WO2014131759A2

WO2014131759A2 - Anlage und verfahren zum behandeln und/oder verwerten von gasförmigem medium

Info

Publication number: WO2014131759A2
Application number: PCT/EP2014/053630
Authority: WO
Inventors: Axel Widenhorn; Roland STOLL
Original assignee: Dürr Systems GmbH
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2014-09-04
Also published as: WO2014131759A3; CN205208622U; US10151488B2; CA2940437A1; EP2962038A2; US20150362195A1; DE102013203448A1

Abstract

Eine Anlage (12) für das Behandeln und/oder energetische Verwerten von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium hat einen Brenner (44), der einen beheizbaren Brennraum aufweist. In der Anlage (12) gibt es einen Zufuhrkanal für das Zuführen von gasförmigem Medium in den Brennraum. Die Anlage hat einen von gasförmigem Medium durchströmbaren Reaktionsraum (64), der eine Eintrittsöffnung (67) aufweist, durch die das gasförmige Medium in den Reaktionsraum (64) einströmt. Der Reaktionsraum (64) weist eine Austrittsöffnung auf, durch die das gasförmige Medium aus dem Reaktionsraum (64) in einen Heißgaskanal für das Abführen von behandeltem Abgas aus der Reaktionsraum (64) gelangt. In dem Reaktionsraum (64) gibt es erfindungsgemäß wenigstens einen Leitkörper für das Leiten der Strömung des gasförmigen Mediums.

Description

Anlage und Verfahren zum Behandeln und/oder Verwerten von gasförmigem Medium

Die Erfindung betrifft eine Anlage für das Behandeln und/oder energetische Verwerten von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium, mit einem Brenner, der einen beheizbaren Brennraum aufweist, mit einem Zufuhrkanal für das Zuführen von gasförmigem Medium in den Brennraum, und mit einem von gasförmigem Medium durchströmbaren Reaktionsraum, der eine Eintrittsöffnung aufweist, durch die das gasförmige Medium in den Reaktionsraum einströmt, und der eine Austrittsöffnung hat, durch die das gasförmige Medium aus dem Reaktionsraum in einen Heißgaskanal für das Abführen von behandeltem gasförmigem Medium aus der Reaktionsraum gelangt. Derartige Anlagen sind bekannt (US 5,592,81 1 ). Diese bekannten Anlagen sind für das Behandeln von kohlenwasserstoffhaltiger Abluft ausgelegt. Sie haben einen Druckbehälter, in dem eine zylinderförmige Reaktionskammer ausgebildet ist, und enthalten einen Verdichter für das Zuführen der kohlen- wasserstoffhaltigen Abluft in die Reaktionskammer. In dem Druckbehälter ist ein Brenner angeordnet, der ein seitlich in die Reaktionskammer weisendes Flammrohr hat. Die Abluft wird in dem Bereich des Brenners in die Reaktionskammer eingeströmt und dort verwirbelt.

Bei diesen bekannten Anlagen ist nachteilhaft, dass der Strömungsweg von gasförmigem Medium durch die Reaktionskammer eine unterschiedliche Länge haben kann, was ungleiche Verweilzeiten für gasförmiges Medium in der Reaktionskammer zur Folge hat. Hier ist deshalb eine gleichförmige chemische Umsetzung von brennbaren Bestandteilen in Abluft nicht ohne weiteres möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage für das Behandeln von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium bereitzustellen, die eine vollständige chemische Umsetzung der brennbaren Bestandteile in einem gasförmigen Medium gewährleistet, das der Anlage zugeführt wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Anlage der eingangs genannten Art gelöst, die wenigstens einen Leitkörper für das Leiten der Strömung des gasförmigen Mediums in dem Reaktionsraum aufweist.

Der Leitkörper hat dabei die Aufgabe bzw. ist derart ausgebildet, dass eine Verweilzeit des gasförmigen Mediums, insbesondere eines Abgasstroms im Reaktionsraum stabilisiert und/oder ein Strömungsweg des gasförmigen Mediums, insbesondere des Abgasstroms innerhalb des Reaktionsraumes optimiert, insbesondere maximiert wird und/oder eine Kurzschlussströmung des gasförmigen Mediums, insbesondere des Abgasstroms im Reaktionsraum unterbunden wird. Unter der Stabilisierung der Verweilzeit wird dabei insbe- sondere verstanden, dass die Verweilzeiten individueller Teilmengen des gasförmigen Mediums nur geringe, vorzugsweise nahezu keine Streuungen hinsichtlich ihrer Verweilzeiten im Reaktionsraum aufweisen. Unter einer geringen Streuung wird dabei insbesondere eine Dispersion der individuellen Verweilzeiten von weniger als 50%, insbesondere weniger als 30%, bevor- zugt von weniger als 20%, besonders bevorzugt von weniger als 10% verstanden, d.h. insbesondere dass die Verweilzeit von 66% von gasförmigem Medium, das dem Reaktionsraum zugeführt wird, in dem Reaktionsraum um weniger als 50%, insbesondere weniger als 30%, bevorzugt von weniger als 20%, besonders bevorzugt von weniger als 10% schwankt. Unter einer Ma- ximierung des Strömungswegs wird dabei insbesondere eine Optimierung einer Länge des Strömungswegs bei gegebenem Volumenstrom des gasförmigen Mediums und gegebenen geometrischen Abmessungen des Reaktionsraums verstanden. So kann insbesondere im Sinne einer Maximierung des Strömungswegs eine Anpassung einer Steigung einer Zyklonströmung beeinflusst werden. Der Leitkörper ist bevorzugt in einem in eine Längsrichtung erstreckten Abschnitt des Reaktionsraums angeordnet. In diesem Abschnitt ist das gasförmige Medium vorzugsweise mit einer Zyklonströmung um den Leitkörper geführt, die günstigerweise eine in die Längsrichtung erstreckte Zyklonachse aufweist.

Der Leitkörper kann dabei insbesondere den in die Längsrichtung erstreckten Abschnitt des Reaktionsraums durchsetzen. Von Vorteil ist es, wenn der Lei- körper wenigstens ein das gasförmige Medium in dem in die Längsrichtung erstreckten Abschnitt um den Leitkörper führendes wendeiförmiges Leitelement hat.

Auf diese Weise lassen sich in dem Reaktionsraum Kurzschlussströme von dem gasförmigen Medium vermeiden. Das zu behandelnde gasförmige Me- dium kann so auf einem Strömungsweg durch den Reaktionsraum geführt werden, der immer eine im Wesentlichen gleiche Länge hat, wobei diese größer ist als die in die Längsrichtung erstreckte Länge des Reaktionsraums.

