WO2008011965A1 - Thermische abgasreinigungsvorrichtung und verfahren zur thermischen abgasreinigung - Google Patents

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WO2008011965A1
WO2008011965A1 PCT/EP2007/005897 EP2007005897W WO2008011965A1 WO 2008011965 A1 WO2008011965 A1 WO 2008011965A1 EP 2007005897 W EP2007005897 W EP 2007005897W WO 2008011965 A1 WO2008011965 A1 WO 2008011965A1
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liquid medium
evaporation chamber
gas
purification device
chamber
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PCT/EP2007/005897
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French (fr)
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Kurt Noll
Kai JÄNNSCH
Jörg HUPFER
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Dürr Systems GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • 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
    • F23G7/068—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 using regenerative heat recovery means

Definitions

  • the present invention relates to a thermal exhaust gas purification device comprising at least one combustion chamber and at least one regenerator through which a raw gas to be purified is supplied to the combustion chamber.
  • the present invention has for its object to provide a thermal emission control device of the type mentioned, which allows to burn even large amounts of low-calorie liquid media.
  • the exhaust gas purification device comprises at least one evaporation chamber, which a carrier gas from the combustion chamber can be fed and in which a vaporization chamber supplied liquid medium is evaporated, wherein the evaporated liquid medium together with the carrier gas to the raw gas before passing through the regenerator is immiscible.
  • the vaporization chamber replaces the residence time lacking in conventional plants, and the heat energy of the carrier gas imparts the mixing energy required for the evaporation of low-calorie residues and the energy for the change of the aggregate state.
  • the evaporation chamber By using the evaporation chamber, problematic liquid residues can be oxidized in an energy-neutral manner in a composite of an evaporation chamber and a thermoreactor.
  • the liquid residue is vaporized without oxidation so that the carrier gas and the residue are at a lower temperature level than the carrier gas prior to mixing with the liquid residue.
  • the combination of the evaporation chamber with the combustion chamber and the regenerator makes it possible, even low-calorie liquid residues and waste water, which do not ignite independently due to their composition and whose energy content maximally helps to maintain the temperature level of the carrier gas in the mixture with the carrier gas in high quantities burn.
  • the temperature of the mixture of the carrier gas and the vaporized liquid medium at the outlet of the evaporation chamber is dependent on the evaporation losses and depending on the type of organic substances contained in the liquid medium between about 150 0 C and the temperature of the carrier gas before entering the evaporation chamber.
  • the outlet temperatures of the mixture of carrier gas and vaporized liquid medium can be varied upon exiting the evaporation chamber.
  • the temperature of the carrier gas can be corrected downwards if necessary.
  • raw gas which has not yet entered the regenerator, can be mixed with the carrier gas from the combustion chamber before it enters the evaporation chamber in order to lower the temperature of the carrier gas before it enters the evaporation chamber, if necessary.
  • the exhaust gas purification device comprises at least one atomizing device for atomizing the liquid medium in the evaporation chamber.
  • the exhaust gas purification device comprises means for supplying compressed air to the atomizing device.
  • the exhaust gas purification device comprises at least one auxiliary burner for increasing the temperature in the vaporization chamber.
  • At least one dust filter is arranged in an outlet region of the evaporation chamber.
  • the supply of liquid medium to the evaporation chamber can be regulated as a function of the combustion chamber temperature.
  • the evaporation chamber can be flowed through in a substantially vertical direction by the mixture of carrier gas and liquid medium. Furthermore, it is favorable if the expansion of the evaporation chamber along the direction in which it is permeable by the mixture of carrier gas and liquid medium, is so great that the supplied liquid medium is substantially completely evaporated within the evaporation chamber.
  • the liquid medium to be evaporated in the evaporation chamber may be a liquid or an aerosol.
  • the present invention further relates to a method for thermal exhaust gas purification, in which a raw gas to be purified is supplied by a regenerator of a combustion chamber.
  • the present invention has the further object of providing such a method for thermal exhaust gas purification, which makes it possible to burn even large amounts of a low-calorie liquid medium.
  • This object is achieved in a method having the features of the preamble of claim 13 according to the invention in that a carrier gas from the combustion chamber is fed to an evaporation chamber and in the evaporation chamber, a liquid medium supplied to the evaporation chamber is at least partially evaporated, wherein the evaporated liquid medium together with the carrier gas the raw gas is mixed before passing through the regenerator.
  • the combustion of the exhaust gas in the exhaust gas purification device according to the invention or in the exhaust gas purification process according to the invention can be carried out with or without catalyst elements to reduce the required oxidation temperature.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a thermal exhaust gas purification device with a combustion chamber, three regenerators and an evaporation chamber;
  • Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of a thermal exhaust gas purification device, wherein the supply of a mixture of a carrier gas and a vaporized liquid medium to a crude gas in dependence on the temperature of a mixture of the raw gas, the carrier gas and the evaporated liquid medium before entering a regenerator of the exhaust gas purification device is controllable.
  • a thermal exhaust gas purification device 100 shown in FIG. 1 comprises a thermal reactor 102 having a combustion chamber 104 and three regenerators 106 arranged below the combustion chamber 104, each comprising an antechamber 108 and a heat storage mass chamber 110 arranged above the prechamber 108 Heat storage mass chamber 110 from the antechamber 108 by a Grid 112 is separated, which carries a heat storage mass 114 of the respective regenerator 106.
  • This heat storage mass 114 can be formed, for example, from ceramic saddles, which are disposed in the heat storage mass chamber 110 in a disordered manner.
  • the heat storage mass 114 comprises honeycomb bodies, which are traversed by gas passage channels and prismatic, in particular cuboid, formed and arranged with their lateral surfaces adjacent to each other so that in the heat storage mass chamber 110, one or more honeycomb body layers are formed the gas must pass through the heat storage mass chamber 110 as it passes.
  • Each of the heat storage mass chambers 110 of the regenerators 106 opens at its upper end in the combustion chamber 104, in which a burner 116 is arranged, via a fuel gas supply line 118, a fuel gas, for example natural gas, is supplied to burn the pollutants contained in the raw gas to be purified ,
  • a fuel gas for example natural gas
  • the burner 116 is further supplied via a fresh air supply line 120 required for the combustion process combustion air.
  • a fresh air supply fan 122 and a check valve 124 are arranged in the fresh air supply line 120.
  • control of the control valves 126 and 128 by means of a (not shown) control device of the thermal exhaust gas cleaning device 100, which via signal or control lines with the temperature sensor 130 and with the control valves 126 and 128 and with the further described below sensors and control elements of Exhaust gas purification device 100 is connected.
  • the combustion chamber temperature is monitored by means of a temperature sensor 132, which triggers a safety shutdown of the exhaust gas purification device 100 when a predetermined maximum temperature is exceeded.
  • Further temperature sensors 134 may be arranged in the upper end region of the regenerators 106 in order to trigger a safety shutdown even when a predetermined maximum temperature is exceeded.
  • Another temperature sensor 136 with a connected recording device is used for continuous detection and recording of the temporal temperature profile in the combustion chamber 104.
  • the pre-chamber 108 of each regenerator 106 is connected to a raw gas supply line 140 via a raw gas branch pipe 138 provided with a raw gas valve 136, through which the exhaust gas purification device 100 is supplied with the exhaust gas to be purified, which will be referred to as raw gas, from an exhaust gas source (not shown). Furthermore, the prechamber 108 of each regenerator 106 is connected to a clean gas discharge line 146 via a clean gas branch line 144 provided with a clean gas valve 142, through which the exhaust gas purified by the exhaust gas purification device 100, which is referred to as clean gas below, is led to an exhaust chimney 148 through which the clean gas is released to the environment.
  • the temperature of the clean gas in the clean gas discharge line 146 is detected by means of a temperature sensor 149.
  • a further temperature sensor 150 is disposed on the clean gas discharge line 146, which triggers a safety shutdown of the exhaust gas purification device 100 when a predetermined maximum clean gas temperature is exceeded.
  • each regenerator 106 is connected to a purge gas return line 156 via a purge gas branch line 154 provided with a purge gas valve 152, through which pure gas used for purifying raw gas residues from the heat storage masses 114 of the regenerators 106, which is referred to as purge gas hereinafter, into the Rohgaszumoltechnisch 140 is traceable.
