WO2001031256A1

WO2001031256A1 - Regenerative nachverbrennungsvorrichtung

Info

Publication number: WO2001031256A1
Application number: PCT/EP2000/009313
Authority: WO
Inventors: Joachim Voigt
Original assignee: Eisenmann Maschinenbau Kg
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-09-23
Publication date: 2001-05-03
Also published as: PL193529B1; DE19950891C2; EP1144914B1; CZ20012238A3; ATE290189T1; DE50009645D1; EP1144914A1; JP2003513221A; DE19950891A1; PL348103A1

Abstract

Der Drehverteiler (5) weist an seiner Oberseite sowohl eine Abgas-Durchtrittsöffnung (6) als auch eine Reingas-Durchtrittsöffnung (77) auf, die gegeneinander winkelversetzt und in unterschiedlichen radialen Abständen von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung (1) angeordnet sind. Die untere Trennwand (44) des Verteilraumes (6) besitzt für jedes Segment eine Durchtrittsöffnung (80) für Abgase und eine Durchtrittsöffnung (81) für Reingase. Die Durchtrittsöffnung (80) für Abgase weist denselben radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung (1) auf wie die Abgas-Durchtrittsöffnung (76) des Drehverteilers (5). In entsprechender Weise findet sich die Durchtrittsöffnung (81) für Reingase in der unteren Trennwand (44) des Verteilerraumes (6) im selben radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung (1) wie die Reingas-Durchtrittsöffnung (77) des Drehverteilers (5).

Description

Regenerative NachverbrennungsVorrichtung

Die Erfindung betrifft eine regenerative Nachverbrennungs- Vorrichtung, welche in einem Gehäuse von oben nach unten umfaßt :

a) eine Verbrennungskammer;

b) einen Wärmetauscherraum, der in mehrere mit Wärmetauschermaterial gefüllte Segmente unterteilt ist;

c) einen Verteilraum, der entsprechend dem Wärmetauscherraum in Segmente unterteilt ist, die jeweils mit einem Segment des Wärmetauscherraumes in Verbindung stehen;

d) einen Drehverteiler, der entsprechend seiner Drehstellung herstellt:

da) eine Verbindung zwischen einem Einlaß für zu reinigendes Abgas mit mindestens einem ersten Segment des Wärmetauscherraumes;

db) eine Verbindung zwischen mindestens einem zweiten Segment des Wärmeta scherraumes und einem Auslaß für Reingas,

und der hierzu an seiner Oberseite mindestens eine Abgas-Durchtrittsöffnung und zu dieser winkelversetzt mindestens eine Reingas-Durchtrittsöffnung aufweist.

Regenerative Nachverbrennungvorrichtungen dieser Art sind z.B. in der EP 0 719 984 A2 oder der EP 0 548 630 AI beschrieben. Sie weisen einen Drehverteiler auf, dessen obere Durchtrittsöffnungen sämtlich tortenstück- förmig ausgebildet sind und alle dieselbe radiale Er- Streckung aufweisen. Die Führung der verschiedenen, den Drehverteiler durchsetzenden Gase durch den Drehverteiler hindurch gestaltet sich dabei verhältnismäßig schwierig, wobei auch eine verhältnismäßig hohe axiale Abmessung des Drehverteilers und der diesem zugeordneten peripheren Einrichtungen zur Gasführung in Kauf genommen werden muß. Im allgemeinen kann die Antriebseinheit für den Drehverteiler nicht direkt an diesen angebaut werden sondern muß mit diesem über eine zwischengeschaltete Antriebswelle verbunden werden. Die unterschiedlichen Temperaturen im Drehverteiler können zudem zu dessen ungleichmäßiger Ausdehnung führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine regenerative Nachverbrennungsvorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß der Drehverteiler und die zur Gasführung zum Drehverteiler benutzten peripheren Einrichtungen möglichst einfach aufgebaut sind und insbesondere in axialer Richtung klein bauen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

e) die Abgas-Durchtrittsöffnung und die Reingas-Durchtrittsöffnung des Drehverteilers sich in unterschiedlichen Abständen von der vertikalen Achse der Nach- Verbrennungsvorrichtung befinden;

f) die untere Trennwand des Verteilraumes in jedem Segment aufweist :

fa) eine erste Durchtrittsöffnung für Abgase, die denselben radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung besitzt wie die Abgas-Durchtrittsöffnung des Drehverteilers;

fb) eine zweite Durchtrittsöffnung für Reingas, die denselben radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung besitzt wie die Reingas-Durchtrittsöffnung des Drehverteilers .

