DE2254848B2 - Anordnung zur thermischen nachverbrennung - Google Patents

Description

Th⁰Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der^gasstrom aufgeteilt und teilweise dem zweiten Warmeauscher und teilweise dem .m UmIu !kreislauf liegenden ersten Wärmetauscher zugeführt wird.

12 Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinander geschalteten Einzelwärmetauscher (60, 61 mit Hilfe vom Bypass-Anordnungen (67, 71) e.nzeln oder gemeinsam einschaltbar oder umgehbar sind.

13. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Nachverbrennungsanlage und der Umluftte.l thermisch voneinander getrennt, jedoch zu e.ner geometrischen und konstruktiven Einheit zusammengefaßt sind und daß die Abluft zumindest den die Nachverbrennungsanlage enthaltenden Teil dieser Einheit umströmt.

14 Anordnung nach einem der vorherigen Anspiüche. dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Abgases nach Verlassen der Brennkammeranordnuni (29) und des ersten Wärmetauschers (35) nach außen abgeführt wird.

15 Anordnung nach e.nem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß em dritter Wärmetauscher (38) vorgesehen ist, dessen einer Teil von dem nach außen abgeführten Abgasstrom und dessen anderer Teil von Frischluft für den Umluftkreislauf durchsetzt wird.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur thermischen Nachverbrennung von oxydierbaren Fremdkornern Flüssigkeitsteilchen oder Gasen, die in der Abluft industrieller Arbeitsanlagen enthalten sind, mit einen, teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der Arbeitsanlage verlaufenden Umluftkreislauf, in dem ah Arbeitsmedium für die Arbeitsanlage dienende heiße Luft unter Einschaltung eines Gebläses als Umlufi geführt ist mit einer Nachverbrennungsanlage, der eir Teil der Umluft als die zu oxydierenden Bestandteile enthaltende Abluft zugeführt wird und in der diese untei Zuführung von Energie verbrannt wird, mit mindesten! einem ersten Wärmetauscher im Umluftkreislauf, ir dem die Umluft durch mittels der Nachverbrennung erzeugte Wärme aufgeheizt wird, und mit einen weiteren Gebläse für den Abluftstrom, der in Stro mungsrichtung gesehen vor dem die Umluft förderndei Gebläse dem Umluftkreislauf entnommen wird.

Bei Anordnungen anderer Bauart ist es zunächs bekannt, nur einen einzigen Hauptluftstrom vorzuseher der wahlweise durch eine katalytisch arbeitend. Brennkammer und eine thermisch arbeitende Brenn kammer hindurch geführt wird. Die der Anlag entnommene Luft wird unmittelbar durch den Scliorn stein abgeführt. Wärmetauscher gibt es nicht.

Diese Anlage hat aufgrund ihres Aufbaus eine seh schlechte Energieausnutzung und eine äußerst ungent gende Regelbarkeit für die Temperatur und die Meng des Hauptluftstromes

Dieselben Nachteile gelten für weitere bekannt

Anordnungen, bei denen die Umluft, ausgehend von einer Lacktrocknungskammer, durch zwei Gebläse abgesaugt wird, wobei das Abzweigen der Abluft erst hinter diesen Gebläsen erfolgt. Die Abluft wird ohne jede Vorheizung in die Brennkammer geleitet.

Demgegenüber ist es bei einer Anordnung der eingangs genannten Art bekannt, aen Luftstrom in einen Umluftkreislauf und einen Abluftkreislauf aufzuteilen; hierbei wird allerdings das Abgas durch den eigentlichen Trocknungsraum geleitet, bevor es in den Schornstein gelangt. Die Ausnutzung der in der eigentlichen Brennkammer vorhandenen Wärmeenergie erfolgt in der Form, daß diese Wärmeenergie innerhalb eines zur Beheizung der Umluft dienenden Wärmetauschers auf die Umluft übertragen wird.

Zunächst isi es nachteilig, die Abgase selbst wieder in 4en die eigentliche Arbeitsluft enthaltenden Kreislauf einzuführen. Nachteilig ist es ferner, daß auch bei dieser Anordnung die Abluft mit verhältnismäßig niedriger Temperatur in die Brennkammeranordnung eintritt und ao sich dadurch der Energieverbrauch der Brennkammer entsprechend erhöht. Weitere Nachteile bestehen auch in bezug auf diese bekannte Anordnung insoweit, als keine ausreichenden Regelungsmöglichkeiten für ein voneinander weitgehend unabhängiges Vorgeben von Druck und Temperatur im Umluftkreislauf einerseits und im Abluftkreislauf andererseits vorhanden sind.