  • the purge gas return line 156 opens into the Rohgaszumoltechnische 158, which sucks the raw gas from the raw gas source and promotes into the regenerators 106.
  • the flow rate of the raw gas supply fan 158 is controllable in response to a pressure measured by a pressure sensor 160 upstream of the confluence of the purge gas recirculation passage 156 into the raw gas supply passage 140.
  • a bypass line 162 branches off the raw gas supply line 140, through which, in the event of a malfunction of the exhaust gas purification device 100, the raw gas from the raw gas source can be bypassed at the exhaust gas purification device 100.
  • bypass line 162 The access to the bypass line 162 is closed by means of a, in particular pneumatically controlled, control valve 164.
  • the fresh air supply via the Frisch povertyzu melt 166 is arranged by means of a in the Frisch povertyzu90 Maschinentube 166, in particular pneumatically controlled, valve 168 controllable.
  • a muffler 170 is disposed in the fresh air supply pipe 166.
  • a, in particular pneumatically controllable, valve 172 is arranged in the raw gas supply line 140, by means of which the raw gas supply to the exhaust gas purification device 100 can be blocked.
  • the thermal emission control apparatus 100 includes an evaporation chamber 174 which serves to vaporize a liquid medium introduced into the evaporation chamber and one from the combustion chamber 104 mixture carrier gas so that the mixture of the carrier gas and the evaporated liquid medium can be added to the raw gas before entering the thermoreactor 102.
  • the vaporization chamber 174 has a substantially vertical longitudinal axis 176.
  • the evaporation chamber may be formed substantially hollow cylindrical.
  • the evaporation chamber may have an outer wall made of steel and a ceramic inner lining, for example of cement wool and / or stone.
  • the upper region of the interior 178 of the evaporation chamber 174 forms an evaporation zone 180, into which an atomizing device 182 in the form of an atomizing lance 184 opens.
  • the atomizer lance 184 is fed via a remplissigmediumzu slaughterhouse Gustav 186 to be atomized and then in the evaporation zone 180 to be evaporated liquid medium.
  • the liquid medium may be a liquid or an aerosol.
  • the liquid medium is conveyed to the atomizing device 182 from a liquid medium source (not shown) by means of a liquid medium pump 188 arranged in the liquid medium supply line 186.
  • a liquid medium return pipe 190 branches off from the liquid medium supply pipe 186.
  • This liquid medium return line 190 opens into the liquid medium supply line 186 upstream of the liquid medium pump 188, so that a part of the liquid medium conveyed by the liquid medium pump 188 can be branched and returned to regulate the amount of the liquid medium supplied to the atomizer 182.
  • a control valve 192 is provided in the liquid medium return line 190.
  • a check valve 194 for example a magnetically or motor-operated, is arranged in the liquid medium supply line 186.
  • the atomizing device 182 is further connected via a compressed air line 196 to a (not shown) compressed air source.
  • Compressed air line 196 can supply pressurized air at a pressure of, for example, about 3 bar to atomizing device 182 in order to atomize the liquid medium in atomizing device 182 by means of this compressed air.
  • superheated steam can also be used to atomize the liquid medium.
  • the upper region of the interior 178 of the evaporation chamber 174 is connected to the combustion chamber 104 of the thermal reactor 102 via a carrier gas supply line 198.
  • a Rohgaszumisch Arthur 200 is further provided, which branches off downstream of the RohgaszuGerman Anlagenläse 158 of Rohgaszuclasstechnisch 140 and opens into the carrier gas supply line 198.
  • the Rohgaszumisch Arthur 200 is a, for example, pneumatically controllable, control valve 202 is provided, by means of which the supply of raw gas through the Rohgaszumisch admir 200 to the carrier gas in the Sinzu slaughter admir 198 depending on the measured by a temperature sensor 204 temperature of the mixture of carrier gas and raw gas in the Carrier gas supply line 198, downstream of the confluence of the Rohgaszumisch effet 200, is controllable.
  • the evaporation chamber 174 is provided with a pilot burner 206 to provide the required for the evaporation of the liquid medium evaporation energy in sudden and strong Schuwertschwankept and / or lack of carrier gas or to be able to initiate a pre-reaction with partial burning of the organic substances contained in the liquid medium.
  • the pilot burner 206, a fuel gas via a fuel gas supply line 208 and fresh air as an oxidant via a Frischluftzu réelle Gustav 210 can be fed.
  • Both in the Brenngaszumol.technische 208 and in the Frischluftzumoltechnisch 210 is one, for example, motorized or magnetically actuated, control valve 212 or 214 for adjusting the respectively required fuel gas or fresh air quantity is provided.
  • a dust filter 216 is arranged, which comprises a arranged on a grating 218 ceramic bulk material as a filter mass 220.
  • the mixture of carrier gas and vaporized liquid medium passes through a mixing pipe 222 connected to the lower end of the evaporation chamber 174, which flows into the raw gas supply pipe 140 upstream of the raw gas supply fan 158 to mix there with the raw gas coming from the raw gas source ,
  • the supply of the mixture of carrier gas and vaporized liquid medium from the evaporation chamber 174 to the Rohgaszumoltechnischmaschinench 140 is arranged by means disposed in the admixing 222, for example, pneumatically actuated control valve 224 in response to the measured by a temperature sensor 226 in the lower region of the interior 178 of the evaporation chamber 174 Temperature adjustable.
  • This temperature is, for example, in the range of about 350 ° C. to about 950 ° C.
  • a further temperature sensor 228 is provided, which measures the temperature in the interior 178 of the evaporation chamber 174 and triggers a safety shutdown of the evaporation chamber 174 when a predetermined maximum temperature is exceeded.
  • a further raw gas mixing line 232 is provided, which branches off the raw gas supply line 140 downstream of the raw gas supply fan 158 and opens into the outlet region 230 of the evaporation chamber 174.
  • a, for example, pneumatically actuated, control valve 234 is provided in the Rohgaszumisch Arthur 232.
  • the above-described thermal exhaust gas purification apparatus 100 functions as follows.
  • the raw gas valve 136a of the first regenerator 106a is opened, while the raw gas valves 136b and 136c of the second regenerator 106b and the third regenerator 106c are closed, so that the raw gas from the raw gas supply line 140 only into the first regenerator 106a enters.
  • the heat storage mass 114 of the first regenerator 106a is in the first operating state of the thermal reactor 102 at a relatively high temperature, so that it heats the heat storage mass 114 from bottom to top flowing raw gas.
  • the raw gas thus heated enters the combustion chamber 104 at the upper end of the regenerator 106a, whereupon the raw gas with the admixed carrier gas and the admixed vaporized liquid medium in the combustion chamber 104 by thermal oxidation of the contained therein combustible substances is cleaned.
  • an operating temperature of up to 1000 0 C is reached in the combustion chamber 104.
  • the thus formed, pollutant-free clean gas flows (as viewed in the viewing direction of FIG. 1) from left to right through the combustion chamber 104 and via the mouth of the second regenerator 106b from above into the heat storage mass chamber 110 of the second regenerator 106b.
  • the hot clean gas heat to heat storage mass 114 and heats it up so before the hot clean gas leaves the second regenerator 106b through the pre-chamber 108 and the open clean gas valve 142b.
  • the clean gas valves 142a and 142c of the first regenerator 106a and of the third regenerator 106c are closed in this first operating state of the thermoreactor 102.
  • the clean gas from the second regenerator 106b is discharged from the exhaust gas purification device 100 through the clean gas discharge line 146 and supplied to the exhaust air chimney 148.
  • the third regenerator 106c is flushed from top to bottom in this first operating state of the thermal reactor 102 of clean gas from the combustion chamber 104 to remain in the heat storage mass 114 and in the antechamber 108 of this third regenerator 106c remaining raw gas residues through the open purge gas valve 152c of the third Regenerators 106c rinse in the purge gas recirculation line 156 and thus returned to the thermal reactor 102 to be supplied raw gas.
  • the purge gas valves 152a and 152b of the first regenerator 106a and the second regenerator 106b are closed in this first operating state of the thermoreactor 102.
