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    公开号:WO1987005090A1
    申请号:PCT/EP1987/000088
    申请日:1987-02-17
    公开日:1987-08-27
    发明作者:Herbert Jörg OBERMÜLLER
    申请人:Katec Betz Gmbh & Co.；
    IPC主号:F23G7-00
    专利说明:
    [0001] B e s c h r e i b u n g
    [0002] Verfahren und Vorrichtung zum nachverbrennen von Prozess-Abgas.
    [0003] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontrollierten thermischen Nachverbrennen von oxidierbare Bestandteile enthaltendem Prozeß-Abgas , das durch eine Nachverbrennungsvorrichtung geleitet wird, in welcher das Prozeß-Abgas über einen Gaseinlaß, Wärme¬ tauscher, Brenner, Brennraum und von dort über dem Wärmetauscher gereinigt einem Gasauslaß zugeführt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
    [0004] Eine Vorrichtung zum thermischen Nachverbrennen brennbarer Substanzen in einem Prozeß-Abgas wie z. B . Kohlenwasserstoffe ist der EP-B1-0 040 690 zu entnehmen. Hier wird das in Wärmetauscherrohren vorgeheizte Prozeß-Abgas einem Brenner zugeführt, dessen Wärme¬ leistung in jedem Moment auf die schwankende Menge der zu verbrennenden Bestandteile und die unstete Menge des Prozeß-Luft¬ stroms einzustellen ist.
    [0005] Der US-A-2 , 905 , 523 ist ein Verfahren zum Behandeln von Abgas zu entnehmen, das dem katalytischen Verbrennen von Ruß und brennbaren Stäuben zusammen mit gasförmigen Bestandteilen dient. Dieses Verfahren benutzt zum Zweck der Temperatur-Anhebung des zu kalten Prozeßgases die Rückführung und - Einmischung eines Teils des verbrannten heißen Gases in das kalte Gas ersatzweise für den sonst üblichen rekuperativen Wärmeaustausch und zum Kreislauf-Anfahren des Systems . Diese Rückführung sichert so das Zündniveau , d. h . die Erhaltung der Mindest-Bettemperatur im Katalysator. Darüberhinaus kennt das Verfahren die Einspeisung von Luft in den Haupt- und einen By-pass-Strom des ungereinigten Abgases , zum Zwecke der Sauerstoff-Anreicherung bei dessen Mangel, oder auch zum Zwecke der Verdünnung bei zu hoher Belastung mit brennbarer Substanz. Das letztere dient dem Schutz des Katalysators, der nicht über 1600° F hinaus erhitzt werden soll. Beide Funktionen, Rückführung heißen Abgases und Zugabe von Luft sind verfahrenstechnisch völlig getrennte Funktionen und erfüllen verschiedene Zwecke. So dient die Rückführung heißer Luft allein der Aufrechterhaltung des Prozesses. Im Falle der rekuperativen Vorheizung des Prozeß-Abgases entfällt die Rückführung. In dem Fall, in dem die Einspeisung von Luft der Verdünnung und nicht der C -Beimengung dient, erfüllt sie nur den Zweck, den Katalysator vor einer Überhitzung zu schützen. Durch die US-A-2,905,523 wird folglich ein Verfahren beschrieben, bei dem sich der Brennraum mit Katalysator und nachgeschalteten Bauteilen im Temperaturbereich zwischen 570°F und 1600°F (573 K bis 1143 K) bewegen darf, ohne daß hierdurch eine Beeinflussung des Verbrennens erfolgt.
    [0006] Wünschenswert wäre, wenn die Brennkammer-Temperatur möglichst konstant gehalten würde, da andernfalls eine zu hohe Material-Be¬ lastung und Ermüdung durch hohe Temperatur echselgeschwindigkeiten erfolgen würde.