Erfindungsgemäß unterscheiden sich also die verschiedenen Durchtrittsöffnungen an der Oberseite des Drehverteilers nicht nur, wie beim Stande der Technik, in ihrer Winkel- läge sondern darüber hinaus im radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung. Die Durchtrittsöffnungen in der Oberseite des Drehverteilers kommunizieren nunmehr nicht mehr alle über dieselbe Öffnung in der unteren Trennwand des Verteilraumes mit dem jeweiligen Segment des Verteilraumes sondern über getrennte Durchtrittsöffnungen in dieser Trennwand, die aufgrund ihres radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungs- Vorrichtung einer speziellen Durchtrittsöffnung an der Oberseite des Drehverteilers zugeordnet sind. Gleichwohl bleiben alle diese Durchtrittsöffnungen in der unteren Trennwand des Verteilraumes groß genug, um eine Drosselung der Gasströmung ausschließen zu können. Die Antriebseinheit kann direkt an den Drehverteiler angebaut werden, sodaß insgesamt axiale Bauhöhe eingespart wird. Der erfindungsgemäße Drehverteiler dehnt sich zudem unter dem Einfluß ungleicher Temperaturen gleichmaäßig aus.

Bei fast allen regenerativen Nachverbrennungsvorrichtungen, so auch denjenigen, die in den beiden oben genannten Druckschriften beschrieben sind, werden durch den Dreh- Verteiler nicht nur zu reinigendes Abgas und Reingas sondern darüber hinaus auch Spülluft hindurchgeleitet. Diese reinigt die Segmente, die zuvor von Abgas durchströmt worden waren, bevor sie zum Durchgang von Reingas genutzt werden. Die Drehverteiler dieser regenerativen Nachver- brennungsvorrichtungen können daher entsprechend ihrer

Drehstellung auch eine Verbindung zwischen einem Anschluß für Spülluft und mindestens einem dritten Segment des Wärmetauscherraumes herstellen und besitzen hierzu an ihrer Oberseite mindestens eine Spülluft-Durchtrittsöffnung, die gegen die Abgas-Durchtrittsöffnung und gegen die

Reingas-Durchtrittsöffnung winkelversetzt ist. Derartige regenerative Nachverbrennungsvorrichtungen lassen sich erfindungsgemäß besonders günstig dahingehend ausgestalten, daß

a) die Spülluft-Durchtrittsöffnung des Drehverteilers sich in einem radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung befindet, der sich von demjenigen der Abgas-Durchtrittsöffnung und demjeni- gen der Reingas-Durchtrittsöffnung unterscheidet;

b) die untere Trennwand des Verteilraumes für jedes Segment eine Durchtrittsöffnung für Spülluft aufweist, die denselben radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung besitzt wie die Spülluft- durchtrittsöffnung des Drehverteilers.

Beim Durchleiten von drei verschiedenen Gasströmungen durch den Drehverteiler erweisen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Prinzips, die Durchtrittsöffnungen des Drehverteilers nicht nur durch ihre Winkelposi- tion sondern auch durch ihren radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung zu unterscheiden, besonders groß. Zweckmäßig ist ferner, wenn der Drehverteiler eine obere Begrenzungsplatte, in welcher die Abgas-Durchtrittsöffnung und die Reingas-Durchtrittsöffnung ausgebildet sind, eine untere Begrenzungsplatte, in welcher eine mit dem Einlaß für die zu reinigenden Abgase kommunizierende Öffnung vorgesehen ist, sowie eine Trennwand umfaßt, welche die beiden Begrenzungsplatten miteinander verbindet und in dem Drehverteiler zumindest teilweise einen Durchströmungsraum für zu reinigende Abgase begrenzt. Ein solcher Drehverteiler besteht aus sehr einfach herzustellenden Komponenten, die problemlos, z.B. durch Schweißen, miteinander verbunden werden können, um so die verschiedenen Durchströmungswege für die verschiedenen Gase zu bilden.