Von Vorteil ist es, wenn der Leitkörper als ein in die Längsrichtung erstreck- ter Hohlzylinder ausgebildet ist, der wenigstens eine Wandöffnung aufweist, die den Heißgaskanal für das Hindurchströmen von gasförmigem Medium mit dem Abschnitt des Reaktionsraums verbindet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung überführt der Hohlzylinder die Zyklon- Strömung des gasförmigen Mediums in seinem Inneren in eine Längsströmung. Auf diese Weise ist es möglich, das in dem Reaktionsraum behandelte gasförmige Medium in Form einer drallfreien Heißgasströmung z. B. einem Gasturbinenaggregat zuzuführen. Der in die Längsrichtung erstreckte Abschnitt des Reaktionsraums ist auf einer Seite mit einem den Leitkörper, insbesondere den Hohlzylinder an einem Festlager aufnehmenden Plattenkörper abgeschlossen. Weiters ist der Leitkörper, insbesondere der Hohlzylinder zumindest abschnittsweise in die Längsrichtung axialbeweglich geführt. Vorzugsweise ist der Leitkörper an einem dem Plattenkörper abgewandten Endabschnitt axial- bzw. linearbeweglich geführt. Auf diese Weise lassen sich mechanische Spannungen vermeiden, deren Ursache eine unterschiedliche thermische Längenausdehnung der Wände des Reaktionsraums ist. Um einen stabilen Sitz zu gewährleisten, ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch die Rohrleitung des Heißgaskanals an dem Plattenkörper festgelegt. Eine Idee der Erfindung besteht insbesondere darin, eine Vorkammer als ein Teil des Reaktionsraums vorzusehen, die den Brennraum mit dem in die Längsrichtung erstreckten Abschnitt des Reaktionsraums verbindet. Der Heißgaskanal, der Zufuhrkanal und der Reaktionsraum sind bevorzugt in einem mit Isolationsmaterial angefüllten Druckbehälter angeordnet, das den Reaktionsraum umgibt. Der Reaktionsraum hat eine Wand, die wenigstens teilweise aus ineinandergesteckten Rohrkörpersegmenten besteht. Indem die Wand des Reaktionsraums gasdurchlässig ist, lässt sich erreichen, dass diese aus einem dünnen Stahlblech, z. B. Metallinnenliner ausgeführt werden kann und keinen großen Druckkräften standhalten muss, weil der Überdruck in dem Reaktionsraum von dem Druckbehälter aufgenommen werden kann.

Eine Idee der Erfindung ist es auch, die Wand des Reaktionsraums in dem Druckbehälter an einem als Festlager für den Leitkörper fungierenden Plattenkörper einseitig festzulegen. Indem dieser Plattenkörper an einer Hal- teeinrichtung aufgenommen wird, die den Plattenkörper mit wenigstens einem das Isolationsmaterial durchsetzenden, einen großen Wärmeleitungswiderstand aufweisendem Abstützelement mit einem Wandstück des Druckbehälters verbindet, kann der Wärmestrom aus dem Zufuhrkanal, aus dem Heißkanal und aus dem Reaktionsraum gering gehalten werden.

Eine Idee der Erfindung ist es weiter, den Druckbehälter aus mehreren Behältersegmenten zusammenzufügen. Auf diese Weise wird ein modularer Aufbau der Anlage geschaffen, der mit lediglich geringem Aufwand ein Vergrößern und Verkleinern des Volumens des Reaktionsraums ermöglicht, um damit die Verweilzeit bzw. die Länge des Strömungswegs für das zu behandelnde gasförmige Medium in der Anlage einzustellen.

Der Brennraum des Brenners befindet sich in einem Flammrohr, das eine dem Reaktionsraum zugewandte Mündungsöffnung hat. Das Flammrohr ist hier vorteilhaft in einem mit dem Zufuhrkanal kommunizierenden Rohrleitungsstück angeordnet und hat eine Vielzahl von Wandungsöffnungen, durch die das gasförmige Medium aus dem Zufuhrkanal in den Brennraum gelangen kann.

Der Heißgaskanal weist einen mit dem Zufuhrkanal für das Zuführen von gasförmigem Medium in die Reaktionskammer thermisch gekoppelten Ka- nalabschnitt für das Übertragen von Wärme auf. Damit ist es möglich, das der Anlage zugeführte gasförmige Medium vorzuwärmen. Der Heißgaskanal umfasst eine Rohrleitung mit einem Kompensator für das Ausgleichen von thermischen Längenausdehnungen. Damit ist es möglich, den Heißgaskanal in der Anlage in lediglich zwei voneinander beabstandeten Festlagern zu hal- ten, zwischen denen sich der Kompensator befindet, was den Wärmefluss aus dem Heißgaskanal auf die Wände des Druckbehälters ebenfalls minimiert.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Energieerzeugungssystem mit einer Anlage für das Behandeln und/oder energetische Verwerten von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium und mit einem an den Heißgaskanal der Anlage angeschlossenen Gasturbinenaggregat. Das Gasturbinenaggregat umfasst erfindungsgemäß eine Gasturbine, die mit einem Verdichter bewegungsgekoppelt ist, der das der Anlage zugeführte, brennba- re Bestandteile enthaltende gasförmige Medium verdichtet. Darüber hinaus erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Energieerzeu- gungssystem mit einer Anlage für das Behandeln und/oder energetische Verwerten von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium und mit einem an den Heißgaskanal der Anlage angeschlossenen Gasturbi- nenaggregat mit einem Turbinenkanal, bei dem die Anlage einen Brenner hat, der einen beheizbaren Brennraum aufweist und in der es einen Zufuhrkanal für das Zuführen von gasförmigem Medium in den Brennraum sowie einen von gasförmigem Medium durchströmbaren Reaktionsraum gibt, der eine Eintrittsöffnung hat, durch die das gasförmige Medium in den Reaktions- räum einströmt, und der eine Austrittsöffnung aufweist, durch die das gasförmige Medium aus dem Reaktionsraum in einen Heißgaskanal für das Abführen von behandelten Abgas aus der Reaktionsraum gelangt, bei dem der Heißgaskanal eine Rohrleitung mit einem Gasturbinenaggregat- Anschlussstück umfasst, das anlagenseitig in einem Festlager gehalten ist und einen in den Turbinenkanal ragenden Rohrkörper aufweist, an dem ein den Rohrkörper in einem Abschnitt umgebender Kompensator festgelegt ist, der ein Formstück hat, das für das gasdichte Verbinden von Heißgaskanal und Turbinenkanal formschlüssig an ein an dem Turbinenkanal ausgebildeten Gegenformstück angeschlossen ist. Dabei enthält das Gasturbinen- Anschlussstück einen zwischen dem Festlager und dem Gegenform- Abschnitt angeordneten Kompensator, der bei dem Gasturbinenaggregat- Anschlussstück eine durch Erwärmen hervorgerufene Längenänderung wenigstens teilweise ausgleicht. Die Anlage für das Behandeln und/oder das energetische Verwerten von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium kann insbesondere für das Behandeln und/oder thermische Verwerten von gasförmigem Medium mit flüchtigen organischen Bestandteilen (volatile organic compo- nents - VOC) eingesetzt werden. Gasförmiges Medium mit flüchtigen, koh- lenwasserstoffhaltigen Bestandteilen wird z.B. bei der Reinigung von Fässern, in der Holzverarbeitung, bei der Herstellung von Kohlefaser- Werkstoffen, bei Klebeprozessen etc. freigesetzt. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Anlage für das Behandeln und/oder thermische Verwerten der Abluft einer Lackieranlage oder für das Behandeln und/oder thermische Verwerten von sogenanntem Schwachgas eingesetzt werden, das bei der Herstellung von Biogas oder das als Grubengas anfällt oder das bei der Aufbereitung von fossilen Brennstoffen freigesetzt wird oder das auf Mülldeponien entsteht. Als Schwachgas wird dabei ein brennbares Gas oder Gasgemisch bezeichnet, für dessen Heizwert H_s gilt: H_s ^ 8,5 MJ/m³. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Anlage mit der losemittelbeladenen Abluft von Lackieranlagen betrieben werden oder mit der brennbare Bestandteile enthaltenden Abluft aus chemischen Produktionsanlagen, aus Produktionsanlagen in der Arzneimittelindustrie, in der petrochemischen Industrie. Eine erfindungsgemäße Anlage kann auch mit der brennbare Bestandteile enthaltenden Abluft gespeist werden, die bei der Herstellung von Halbleitern und Verbundwerkstoffen sowie bei der Herstellung und Beschichtung von Kohle- fasern anfällt.