  • thermoreactor 102 is switched to a second operating state, in which the raw gas valve 136a of the first regenerator 106a is closed and the raw gas valve 136b of the second regenerator 106b is opened, so that the raw gas now flows through the second regenerator 106b into the combustion chamber 104 flows in and thereby heated when passing through the heated in the previous first operating state heat storage mass 114 of the second regenerator 106b.
  • the purge gas valve 152c of the third regenerator 106c is also closed, and the clean gas valve 142c of the third regenerator 106c is opened so that the clean gas from the combustion chamber 104 passes through the heat storage mass 114 of the third regenerator 106c purged in the previous operating state Pure gas discharge line 146 escape and thereby heat the heat storage mass 114 of the third regenerator 106c.
  • the first regenerator 106a charged with the raw gas in the first operating state is now in the flushing state during the second operating state, in which the purge gas valve 152a of the first regenerator 106a is opened, while the purge gas valve 152c of the third regenerator 106c is now closed.
  • the first regenerator 106a is therefore purged with clean gas from the combustion chamber 104 in this operating state.
  • a third operating state in which the raw gas enters the combustion chamber 104 through the third regenerator 106c, the clean gas from the combustion chamber 104 follows through the first regenerator 106a into the clean gas discharge line 146, and the second regenerator 106b is purged.
  • part of the clean gas is removed continuously from the combustion chamber 104 as carrier gas through the carrier gas supply line 198 and fed to the evaporation zone 180 in the evaporation chamber 174.
  • the temperature of the carrier gas relative to the combustion chamber temperature can be lowered.
  • the evaporation zone 180 in the evaporation chamber 174 is supplied via the liquid medium supply line 186 with the liquid medium from the liquid medium source, which is atomized in the atomizer 182 by the compressed air supplied through the compressed air line 196.
  • This liquid medium is, for example, low-calorie liquid residues and / or waste waters which, because of their composition, do not ignite independently and whose energy content maximally contributes to keeping the temperature level of the carrier gas after mixing with the carrier gas.
  • the liquid medium is evaporated in the evaporation zone 180 without oxidation, so that the mixture of carrier gas and compressed evaporated liquid medium due to the required for the evaporation of latent heat has a lower temperature level than the carrier gas before the addition of the liquid medium.
  • the droplets of liquid medium formed by the atomizer 182 fall down within the vaporization chamber 174 without contacting the wall of the vaporization chamber 174.
  • the extent of the evaporation chamber 174 along its longitudinal axis 176 is dimensioned so that the supplied liquid medium within the evaporation chamber 174 completely evaporated.
  • the filter mass 220 of the dust filter 216 may further act as a droplet evaporator, since it has a high heat capacity and therefore, if necessary, completely evaporated up to the filter mass 220 reaching droplets.
  • the temperature of the mixture of the carrier gas and the vaporized liquid medium within the vaporization chamber is, for example, about 350 ° C. to about 950 ° C.
  • This temperature depends on the temperature of the carrier gas before entering the vaporization chamber 174 and on the latent heat required to vaporize the liquid medium.
  • the temperature of the mixture of carrier gas and vaporized liquid medium exiting the vaporization chamber 174 may be varied by partially throttling or increasing the amount of carrier gas supplied.
  • raw gas may be supplied from the raw gas supply pipe 140 through the raw gas supply line 232 into the discharge region 230 of the evaporation chamber 174.
  • the exit temperature of carrier gas and vaporized Fiüssigme ⁇ ium be brought to, for example, about 150 0 C.
  • the carrier gas with the partially reacted or only evaporated organic substances from the liquid medium reacted in the evaporation chamber 174 is mixed into the raw gas stream in the raw gas supply line 140 via the mixing line 222 after leaving the evaporation chamber 174.
  • the impurities from the liquid medium reach the thermoreactor 102 and are brought to complete reaction in the combustion chamber 104.
  • the pilot burner 206 can be put into operation in the evaporation chamber 174 ,
  • the evaporation chamber 174 provides the required residence time for as complete as possible evaporation of the liquid medium and its mixing with the carrier gas available.
  • the compressed air-assisted atomizer lance 184 also makes it possible to process and evaporate difficult-to-spray liquid media in the vaporization chamber 174.
  • the priority control of the outlet temperature of carrier gas and vaporized liquid medium at the outlet of the vaporization chamber 174 is made by means of the control valve 224 at the outlet of the vaporization chamber 174 which determines the rate of carrier gas flow through the vaporization chamber 174 and thus also the supply of carrier gas to the vaporization chamber 174.
  • the supply of raw gas from the Rohgaszumolippomoltechnischmaschinemol 140 in the outlet portion 230 of the evaporation chamber 174 serves primarily for cooling this control valve 224, which may be formed, for example, as a control valve.
  • the temperature of the mixture of raw gas, carrier gas and vaporized liquid medium in the Rohgaszumoltechnischtechnisch 140 downstream of the junction of the admixing line 222 is preferably above the dew point (for example, about 80 0 C).
  • a second embodiment of a thermal exhaust gas purification device 100 shown in FIG. 2 differs from the first embodiment described above only in that the regulation of the control valve 224 at the outlet of the evaporation chamber 174 does not depend on a temperature measured in the interior 178 of the evaporation chamber 174, but on Dependence on the mixing temperature of raw gas, carrier gas and vaporized liquid medium in the Rohgaszumoltechnisch 140 is controlled.
  • a temperature sensor 236 in the raw gas supply line 140 is arranged downstream of the junction of the admixing line 222 into the crude gas feed line 140.
  • this temperature sensor 236 may be arranged between the branch of the crude gas mixing line 232, via which raw gas can be fed to the outlet region 230 of the evaporation chamber 174, and the branch of the crude gas mixing line 200, via which raw gas can be fed to the carrier gas supply line 198.
  • FIG. 2 the second embodiment of an exhaust gas purification device 100 illustrated in FIG. 2 is identical in construction and function to the first embodiment shown in FIG. 1, to the above description of which reference is made.

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Abstract

Um eine thermische Abgasreinigungsvorrichtung, umfassend mindestens eine Brennkammer und mindestens einen Regenerator, durch welchen ein zu reinigendes Rohgas der Brennkammer zugeführt wird, zu schaffen, welche es erlaubt, auch große Mengen niedrigkalorischer Flüssigmedien zu verbrennen, wird vorgeschlagen, dass die Abgasreinigungsvorrichtung mindestens eine Verdampfungskammer umfasst, welcher ein Trägergas aus der Brennkammer zuführbar ist und in welcher ein der Verdampfungskammer zugeführtes Flüssigmedium verdampfbar ist, wobei das verdampfte Flüssigmedium zusammen mit dem Trägergas dem Rohgas vor dem Passieren des Regenerators zumischbar ist.

Description

Thermische Abgasreinigungsvorrichtung und Verfahren zur thermischen Abgasreinigung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Abgasreinigungsvorrichtung, die mindestens eine Brennkammer und mindestens einen Regenerator, durch welchen ein zu reinigendes Rohgas der Brennkammer zugeführt wird, umfasst.
Es ist bekannt, zu verbrennende Flüssigkeiten direkt in die Brennkammer einer solchen Abgasreinigungsvorrichtung einzudüsen. Die Direkteindüsung von Flüssigkeiten in die Brennkammer ist jedoch nur für hochkalorische Rückstände und allenfalls sehr kleine Mengen niedrigkalorischer Rückstände geeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermische Abgasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche es erlaubt, auch große Mengen niedrigkalorischer Flüssigmedien zu verbrennen.
Diese Aufgabe wird bei einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abgasreinigungsvorrichtung mindestens eine Verdampfungskammer umfasst, welcher ein Trägergas aus der Brennkammer zuführbar ist und in welcher ein der Verdampfungskammer zugeführtes Flüssigmedium verdampfbar ist, wobei das verdampfte Flüssigmedium zusammen mit dem Trägergas dem Rohgas vor dem Passieren des Regenerators zumischbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung ersetzt die Verdampfungskammer die bei herkömmlichen Anlagen fehlende Verweilzeit, und die Wärmeenergie des Trägergases bringt die für die Verdampfung niedrigkalorischer Rückstände erforderliche Mischenergie und die Energie für die Änderung des Aggregatzustandes auf. Durch die Verwendung der Verdampfungskammer können problematische Flüssigrückstände energieneutral in einem Verbund aus einer Verdampfungskammer und einem Thermoreaktor oxidiert werden.
