WO2006010579A1 - Thermische nachverbrennungsvorrichtung sowie verfahren zum betreiben einer solchen - Google Patents

Thermische nachverbrennungsvorrichtung sowie verfahren zum betreiben einer solchen Download PDF

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WO2006010579A1
WO2006010579A1 PCT/EP2005/008065 EP2005008065W WO2006010579A1 WO 2006010579 A1 WO2006010579 A1 WO 2006010579A1 EP 2005008065 W EP2005008065 W EP 2005008065W WO 2006010579 A1 WO2006010579 A1 WO 2006010579A1
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heat exchanger
combustion chamber
clean air
exhaust air
housing
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PCT/EP2005/008065
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French (fr)
Inventor
Apostolos Katefidis
Original Assignee
Eisenmann Anlagenbau Gmbh & Co. Kg
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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 thermal afterburning apparatus according to the preamble of claim 1 and to a method for operating such according to the preamble of claim 6.
  • Thermal afterburners are standard ⁇ used in the industry for exhaust air afterburning. At the same time, they serve to obtain thermal energy which is trapped in the contaminants entrained in the exhaust air.
  • thermal post-combustion devices of the type mentioned above, it is only possible to dispose of air containing sticky residues, since deposits form on the colder areas of the heat exchanger surfaces, which clog the heat exchanger over the course of time or at least reduce its efficiency. Therefore, at regular intervals, it is necessary to carry out repeated operations and expensive cleaning work.
  • the object of the present invention is therefore to provide a thermal afterburning apparatus of the kind specified in the preamble of claim 1 and a method for operating such, with which the exhaust air can be cleaned substantially without interrupting operation, the sticky residues, in particular pitch vapors , contains.
  • This object is achieved, as far as the thermal afterburning apparatus itself is concerned, by the invention disclosed in claim 1.
  • the thermal afterburning apparatus is constructed in such a way that hot areas of the heat exchanger which are particularly affected by deposits and which are further away from the combustion chamber can be exposed to hot clean air.
  • Their temperature is so high that the deposits are detached from the heat exchanger surfaces or oxidized.
  • a temperature of 700 0 C or more is required.
  • the clean gas at those points of the heat exchanger where deposits occur this temperature no longer.
  • the clean air leaving the combustion chamber in the cleaning mode bypasses a section of the heat exchanger so that it is not cooled down in this section. If it is then introduced into the section of the heat exchanger affected by the deposits, it is therefore still hot enough to be able to remove the deposits.
  • the processing of the exhaust air is therefore continuously continued even in the cleaning mode of the thermal afterburning apparatus; the only difference is that during the relatively short times a cleaning mode is run, a somewhat lower efficiency of the heat exchanger is accepted.
  • the heating of the section of the heat exchanger affected by deposits in the cleaning mode begins at its warmest end and then proceeds in the direction of its coldest end.
  • the Cleaning process is completed when the entire affected by deposits area of the heat exchanger is brought to the required temperature and the Ablage ⁇ ments are removed.
  • the section of the heat exchanger affected by the deposits is heated from its cold end. As a result, deposits closer to this cold end are reached faster than in the embodiment of claim 2.
  • embodiment which is mentioned in claim 4 In this can be alternately or optionally heat affected by deposits portion of the heat exchanger from the warm or from the cold end ago. In this way, the shortest cleaning times can be achieved.
  • a concrete structural embodiment of a thermal after-combustion device, with which the mode of operation specified in claim 1 is achieved, is the subject matter of claim 5.
  • the thermal effect of the hot clean air can assist in the separation of deposits and in this way achieve a shorter time within which the thermal afterburning apparatus operates in the cleaning mode must become.
  • FIG. 1 shows a vertical section through a first embodiment of a thermal Nachverbrennungsvor ⁇ direction in normal operation
  • FIG. 2 shows the thermal afterburning device of FIG. 1 in a first cleaning mode
  • FIG. 3 shows the thermal afterburning device of FIGS. 1 and 2 in a second cleaning mode
  • Figure 4 is a vertical section through a second example of a thermal postcombustion Austex ⁇ approximately ⁇ device in normal mode
  • FIG. 5 shows the thermal afterburning apparatus of FIG. 4 in the cleaning mode
  • FIG. 6 shows a vertical section through a third embodiment of a thermal afterburning device in the normal mode
  • FIG. 7 shows the thermal afterburning apparatus of FIG. 6 in a mixed mode of operation.
  • FIG. 1 to 3 a first embodiment of a thermal post-combustion device is shown. This is able to perform a self-cleaning in two different modes of operation, in which from the exhaust air to be cleaned deposits can be removed.
  • the thermal afterburning apparatus is designated overall by the reference numeral 1. It comprises a housing 2, which is composed of a main housing 3, a secondary housing 4 and a walk-under substructure 5.
  • the walk-under substructure 5 is arranged coaxially below the main housing 3 and carries the main housing
  • the ceiling 6 of the base 5 is curved downwards - S -
  • a burner 9 is passed.
  • the components required for operation of the burner 9 and not specifically shown in the drawing, in particular the electrical control and supply lines and the fuel supply lines, are accommodated in the substructure 5 and can be easily maintained there.
  • the top of the plenum 7 is formed by a flat Trenn ⁇ sheet 10, which also serves as the bottom of a cylindrical combustion chamber 11. This is delimited in the lateral direction by a cylinder wall 12 and is open at the top.
  • the upper end of the burner 9 is inserted through an axial opening 43 in the separating plate 10 in the combustion chamber 11, so that the flame generated by the burner 9 burns within the combustion chamber 11.
  • the combustion chamber 11 is coaxially surrounded by a deflection insert 13, which has the shape of a downwardly open
  • the cylinder wall 14 of the Umlenkein ⁇ rate 13 ends below at a distance from the partition plate 10. In this way arise between the cylinder wall 12, the combustion chamber 11 and the cylinder wall 15 of the main housing 3, two annular spaces, namely an inner
  • annular channel 19 or 20 is formed in each case by a radial extension of the cylinder wall 5 of the main housing 3.
  • the outer annular space 17 is separated upwards by a second, planar separating plate 21 from an upper plenum 22.
  • the upper separating plate 21 is guided away over the deflecting insert 13 in the exemplary embodiment shown However, as a ring plate to be attached to the bottom of the deflector insert 13.
  • the lower plenum 7 is connected to the upper plenum 22 by a plurality of axially parallel on a imaginary Zylin ⁇ dermantel construction lying heat exchanger tubes 23 which pass through the outer annular space 17 and form a primary heat exchanger 50 a.
  • the heat exchanger tubes 23 are provided with a plurality of surface structures 24 over most of their axial extent, with which the effective surface of the heat exchanger tubes 23 can be increased in a manner not of interest here.
  • the interior of the secondary housing 4 is bounded by a cylinder wall 25, a lower planar separating plate 26 and an upper planar separating plate 27. It has a lower, coaxial with the cylinder wall 25 extending inlet port 28 for the exhaust air to be cleaned as well as at the upper and lower end region in each case a radially-led outlet nozzle 29 and 30 for clean air.
  • the interior of the secondary housing 4 is penetrated by a plurality of heat exchanger tubes 31, which together form a preheat exchanger 50 b and connects the inlet nozzle 28 with the upper plenum 22. This extends from the main housing 3 to the secondary housing 4.
  • the heat exchanger tubes 31 of the preheat exchanger 50b are provided with depressions 32 in the same way as the heat exchanger tube 23 of the primary heat exchanger 50a within the main housing 3.
  • the annular channels 19, 20 of the main housing 3 are each connected by a connecting line 33 and 34 with the lower and upper end portion of the inner space of the secondary housing 4 connected.
  • the two connecting lines 33, 34 in turn communicate via a further connecting line 35, which runs substantially parallel to the axis.
  • a first flap 36 In the lower connecting line 33 between the Hauptge ⁇ housing 3 and the sub-housing 4 is a first flap 36 and that in the section which lies between the mouth of the connecting line 35 and the sub-housing 4.
  • the flow through the connection line 35 can be controlled by a second flap 37; a third flap 38 is finally in the upper connecting line 34 and that between the upper annular channel 20 of the main housing 3 and the discharge point of the connecting line 35.
  • Further flaps 39, 40 are located in the two outlet ports 29, 30 for clean air. All flaps 36 to 40 can be brought by hand or motor into all positions between a full closed position and a full open position.
  • the thermal afterburning apparatus 1 described above functions as follows:
  • the hot air flows over the upper edge of the cylinder wall 12 of the combustion chamber 11 into the inner annular space 16, within this downward and passes through the gap 18.
