WO1987001434A1 - Device for burning oxidizable components in a carrier gas - Google Patents

Device for burning oxidizable components in a carrier gas Download PDF

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WO1987001434A1
WO1987001434A1 PCT/EP1986/000501 EP8600501W WO8701434A1 WO 1987001434 A1 WO1987001434 A1 WO 1987001434A1 EP 8600501 W EP8600501 W EP 8600501W WO 8701434 A1 WO8701434 A1 WO 8701434A1
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WO
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carrier gas
heat exchanger
burner
gas
annular space
Prior art date
Application number
PCT/EP1986/000501
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English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert OBERMÜLLER
Original Assignee
Katec Betz Gmbh & Co.
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 Katec Betz Gmbh & Co. filed Critical Katec Betz Gmbh & Co.
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Priority to DE8686905767T priority patent/DE3666973D1/de
Publication of WO1987001434A1 publication Critical patent/WO1987001434A1/de

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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

Definitions

  • the invention relates to a device for burning oxidizable components in a carrier gas comprising a gas inlet and a gas outlet, a burner with subsequent high-speed mixing chamber, a 5 combustion chamber and a heat exchanger with around
  • High-speed mixing chamber arranged around, through which the gas to be cleaned flows in countercurrent to the cleaned gas and which are bent at one end.
  • the object of the present invention is to design a device of the type described above in such a way that the heat exchanger is secured with 25 structurally simple means against expansions and surface damage caused by temperature and fluctuations.
  • the object is achieved in that the 0 heat exchanger tubes are bent outwards at their colder ends.
  • This has the advantage that the pipe ends are arranged on a much larger circumferential surface compared to inwardly bent pipes, so that easier welding and thus 5 machine suitability is achieved.
  • the welded ends can be a much larger distance from each other ,
  • the sheath receiving the ends does not have to be an additional component such as a drum, compared to the prior art; rather, according to one embodiment of the invention, the inner wall of an outer annular space is used as a fastening surface, through which the oxidizable
  • Carrier gas having components is guided from the inlet opening to the heat exchanger tubes. Since the risk of shrinkage and warping when welding in the pipes due to the greater distance is excluded, the Q wall material can be chosen thinner so that the
  • the device according to the invention can therefore prevent a preliminary burn - always associated with the highest preheating - from causing serious damage.
  • the heat exchanger is already in its high temperature section
  • Another advantage of the invention is that the high-temperature part of the heat exchanger acts more as a ⁇ t - first combustion chamber stage. This property occurs particularly when the volume flow rate is low - combined with a high load of flammable substances.
  • Another advantage in the arrangement of the bent pipe ends on the cold side of the device is the fact that due to the low flow velocity of the media flowing inside the pipes, abrasion in the pipe bend is almost impossible.
  • Heat exchanger tubes flowing gas can be supplied via the pipe bends and the bent pipe sections. This makes them
  • Pipe bends are arranged in a temperature range of approximately 250 ° C - 300 ° C, so that the risk of damage due to high and rapid temperature changes as a whole or between individual pipes is almost excluded.
  • the formation of scale is also ruled out here, so that consumption is impossible.
  • the carrier gas is supplied from the carrier gas inlet opening to the bent ends of the heat exchanger tubes via an outer annular space running in the region of the outer wall of the device which is essentially cylindrical in shape.
  • the annular space can extend into the outlet opening.
  • Heat exchanger surface acts, so that not only is a preheating of the supplied fluids, but also ensured is that existing condensates have already completely evaporated before entering the heat exchanger tubes. It should also be mentioned that the preheating in the annular space reduces the expenditure on the tube heat exchanger and reduces its costs.
  • the annular space extends between the carrier gas inlet and carrier gas outlet opening. Furthermore, “the invention is characterized in that the j e carrier gas inlet opening with a subsequent first
  • Annular chamber is arranged in the area of the burner, the first annular chamber concentrically surrounding the burner.
  • the single figure shows a device for burning oxidizable constituents in a carrier gas such as exhaust gas 0, which can also be referred to as an afterburning device.
  • the device comprises a cylindrical outer jacket 12 which is delimited by end walls 13 and 15.
  • a burner 14 is arranged concentrically to the axis of the casing 12, to which a high-speed mixing tube 16 and a main combustion chamber 18, which is delimited by the outer end wall, connects. It is not necessary that - as shown in the drawing - the high-speed mixing tube 16 protrudes into the main combustion chamber 18.