Dabei ist es keinesfalls erforderlich, die organischen Bestandteile aus dem Flüssigrückstand innerhalb der Verdampfungskammer vollständig zu oxidieren.
Vielmehr werden die in der Verdampfungskammer reagierten, teilreagierten oder nur verdampften organischen Substanzen nach Verlassen der Verdampfungskammer in den Rohgasstrom eingemischt, mit welchem die Verunreinigungen in die Brennkammer der Abgasreinigungsvorrichtung gelangen und dort zur vollständigen Reaktion gebracht werden.
Im Normalfall wird der Flüssigrückstand, ohne zu oxidieren, verdampft, so dass das Trägergas und der Rückstand auf einem niedrigeren Temperatur- Niveau vorliegen als das Trägergas vor der Mischung mit dem Flüssigrückstand.
Die Kombination der Verdampfungskammer mit der Brennkammer und dem Regenerator erlaubt es, auch niedrigkalorische Flüssigrückstände und Abwässer, die aufgrund ihrer Stoffzusammensetzung nicht eigenständig zünden und deren Energieinhalt maximal dazu beiträgt, bei der Mischung mit dem Trägergas das Temperaturniveau des Trägergases zu halten, in hohen Mengen zu verbrennen.
Die Temperatur der Mischung aus dem Trägergas und dem verdampften Flüssigmedium am Austritt der Verdampfungskammer liegt in Abhängigkeit von den Verdampfungsverlusten und in Abhängigkeit von der Art der im Flüssigmedium enthaltenen organischen Substanzen zwischen ungefähr 1500C und der Temperatur des Trägergases vor Eintritt in die Verdampfungskammer. Durch teilweise Drosselung oder Erhöhung der Trägergasmenge lassen sich die Austrittstemperaturen der Mischung aus Trägergas und verdampftem Flüssigmedium beim Austritt aus der Verdampfungskammer variieren.
Ebenso kann durch Einmischen von Rohgas in den Trägergasstrom die Temperatur des Trägergases bei Bedarf nach unten korrigiert werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Rohgas, das noch nicht in den Regenerator eingetreten ist, dem Trägergas aus der Brennkammer vor dem Eintreten in die Verdampfungskammer zumischbar ist, um die Temperatur des Trägergases vor dem Eintreten in die Verdampfungskammer bei Bedarf abzusenken.
Um den Auslassbereich der Verdampfungskammer zu kühlen, kann vorgesehen sein, dass Rohgas, das noch nicht in den Regenerator eingetreten ist, einem Auslassbereich der Verdampfungskammer zuführbar ist.
Um das Flüssigmedium in einfacher Weise verdampfen zu können, ist es günstig, wenn die Abgasreinigungsvorrichtung mindestens eine Zerstäubungseinrichtung zum Zerstäuben des Flüssigmediums in der Verdampfungskammer umfasst.
Auch schwer verdüsbare Medien können verarbeitet werden, wenn die Abgasreinigungsvorrichtung eine Einrichtung zur Zufuhr von Druckluft zu der Zerstäubungseinrichtung umfasst.
Um bei plötzlichen und starken Heizwertschwankungen und fehlender Trägergasmenge dennoch die benötigte Verdampfungsenergie aufbringen zu können oder um eine Vorreaktion mit teilweisem Abbrand der organischen Substanzen in der Verdampfungskammer einleiten zu können, kann vorgesehen sein, dass die Abgasreinigungsvorrichtung mindestens einen Zusatzbrenner zur Erhöhung der Temperatur in der Verdampfungskammer umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in einem Auslassbereich der Verdampfungskammer mindestens ein Staubfilter angeordnet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Zufuhr von Flüssigmedium zu der Verdampfungskammer in Abhängigkeit von dem Durchsatz von Rohgas durch die Abgasreinigungsvorrichtung regelbar ist, um eine vollständige Oxidation der organischen Bestandteile des Flüssigmediums in der Brennkammer zu erzielen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Zufuhr von Flüssigmedium zu der Verdampfungskammer in Abhängigkeit von der Brennkammertemperatur regelbar ist.
Um die Temperatur des Gemisches aus Rohgas, Trägergas und verdampftem Flüssigmedium vor dem Eintreten in den Regenerator auf einer gewünschten Temperatur zu halten, beispielsweise oberhalb des Taupunktes, ist es günstig, wenn die Zufuhr der Mischung von Trägergas und verdampftem Flüssigmedium aus der Verdampfungskammer zu dem Rohgas in Abhängigkeit von der Temperatur des Gemisches aus Rohgas, Trägergas und verdampftem Flüssigmedium vor dem Eintreten in den Regenerator regelbar ist.
Um zu erreichen, dass durch die Verdampfungskammer fallende Tröpfchen eines zerstäubten Flüssigmediums nicht mit den Kammerwänden in Kontakt geraten, ist es von Vorteil, wenn die Verdampfungskammer in im wesentlichen vertikaler Richtung von der Mischung aus Trägergas und Flüssigmedium durchströmbar ist. Ferner ist es günstig, wenn die Ausdehnung der Verdampfungskammer längs der Richtung, in welcher sie von der Mischung aus Trägergas und Flüssigmedium durchströmbar ist, so groß ist, dass das zugeführte Flüssigmedium innerhalb der Verdampfungskammer im wesentlichen vollständig verdampft wird.
Bei dem in der Verdampfungskammer zu verdampfenden Flüssigmedium kann es sich um eine Flüssigkeit oder ein Aerosol handeln.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur thermischen Abgasreinigung, bei dem ein zu reinigendes Rohgas durch einen Regenerator einer Brennkammer zugeführt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zur thermischen Abgasreinigung zu schaffen, welches es ermöglicht, auch große Mengen eines niedrigkalorischen Flüssigmediums zu verbrennen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 13 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Trägergas aus der Brennkammer einer Verdampfungskammer zugeführt wird und in der Verdampfungskammer ein der Verdampfungskammer zugeführtes Flüssigmedium zumindest teilweise verdampft wird, wobei das verdampfte Flüssigmedium zusammen mit dem Trägergas dem Rohgas vor dem Passieren des Regenerators zugemischt wird.
Besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 14 bis 24, deren Vorteile bereits vorstehend im Zusammenhang mit den besonderen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen thermischen Abgasreinigungsvorrichtung erläutert worden sind.
Die Verbrennung des Abgases in der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung bzw. bei dem erfindungsgemäßen Abgasreinigungsverfahren kann mit oder ohne Katalysatorelementen zur Verringerung der erforderlichen Oxi- dationstemperatur durchgeführt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Brennkammer, drei Regeneratoren und einer Verdampfungskammer; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung, bei welcher die Zufuhr einer Mischung aus einem Trägergas und einem verdampften Flüssigmedium zu einem Rohgas in Abhängigkeit von der Temperatur eines Gemisches aus dem Rohgas, dem Trägergas und dem verdampften Flüssigmedium vor dem Eintreten in einen Regenerator der Abgasreinigungsvorrichtung regelbar ist.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in Fig. 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete thermische Abgasreinigungsvorrichtung umfasst einen Thermoreaktor 102 mit einer Brennkammer 104 und drei unterhalb der Brennkammer 104 angeordneten Regeneratoren 106, die jeweils eine Vorkammer 108 und eine oberhalb der Vorkammer 108 angeordnete Wärmespeichermassenkammer 110 umfassen, wobei die Wärmespeichermassenkammer 110 von der Vorkammer 108 durch einen Gitterrost 112 getrennt ist, welcher eine Wärmespeichermasse 114 des jeweiligen Regenerators 106 trägt.
Diese Wärmespeichermasse 114 kann beispielsweise aus keramischen Sattelkörpern gebildet sein, welche ungeordnet in der Wärmespeichermassen- kammer 110 angeordnet sind.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Wärmespeichermasse 114 Wabenkörper umfasst, welche von Gasdurchtrittskanälen durchzogen sind und prismenförmig, insbesondere quaderförmig, ausgebildet sind und mit ihren Mantelflächen aneinanderliegend so angeordnet werden, dass in der Wärmespeichermassenkammer 110 eine oder mehrere Wabenkörperlagen entstehen, welche das Gas beim Hindurchtreten durch die Wärmespeichermassenkammer 110 passieren muss.
