CH675017A5 - Contaminated air cleaning plant - regulates combustion chamber of afterburner by thermometer connected to heat exchanger in which exhaust air from tentering frame is heated - Google Patents

Description

  
 



  Bei der Textilveredelung werden Stoffbahnen z.B. zum Thermofixieren in Spannrahmen auf etwa 180 DEG  erwärmt. Die Abluft solcher Spannrahmen wird mittels eines Gebläses abgesaugt und üblicherweise über einen Kamin ins Freie geleitet. Diese Abluft ist erheblich mit Kohlewasserstoffen, unter anderem Paraffinen, belastet und riecht übel. Ausserdem enthält sie wegen ihrer hohen Temperatur von etwa 140 DEG C erhebliche Energiemengen. Versuche, diese Energie in einem Wärmetauscher rückzugewinnen, sind bisher gescheitert, weil diese Wärmetauscher sehr rasch verschmutzen und kaum zu reinigen sind. 



  Zur Beseitigung von Schadstoffen in Abluft wird in den VDI-Richtlinien 2442 vom Juni 1987 vorgeschlagen, in einer Nachverbrennungsanlage die Abluft mittels eines Brenners auf etwa 750 DEG  bis 900 DEG C zu erhitzen und anschliessend mit einem Wärmetauscher wieder abzukühlen. Im Wärmetauscher wird dabei die zu reinigende Abluft im Gegenstrom erhitzt, damit der Brennstoffaufwand möglichst gering gehalten werden kann. Solche An lagen sind teuer und bringen ausser der Reduktion der Umweltbelastung keinen Nutzeffekt. Die im Gas noch enthaltene Abwärme ist selten sinnvoll wirtschaftlich nutzbar. 



  In Melliand Textilberichte 8/1985, Seiten 603 bis 604 wird von Peter ter Duis vorgeschlagen, einen Teil der Abluft eines Spannrahmens einem Dampfkessel als Verbrennungsluft zuzuführen. Dabei wird die Ansaugleitung des Brenners an den Abluftkamin des Spannrahmens angeschlossen. Bei der beschriebenen Anlage kann bei Vollast des Dampfkessels in gewissen Fällen die gesamte Abluft des Spannrahmens gereinigt werden. Gleichzeitig kann der Wirkungsgrad der Feuerungsanlage verbessert werden, weil ihr heisse Verbrennungsluft zugeführt wird. Bei Vollast des Kessels wird über den Kamin zusätzlich Frischluft angesaugt, bei reduzierter Last entweicht hingegen der überschüssige Teil der Spannrahmenabluft über den Kamin ins Freie.

  Ein erheblicher Nachteil dieser Anlage ist demzufolge, dass bei Teillastbetrieb des Kessels nur ein Bruchteil der Spannrahmenabluft gereinigt werden kann und die Umweltbelastung somit in erheblichem Ausmass weiter besteht. 



  Ähnliche Probleme bestehen beim Betrieb einer Senge, wobei hier die Geruchsprobleme verschärft sind, die Abluft aber weniger feucht ist, und deshalb weniger Wärmeinhalt hat. Die Abluft einer Senge enthält mehr Feststoffanteile als jene eines Spannrahmens. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Reinigung von Abluft zu schaffen, mit welcher die Abluft möglichst vollständig gereinigt und ihr Wärmeinhalt möglichst zurückgewonnen werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäss Anspruch 1 gelöst. 



  Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt: 
 
   Fig. 1 ein Schema einer erfindungsgemässen Abluftreinigungsanlage, und 
   Fig. 2 ein Schema einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 
 



  Die in Fig. 1 dargestellte Anlage umfasst einen Spannrahmen 1, eine thermische Nachverbrennungseinrichtung 2 und einen Dampfkessel 3. Die Nachverbrennungseinrichtung 2 wird zweckmässig im Kesselhaus benachbart dem Dampfkessel 3 aufgestellt. 