  • An internal annular space 20 runs concentrically to the high-speed mixing tube 16, which in turn merges into a space 22 in which heat exchange / pre-combustion tubes 24 are arranged concentrically to the longitudinal axis of the device and thus to the high-speed mixing tube 16.
  • the heat exchange / preburn tubes 24 themselves are connected in an outer 0 "outer, adjacent to the outer wall 12
  • Annulus 26 which in turn emanates from an annular chamber 30 arranged concentrically with burner 14, which in turn merges into inlet opening 28.
  • annular chamber 32 which adjoins the chamber 22 on the side opposite the annular chamber 30 5 and opens into an outlet opening 34.
  • the ends 38 of the heat exchange / pre-burning tubes 24 in the region of the outlet opening 34 are bent outwards, that is to say towards the wall 12 0, so as to pass almost perpendicularly into the wall 36 of the outer annular space 26.
  • the other ends of the heat exchange / pre-combustion tubes 24 open into a tube plate 42 which shields a pre-combustion space 44 surrounding the burner 14 from the space 22. 5
  • the burner 14 is surrounded by a burner stem 46 which widens conically in the direction of the high-speed tube 16 and which has recesses on the peripheral surface, such as, for. B. holes 48 has.
  • the high-speed tube 16 is on the burner 14 facing
  • carrier gas is fed to the outer annular space 26 via the inlet opening 28 of the adjoining ring chamber 30 " , from where the carrier gas flows into the
  • Heat exchange / pre-burning tubes 24 is passed.
  • the gas first flows through the area in which the tubes 24 are bent outwards.
  • the ends 38 are welded into the inner wall 36 of the outer annular space 26, 10. Even with a narrow heat exchanger tube packing, the
  • the distance between the ends 38 can be chosen to be relatively large, so that assembly is easy.
  • Heat exchanger tube ends 38 can be chosen thin, which results in 15 ' increased flexibility. This can
  • High speed mixing tube 16 to be fed. After the gas is fed through the high-speed mixing tube 16 to the main combustion chamber 18, in which a strong swirling takes place at the same time, the gas passes through the inner ring space 20 into the heat exchanger / pre-combustion tubes
  • the inner wall 36 of the outer annular space 26 is designed as a heat exchanger surface, along which the hot gases coming from the inner annular space 20 can flow, results in a preheating of the Opening 28 the gas supplied to the heat exchanger / pre-combustion tubes 24. This ensures that any condensate present evaporates so that deposits in the heat exchanger / pre-combustion tubes 24 cannot occur.
  • the low temperature of the gas in the region of the bent ends 38 also ensures that the flow velocity is so low that the inner walls of the pipe wear away in the region of the bends. is prevented by entrained particles.
  • a "cold bypass" 53 can be provided between the chamber 30 and the pre-burning chamber 44 in order to prevent cold
  • Carrier gas comprising 25 oxidizable constituents, in part directly to the burner 14 or high-speed mixing tube 16. Since this area lies in the radiation area of the burner and the pre-combustion chamber - i.e. at a temperature between 600 ° C and 650 ° C - the
  • Boundary wall 36 absorbs heat.
  • inlet and outlet openings 28 and 34 can be arranged separately from each other, there is also the possibility that the device in vertical
  • Construction can be assembled. Structurally complex measures are not necessary for this, since external pipelines are not required for the functionality of the device.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Verbrennen oxidierbarer Bestandteile in einem Trägergas
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbrennen oxidierbarer Bestandteile in einem Trägergas umfassend einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß, einen Brenner mit sich anschließendem Hochgeschwindigkeitsmischraum, einen 5 Brennraum sowie einen Wärmetauscher mit um den
Hochgeschwindigkeitsmischraum herum angeordneten, vom zu reinigenden Gas im Kreuzgegenstrom zum gereinigten Gas durchströmten Rohren, die an einem Ende umgebogen sind.