Jede der Wärmespeichermassenkammern 110 der Regeneratoren 106 mündet an ihrem oberen Ende in die Brennkammer 104, in welcher ein Brenner 116 angeordnet ist, dem über eine Brenngaszuführleitung 118 ein Brenngas, beispielsweise Erdgas, zugeführt wird, um die in dem zu reinigenden Rohgas enthaltenen Schadstoffe zu verbrennen.
Dem Brenner 116 wird ferner über eine Frischluftzuführleitung 120 die für den Verbrennungsvorgang erforderliche Verbrennungsluft zugeführt.
In der Frischluftzuführleitung 120 sind ein Frischluftzuführgebläse 122 und ein Sperrventil 124 angeordnet.
Ferner sind in der Frischluftzuführleitung 120 und in der Brenngaszuführleitung 118 motorisch oder magnetisch betreibbare Regelventile 126 bzw. 128 vorgesehen, mittels welcher die Zufuhr von Frischluft bzw. von Brenngas zu der Brennkammer 104 in Abhängigkeit von einer Brennkammertemperatur, die mittels eines Temperatursensors 130 gemessen wird, regelbar ist.
Die Ansteuerung der Regelventile 126 und 128 erfolgt mittels einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung der thermischen Abgasreinigungsvorrichtung 100, welche über Signal- bzw. Steuerleitungen mit dem Temperatursensor 130 bzw. mit den Regelventilen 126 und 128 sowie mit den nachstehend noch beschriebenen weiteren Sensoren und Regelelementen der Abgasreinigungsvorrichtung 100 verbunden ist.
Die Temperatur in der Brennkammer 104 kann im Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung 100, abhängig vom Energieinhalt der im Rohgas enthaltenen, zu verbrennenden Substanzen, bis zu 1.0000C betragen.
Die Brennkammertemperatur wird mittels eines Temperatursensors 132 überwacht, welcher bei Überschreiten einer vorgegebenen Höchsttemperatur eine Sicherheitsabschaltung der Abgasreinigungsvorrichtung 100 auslöst.
Weitere Temperatursensoren 134 können im oberen Endbereich der Regeneratoren 106 angeordnet sein, um ebenfalls bei Überschreiten einer vorgegebenen Höchsttemperatur eine Sicherheitsabschaltung auszulösen.
Ein weiterer Temperatursensor 136 mit angeschlossenem Aufzeichnungsgerät dient zur kontinuierlichen Erfassung und Aufzeichnung des zeitlichen Temperaturverlaufs in der Brennkammer 104.
Die Vorkammer 108 jedes Regenerators 106 ist über eine mit einem Rohgasventil 136 versehene Rohgaszweigleitung 138 mit einer Rohgaszuführleitung 140 verbunden, durch welche der Abgasreinigungsvorrichtung 100 von einer (nicht dargestellten) Abgasquelle das zu reinigende Abgas, welches im folgenden als Rohgas bezeichnet wird, zugeführt wird. Ferner ist die Vorkammer 108 jedes Regenerators 106 über jeweils eine mit einem Reingasventil 142 versehene Reingaszweigleitung 144 mit einer Rein- gasabführleitung 146 verbunden, durch welche das mittels der Abgasreinigungsvorrichtung 100 gereinigte Abgas, das im folgenden als Reingas bezeichnet wird, zu einem Abluftkamin 148 geleitet wird, über welchen das Reingas an die Umgebung abgegeben wird.
Die Temperatur des Reingases in der Reingasabführleitung 146 wird mittels eines Temperatursensors 149 erfasst.
Ferner ist an der Reingasabführleitung 146 ein weiterer Temperatursensor 150 angeordnet, welcher bei Überschreiten einer vorgegebenen maximalen Reingastemperatur eine Sicherheitsabschaltung der Abgasreinigungsvorrichtung 100 auslöst.
Ferner ist die Vorkammer 108 jedes Regenerators 106 über jeweils eine mit einem Spülgasventil 152 versehene Spülgaszweigleitung 154 mit einer Spül- gasrückführleitung 156 verbunden, durch welche zum Ausspülen von Rohgasresten aus den Wärmespeichermassen 114 der Regeneratoren 106 verwendetes Reingas, das im folgenden als Spülgas bezeichnet wird, in die Rohgaszuführleitung 140 zurückführbar ist.
Die Spülgasrückführleitung 156 mündet in die Rohgaszuführleitung 140 stromaufwärts von einem Rohgaszuführgebläse 158, welches das Rohgas von der Rohgasquelle ansaugt und in die Regeneratoren 106 fördert.
Der Durchsatz des Rohgaszuführgebläses 158 ist in Abhängigkeit von einem Druck steuerbar, der mittels eines Drucksensors 160 stromaufwärts von der Einmündung der Spülgasrückführleitung 156 in die Rohgaszuführleitung 140 gemessen wird. Stromaufwärts von dem Drucksensor 160 zweigt eine Bypassleitung 162 von der Rohgaszuführleitung 140 ab, über welche im Fall einer Betriebsstörung der Abgasreinigungsvorrichtung 100 das von der Rohgasquelle kommende Rohgas an der Abgasreinigungsvorrichtung 100 vorbeigeleitet werden kann.
Der Zugang zur Bypassleitung 162 ist mittels eines, insbesondere pneumatisch gesteuerten, Regelventils 164 verschließbar.
Stromabwärts von dem Drucksensor 160 und stromaufwärts von dem Rohgaszuführgebläse 158 mündet eine Frischluftzuführleitung 166 in die Rohgaszuführleitung 140. Über die Frischluftzuführleitung 166 kann dem Rohgas Frischluft zugeführt werden, um für die Verbrennung erforderliches Oxida- tionsmittel zur Verfügung zu stellen sowie die Temperatur und Durchsatzmenge des Rohgases anzupassen.
Die Frischluftzufuhr über die Frischluftzuführleitung 166 ist mittels eines in der Frischluftzuführleitung 166 angeordneten, insbesondere pneumatisch gesteuerten, Ventils 168 steuerbar.
Stromaufwärts des Ventils 168 ist in der Frischluftzuführleitung 166 ein Schalldämpfer 170 angeordnet.
Zwischen dem Drucksensor 160 und der Einmündung der Frischluftzuführleitung 166 ist in der Rohgaszuführleitung 140 ein, insbesondere pneumatisch steuerbares, Ventil 172 angeordnet, mittels welchem die Rohgaszufuhr zu der Abgasreinigungsvorrichtung 100 gesperrt werden kann.
Ferner umfasst die thermische Abgasreinigungsvorrichtung 100 eine Verdampfungskammer 174, welche dazu dient, ein in die Verdampfungskammer eingeleitetes Flüssigmedium zu verdampfen und einem aus der Brennkammer 104 stammenden Trägergas zuzumischen, damit das Gemisch aus dem Trägergas und dem verdampften Flüssigmedium dem Rohgas vor dem Eintritt in den Thermoreaktor 102 beigemischt werden kann.
Die Verdampfungskammer 174 weist eine im wesentlichen vertikal verlaufende Längsachse 176 auf.
Die Verdampfungskammer kann im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet sein.
Die Verdampfungskammer kann eine Außenwand aus Stahl und eine keramische Innenverkleidung, beispielsweise aus Zementwolle und/oder Stein, aufweisen.
Der obere Bereich des Innenraums 178 der Verdampfungskammer 174 bildet eine Verdampfungszone 180, in welche eine Zerstäubungseinrichtung 182 in Form einer Zerstäuberlanze 184 einmündet.
Der Zerstäuberlanze 184 ist über eine Flüssigmediumzuführleitung 186 ein zu zerstäubendes und anschließend in der Verdampfungszone 180 zu verdampfendes Flüssigmedium zuführbar.
Bei dem Flüssigmedium kann es sich um eine Flüssigkeit oder ein Aerosol handeln.
Das Flüssigmedium wird mittels einer in der Flüssigmediumzuführleitung 186 angeordneten Flüssigmediumpumpe 188 von einer (nicht dargestellten) Flüssigmediumquelle zu der Zerstäubungseinrichtung 182 gefördert.