  Im Spannrahmen 1 wird eine durchlaufende Textilbahn 10 veredelt. Die etwa 140 DEG C heisse Abluft des Spannrahmens 1 wird über einen Abluftstutzen 11 von einem Abluftgebläse 12 angesaugt und über eine thermisch isolierte Leitung 13 und eine Klappe 14 zu einem weiteren Gebläse 15 gefördert. Zwischen Gebläse 12 und Klappe 14 zweigt ein ins Freie führender Ausgleichskamin 16 ab. Im Kamin 16 ist ein Fühler 17 angebracht, der die Strömungsrichtung und den Durchfluss im Kamin 16 feststellt. Der Fühler 17 kann z.B. ein Temperaturfühler sein, dessen  Sollwert auf eine Temperatur etwa 5 DEG C über der Aussentemperatur eingestellt ist. Er steuert über eine stromabwärts des Gebläses 15 angeordnete Klappe 18 die Durchflussleistung des Gebläses 15 derart, dass durch den Kamin 16 ständig eine geringe Menge Frischluft einströmt und aus ihm daher keine Schadstoffe entweichen.

  Statt durch einen einzelnen Temperaturfühler 17 kann der Strömungszustand im Kamin 16 auch durch zwei stromaufwärts und stromabwärts des Kamins 16 im Rohr 13 angeordnete Temperaturfühler 17 min  gemessen werden, die über einen Differenzverstärker 17 min  min  die Klappe 18 betätigen. Die Temperaturdifferenz über den Kaminanschluss wird dann z.B. auf 5 DEG C eingestellt. Die Fühler 17, 17 min  können auch auf die Drehzahl des Gebläses 15 wirken. Stromabwärts der Klappe 18 ist die Leitung 13 an einen Eingangsstutzen 21 der Nachverbrennungseinrichtung 2 angeschlossen. Die Klappe 14 verbindet in der ausgezogen dargestellten Normalstellung die Leitung 13 mit dem Gebläse 15. Zum Anfahren der Nachverbrennungseinrichtung 2 wird die Klappe 14 in die gestrichelt dargestellte Lage umgestellt, in welcher die Leitung 13 gesperrt ist und das Gebläse 15 Frischluft über einen Ansaugstutzen 19 ansaugt.

  Dadurch wird die Kondensation von Schadstoffen in der noch kalten Nachverbrennungseinrichtung vermieden. 



  Die Nachverbrennungseinrichtung 2 besteht aus einer Brennkammer 22 und einem Gas-Gas-Wärmetauscher 23. Die am Stutzen 21 anfallende Abluft wird über den Wärmetauscher 23 erhitzt und dem Flächenbrenner 24 der Brennkammer 22 als Verbrennungs luft zugeführt. Der Brenner 24 ist für sehr hohen Luftüberschuss ausgelegt. Ihm wird Erdgas als Brennstoff über eine Leitung 25 zugeführt. Ein Ventil 26 regelt die Brennstoffzufuhr in Funktion der durch einen Temperaturfühler 27 gemessenen Reingastemperatur, die vorzugsweise auf etwa 750 DEG C eingestellt ist. Bei dieser Temperatur verbrennen alle bekannten organischen Schadstoffe der Spannrahmenabluft zu unbedenklichen Verbrennungsprodukten wie Wasser und CO2. Zur Regelung des Ventils 26 ist ein Proportionalregler 28 vorgesehen, dessen Ausgangssignal einen Stellmotor 29 für das Ventil 26 betätigt. 



  Der Ausgang 33 der Brennkammer 22 führt über den Wärmetauscher 23 zum Reingasanschluss 34 der Nachverbrennungseinrichtung 2. 



  Im Wärmetauscher 23 wird die Abluft des Spannrahmens 1 im Gegenstrom zum Reingas aus der Brennkammer 22 erhitzt und das Reingas abgekühlt. Zwischen dem Ausgang 33 und dem Reingasanschluss 34 ist über dem Wärmetauscher 23 ein Bypass 35 geschaltet. In diesem ist eine Regelklappe 36 angeordnet. Mit der Stellung der Klappe 36 lässt sich die Temperatur am Reingasanschluss 34 regeln. Wenn die Klappe 36 voll offen ist und daher der Strömungswiderstand über den Bypass 35 geringer ist als durch die Leitung 37 durch den Wärmetauscher 23, dann ist die Temperatur des Reingases am Stutzen 34 annähernd gleich der geregelten Brennkammertemperatur von 750 DEG C.