Hiervon ausgehend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der letztgenann'en Art dahingehend zu verbessern, daß sich Druck und Temperatur in den Kreisläufen weitgehend unabhängig voneinander vorgeben lassen und daß bei möglichst wirtschaftlichem Betrieb der Anlage gleichzeitig die optimale Brenntemperatur möglichst konstant eingehalten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Brennkammer der Nachverbrennungsanlage entweder von der Umluft oder von der Abluft unmittelbar umströmt wird und daß ein zweiter Wärmetauscher vorgesehen ist, den die Abluft vor Erreichen der Brennkammeranoirdnung durchsetzt und der durch aus der Brennkammeranordnung austretende Abgase beheizbar ist.

Die Erfindung ist von der Erkenntnis ausgegangen, daß der eine optimale Verbrennung gewährleistende Temperaturbereich verhältnismäßig eng ist und daß dieser Bereich nach unten durch die zur vollständigen Reinigung der Abluft erforderliche Mindesttemperatur und nach oben durch eine maximale Temperatur begrenzt ist, die durch die maximale thermische Beanspruchung des Materials der Brennkammeranordnung gegeben ist. Die Erfindung hat ferner erkannt, daß sich das Einhalten dieses Temperaturbereiches am besten erreichen läßt, wenn die genannten Druck- und Temperaturwerte in den Kreisläufen unabhängig voneinander vorgegeben werden. Dies wird aufgrund der vorgeschlagenen Ausbildung der Anordnung ermöglicht. Es läßt sich eine sehr gute Temperaturkonstanz erreichen. Ein nächster durch die Erfindung geschaffener Vorteil beruht auf dem Umströmen der ^o Brennkammer mit Abluft oder mit Umluft, denn hierdurch wird nicht nur eine entsprechende Aufheizung der Luftströmungen bewirkt, sondern gleichzeitig auch eine Kühlung der Brennkammer, was sich sehr günstig auf die thermische Belastung des Materials derselben auswirkt.

Es ist auch vorteilhaft, daß die Nachverbrennungsanlage im Bedarfsfall so eingestellt werden kann, daß der Umluftkreislauf keine weitere Wärmezufuhr mehr erhält. Dies kann z. B. zweckmäßig sein, wenn die Arbeitsanlage eine Lacktrocknungsanlage ist und der kontinuierliche Transport der zu trockne-idcn Objekte durch irgendeine Störung unterbrochen wird.

Nachfolgend werden einige vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben, von denen eine darin besteht, daß der die Brennkammeranordnung verlassende Abgasstrom bis zum Austritt in die freie Atmosphäre getrennt vom Umluftstrom geführt ist. Günstig ist es ferner, wenn immer nur ein Teil der Umluft der Brennkammeranordnung zugeführt wird.

Die genannte Regelbarkeit der Druck- und Temperaturwerte wird weiter verbessert, wenn der zum Vorheizen der Abluft dienende zweite Wärmetauscher mittels eines Bypass teilweise umgehbar ist. Zur Erreichung desselben Zwecks kann es weiterhin günstig sein, wenn der von dem Abgas durchströmte Teil des ersten Wärmetauschers ebenfalls mittels eines Bypass umgehbar ist.

Bei einer Ausführung der Anordnung, bei der die Umluft die Brennkammer umspült, ist es vorteilhaft, wenn der erste Wärmetauscher in Strömungsrichtung gesehen hinter der Brennkammer in den Umluftkreislauf eingeschaltet ist.

Eine Verbesserung der Wärmeausnutzung läßt sich auch dadurch erreichen, daß die Abgase nach Durchströmen des zweiten Wärmetauschers eine in der Arbeitsanlage angeordnete an sich bekannte Strahleranordnung durchströmen. Auch diese kann zwecks Beeinflussung der abgegebenen Wärmemenge mittels eines Bypass umgehbar sein.

Was eine günstige konstruktive Ausführungsform der Anordnung betrifft, wird hierzu vorgeschlagen, daß der erste und/oder zweite Wärmetauscher in mehrere hintereinander geschaltete Einzelwärmetauscher unterteilt ist. Auch können die Brennkammer und der zweite Wärmetauscher innerhalb eines thermisch isolierten Gehäuses angeordnet sein, wobei in diesem Gehäuse Spalte vorgesehen sind, durch die die Abluft hindurchströmt und dabei die Brennkammer und den zweiten Wärmetauscher umströmt.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann der Abgasstrom aufgeteilt und teilweise dem zweiten Wärmetauscher und teilweise dem im Umluftkreislauf liegenden ersten Wärmetauscher zugeführt werden.