  • the now called clean air hot air passes from there into the outer annular space 17 and flows around the heat exchanger tubes located there 23 of the primary heat exchanger 50a on their way up into the upper annular channel 20.
  • the hot clean air flows past the open flap 38 through the upper connecting line 34 in the upper end region of the interior of the secondary housing 4, from there on the outside of the heat exchanger tubes 31 over to the lower outlet port 29, where it leaves the thermal Nach ⁇ combustion device 1 with open flap 39 for further use and disposal.
  • thermal afterburning device 1 In this normal operation of the thermal afterburning device 1, relatively cold exhaust gas passes via the inlet port 28 into the relatively cool heat exchanger tubes 31, the temperature of which increases from bottom to top. Depending on the impurities entrained by the exhaust air, these may deposit on the inner walls of the heat exchanger tubes 31 and would block the passage through the heat exchanger tube 31 if countermeasures were not taken. For this purpose, it is possible to operate the described thermal post-combustion device 1 in two different cleaning modes.
  • FIG. differs from the normal operating mode shown in Figure 1 only by the position of different flaps: Now, the flap 38, which connects the main housing 3 with the sub-housing 4 in the upper area, ge closed; Similarly, the lower outlet port 29 is blocked by a corresponding position of the flap 39. Instead, the connection between the main housing 3 and the sub-housing 4 via the lower connecting line 33 by opening the flap 36 is free; the flap 37 lying in the connecting line 35 remains closed.
  • the deposits located on the inner lateral surface of the heat exchanger tubes 31 can be released, possibly oxidized and flushed out with the air flowing through them.
  • Additives, for example catalysts, which are introduced into the exhaust air can assist this process.
  • the operation of the thermal afterburning apparatus 1 does not have to be interrupted.
  • the exhaust air is still cleaned, but leaves the thermal post-combustion device 1 with a slightly higher temperature, so that the thermal efficiency during the first cleaning mode is slightly reduced.
  • this can be accepted as the times in which the operation in cleaning mode is required, are relatively short.
  • the cleaning mode can be stopped as soon as the heat exchanger tubes 31 has reached the required temperature from bottom to top over its entire axial length and the contaminants have detached.
  • the thermal afterburning device 1 can be operated in a second cleaning mode, in which the flaps are placed in the manner shown in FIG. 3:
  • the flap 38 in the upper connecting line 34 between the main housing 3 and the secondary housing 4 remains striglos ⁇ sen. Locked is now the upper outlet port 30 of the secondary housing 4 by appropriate closing of the flap 40, while the lower outlet port 29 is released by opening the flap 39.
  • the flap 36 in the lower connecting line 33 is moved to the closed position; instead, the flap 37 is opened in the connecting line 35.
  • the only difference between the second cleaning mode shown in FIG. 3 and the first cleaning mode shown in FIG. 2 is that in the former the hot clean air is introduced into the upper region of the interior of the secondary housing 4 and in this countercurrent to the heat exchanger tube 31 flowing exhaust air flows. In this way, the upper regions of the heat exchanger tube 31 can be heated particularly well.
  • the two cleaning modes of Figures 2 and 3 can be operated alternately clocked, so that alternately preferably the lower and then again preferably the upper portions of the heat exchanger tubes are freed of deposits.
  • the construction of the second exemplary embodiment of a thermal afterburning device illustrated in FIGS. 4 and 5 largely corresponds to that embodiment which was described above with reference to FIGS. 1 to 3. Corresponding parts are therefore identified by the same reference sign plus 100.
  • thermal post-combustion device 101 of FIGS. 4 and 5 in normal operation coincides completely with that of the normal operation of the first embodiment (see FIG. 1), so that reference may be made to the above explanations.
  • the flaps 136, 137, 138 are adjusted, as will be described below. To explain, let's first assume that the flap
  • both the primary heat exchanger 150a, which is formed by the heat exchanger tubes 123, and the main part of the preheat exchanger 150b, which is formed by the heat exchanger tubes 131, are bypassed by the clean air.
  • the clean air leaves the thermal post-combustion device 101 via the outlet port 129 thus at a relatively high temperature; the thermal post-combustion device 101 works briefly with a reduced thermal efficiency.
  • this flap position essentially only the areas of the heat exchanger tubes 131 lying below the lower annular channel 141 are cleaned. However, in many cases this is sufficient because of the prevailing temperature conditions greatest risk of deposition of contaminants exists.
  • the thermal afterburning apparatus 101 of FIGS. 4 and 5 can also be operated in a mixed operation between normal and cleaning mode, as shown in FIG. gur 5 is shown.
  • the flaps 136, 137, 138 are in an intermediate position between the full open and full closed positions.
  • the self-cleaning effect can be adjusted: the stronger the
  • Damper 138 is closed in the upper connecting line 134, the more hot clean gases avoid the primary heat exchanger 150a formed by the heat exchanger tubes 123 and can therefore be used for cleaning purposes.
  • the position of the flaps 136 and 137 determines which portions of the clean clean air branched off for cleaning purposes are respectively supplied to the upper region of the interior of the secondary housing 104 and the lower region of the interior of the secondary housing 104.
  • the more hot clean gas is supplied to the upper region the faster is reached in the upper region of the heat exchanger tubes 131 that temperature which is required there to detach the impurities from the inner circumferential surfaces of the heat exchanger tubes 131.
  • the more hot gases are supplied to the upper region of the interior of the Maugeophu ⁇ ses 104, the greater theides ⁇ degree of the heat exchanger tubes 131 formed by the preheat exchanger 150 b.
  • the position of the various flaps 136, 137, 138 during operation of the thermal afterburning device 101 can also be changed continuously, as required by the respective conditions.
  • An operation interruption of the thermal afterburning apparatus 101 for cleaning the preheat exchanger 150b is required as little as in the embodiment of Figs. 1 to 3; the loss of the thermal efficiency, which is unavoidable during the cleaning operation, is readily acceptable.
  • the efficiency of the thermal afterburning apparatus decreases during the cleaning mode. Therefore, the aim is to keep the system as short as possible in saws ⁇ mode.
  • FIGS. 6 and 7 This Aus ⁇ guide corresponds largely to that of Figures 1 and 2, so that reference is made to the above description of these figures and below essentially the differences between the embodiment of Figures 1 and those of Figures 6 and 7 will be described. Corresponding parts of the exemplary embodiment of FIGS. 6 and 7 are identified by the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 plus 200.
  • FIGS. 6 and 7 Unchanged from the exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2, in FIGS. 6 and 7 the main housing 203, which is supported by a substructure 205, the lower plenum 207, the burner 209, which generates a flame in a cylindrical combustion chamber 211 Baffle 213, the upper plenum 222 and the lower plenum 207 to the upper plenum 222 connecting heat exchanger tubes 223, which form a primary heat exchanger 250 a.
  • the main housing 203 which is supported by a substructure 205, the lower plenum 207, the burner 209, which generates a flame in a cylindrical combustion chamber 211 Baffle 213, the upper plenum 222 and the lower plenum 207 to the upper plenum 222 connecting heat exchanger tubes 223, which form a primary heat exchanger 250 a.
  • preheating exchanger 250b not only a preheating exchanger 250b is assigned to the primary heat exchanger 250a; Rather, two preheating sheaves 250b, 250b 1 are provided, which in principle are arranged parallel to one another and, as will be described in detail below, can be operated alternately in different operating modes.
  • the main housing 203 is connected to the lower inner region of the secondary housing 204 through a lower connecting line 233, in which a flap 236 is located.
  • a further connecting line 233 ' From the lower Paars ⁇ line 233 branches off a further connecting line 233 ', which leads to the second sub-housing 204' of the second Vormér ⁇ exchanger 250b '.
  • the inlet of the connecting line 233 'in the second sub-housing 204' is dominated by a flap 236 '.
  • the main housing 203 is in turn connected by an upper connecting line 234 to the upper inner area of the first secondary housing 204, which is now extended further up to the upper inner area of the second secondary housing 204 '.
  • an upper connecting line 234 to the upper inner area of the first secondary housing 204, which is now extended further up to the upper inner area of the second secondary housing 204 '.
  • the two inlet ports 228, 228 'each include a motorized flap 282, 282' and are connected to a main inlet port 280, via the exhaust air to be cleaned is supplied to the thermal post-combustion device 201.
  • the two outlets 229, 229 'of the two sub-housings 204, 204' are connected to a main outlet port 281, via which the clean air is discharged.
  • FIG. shows the position of the various flaps in an operating mode in which the second preheat exchanger 250b 'operates in normal mode and the first preheat exchanger 250b is shut down.
  • all the valves 236, 239 and 282 associated with the first preheat exchanger 250b are closed.