   Wenn hingegen die Klappe 36 geschlossen ist, so wird das am Ausgang 33 anfallende Reingas von 750 DEG C über den Wäremtauscher 23 abgekühlt auf etwa 340 DEG C. Über die Stellung der Klappe 36 ist also die Temperatur des am Reingasanschluss 34 anfallenden Reingases regelbar. 



  Der Dampfkessel 3 ist ein Drei-Zug-Dampfkessel mit einem Flammrohr 41, einem zweiten Zug 42 und einem dritten Zug 43. Der Rauchgasaustritt 44 des Kessels 3 ist mit einem Sauggebläse 45 verbunden, das im Betrieb im Flammrohr 41 einen Unterdruck erzeugt. Das Rauchgas wird stromabwärts des Gebläses 45 durch einen Wärmetauscher 46 gekühlt. Im Wärmetauscher 46 kann z.B. Brauchwasser und/oder Kesselspeisewasser erwärmt werden. Nach dem Wärmetauscher 46 gelangt das Rauchgas in einen Kamin 47. 



  Der Kessel 3 hat einen Brenner 50. Dem Brenner 50 wird der Brennstoff, z.B. Erdgas, über ein Regelventil 51 zugeleitet. Die Verbrennungsluft gelangt über einen Ansaugstutzen 52, ein Brennergebläse 53 und eine Regelklappe 54 zum Brenner 50. Die Klappe 54 und das Ventil 51 werden durch einen gemeinsamen Stellmotor 55 so betätigt, dass der Brenner 50 über seinen ganzen Lastbereich mit nur geringem Luftüberschuss von z.B.  lambda  = 1,1 bis 1,2 arbeitet. 



  Die Anlage wird durch einen P-Regler 60 geregelt, der als Eingangssignal den Ausgang eines Messwertgebers 61 für den Druck oder die Temperatur des aus dem Kessel 3 abgegebenen Dampfes hat. Der eine Ausgang 62 des Reglers 60 ist über einen Stellmotor 63 mit der Klappe 36 verbunden. Ein zweiter Ausgang 64 steuert über ein Begrenzungsglied 65 den Stellmotor 55. 



  Im Unterschied zu allen bekannten Kesseln hat der Kessel 3 einen Zufuhranschluss 69 beim Eingang des zweiten Zuges 42, also stromabwärts des Flammrohres 41 beim stromaufwärtigen Ende der Konvektionsheizflächen, welche durch die Züge 42, 43 gebildet sind. Der Reingasanschluss 34 der Nachverbrennungseinrichtung 2 ist über eine Leitung 70 und eine Klappe 68 mit dem Zufuhranschluss 69 des Kessels 3 verbunden. Die Klappe 68 verbindet in der ausgezogen dargestellten Normalstellung den Reingasanschluss 34 mit dem Zufuhranschluss 69. In der gestrichelt dargestellten Lage wird dagegen das aus dem Rein gasanschluss 34 austretende Reingas in einen Kamin 71 geleitet. 



  Die Klappe 68 kann z.B. über einen Grenzschalter für den Dampfdruck des Kessels 3 gesteuert sein. Zusätzlich kann sie manuell betätigt werden, um die Nachverbrennungseinrichtung 2 und den Kessel 3 unabhängig voneinander betreiben zu können. 



  Im Betrieb arbeitet die dargestellte Anlage wie folgt: Die vom Spannrahmen 1 durch das Gebläse 12 angesaugte Abluft mit einem Durchsatz von etwa 10<4> kg/h und einer Temperatur von etwa 140 DEG C wird über die thermisch isolierte Leitung 13 der Nachverbrennungseinrichtung 2 zugeführt. Im Wärmetauscher 23 wird die Abluft je nach Stellung der Klappe 36 auf etwa 150 DEG C bis 530 DEG C erhitzt. In der Brennkammer 22 wird die Abluft unabhängig von deren Temperatur am Eintritt auf 750 DEG C erhitzt. Der über den Wärmetauscher 23 fliessende Anteil des aus dem Ausgang 33 strömenden Reingases wird im Wärmetauscher 23 auf etwa 340 DEG C abgekühlt. Je nach Stellung der Klappe 36 schwankt die Temperatur des Reingases in der Leitung 70 zwischen 340 DEG C und etwa 650 DEG C. Der Kessel 3 ist z.B. für eine Vollast von 10<4> kg/h Dampf von 10 bar und 183 DEG C ausgelegt.