Zusätzlich erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Behandeln und/oder Verwerten von einem brennbare Bestandteile enthaltenden gasförmigen Medium, welches zumindest folgende Schritte umfasst: a. Zuführen eines brennbare Bestandteile enthaltenden gasförmigen Mediums über einen Zufuhrkanal an einen Brenner, der einen beheizbaren Brennraum aufweist; b. Umsetzen, insbesondere Verbrennen, eines des brennbare Bestandteile enthaltenden gasförmigen Mediums im Brenner zu einem Reste gasförmigen Mediums enthaltenden Abgas; c. Zuführen und Einströmen des Abgases aus dem Brenner (44) in den Re- aktionsraum als Abgasstrom; d. Führen des eingeströmten Abgasstroms durch den Reaktionsraum (64); e. Umsetzen, insbesondere Verbrennen, des eingeströmten Abgases innerhalb der Verweilzeit in dem Reaktionsraum zu einem behandelten Abgas, wobei die Dispersion der Verweilzeit von Abgas in dem Reakti- onsraum weniger als 50%, insbesondere weniger als 30%, bevorzugt weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10% beträgt.

Unter Führen des eingeströmten Abgasstroms in Schritt d. des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei insbesondere eine Ab- und/oder Umlenkung und/oder Bündelung und/oder Kanalisierung des Abgasstroms im Reaktionsraum durch zumindest einen Leitkörper verstanden.

Bevorzugt geschieht das Umsetzen, insbesondere Verbrennen des eingeströmten Abgasstroms in Schritt e. des erfindungsgemäßen Verfahrens dabei während des Führens des eingeströmten Abgasstroms im Reaktionsraum.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Energieerzeugungssystems mit einer

Anlage für das Behandeln und energetische Verwerten von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium;

Fig. 2 eine dreidimensionale Ansicht des Energieerzeugungssystems;

Fig. 3 einen dreidimensionalen Teilschnitt des Energieerzeugungssystems;

Fig. 4 einen Teilschnitt der Anlage mit einem Reaktionsraum; Fig. 5 einen weiteren Teilschnitt der Anlage mit dem Reaktionsraum;

Fig. 6 einen Abschnitt des Reaktionsraums der Anlage; Fig. 7 einen alternativen Aufbau des Abschnitts des Reaktionsraums der

Anlage;

Fig. 8 einen Teilschnitt des Reaktionsraums entlang der Linie Vlll-Vlll aus Fig. 7;

Fig. 9 und Fig. 10 einen weiteren alternativen Aufbau des Abschnitts des

Reaktionsraums der Anlage;

Fig. 1 1 eine weitere Teilansicht des Energieerzeugungssystems; und

Fig. 12 einen Abschnitt eines Gasturbinenaggregat-Anschlussstücks in der Anlage.

In dem in der Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Energieerzeugungssystem 10 gibt es eine Anlage 12 für das energetische Verwerten von gasförmigem Medium, das brennbare Bestandteile enthält. Das Energieerzeugungssystem 10 um- fasst ein Gasturbinenaggregat 14. Mit der Anlage 12 kann z. B. durch Verbrennen von Schwachgas, das bei der Erzeugung von Biogas entsteht, oder durch Verbrennen der Abluft einer Lackieranlage Heißgas erzeugt werden, das dem Gasturbinenaggregat 14 in der Richtung des Pfeils 16 zugeführt wird.

Das Gasturbinenaggregat 14 enthält eine Gasturbine 18, die mit einem Verdichter 20 gekoppelt ist und die einen Generator 22 antreibt. Die Gasturbine 18 kann insbesondere als sogenannte Mikrogasturbine ausgebildet sein und den in der WO 2012/089837 A1 beschriebenen Aufbau haben. Mit dem Verdichter 20 in dem Energieerzeugungssystem 10 wird in der Richtung des Pfeils 16 zugeführtes brennbare Bestandteile enthaltendes gasförmiges Medium angesaugt und verdichtet. Das in dem Gasturbinenaggregat 14 angesaugte Medium wird dann durch einen als Rekuperator 26 ausgebildeten Wärmetauscher geführt, in dem Wärme aus dem mit dem Pfeil 28 kenntlich gemachten Abgasstrom der Gasturbine 18 auf das verdichtete gasförmige Medium übertragen wird.

In der Anlage 12 wird das brennbare Bestandteile enthaltende gasförmige Medium zusammen mit Starkgas verbrannt. Brennbares Gas oder Gasge- misch, dessen Heizwert H_A oberhalb von 15 MJ/m³ liegt, wird demgegenüber als sogenanntes Starkgas bezeichnet. Der Heizwert von Schwachgas ist also gegenüber dem Heizwert von Starkgas erheblich reduziert. Bei dem in der Anlage verbranntem Starkgas kann es sich z. B. um Erdgas, insbesondere Bioerdgas handeln.

Es sei bemerkt, dass die Anlage 12 grundsätzlich auch für das Behandeln von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium durch Verbrennen betrieben werden kann und sich auch für das Betreiben in und außerhalb eines Energieerzeugungssystems für das Erzeugen von elektrischer und/oder mechanischer Energie eignet. Insbesondere kann die Anlage 12 z. B. auch als Zweistufenbrenner in einem Wärmeerzeugungssystem, z. B. in einer Heizungsanlage betrieben werden, die Wärme für einen oder mehrere Wärmeverbraucher bereitstellt. Es sei bemerkt, dass das erfindungsgemäße Energieerzeugungssystem 10 grundsätzlich auch ohne den Rekuperator 26 ausgeführt werden kann. Wenn das Energieerzeugungssystem 10 ohne den Rekuperator 26 ausgeführt wird, lässt sich vermeiden, dass das Vorwärmen von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium in diesem chemische Vorreaktionen hervor- ruft, bevor es in den Brennraum eines Brenners gelangt. Bei einem erfindungsgemäßen Energieerzeugungssystem 10, das ohne Rekuperator betreiben wird, wird ein Abgasstrom erzeugt, der gegenüber einem Energieerzeugungssystem mit Rekuperator eine vergleichsweise hohe Temperatur hat, die sich in dem Energieerzeugungssystem nachgeschalteten Einrichtungen wie z. B. einer Warmwasseraufbereitung oder einer Prozessstufe für das Trocknen von Gegenständen oder Medien vorteilhaft nutzen lässt.

