werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Brenner jeweils oben an der jeweiligen Brennkammer angeschlossen und ragen nach unten in die jeweilige Brennkammer. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Brenner Wärmeübertragungssysteme integriert haben. Die oben hängenden Brenner können sich bei hohen Temperaturen vertikal etwas nach unten in die Brennkammern ausdehnen, ohne ihre Funktionsfähigkeit zu beeinträchtigen und ohne die Abstände zwischen den Brennern bzw. Elementen der Wärmeübertragungssysteme zu verändern, insbesondere zu reduzieren und ohne Kräfte gegen sich zu erfahren. Außerdem kann diese Konstruktion auch ein Absetzen von Feststoffen und/oder Kondensaten aus dem Rohgas begünstigen, welche zum Beispiel bei bestimmten Lacksystemen im Rahmen des Verbrennungsprozesses entstehen können. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann dabei in mindestens einer der Brennkammern und/oder in einem Bypassmodul und/oder in einem Zusatz modul eine im Wesentlichen unten angeordnete Austragungsvorrichtung zur permanenten oder phasenweisen Austragung von Feststoffen und/oder Kondensaten vorgesehen sein. Eine derartige Austragungsvorrichtung kann dabei beispielsweise eine mechanische Fördereinrichtung (z.B. eine Förderschnecke), eine Absaugvorrichtung und/oder eine Ausspülvorrichtung umfassen. In einer alternativen Ausführungsform können die Brenner auch unten an den Brennkammern anhängen und nach oben in die Brennkammern ragen und sich bei hohen Temperaturen vertikal etwas nach oben ausdehnen. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die erfindungsgemäße Rohgasbehandlungsvorrichtung erhöht, beispielsweise auf einem Tragegerüst oder Dach installiert ist. In diesem Fall ist die Austragungsvorrichtung zur permanenten oder phasenweisen Austragung von Feststoffen und/oder Kondensaten vorzugsweise in einem Zusatzmodul vorgesehen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens eines der mehreren Brenner- module eine Eindüsungsvorrichtung zum Eindüsen eines Zusatzmittels für den Reinigungsvorgang des Rohgases in die jeweilige Brennkammer auf. Das Zusatzmittel ist zum Beispiel ein Hilfsstoff zur selektiven nichtkatalytischen Reduktion (SNCR) zum Beispiel zum Reinigen von stickstoffhaltigen Rohgasen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens eines der mehreren Brenner- module ein oder mehr Temperaturerfassungsvorrichtungen (z.B. Temperatursensor wie beispielsweise Thermoelement, IR-Sensor, Pyrometer, etc.) zur Temperaturerfassung in der jeweiligen Brennkammer, in der Durchgangsöffnung zur benachbarten Brennkammer und/oder nahe dem jeweiligen Brenner auf. Die Anordnung nahe dem Brenner bedeutet in diesem Zusammenhang eine Anordnung in einem Abstand von vorzugsweise etwa 50 bis 500 mm zum Ende des jeweiligen Brenners. Durch diese Temperaturmessung können zum Beispiel die Betriebszustände der Brenner überwacht und/oder geregelt werden. Insbesondere in Zusammenhang mit den Temperaturerfassungen nahe den Brennern, welche von der Beladungsweise des jeweiligen Brenners abhängig ist, können die Brenner vorzugsweise ferner jeweils ein Thermoelement zum Regeln der Brenner temperatur (z.B. durch Regeln des Brennstoffes) aufweisen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung haben die Brenner der Brennermodule jeweils eine im Wesentlichen kreisförmige oder elliptische oder polygonale (z.B. rechteckig, hexagonal, oktogonal) Querschnittsform, die strömungstechnische Vorteile liefert, insbesondere bei rekuperativen Brennern. In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die modulare thermische Rohgas behandlungsvorrichtung ferner wenigstens ein Zusatzmodul ohne eigenen Brenner aufweisen, welches zwischen zwei der mehreren Brennermodule angekoppelt ist und dessen Innenraum über Durchgangsöffnungen mit den Brennräumen der benachbarten Brennkammern zum Bilden eines gemeinsamen Innenraums verbunden ist. Das Zusatzmodul weist wenigstens eine Zusatzfunktion für die Rohgasbehandlungs vorrichtung auf, die ausgewählt ist aus: (a) Vergrößern des gemeinsamen Brennraums der Brennkammern; (b) Kompensieren von Dimensionsveränderungen (insbesondere thermisch bedingte Längenänderungen) der Vorrichtung; (c) Wärmeübertragung vom Reingas im gemeinsamen Innenraum auf ein anderes Fluid außerhalb der Vorrichtung;
(d) Heißgasausleitung; (e) Wärmespeicherung; (f) Katalysator; (g) Austragen von Fluiden und/oder Partikeln aus dem gemeinsamen Innenraum; (h) Eindüsen von Zusatzstoffen in den gemeinsamen Innenraum; und (i) Adsorbieren oder Absorbieren von Schadstoffen aus dem Innenraum. Alternativ oder zusätzlich kann die thermische Rohgas behandlungsvorrichtung ferner wenigstens ein Zusatzmodul ohne eigenen Brenner aufweisen, welches an ein äußeres der mehreren Brennermodule angekoppelt ist. Auch dieses Zusatzmodul weist wenigstens eine Zusatzfunktion auf, die ausgewählt ist aus:
(a) Vergrößern des Brennraums der benachbarten Brennkammer; (b) Kompensieren von Dimensionsveränderungen (insbesondere thermisch bedingte Längenänderungen) der Vorrichtung; (c) Wärmeübertragung vom Reingas im Brennraum der benachbarten Brennkammer auf ein anderes Fluid außerhalb der Vorrichtung; (d) Heißgasausleitung;
(e) Wärmespeicherung; (f) Katalysator; (g) Austragen von Fluiden und/oder Partikeln aus dem Brennraum der benachbarten Brennkammer; (h) Eindüsen von Zusatzstoffen in den Brennraum der benachbarten Brennkammer; und (i) Adsorbieren oder Absorbieren von Schadstoffen aus dem Brennraum der benachbarten Brennkammer.
Die thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung der Erfindung kann in verschiedenen Strukturformen ausgestaltet sein, die je nach dem Anwendungsfall zu bevorzugen sind.
In einer Ausführungsform haben die Brennermodule jeweils eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform, sodass sie entlang einer im Wesentlichen geraden Linie aneinandergekoppelt werden können und so eine Vorrichtung mit einer im Wesentlichen rechteckigen Gesamtquerschnittsform bilden. In einer anderen Ausführungsform haben die Brennermodule jeweils eine tortenstückartige Querschnittsform, sodass sie entlang einer im Wesentlichen kreisförmigen Linie aneinandergekoppelt werden können und so eine Vorrichtung mit einer im Wesentlichen kreisförmigen oder polygonalen Gesamt querschnittsform bilden. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Werkstückbearbeitungsanlage, die neben einer Prozesskammer zum Aufnehmen von zu bearbeitenden Werkstücken, wobei die Prozesskammer mit wenigstens einer Abluftleitung zum Ausleiten von zu reinigender Abluft aus der Prozesskammer verbunden ist, auch wenigstens eine oben beschriebene thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung der Erfindung aufweist, wobei die Rohgas eingänge der mehreren Brennermodule jeweils an eine der wenigstens einen Abluft leitung angeschlossen sind. Die erfindungsgemäße thermische Rohgasbehandlungs vorrichtung ist besonders vorteilhaft auch anwendbar auf Werkstückbearbeitungsanlagen zum Trocknen und/oder Härten von lackierten / beschichteten / geklebten Werkstücken, speziell auf dem Gebiet der Durchlauftrockner, Durchlaufhärtungsanlagen, Kammer trockner und Kammerhärtungsanlagen, in denen lackierte und/oder geklebte Karosserien oder Karosserieteile getrocknet und/oder gehärtet werden können, ohne dass die Erfindung auf dieses spezielle Anwendungsgebiet beschränkt sein soll. Die thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung kann zum Beispiel auch in vorteilhafter Weise zur Schwachgasverbrennung (z.B. im Deponie- oder Biogas-Umfeld, etc.) oder zur Erzeugung von Inertgas beispielsweise zur Desorption von Zeolithkonzentratoren verwendet werden.