IQ Eine entsprechende Vorrichtung ist der EP 0 040 690 zu entnehmen. Dabei sind die Wärmetauscherrohre an der heißen Seite der Vorrichtung , also im Bereich des Brenners nach innen umgebogen und in einer den Brenner konzentrisch umgebenden Trommel eingefügt. Zwar ergibt sich bei vielen
-j e prozeßabhängigen Einsätzen durch diese Konstruktion der
Vorteil, daß temperaturbedingte unterschiedliche Ausdehnungen der einzelnen Rohre nicht zu Beschädigungen wie z. B. Rißbildungen führen. Allerdings bedarf es eines erheblichen herstellungstechnischen Aufwandes, um die nach innen
20 umgebogenen Rohre mit der Trommel zu verschweißen, da die Abstände der Rohrenden klein sind. Die Trommel selbst kann einen Ausgleich für temperaturbedingte Wärmetauscher- Rohrausdehnungen nicht vornehmen, da eine relativ dicke 5 Wandstärke erforderlich ist, damit die beim Verschweißen eingebrachte Schweißwärme nicht zu einer Schrumpfung und zu Verwerfungen der Trommel führt, wodurch andernfalls eine Verspannung der Rohrbogen erfolgen würde.
IO C Ferner nehmen die Wärmetauscherrohre nicht in ihrer gesamten
Länge am Wärmetausch teil, da die abgebogenen Enden von den heißen Rauchgasen nicht direkt angeströmt werden, diese vielmehr durch einen Anströmraum so ab- und umgelenkt werden, daß sie nicht auf die abgebogenen Teilstücke der
•j e - Rohre treffen. Ferner tritt Zunderbildung im Bereich der Rohr¬ krümmungen auf, da diese sich auf der heißesten Seite der Vorrichtung befinden. Zunderbildung kann jedoch zu einer Abzehrung der Rohrwanddicke führen, wenn die Rohre in diesem Bereich besonders hohe Dehn-Ge-
20 schwindigkeitsänderungen erleiden. Solche besonderen Dehn-
Geschwindigkeitsänderungen sind in der Regel prozeßbedingt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art so auszubilden, daß mit 25 konstruktiv einfachen Mitteln der Wärmetauscher gegen temperaturbedingte und schwankungsbedingte Ausdehnungen und Oberflächen-Schäden gesichert ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die 0 Wärmetauscherrohre an ihren kälteren Enden nach außen abgebogen sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Rohrenden auf einer wesentlich größeren Umfangsfläche im Vergleich zu nach innen gebogenen Rohren angeordnet werden, so daß ein einfacheres Einschweißen und damit auch 5 Automatentauglichkeit erreicht wird. Die eingeschweißten Enden können dabei einen erheblich größeren Abstand zueinander .
aufweisen, so daß der die Enden aufnehmende Mantel im Ver¬ gleich zum Stand der Technik kein extra Bauteil wie Trommel sein muß, vielmehr wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung die innere Wandung eines äußeren Ringraumes als Befestigungsfläche benutzt, durch den das die oxidierbaren
Bestandteile aufweisende Trägergas von der Eintrittsöffnung zu den Wärmetauscherrohren geführt wird. Da die Gefahr von Schrumpfungen und Verwerfungen beim Einschweißen der Rohre aufgrund des größeren Abstandes ausgeschlossen ist, kann das Q Wandmaterial dünner gewählt werden, so daß sich die
Gesamtflexibilität des Kompensationsbereiches erhöht. Dadurch, daß für die nach außen umgebogenen Wärmetauscherrohrenden eine Fläche gewünschter Größe zur Verfügung gestellt werden kann, ergibt sich auch der Vorteil, daß die Zahl der über- 5 einanderliegenden Rohrreihen bei zunehmender Rohrzahl an den äußeren Rohrreihen im Vergleich zu den Anordnungen nach der EP 0 040 690 erhöht werden kann, wodurch eine Steigerung der Turbulenz der Strömung um die Rohre erfolgt, so daß die Zahl der im Bereich des Wärmetauschers anzuordnenden Querstrom- o Kammern verringert werden kann. Hierdurch ergeben sich konstruktive Vereinfachungen und Kostensenkungen.
Ein weiterer großer Vorteil ist es , die Rohrwand dünner ausführen zu können, da keinerlei Zuschlag für Abzehrung durch Zunder-Flug gegeben werden muß. Durch den Wegfall des Wanddicken-Zuschlags aber erhöht sich wiederum die Gesamtflexibilität des Rohrbogens beträchtlich. Eine Kosten¬ senkung stellt sich hierdurch ebenfalls ein. Auch wird der Einsatz niedrig legierter beziehungsweise unlegierter Rohre im 0 Rundbogenbereich möglich.