In der Anlage 12 gibt es, wie die Fig. 3 zeigt, einen Heißgaskanal 30. Der Heißgaskanal 30 hat die Aufgabe, einen Heißgasstrom aus einem Druckbehälter 32 zu einer in dem Gasturbinenaggregat 14 angeordneten Gasturbine zu führen. Der Druckbehälter 32 ist beispielhaft für einen Überdruck p von p ~ 5bar ausgelegt. Die Gasturbine 34 hat ein Turbinenrad, das in dem Gasturbinenaggregat 14 in einem Turbinengehäuse 36 drehbar gelagert ist. In dem Turbinengehäuse 36 gibt es einen Turbinenkanal 38 und einen Verdichterkanal 40. Der mit der Gasturbine 34 gekoppelte Verdichter 20 bläst mit brennbaren Bestandteilen beaufschlagtes gasförmiges Medium durch den Verdichterkanal 40 in einen Zufuhrkanal 42 der Anlage 12. In einem Abschnitt 43 vor dem Gasturbinenaggregat ist der Heißgaskanal 30 in dem Zu- fuhrkanal 42 geführt. Diese Maßnahme gewährleistet, dass auf das in der Anlage 12 durch den Zufuhrkanal 42 strömende gasförmige Medium mit der Wärme von gasförmigem Medium aus dem Heißgaskanal 30 vorgewärmt werden kann. Die Fig. 4 zeigt einen vertikalen Teilschnitt der Anlage 12. Die Fig. 5 zeigt die Anlage 12 in einem vertikalen Längsschnitt, wobei die Schnittebene in Bezug auf die Fig. 4 seitlich versetzt ist. Die Anlage 12 enthält einen Brenner 44 mit einer Pilotstufe und einer Hauptbrennstufe. Die Hauptbrennstufe hat einen Brennraum, der in einem Flammrohr 52 angeordnet ist, das eine Vielzahl von Wandungsöffnungen 54 aufweist. Der Brenner 44 ist mit einem Brennerflansch 56 an einem Klöpperbodenabschnitt 55 des Druckbehälters 32 festgelegt. Der Brenner 44 erstreckt sich in einen Rohrabschnitt 62 der Anlage 12, der mit dem Zufuhrkanal 42 kommuniziert. An seinem trichterförmig erweiterten Ende ist das Flammrohr 52 an der Wand des Rohrabschnitts 62 linearbeweglich geführt. Der Zufuhrkanal 42 mündet genau dort in den Innenraum des Rohrabschnitts 62, wo sich das Flammrohr 52 des Brenners 44 befindet. An den Rohrabschnitt 62 in der Anlage 12 schließt sich auf der dem Brennerflansch 56 abgewandten Seite ein Reaktionsraum 64 mit einer Eintrittsöffnung 67 und einer Austrittsöffnung 69 für das gasförmige Medium an. Auf der dem Reaktionsraum 64 zugewandten Seite ist das Flammrohr 52 des Brenners 44 trichterförmig erweitert und hat eine Mündungsöffnung für das Austreten eines mit dem Brenner 44 erhitzen, brennbare Bestandteile enthaltenden Gasstroms aus dem Zufuhrkanal 42.

Der Brenner 44 ist ein sogenannter Zweistufenbrenner. In seiner Pilotstufe wird Starkgas verbrannt. Hierdurch entsteht eine Gasflamme, die sich in die Hauptbrennstufe 48 erstreckt, in der das aus dem Zufuhrkanal 42 in den Brennraum strömende Gas schlagartig erhitzt wird. Die darin enthaltenen brennbaren Bestandteile werden darauf mit dem in dem Gas enthaltenen Sauerstoff reduziert, wodurch zusätzliche Wärme entsteht. Hierdurch entsteht ein heißer Gasstrom, der mit einer Geschwindigkeit von ca. 20-25m/s und einer Temperatur von ca. 950°C aus der Mündungsöffnung des Flammrohrs 52 austritt und von dort in den Reaktionsraum 64 gelangt.

In der Anlage 12 wird die Luft in dem Zufuhrkanal 42 aufgeteilt. Eine erste Aufteilung erfolgt im Bereich der Mündungsöffnung des Flammrohrs 52. Ein Teil der Luft aus dem Zufuhrkanal 42 strömt hier direkt ins Flammrohrinnere. Der andere Teil der Luft strömt an der Außenseite des Flammrohrs 52 zu dem Brenner 44. Die Luft wird hier wieder aufgeteilt. Sie dient so als Verbrennungsluft für die Pilotstufe und als Verbrennungsluft für die Hauptstufe. Die gemeinsame Flamme aus Pilot- und Hauptbrenner bewirkt dann die Ver- brennung von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium, etwa Schwachgas oder mit Lösungsmittel beladene Luft, die durch die Wan- dungsöffnungen 54 in das Flammrohr 52 eindringt. Indem dabei Luft mit einer sehr hohen Verbrennungstemperatur T > 1200°C und in dem Rekuperatur 26 vorgewärmte Luft, die durch die Wandungsöffnungen 54 eintritt, mit einer Temperatur von z. B. T « 650°C vermischt wird, lässt sich in dem Reaktionsraum 64 eine Reaktionsraumtemperatur von T « 950°C einstellen. Diese Reaktionsraumtemperatur kann materialtechnisch gut gehandhabt werden und ermöglicht gute, prozesstechnisch abgestimmte Behandlungs- bzw. Reinigungsergebnisse für das der Anlage 12 zugeführte gasförmige Medium.

Der Reaktionsraum 64 weist eine in die horizontale Richtung erstreckte Ein- gangskammer 66 auf, die in einen in die vertikale Richtung 68 erstreckten Abschnitt des Reaktionsraums 64 in Form einer Hauptkammer 70 mündet, an die sich eine Ausgangskammer 74 anschließt. Die Hauptkammer 70 hat eine ringförmige Grundfläche und weist einen kegelstumpfförmigen Dachabschnitt 73 auf.

Die Ausgangskammer 74 befindet sich in einem Hohlzylinder 76 in Form eines Zentralrohrs, das den Reaktionsraum 64 durchgreift. Der Hohlzylinder 76 ist ein Leitkörper. Er hat eine zu der vertikalen Richtung 68 parallele Hohlzylinderachse 78, zu der die Hauptkammer 70 vorzugsweise rotationssymmet- risch ist.

Mit dem Brenner 44 wird das der Anlage 12 zugeführte gasförmige Medium erhitzt. Das erhitzte gasförmige Medium strömt dann durch den Reaktionsraum 64, wo es chemisch umgesetzt wird. Aus dem Reaktionsraum gelangt es in den Heißgaskanal 30, der das gasförmige Medium der Gasturbine 34 in dem Gasturbinenaggregat 14 zuführt.

Die Hauptkammer 70 des Reaktionsraums 64 wird durch die Wand des Leitkörpers in Form des Hohlzylinders 76 begrenzt. Bei einem Betrieb der Anla- ge 12 wird damit die Wärme des durch die Hauptkammer 70 strömenden gasförmigen Mediums durch die Zylinderwand des Hohlzylinders 76 auf das gasförmige Medium in der Ausgangskammer übertragen. Dabei unterschei- det sich die Temperatur des gasförmigen Mediums in der Hauptkammer 70 und der Luft in dem Hohlzylinder 76 nur wenig, vorteilhaft beträgt diese Temperatur überall etwa T ^« 950°C. Der Hohlzylinder 76 ist an einem Plattenkörper 80 festgelegt, der die Hauptkammer 70 des Reaktionsraums 64 bodenseitig abschließt. In dem kegel- stumpfförmigen Dachabschnitt 73 hat der Hohlzylinder 76 eine Zylinderwand mit in die Längsrichtung erstreckten schlitzförmigen Öffnungen 81 , durch die gasförmiges Medium aus der Hauptkammer 70 in die Ausgangskammer 74 des Reaktionsraums 66 gelangen kann.

Es sei bemerkt, dass die Öffnungen in der Zylinderwand des Hohlzylinders 76 für das Hindurchtreten der Zyklonströmung 90 insbesondere auch kreisförmig sein oder eine Ellipsen- oder Rechteckform haben können. Weiters können die Öffnungen zusätzliche, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausprägungen aufweisen. Zusätzlich kann es von Vorteil sein, wenn an den Öffnungen zumindest ein Leitelement zur Umlenkung des strömenden Mediums vorgesehen ist, insbesondere um Druckverluste bei der Umlenkung der Strömung zu vermindern.