Der Betrieb der oben beschriebenen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung der Erfindung weist neben üblichen Betriebsweisen vorzugsweise auch ein oder mehr der folgenden Schritte auf: (a) Inbetriebnahme einer Anzahl der Brennermodule ent sprechend der zu behandelnden Rohgasmenge; (b) Abschalten wenigstens eines der mehreren Brennermodule, falls eine Rohgasmenge einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet; (c) Betreiben der Brennermodule wechselweise im Teillastbetrieb;
(d) Spülen des gemeinsamen Brennraums von benachbarten Brennkammern; (e) Vor belüften des gemeinsamen Brennraums von benachbarten Brennkammern; (f) nach einem Abschalten eines Brennermoduls Spülen des jeweiligen Brenners mit Luft ohne Brennstoffzumischung; und (g) Betreiben eines Teils der Brennermodule mit Rohgas zufuhr zum Brenner und eines anderen Teils der Brennermodule mit Frischluftzufuhr zum Brenner.
Ferner kann zum Einrichten, Erreichen und/oder bei Unterschreiten eines Temperatur grenzwertes (Betriebsmindesttemperatur, vorzugsweise einer einstellbaren Betriebs mindesttemperatur, insbesondere einer Mindestreaktionstemperatur) im gemeinsamen Brennraum der gemeinsame Brennraum durch Inbetriebnahme des Brenners eines der mehreren Brennermodule als Aufheizbrenner oder durch Betrieb der anderen Aufheiz vorrichtung, falls vorhanden, im Bereich des gemeinsamen Brennraums mit Wärme energie versorgt werden, um die Betriebsmindesttemperatur zu erreichen bzw. wieder zu erreichen.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nach folgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen, zum Teil nur schematisch:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer modularen thermischen Rohgasbehandlungs vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 eine perspektivische Seitenansicht (mit offengelassener Seite aus Blick richtung) der modularen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung von Fig. 1 gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Untersicht (mit offengelassener Unterseite aus Blickrichtung) der modularen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung von Fig. 2;
Fig. 4 eine detailliertere Darstellung des unteren Teils der perspektivischen Seiten ansicht der modularen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung von Fig. 2;
Fig. 5A-F Querschnittsansichten verschiedener Ausführungsvarianten einer modularen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung der Erfindung mit einem inneren Zusatzmodul; Fig. 6A-D Querschnittsansichten verschiedener weiterer Ausführungsvarianten einer modularen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung der Erfindung mit einem äußeren Zusatzmodul;
Fig. 7A eine Querschnittsansicht einer modularen thermischen Rohgasbehandlungs- Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung; Fig. 7B eine Perspektivansicht der modularen thermischen Rohgasbehandlungs vorrichtung von Fig. 7A; Fig. 8 ein Anwendungsbeispiel der modularen thermischen Rohgasbehandlungs vorrichtung der Erfindung in einer Werkstückbearbeitungsanlage;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht einer modularen thermischen Rohgasbehandlungs vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 10 eine perspektivische Seitenansicht (mit offengelassener Seite aus Blick richtung) der modularen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung von Fig. 9 gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer modularen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung einschließlich verschiedener optionaler Ausführungsvarianten näher beschrieben. Beispielhaft wird die Rohgasbehandlungsvorrichtung als thermische Abluftreinigungsvorrichtung (TAR) verwendet, weshalb sie nachfolgend häufig als TAR oder TAR-System bezeichnet wird.
Die thermische Abluftreinigungsvorrichtung (TAR) 10 ist modular ausgebildet und enthält mehrere Brennermodule 12n (in Fig. 1 sind beispielhaft vier Brennermodule 12a, 12b, 12c, 12d enthalten).
Die Brennermodule 12n enthalten jeweils eine Brennkammer 14n mit einem Brennraum darin und einen vorzugsweise oben hängenden und vertikal nach unten in die Brenn kammer 14n hineinragenden Brenner 19. Die Brennkammern 14n haben jeweils einen Brenner-Anschlussflansch 18 zum Anschließen des Brenners 19 sowie Anschluss- flansche 15 zum Aneinanderkoppeln von benachbarten Brennkammern 14n und/oder Abschlussflansche 17 an den äußeren Brennermodulen 12n zum Abschließen der TAR 10. Wie in Fig. 1 dargestellt, haben die Anschlussflansche 15 Durchgangsöffnungen 16, um die Brennräume der benachbarten Brennkammern 14n zu einem gemeinsamen Brennraum miteinander zu verbinden, sodass ein Gasaustausch zwischen den Brenn- kammern stattfinden kann und damit ein gemeinsamer Brennraum mit gleichmäßiger Aufheizung entsteht. Optional können an den Durchgangsöffnungen 16 Absperrorgane (z.B. in Form von Klappen oder Schiebern) vorgesehen sein, um bei Bedarf einen Teil oder alle der Durchgangsöffnungen 16 absperren zu können.
Wie bereits erwähnt, ragen die Brenner 19 jeweils vorzugsweise von oben nach unten in die jeweilige Brennkammer bzw. deren Brennraum. Hierdurch kann ein Absetzen von Feststoffen und/oder Kondensaten aus dem Rohgas in den Brennräumen begünstigt werden. Zum Entfernen solcher aus dem Rohgas abgesetzten Elemente aus den Brenn räumen sind, obwohl nicht dargestellt, im unteren Bereich der Brennkammern 14n vorzugsweise Austragungsvorrichtungen zum permanenten oder phasenweisen Aus tragen der abgesetzten Feststoffe und/oder Kondensate vorgesehen. Die Austragungs vorrichtungen können beispielsweise mechanische Fördereinrichtungen (z.B. Förder schnecken), Absaugvorrichtungen und/oder Ausspülvorrichtungen umfassen. Außerdem können sich die oben hängenden Brenner 19 bei hohen Temperaturen vertikal etwas nach unten in die Brennkammern 14n ausdehnen, ohne ihre Funktionsfähigkeit zu beeinträchtigen und ohne die Abstände zwischen den Brennern 19 (bzw. Elementen der später angegebenen, vorzugsweise vorhandenen Wärmeübertragungssysteme 29 der Brenner 19) zu reduzieren und ohne Kräfte gegen sich zu erfahren.