Auch besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße
Vorrichtung bei besonders kritischen Einsätzen zu verwenden, wo hohe Gas-Eintrittstemperaturen, verbunden mit extremer c- Vorheizung bei Anwesenheit großer Mengen brennbarer Substanz zu stärkerem Vorabbrand von Teilen der brennbaren Stoffe führen. Es können dabei im Hochtemperatur-Abschnitt der Wärmetauscherrohre so hohe Temperaturen entstehen, die demnach von den nach außen geführten Kompensations- Rohrbögen ausgeglichen werden.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher ein Vorabbrand - stets mit höchster Vorheizung verbunden - nicht zu gravierenden Schädigungen führen. In diesem Sinne ist der Wärmeüberträger in seinem Hochtemperatur-Abschnitt bereits
10 "Vorbrennkammer" und muß dieser Pflicht Rechnung tragen können.
Ferner ist auch ein Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß der Hochtemperaturteil des Wärmetauschers verstärkt als eine τ t- erste Brennkammerstufe wirkt. Diese Eigenschaft tritt besonders bei kleiner Volumenstrom-Auslastung - verbunden mit hoher Belastung brennbarer Substanz - auf.
Ermüdungsbruch-Gefahr ist schon allein dadurch beseitigt , daß die Kompensation mittels Rohrbogen im kalten Bereich angelegt
20 wird, wo zulässige Spannungen um ein Vielfaches größer sind als im Bereich von z. B. 700°C.
Von besonderem Vorteil ist, daß gefahrlos der Vorabbrand von Teilen der brennbaren Substanzen in den Röhren des 5 Wärmetauschers erfolgen kann.
Ein weiterer Vorteil in der Anordnung der umgebogenen Rohrenden auf der kalten Seite der Vorrichtung ist darin zu sehen, daß aufgrund der dort herrschenden niedrigen 0 Strömungsgeschwindigkeit der innerhalb der Rohre strömenden Medien ein Abrieb im Rohrbogen nahezu ausgeschlossen ist.
Im Grenzbereich zwischen laminarer und turbulenter Strömung sind einzelne Rohre oder Gruppen von Rohren laminarer 5 beströmt (oder auch umströmt) , während benachbarte Rohre oder Gruppen benachbarter Rohre Turbulent beströmt (oder auch umströmt) werden. Diese unerwünschte Eigenschaft ist nachteilig mit einem hohen Volumenstrom-Regelbereich der Verbrennung s Vorrichtung verbunden. Die auch hieraus resultierenden, beträchtlichen Längendehnungs-Differenzen stellen ebenfalls hohe Anforderungen an die Elastizität der Einzelrohr-Kompensation. Erschwerend kommt hinzu, daß "Umschläge" von Laminarität nach Turbulenz und umgekehrt plötzlich auftreten. D. h. Dehnungs-Differenzen stellen sich mit großer Änderungsgeschwindigkeit ein. Auch und besonders dieser großen Änderungsgeschwindigkeit muß das
Kompensationselement gewachsen sein. Ein Zunder behafteter Rohrbogen wäre das in weit geringerem Maße, weil er seinen Schutzzunder zu verlieren drohte.
In Ausgestaltung der Erfindung ist das außerhalb der
Wärmetauscherrohre strömende Gas über die Rohrbögen und die abgebogenen Rohrabschnitte zuführbar. Hierdurch sind die
Rohrbögen in einem Temperaturbereich von in etwa 250°C - 300°C angeordnet, so daß die Gefahr einer Beschädigung durch hohe und schnelle Temperaturwechsel insgesamt oder auch zwischen Einzelrohren nahezu ausgeschlossen ist. Auch ist hier eine Zunderbildung ausgeschlossen , so daß eine Abzehrung unmöglich wird.