Im übrigen ist es auch denkbar, daß die hintereinandei geschalteten Einzelwärmetauscher mit Hilfe von By pass-Anordnungen einzeln oder gemeinsam einschalt bar oder umgehbar sind.

Weitere Möglichkeiten zur Beeinflussung der Druck und Temperaturwerte können darin bestehen, daß eir Teil des Abgases nach Verlassen der Brennkammeran Ordnung und des ersten Wärmetauschers nach außer abgeführt wird oder daß ein dritter Wärmetausche vorgesehen ist, dessen einer Teil von dem nach außei abgeführten Abgasstrom und dessen anderer Teil voi Frischluft für den Umluftkreislauf durchsetzt wird.

Eine besonders kompakte Bauform der Anordnunj läßt sich erreichen, wenn die Nachverbrennungsanlag' und der Umluftteil thermisch voneinander getrenn jedoch zu einer geometrischen und konstruktive Einheit zusammengefaßt sind und wenn die AbIuI zumindest den die Nachverbrennungsanlage enthalten den Teil dieser Einheit umströmt.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele de Erfindung an Hand einer Zeichnung näher beschrieben

Die Fig. I bis 4 zeigen jeweils in schematischer Darstellung unterschiedliche Ausführungsfornien der Anordnung.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel hat eine Brennkammeranordnung 26 einen Brenner 27, der über eine Zuführungsleitung 28 mit Energie versorgt wird und innerhalb einer eigentlichen Brennkammer 29 angeordnet ist.

Von der durch eine Arbeitsanlage 30 geführien Luft wird ein Teil in einen Abluftkreislauf 31 gesaugt, und zwar durch ein Gebläse 32. In einen geschlossenen Umluftkreislauf 33 ist ein erster Wärmetauscher 35 eingeschaltet. Zur Vorheizung der Abluft dient ein in den Abluftkreislauf 31 eingeschalteter zweiter Wärmetauscher 34. Die aus der Brennkammer 29 austretenden Abgase gelangen über Leitungen 36c und 36/" zu dem ersten Wärmetauscher 35, in dem die in den Abgasen noch enthaltene Wärmeenergie jetzt auf die Umluft übertragen wird. Anschließend werden die Abgase über eine Leitung 36g einem dritten Wärmetauscher 38 zugeführt, bevor sie durch einen Schornstein 37 in die freie Atmosphäre gelangen. Im Wärmetauscher 38 wärmen die Abgase die der Anordnung über eine Leitung 36/ zugeführte und durch ein Gebläse 39 angesaugte Frischluft vor.

Die Abluft wird vom zweiten Wärmetauscher 34 aus. in dem sie auf optimale Verbrennungstemperatur vorgewärmt wird, über Leitungen 36c und 36d der Brennkammer 29 zugeleitet.

In der Brennkammer 29 werden die in der Abluft enthaltenen oxydierbaren Fremdkörper, Flüssigkeitsteiiehen oder Gase verbrannt, so daß die so entstehenden Abgase von oxydierbaren Bestandteilen frei sind.

Innerhalb des Umluftkreislaufes 33 wird die Umluft mittels eines Gebläses 40 im Umlauf gehalten. Die gewünschte Umlufttemperatur wird jedoch nicht nur durch die im ersten Wärmetauscher 35 stattfindende Energiezufuhr bewirkt, sondern auch dadurch, daß die Umluft die Brennkammer 29 direkt umströmt was in F i g. 2 nur symbolisch dargestellt ist.

Über das Gebläse 32 kann bewirkt werden, daß in der Arbeitsanlage 30 ein Unterdruck erzeugt wird, der die dort vorhandene Luftströmung unterstützt. Gleichzeitig dient das Gebläse 32 dazu, den Druckverlust in der Brennkammeranordnung 26 und dem zweiten Wärmetauscher 34 zu überwinden. Zur Regulierung des Abluftstromes ist ein Bypass 41 vorgesehen mit dem der zweite Wärmetauscher 34 in dem jeweils gewünschten Maß überbrückt werden kann.

Ein zweiter Bypass 42 ermöglicht die Regelung der an die Umluft im ersten Wärmetauscher 35 abgegebenen Wärmemenge, indem gegebenenfalls ein Teil der Abluft unmittelbar von der Leitung 36/ in den Schornstein 37 geführt werden kann. Die hier beschriebenen Steuerungs- und Reg^Iungstnöglichkeiten erlauben ein gutes Konstanthalten der Brennkammertemperatur auf dem optimalen Wert und gleichzeitig eine gute Konstanz der Umlufttemperatur.