Der Hohlzylinder 76 ist an einem dem Plattenkörper 80 abgewandten Endabschnitt 82 in einer hülsenförmig gestalteten Linearführung 84 seitlich gehalten, die an einer ringförmigen Abschlussplatte 86 des Dachabschnitts 73 festgelegt ist. In der Linearführung 84 kann der Endabschnitt 82 des Hohlzy- linders 76 entsprechend dem Doppelpfeil 88 in der vertikalen Richtung 68 bewegt werden, um damit unterschiedlich große thermische Ausdehnungen des Hohlzylinders 76 und der Außenwand 90 des Reaktionsraums 64 ausgleichen zu können. Die Vorkammer 66 mündet, wie die Fig. 5 zeigt, mit einer in Bezug auf die Hohlzylinderachse 78 derart seitlich versetzt angeordneten Öffnung 75 in die Hauptkammer 70 des Reaktionsraums 64, dass das aus der Eingangskam- mer 66 in die Hauptkammer 70 zugeführte, mit dem Brenner 44 aufgeheizte gasförmige Medium mit einem auf die Hohlzylinderachse 78 bezogenen Drehimpuls in die Hauptammer 70 eingeleitet wird. Dieser Drehimpuls ruft für das gasförmige Medium eine um den Hohlzylinder 76 geführte Zyklonströ- mung 91 in dem Reaktionsraum 64 hervor, die eine Zyklonachse hat, die mit der Hohlzylinderachse 78 zusammenfällt.

Die Vorkammer 66 hat eine Achse 51 , die mit der Achse des Flammrohrs 52 des Brenners 44 fluchtet. Über die Ausrichtung der Achse 51 in Bezug auf die Hohlzylinderachse 78, entlang der das gasförmige Medium aus der Vorkammer 66 in die Hauptkammer 70 einströmt, ist es möglich den Strömungsweg für das gasförmige Medium in der Hauptkammer 70 definiert einzustellen. Wenn das gasförmige Medium nah bei der Hohlzylinderachse 78 oder schräg zu der Hohlzylinderachse 78 eingeströmt wird, verkürzt sich der entsprechende Strömungsweg. Wird das gasförmige Medium in Bezug auf die Hohlzylinderachse 78 mit einem großen Drehimpuls zugeführt, wird der Strömungsweg entsprechend verlängert.

In dem kegelstumpfförmigen Dachabschnitt 73 wird die Zyklonströmung 90 durch die in Bezug auf die vertikale Richtung 68 hier schräg geneigte Wand 91 des Reaktionsraums zu den schlitzförmigen Öffnungen 81 des Hohlzylinders 76 geleitet. Das durch den Reaktionsraum 64 strömende gasförmige Medium erfährt hier eine 180°-Umlenkung. Wenn gasförmiges Medium durch die schlitzförmigen Öffnungen 81 des Hohlzylinders 76 strömt, gelangt es in die Ausgangskammer 74 und wird dort in eine zu der Hohlzylinderachse 78 parallele Längsströmung überführt. In der Ausgangskammer 74 verliert das gasförmige Medium dabei den Drehimpuls der Zyklonströmung 90, so dass es sich dann als ein drallfreier Heiß- gasstrahl durch den Heißgaskanal 30 in den Turbinenkanal 38 der Gasturbine 34 bewegt. Die Geometrie des Reaktionsraums 64 ermöglicht, dass in dem Reaktionsraum 64 die Verweilzeit von gasförmigem Medium, das den Reaktionsraum 64 durchströmt, im Wesentlichen gleich ist, weil aufgrund der Geometrie des Reaktionsraums 64 darin Kurzschlussströme für das gasförmige Medium unterbunden werden.

Der den Reaktionsraum 64 bodenseitig abschließende ringförmige Plattenkörper 80 wirkt als ein Festlager für den Hohlzylinder 76 und für die Rohrleitung des Heißgaskanals 30. Der Plattenkörper 80 ist mit einer Halteeinrich- tung 92 auf einem an dem Klöpperboden 94 des Druckbehälters 32 festgelegten Ringabsatz 93 abgestützt. Die Halteeinrichtung 92 hält den Plattenkörper 80 mit den daran aufgenommenen Wänden des zylinderförmigen Abschnitts 72, des Dachabschnitts 70 und den an dem Plattenkörper 80 festgelegten Hohlzylinder 76. Die Halteeinrichtung 92 hat dünne Streben 96. Der Plattenkörper 80 ist mittels einer druckfesten Ringscheibe 98 aus thermischem Isolationsmaterial an den Streben 96 angeschlossen. Über eine druckfeste Ringscheibe 100 aus thermisch isolierendem Material sind die Streben 96 an einem Absatz in einem nach innen weisenden Abschnitt eines Klöpperbodens 94 des Druckbehälters 32, d.h. an einem Wandstück des Druckbehälters 32 festgelegt. Das Innere des Druckbehälters 32 ist mit Isolationsmaterial 104 angefüllt. Die Streben 96 der Halteeinrichtung 92 in dem Druckbehälter 32 durchsetzen das Isolationsmaterial 104. Mittels einer dünnen Querschnittsgeometrie der Streben 96 und der thermisch isolierenden druckfesten Ringscheiben 98, 100 wird ein Wärmefluss von dem Plattenkör- per 80 über die Halteeinrichtung 92 auf die Wand 106 des Druckbehälters 32 minimiert. Die Halteeinrichtung 92 trägt das Gewicht der Wände des Reaktionsraums 64 und eines Teils des Isolationsmaterials 104.

Das Isolationsmaterial 104 in dem Druckbehälter 32 ist ein Fasergewebe aus einem Mineralstoff. Das Isolationsmaterial 104 in dem Druckbehälter 32 stützt die Wände des Reaktionsraums 64 an der Wand 106 des Druckbehälters 32 ab. Das Abstützen der Wände des Reaktionsraums 64 in dem Druck- behälter 32 mittels der Halteeinrichtung 92 und dem Isolationsmaterial 104 gewährleistet, dass auch bei Temperaturen von über 950 °C in dem Reaktionsraum 64 die Temperatur der Außenwand des Druckbehälters 32 eine Temperatur von 60-80 °C nicht übersteigt. Im Bereich des Dachabschnitts 70 des Reaktionsraums 64 bildet das Isolationsmaterial 104 in dem Druckbehälter 32 eine Tasche, die für den Endabschnitt 82 des Hohlzylinders 76 als einen Schiebesitz wirkt.

Der Heißgaskanal 30 in der Anlage 12 ist ebenfalls an dem Plattenkörper 80 festgelegt. Bis auf den kegelstumpfförmigen Dachabschnitt 73 und den Plattenkörper 80 bestehen die Wände des Reaktionsraums 64 in der Anlage 12 aus dünnwandigen Rohrkörpersegmenten 108, 1 10, 1 12 aus Stahlblech in Form von Metallinnenlinern, die mittels rohrförmigen Hülsen 1 14, 1 16 aus Stahlblech verbunden sind.

Wie die Fig. 6 zeigt, ist der Druckbehälter 32 ist aus mehreren, zylinderförmigen Behältersegmenten 1 18, 120 aus Kesselstahl zusammengefügt, die jeweils einen Verbindungsflansch 123 aufweisen. Wie die Wände des Reaktionsraums 64, bestehen auch die Wände des Zufuhrkanals 42 sowie die Wände des Heißgaskanals 30 in der Anlage 12 aus zusammengefügten Rohrleitungssegmenten. Die Rohrleitungssegmente sind sogenannte Me- tallinnenliner, die aus Stahlblech gefertigt sind.