  Im Normalbetrieb wird aber in Texilfabriken sehr viel weniger Dampf benötigt, z.B. eine zwischen etwa 0,5 und 2.10<3> kg/h schwankende Dampfmenge. Für diesen Teillastbereich des Kessels 3 reicht die von der Nachverbrennungseinrichtung 2 anfallende Abwärme aus. Durch den Regler 60 und die Klappe 36 im Bypass 35 wird die Temperatur des am Anschluss 69 des Kessels 3 anfallenden Reingases in Funktion der Kessellast geregelt. Bei tiefer Kessel last ist die Klappe 36 geschlossen, so dass alles Reingas über den Wärmetauscher 23 strömt und damit die Spannrahmenabluft maximal vorgewärmt wird. Damit sinkt der Brennstoffbedarf des Brenners 24. Zur Erwärmung der Abluft auf 750 DEG C trägt auch die Verbrennung der in der Abluft enthaltenen organischen Schadstoffe bei. Bei einer Dampfentnahme von 2 x 10<3> kg/h ist dagegen die Klappe 36 voll geöffnet.

  Der Reingasdurchfluss durch den Wärmetauscher 23 ist sehr gering. Dementsprechend wird die Spannrahmenabluft nur minim vorgewärmt, und das Brennstoffventil 26 ist entsprechend stärker geöffnet. Im tiefen Teillastbereich ist daher die geregelte Wärmequelle des Kessels 3 der Brenner 24. Der Brenner 50 ist in diesem Teillastbereich ausser Betrieb. Erst wenn ein am Begrenzungsglied 65 eingestellter Grenzwert des Dampfdrucks unterschritten wird, schaltet zusätzlich der Brenner 50 zu. Weil der Brenner 50 im tiefen Teillastbereich ausser Betrieb ist, sorgt das Sauggebläse 45 für einen geringen Unterdruck im Flammrohr 41, damit in diesen tiefen Teillastbereich kein Gas über Undichtigkeiten des Brenners 50 und der Klappe 54 austritt. 



  Die dargestellte Anlage kombiniert eine thermische Verbrennung der Schadstoffe der Spannrahmenabluft mit einer optimalen Wärmerückgewinnung. Wenn im Wärmetauscher 46 das Rauchgas unter den Taupunkt abgekühlt wird, kann nicht nur die fühlbare Wärme der Spannrahmenabluft rückgewonnen werden, sondern es wird ausserdem erreicht, dass der obere Heizwert des Brennstoffs und der Schadstoffe der Spannrahmenabluft ausgenützt und die  latente Abwärme der Abluft rückgewonnen wird. Da die Spannrahmenabluft meist einen hohen Wasserdampfgehalt hat, kann damit erheblich Energie rückgewonnen und Brennstoff eingespart werden. 



  Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind gleiche Teilen mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich hier eine detaillierte Beschreibung dieser Teile erübrigt. Die Ausführungsform nach Fig. 2 eignet sich für Anwendungen, in welchen der Kessel 3 eine höhere Grundlast hat, wenn also bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Klappe 36 meist voll geöffnet wäre und die Lastregelung des Kessels über dem Brenner 50 erfolgen würde. In diesem Fall kann der Wärmetauscher 23 sowie der Bypass 35 und die Klappe 36 weggelassen und deshalb die Anlage preiswerter ausgeführt werden. Diese Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Bei einem Durchsatz von z.B 8000 kg/h Spannrahmenabluft, die in der Brennkammer 22 auf 750 DEG C erhitzt wird, ergibt sich dabei eine Kesselgrundlast von etwa 1800 kg/h Dampf von 10 bar und 183 DEG C. 



   Je nach Schadstofffracht kann es auch möglich sein, die Brennkammer 22 mit einer tieferen Temperatur, z.B. 400 DEG C zu betreiben und dafür in der Leitung 37 einen Katalysator 77 einzubauen, der in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist. In diesem Fall ist die minimale Last des Kessels 3 tiefer und beträgt bei den vorherigen Annahmen etwa 640 kg/h Dampf. 