Nach einer weiteren hervorzuhebenden Ausgestaltung der Erfindung wird das Trägergas von der Trägergaseinlaßöffnung über einen im Bereich der Außenwandung der im wesentlichen Zylinderform aufweisenden Vorrichtung verlaufenden äußeren Ringraum den umgebogenen Enden der Wärmetauscherrohre zugeführt. Dabei kann sich der Ringraum bis in die Auslaßöffnung hinein erstrecken. Hier wird u. a. der Vorteil erzielt, daß die Innenwandung des Ringraums und in schwächerem Maße auch die Außenwandung als
Wärmetauscherfläche wirkt, so daß nicht nur ein Vorheizen der zugeführten Fluide erfolgt, sondern außerdem sichergestellt ist, daß vorhandene Kondensate bereits restlos vor Eintritt in die Wärmetauscherrohre verdampft sind. Auch ist zu erwähnen, daß die im Ringraum erfolgende Vorheizung den Aufwand am Rohr-Wärmetauscher mindert und dessen Kosten senkt.
Dadurch, daß das kühle Trägergas mit oxidierbaren Bestandteilen in dem Außenmantel angrenzenden Ringraum zu den Wärmetauscherrohre geführt wird, bedarf es auch keiner aufwendigen äußeren Isolierung , und bei liegender Anordnung ,
10 keiner hochhitzefesten Fußkonstruktion.
In Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Ringraum zwischen Trägergaseinlaß- und Trägergasauslaßöffnung. Ferner zeichnet " sich die Erfindung dadurch aus, daß die j e Trägergaseinlaßöffnung mit einer sich anschließenden ersten
Ringkammer im Bereich des Brenners angeordnet ist, wobei die erste Ringkammer konzentrisch den Brenner umgibt.
Die den Ansprüchen 1 und 3 zu entnehmenden Merkmale bieten 0 in Kombination besonders hervorzuhebende Vorteile in z. B. der Vorerwärmung, der Kondensatverdampfung , der
Längenkompensation, der gefahrlosen Vorverbrennung oder der Anordnung und der Befestigung der Wärmetauscherrohre.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der einzigen Figur ist eine Vorrichtung zum Verbrennen oxidierbarer Bestandteile in einem Trägergas wie Abgas 0 dargestellt, die auch als Nachverbrennungsvorrichtung bezeichnet werden kann. Die Vorrichtung umfaßt einen zylinderförmigen Außenmantel 12, der durch Stirnwände 13 und 15 begrenzt ist. Im Bereich der Stirnwand 13 ist konzentrisch zur Achse des Mantels 12 ein Brenner 14 angeordnet, dem sich ein Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 und ein Haupt- 5 Brennraum 18, der durch die äußere Stirnwand begrenzt wird, anschließt. Dabei ist es nicht notwendigerweise erforderlich, daß - wie in der Zeichnung dargestellt - das Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 in den Haupt-Brennraum 18 hineinragt. Konzentrisch zum Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 verläuft ein innenliegender Ringraum 20, der seinerseits in einen Raum 22 übergeht, in dem Wärmetausch/Vorbrenn-Rohre 24 konzentrisch zur Längsachse der Vorrichtung und damit zum Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 angeordnet sind. Die Wärmetausch/Vorbrenn-Rohre 24 selbst münden in einem 0 " äußeren, an die Außenwandung 12 angrenzenden äußeren
Ringraum 26, der seinerseits von einer konzentrisch zum Brenner 14 angeordneten Ringkammer 30 ausgeht, die ihrerseits in die Einlaßöffnung 28 übergeht. Ferner ist eine Ringkammer 32 vorhanden, die sich auf der der Ringkammer 30 5 gegenüberliegenden Seite an den Raum 22 anschließt und in einer Auslaßöffnung 34 mündet.