Aus Gründen der Bauhöhe ist es günstig, wenn die Reingas- Durchtrittsöffnung in der oberen Begrenzungsplatte des Drehverteilers über einen radial nach außen geöffneten Bereich des Drehverteilers mit einem Ringraum verbunden ist, der seinerseits mit dem Auslaß für Reingas in Verbindung steht. Dies bedeutet, daß das Reingas, welches über die Reingas-Durchtrittsöffnung in axialer Richtung von dem Verteilraum nach unten durchtritt, den Drehverteiler selbst nicht vollständig in axialer Richtung durchströmt sondern innerhalb des Drehverteilers radial nach außen umgelenkt wird. Für diesen Gasstrom werden also an der Unterseite des Drehverteilers keine Anschlußkomponenten mehr benötigt .

Die Ausgestaltung kann hierzu insbesondere so sein, daß die obere Begrenzungsplatte des Drehverteilers einen größeren Radius aufweist als eine zylindrische Trennwand des Drehverteilers, welche teilweise den Durchströmungs- raum für zu reinigendes Abgas begrenzt, wobei die Reingas- Durchtrittsöffnung in der oberen Begrenzungsplatte sich in deren radial über die Trennwand überstehendem Bereich befindet. Ein Durchströmungsräum im eigentlichen Sinne für das Reingas ist in einem solchen Drehverteiler nicht mehr enthalten, was die Herstellungskosten weiter reduziert

Für regenerative Nachverbrennungsvorrichtungen, die mit über den Drehverteiler geführter Spülluft arbeiten, empfiehlt sich schließlich diejenige Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher der Drehverteiler eine hohle Nabe besitzt, deren Innenraum in der Nähe ihres unteren Endes mit dem Spülluft-Anschluß und in der Nähe ihres anderen Endes mit einem Spülluft-Durchströmungsraum des Drehverteilers kommuniziert, in welchen die Spülluft-Durchtrittsöffnung an der oberen Begrenzungsplatte des Drehverteilers mündet. Auf diese Weise wird die hohle Nabe des Drehverteilers platzsparend als Strömungsweg für die Spülluft genutzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Figur 1: einen vertikalen Axialschnitt durch den unteren Bereich einer regenerativen NachverbrennungsVorrichtung;

Figur 2: einen Schnitt gemäß Linie II-II von Figur 1;

Figur 3 : eine Draufsicht auf den Drehverteiler der Nachverbrennungsvorrichtung von Figur 1.

Die regenerative Nachverbrennungsvorrichtung ist in Figur 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Ihr grundsätzlicher Aufbau und ihre grundsätzliche Funktionsweise sind - soweit nachfolgend nichts anderes gesagt ist - in der EP 0 548 630 1 oder der EP 0 719 ÜJ L to M H H o

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schlossene Raum 61 steht über Fenster 62 im oberen Bereich der Mantelfläche der Nabe 60 mit deren Innenraum in Verbindung. Dieser kommuniziert seinerseits wieder über ähnliche Fenster 63 im unteren Bereich der Nabe 60 mit einem Einlaßplenum 64, das seinerseits über eine horizontale Leitung 65 mit einem Spülluft -Anschluß 66 verbunden ist .

Die untere Begrenzungsplatte 55 des Drehverteilers 5 weist großzügige Öffnungen 67 auf, so daß der Raum 58 innerhalb des Drehverteilers 5 in allen Drehstellungen über die Öffnung 52 der Anschlußplatte 51 mit der Einlaßleitung 4 kommunizieren kann.

Der äußere Rand der unteren Begrenzungsplatte 55 des Drehverteilers 5 ist über einen Federring 68 mit einem starren Druckring 69 verbunden, in dessen Unterseite eine oder mehrere Dichtungen 70 eingelegt sind. Diese Dichtungen 70 werden durch den Federring 68 gegen die obere Fläche der Anschlußplatte 51 angedrückt. Das Federblech 68 besorgt auf diese Weise die Kompensation von axialen Dehnungsunterschieden, für die bei bekannten Nachverbrennungsvorrichtungen ein gesonderter Kompensator verwendet wird.