So kann die Anordnung z. B. so betrieben werden, daß den Abgasen im zweiten Wärmetauscher 34 dadurch wenig oder keine Energie entzogen wird, daß die Abluft durch den Bypass 41 unmittelbar zum Brenner 27 gelangt. Die den ersten Wärmetauscher 35 erreichenden Abgase enthalten dann entsprechend mehr Wärme energie, so daß die Umluft stärker aufgeheizt werden kann. Allerdings muß dann dem Brenner 27 mehr Energie zugeführt werden, da die Abgase nicht auf die optimale Verbrennungstemperatur vorgeheizt sind.

Wenn demgegenüber bei geschlossenem Bypass 41 die Abluft voll durch den Wärmetauscher 34 strömt. enthalten die Abgase wesentlich weniger [energie, wenn sie den ersten Wärmelauscher 35 erreichen. Der Umluft wird dann weniger Wärme zugeführt. Der Wärmetauscher 34 muß also so ausgelegt sein, daß bei voller Beaufschlagung und geschlossenem Bypass 41 diejenige Energiemenge, die innerhalb der Brennkammer 29 durch Verbrennung freigesetzt wird, gerade der

ίο Mindestleistung entspricht, die die Umluft zum Einhalten der gewünschten Brennkammertemperatur und damit bei ständiger optimaler Verbrennung eine Beeinflussung der Umlufttemperatur in einem großen Bereich ermöglicht.

Man wird ferner bestrebt sein, im bereich der Brennkammeranordnung 26 möglichst wenig Energie zu verlieren, was durch eine Isolation /. B. aus keramischer Masse erreicht werden kanr. Eine Warme abgabe soll nur an die die Brennkammer 29 unmittelbar

zo umströmende Umluft erfolgen. Vorteilhaft ist es hierbei. daß die thermische Isolation nur einem verhältnismäßig geringen Temperaturgefälle ausgesetzt- ist, daß der Temperaturdifferenz zwischen der Unluft und der äußeren Umgebung entspricht und z. ß. nur 200^C C beträgt, während die Temperaturdifferenr. zwischen der Wandung der Brennkammer 29 und der äußeren Umgebungsluft im Bereich von 750 bis 800^C liegt.

Außerdem ist es zweckmäßig, den ersten Wärmetauscher 35 so auszubilden, daß er sehr schnell und auf geringe Temperaturdifferenzen reagiert Hierzu sollte er eine möglichst geringe Masse besitzen und auch Turbulenzelemente aufweisen, durch die der Kontakt zwischen der Strömung und den wärmetauschenden Flächen intensiviert wird. Entsprechendes gilt auch für den zweiten Wärmetauscher 34.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiei nach F1 g. i nur darin. daß durch das Gebläse 39 angesaugte Frischluft nach dem Verlassen des Wärmetauschers 38 über eine Leitung 57 und eine Leitung 58 direkt und auf kurzem Weg in den Umluftkreislauf 33 eingegeben wird. Dies kann z. B. dann zweckmäßig sein, wenn bei einer Lacktrocknungsanlage ein Mindestsaucrstoffgehalt garantiert werden muß und günstigere Möglichkeiten für

eine Sauerstoffzufuhr sonst nicht vorhanden sind.

Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform der Anordnung ist in ähnlicher Weise aufgebaut und hat eine Brennkammeranordnung 45. Die im Umluftkreislauf 46 strömende Umluft wird durch einen ersten Wärmetauscher 47 auf die gewünschte Temperatur gebracht. Das Vorheizen der Abluft vor dem Eintritt in die Brennkammeranordnung 45 erfolgt mittels eines zweiten Wärmetauschers 48, dem die Abluft durch den Abluftkreislauf 49 zugeführt wird. Mittels eines Bypass

48a kann der Wärmeentzug der den Wärmetauscher 48 durchsetzenden, von der Brennkammeranordnung 45 kommenden Abgase vorgegeben werden, die über eine Leitung 50 einer Strahleranordnung 49a zugeführt werden. Letztere ist innerhalb der Arbeitsanlage