  • the flap 236 'leading to the lower end region of the interior of the second secondary housing 204' is likewise closed, while the flaps 282 'and 239' are open.
  • the exhaust air to be cleaned flows via the inlet pipe 228 'into the heat exchanger tubes 231' of the second preheat exchanger 250b ', through the upper plenum 222, through the heat exchanger tube 223 of the primary heat exchanger 250a, through the lower plenum 207 into the Combustion chamber 211, where the combustion of the impurities is introduced, via the annular spaces 216, 217 on the outer surfaces of the heat exchanger tubes 223 along and then via the upper connecting line 234 in the interior of the second secondary housing 204 '. From there, the clean gas flows to the outer surfaces of the heat exchanger tubes 231 'of the second Preheat exchanger 250b 1 over the open flap 239 'to Hauptauslivesstutzen 281st
  • the flap positions of the two preheat exchangers 250b and 250b 1 are simply exchanged analogously. In principle, it is also possible to drive both preheat exchangers 250b and 250b 'under the same flap position simultaneously in normal mode.
  • the flap 282 lying in the inlet connection 228 of the first preheat exchanger 250b is slightly opened, as is the flap 236 determining the supply of clean air from the main housing 203. This has the following consequences for the gas flows:
  • the exhaust air is the second Vor ⁇ heat exchanger 250b 'fed, but passes, depending on the degree of opening of the flap 282, and a certain part of the exhaust air in the preheat exchange 250b.
  • the part of the exhaust air diverted into the preheat exchanger 250b should be kept as small as possible in order to keep the overall efficiency of the thermal afterburning device 201 as high as possible. While the flow paths for that part of the exhaust air which flows through the second preheat exchanger 250b 1 remain unchanged, the flow rates change. Conditions in the first preheat exchanger 250b as follows:
  • flap 236 Due to the partially opened flap 236 enters a corresponding amount of clean air at a temperature of about 700 0 C in the lower end of the interior of the first sub-housing 204 a. This flows past the outer surfaces of the heat exchanger tubes 231 of the first preheat exchanger 250b and heats them. The interior of these heat exchanger tubes 231 is simultaneously flowed through by the exhaust air which passes through the flap 282 in the inlet pipe 228.
  • the exhaust air flowing through the heat exchanger tubes 231 of the first preheat exchanger 250b and carrying the burnt deposits is mixed in the upper plenum 222 with those exhaust air coming from the second preheat exchanger 250b 1 , and then with this combustion in the combustion chamber
  • Combustion chamber 211 supplied.
  • the third embodiment of the thermal Nach ⁇ combustion device 201 allows a highly variable mode of operation, depending on the extent to which the flaps 236, 236 ', 239, 239' and 282, 282 'are opened, which determine the gas flows through the two preheat exchangers 250b, 250b'.
  • the following principles apply:

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Abstract

Eine thermische Nachverbrennungsvorrichtung (1) umfasst in an und für sich bekannter Weise ein Gehäuse (2, 3, 4), das einen Einlass (28) für die zu reinigende Abluft und einen Auslass (29, 30) für Reinluft besitzt. In dem Gehäuse (2, 3, 4) befindet sich eine Brennkammer (11), in der durch eine Heizeinrichtung (9) eine Temperatur erzeugt wird, bei welcher die von der Abluft mitgeführten Verunreinigungen verbrennen. Zur Verringerung des Energiebedarfes ist ein Wärmetauscher (50a, 50b) vorgesehen, über den die von dem Einlass (28) kommende Abluft auf dem Weg zur Brennkammer (11) und die von der Brennkammer (11) kommende Reinluft auf dem Weg zum Auslass (29, 30) geführt werden. Um auch Abluft verarbeiten zu können, die mit klebrigen Rückständen, beispielsweise Pechdämpfen beladen ist, ist eine Einrichtung (33 bis 38) vorgesehen, mit welcher in einem Reinigungsmodus wahlweise zumindest ein Teil der Reinluft an einem näher zur Brennkammer (11) liegenden Abschnitt (50a) des Wärmetauschers (50a, 50b) vorbei in einen weiter von der Brennkammer (11) entfernten Abschnitt (50b) des Wärmetauschers (50) zuführbar ist. Ablagerungen, die sich in der Nähe des “kalten” Endes des Wärmetauschers (50a, 50b) gebildet haben, können auf diese Weise entfernt, insbesondere oxidiert werden.

Description

Thermische Nachverbrennungsvorrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen
Die Erfindung betrifft eine thermische Nachverbrennungs- vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen nach dem Oberbe- griff des Anspruches 6.
Thermische Nachverbrennungsvorrichtungen werden standard¬ mäßig in der Industrie zur Abluftnachverbrennung einge¬ setzt. Gleichzeitig dienen sie zur Gewinnung thermischer Energie, die in den von der Abluft mitgeführten Verunrei¬ nigungen steckt.
Mit bekannten thermischen Nachverbrennungsvorrichtungen der eingangs genannten Art ist es nur beschränkt möglich, klebrige Rückstände enthaltende Luft zu entsorgen, da sich an den kälteren Bereichen der Wärmetauscherflächen Abscheidungen bilden, die im Laufe der Zeit den Wärmetau¬ scher verstopfen oder zumindest dessen Wirkungsgrad verringern. Es werden daher in zeitlichen Abständen immer wieder Betriebsstillsetzungen und aufwendige Reinigungs¬ arbeiten erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine thermische NachverbrennungsVorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 gegebenen Art sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen zu schaffen, mit der bzw. dem im Wesentlichen ohne Betriebsunterbrechung auch solche Abluft reinigbar ist, die klebrige Rückstände, insbesondere Pechdämpfe, enthält. Diese Aufgabe wird, was die thermische Nachverbrennungs- vorrichtung selbst angeht, durch die im Anspruch 1 ange¬ gebene Erfindung gelöst.
Die erfindungsgemäße thermische NachverbrennungsVorrichtung ist so konstruiert, dass zum Reinigen die von Ablagerungen besonders betroffenen, weiter von der Brennkammer entfern¬ ten Bereiche des Wärmetauschers mit heißer Reinluft beaufschlagbar sind. Deren Temperatur ist dabei so hoch, dass sich die Ablagerungen von den Wärmetauscherflächen ablösen bzw. oxidiert werden. Hierfür ist eine Temperatur von 700 0C oder mehr erforderlich. Im Normalbetrieb hat das Reingas an denjenigen Stellen des Wärmetauschers, wo Abscheidungen auftreten, diese Temperatur nicht mehr. Um die fragliche Temperatur an den kritischen Stellen zu erreichen, umgeht die die Brennkammer verlassende Reinluft im Reinigungsmodus einen Abschnitt des Wärmetauschers, so dass sie in diesem Abschnitt nicht abgekühlt wird. Wenn sie dann in den von den Ablagerungen betroffenen Abschnitt des Wärmetauschers eingeleitet wird, ist sie daher noch ausreichend heiß, um die Ablagerungen entfernen zu können.
Die Verarbeitung der Abluft wird also auch im Reinigungs- modus der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung kontinu¬ ierlich fortgeführt; der einzige Unterschied ist, dass während der verhältnismäßig kurzen Zeiten, in denen ein Reinigungsmodus gefahren wird, ein etwas geringerer Wirkungsgrad des Wärmetauschers in Kauf genommen wird.
Bei der in Anspruch 2 angegebenen vorteilhaften Ausführungs- form der Erfindung beginnt die Erhitzung des von Ablage¬ rungen betroffenen Abschnittes des Wärmetauschers im Reinigungsmodus an dessen wärmsten Ende und schreitet dann in Richtung auf dessen kältestes Ende fort. Der Reingungsprozess ist abgeschlossen, wenn der gesamte von Ablagerungen betroffene Bereich des Wärmetauschers auf die erforderliche Temperatur gebracht ist und die Ablage¬ rungen entfernt sind.
Bei der in Anspruch 3 angegebenen Ausführungsform der Erfindung wird der von den Ablagerungen betroffene Ab¬ schnitt des Wärmetauschers von seinem kalten Ende her erwärmt. Damit werden Ablagerungen, die näher an diesem kalten Ende liegen, schneller erreicht als bei der Aus¬ führungsform des Anspruches 2.
Besonders bevorzugt ist jedoch diejenige Ausführungsform, die im Anspruch 4 genannt ist: Bei dieser lässt sich abwechselnd oder wahlweise der von Ablagerungen betroffene Abschnitt des Wärmetauschers vom warmen oder vom kalten Ende her erwärmen. Auf diese Weis.e lassen sich die kürzes¬ ten Reinigungszeiten erzielen.