Die Anlage 12 hat damit einen modularen Aufbau, der es ermöglicht, durch eine geeignete Wahl der Anzahl von miteinander verbundenen Rohrkörpersegmenten 108, 1 10, 1 12 und Behältersegmenten 1 18, 120 den Strömungsweg für das gasförmige Medium in den Reaktionsraum 64 so zu gestalten, dass sich hier für das zu behandelnde gasförmige Medium eine vorteilhafte Verweilzeit ergibt. Auch der als Leitkörper in dem Reaktionsraum 64 wirkende Hohlzylinder 76 ist aus Hohlzylindersegmenten 77, 79 aufgebaut, die in als Verbindungsmuffe wirkende Rohrhülsen 83 eingeführt sind. Die Hohlzylindersegmente 77, 79 und die Rohrhülsen 83 bilden auf diese Weise ein Stecksystem.

Die Fig. 7 zeigt einen alternativen Aufbau für den Abschnitt des Reaktions- raums 64 der Anlage. Der als Leitkörper in dem Reaktionsraum 64 wirkende Hohlzylinder 76 ist hier aus mehreren Hohlzylindersegmenten 77, 79 aufgebaut, die an einem stirnseitigen Ende ineinandergeschoben sind. Die Länge eines Hohlzylindersegments 77, 79 entspricht dabei der Länge eines Behältersegments 1 18, 120. Es sei bemerkt, dass für das Verbinden der Hohlzy- lindersegmente 77, 79 grundsätzlich auch eine Schraub- oder Bayonettme- chanismus verwendet werden kann.

Die Hohlzylindersegmente 77, 79 sind hier jeweils mit Abstützelementen 85 gegen die Wand des Reaktionsraums 64 abgestützt. Die Fig. 8 zeigt ein Ab- Stützelement 85 entlang der Linie VIII - VIII als Schnitt. Die Abstützelemente 85 sind an einem Hohlkörpersegment 77, 79 festgelegt. Sie sind in dem Reaktionsraum 64 in der Richtung des Pfeils 87 linearbeweglich verlagerbar angeordnet, um bei einer thermischen Ausdehnung der Hohlkörpersegmente 77, 79 mechanische Spannungen zu vermeiden. Es sei bemerkt, dass es alternativ hierzu natürlich grundsätzlich auch möglich ist, die Abstützelemente 85 an der Wand des Reaktionsraums festzulegen und für diese eine lineare Verlagerbarkeit gegenüber den Hohlzylindersegmenten vorzusehen.

Indem entsprechende Behältersegmente 1 18, 120 mit darin angeordneten Hohlkörpersegmenten 77, 79 aufeinander gestapelt werden, ist es möglich, die Länge des Strömungswegs für das durch den Reaktionsraum 64 geführte gasförmige Medium definiert einzustellen.

Es sei bemerkt, dass der vorstehend beschriebene alternative Aufbau für den Abschnitt des Reaktionsraums 64 der Anlage auch dahingehend abgewandelt werden kann, dass die Hohlzylindersegmente 77, 79 des als Leitkörper wirkenden Hohlzylinders 76 nicht mit an der Wand des Reaktionsraums 64 abgestützten Abstützelementen 85 stabilisiert sind, sondern mittels Versteifungsstrukturen, die an den Hohlzylinder 76 angeschlossen der in den Hohlzylinder integriert sind. Solche Versteifungsstrukturen können z.B. als Rippen oder als Versteifungselemente, z.B. in Form von Stäben ausgebildet sein.

Die Fig. 9 und Fig. 10 zeigen einen alternativen Aufbau für den Abschnitt des Reaktionsraums 64 der Anlage. Das gasförmige Medium wird hier über einen den Reaktionsraum 64 bodenseitig umgebenden Ringkanal 89 durch mehrere in dem Ringkanal azimutal versetzt angeordnete Düsen so in den Reakti- onsraum 64 eingeströmt, dass dieses gasförmige Medium in Bezug auf die Achse des hohlzylindrischen Reaktionsraums 64 mit einem Drehimpuls versehen ist.

Der Ringkanal 89 wirkt hier als ein Verteilerkanal, der die Eingangskammer 66 des Reaktionsraums 64 mit dessen Hauptkammer 70 verbindet. Der Ringkanal 89 kann auch mit lediglich einer oder mit einer Vielzahl von Durch- trittsöffnungen für das gasförmige Medium ausgebildet sein.

Der als Leitkörper in dem Reaktionsraum 64 wirkende Hohlzylinder 76 ist hier mit wendeiförmigen Leitelementen 95 versehen, die das in den Reaktionsraum 64 einströmende gasförmige Medium durch den Reaktionsraum 64 führen. Die wendeiförmigen Leitelemente 95 bilden hier eine Führungsspirale und reduzieren die Streuung der mittleren Verweilzeit von in dem Reaktionsraum 64 strömendem gasförmigem Medium.

Es sei bemerkt, dass die wendeiförmigen Leitelemente 95 des Hohlzylinders grundsätzlich so ausgebildet werden können, dass sie als eine ein-, zwei-, drei- oder mehr-zügige Führungsspirale wirken. Die Injektionsrichtung der Düsen, durch die das gasförmige Medium aus dem Ringkanal 89 in die Hauptkammer 70 des Reaktionsraums 64 strömt, ist dabei an die Wendelsteigung der Leitelemente 95 angepasst. Die Fig. 1 1 zeigt den Anschluss von Heißgaskanal 30 und Zufuhrkanal 42 an den Turbinenkanal 38 und dem Verdichterkanal 40 in dem Turbinengehäuse 36 der Gasturbine 34. Der Heißgaskanal 30 hat eine Rohrleitungswand 121 , die mit einem Haltekranz 122 an einer Ringscheibe 124 aufgenommen ist. Die Ringscheibe 124 ist an der Wand 106 des Druckbehälters 32 festgelegt. Der Haltekranz 122 wirkt damit für die Rohrleitung des Heißgaskanals 30 als ein Festlager 126. An einem Rohrwinkel 131 des Heißgaskanals 30 gibt es eine als Festlager wirkende Metallstrebe, die den Heißgaskanal an der Wand des Druckbehälters 32 festlegt. Zwischen dem Festlager an dem Plat- tenkörper 80 und dem Festlager 126 weist die Rohrleitung des Heißgaskanals 30 einen Kompensator 128 auf, der als ein flexibler Balg für das Ausgleichen von thermischen Ausdehnungen der Rohrleitungswände in der Längsrichtung 130 ausgebildet ist. Der Kompensator 128 wird somit zwischen dem mittels der Metall strebe bewirkten Festlager und dem Festlager 126 eingespannt. Ein weiterer Kompensator ist vorgesehen (nicht gezeigt), um die Längendehnung zwischen dem Festlager an der Metallstrebe und dem Plattenkörper 80 aufzunehmen. Die Rohrleitung des Heißgaskanals 30 hat ein Gasturbinenaggregat- Anschlussstück 132, das in dem Festlager 126 an der Wand 106 des Druckbehälters 32 gehalten ist und in den Turbinenkanal 38 der Gasturbine 34 mündet. In dem Gasturbinenaggregat-Anschlussstück 132 des Heißgaskanals 30 gibt es einen weiteren Kompensator 138 für das Ausgleichen von thermischen Ausdehnungen. Auch der Kompensator 138 ist als ein flexibler Balg ausgebildet, der für das Ausgleichen der thermischen Längenausdehnung der Wände des Heißgaskanals 30 dient, wenn durch diesen Heißgas geführt wird, dessen Temperatur T in einem Bereich von T = 950°C liegt oder höher ist.