    [0007] Es ist bekannte Praxis der thermischen Nachverbrennung, die Temperatur des * Brennraums bei Betrieb mit Minimum-Brennstoffver¬ brauch innerhalb eines 'Toleranz-Bereichs ' bis hin zu einem Wert schwanken zu lassen, der knapp unterhalb der gesetzten Sicherheits¬ abschaltgrenze liegt, bis die prozeßbedingten Temperaturspitzen wieder abklingen. Gelegentlich sind die Spitzen jedoch so hoch, daß die Abschalttemperatur erreicht wird und der normale Betrieb unterbrochen werden muß. Man spricht dann von Übe temperatur-Ab- Schaltungen. Beides, die Uberschwingurrgen und di se Unterbrechun¬ gen, wirken sich auf die Lebensdauer der höher beanspruchten Teile negativ aus . Letzteres unterbricht bei der heutzutage erforderlichen Vernetzung von Produktion und Abiuftreinigung ...eist automatisch auch den Produktionsprozeß und führt so zu hohen Produktions- Verlusten. Hinzu kommt noch, daß Temperaturfühler wie Thermoelemente in praxisgerechter Bauweise in Schutzrohren stecken und somit Temperaturspitzen erst verspätet, reduziert oder gar nicht registriert werden. Auch dieser Umstand fördert nicht die Lebensdauer von Nachverbrennungsvorrichtungen.
    [0008] Kleinere Volumenstromschwankungen -wie sie prozeßbedingt auftreten können- haben meist auch eine die Brennraumtemperatur negativ beeinflussende Wirkung . In ihrer Auswirkung sind diese Schwankun¬ gen mit denen zu vergleichen, die aus einem schwankenden Eintrag brennbarer Substanz resultieren.
    [0009] Die bisher besprochenen Temperaturschwingungen sind beim Stand der Technik unvermeidbar, wenn eine Verbrennungsanlage im Grenzbereich ihrer thermischen Kapazität und Störstoffkapazität betrieben wird, und wenn nicht Maßnahmen zur Abfuhr von Überschußenergie getroffen sind.
    [0010] Nimmt aber der Eintrag an Wärmeenergie deutlich stärker zu als der Brenner der Nachverbrennungsanlage Reserven hat zum Zurückregeln, dann muß ' unweigerlich die zwangsweise Abschaltung der Anlage erfolgen (durch das Auslösen der Übertemperaturschaltung ) , wenn diese Anlage nicht mit einem sekundären System zur Minderung der in die Brennkammer .eingebrachten gesamten Wärmemenge ausgerüstet ist.
    [0011] Unter ' gesamter Wärmemenge ' ist dabei die Enthalpie des zu reinigenden Prozeßgases zu verstehen, inklusive der durch brennbare Substanz eingebrachten und in Minimumstellung vom Brenner noch gelieferten Wärmemengen.
    [0012] Da hohe Energiepreise heute zu hohem Vorheiz-Grad der Prozeϋabluft zwingen, wird die Enthalpie der im Wärmetauscher vorgewärmten Luft auch die limitierende Größe.
    [0013] Diese wird -wie bereits gesagt- durch einen hohen Vor*- ärmegrad bestimmt, aber auch schon durch die Temperatur der aus dem
    [0014] Produktionsprozeß herangeförderten Abluft. Mit steigender Ablufttem- peratur aus der Produktion steigt auch die Vorwärmtemperatur weiter an, so daß die Aufnahmekapazität für brennbare Substanzen insgesamt sinkt.
    [0015] Als Anteil der Auslegekapazität kann dieser durch erhöhte Abgastem¬ peratur hervorgerufene Kapazitätsschwund sogar sehr beträchtlich sein, ganz besonders aber dann, wenn nur mit kleineren Teil volumen¬ strömen betrieben wird, bei welchem dann schon .die Minimumleistung des Brenners -sie ist ja eine konstante Größe- schon einen großen Teil der Kapazität für brennbare Substanz aufzehrt.
    [0016] Die herkömmliche Technik benutzt deshalb -um den Grad der Vorheizung der Abluft zu senken- das Prinzip der einseitigen oder beidseitigen Umfahrung der meist rekuperativen Wärmeaustauscher mit jeweils Teilmengen der Abluftvolumenströme, also die By-pass-Tech- nik.