Eine konkrete konstruktive Ausführungsform einer thermi¬ schen Nachverbrennungsvorrichtung, mit welcher die im Anspruch 1 angegebene Funktionsweise erzielt wird, ist Gegenstand des Anspruches 5.
Eine wahlweise Durchströmung des von Ablagerungen betrof¬ fenen Abschnittes des Wärmetauschers in beiden Richtungen läßt sich mit der Ausführungsform des Anspruches 6 errei¬ chen.
Wenn der thermische Wirkungsgrad der thermischen Nach¬ verbrennungsvorrichtung möglichst hoch gehalten werden soll, empfiehlt sich die Verwendung derjenigen Ausge¬ staltung, die im Anspruch 7 genannt ist: Dadurch, daß bei dieser Ausgestaltung zwei Abschnitte des Wärmetau- schers zur Verfügung stehen, die weiter von der Brenn- kammer entfernt sind, kann einer dieser Abschnitte ständig im Normalmodus gefahren werden. Der parallel hierzu liegende zweite Abschnitt kann gleichzeitig durch eine verhältnismäßig kleine Gasmenge gereinigt werden, da für den Reinigungsprozeß sehr viel Zeit zur Verfügung steht .
Die oben genannte Aufgabe wird, was das Verfahren angeht, durch die in Anspruch 8 angegebene Erfindung gelöst. Die Vorteile dieses erfindungsgemäßen Verfahrens entspre¬ chen sinngemäß den oben genannten Vorteilen der erfindungs- gemäßen thermischen Nachverbrennungsvorrichtung. Gleiches gilt für die Vorteile der in den Ansprüchen 9 bis 11 genann¬ ten Verfahrensvarianten, die ihre Entsprechung in den Vorteilen oben aufgeführter Ausführungsformen der thermi¬ schen Nachverbrennungsvorrichtung finden.
Durch Zugabe eines Additivs, insbesondere eines Kataly¬ sators, wie in Anspruch 12 angegeben, lässt sich die ther- mische Wirkung der heißen Reinluft bei der Ablösung von Ablagerungen unterstützen und auf diese Weise eine kürzere Zeit erreichen, innerhalb welcher die thermische Nachverbrennungsvorrichtung im Reinigungsmodus betrieben werden muss.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
Figur 1 einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungs- beispiel einer thermischen Nachverbrennungsvor¬ richtung im Normalbetrieb;
Figur 2 die thermische NachverbrennungsVorrichtung der Figur 1 in einem ersten Reinigungsmodus; Figur 3 die thermische Nachverbrennungsvorrichtung der Figuren 1 und 2 in einem zweiten Reinigungs- modus;
Figur 4 einen Vertikalschnitt durch ein zweites Ausfüh¬ rungsbeispiel einer thermischen Nachverbrennungs■ Vorrichtung im Normalmodus;
Figur 5 die thermische Nachverbrennungsvorrichtung der Figur 4 im Reinigungsmodus;
Figur 6 einen Vertikalschnitt durch ein drittes Ausfüh¬ rungsbeispiel einer thermischen Nachverbrennungs- Vorrichtung im Normalmodus;
Figur 7 die thermische NachverbrennungsVorrichtung der Figur 6 in einem gemischten Betriebsmodus.
Zunächst wird auf die Figuren 1 bis 3 Bezug genommen, in denen ein erstes Ausführungsbeispiel einer thermischen Nachverbrennungsvorrichtung dargestellt ist. Diese ist in der Lage, in zwei unterschiedlichen Betriebsmoden eine Selbstreinigung durchzuführen, bei welcher aus der zu reinigenden Abluft stammende Ablagerungen entfernt werden können.
Die thermische Nachverbrennungsvorrichtung ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Sie umfasst ein Gehäuse 2, das aus einem Hauptgehäuse 3, einem Neben- gehäuse 4 und einem begehbaren Unterbau 5 zusammengesetzt ist. Der begehbare Unterbau 5 ist koaxial unterhalb des Hauptgehäuses 3 angeordnet und trägt das Hauptgehäuse
3 sowie das mit letzterem verbundene Nebengehäuse 4.
Die Decke 6 des Unterbaus 5 ist nach unten durchgewölbt - S -
und bildet gleichzeitig den Boden eines Plenums 7. Durch eine mittlere Öffnung 8 des Bodens 6 des Plenums 7 ist ein Brenner 9 hindurchgeführt. Die zum Betrieb des Brenners 9 erforderlichen und in der Zeichnung nicht eigens darge- stellten Komponenten, insbesondere die elektrischen Steuer- und Versorgungsleitungen sowie die Brennstoff-Zuführlei¬ tungen, sind in dem Unterbau 5 untergebracht und können von dort aus leicht gewartet werden.
Die Oberseite des Plenums 7 wird durch ein ebenes Trenn¬ blech 10 gebildet, das gleichzeitig als Boden einer zylindrischen Brennkammer 11 dient. Diese wird in seitli¬ cher Richtung durch eine Zylinderwandung 12 begrenzt und ist nach oben offen. Das obere Ende des Brenners 9 ist durch eine axiale Öffnung 43 im Trennblech 10 in die Brennkammer 11 eingeführt, so dass die vom Brenner 9 erzeugte Flamme innerhalb der Brennkammer 11 brennt.
Die Brennkammer 11 ist koaxial von einem Umlenkeinsatz 13 umgeben, der die Form eines nach unten geöffneten
Bechers aufweist. Die Zylinderwandung 14 des Umlenkein¬ satzes 13 endet unten in Abstand vom Trennblech 10. Auf diese Weise entstehen zwischen der Zylinderwandung 12, der Brennkammer 11 und der Zylinderwandung 15 des Hauptgehäuses 3 zwei Ringräume, nämlich ein innerer
Ringraum 16 und ein äußerer Ringraum 17, die unten durch einen Ringspalt 18 miteinander verbunden sind. Am oberen und unteren Ende des äußeren Ringraumes 17 ist jeweils durch eine radiale Erweiterung der Zylinderwand 5 des Hauptgehäuses 3 ein Ringkanal 19 bzw. 20 gebildet.
Der äußere Ringraum 17 wird nach oben durch ein zweites, ebenes Trennblech 21 von einem oberen Plenum 22 getrennt. Das obere Trennblech 21 ist beim dargestellten Ausführungs- beispiel über den Umlenkeinsatz 13 hinweggeführt, könnte jedoch auch als Ringblech an den Boden des Umlenkeinsatzes 13 angesetzt sein.
Das untere Plenum 7 ist mit dem oberen Plenum 22 durch eine Vielzahl von achsparallel auf einer gedachten Zylin¬ dermantelfläche liegenden Wärmetauscherrohren 23 verbunden, welche den äußeren Ringraum 17 durchsetzen und einen primären Wärmetauscher 50a bilden. Die Wärmetauscherrohre 23 sind über den größten Teil ihrer axialen Erstreckung hinweg mit einer Vielzahl von Oberflächenstrukturen 24 versehen, mit denen sich in hier nicht interessierender Weise die effektive Oberfläche der Wärmetauscherrohre 23 vergrößern lässt.
Der Innenraum des Nebengehäuses 4 ist durch eine Zylinder¬ wandung 25, ein unteres ebenes Trennblech 26 und ein oberes ebenes Trennblech 27 begrenzt. Es weist einen unteren, koaxial zur Zylinderwandung 25 verlaufenden Einlass-Stutzen 28 für die zu reinigende Abluft sowie am oberen und unteren Endbereich jeweils einen radial geführ¬ ten Auslass-Stutzen 29 bzw. 30 für Reinluft auf.
Der Innenraum des Nebengehäuses 4 wird von einer Vielzahl von Wärmetauscherrohren 31 durchsetzt, die zusammen einen Vorwärmetauscher 50b bilden und den Einlass-Stutzen 28 mit dem oberen Plenum 22 verbindet. Dieses reicht vom Hauptgehäuse 3 bis über das Nebengehäuse 4. Die Wärme¬ tauscherrohre 31 des Vorwärmetauschers 50b sind in gleicher Weise mit Vertiefungen 32 versehen wie die Wärmetauseher- röhre 23 des primären Wärmetauschers 50a innerhalb des Hauptgehäuses 3.
Die Ringkanäle 19, 20 des Hauptgehäuses 3 sind jeweils durch eine Verbindungsleitung 33 bzw. 34 mit dem unteren bzw. oberen Endbereich des Innenraumes des Nebengehäuses 4 verbunden. Die beiden Verbindungsleitungen 33, 34 kommunizieren ihrerseits wiederum über eine weitere Verbindungsleitung 35, die im Wesentlichen achsparallel verläuft.