Zwischen der Gehäusewand 53 und der zylindrischen Wand 57 des Drehschiebers 5 ist ein Ringraum 72 ausgebildet, der über eine horizontale Leitung 73 mit einem Auslaß 74 für Reingas verbunden ist . Das Reingas wird aus diesem Auslaß 74 mit Hilfe eines nicht dargestellten Gebläses abgesaugt .

Wie Figur 3 zeigt, ist die obere Begrenzungsplatte 56 des Drehverteilers 5 gedanklich in 11 tortenstückförmige Sektoren eingeteilt, die jeweils einen Winkel von etwa J ω to NJ H H σ

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Die Abgase durchqueren daraufhin die entsprechenden Segmente des über dem Verteilraumes 6 liegenden Wärmetauscherraumes und werden dabei in bekannter Weise bis nahe an die Entzündungstemperatur der in den Abgasen enthaltenen Verunreinigungen erhitzt . Die Nachverbrennung dieser Verunreinigungen findet dann in der Verbrennungs- kammer über dem Wärmetauscherraum statt. Die heißen, nunmehr von Verunreinigungen befreiten Verbrennungsgase (hier kurz "Reingas" genannt) werden durch bestimmte

Segmente des Wärmetauscherraumes wieder nach unten geleitet, treten dabei in Wärmeaustausch mit dem zuvor durch aufsteigende Abgase erhitzten Wärmetauschermaterial und kühlen sich dabei ab. Sie gelangen aus dem Wärmetau- scherraum in die entsprechenden Segmente des Verteil- raumes 6. Bei diesen Segmenten handelt es sich um diejenigen, deren radial außenliegende Durchtrittsöffnungen 81 mit der Durchtrittsöffnung 77 im Drehverteiler 5 kommunizieren. Von dort strömen die Reingase in den Ringraum 72 zwischen dem Drehverteiler 5 und der Gehäusewand 53 und von dort über die Leitung 73 und den Reingas- Auslaß 74 aus .

Gleichzeitig wird über den Spülluft-Anschluß 66 und die Leitung 65 reine Luft, bei der es sich um einen Teil der erzeugten Reinluft handeln kann, in das Einlaßplenum 64 eingeführt. Diese reine, zu Spülzwecken dienende Luft strömt weiter über die Fenster 63 in den Innenraum der hohlen Nabe 60 des Drehverteilers 5, über die Fenster 62 im oberen Bereich der Nabe 60 in den Durchströmungsraum 61 des Drehverteilers 5 und von dort über die Durchtritts - Öffnung 75 in der oberen Begrenzungsplatte 56 des Drehverteilers 5 und die radial am weitesten innenliegende Durchtrittsöffnung 79 des hiermit kommunizierenden Segmentes des Verteilraumes 6 nach oben in ein Segment des Wärme- tauscherraumes . Hier sorgt die Spülluft dafür, daß Reste von Abgas, die bei der vorausgegangenen Durchströmung mit Abgas in diesem Segment verblieben sind, in die Verbrennungskammer herausgespült und dort nachverbrannt werden.

Bei einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Spülluft-Strömung in umgekehrter Richtung: Die Spülluft wird dann über den Spülluft-Anschluß 66 abgesaugt .

Die geschlossenen Sektoren in der oberen Begrenzungsplatte 56 des Drehverteilers 5 sorgen in bekannter Weise dafür, daß keine der Durchtrittsöffnungen 79, 80, 81 in der unteren Trennwand 44 des Verteilraumes 6 gleichzei- tig mit zwei Durchtrittsöffnungen 75, 76, 77 des Drehverteilers 5 kommunizieren können, wodurch ein die Reinigungs- funktion beeinträchtigender Gas-Bypass hergestellt würde.