    [0017] Dieses Teilumfahren des Wärmetauschers benötigt integrierte oder extern liegende Kanäle oder Rohrleitungen, regelungs- und wärmetaugliche Ventil- und Klappentechnik, Kompensationselemente für Wärmedehnungen und geeignete Mischtechniken für die Wiedereinmi¬ schung mit den Hauptluftströmen nach Durchfahrung und Umfahrung des Wärmetausche'rs . Hinzu kommt ein erhöhter Bedarf an Isolierun¬ gen.
    [0018] Umfahrungs- oder By-pass-Techniken bei Nachverbrennungsvor¬ richtungen haben bei einseitiger Umfahrung (heiße Seite oder kalte Seite) stets die Eigenschaft, daß die Masse des Wärmetauschers -bedingt durc das Regeln des By-pass- immerwährend ein neues Wärmegleichg;- wicht finden muß; mit andέren Worten: die Masse des Wärmetauschers wird in ihrem Temperatur-Niveau hin- und hergefah¬ ren. Wird bei einem Wärmetauscher auf der Heißgasseite teilumfahren, hat dies zur Konsequenz, daß die Veränderung der Vorheiztemperatur nur über die Veränderung des Wärmegleichgewichts der gesamten Masse des Wärmetauschers vollzogen werden kann, d. h. , nur mittels eines sehr trägen Prozesses. Letzteres ist demnach als Spontan-Regel- organ nicht geeignet und deshalb seltener. Wird allein auf der Kaltgasseite teilumfahren, dann ist die Regelgeschwindigkeit zwar spontan zu nennen, aber mit abnehmendem Volumenstrom im Wärmeaustauscher wird die dort noch strömende verringerte Luftmenge höher vorgeheizt, und zwar umso höher, je größer die By-pass-Entnahme ist. Diese Eigenschaft hat mitunter einen extremen Vorabbrand der brennbaren Substanz im Wärmetauscher zur Folge. Sie macht diesen für die Verbrennung der oxidierbaren Substanzen meist nicht geeigneten Wärmetauscher zu einer Brennkam¬ merstufe und dies verbunden mit allen negativen Auswirkungen.
    [0019] Hinzu kommt noch der generelle Anstieg des Temperatur-Niveaus dieses Austauschers, ein Prozeß, der aufgrund seiner meist großen Masse langsam abläuft.
    [0020] Obwohl als Lösung der einseitigen Umfahrung des Wärmetauschers im Sinne der Praktikabilität nur die Kaltumfahrung in Frage kommt, so hat diese doch weitere wichtige Beschränkungen und negative Folgen : sie zwingt zu einer sehr guten Einmischung des kalten, nicht vorgeheizten By-pass-Volumenstroms in und mit der vorgeheizten sehr heißen Luft. Dieser Zwang ist dadurch begründet, daß Temperatur¬ unterschiede in den Brennkammer-Strömungs-Querschnitten von 15 K schon unzureichenden Ausbrand und hohe CO-Werte bedeuten können . Daraus resultiert, der Zwang zum Anheben der Temperatur dieses Brennraumes um ebenso 15 K. Im gehobenen Temperaturbereich moderner Anlagen mit kleiner Brenner-Grundlast und den sehr hohen Endreinheitspflichten bedeuten aber weitere 15 K u. U. schon eine größere technologische Pflicht.
    [0021] Die hohen Anforderungen an den Ausbrand bei Vermeidung höherer Werte für CO und NO;, zwingen zu guter Mischtechnik und Brenn¬ raumtechnik. Die Forderung nach spontaner Anpassung der Verbren¬ nungstechnik an die immer schneller werdenden und schneller reagierenden Produktionsprozesse, die Sicherheitsanforderungen und der Wunsch nach großer Verfügbarkeit und Lebensdauer lassen bei herkömmlicher Technologie oft nur solche Energieregelungssysteme zu , die aus der beidseitigen Umfahrung des Wärmeaustauschers bestehen. Im Vergleich zur einseitigen (Kalt-) Umfahrung gleichen beidseitige By-pass-Systeme auch ungleich größerer Unterschiede von Konzentra- tionen oxidierender Substanz aus. Wenn es also un große Kapazitäts¬ schwankungen und höhere Qualitätsanforderungen an die Verfahrens¬ technik geht, dann kommen bei solider Technik oft nur beidseitige Umfahrungen in Frage. Dies hat besonders dort Gültigkeit, wo die brennbare Substanz eine niedrige Zündtemperatur hat, z. B. bei den mineralischen Ölen und den Benzinen. Die allein aus einer Kaltumfahrung resultierende zusätzliche Temperaturerhöhung des Wärmeaus-auscheζ-s könnte unzulässige Folgen für die CO-Generierung im Wärmeaustauscher haben und ebensolche Folgen auch für die " Stähle; denn es ist gemeinhin bekannt, daß CO ein Kohlenstoffliefe¬ rant ist und zur Versprödung der Stähle im höheren Temperaturbe¬ reich, aber auch zur rascheren Abzunderung führen kann.