In der unteren Verbindungsleitung 33 zwischen dem Hauptge¬ häuse 3 und dem Nebengehäuse 4 befindet sich eine erste Klappe 36 und zwar in demjenigen Abschnitt, der zwischen der Mündungsstelle der Verbindungsleitung 35 und dem Nebengehäuse 4 liegt. Die Durchströmung der Verbindungs¬ leitung 35 kann durch eine zweite Klappe 37 gesteuert werden; eine dritte Klappe 38 liegt schließlich in der oberen Verbindungsleitung 34 und zwar zwischen dem oberen Ringkanal 20 des Hauptgehäuses 3 und der Mündungsstelle der Verbindungsleitung 35. Weitere Klappen 39, 40 befinden sich jeweils in den beiden Auslass-Stutzen 29, 30 für Reinluft. Alle Klappen 36 bis 40 Jcönnen motorisch oder von Hand in alle Stellungen zwischen einer vollen Schlie߬ stellung und einer vollen Offenstellung gebracht werden.
Die oben beschriebene thermische Nachverbrennungsvorrich¬ tung 1 funktioniert wie folgt:
Im Normalbetrieb nehmen die verschiedenen Klappen 36 bis 40 die in Figur 1 dargestellten Positionen ein.
Dies bedeutet, dass die Klappe 38 in der oberen Verbindungs- leitung 34 zwischen dem oberen Ringkanal 20 des Hauptge¬ häuses 3 und dem oberen Endbereich des Nebengehäuses 4 vollständig geöffnet ist, ebenso wie die Klappe 39 im unteren Auslass-Stutzen 29 des Nebengehäuses 4 für
Reingas. Alle anderen Klappen 36, 37, und 40 sind geschlos¬ sen.
Bei diesen Klappenstellungen stellen sich folgende Strö- mungen ein: Die zu reinigende Abluft wird über den Einlass-Stutzen
28 zugeführt und durchströmt den von den Wärmetauscher¬ rohren 31 gebildeten Vorwärmetauscher 50b nach oben, gelangt so in das obere Plenum 22, durchströmt von dort aus den von den Wärmetauscherrohren 23 im Hauptgehäuse
3 gebildeten primären Wärmetauscher 50a nach unten in das untere Plenum 7. Von dort wird die Abluft über die axiale Öffnung im unteren Trennblech 10 in die Brennkammer 11 eingeblasen; die mitgeführten Verunreinigungen be¬ ginnen dort bei der von dem Brenner 9 erzeugten Temperatur zu oxidieren.
Die heiße Luft strömt über den oberen Rand der Zylinder- wandung 12 der Brennkammer 11 in den inneren Ringraum 16, innerhalb von diesem nach unten und durchtritt den Spalt 18. Spätestens zu diesem Zeitpunkt ist die Oxidation der Verunreinigungen abgeschlossen. Die jetzt Reinluft genannte heisse Luft gelangt von dort in den äußeren Ringraum 17 und umströmt die dort befindlichen Wärmetauscherrohre 23 des primären Wärmetauschers 50a auf ihrem Weg nach oben in den oberen Ringkanal 20. Vom oberen Ringkanal 20 fließt die heiße Reinluft an der geöffneten Klappe 38 vorbei durch die obere Verbindungsleitung 34 in den oberen Endbereich des Innenraumes des Nebengehäuses 4, von dort an der Außenseite der Wärmetauscherrohre 31 vorbei zum unteren Auslass-Stutzen 29, wo sie die thermische Nach¬ verbrennungsvorrichtung 1 bei geöffneter Klappe 39 zur weiteren Verwendung und Entsorgung verlässt .
Bei dem geschilderten Durchgang der Luft durch die thermi¬ sche Nachverbrennungsvorrichtung 1 findet zweimal ein Wärmetauschprozess zwischen der zunächst kalt zugefügten Abluft und der heißen Reinluft statt: Eine erste Erwärmung der Abluft erfolgt in dem Vorwärmetauscher 50b, der durch die Wärmetauscherrohre 31 gebildet ist, durch die im Gegen- strom fließende heiße Reinluft. Die Abluft wird in dem durch die Wärmetauscherrohre 23 im Hauptgehäuse 3 gebil¬ deten primären Wärmetauscher 50a weiter erwärmt, so dass die in ihnen enthaltenen brennbaren Verunreinigungen beim Erreichen des unteren Plenums 7 bereits nahe an ihrer Zündtemperatur sind. Die Verbrennung dieser Verunreinigun¬ gen erfolgt dann unter Unterstützung der von dem Brenner 9 erzeugten Flamme in der Brennkammer 11.
Bei diesem Normalbetrieb der thermischen Nachverbrennungs- Vorrichtung 1 gelangt verhältnismäßig kaltes Abgas über den Einlass-Stutzen 28 in die verhältnismäßig kühlen Wärmetauscherrohre 31, wobei deren Temperatur von unten nach oben ansteigt. Je nach den von der Abluft mitgeführten Verunreinigungen können sich diese an den inneren Wänden der Wärmetauscherrohre 31 ablagern und würden den Durch¬ gang durch die Wärmetauseherröhre 31 blockieren, wenn nicht Gegenmaßnahmen ergriffen würden. Hierzu ist es möglich, die beschriebene thermische Nachverbrennungsvor¬ richtung 1 in zwei unterschiedlichen Reinigungsmoden zu betreiben.
Der erste dieser Reinigungsmoden ist in Figur 2 dargestellt. Er unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Normalbetriebsmodus nur durch die Stellung verschiedener Klappen: Jetzt ist die Klappe 38, welche im oberen Bereich das Hauptgehäuse 3 mit dem Nebengehäuse 4 verbindet, ge¬ schlossen; ebenso ist der untere Auslass-Stutzen 29 durch eine entsprechende Stellung der Klappe 39 blockiert. Stattdessen ist die Verbindung zwischen dem Hauptgehäuse 3 und dem Nebengehäuse 4 über die untere Verbindungsleitung 33 durch Öffnen der Klappe 36 frei; die in der Verbindungs¬ leitung 35 liegende Klappe 37 bleibt weiterhin geschlossen. Die Strömung der zu reinigenden Abluft durch die Wärmetau¬ scherrohre 31 des Vorwärmetauschers 50b im Nebengehäuse 4, durch das obere Plenum 22 und durch die Wärmetauscher- röhre 23 des primären Wärmetauschers 50a im Hauptgehäuse 3 in das untere Plenum 7 sowie von dort in die Brenn¬ kammer 11 und die dortige Verbrennung der Verunreinigungen bleiben unverändert. Auf Grund der Schließung der Klappe 38 in der oberen Verbindungsleitung 34 können jedoch die heißen Verbrennungsgase, also die erzeugten Reingase, nicht an den Außenmantelflächen der Wärmetauscherrohre 23 des primären Wärmetauschers 50a vorbei nach oben fließen, sondern treten mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur von etwa 700 0C über die untere Verbindungslei¬ tung 33 in den unteren Bereich des Innenraumes des Neben- gehäuses 4 ein. Sie strömen nunmehr im Innenraum des
Nebengehäuses 4 an den Mantelflächen der dort befindlichen Wärmetauscherrohre 31 vorbei nach- oben zum oberen Auslass- Stutzen 30, den sie über die geöffnete Klappe 40 verlassen.
Auf Grund der hohen Temperatur, den diese Reingase beim Ein¬ tritt in das Nebengehäuse 4 besitzen, können die an der Innenmantelfläche der Wärmetauscherrohre 31 befindli¬ chen Ablagerungen gelöst, ggfs oxidiert und mit der hindurchströmenden Luft ausgespült werden. Additive, beispielsweise Katalysatoren, die in die Abluft eingegeben werden, können diesen Prozeß unterstützen.
Während dieses ersten Reinigungsmodus muss also der Betrieb der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung 1 nicht unterbrochen werden. Die Abluft wird nach wie vor gereinigt, verlässt jedoch die thermische Nachverbrennungs- Vorrichtung 1 mit einer etwas höheren Temperatur, so dass also der thermische Wirkungsgrad während des ersten Reinigungsmodus etwas reduziert ist. Dies kann jedoch in Kauf genommen werden, da die Zeiten, in denen der Betrieb im Reinigungsmodus erforderlich ist, verhältnismäßig kurz sind. Der Reinigungsmodus kann abgebrochen werden, sobald die Wärmetauscherrohre 31 von unten nach oben auf ihrer gesamten axialen Länge die erforderliche Temperatur erreicht und die Verunreinigungen sich abgelöst haben.