Die Brenner 19 sind vorzugsweise als rekuperative Brenner ausgestaltet und haben jeweils einen Rohgaseingang 21 zum Einleiten eines zu reinigenden Rohgases von einer Rohgaszuleitung 20 durch den Brenner 19 in die Brennkammer 14n, einen Gaszugang 13 zum Einleiten eines Brennstoffes in den Brenner 19 und einen Reingasausgang 22 zum Ausleiten eines gereinigten Reingases aus der Brennkammer 14a durch den Brenner 19n in eine Reingasableitung 23. Anstelle des Gaszugangs 13 zum Einleiten von zum Beispiel Erdgas als Brennstoff können die Brenner 19 wahlweise auch einen Zugang zum Einleiten eines flüssigen Brennstoffes aufweisen, vorzugsweise kombiniert mit einer geeigneten Eindüsungsvorrichtung zum Eindüsen des flüssigen Brennstoffes in den jeweiligen Brenner. Die Brenner 19 haben vorzugsweise eine runde oder elliptische oder polygonale (z.B. rechteckig, hexagonal, oktogonal) Querschnittsform für strömungs technische Vorteile. Die Brenner 19 haben ferner jeweils ein integriertes Wärmeüber tragungssystem 29 zur Wärmeübertragung vom ausströmenden Reingas auf das einströmende Rohgas und den einströmenden Brennstoff. Die Erfindung ist in diesem Zusammenhang auf keine spezielle Ausführungsform dieses Wärmeübertragungs systems 29 eingeschränkt. Das Wärmeübertragungssystem 29 ragt zum Beispiel so weit in die Durchgangsöffnung (z.B. etwa 50 bis 100 mm), dass das rückzuführende Reingas wieder in das Wärmeübertragungssystem einströmen kann. Außerdem ist anschließend an das Ende des Wärmeübertragungssystems 29 beispielsweise auch noch ein Luftleit blech angeordnet, wodurch die Verweilzeit des Reingases im Brennraum bis zum Wiedereintritt in das Wärmeübertragungssystem geregelt werden kann. Die Rohgas eingänge 21 der Brennermodule 12n sind in Fig. 1 beispielhaft alle mit einer gemein samen Rohgaszuleitung 20 verbunden; je nach Anwendungsfall können die Rohgas eingänge 21 alternativ auch einzeln oder gruppenweise mit zwei oder mehr Rohgas zuleitungen verbunden werden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann optional wenigstens eine Brennkammer 14d der mehreren Brennermodule 12n außerdem einen Heißgasausgang 24 aufweisen, an den eine Heiß gasableitung 25 angeschlossen werden kann. Die Heißgasableitung 25 ist beispiels weise zur Reingasableitung 23 geführt, sodass das Reingas nach der Wärmeabgabe in den Wärmeübertragungssystemen 29 der Brenner 19 wieder etwas erwärmt wird. Die Heißgasableitung 25 und die Reingasableitung 23 können zur Temperaturregelung des Reingases mit Strömungsreglern 27a, 27b ausgestattet sein. Alternativ kann die Heiß gasableitung 25 auch zu irgendwelchen Wärmetauschern der jeweiligen Werkstück bearbeitungsanlage geführt sein. Durch das Ausleiten des Heißgases aus der Brenn kammer 14d und damit auch aus dem gemeinsamen Brennraum der TAR 10 kann auch ein Überhitzen der TAR 10 vermieden werden. Das Brennermodul 12d mit der Brenn kammer 14d mit Heißgasableitung kann zum Beispiel als Bypassmodul bezeichnet werden. Der Brenner 19 des Bypassmoduls 12d kann auch weniger rekuperativ oder nicht rekuperativ ausgestaltet sein, oder das Bypassmodul 12d kann auch ohne eigenen Brenner ausgestaltet sein.
Die Brenner 19 der mehreren Brennermodule 12n sind unabhängig voneinander ansteuerbar / betreibbar. Zum Ausführen eines geeigneten Betriebs der mehreren Brennermodule 12n sind vorzugsweise ein oder mehr der folgenden Merkmale vorgesehen: wenigstens eine Temperaturerfassungsvorrichtung (z.B. ein Temperatur sensor wie beispielsweise Thermoelement, IR-Sensor, Pyrometer, Widerstandsthermo meter) 34a in einer Brennkammer 14n zum Erfassen einer Temperatur im Brennraum, wenigstens eine Temperaturerfassungsvorrichtung 34b in einer Durchgangsöffnung 16 zum Erfassen einer Temperatur im Brennraum; wenigstens eine Temperatur erfassungsvorrichtung 34c nahe eines Brenners 19 (vorzugsweise in einem Abstand von etwa 50 bis 500 mm zum Ende des jeweiligen Brenners) zum Erfassen der jeweiligen Brennertemperatur; wenigstens eine Luftmengenerfassungsvorrichtung 28 zum Erfassen einer aktuellen zu reinigenden Rohgasluftmenge; mehrere Ventilvorrichtungen 26n an den Brennermodulen 12n jeweils zum wahlweisen Öffnen oder Schließen und optional auch zum Drosseln des jeweiligen Rohgaseingangs 21 und des jeweiligen Gaszugangs 13. Die Temperaturerfassungsvorrichtungen 34a, b,c sind in Fig. 1 der besseren Übersichtlichkeit halber jeweils nur einzeln dargestellt, sind aber vorzugsweise mehrfach vorgesehen. Die Luftmengenerfassungsvorrichtung 28 ist in Fig. 1 beispielhaft als ein Strömungsratensensor in der Rohgaszuleitung 20 angedeutet; alternativ kann die Luftmengenerfassungsvorrichtung auch mehrere Differenzdrucksensoren über jeweils einen Brenner oder einen Differenzdrucksensor über alle Brennermodule aufweisen. Bei Vorhandensein einer Temperaturerfassungsvorrichtung 34c nahe eines Brenners 19 ist, wie in Fig. 1 angedeutet, der jeweilige Brenner 19 vorzugsweise mit einem Thermo element 62 zum Regeln der Brennertemperatur (z.B. durch Regeln des Brennstoffes) ausgestattet.
Neben der erwähnten unabhängigen Ansteuerbarkeit der Brenner 19 der mehreren Brennermodule 12n können die einzelnen Brenner 19 auch mehrstufig ausgebildet und ansteuerbar sein. Die Stufen können beispielsweise aus ringartig, segmentartig (ins besondere zirkulär und/oder radial segmentiert) und/oder in Mustern gruppierten Brennerelementen aufgebaut und vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbar sein. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass die Stufen identische oder zumindest teilweise abweichende Anzahlen von Brennerelementen umfassen.
Die modulare TAR 10 kann grundsätzlich eine beliebige Anzahl von Brennermodulen 12n haben. Außerdem können durch die Modularität je nach Bedarf auf einfache Weise zusätzliche Brennermodule hinzugefügt oder einzelne Brennermodule entfernt werden. Außerdem können die Brennermodule 12n grundsätzlich auf beliebige Luftmengen ausgelegt sein. Außerdem können bei Bedarf andere Zusatzmodule hinzugefügt werden, wie später anhand der Figuren 5A bis 6D beschrieben.
Bezugnehmend auf Fig. 2 bis 4 werden nun weitere Merkmale und Vorteile eines speziellen Ausführungsbeispiels der modularen TAR 10 gemäß der Erfindung erläutert, wobei Fig. 2 bis 4 beispielhaft an das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ausgerichtet sind.
Wie in Fig. 2 erkennbar, sind die Brenner 19 bevorzugt jeweils oben an den Brenn kammern 14n angeschlossen und ragen nach unten in die Brennkammern 14n bzw. deren Brennräume. Außerdem ist in Fig. 2 dargestellt, dass die Brennermodule 12n auf einem Grundrahmen 30 getragen sind, der zudem um einen Erweiterungsrahmen 32 ergänzt sein kann. Wie in Fig. 4 dargestellt, sind die Brennermodule 12a, 12b, 12c, 12e auf dem Grundrahmen 30 jeweils über ein Gleitlager 31 gelagert, während das eine Bypassmodul 12d direkt auf dem Grundrahmen 30 befestigt ist. Durch die Gleitlager 31 können thermische Dehnungen der Brennermodule 12n ausgeglichen werden. Außer dem können durch die Gleitlager 31 die Brennermodule 12n zum Beispiel für Wartungs-, Reinigungs- und Reparaturmaßnahmen einfacher auseinandergezogen bzw. zusammengeschoben werden, was zudem durch den Erweiterungsrahmen 32 unter stützt wird. Durch die Gleitlager 31 und den Erweiterungsrahmen 32 ist es außerdem einfacher möglich, einzelne Brennermodule aus der TAR 10 zu entfernen oder auszu tauschen oder der TAR 10 zusätzliche Brennermodule hinzuzufügen.