Die Enden 38 der Wärmetausch/Vorbrenn-Rohre 24 im Bereich der Auslaßöffnung 34 sind nach außen, also zur Wandung 12 0 hin umgebogen, um so nahezu senkrecht in die Wandung 36 des äußeren Ringraums 26 überzugehen. Die anderen Enden der Wärmetausch/Vorbrenn-Rohre 24 münden in einer Rohrplatte 42, die einen den Brenner 14 umgebenden Vorbrennraum 44 vom Raum 22 abschirmt. 5
Der Brenner 14 ist von einem sich in Richtung des Hochgeschwindigkeitsrohres 16 meist kegelförmig erweiternden Brennervorbau 46 umgeben, der auf der Umfangsfläche Aussparungen, wie z. B. Löcher 48, aufweist. Das Hochge- 0 schwindigkeitsrohr 16 ist an dem dem Brenner 14 zugewandten
Ende als Venturi-Düse 50 ausgebildet, wobei sich zwischen dem Brennervorbau 46 und dem äußeren, als Anströmkonus zu bezeichnenden Endabschnitt 52 des Hochgeschwindigkeits- Mischrohres 16 ein Ringkanal 54 ausbildet. 5 Damit in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Trägergas vorhandene oxidierbare Bestandteile verbrennen können, wird dem äußeren Ringraum 26 Trägergas über die Einlaßöffnung 28 der sich anschließenden Ringkammer 30 5." zugeführt, von wo aus das Trägergas in die
Wärmetausch/Vorbrenn-Rohre 24 geleitet wird. Dabei durchströmt das Gas zunächst den Bereich, in dem die Rohre 24 nach außen umgebogen sind. Hierzu sind die Enden 38 in die innere Wandung 36 des äußeren Ringraums 26 geschweißt, 10. wobei auch bei einer engen Wärmetauscherrohrpackung der
Abstand zwischen den Enden 38 relativ groß gewählt werden kann, so daß eine problemlose Montage erfolgt. Gleichzeitig kann die Innenwandung 36 im Bereich der
Wärmetauscherrohrenden 38 dünn gewählt werden, wodurch sich 15 ' eine erhöhte Flexibilität ergibt. Hierdurch können
Längenänderungen der Wärmetauscherrohre 24 zusätzlich kompensiert werden. Von den Wärmetausch/Vorbrenn-Rohren gelangt das Gas durch die Rohrplatte 42 in den Vorbrennraum 44, um sodann teils über die Aussparungen 48 unmittelbar der 0 Brennerflamme und teils über den Ringspalt 54 dem
Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 zugeführt zu werden. Nachdem das Gas durch das Hochgeschwindigkeits-Mischrohr 16 dem Haupt-Brennraum 18 zugeführt ist, in dem gleichzeitig eine starke Verwirbelung erfolgt, gelangt das Gas über den 5 inneren Ringraum 20 in den die Wärmetauscher/Vorbrenn-Rohre
24 umgebenden Raum 22, um jene über die gesamte Länge im Quer-Gegenstrom zu umspülen, wobei innerhalb des Raumes 22 eine mehrfache Umlenkung (durch Pfeile angedeutet) erfolgt, damit im erforderlichen Umfang ein Wärmeaustausch erfolgen 0 kann. Sodann gelangt das Gas über die Ringkammer 32 zur
Auslaßöffnung 34.
Dadurch, daß die Innenwandung 36 des äußeren Ringraums 26 als Wärmetauscherfläche ausgebildet ist, entlang der die von 5 dem inneren Ringraum 20 kommenden heißen Gase strömen können, erfolgt eine Vorerwärmung des über die Eintritts- Öffnung 28 den Wärmetauscher/Vorbrenn-Rohren 24 zugeführten Gases. Hierdurch ist gewährleistet, daß gegebenenfalls vorhandenes Kondensat verdampft, so daß Ablagerungen in den Wärmetauscher/Vorbrenn-Rohren 24 nicht erfolgen können. Da
5 im Bereich der umgebogenen Enden 38 der Wärmetauscherrohre
24 eine Temperatur von lediglich etwa 250°C bis 300°C herrscht, ist diese Temperatur in bezug auf die Beanspruchung der Wärmetauscherrohre als niedrig zu bezeichnen, so daß die Gefahr einer Zunderbildung nicht gegeben ist. Hierdurch wird
10. eine Abzehrung ausgeschlossen und durch die große Elastizität und hohe Festigkeit eine Ermüdung der umgebogenen Enden 38, die der Kompensation unterschiedlicher Längenausdehnungen der Wärmetauscher/Vorbrenn-Rohre 24 bedingt durch Temperaturschwankungen und ungleichen Strömung dienen,
15 vermieden. Die niedrige Temperatur des Gases im Bereich der abgebogenen Enden 38 stellt außerdem sicher, daß die Strömungsgeschwindigkeit so gering ist, daß ein Abrieb der Rohrinnenwandungen im Bereich der Krümmungen . durch mitgeführte Partikel unterbleibt.