Um diese Zeit zu verkürzen kann die thermischen Nachver¬ brennungsvorrichtung 1 in einem zweiten Reinigungsmodus betrieben werden, in dem die Klappen in der in Figur 3 dargestellten Weise gestellt werden:
Die Klappe 38 in der oberen Verbindungsleitung 34 zwischen dem Hauptgehäuse 3 und dem Nebengehäuse 4 bleibt verschlos¬ sen. Gesperrt wird nunmehr der obere Auslass-Stutzen 30 des Nebengehäuses 4 durch entsprechendes Schließen der Klappe 40, während der untere Auslass-Stutzen 29 durch Öffnen der Klappe 39 freigegeben wird. Die Klappe 36 in der unteren Verbindungsleitung 33 wird in die Schließstellung gefahren; stattdessen wird die Klappe 37 in der Verbindungsleitung 35 geöffnet.
Der einzige Unterschied zwischen dem in Figur 3 dargestell¬ ten zweiten Reinigungsmodus gegenüber dem in Figur 2 dargestellten ersten Reinigungsmodus besteht darin, dass bei ersterem die heiße Reinluft in den oberen Bereich des Innenraumes des Nebengehäuses 4 eingeführt wird und in diesem im Gegenstrom zu der die Wärmetauseherröhre 31 durchströmenden Abluft fließt. Auf diese Weise lassen sich besonders gut die oberen Bereiche der Wärmetauscher- röhre 31 erwärmen. Die beiden Reinigungsmoden der Figuren 2 und 3 können abwechselnd getaktet betrieben werden, so dass abwechselnd bevorzugt die unteren und dann wieder bevorzugt die oberen Bereiche der Wärmetauscherrohre von Ablagerungen befreit werden. Die Konstruktion des in den Figuren 4 und 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispieles einer thermischen Nachver¬ brennungsvorrichtung stimmt weitestgehend mit derjenigen Ausführungsform überein, die oben anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben wurde. Entsprechende Teile sind daher mit demselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeich¬ net.
Der Aufbau des Hauptgehäuses 103, des Unterbaus 105, des oberen Luftplenums 122 und der Verbindungsleitungen
133, 134, 135 samt den darin enthaltenen Komponenten stimmt identisch mit den in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Verhältnissen überein. Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen finden sich nur in der Konstruktion des Nebengehäuses 104. Dieses besitzt, wie die Figuren 4 und 5 deutlich machen, nur einen einzigen, unteren Auslass 129 für Reingas, in dem j-edoch keine steuerbare Klappe angeordnet zu sein braucht. In den axialen Höhen, in denen die untere Verbindungsleitung 133 und die obere Verbindungsleitung 134 in den Innenraum des Nebengehäuses 104 einmünden, verlaufen Ringkanäle 141, 142, die durch entsprechende radiale Erweiterungen des Nebengehäuses 104 gebildet sind.
Die Funktionsweise der thermischen Nachverbrennungsvor¬ richtung 101 der Figuren 4 und 5 im Normalbetrieb stimmt vollständig mit derjenigen des Normalbetriebes des ersten Ausführungsbeispieles überein (vgl. Figur 1), so dass auf die diesbezüglichen obigen Ausführungen verwiesen werden kann.
Zum Ablösen von Verunreinigungen, die sich an den Innen¬ mantelflächen der Wärmetauscherrohre 131 im Vorwärmetau¬ scher 150b abgeschieden haben, werden die Klappen 136, 137, 138 verstellt, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Zur Erläuterung sei zunächst angenommen, dass die Klappe
138 in der oberen Verbindungsleitung 134 ebenso wie die Klappe 137 in der Verbindungsleitung 135 vollständig geschlossen ist, während die Klappe 136 in der unteren Verbindungsleitung 133 sich in der vollen Offenstellung befindet. Diese Klappenposition ist für das zweite Ausfüh¬ rungsbeispiel zeichnerisch nicht extra dargestellt; sie stimmt identisch mit der Position der Klappen 36, 37, 38 in Figur 2 überein. In diesem Falle strömt die heiße Verbrennungsluft (Reinluft) über die untere Verbindungs¬ leitung 134 in den unteren Bereich des Innenraumes des Nebengehäuses 104 ein und dort entlang des unteren Berei¬ ches der verschiedenen Wärmetauscherrohre 131 nach unten zum Auslass-Stutzen 129.
Ersichtlich werden dabei von der Reinluft sowohl der primäre Wärmetauscher 150a, der durch die Wärmetauscher¬ rohre 123 gebildet wird, als auch der Hauptteil des Vorwärmetauschers 150b, der durch die Wärmetauscherrohre 131 gebildet wird, umgangen. Die Reinluft verlässt die thermische Nachverbrennungsvorrichtung 101 über den Auslass- Stutzen 129 also mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur; die thermische Nachverbrennungsvorrichtung 101 arbeitet kurzzeitig mit einem verschlechterten thermischen Wirkungs¬ grad. Gereinigt werden in dieser Klappenposition im Wesentlichen nur die unterhalb des unteren Ringkanales 141 liegenden Bereiche der Wärmetauscherrohre 131. Dies reicht jedoch in vielen Fällen aus, da auf Grund der herrschenden Temperaturverhältnisse dort die größte Gefahr der Ablagerung von Verunreinigungen besteht.
Die thermische Nachverbrennungsvorrichtung 101 der Figuren 4 und 5 kann auch in einem Mischbetrieb zwischen Normal- und Reinigungsmodus betrieben werden, wie dieser in Fi- gur 5 dargestellt ist. In diesem Mischbetrieb sind die Klappen 136, 137, 138 in einer Zwischenposition zwischen der vollen Offen- und der vollen Schließstellung. Je nach dem Öffnungsgrad der einzelnen Klappen kann die Selbstrei- nigungswirkung eingestellt werden: Umso stärker die
Klappe 138 in der oberen Verbindungsleitung 134 geschlossen ist, umso mehr heiße Reingase umgehen den durch die Wärme¬ tauscherrohre 123 gebildeten primären Wärmetauscher 150a und können daher zu Reinigungszwecken verwendet werden.
Durch die Stellung der Klappen 136 und 137 wird bestimmt, welche Anteile der zu Reinigungszwecken abgezweigten heißen Reinluft jeweils dem oberen Bereich des Innenraumes des Nebengehäuses 104 und dem unteren Bereich des Innen- räumes des Nebengehäuses 104 zugeführt wird. Je mehr heißes Reingas dem oberen Bereich zugeführt wird, umso schneller wird im oberen Bereich an den Wärmetauscherrohren 131 diejenige Temperatur erreicht, die dort zum Ablösen der Verunreinigungen von den Innenmantelflächen der Wärmetauscherrohre 131 erforderlich ist. Je mehr heiße Gase dem oberen Bereich des Innenraumes des Nebengehäu¬ ses 104 zugeführt werden, umso größer ist der Wirkungs¬ grad des von den Wärmetauscherrohren 131 gebildeten Vorwärmetauschers 150b.
Bei Bedarf kann die Stellung der verschiedenen Klappen 136, 137, 138 im Betrieb der thermischen Nachverbrennungs- vorrichtung 101 auch kontinuierlich verändert werden, wie dies die jeweiligen Verhältnisse erfordern. Eine Betriebsunterbrechung der thermischen Nachverbrennungs- vorrichtung 101 zum Reinigen des Vorwärmetauschers 150b ist ebenso wenig wie beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 erforderlich; der Verlust des thermischen Wirkungs¬ grades, der während des Reinigungsbetriebes unvermeidlich ist, ist demgegenüber ohne Weiteres hinnehmbar. Bei den oben anhand der Figuren 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispielen verringert sich, wie schon ange¬ merkt, der Wirkungsgrad der thermischen Nachverbrennungs- Vorrichtung während des Reinigungsmodus. Daher wird angestrebt, die Anlage so kurz wie möglich im Reinigungs¬ modus zu halten. Sofern man eine Verringerung des thermi¬ schen Wirkungsgrades nicht in Kauf nehmen oder so klein wie möglich halten will, ist dies mit derjenigen Ausführungs- form der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung möglich, die in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist. Diese Aus¬ führungsform entspricht weitgehend derjenigen der Figuren 1 und 2, so daß auf die obige Beschreibung dieser Figuren Bezug genommen wird und nachfolgend im wesentlichen die Unterschiede zwischen dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und dem der Figuren 6 und 7 beschrieben werden. Entspre¬ chende Teile des Ausführungsbeispieles der Figuren 6 und 7 sind mit denselben Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 zuzüglich 200 gekennzeichnet.