Stromabwärts der Flüssigmediumpumpe 188 zweigt eine Flüssigmediumrück- führleitung 190 von der Flüssigmediumzuführleitung 186 ab. Diese Flüssigmediumrückführleitung 190 mündet stromaufwärts von der Flüssigmediumpumpe 188 in die Flüssigmediumzuführleitung 186, so dass ein Teil des von der Flüssigmediumpumpe 188 geförderten Flüssigmediums abgezweigt und zurückgeführt werden kann, um die Menge des der Zerstäubungseinrichtung 182 zugeführten Flüssigmediums zu regulieren.
Zur Durchführung einer solchen Überstromregelung ist in der Flüssigmediumrückführleitung 190 ein Regelventil 192 vorgesehen.
Zwischen der Abzweigung der Flüssigmediumzuführleitung 186 und der Zerstäubungseinrichtung 182 ist in der Flüssigmediumzuführleitung 186 ein, beispielsweise magnetisch oder motorisch betätigbares, Sperrventil 194 angeordnet.
Zum Zerstäuben des Flüssigmediums in der Zerstäubungseinrichtung 182 ist die Zerstäubungseinrichtung 182 ferner über eine Druckluftleitung 196 an eine (nicht dargestellte) Druckluftquelle angeschlossen.
Durch die Druckluftleitung 196 kann der Zerstäubungseinrichtung 182 Druckluft unter einem Druck von beispielsweise ungefähr 3 bar zugeführt werden, um mittels dieser Druckluft das Flüssigmedium in der Zerstäubungseinrichtung 182 zu zerstäuben.
Statt unter erhöhtem Druck stehender Luft kann auch ein überhitzter Dampf zum Zerstäuben des Flüssigmediums verwendet werden.
Zum Zuführen eines als Trägergas dienenden Reingases aus der Brennkammer 104 ist der obere Bereich des Innenraums 178 der Verdampfungskammer 174 über eine Trägergaszuführleitung 198 mit der Brennkammer 104 des Ther- moreaktors 102 verbunden. Um die Temperatur des Trägergases absenken zu können, ist ferner eine Roh- gaszumischleitung 200 vorgesehen, welche stromabwärts von dem Rohgaszuführgebläse 158 von der Rohgaszuführleitung 140 abzweigt und in die Träger- gaszuführleitung 198 mündet.
In der Rohgaszumischleitung 200 ist ein, beispielsweise pneumatisch steuerbares, Regelventil 202 vorgesehen, mittels dessen die Zufuhr von Rohgas durch die Rohgaszumischleitung 200 zu dem Trägergas in der Trägerzuführleitung 198 in Abhängigkeit von der mittels eines Temperatursensors 204 gemessenen Temperatur der Mischung aus Trägergas und Rohgas in der Trä- gergaszuführleitung 198, stromabwärts von der Einmündung der Rohgaszumischleitung 200, regelbar ist.
Ferner ist die Verdampfungskammer 174 mit einem Zündbrenner 206 versehen, um bei plötzlichen und starken Heizwertschwankungen und/oder fehlender Trägergasmenge die für die Verdampfung des Flüssigmediums erforderliche Verdampfungsenergie bereitstellen oder eine Vorreaktion mit teilweisem Abbrand der in dem Flüssigmedium enthaltenen organischen Substanzen einleiten zu können.
Dem Zündbrenner 206 ist ein Brenngas über eine Brenngaszuführleitung 208 und Frischluft als Oxidationsmittel über eine Frischluftzuführleitung 210 zuführbar.
Sowohl in der Brenngaszuführleitung 208 als auch in der Frischluftzuführleitung 210 ist jeweils ein, beispielsweise motorisch oder magnetisch betätigbares, Regelventil 212 bzw. 214 zur Einstellung der jeweils benötigten Brenngas- bzw. Frischluftmenge vorgesehen. Im unteren Bereich des Innenraums 178 ist ein Staubfilter 216 angeordnet, das ein auf einem Gitterrost 218 angeordnetes keramisches Schüttgut als Filtermasse 220 umfasst.
Nach Passieren des Staubfilters 216 gelangt die Mischung aus Trägergas und verdampftem Flüssigmedium durch eine an das untere Ende der Verdampfungskammer 174 angeschlossene Zumischleitung 222, welche stromaufwärts von dem Rohgaszuführgebläse 158 in die Rohgaszuführleitung 140 mündet, um sich dort mit dem von der Rohgasquelle kommenden Rohgas zu vermischen.
Die Zufuhr der Mischung aus Trägergas und verdampftem Flüssigmedium aus der Verdampfungskammer 174 zu der Rohgaszuführleitung 140 ist mittels eines in der Zumischleitung 222 angeordneten, beispielsweise pneumatisch betätigbaren, Regelventils 224 in Abhängigkeit von der mittels eines Temperatursensors 226 im unteren Bereich des Innenraums 178 der Verdampfungskammer 174 gemessenen Temperatur regelbar.
Diese Temperatur liegt beispielsweise im Bereich von ungefähr 3500C bis ungefähr 9500C.
Ferner ist ein weiterer Temperatursensor 228 vorgesehen, der die Temperatur im Innenraum 178 der Verdampfungskammer 174 misst und bei Überschreiten einer vorgegebenen Höchsttemperatur eine Sicherheitsabschaltung der Verdampfungskammer 174 auslöst.
Zur Kühlung des Auslassbereichs 230 der Verdampfungskammer 174 zwischen dem Staubfilter 216 und dem Auslass der Verdampfungskammer 174 ist eine weitere Rohgaszumischleitung 232 vorgesehen, welche stromabwärts von dem Rohgaszuführgebläse 158 von der Rohgaszuführleitung 140 abzweigt und in den Auslassbereich 230 der Verdampfungskammer 174 mündet. Zur Regelung der Zufuhr von Rohgas zu dem Auslassbereich 230 der Verdampfungskammer 174 ist in der Rohgaszumischleitung 232 ein, beispielsweise pneumatisch betätigbares, Regelventil 234 vorgesehen.
Die vorstehend beschriebene thermische Abgasreinigungsvorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
Durch die Rohgaszuführleitung 140 wird der thermischen Abgasreinigungsvorrichtung 100 Rohgas von der Rohgasquelle, beispielsweise von einer Lackieranlage, zugeführt. Diesem Rohgas wird Frischluft über die Frischluftzuführleitung 166 und ein Gemisch aus dem Trägergas und dem verdampften Flüssigmedium aus der Verdampfungskammer 174 über die Zumischleitung 222 beigemischt, worauf das Rohgas in den Thermoreaktor 102 eintritt.
In einem ersten Betriebszustand des Thermoreaktors 102 ist beispielsweise das Rohgasventil 136a des ersten Regenerators 106a geöffnet, während die Rohgasventile 136b und 136c des zweiten Regenerators 106b bzw. des dritten Regenerators 106c geschlossen sind, so dass das Rohgas aus der Rohgaszuführleitung 140 nur in den ersten Regenerator 106a eintritt.
Die Wärmespeichermasse 114 des ersten Regenerators 106a befindet sich im ersten Betriebszustand des Thermoreaktors 102 auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur, so dass sie das die Wärmespeichermasse 114 von unten nach oben durchströmende Rohgas aufheizt. Das so aufgeheizte Rohgas (mit dem beigemischten Trägergas und dem beigemischten verdampften Flüssigmedium) tritt am oberen Ende des Regenerators 106a in die Brennkammer 104 ein, worauf das Rohgas mit dem beigemischten Trägergas und dem beigemischten verdampften Flüssigmedium in der Brennkammer 104 durch thermische Oxidation der darin enthaltenen brennbaren Stoffe gereinigt wird. Durch die Verbrennung der im Rohgas enthaltenen Substanzen wird in der Brennkammer 104 eine Betriebstemperatur von bis zu 1.0000C erreicht.
Das so gebildete, von Schadstoffen freie Reingas strömt (in der Blickrichtung der Fig. 1 gesehen) von links nach rechts durch die Brennkammer 104 und über die Mündungsöffnung des zweiten Regenerators 106b von oben in die Wärmespeichermassenkammer 110 des zweiten Regenerators 106b ein. Beim Durchströmen der in der Wärmespeichermassenkammer 110 enthaltenen Wärmespeichermasse 114 von oben nach unten gibt das heiße Reingas Wärme an diese Wärmespeichermasse 114 ab und heizt diese so auf, bevor das heiße Reingas den zweiten Regenerator 106b durch dessen Vorkammer 108 und das geöffnete Reingasventil 142b verlässt.