Claims

Patentansprüche

1. Regenerative Nachverbrennungsvorrichtung, welche in einem Gehäuse von oben nach unten umfaßt :

a) eine Verbrennungskammer;

c) einen Verteilraum, der entsprechend dem Wärmetauscher- räum in Segmente unterteilt ist, die jeweils mit einem Segment des Wärmetauscherraumes in Verbindung stehen;

d) einen Drehverteiler, der entsprechend seiner Drehstel- lung herstellt:

da) eine Verbindung zwischen einem Einlaß für zu reinigendes Abgas mit mindestens einem ersten Segment des Wärmetauscherraumes ;

db) eine Verbindung zwischen mindestens einem zweiten Segment des Wärmetauscherraumes und einem Auslaß für gereinigtes Gas,

und der hierzu an seiner Oberseite mindestens eine

Abgas-Durchtrittsöffnung und zu dieser winkelversetzt mindestens eine Reingas-Durchtrittsöffnung aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß e) die Abgas-Durchtrittsöffnung (76) und die Reingas- Durchtrittsöffnung (77) des Drehverteilers (5) sich in unterschiedlichen radialen Abständen von der vertikalen Achse der Nachverbrennungsvorrichtung (1) befinden;

f) die untere Trennwand (44) des Verteilraumes (6) in jeden Segment aufweist:

fa) eine erste Durchtrittsöffnung (80) für Abgase, die denselben radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung (1) besitzt wie die Abgas-Durchtrittsöffnung (76) des Drehverteilers (5) ;

fb) eine zweite Durchtrittsöffnung (81) für Reingas, die denselben radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung (1) besitzt wie die Reingas-Durchtrittsöffnung (77) des Drehverteilers (5) .

2. Regenerative Nachverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Drehverteiler außerdem entsprechend seiner Drehstellung eine Verbindung zwischen einem An- schluß für Spülluft und mindestens einem dritten Segment des Wärmetauscherraumes herstellt und hierzu an seiner Oberseite mindestens eine Spülluft-Durchtrittsöffnung besitzt, die gegen die Abgas-Durchtrittsöffnung und gegen die Reingas-Durchtrittsöffnung winkelversetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Spülluft-Durchtrittsöffnung (75) des Drehver- teilers (5) sich in einem radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung (1) befindet, der sich von demjenigen der Abgas-Durchtrittsöffnung

(76) und demjenigen der Reingas-Durchtrittsöffnung

(77) unterscheidet;

b) die untere Trennwand (44) des Verteilraums (6) für jedes Segment eine Durchtrittsöffnung (79) für Spülluft aufweist, die denselben radialen Abstand von der Achse der Nachverbrennungsvorrichtung (1) be- sitzt, wie die Spülluft-Durchtrittsöffnung (75) des Drehverteilers (5) .

3. Regenerative Nachverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehvertei- 1er (5) eine obere Begrenzungsplatte (56) , in welcher die Abgas-Durchtrittsöffnung (76) und die Reingas-Durchtrittsöffnung (77) und ggf. die Spülluft-Durchtrittsöffnung (75) ausgebildet sind, eine untere Begrenzungsplatte (55), in welcher eine mit dem Einlaß (3) für die zu reinigenden Abgase kommunizierende Öffnung (67) vorgesehen ist, sowie eine Trennwand (57) umfaßt, welche die beiden Begrenzungsplatten (55, 56) miteinander verbindet und in dem Drehverteiler (5) zumindest teilweise einen Durchströmungsraum (58) für zu reinigende Abgase begrenzt.

. Regenerative Nachverbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reingas-Durchtrittsöffnung (77) in der oberen Begrenzungsplatte (56) des Drehverteilers (6) über einen radial nach außen geöffneten Bereich des Drehverteilers (5) mit einem Ringraum (72) verbunden ist, der seinerseits mit dem Auslaß (74) für gereinigtes Gas in Verbindung steht .

5. Regenerative Nachverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Begrenzungsplatte (56) des Drehverteilers (5) einen größeren Radius aufweist als eine zylindrische Wand (57) des Drehverteilers (5), welche teilweise den Durchströmungsraum (58) für zu reinigendes Abgas begrenzt, und daß die Reingas-Durchtritts- Öffnung (77) in der oberen Begrenzungsplatte (56) sich in deren radial über die Wand (57) überstehendem Bereich befindet .

6. Regenerative Nachverbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Drehverteiler (5) eine hohle Nabe (60) besitzt, deren Innenraum in der Nähe ihres unteren Endes mit dem Spülluft-Anschluß (66) und in der Nähe ihres ande- ren Endes mit einem Spülluft-Durchströmungsraum (61) des Drehverteilers (5) kommuniziert, in welchen die Spülluft-Durchtrittsöffnung (75) der oberen Begrenzungsplatte (56) des Drehverteilers (5) mündet.