Unverändert gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 ist in den Figuren 6 und 7 das Hauptgehäuse 203, das von einem Unterbau 205 getragen ist, das untere Plenum 207, der Brenner 209, der in einer zylindrischen Brenn- kammer 211 eine Flamme erzeugt, der Umlenkeinsatz 213, das obere Plenum 222 und die das untere Plenum 207 mit dem oberen Plenum 222 verbindenden Wärmetauscherrohre 223, die einen primären Wärmetauscher 250a bilden. Beim Aus¬ führungsbeispiel der Figuren 6 und 7 ist jedoch dem primären Wärmetauscher 250a nicht nur ein Vorwärmetau¬ scher 250b zugeordnet; vielmehr sind zwei Vorwärmetau¬ scher 250b, 250b1 vorgesehen, die im Prinzip parallel zueinander gelegt sind und, wie nachfolgend ausführ¬ lich beschrieben wird, abwechselnd in unterschiedli- chen Betriebsmoden gefahren werden können. Die beiden Vorwärmetauscher 250b und 250b' sind im wesentlichen identisch aufgebaut. Zur Unterscheidung der Bezugs¬ zeichen sind diejenigen, die zum zweiten Vorwärmetau¬ scher 250b' gehören, jeweils mit einem ' versehen.
Wie beim Ausführungsbeispiel deren Figur 1 und 2 ist beim Ausführungsbeispiel der Figuren 6 und 7 das Hauptgehäuse 203 mit dem unteren Innenbereich des Nebengehäuses 204 durch eine untere Verbindungsleitung 233 verbunden, in der eine Klappe 236 liegt. Von der unteren Verbindungs¬ leitung 233 zweigt eine weitere Verbindungsleitung 233 ' ab, die zum zweiten Nebengehäuse 204' des zweiten Vorwär¬ metauschers 250b' führt. Der Einlaß der Verbindungsleitung 233' in das zweite Nebengehäuse 204' wird von einer Klappe 236' beherrscht.
Das Hauptgehäuse 203 ist wiederum- durch eine obere Ver¬ bindungsleitung 234 mit dem oberen Innenbereich des ersten Nebengehäuses 204 verbunden, die nunmehr aber weiter bis zum oberen Innenbereich des zweiten Neben¬ gehäuses 204' verlängert ist. Anders als beim Ausfüh¬ rungsbeispiel der Figuren 1 und 2 findet sich jedoch bei demjenigen der Figuren 6 und 7 in der oberen Verbindungs- leitung 234 keine Klappe.
Die Innenräume der beiden Nebengehäuse 204 und 204' werden jeweils von einer Vielzahl achsparalleler Wär¬ metauscherröhre 231, 231' durchzogen, die sich von einem Einlaßstutzen 228, 228' des jeweiligen Vorwärmetauschers 250b, 250b' bis zum oberen Plenum 222 erstrecken, das beim Ausführungsbeispiel der Figuren 6 und 7 über das erste Nebengehäuse 204 hinweg bis zum zweiten Nebengehäuse 204' geführt ist. Die beiden Einlaßstutzen 228, 228' enthalten jeweils eine motorgetriebene Klappe 282, 282' und sind mit einem Haupteinlaßstutzen 280 verbunden, über den die zu reinigende Abluft der thermischen Nachverbren¬ nungsvorrichtung 201 zugeführt wird.
Die beiden Nebengehäuse 204, 204' besitzen jeweils einen Auslaß 229, 229' für die Reinluft, in der sich eine motorisch betriebene Klappe 239, 239' befindet. Die beiden Auslässe 229, 229' der beiden Nebengehäuse 204, 204' sind mit einem Haupt-Auslaßstutzen 281 verbunden, über den die Reinluft abgeführt wird.
Zur Beschreibung der Funktionsweise des dritten Ausfüh¬ rungsbeispieles einer thermischen Nachverbrennungsvor- richtung 201 wird zunächst auf Figur 6 Bezug genommen. Diese zeigt die Position der verschiedenen Klappen in einem Betriebsmodus, in welchem der zweite Vorwärme¬ tauscher 250b' im Normalmodus arbeitet und der erste Vorwärmetauscher 250b stillgelegt- ist. Hierzu sind alle dem ersten Vorwärmetauscher 250b zugeordneten Klappen 236, 239 und 282 geschlossen. Die zum unteren Endbe- reich des Innenraumes des zweiten Nebengehäuses 204' führende Klappe 236' ist ebenfalls geschlossen, während die Klappen 282' und 239' geöffnet sind.
Bei diesen Klappenpositionen strömt die zu reinigende Abluft über den Einlaßstutzen 228' in die Wärmetau¬ scherrohre 231' des zweiten Vorwärmtauschers 250b', über das obere Plenum 222, durch die Wärmetauscher- röhre 223 des primären Wärmetauschers 250a, durch das untere Plenum 207 in die Brennkammer 211, wo die Ver- brennung der Verunreinigungen eingeleitet wird, über die Ringräume 216, 217 an den Außenflächen der Wärme- tauscherrohre 223 entlang und sodann über die obere Verbindungsleitung 234 in den Innenraum des zweiten Nebengehäuses 204'. Von dort fließt das Reingas an den Außenflächen der Wärmetauscherrohre 231' des zweiten Vorwärmetauschers 250b1 vorbei über die geöffnete Klappe 239' zum Hauptauslaßstutzen 281.
Soll statt des zweiten Vorwärmetauschers 250b1 der erste Vorwärmetauscher 250b im Normalmodus eingesetzt werden, so werden die Klappenstellungen der beiden Vorwärmetauscher 250b und 250b1 einfach analog vertauscht. Grundsätzlich ist es auch möglich, beide Vorwärmetauscher 250b und 250b' unter entsprechender Klappenstellung gleichzeitig im Normalmodus zu fahren.
Nunmehr sei angenommen, daß der erste Vorwärmetauscher 250b eine gewisse Zeit in Betrieb war und gereinigt werden soll. Bei unveränderter Stellung der dem zweiten Vorwärmetauscher 250b1 zugeordneten Klappen 236', 239', 282 ' werden die Positionen der dem ersten Vorwärmtau- scher 250b zugeordneten Klappen 2-36, 239 und 282 so verändert, wie dies in Figur 7 dargestellt ist:
Die im Einlaßstutzen 228 des ersten Vorwärmetauschers 250b liegende Klappe 282 wird etwas geöffnet, ebenso die die Zufuhr von Reinluft aus dem Hauptgehäuse 203 bestimmende Klappe 236. Dies hat für die Gasströmun¬ gen folgende Konsequenzen:
Nicht mehr die gesamte Abluft wird dem zweiten Vor¬ wärmetauscher 250b' zugeführt, vielmehr gelangt, je nach Öffnungsgrad der Klappe 282, auch ein gewisser Teil der Abluft in den Vorwärmetausch 250b. Der in den Vorwärme- tauscher 250b abgezweigte Teil der Abluft sollte so klein wie möglich gehalten werden, um den Gesamtwirkungsgrad der thermischen NachverbrennungsVorrichtung 201 möglichst hoch zu halten. Während die Strömungswege für denjenigen Teil der Abluft, welche den zweiten Vorwärmetauscher 250b1 durchströmt, unverändert bleiben, ändern sich die Strömungs- Verhältnisse im ersten Vorwärmetauscher 250b wie folgt:
Durch die teilweise geöffnete Klappe 236 tritt eine entsprechende Menge an Reinluft mit einer Temperatur von etwa 7000C in den unteren Endbereich des Innenraumes des ersten Nebengehäuses 204 ein. Diese strömt an den Außen¬ flächen der Wärmetauscherrohre 231 des ersten Vorwärme¬ tauschers 250b vorbei und erwärmt diese. Das Innere dieser Wärmetauscherrohre 231 wird gleichzeitig von derjenigen Abluft durchströmt, welche die Klappe 282 im Einlaßstutzen 228 passiert. Diese Strömungen können sehr lange aufrecht erhalten bleiben, da ja der zweite Vorwärme¬ tauscher 250b" weiterhin im Normalmodus arbeitet. Auch eine kleine Menge heißer Reinluft, welche über die Klappe 236 in den Innenraum des ersten Nebengehäuses 204 einströmt, kann also im Laufe der Zeit die Wände der Wärmetauscherröhre 231 des ersten Wärmetauschers auf eine so hohe Temperatur, beispielsweise nahezu auf 7000C, erwärmen, dass eine Verbrennung der an den Innenman- telflachen der Wärmetauscherrohre 231 abgelagerten Verun¬ reinigungen möglich ist. Durch das Innere der Wärmetau¬ scherrohre 231 wird gerade so viel Abluft geführt, daß die zum Verbrennen der Ablagerungen notwendige Sauerstoff- menge zur Verfügung steht.