Das Gasturbinenaggregat-Anschlussstück 132 ragt aus dem Druckbehälter 32 der Anlage 12 heraus und ist in das Gasturbinenaggregat 14 eingeführt. Der Außendurchmesser des Gasturbinenaggregat-Anschlussstücks 136 ist dabei so gewählt, dass es mit geringem Spiel in den Turbinenkanal 38 eingeführt werden kann. Der Druckbehälter 32 ist dabei mittels einer Flanschverbindung an einem an dem Klöpperboden 140 ausgebildeten Flansch 146 mit dem Turbinengehäuse 36 fest verbunden.

Das Gasturbinenaggregat-Anschlussstück 132 hat einen in den Turbinenkanal 38 ragenden Rohrkörper und weist einen über den Rohrkörper geschobenen Kompensator 138 auf, der an dem Rohrkörper festgelegt ist. Die Fig. 8 zeigt den Ausschnitt XII aus Fig. 1 1 mit einem Abschnitt des Gasturbinenaggregat-Anschlussstücks 132 sowie dem Rohrkörper 154 und dem Kompensator 138 in der Anlage 12.

Der Kompensator 138 ist über den Rohrkörper 154 geschoben und auf der zu der Reaktionskammer 12 weisenden Seite mit dem Rohrkörper 154 verschweißt. Der zu der Gasturbine 34 weisende Endabschnitt des Kompensa- tors 138 besitzt ein konvexes Formstück 156, das in einen eine konkave Ausnehmung aufweisenden Anschlussabschnitt 158 des Turbinenkanals 38 formschlüssig eingreift. Der Kompensator 138 ist so an den Turbinenkanal 38 mit Dichtwirkung angeschlossen.

Damit wird erreicht, dass sich der Rohrkörper 154 beim Erhitzen in den Turbinenkanal 38 thermisch ausdehnen kann und die mit einem Erhitzen verbundene gleichzeitige Ausdehnung des Kompensators 138 durch ein Ver- formen von dessen Balg ausgeglichen wird. Damit lässt sich gewährleisten, dass der Heißgaskanal 30 auf der Seite des Gasturbinenaggregats 14 in den unterschiedlichen Betriebszuständen der Anlage 12 gasdicht an den Turbinenkanal 38 anschließt, ohne dass dabei in den Turbinenkanal 38 übermäßige mechanische Spannungen eingeleitet werden, die einen störungsfreien Betrieb der Gasturbine beeinträchtigen könnten. Der Kompensator 138 ist hierfür bevorzugt so dimensioniert, dass die durch das thermische Ausdehnen des Gasturbinenaggregat-Anschlussstücks 132 in das Turbinengehäuse 36 eingeleitete Kraft minimal ist und z. B. bei einer Temperatur T nicht mehr als 120 N beträgt.

Mit der Anlage 12 kann brennbare Bestandteile enthaltendes gasförmiges Medium behandelt und/oder energetisch verwertet werden, das z. B. bei der Erzeugung von Biogas in Form von sogenanntem Schwachgas anfällt oder bei dem es sich um die Abluft einer Lackieranlage handelt.

Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten: Eine Anlage 12 für das Behandeln und/oder energetische Verwerten von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium hat einen Brenner 44, der einen beheizbaren Brennraum aufweist. In der Anlage 12 gibt es einen Zufuhrkanal 42 für das Zuführen von gasförmigem Medium in den Brennraum. Die Anlage hat einen von gasförmigem Me- dium durchströmbaren Reaktionsraum 64, der eine Eintrittsöffnung 67 aufweist, durch die das gasförmige Medium in den Reaktionsraum 64 einströmt. Der Reaktionsraum 64 weist eine Austrittsöffnung 69 auf, durch die das gasförmige Medium aus dem Reaktionsraum 64 in einen Heißgaskanal 30 für das Abführen von behandeltem Abgas aus der Reaktionsraum 64 gelangt. In dem Reaktionsraum 64 gibt es wenigstens einen, z. B. als Hohlzylinder ausgebildeten Leitkörper 76 für das Leiten der Strömung des gasförmigen Mediums.

Bezugszeichenliste:

10 Energieerzeugungssystem, Anlage

12 Anlage, Reaktionskammer

14 Gasturbinenaggregat

16 Pfeil

18 Gasturbine

20 Verdichter

22 Generator

26 Rekuperator

28 Pfeil

30 Heißgaskanal

32 Druckbehälter

34 Gasturbine

36 Turbinengehäuse

38 Turbinenkanal

40 Verdichterkanal

42 Zufuhrkanal

43 Abschnitt

44 Brenner

51 Achse

52 Flammrohr

54 Wandungsöffnung

55 Klöpperbodenabschnitt

56 Brennerflansch

60 Druckbehälters

62 Rohrabschnitt

64 Reaktionsraum

66 Eingangskammer

67 Eintrittsöffnung

68 Richtung, Längsrichtung

70 Hauptkammer 73 Dachabschnitt

74 Ausgangskammer

75 Öffnung

76 Hohlzylinder

77, 79 Holzylindersegment

78 Hohlzylinderachse

80 Plattenkörper

81 Öffnung

82 Endabschnitt

83 Rohrhülse

84 Linearführung

85 Abstützelement

86 Abschlussplatte

87 Pfeil

88 Doppelpfeil

89 Ringkanal

90 Außenwand

91 Zyklonströmung

92 Halteeinrichtung

93 Ringabsatz

94 Klöpperboden

95 Leitelement

96 Streben

98, 100 Ringscheibe

104 Isolationsmaterial

106 Wand

108,1 10,1 12 Rohrkörpersegment

1 12 Anlage

1 14, 1 16 Hülsen

1 18, 120 Behältersegment

121 Rohrleitungswand

122 Haltekranz 123 Verbindungsflansch 124 Ringscheibe

126 Festlager

128, 138 Kompensator

130 Längsrichtung

131 Rohrwinkel

132 Gasturbinenaggregat-Anschlussstück

140 Klöpperboden

142, 144, 150 Pfeile

146, 148 Flansch

152 Linearführung

154 Rohrkörper

156 Formstück

158 Anschlussabschnitt

Claims

Patentansprüche

1 . Anlage (12) für das Behandeln und/oder energetische Verwerten von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium, mit einem Brenner (44), der einen beheizbaren Brennraum aufweist, mit einem Zufuhrkanal (42) für das Zuführen von gasförmigem Medium in den Brennraum, und mit einem von gasförmigem Medium durchströmbaren Reaktionsraum (64), der eine Eintrittsöffnung (67) hat, durch die das gasförmige Medium in den Reaktionsraum (64) einströmt, und der eine Austrittsöffnung (69) aufweist, durch die das gasförmige Medium aus dem Reaktions- räum (64) in einen Heißgaskanal (30) für das Abführen von behandeltem Abgas aus der Reaktionsraum (64) gelangt, gekennzeichnet durch wenigstens einen Leitkörper (76) für das Leiten der Strömung des gasförmigen Mediums in dem Reaktionsraum (64).