In Fig. 2 und 3 ist ferner veranschaulicht, dass eines der mehreren Brennermodule 12n, insbesondere das äußere Brennermodul am Rand der TAR 10, optional mit einer Eindüsungsvorrichtung 35 zum Eindüsen eines Zusatzmittels in die jeweilige Brenn kammer 14n bzw. den gemeinsamen Brennraum ausgestattet sein kann. Mit dem Zusatzmittel kann zum Beispiel die Reinigung des Rohgases in der TAR 10 unterstützt / gefördert werden, insbesondere falls das Rohgas spezielle Schadstoffe oder Schadstoff konzentrationen enthält. Alternativ oder zusätzlich können auch Flüssigbrennstoffe oder organisch belastete Flüssigkeiten zugegeben werden.
Andere Ausführungsformen der TAR gemäß der Erfindung können auch noch weitere spezielle Merkmale enthalten oder einzelne der oben erläuterten speziellen Merkmale weglassen.
Die Funktionsweise einer thermischen Abluftreinigungsvorrichtung und deren Brenner sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Es werden deshalb nun nur ein paar spezielle Betriebsaspekte des modularen TAR-Systems der Erfindung erläutert.
Die Brennermodule 12n können für verschiedene Rohgasluftmengen ausgeführt sein, beispielsweise zwischen 100 und 2000 Nm3/h, vorzugsweise zwischen 250 und 1500 Nm3/h, besonders bevorzugt zum Beispiel für etwa 500 Nm3/h oder etwa 1000 Nm3/h je Brennermodul. Die Gesamtluftmenge der TAR 10 ist natürlich ein Vielfaches der Luft menge je Brennermodul 12n.
Nach der Vorbelüftung werden je nach Vorwahl alle oder nur einzelne Brennermodule 12n aktiviert. Die Regelung der einzelnen Brenner 19 erfolgt dann modulierend, bis die Mindestluftmenge oder die Maximalluftmenge je Brenner 19 erreicht wird. Zum Beispiel kann bei Unterschreiten der Mindestluftmenge eines oder mehrerer Brenner 19, welche mithilfe der Luftmengenerfassungsvorrichtung 28 erfasst wird, eines der Brennermodule außer Betrieb gesetzt werden, indem zunächst die jeweilige Ventilvorrichtung die Brenn stoffeinleitung absperrt und dann nach einer Spülung des Brenners 19 zum Entfernen der verbliebenen Gase aus dem Brenner auch die Rohgaseinleitung absperrt. Die Brenner 19 der übrigen Brennermodule 12n übernehmen dann auch die Rohgasmenge des außer Betrieb gesetzten Brennermoduls, sodass bei diesen die Mindestluftmenge für den ordentlichen Betrieb jeweils nicht unterschritten wird. Wird im umgekehrten Betriebs fall die Maximalluftmenge aller aktiven Brennermodule 12n erreicht, so können ein oder mehr zusätzliche Brennermodule, die sich noch im Standby-Modus befinden, in Betrieb gesetzt werden. Um Kapazitätsengpässe zu verhindern, können der Betrieb der weiteren Brennermodule vorzugsweise bereits ab 80-90% der Maximalluftmenge vorbereitet werden. Aufgrund der verbundenen Brennkammern 14n ist aber keine Vorbelüftung der neu in Betrieb zu nehmenden Brennermodule 12n erforderlich, sodass die Reaktionszeit auf Luftmengenänderungen auf ein Mindestmaß verkürzt werden kann. Diese durch die Modularität ermöglichte Betriebsweise der TAR 10 erzielt eine Energieeinsparung und eine Leistungsanpassung an die aktuelle Rohgasluftmenge, da nicht immer alle Brenner module in Betrieb sein müssen.
Durch die Verbindung der Brennkammern 14n mit Bildung eines gemeinsamen Brenn raums ist es möglich, mit nur einem Brenner 19 als Aufheizbrenner die gesamte TAR 10 auf die erforderliche Mindestreaktionstemperatur vorzuheizen. Auch bei Nichterreichen oder Unterschreiten der Mindestreaktionstemperator im gemeinsamen Brennraum kann der gemeinsame Brennraum durch Inbetriebnahme eines Brenners als Aufheizbrenner 19 mit Wärmeenergie versorgt werden, um die Mindestreaktionstemperatur wieder zu erreichen bzw. zu halten. Auch die Spülungs- und Vorbelüftungsprozesse erfolgen über den gesamten Brennraum, sodass der Zeitaufwand im Vergleich zu herkömmlichen TAR-Systemen deutlich reduziert werden kann.
Bei Bedarf von Energie, die über die vorhandene Energie im TAR 10 hinausgeht, ist es möglich, dass ein oder mehr der mehreren Brennermodule 12n mit Frischluft betrieben werden, um zusätzliche Energie zur Verfügung zu stellen. Die restlichen Brennermodule 12n werden weiter mit dem zu reinigenden Rohgas betrieben. Diese Vorgehensweise kann zum Beispiel auch genutzt werden, um bei einem Aufheizvorgang der Werkstück bearbeitungsanlage den erhöhten Energiebedarf durch mehr in Betrieb gehaltene Brennermodule 12n abzudecken. Während eines Aufheizvorgangs der Werkstück bearbeitungsanlage kann insbesondere durch das Bypassmodul 12d Heißgas zum Beheizen der Trockner aus der TAR 10 entnommen werden.
D.h. der Betrieb der TAR 10 kann neben den üblichen Betriebsweisen herkömmlicher TARs bevorzugt ein oder mehr der folgenden Schritte aufweisen: (a) Inbetriebnahme einer Anzahl der Brennermodule 12n entsprechend der zu behandelnden Rohgasmenge; (b) Abschalten wenigstens eines der mehreren Brennermodule 12n, falls eine Rohgas menge einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet; (c) Betreiben der Brennermodule 12n wechselweise im Teillastbetrieb; (d) Spülen des gemeinsamen Brennraums von benachbarten Brennkammern 14n; (e) Vorbelüften des gemeinsamen Brennraums von benachbarten Brennkammern 14n; (f) nach einem Abschalten eines Brennermoduls 12n Spülen des jeweiligen Brenners 19 mit Luft ohne Brennstoffzumischung; und (g) Betreiben eines Teils der Brennermodule 12n mit Rohgaszufuhr zum Brenner 19 und eines anderen Teils der Brennermodule 12n mit Frischluftzufuhr zum Brenner 19.
Bezugnehmend auf Fig. 5A bis 5F werden nun mehrere verschiedene Ausführungs varianten der oben beschriebenen modularen thermischen Rohgasbehandlungs vorrichtung erläutert. Dabei sind gleiche bzw. entsprechende Komponenten der Vorrichtung mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 gekennzeichnet. Auch wenn in Fig. 5A-F zwecks besserer Übersichtlichkeit jeweils ein paar Elemente/Merkmale (z.B. 34c, 62) des Ausführungsbeispiels von Fig. 1-4 nicht dargestellt sind, sind diese natürlich auch alle in Kombination mit diesen Ausführungsvarianten vorhanden bzw. optional einsetzbar.
Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthalten die thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtungen 10 dieser Ausführungsvarianten jeweils ein Zusatzmodul 36n ohne eigenen Brenner, das zwischen zwei der mehreren Brenner module 12n eingekoppelt ist. Die Anschlussflansche der Zusatzmodule 36n sind jeweils mit Durchgangsöffnungen 16 versehen, sodass die Innenräume der Zusatzmodule 36n mit den Brennräumen der benachbarten Brennkammern 14n verbunden sind und so gemeinsame Innenräume bilden.
In der Ausführungsvariante von Fig. 5A enthält das Zusatzmodul 36a keine speziellen Zusatzelemente, sondern nur einen Innenraum, durch den das Volumen des gemein- samen Brennraums der Brennkammern 14n der mehreren Brennermodule 12a-d erweitert wird.
In der Ausführungsvariante von Fig. 5B sind an den Wänden des Zusatzmoduls 36b in Verbindungsrichtung zwischen den beiden angrenzenden Brennermodulen 12c und 12d ein oder mehr Kompensationselemente 37b vorgesehen, die eine thermische bedingte Veränderung der Dimensionierung der Brennermodule 12n kompensieren können, sodass die Gesamtgröße der Vorrichtung 10 auch bei starken Temperaturbelastungen im Wesentlichen gleichgehalten werden kann.
In der Ausführungsvariante von Fig. 5C enthält das Zusatzmodul 36c ein Wärme tauscherelement 37c, über das zumindest ein Teil Wärme vom Reingas im gemein samen Innenraum der mehreren Brennermodule 12a-d und des Zusatzmoduls 36c an irgendein anderes Fluid außerhalb der Vorrichtung 10 übertragen werden kann. Zum Beispiel können auf diese Weise Thermalöl-Zwischenkreise für zum Beispiel Heiz anlagen, ORC-Arbeitsmedien, Prozessgase (z.B. Trocknerluft, Desorptionsluft, etc.) oder dergleichen erwärmt werden.
In der Ausführungsvariante von Fig. 5D enthält das Zusatzmodul 36d mehrere Wärme speicher- und/oder Katalysatorelemente 37d, die einen Teil der Wärmeenergie aus dem Reingas im gemeinsamen Innenraum aufnehmen können und/oder eine Katalysator funktion zum Behandeln des Rohgases haben. Die so gespeicherte Wärme kann zum Beispiel für regenerative Alternativ- oder Zusatzprozesse, zur Verbesserung der Wiederstart-Eigenschaften der Vorrichtung 10 und dergleichen benutzt werden. Zusätzlich oder alternativ können die Zusatzelemente 37d dieses Zusatzmoduls 36d auch dem Adsorbieren oder Absorbieren von Schadstoffen (z.B. CO2) aus dem gemeinsamen Innenraum dienen.
In der Ausführungsvariante von Fig. 5E enthält das Zusatzmodul 36e im unteren Bereich wenigstens ein Austragungselement 37e zum Austragen von Fluiden und/oder Partikeln (z.B. Feststoffe, Kondensate) aus dem gemeinsamen Innenraum. Diese Austragung kann dem Reinigen des modularen TARs 10 und einer effektiveren Behandlung des zu reinigenden Rohgases dienen.
In der Ausführungsvariante von Fig. 5F enthält das Zusatzmodul 36f ein Eindüsungs element 37f zum Eindüsen von Zusatzmitteln in den gemeinsamen Innenraum. Das Zusatzmittel ist zum Beispiel ein Hilfsstoff zur selektiven nichtkatalytischen Reduktion (SNCR) zum Beispiel zum Reinigen von stickstoffhaltigen Rohgasen. Bei Verwendung eines solchen Zusatzmoduls 36f kann auf weitere Eindüsungselemente an den Brenner modulen 12n verzichtet werden, insbesondere falls die Brennräume aller Brennermodule 12n miteinander und mit dem Innenraum des Zusatzmoduls 36f zu einem gemeinsamen Innenraum verbunden sind.
Während in den Fig. 5A bis 5F jeweils nur ein Zusatzmodul 36n in der modularen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung 10 eingekoppelt ist, können wahlweise auch zwei oder mehr Zusatzmodule 36n jeweils zwischen zwei Brennermodulen 12n in die Vorrichtung eingekoppelt werden. Im Fall von mehreren Zusatzmodulen 36n können diese unterschiedliche oder gleiche Zusatzfunktionen für die Vorrichtung 10 beinhalten. Während in den Fig. 5A bis 5F die Zusatzmodule 36n jeweils nur eine Zusatzfunktion beinhalten, können wahlweise auch Zusatzmodule mit mehreren Zusatzfunktionen verwendet werden. Der Fachmann wird neben den unter Bezug auf Fig. 5A bis 5F beschriebenen Zusatzfunktionen zudem noch weitere Zusatzfunktionen für die modulare Vorrichtung 10 erkennen, die durch Zusatzmodule bereitgestellt werden können. So kann das Zusatzmodul zum Beispiel auch eine Heißgasausleitung umfassen, sodass keines der Brennermodule 12n als Bypassmodul ausgebildet sein muss.
Bezugnehmend auf Fig. 6A bis 6D werden nun mehrere verschiedene weitere Ausführungsvarianten der oben beschriebenen modularen thermischen Rohgas behandlungsvorrichtung erläutert. Dabei sind gleiche bzw. entsprechende Komponenten der Vorrichtung wieder mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 gekennzeichnet. Auch wenn in Fig. 6A-D zwecks besserer Übersichtlichkeit jeweils ein paar Elemente/ Merkmale (z.B. 34c, 62) des Ausführungsbeispiels von Fig. 1-4 nicht dargestellt sind, sind diese natürlich auch alle in Kombination mit diesen Ausführungsvarianten vorhanden bzw. optional einsetzbar.
Im Unterschied zu den in Fig. 5A-F dargestellten Ausführungsvarianten enthalten die thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtungen 10 dieser Ausführungsvarianten jeweils ein Zusatzmodul 38n ohne eigenen Brenner, das an einem äußeren der mehreren Brennermodule 12n angekoppelt ist. Diese äußeren Zusatzmodule 38n können grund sätzlich dieselben Zusatzfunktionen wie die oben beschriebenen inneren Zusatzmodule 36n haben. In der Ausführungsvariante von Fig. 6A enthält das Zusatzmodul 38a keine speziellen Zusatzelemente, sondern nur einen Innenraum, durch den das Volumen des gemein samen Brennraums der Brennkammern 14n der mehreren Brennermodule 12a-d erweitert wird. In der Ausführungsvariante von Fig. 6B enthält das Zusatzmodul 38b ein Wärmeübertragungselement 39b, welches in den gemeinsamen Brennraum der Brennermodule 12n hineinragt, um zumindest einen Teil Wärme vom Reingas an irgendein anderes Fluid außerhalb der Vorrichtung 10 zu übertragen. In der Aus führungsvariante von Fig. 6C enthält das Zusatzmodul 38c ein Eindüsungselement 39c, welches in die Brennräume der mehreren Brennermodule 12n hineinragt, um Zusatz mittel einzudüsen. In der Ausführungsvariante von Fig. 6D enthält das Zusatzmodul 38d ein Austragungselement 39d, welches im unteren Bereich in die Brennkammern 14n der Brennermodule 12n hineinragt, um Fluide und/oder Partikel (z.B. Feststoffe,
Kondensate) aus den Brennkammern 14n auszutragen.