20
Da die Gaseinlaßöffnung 28 und die sich anschließende Ringkammer im heißen Teil der Vorrichtung angeordnet ist, kann problemlos ein "Kalt-Bypass" 53 zwischen der Kammer 30 und dem Vorbrennrau 44 vorgesehen werden, um kaltes,
25 oxidierbare Bestandteile aufweisendes Trägergas zum Teil unmittelbar dem Brenner 14 bzw. Hochgeschwindigkeits- Mischrohr 16 zuzuführen. Da dieser Bereich im Strahlungsbereich des Brenners und des Vorbrennraums - also bei einer Temperatur zwischen 600°C und 650°C - liegt, ist die
30 Gefahr von Kondensatablagerung völlig ausgeschlossen.
Neben dem problemlosen Anordnen eines Kaltgas-Bypasses besteht auch die Möglichkeit, einen Heißgas-Bypass 51 zwischen der Haupt-Brennkammer 18 und der Auslaßöffnung 34
35 bzw. der in diese mündenden oberen Ringkammer 32 vorzusehen. Ansonsten ist jedoch eine erhöhte Wärmeisolierung zwischen der Haupt-Brennkammer 18 und der Ringkammer 32 vorgesehen, die ohne konstruktiven Aufwand erfolgen kann.
Als weiterer Vorteil der erfindungsmäßigen
Nachverbrennungsvorrichtung ist zu bezeichnen, daß erhöhte Anforderungen an die Isolation der Außenwandung 12 im Bereich des äußeren Ringraums 26 nicht zu stellen sind, da dieser eine Wärmeabschirmung dadurch bildet, daß das in diesem geführte kalte Trägergas über die innenliegende
Begrenzungswand 36 Wärme aufnimmt.
Dadurch, daß Einlaß- und Auslaßöffnungen 28 bzw. 34 getrennt voneinander angeordnet werden können, besteht außerdem die Möglichkeit, daß die Vorrichtung in vertikaler
Bauweise montiert werden kann. Konstruktiv aufwendige Maßnahmen sind hierzu nicht erforderlich, da außenliegende Rohrleitungen für die Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung nicht erforderlich sind.

Claims

1 .
Patentansprüche 1 - 7
1. Vorrichtung zum Verbrennen oxidierbarer Bestandteile in einem Trägergas umfassend einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß, einen Brenner mit sich anschließendem Hochgeschwindigkeitsmischraum, einen Brennraum sowie einen Wärmetauscher mit um den Hochgeschwindigkeitsmischraum herum angeordneten, vom zu reinigenden Gas im
Kreuzgegenstrom zum gereinigten Gas durchströmten Rohren, die an einem Ende umgebogen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wärmetauscherrohre (24) an ihren kälteren Enden
(38) nach außen abgebogen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das außerhalb der Wärmetauscherrohre (24) strömende
Gas über die Rohrbögen und die abgebogenen Rohrabschnitte (38) führbar ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Trägergas von der Trägergaseinlaßöffnung (28) über einen im Bereich der Außenwandung (12) der im 5 wesentlichen Zylinderform aufweisenden Vorrichtung verlaufenden äußeren Ringraum (26) den umgebogenen Enden (38) der Wärmetauscherrohre (24) zugeführt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
10 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich der Ringraum (26) zwischen Trägergaseinlaß- und Trägergasauslaßöffnung (28, 34) erstreckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
15. d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Trägergaseinlaßöffnung (28) mit einer sich anschließenden ersten Ringkammer (30) im Bereich des Brenners (14) angeordnet ist.
20 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Ringkammer (30) konzentrisch den Brenner
(14) umgibt.
25. 7. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die innere Wandung (36) des äußeren Ringraumes (26) eine Wärmetauscherfläche zum Vorheizen des der Vorrichtung zugeführten Trägergases ist.
30
PCT/EP1986/000501 1985-09-10 1986-08-27 Device for burning oxidizable components in a carrier gas WO1987001434A1 (en)

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AT86905767T ATE48029T1 (de) 1985-09-10 1986-08-27 Vorrichtung zum verbrennen oxidierbarer bestandteile in einem zu reinigenden traegergas.
DE8686905767T DE3666973D1 (en) 1985-09-10 1986-08-27 Device for burning oxidizable components in a carrier gas to be cleaned

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DE19853532232 DE3532232A1 (de) 1985-09-10 1985-09-10 Vorrichtung zum verbrennen oxidierbarer bestandteile in einem traegergas
DEP3532232.2 1985-09-10

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