  Es ist auch möglich, den Ansaugstutzen 52 des Brennergebläses 53 über eine weitere, ebenfalls gestrichelt dargestellte Leitung 76 mit der Abluftleitung 13 stromaufwärts des Gebläses 15 zu verbinden. Diese Lösung verbessert den Wirkungsgrad des Kessels 3, weil ihm warme Verbrennungsluft zugeführt wird. Sie ist insbesondere dann zweckmässig, wenn die Rauchgaskanalquerschnitte im zweiten und dritten Zug 42, 43 beschränkt sind, so dass bei Vollast des Kessels 3 über den Anschluss 69 nur wenig zusätzliches Reingas zugeführt werden kann. 



   Die Erfindung wurde anhand des Beispiels der Reinigung der Abluft eines Spannrahmens erläutert. Die Erfindung ist jedoch auch zur Reinigung von mit Schadstoffen belasteter Abluft aus anderen Quellen geeignet, falls in der gleichen oder einer benachbarten Firma gleichzeitig mit dem Betrieb der Abluftquelle ein ständiger Wärmebedarf zu decken ist. Der Kessel 3 kann auch als Wasserrohrkessel, Heisswasserkessel oder Wärmeträgerlökessel ausgebildet sein. 

Claims (10)

1. Abluftreinigungsanlage umfassend eine thermische Nachverbrennungseinrichtung (2) mit einem Eingangsanschluss (21) zur Zufuhr der zu reinigenden Abluft, einer Brennkammer (22) enthaltend einen ersten Brenner (24) zur Erhitzung der Abluft auf eine vorgegebene Temperatur und mit einem Ausgang (33) zur Abfuhr des Reingases, einen Kessel (3) mit einem Verbrennungsluftgebläse (53), einem zweiten Brenner (50), einem Rauchgasweg bestehend aus einem Brennraum (41) und Konvektionsheizflächen (42, 43) und mit einem Zufuhranschluss (69) in den Rauchgasweg stromabwärts des Brennraumes (41), wobei der Zufuhranschluss (69) über eine Leitung (37) mit dem Ausgang (33) der Nachverbrennungseinrichtung (2) verbunden ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, wobei der Zufuhranschluss (69) stromaufwärts der Konvektionsheizflächen (42, 43) angeordnet ist.

3.

Anlage nach Anspruch 2, wobei am Rauchgasaustritt (44) des Kessels (3) ein Sauggebläse (45) angeordnet ist, das im Betrieb im Brennraum (41) einen Unterdurck erzeugt.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einer Leitung (37, 70) zwischen dem Ausgang (33) der Brennkammer (22) und dem Zufuhranschluss (69) ein Wärmetauscher (23) angeordnet ist zum Erhitzen der zu reinigenden Abluft im Gegenstrom zum Reingas.

5. Anlage nach Anspruch 4, wobei in der Leitung (37, 70) für das Reingas ein Bypass (35) über den Wärmetauscher (23) angeordnet ist mit einer regelbaren Drossel (36), die durch einen Regeler (60) betätigt ist, der mit einem Messwertgeber (61) für eine Zustandsgrösse des mit dem Kessel (3) erhitzten Wärmeträgermediums verbunden ist.

6.

Anlage nach Anspruch 5, wobei der Regeler (60) zusätzlich über einen Stellmotor (55) mit einem Brennstoffregelventil (51) des zweiten Brenners (50) verbunden ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in der Leitung (37) zwischen dem Ausgang (33) der Brennkammer (22) und dem Zufuhranschluss (69) ein Katalysator (75) angeordnet ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Eingangsanschluss (21) über ein thermisch isoliertes Rohr (13) mit einem Abluftgebläse (12) eines Spannrahmens (1) oder einer Senge verbunden ist.

9.

Anlage nach Anspruch 8, wobei vom Rohr (13) ein zum Rohr (13) ständig offener Ausgleichskamin (16) abzweigt, stromabwärts des Ausgleichskamins (16) ein weiteres Gebläse (15) angeordnet ist, und wobei die Durchflussleistung des weiteren Gebläses (15) durch ein Messelement (17) gesteuert ist, welches den Strömungszustand im Ausgleichskamin (16) misst.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Kessel (3) als Drei-Zug-Kessel mit einem Flammrohr (41), einem zweiten Zug (42) und einem dritten Zug (43) ausgebildet ist, und wobei der Zufuhranschluss (69) am stromaufwärtigen Ende des zweiten Zuges (42) angeordnet ist.