Während in den Fig. 6A bis 6D jeweils nur ein Zusatzmodul 38n an die modulare thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung 10 angekoppelt ist, können wahlweise auch zwei Zusatzmodule 38n an den beiden äußeren Brennermodulen 12a, 12d angekoppelt werden. In diesem Fall können die zwei Zusatzmodule 38n unterschiedliche oder gleiche Zusatzfunktionen für die Vorrichtung 10 beinhalten. Während in den Fig. 6A bis 6D die Zusatzmodule 38n jeweils nur eine Zusatzfunktion beinhalten, können wahlweise auch Zusatzmodule mit mehreren Zusatzfunktionen verwendet werden. Der Fachmann wird neben den unter Bezug auf Fig. 6A bis 6D beschriebenen Zusatzfunktionen zudem noch weitere Zusatzfunktionen für die modulare Vorrichtung 10 erkennen, die durch Zusatz module bereitgestellt werden können. Diesbezüglich sind insbesondere auch alle oben in Bezug auf die inneren Zusatzmodule 36n erwähnten Zusatzfunktionen möglich.
Während in den obigen Ausführungsvarianten von Fig. 5A bis 5F jeweils nur ein inneres Zusatzmodul 36n vorhanden ist und in den obigen Ausführungsvarianten von Fig. 6A bis 6D jeweils nur ein äußeres Zusatzmodul 38n vorhanden ist, besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, diese beiden Konzepte zu kombinieren. D.h. Aus führungsvarianten der erfindungsgemäßen TAR 10 können optional auch wenigstens ein inneres Zusatzmodul 36n und wenigstens ein äußeres Zusatzmodul 38n aufweisen. Die inneren und äußeren Zusatzmodule 36n, 38n können in diesem Fall wahlweise unter schiedliche oder gleiche Zusatzfunktionen für die TAR 10 beinhalten. Wie in Fig. 1 bis 6 dargestellt, sind die Brennermodule 12n in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel und auch in den oben beschriebenen Ausführungsvarianten jeweils in einer im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsform strukturiert und über die Anschlussflansche 15 entlang einer im Wesentlichen geraden Linie (jeweils Links- Rechts-Richtung in den Figuren) aneinandergekoppelt.
Bezugnehmend auf Fig. 7A und 7B wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen modularen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung erläutert.
Im Gegensatz zu Fig. 1 bis 5 haben die Brennermodule 12n jeweils eine tortenstück artige Querschnittsform, sodass sie über die Anschlussflansche entlang einer im Wesentlichen kreisförmigen Linie aneinander koppelbar sind. Hierdurch ergibt sich eine andere Gesamtstruktur, die je nach Anwendungsfall vorteilhafter sein kann. Im Aus führungsbeispiel von Fig. 7A-B ergibt sich so eine hexagonale Gesamtstruktur. In anderen möglichen Varianten sind aber auch andere polygonale Strukturen möglich.
Wie insbesondere in Fig. 7A ersichtlich, haben die Brennermodule 12n bei dieser torten stückartigen Querschnittsform eine breitere Außenseite und eine schmalere Innenseite und dementsprechend schräg verlaufende Anschlussflansche 15 zwischen benach barten Brennermodulen. Optional kann zentral zwischen den Brennermodulen 12n ein Fluidkanal 11 integriert sein, sodass eine Wärmeübertragung auf ein diesen durch strömendes Fluid ermöglicht werden kann. Wie in Fig. 7B veranschaulicht, können bei dieser Strukturform die Brennermodule 12n ferner auf Führungsschienen 33 gelagert sein, über die sie in radialer Richtung verschiebbar sind.
Der Aufbau und die Funktionsweise der Brennermodule 12n sind relativ zum obigen Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 6 außer der Strukturform im Wesentlichen unver ändert. D.h. die Brennermodule 12n haben insbesondere ebenfalls Brennkammern und Brenner mit einem gemeinsamen Brennraum und optional wenigstens ein inneres Zusatzmodul. Bezüglich weiterer Einzelheiten und möglicher Varianten wird einfach auf die obigen Erläuterungen zu Fig. 1 bis 6 verwiesen, um umfangreiche Wiederholungen zu vermeiden.
Bezugnehmend auf Fig. 8 und 9 wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen modularen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung erläutert. Gleiche bzw. entsprechende Elemente sind mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 1-4 gekenn zeichnet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1-4 weist die Rohgas behandlungsvorrichtung 10 zusätzlich eine Aufheizvorrichtung 60 (oder wahlweise mehrere Aufheizvorrichtungen) im Bereich des gemeinsamen Brennraums der mehreren Brennermodule 12n auf. Die Aufheizvorrichtung 60 ist zum Beispiel an der Brennkammer 14n eines äußeren (in Fig. 9 links) Brennermoduls 12a angekoppelt. Diese Aufheiz vorrichtung 60 kann zum Beispiel ein Aufheizbrenner, eine elektrische oder elektro magnetische Aufheizvorrichtung oder eine schaltbare Hochtemperatur-Wärmequelle anderer Art sein. Die Aufheizvorrichtung 60 versorgt den gemeinsamen Brennraum mit Wärmeenergie, um den gemeinsamen Brennraum auf die erforderliche Mindest reaktionstemperatur (z.B. etwa 750°C) zum sicheren/effektiven Behandeln des Roh gases vorzuheizen. Vorzugsweise enthält die Rohgasbehandlungsvorrichtung 10 nur eine einzelne Aufheizvorrichtung 60, was aufgrund des gemeinsamen Brennraums ausreichend ist. Wie in Fig. 9 angedeutet, enthält diese Aufheizvorrichtung 60 vorzugs weise eine Sicherheitstechnik 61 zum Überwachen des Vorhandenseins einer Flamme (z.B. eine Fotozelle zur Flammenüberwachung).
In diesem Ausführungsbeispiel können durch den Einsatz dieser Aufheizvorrichtung 60 die Brenner 19 der mehreren Brennermodule 12n alle einfacher konfiguriert sein und unaufwändiger angesteuert werden, da sie alle nicht als Aufheizbrenner benutzt werden müssen und auch keine Sicherheitstechnik zum Überwachen des Aufheizens benötigen. Während der Aufheizung des gemeinsamen Brennraums durch die Aufheizvorrichtung 60 bleiben alle Brenner 19 der Brennermodule 12n ausgeschaltet.
Im Übrigen entspricht dieses dritte Ausführungsbeispiel von Fig. 9-10 dem ersten Ausführungsbeispiel 1-4 und kann ebenfalls mit allen Ausführungsvarianten der Fig. 5A-F und 6A-D ausgestaltet sein und ebenfalls die andere Strukturformvariante der Fig. 7A-B haben.
Die oben beschriebene modulare thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung 10 der Erfindung (gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen und -Varianten) kann in vorteilhafter Weise zum Beispiel für Werkstückbehandlungsanlagen, insbesondere zum Trocknen und/oder Härten von lackierten / beschichteten / geklebten Werkstücken (z.B. Karosserien oder Karosserieteile) verwendet werden. Die modulare TAR 10 kann aber zum Beispiel auch zur Schwachgasverbrennung (z.B. im Deponie- oder Biogas-Umfeld, etc.) oder zum Erzeugen von Inertgas zur Desorption von Zeolithkonzentratoren oder vergleichbaren Anwendungen eingesetzt werden.