Die Reingasventile 142a und 142c des ersten Regenerators 106a bzw. des dritten Regenerators 106c sind in diesem ersten Betriebszustand des Ther- moreaktors 102 geschlossen.
Das Reingas aus dem zweiten Regenerator 106b wird durch die Reingasab- führleitung 146 aus der Abgasreinigungsvorrichtung 100 abgeführt und dem Abluftkamin 148 zugeführt.
Der dritte Regenerator 106c wird in diesem ersten Betriebszustand des Ther- moreaktors 102 von Reingas aus der Brennkammer 104 von oben nach unten durchspült, um in der Wärmespeichermasse 114 und in der Vorkammer 108 dieses dritten Regenerators 106c noch verbliebene Rohgasreste durch das geöffnete Spülgasventil 152c des dritten Regenerators 106c in die Spülgasrück- führleitung 156 auszuspülen und so in das dem Thermoreaktor 102 zuzuführende Rohgas zurückzuführen. Die Spülgasventile 152a und 152b des ersten Regenerators 106a bzw. des zweiten Regenerators 106b sind in diesem ersten Betriebszustand des Ther- moreaktors 102 geschlossen.
Nach einer vorgegebenen Taktzeit wird der Thermoreaktor 102 in einen zweiten Betriebszustand geschaltet, in welchem das Rohgasventil 136a des ersten Regenerators 106a geschlossen und dafür das Rohgasventil 136b des zweiten Regenerators 106b geöffnet ist, so dass das Rohgas nunmehr durch den zweiten Regenerator 106b in die Brennkammer 104 einströmt und sich dabei beim Durchtritt durch die im vorherigen ersten Betriebszustand aufgeheizte Wärmespeichermasse 114 des zweiten Regenerators 106b erwärmt.
In diesem zweiten Betriebszustand des Thermoreaktors 102 ist ferner das Spülgasventil 152c des dritten Regenerators 106c geschlossen und dafür das Reingasventil 142c des dritten Regenerators 106c geöffnet, so dass das Reingas aus der Brennkammer 104 durch die Wärmespeichermasse 114 des im vorherigen Betriebszustand gespülten dritten Regenerators 106c in die Rein- gasabführleitung 146 entweichen und dabei die Wärmespeichermasse 114 des dritten Regenerators 106c aufheizen kann.
Der im ersten Betriebszustand mit dem Rohgas beaufschlagte erste Regenerator 106a befindet sich während des zweiten Betriebszustandes nunmehr im Spülzustand, in welchem das Spülgasventil 152a des ersten Regenerators 106a geöffnet ist, während das Spülgasventil 152c des dritten Regenerators 106c nunmehr geschlossen ist. Der erste Regenerator 106a wird daher in diesem Betriebszustand mit Reingas aus der Brennkammer 104 gespült.
Auf diesen zweiten Betriebszustand des Thermoreaktors 102 folgt ein dritter Betriebszustand, in welchem das Rohgas durch den dritten Regenerator 106c in die Brennkammer 104 eintritt, das Reingas aus der Brennkammer 104 durch den ersten Regenerator 106a in die Reingasabführleitung 146 austritt und der zweite Regenerator 106b gespült wird.
Nach diesem dritten Betriebszustand des Thermoreaktors 102 ist ein Zyklus des Thermoreaktors 102 abgeschlossen, und ein neuer Betriebszyklus beginnt wieder, indem der Thermoreaktor 102 in den vorstehend beschriebenen ersten Betriebszustand geschaltet wird.
Während aller Betriebszustände des Thermoreaktors 102 wird kontinuierlich aus der Brennkammer 104 ein Teil des Reingases als Trägergas durch die Trä- gergaszuführleitung 198 entnommen und der Verdampfungszone 180 in der Verdampfungskammer 174 zugeführt.
Dabei kann durch Einmischen von Rohgas aus der Rohgaszuführleitung 140 über die Rohgaszumischleitung 200 in den Trägergasstrom die Temperatur des Trägergases gegenüber der Brennkammertemperatur abgesenkt werden.
Ferner wird der Verdampfungszone 180 in der Verdampfungskammer 174 über die Flüssigmediumzuführleitung 186 das von der Flüssigmediumquelle stammende Flüssigmedium zugeführt, das in der Zerstäubungseinrichtung 182 mittels der durch die Druckluftleitung 196 zugeführten Druckluft zerstäubt wird.
Bei diesem Flüssigmedium handelt es sich beispielsweise um niedrigkalorische Flüssigrückstände und/oder Abwässer, die aufgrund ihrer Stoffzusammensetzung nicht eigenständig zünden und deren Energieinhalt maximal dazu beiträgt, nach Mischung mit dem Trägergas das Temperaturniveau des Trägergases zu halten.
Im Normalfall wird das Flüssigmedium jedoch in der Verdampfungszone 180 verdampft, ohne zu oxidieren, so dass die Mischung aus Trägergas und ver- dampftem Flüssigmedium wegen der für die Verdampfung erforderlichen latenten Wärme ein niedrigeres Temperatur-Niveau aufweist als das Trägergas vor der Zugabe des Flüssigmediums.
Die von der Zerstäubungseinrichtung 182 gebildeten Tröpfchen des Flüssigmediums fallen innerhalb der Verdampfungskammer 174 nach unten, ohne die Wand der Verdampfungskammer 174 zu berühren.
Die Ausdehnung der Verdampfungskammer 174 längs ihrer Längsachse 176 ist so bemessen, dass das zugeführte Flüssigmedium innerhalb der Verdampfungskammer 174 vollständig verdampft.
Die Filtermasse 220 des Staubfilters 216 kann ferner als Tropfenverdampfer wirken, da es eine hohe Wärmekapazität aufweist und daher gegebenenfalls bis zu der Filtermasse 220 gelangende Tröpfchen vollständig verdampft.
Die Temperatur der Mischung aus dem Trägergas und dem verdampften Flüssigmedium innerhalb der Verdampfungskammer beträgt beispielsweise ungefähr 3500C bis ungefähr 9500C.
Diese Temperatur hängt von der Temperatur des Trägergases vor Eintritt in die Verdampfungskammer 174 und von der zur Verdampfung des Flüssigmediums erforderlichen latenten Wärme ab.
Die Temperatur der Mischung aus Trägergas und verdampftem Flüssigmedium beim Austritt aus der Verdampfungskammer 174 kann durch teilweise Drosselung oder Erhöhung der zugeführten Trägergasmenge variiert werden.
Ferner kann zur Absenkung der Austrittstemperatur Rohgas aus der Rohgaszuführleitung 140 durch die Rohgaszumischleitung 232 in den Auslassbereich 230 der Verdampfungskammer 174 zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Austrittstemperatur von Trägergas und verdampftem Fiüssigmeαium auf beispielsweise ungefähr 1500C gebracht werden.
Das Trägergas mit den in der Verdampfungskammer 174 reagierten, teilreagierten oder nur verdampften organischen Substanzen aus dem Flüssigmedium wird nach Verlassen der Verdampfungskammer 174 über die Zu- mischleitung 222 in den Rohgasstrom in der Rohgaszuführleitung 140 eingemischt.
Mit diesem Rohgasstrom gelangen die Verunreinigungen aus dem Flüssigmedium in den Thermoreaktor 102 und werden in der Brennkammer 104 zur vollständigen Reaktion gebracht.
Um bei plötzlichen und starken Heizwertschwankungen und fehlender Trägergasmenge die für die Verdampfung des Flüssigmediums benötigte Verdampfungsenergie ausgleichen zu können oder bei Bedarf eine Vorreaktion mit teilweisem Abbrand der organischen Substanzen aus dem Flüssigmedium einleiten zu können, kann der Zündbrenner 206 in der Verdampfungskammer 174 in Betrieb genommen werden.
Die Verdampfungskammer 174 stellt die erforderliche Verweilzeit für eine möglichst vollständige Verdampfung des Flüssigmediums und dessen Vermischung mit dem Trägergas zur Verfügung.