Die die Wärmetauscherrohre 231 des ersten Vorwärmetauschers 250b durchströmende und die verbrannten Ablagerungen mitführende Abluft wird im oberen Plenum 222 derjenigen Abluft beigemischt, die vom zweiten Vorwärmetauscher 250b1 kommt, und wird dann mit dieser der Verbrennung in der
Brennkammer 211 zugeführt.
Das dritte Ausführungsbeispiel der thermischen Nach¬ verbrennungsvorrichtung 201 gestattet eine äußerst va- riable Betriebsweise, je nach dem, in welchem Umfange die Klappen 236, 236', 239, 239' und 282, 282' geöff¬ net werden, welche die Gasströmungen durch die beiden Vorwärmetauscher 250b, 250b' bestimmen. Dabei gelten die folgenden Grundsätze:
Je größer die Luftmengen sind, die über den jeweils im Reinigungsmodus befindlichen Vorwärmetauscher 250b, 250b1 geführt werden, um so kürzer kann die Dauer des Reinigungsmodus gehalten werden. Um so geringer ist allerdings der Gesamtwirkungsgrad der thermischen Nach¬ verbrennungsvorrichtung 201 in dieser Zeit. Um so weniger Luft umgekehrt durch den im Reinigungsmodus befindlichen Vorwärmetauscher 250b, 250b1 geleitet wird, um so länger dauert der Reinigungsmodus; der Gesamtwirkungsgrad der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung wird jedoch nur geringfügig beeinträchtigt . Da im allgemeinen ausreichend Zeit zur Verfügung steht, ist grundsätzlich vorzuziehen, dem im Reinigungsmodus befindlichen Vorwärmetauscher 250b, 250b1 so wenig Luft wie möglich zuzuführen.
Sollen die Funktionen des im Reinigungsmodus und des im Normalmodus befindlichen Vorwärmetauschers 250b, 250b1 getauscht werden, geschieht dies über einen kurzen Zwi¬ schenzustand, in dem beide Vorwärmetauscher 250b, 250b1 im Normalmodus gefahren werden.

Claims

Patentansprüche
1. Thermische Nachverbrennungsvorrichtung mit
a) einem Gehäuse, das einen Einlass für zu reinigende Abluft und einen Auslass für Reinluft aufweist;
b) einer im Gehäuse angeordneten Brennkammer;
c) einer die Reaktionstemperatur in der Brennkammer erzeugenden Heizeinrichtung;
d) einem Wärmetauscher, über den die von dem Einlass kommende Abluft auf dem Weg zur Brennkammer und die von der Brennkammer kommende Reinluft auf dem Weg zum Auslass geführt wird;
dadurch gekennzeichnet, dass
e) eine Einrichtung (33 bis 38; 133 bis 138; 233, 233', 236, 236') vorgesehen ist, mit welcher in einem Reinigungsmodus wahlweise zumindest eine Teil der
Reinluft an einem näher zur Brennkammer (11; 111; 211) liegenden Abschnitt (50a; 150a; 250a) des Wärmetau¬ schers (50a, 50b; 150a, 150b; 250a, 250b, 250b') vorbei einem weiter von der Brennkammer (11; 111; 211) entfernten Abschnitt (50b; 150b; 250b, 250b') des
Wärmetauschers (50a, 50b; 150a, 150b 250a, 250b, 250b') zuführbar ist.
2. Thermische Nachverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der näher zur Brenn- kammer (11; 111) liegende Abschnitt (50b; 150b) des Wärme¬ tauschers (50a, 50b; 150a, 150b) von der Reinluft in entgegengesetzter Richtung wie von der Abluft durchström¬ bar ist.
3. Thermische Nachverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der näher zur Brenn¬ kammer (11; 211) liegende Abschnitt (50b; 250b, 250b1) des Wärmetauschers (50a, 50b 250a, 250b, 250b') von der Reinluft in derselben Richtung wie von der Abluft durch¬ strömbar ist.
4. Thermische NachverbrennungsVorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der näher zur Brenn- kammer (11) liegende Abschnitt (50b) des Wärmetauschers (50a, 50b) von der Reinluft wahlweise in der entgegenge¬ setzten oder in derselben Richtung wie von der Abluft durchströmbar ist und dass das Gehäuse (2, 3, 4) zwei wahlweise offenbare Auslässe (29, 30) für Reinluft auf- weist, die jeweils mit einem Ende des weiter von der
Brennkammer (11) entfernten Abschnitts (50b) des Wärme¬ tauschers (50a, 50b) kommunizieren.
5. Thermische Nachverbrennungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
a) der näher zur Brennkammer (11; 111; 211) liegende Abschnitt (50a; 150a; 250a) des Wärmetauschers (50a, 50b; 150a, 150b, 250a, 250b, 250b1) eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren (23; 123; 223) umfasst, welche die Brennkammer (11; 111; 211) umgeben;
b) der weiter von der Brennkammer (11; 111; 211) entfernte Abschnitt (50b; 150b; 250b, 250b') des Wärmetauschers (50a, 50b; 150a, 150b, 250a, 250b, 250b') von dem näher zur Brennkammer (11; 111; 211) liegenden Ab¬ schnitt (50a; 150a,- 250a) räumlich getrennt ist und ein Bündel von Wärmetauscherrohren (31; 131; 231, 231') umfasst;
c) die beiden gegenüberliegenden Enden der Abschnitte (50a, 50b; 150a, 150b; 250a, 250b, 250b") des Wärme¬ tauschers jeweils durch eine Verbindungsleitung (33, 34; 133, 134; 233, 234) verbunden sind, wobei
d) der Durchfluss von Reinluft durch mindestens eine Verbindungsleitung (33, 34; 133, 134; 233, 234) durch eine Klappe (36, 38; 136, 138; 236) steuerbar ist.
6. Thermische Nachverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daβs die Verbindungs¬ leitungen (33, 34; 133, 134) untereinander durch eine weitere Verbindungsleitung (35; 135) verbunden sind, in der eine Klappe (37; 137) liegt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei weiter von der Brennkammer (211) entfernte Abschnitte (250b, 250b1) des Wärmetauschers (250a, 250b, 250b1) vorge¬ sehen sind, die im wesentlichen parallel geschaltet sind, wobei das Ausmaß, in dem den weiteren von der Bringkammer (211) entfernten Abschnitten (250b, 250b1) Abluft und Reinluft zuführbar ist, für jeden weiteren Abschnitt (250b, 250b') individuell einstellbar ist.
8. Verfahren zum Betreiben einer thermischen Nachverbren¬ nungsvorrichtung, die aufweist:
a) ein Gehäuse, das einen Einlass für zu reinigende Abluft und einen Auslass für Reinluft aufweist;
b) eine im Gehäuse angeordnete Brennkammer;
c) eine die Reaktionstemperatur in der Brennkammer erzeugenden Heizeinrichtung;
d) einen Wärmetauscher, über den die vom Einlass kommende
Abluft auf dem Weg zur Brennkammer und die von der Brennkammer kommende Reinluft auf dem Weg zum Auslass geführt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
e) zum Reinigen des Wärmetauschers (50a, 50b; 150a, 150b; 250a, 2Ξ0b, 250b') zeitweise zumindest ein Teil der heißen, von der Brennkammer (11; 111; 211) kommenden Reinluft an einem näher zur Brennkammer (11; 111; 211) liegenden Abschnitt (50a; 150a; 250a) des Wärmetau- schers (50a, 50b; 150a, 150b; 250a, 250b, 250b') vorbei einem weiter von der Brennkammer (11,- 111; 211) entfernten Abschnitt (50b; 150b; 250b, 250b') des Wärmetauschers (50a, 50; 150a, 150b; 250a, 250b, 250b') zuführbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinluft beim Reinigen den von der Brennkammer
(11; 111) weiter entfernten Abschnitt (50b; 150b) des Wärmetauschers (50a, 50b; 150a, 150b) in entgegengesetzter Richtung durchströmt wie die Abluft.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinluft beim Reinigen den von der Brennkammer
(11; 111; 211) weiter entfernten Abschnitt (50; 150b; 250b, 250b') des Wärmetauschers (50a, 50b; 150a, 150b; 250a, 250b, 250b1) in derselben Richtung durchströmt wie die Abluft.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinluft beim Reinigen den von der Brennkammer (11,- 111) weiter entfernten Abschnitt (50b; 150b) des Wärmetauschers (5Oa7 50b; 150a, 150b) abwechselnd in entgegengesetzter und in derselben Richtung durchströmt wie die Abluft.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Reinigen in den Wärmetauscher
(50a, 50b; 150a, 150b; 250a, 250b, 250b') ein Additiv, insbesondere ein Katalysator, zugegeben wird.
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