angeordnet; der sie durchsetzende Abgasstrom kann über eine Leiitung 54 durch einen weiteren Bypass 53 reguliert werden. Die Abgase werden dann über Leitungen 51 und 52 dem ersten Wärmetauscher 47 zugeführt, in dem sie ihre Wärme an die Umluft abgeben, bevor sie in den Schornstein 56 gelangen. Diese Wärmeabgabe kann durch einen dem Wärmetauscher 47 parallel geschalteten Bypass 55 beeinflußt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach I-ι g. 4 ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach F i g. J derjenige Teil der Anordnung geändert, der zu dem Bereich des zweiten Wärmetauschers gehört. Dieser besteht aus zwei Einzelwärmetauschern 60 und 61. die sowohl in > Richtung des von der Arbeitsanlage 6Ϊ durch die Leitung 64 kommenden Abluftstromes als auch in Richtung des von der Brennkammeranordnung 65 in der Leitung 66 kommenden Abgasstromes in Reihe hintereinander geschaltet sind, wobei diese Hinicrcinandersehaltungen nach dem Gegenstromprinzip vorgenommen sind. Mit Hilfe eines Bypass 67 ist der im Abgasstrom liegende Teil des Ein/.elwärmetauschers 60 teilweise umgehbar. Im übrigen ist der den Einzelwärmetauscher 60 durchsetzende Teil des Abgasstromes

durch die l.eiiungen W! und 69 bis zu der Leitung 70 geführt, in die auch die Ausgangsseite des Bypass 67 miindet. Wenn der Bypass 71 geschlossen ist. wird die über die Leitung 64 kommende Abluft vollständig über die jeweiligen Teile der Einzelwärinctauscher 60 und 61 {.'i'lührt. bevor der Eintritt in die Brennkammeranordp.iuig 45 erfolgt. Bei Öffnung des Bypass 41 kann aber cm entsprechender Teil der Abluft auch unmittelbar in die Brennkammeranordnung 4'5 gelangen.

Es kann also z. B. ein Teil des Abgases unter Umgebung des Einzelwärmetauschers 60 über den Bypass 67 unmittelbar bis zu der Strahlcranordnung 49;) geführt werden, was einer Vergrößerung der Wärmezufuhr in diesem Bereich entspricht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Die Anordnung zur thermischen Nachverbrennung von oxydierbaren Fremdkörpern, Flüssigkeitsteilchen oder Gasen, die in der Abluft industrieller Arbeitsanlagen enthalten sind, mit einem teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der Arbeitsanlage verlaufenden Umluftkreislauf, in dem als Arbeitsmedium für die Arbeitsanlage dienende heiße Luft unter Einschaltung eines Gebläses a's Umluft '° geführt ist, mit einer Nachverbrennungsanlage, der ein Teil der Umluft als die zu oxydierenden Bestandteile enthaltende Abluft zugeführt wird und in der diese unter Zuführung von Energie verbrannt wird, mit mindestens einem ers*en Wärmetauscher '5 im Umluftkreislauf, in dem die Umluft durch mittels der Nachverbrennung erzeugte Wärme aufgeheizt wird, und mit einem weiteren Gebläse für den Abluftstrom, der in Strömungsrichtung gesehen vor dem die Umluft fördernden Gebläse dem Umluftkreislauf entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (26) der Nachvcrbrennutigsaniage (29) entweder von der Umluft oder von der Abluft unmittelbar umströmt wird und daß ein zweiter Wärmetauscher (34) vorgesehen ist, den die Abluft vor Erreichen der Brennkammeranordnung (29) durchsetzt und der durch aus der Brennkammeranordnung (29) austretende Abgase beheizbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Brennkammeranordnung (29) verlassende Abgasstrom bis zum Austritt in die freie Atmosphäre getrennt vom Umluftstrom geführt ist.

3. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß immer nur ein Teil der Umluft der Brennkamrneranordnung (29) zugeführt wird.

4. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Vorheizen der Abluft dienende zweite Wärmetauscher (34) mittels eines Bypass (41) teilweise umgehbar ist.

5. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Abgas durchströmte Teil des ersten Wärmetauschers (35) ebenfalls mittels eines Bypass (55) umgehbar ist.

6. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei die Brennkammer umspülender Umluft der erste Wärmetauscher (35) in Strömungsrichtung gesehen hinter der Brennkammer (26) in den Umluftkreislauf (33) eingeschaltet ist.

7. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase nach Durchströmen des zweiten Wärmetauschers (48) eine in der Arbeitslage angeordnete an sich bekannte Strahleranordnung (49a) durchströmen.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Strahleranordnung (49a) mittels eines Bypass (53) umgehbar ist.

9. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder zweite Wärmetauscher in mehrere hintereinander geschaltete Einzelwärmetauscher (60, 61) unterteilt ist. ^b-

10. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer und der zweite Wärmetauscher innerhalb eines thermisch isolierten Gehäuses angeordnet sind und daß in diesem Gehäuse Spalte vorgesehen smd. durch die die Abluft hindurch strömt und dabe. d.e Brennkammer und den zweiten Wärmetauscher