Durch die Wärmeenergie des zugeführten Trägergases und gegebenenfalls die Heizenergie des Zündbrenners 206 wird die für die Änderung des Aggregatzustandes des Flüssigmediums erforderliche Energie aufgebracht. Durch die druckluftunterstützte Zerstäuberlanze 184 können auch schwer ver- düsbare Flüssigmedien in der Verdampfungskammer 174 verarbeitet und verdampft werden.
Eine vollständige Oxidation der organischen Bestandteile aus dem Flüssigmedium innerhalb der Verdampfungskammer 174 ist weder erforderlich noch angestrebt; vielmehr wird eine solche vollständige Oxidation der organischen Bestandteile aus dem Flüssigmedium in der Brennkammer 104 des Thermoreak- tors 102 durchgeführt.
Durch die Verwendung der Verdampfungskammer 174 können auch problematische Flüssigrückstände energieneutral in einem Verdampfer-/Thermo- reaktorverbund oxidiert werden.
Dadurch wird insbesondere bei der Mitverbrennung von Abwässern eine Energieeinsparung erzielt.
Ferner wird die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten erleichtert.
Die vorrangige Regelung der Auslasstemperatur von Trägergas und verdampftem Flüssigmedium am Austritt der Verdampfungskammer 174 wird mittels des Regelventils 224 am Auslass der Verdampfungskammer 174 vorgenommen, welche den Durchsatz von Trägergas durch die Verdampfungskammer 174 und damit auch die Zufuhr von Trägergas zu der Verdampfungskammer 174 bestimmt.
Die Zufuhr von Rohgas aus der Rohgaszuführleitung 140 in den Auslassbereich 230 der Verdampfungskammer 174 dient vorrangig zur Kühlung dieses Regelventils 224, das beispielsweise als eine Regelklappe ausgebildet sein kann. Die Temperatur aus der Mischung von Rohgas, Trägergas und verdampftem Flüssigmedium in der Rohgaszuführleitung 140 stromabwärts von der Einmündung der Zumischleitung 222 liegt vorzugsweise oberhalb des Taupunktes (von beispielsweise ungefähr 800C).
Eine in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer thermischen Abgasreinigungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform lediglich dadurch, dass die Regelung des Regelventils 224 am Austritt der Verdampfungskammer 174 nicht in Abhängigkeit von einer im Innenraum 178 der Verdampfungskammer 174 gemessenen Temperatur, sondern in Abhängigkeit von der Mischtemperatur von Rohgas, Trägergas und verdampftem Flüssigmedium in der Rohgaszuführleitung 140 geregelt wird.
Um diese Regelung durchführen zu können, ist stromabwärts von der Einmündung der Zumischleitung 222 in die Rohgaszuführleitung 140 ein Temperatursensor 236 in der Rohgaszuführleitung 140 angeordnet.
Insbesondere kann dieser Temperatursensor 236 zwischen der Abzweigung der Rohgaszumischleitung 232, über welche Rohgas dem Auslassbereich 230 der Verdampfungskammer 174 zuführbar ist, und der Abzweigung der Rohgaszumischleitung 200, über welche Rohgas der Trägergaszuführleitung 198 zuführbar ist, angeordnet sein.
Im übrigen stimmt die in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Thermische Abgasreinigungsvorrichtung, umfassend mindestens eine Brennkammer (104) und mindestens einen Regenerator (106), durch welchen ein zu reinigendes Rohgas der Brennkammer (104) zugeführt wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Abgasreinigungsvorrichtung (100) mindestens eine Verdampfungskammer (174) umfasst, welcher ein Trägergas aus der Brennkammer (104) zuführbar ist und in welcher ein der Verdampfungskammer (174) zugeführtes Flüssigmedium verdampfbar ist, wobei das verdampfte Flüssigmedium zusammen mit dem Trägergas dem Rohgas vor dem Passieren des Regenerators (106) zumischbar ist.
2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Rohgas, das noch nicht in den Regenerator (106) eingetreten ist, dem Trägergas aus der Brennkammer (104) vor dem Eintreten in die Verdampfungskammer (174) zumischbar ist.
3. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Rohgas, das noch nicht in den Regenerator (106) eingetreten ist, einem Auslassbereich (230) der Verdampfungskammer (174) zuführbar ist.
4. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung (100) mindestens eine Zerstäubungseinrichtung (182) zum Zerstäuben des Flüssigmediums in der Verdampfungskammer (174) umfasst.
5. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung (100) eine Einrichtung (196) zur Zufuhr von Druckluft zu der Zerstäubungseinrichtung (182) umfasst.
6. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung (100) mindestens einen Zusatzbrenner (206) zur Erhöhung der Temperatur in der Verdampfungskammer (174) umfasst.
7. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Auslassbereich (230) der Verdampfungskammer (174) mindestens ein Staubfilter (216) angeordnet ist.
8. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Flüssigmedium zu der Verdampfungskammer (174) in Abhängigkeit von dem Durchsatz von Rohgas durch die Abgasreinigungsvorrichtung (100) regelbar ist.
9. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Flüssigmedium zu der Verdampfungskammer (174) in Abhängigkeit von der Brennkammertemperatur (104) regelbar ist.
10. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der Mischung von Trägergas und verdampftem Flüssigmedium aus der Verdampfungskammer (174) zu dem Rohgas in Abhängigkeit von der Temperatur des Gemisches aus Rohgas, Trägergas und verdampftem Flüssigmedium vor dem Eintreten in den Regenerator (106) regelbar ist.
11. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungskammer (174) in im wesentlichen vertikaler Richtung von der Mischung aus Trägergas und Flüssigmedium durchströmbar ist.
12. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Verdampfungskammer (174) längs der Richtung (176), in welcher sie von der Mischung aus Trägergas und Flüssigmedium durchströmbar ist, so groß ist, dass das zugeführte Flüssigmedium innerhalb der Verdampfungskammer (174) im wesentlichen vollständig verdampft wird.
13. Verfahren zur thermischen Abgasreinigung, bei dem ein zu reinigendes Rohgas durch einen Regenerator (106) einer Brennkammer (104) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägergas aus der Brennkammer (104) einer Verdampfungskammer (174) zugeführt wird und in der Verdampfungskammer (174) ein der Verdampfungskammer (174) zugeführtes Flüssigmedium zumindest teilweise verdampft wird, wobei das verdampfte Flüssigmedium zusammen mit dem Trägergas dem Rohgas vor dem Passieren des Regenerators (106) zugemischt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Rohgas, das noch nicht in den Regenerator (106) eingetreten ist, dem Trägergas aus der Brennkammer (104) vor dem Eintreten in die Verdampfungskammer (174) zugemischt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass Rohgas, das noch nicht in den Regenerator (106) eingetreten ist, einem Auslassbereich (230) der Verdampfungskammer (174) zugeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigmedium in der Verdampfungskammer (174) zerstäubt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigmedium mittels Druckluft zerstäubt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Verdampfungskammer (174) zumindest zeitweise mittels eines Zusatzbrenners (206) erhöht wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Trägergas und verdampftem Flüssigmedium mittels eines Staubfilters (216) gefiltert wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Flüssigmedium zu der Verdampfungskammer (174) in Abhängigkeit von dem Durchsatz von Rohgas durch die Brennkammer (104) geregelt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Flüssigmedium zu der Verdampfungskammer (174) in Abhängigkeit von der Brennkammertemperatur geregelt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der Mischung von Trägergas und Flüssigmedium zu dem Rohgas in Abhängigkeit von der Temperatur des Gemisches aus Rohgas, Trägergas und verdampftem Flüssigmedium vor dem Eintreten in den Regenerator (106) geregelt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungskammer (174) in im wesentlichen vertikaler Richtung von der Mischung aus Trägergas und Flüssigmedium durchströmt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdampfungskammer (174) verwendet wird, deren Ausdehnung längs der Richtung (176), in welcher die Verdampfungskammer (174) von der Mischung aus Trägergas und Flüssigmedium durchströmt wird, so groß ist, dass das zugeführte Flüssigmedium innerhalb der Verdampfungskammer (174) im wesentlichen vollständig verdampft wird.
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