Fig. 8 zeigt beispielhaft eine mögliche Verwendung der erfindungsgemäßen thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung als TAR-System in einer Werkstückbehandlungsanlage 40 zum Trocknen und/oder Härten von lackierten / beschichteten / geklebten Werk stücken (z.B. Karosserien oder Karosserieteile). Natürlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auch in anderen Strukturen von Werkstückbearbeitungsanlagen 40 in vorteilhafter Weise eingesetzt werden.
Die Werkstückbearbeitungsanlage 40 weist eine Prozesskammer 42 mit mehreren Zonen zum Aufnehmen von zu bearbeitenden Werkstücken auf, wobei die Prozess kammer 42 mit wenigstens einer Frischluftleitung 44 zum Einleiten von Frischluft in die Prozesskammer verbunden ist. Im Anwendungsbeispiel von Fig. 8 ist die Prozess kammer 42 mit zwei Zonengruppen ausgestaltet und deshalb mit zwei Abluftleitungen 48 zum Ausleiten von zu reinigender Abluft aus den beiden Prozesskammer-Zonengruppen versehen. Außerdem ist die Prozesskammer 42 in dieser Ausführungsform mit mehreren Umluftkreisläufen 50 zum Ausleiten und Wiedereinleiten von Umluft aus der / in die Prozesskammer verbunden. In dieser Werkstückbearbeitungsanlage 40 können zwei modulare thermische Rohgasbehandlungsvorrichtungen 10 der Erfindung eingesetzt werden, deren Rohgaseingänge 21 n jeweils mit einer der beiden Abluftleitungen 48 verbunden sind.
Die Umluftkreisläufe 50 sind vorzugsweise jeweils mit einem Umluftrekuperator 51 ausgestattet, in dem jeweils ein Ventilator 52 zum Fördern der Umluft und ein Umluft- Wärmeübertrager 53 enthalten sind. Die Reingasausgänge 22n der beiden modularen TARs 10 sind jeweils mit einer Reingasableitung 23 verbunden, die durch eine Gruppe der Umluftrekuperatoren 50 verläuft, in denen Wärme vom Reingas auf die Umluft übertragen wird, und optional auch noch durch einen Frischluft-Wärmeübertrager 45 verläuft, in dem Restwärme vom Reingas auf die Frischluft übertragen wird. Anstelle des Umluft-Wärmeübertragers 53 können die Umluftrekuperatoren 51 alternativ auch eine Umluft-Mischkammer enthalten, über die zumindest ein Teil des Reingases dem Umluft strom beigemischt wird. Es sei vorsorglich darauf hingewiesen, dass die Umluftkreisläufe 50 mit ihren Umluftrekuperatoren 51 in Fig. 8 nur schematisch dargestellt sind, ohne die konkreten Positionierungen und Verbindungen ihrer Komponenten zu bestimmen und ohne mögliche weitere Komponenten (z.B. Drosselklappen, Messvorrichtungen, etc.) zu zeigen.
In anderen Anwendungen können auch nur eine TAR 10 oder mehr als zwei TARs 10 in der Werkstückbearbeitungsanlage 40 verwendet werden. Im Fall von mehreren TARs 10 können diese mit gleichen oder verschiedenen Anzahlen von Brennermodulen ausge stattet sein.
Neben der in Fig. 8 beispielhaft veranschaulichten Verwendung, kann die erfindungs- gemäße thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung 10 grundsätzlich für beliebige Anwendungen / Behandlungen / Anlagen eingesetzt werden. Die thermische Rohgas behandlungsvorrichtung kann insbesondere als thermische Abluftreinigungsvorrichtung (TAR) oder als thermische Nachverbrennungsanlage (TNV), zum Beispiel zum Reinigen von Schadstoffen aus einer Prozessluft per Oxidation, eingesetzt werden.
Der Erfindungsgegenstand ist durch die anhängenden Ansprüche definiert. Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele dienen nur dem besseren Verständnis der Erfindung, sollen aber nicht den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich einschränken. Wie für den Fachmann ersichtlich, sind auch noch andere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich, insbesondere durch Weglassen einzelner Merkmale aus den oder Hinzufügen zusätzlicher Merkmale in die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und durch weitere (nicht explizit erwähnte) Merkmalskombinationen von zwei oder mehr der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. BEZUGSZIFFERNLISTE
10 thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung
11 Fluidkanal
12n Brennermodule
13 Gaszugänge
14n Brennkammern
15 Anschlussflansch
16 Durchgangsöffnung
17 Abschlussflansch
18 Brenner-Anschlussflansch
19 Brenner 20 Rohgaszuleitung
21 Rohgaseingänge
22 Reingasausgänge
23 Reingasableitung 24 Heißgasausgang
25 Heißgasableitung
26n Ventilvorrichtungen
27a, b Strömungsregler
28 Luftmengenerfassungsvorrichtung 29 Wärmeübertragungssystem
30 Grundrahmen
31 Gleitlager
32 Erweiterungsrahmen
33 Führungsschienen 34a Temperaturerfassungsvorrichtung in Brennkammer
34b Temperaturerfassungsvorrichtung in Durchgangsöffnung 34c Temperaturerfassungsvorrichtung nahe Brenner
35 Eindüsungsvorrichtung für Zusatzmittel
36n Zusatzmodul (zwischen Brennermodulen) 37n Zusatzelemente der Zusatzmodule 36n
38n Zusatzmodul (an äußerem Brennermodul)
39n Zusatzelemente der Zusatzmodule 38n
40 Werkstückbearbeitungsanlage
42 Prozesskammer 44 Frischluftleitung
45 Frischluft-Wärmeübertrager
48 Abluftleitung
50 Umluftkreisläufe
51 Umluftrekuperatoren 52 Ventilatoren
53 Umluft-Wärmeübertrager
60 Aufheizvorrichtung
61 Sicherheitstechnik
62 Thermoelement

Claims

ANSPRÜCHE 1. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10), aufweisend: mehrere Brennermodule (12n), die jeweils aufweisen: eine Brennkammer (14n) mit einem Brennraum zum thermischen Behandeln eines Rohgases darin; einen an die Brennkammer (14n) angeschlossenen Brenner (19) zum Ver- brennen von im zu reinigenden Rohgas enthaltenen Schadstoffen; einen Rohgaseingang (21) zum Einleiten des zu reinigenden Rohgases durch den Brenner (19) in die Brennkammer (14n); und einen Reingasausgang (22) zum Ausleiten eines gereinigten Reingases, wobei die mehreren Rohgaseingänge (21) der mehreren Brennermodule (12n) wahlweise einzeln oder gruppenweise an eine jeweilige Rohgaszuleitung (20) angeschlossen werden können, und die mehreren Reingasausgänge (22) der mehreren Brennermodule (12n) wahlweise einzeln oder gruppenweise an eine jeweilige Reingasableitung (23) angeschlossen werden können; und wobei die mehreren Brennermodule (12n) jeweils über Anschlussflansche (15) aneinandergekoppelt sind, wobei zumindest ein Teil der Anschlussflansche (15) der mehreren Brennermodule (12n) jeweils eine Durchgangsöffnung (16) aufweist, um die Brennräume der Brennkammern (14n) von jeweiligen aneinander gekoppelten Brennermodulen (12n) zu einem gemeinsamen Brennraum miteinander zu verbinden.
2. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, welche ferner wenigstens eine Aufheizvorrichtung (60) zum Aufheizen des gemeinsamen Brennraums der aneinander gekoppelten Brennermodule (12n) aufweist, die im Bereich des gemeinsamen Brennraums beispielswiese an der Brennkammer (14n) eines der mehreren Brennermodule (12n) angekoppelt ist und vorzugsweise eine
Sicherheitstechnik (61) zum Überwachen des Vorhandenseins einer Flamme enthält.
3. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die mehreren Brennermodule (12n) jeweils ferner einen Gaszugang (13) zum Einleiten eines Brennstoffes in den jeweiligen Brenner (19) und/oder einen Zugang zum Einleiten eines flüssigen Brennstoffes in den jeweiligen Brenner (19) aufweisen.
4. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher an den Rohgaseingängen (21) der Brennermodule (12n) jeweils eine Ventilvorrichtung (26n) zum wahlweisen Öffnen, Drosseln und/oder Schließen des jeweiligen Rohgaseingangs (21) vorgesehen ist, wobei die Ventil vorrichtungen (26n) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
5. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Brenner (19) der mehreren Brennermodule (12n) einzeln oder gruppenweise unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
6. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend wenigstens eine Luftmengenerfassungsvorrichtung (28) zum Erfassen einer Gesamtluftmenge des zu reinigenden Rohgases.
7. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Brennermodule (12n) auf einem gemeinsamen Grund rahmen (30) getragen werden, wobei wenigstens eines der mehreren Brenner module (12n) über ein Gleitlager (31) auf dem Grundrahmen (30) gelagert ist.
8. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, bei welcher an dem Grundrahmen (30) ein Erweiterungsrahmen (32) angebracht ist, über den die Brennermodule (12n) mittels der Gleitlager (31) auseinandergeschoben werden können.
9. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Brenner (19) wenigstens eines Brennermoduls (12n) ein Wärmeübertragungssystem (29) zur Wärmeübertragung vom ausströmenden Reingas auf einströmendes Rohgas und/oder einströmenden Brennstoff integriert hat.
10. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher wenigstens ein Brennermodul (12e) der mehreren Brennermodule (12n) ferner einen Heißgasausgang (24) zum Ausleiten eines Heißgases aus der jeweiligen Brennkammer (14e) aufweist, der an eine Heißgas leitung (25) angeschlossen werden kann.
11. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Brenner (19) jeweils oben an der jeweiligen Brenn kammer (14n) angeschlossen sind und nach unten in die jeweilige Brennkammer (14n) hineinragen.
12. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher wenigstens eines der mehreren Brennermodule (12n) eine
Eindüsungsvorrichtung (35) zum Eindüsen eines Zusatzmittels für den Reinigungs vorgang des Rohgases in die jeweilige Brennkammer (14n) aufweist.
13. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher wenigstens eines der mehreren Brennermodule (12n) ein oder mehr Temperaturerfassungsvorrichtungen (34a, b,c) zur Temperaturerfassung in der jeweiligen Brennkammer (14n), in der Durchgangsöffnung (16) zur benach barten Brennkammer und/oder nahe, vorzugsweise in einem Abstand von 50 bis 500 mm zum Ende des jeweiligen Brenners (19) aufweist.
14. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 13, bei welcher wenigstens ein Brenner (19) der mehreren Brennermodule (12n) ein Thermo element (62) zum Regeln der Brennertemperatur aufweist.
15. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei welcher die Brenner (19) der Brennermodule (12n) jeweils eine im Wesentlichen kreisförmige oder elliptische oder polygonale Querschnittsform haben.
16. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, ferner aufweisend wenigstens ein Zusatzmodul (36n) ohne Brenner, das zwischen zwei der mehreren Brennermodule (12n) angekoppelt ist und dessen Innenraum über Durchgangsöffnungen (15) mit den Brennräumen der benach barten Brennkammern (14n) zum Bilden eines gemeinsamen Innenraums ver- bunden ist und das wenigstens eine Zusatzfunktion aufweist, die ausgewählt ist aus: a) Vergrößern des gemeinsamen Brennraums der Brennkammern (14n); b) Kompensieren von Dimensionsveränderungen der Vorrichtung (10); c) Wärmeübertragung vom Reingas im gemeinsamen Innenraum auf ein anderes Fluid außerhalb der Vorrichtung (10); d) Heißgasausleitung; e) Wärmespeicherung; f) Katalysator; g) Austragen von Fluiden und/oder Partikeln aus dem gemeinsamen Innenraum; h) Eindüsen von Zusatzstoffen in den gemeinsamen Innenraum; und i) Adsorbieren oder Absorbieren von Schadstoffen aus dem Innenraum.
17. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, ferner aufweisend wenigstens ein Zusatzmodul (38n) ohne Brenner, welches an ein äußeres der mehreren Brennermodule (12n) angekoppelt ist und das wenigstens eine Zusatzfunktion aufweist, die ausgewählt ist aus: a) Vergrößern des Brennraums der benachbarten Brennkammer; b) Kompensieren von Dimensionsveränderungen der Vorrichtung (10); c) Wärmeübertragung vom Reingas im Brennraum der benachbarten Brennkammer auf ein anderes Fluid außerhalb der Vorrichtung (10); d) Heißgasausleitung; e) Wärmespeicherung; f) Katalysator; g) Austragen von Fluiden und/oder Partikeln aus dem Brennraum der benachbarten Brennkammer; h) Eindüsen von Zusatzstoffen in den Brennraum der benachbarten Brennkammer; und i) Adsorbieren oder Absorbieren von Schadstoffen aus dem Brennraum der benachbarten Brennkammer.
18. Thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei welcher die Brennermodule (12n) jeweils eine rechteckige Quer schnittsform haben und entlang einer geraden Linie aneinandergekoppelt sind oder jeweils eine tortenstückartige Querschnittsform haben und entlang einer kreis förmigen Linie aneinandergekoppelt sind.
19. Werkstückbearbeitungsanlage (40), aufweisend: eine Prozesskammer (42) zum Aufnehmen von zu bearbeitenden Werkstücken, wobei die Prozesskammer (42) mit wenigstens einer Abluftleitung (48) zum Ausleiten von zu reinigender Abluft aus der Prozesskammer verbunden ist; und wenigstens eine thermische Rohgasbehandlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Rohgaseingänge (21) der mehreren Brennermodule (12a) jeweils an eine der wenigstens einen Abluftleitung (48) angeschlossen sind.
20. Verfahren zum Betreiben der thermischen Rohgasbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, aufweisend wenigstens einen der folgenden Schritte: a) Inbetriebnahme einer Anzahl der Brennermodule (12n) entsprechend der zu behandelnden Rohgasmenge; b) Abschalten wenigstens eines der mehreren Brennermodule (12n), falls eine Rohgasmenge einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet; c) Betreiben der Brennermodule (12n) wechselweise im Teillastbetrieb; d) Spülen des gemeinsamen Brennraums von benachbarten Brennkammern (14n); e) Vorbelüften des gemeinsamen Brennraums von benachbarten Brennkammern (14n); f) nach einem Abschalten eines Brennermoduls (12n) Spülen des jeweiligen Brenners (19) mit Luft ohne Brennstoffzumischung; und g) Betreiben eines Teils der Brennermodule (12n) mit Rohgaszufuhr zum Brenner und eines anderen Teils der Brennermodule (12n) mit Frischluftzufuhr zum Brenner.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem zum Einrichten, Erreichen und/oder bei Unterschreiten eines Temperaturgrenzwertes im gemeinsamen Brennraum der gemeinsame Brennraum durch Inbetriebnahme des Brenners (19) eines der mehreren Brennermodule (12n) als Aufheizbrenner oder durch Betrieb der Aufheizvorrichtung (60) im Bereich des gemeinsamen Brennraums mit Wärmeenergie versorgt wird.
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