2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkörper (76) in einem in eine Längsrichtung (68) erstreckten Abschnitt (70) des Reaktionsraums (64) angeordnet ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkörper als ein in die Längsrichtung (68) erstreckter Hohlzylinder (76) ausgebildet ist, der wenigstens eine Wandöffnung (81 ) aufweist, die den Heißgaskanal (30) für das Hindurchströmen von gasförmigem Medium mit dem Abschnitt (70) des Reaktionsraums (64) verbindet.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium mit einer Zyklonströmung (91 ) um den Leitkörper (76) geführt ist, die eine in die Längsrichtung erstreckte Zyklonachse aufweist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkörper (76) den in die Längsrichtung (68) erstreckten Abschnitt (70) des Reaktionsraums (64) durchsetzt. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkörper (76) wenigstens ein das gasförmige Medium in dem in die Längsrichtung (68) erstreckten Abschnitt (70) um den Leitkörper (76) führendes wendeiförmiges Leitelement (95) aufweist. 7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (76) die Zyklonströmung (90) des gasförmigen Mediums in seinem Inneren in eine Längsströmung überführt.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Längsrichtung (68) erstreckte Abschnitt des Reaktionsraums (64) auf einer Seite mit einer den Leitkörper (76) an einem Festlager (126) aufnehmenden Plattenkörper (80) abgeschlossen ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkörper (76) zumindest abschnittsweise in der Längsrichtung (68), vorzugsweise an einem dem Plattenkörper (80) abgewandten Endabschnitt (82), zumindest axialbeweglich geführt ist.

10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (30) einen an dem Plattenkörper (80) festgelegten Rohrleitungskörper hat.

1 1 . Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (64) eine Vorkammer (66) aufweist, die den Brennraum (28) mit dem in die Längsrichtung (68) erstreckten Abschnitt (70) des Reaktionsraums (64) verbindet.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (64) in einem mit Isolationsmaterial (104) angefüllten Druckbehälter (32) angeordnet ist, das den Reaktionsraum (64) umgibt.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (64) eine Wand (106) hat, die wenigstens teilweise aus inei- nandergesteckten Rohrkörpersegmenten (108, 1 10, 1 12) besteht. 14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (106) des Reaktionsraums (64) gasdurchlässig ist.

15. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (106) des Reaktionsraums (64) in dem Druckbehälter (32) an ei- nem als Festlager für den Leitkörper (76) fungierenden Plattenkörper

(80) einseitig festgelegt ist.

16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenkörper (80) an einer Halteeinrichtung (92) aufgenommen ist, die den Plattenkörper (80) mit einen oder mehreren das Isolationsmaterial (104) durchsetzenden Abstützelementen mit einem Wandstück des Druckbehälters (32) verbindet.

17. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (32) aus mehreren Behältersegmenten (1 18, 120) zusammengefügt ist.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum in einem Flammrohr (52) ausgebildet ist, das eine dem Reaktionsraum zugewandte Mündungsöffnung hat.

19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr (52) in einem mit dem Zufuhrkanal kommunizierenden Rohrstückabschnitt (62) angeordnet ist und eine Vielzahl von Wan- dungsöffnungen (54) hat, durch die das gasförmige Medium aus dem Zufuhrkanal (42) in den Brennraum gelangen kann.

20. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (30) einen mit dem Zufuhrkanal (42) für das Zuführen von gasförmigem Medium in die Reaktionskammer (64) thermisch gekoppelten Abschnitt (43) für das Übertragen von Wärme hat.

21 . Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (30) eine Rohrleitung mit einem Kompensator (128, 138) für das Ausgleichen von thermischen Längenausdehnungen aufweist.

22. Energieerzeugungssystem (10) mit einer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 ausgebildeten Anlage (12) und einem an den Heißgaskanal (74) der Anlage (12) angeschlossenen Gasturbinenaggregat (14).

Energieerzeugungssystem (10), insbesondere Energieerzeugungssystem nach Anspruch 22, mit einer Anlage (12) für das Behandeln und/oder energetische Verwerten von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium, mit einem Brenner (44), der einen beheizbaren Brennraum aufweist, mit einem Zufuhrkanal (42) für das Zuführen von gasförmigem Medium in den Brennraum, mit einem von gasförmigem Medium durchströmbaren Reaktionsraum (64), der eine Eintrittsöffnung (67) hat, durch die das gasförmige Medium in den Reaktionsraum (64) einströmt, und der eine Austrittsöffnung (69) aufweist, durch die das gasförmige Medium aus dem Reaktionsraum (64) in einen Heißgaskanal (30) für das Abführen von behandeltem Abgas aus der Reaktionsraum (64) gelangt, und mit einem an den Heißgaskanal (74) der Anlage (12) angeschlossenen Gasturbinenaggregat (14) mit einem Turbinenkanal (38), dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgaskanal (30) eine Rohrleitung mit einem Gasturbinen- Anschlussstück (132) umfasst, das anlagenseitig in einem Festlager (126) gehalten ist und einen in den Turbinenkanal (38) ragenden Rohrkörper (154) aufweist, an dem ein den Rohrkörper (154) in einem Ab- schnitt umgebender Kompensator (138) festgelegt ist, der ein Formstück (156) hat, das für das gasdichte Verbinden von Heißgaskanal (30) und Turbinenkanal (38) formschlüssig an einem an dem Turbinenkanal (38) ausgebildeten Gegenformstück (158) anliegt. 24. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasturbinenaggregat (14) eine Gasturbine (42) umfasst, die mit einem der Anlage (10) brennbare Bestandteile enthaltendes gasförmiges Medium zuführenden Verdichter (44) bewegungsgekoppelt ist.

25. Verwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 oder eines Energieerzeugungssystems gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24 für das Behandeln und/oder thermische Verwerten von gasförmigem Medium, das flüchtige organische Bestandteile (VOC) enthält, insbesondere für das Behandeln und/oder thermische Verwerten der Abluft einer Lackieranlage oder für das Behandeln und/oder thermische Verwerten von Schwachgas, das auf einer Mülldeponie und/oder bei der Herstellung von Biogas oder bei einer Aufbereitung von fossilen Brennstoffen anfällt oder das als Grubengas zur Verfügung steht.

Verfahren für das Behandeln und/oder energetische Verwerten von brennbare Bestandteile enthaltendem gasförmigem Medium umfassend folgende Schritte: a. Zuführen eines brennbare Bestandteile enthaltenden gasförmigen Mediums über einen Zufuhrkanal (42) an einen Brenner (44), der einen beheizbaren Brennraum aufweist;

b. Umsetzen, insbesondere Verbrennen, eines des brennbare Bestandteile enthaltenden gasförmigen Mediums in dem Brenner (44) zu einem Reste gasförmigen Mediums enthaltenden Abgas; c. Zuführen und Einströmen des Abgases aus dem Brenner (44) in den Reaktionsraum (64) als Abgasstrom;

d. Führen des eingeströmten Abgasstroms durch den Reaktionsraum (64); und

e. Umsetzen, insbesondere Verbrennen, des eingeströmten Abgases innerhalb der Verweilzeit in dem Reaktionsraum (64) zu einem behandelten Abgas, wobei die Dispersion der Verweilzeit von Abgas in dem Reaktionsraum (64) weniger als 50%, insbesondere weniger als 30%, bevorzugt weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10% beträgt.

Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Brenner (44) zugeführte brennbare Bestandteile enthaltende Medium vor der Zuführung in einem Verdichter (20) komprimiert wird. Verfahren nach Anspruch 26 oder 75, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Brenner (44) über den Zufuhrkanal (42) zugeführte brennbare Bestandteile enthaltende gasförmige Medium über einen mit dem behandelten Abgas beheizten Wärmetauscher, insbesondere über einen Rekuperator (26) erwärmt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das behandelte Abgas über eine Gasturbine (18) entspannt wird, und die Gasturbine (18) einen Generator (22) und den Verdichter (20) antreibt.