    [0022] Eine hohe CO-Generierung ist tunlichst zu vermeiden. Hohe CO-Pro- duktion ist aber mit der By-pass-Technik geradezu verknüpft: Je höher die Konzentration der brennbaren Substanz, je länger die Verweildauer im Wärmeaustauscher, desto höher die CO-Generierung. Der By-pass-Betrieb ist dabei weiterer Verstärker dieser Zusammen¬ hänge.
    [0023] By-pass-Techniken sind in aller Regel technisch aufwendig, teuer und verlangen ein hohes Maß an Regelung und Überwachung . So müssen bei beidseitiger Umfahrung des Wärmeaustauschers die Volumenströme in jedem Regelmoment möglichst gleichgroß sein und die Regelorgane müssen stets parallel fahren.
    [0024] Die By-pass-Systeme sind auch aufwendig in der Konstruktion, in der Detailtechnik, in der Montage und Inbetriebnahme. Im Betrieb benötigen sie einen erhöhten Serviceaufwand.
    [0025] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß Schwankungen der Konzentration der oxidierbaren Bestandteile im Prozeß-Abgas und ein Anstieg über die spezifische Kapazität für oxidierbare Substanz nicht zu den zuvor beschriebenen Folgen führen, also daß u. a. die Brennraumtemperatur infolge ungenügender Mischung nicht angehoben werden muß, Temperaturspitzen bis unterhalb der Abschaltgrenze vermieden werden, Hochtemperatur-Abschaltungen fast unmöglich werden, die Verfügbarkeit des Verbrennungssystems als integraler Teil des Technikverbundes mit dem Produktionsprozeß weiter steigt, By-pass-Systeme mit all ihrer Problematik und ihren direkten und Folgekosten vermieden werden können, stets ein höherer Anstieg an Störstoffkonzentratiσn verkraftet werden kann , als er einem einseitigen By-pass-System zugemutet werden dürfte, teure Einmisch¬ techniken unterbleiben, keine zusätzlichen Einrichtungen an und in die Nachverbrennungsvorrichtung gebaut werden müssen und deren Isolierung und Kompensation entfällt.
    [0026] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß das der Nachverbrennungsvorrichtung zuzuführende Prozeß-Abgas im gewünschten Umfang gereinigtes Prozeß-Abgas zusammen mit Frischluft derart zugemischt wird, daß die Konzentra- tion der in der Brennkammer oxidierbaren Bestandteile auf einem einstellbaren Wert gehalten wird. Mit anderen Worten wird bei steigender Konzentration brennbarer Substanz ab jenem Moment, an dem der Brenner in seinem Regelminimum ( seiner Grundlast) angelangt ist, in geregeltem Umfang und in der Menge zunehmend mit dem Anwachsen der Konzentration brennbarer Substanz, gereinigtes Prozeßabgas zusammen mit Frischluft zugemischt. Die Zumischung erfolgt jederzeit in eben dieser Menge, wie sie zur Aufrechterhaltung der Temperatur in der Brennkammer gemäß deren Sollwert erforderlich wird. Der Brenner selbst bleibt während des Zumischbetriebs im Regelminimum stehen, und greift nicht länger in das Geschehen ein. Die Herstellung der Mischluft-Temperatur " obliegt einen zweiten Regelkreis , durch welchen entschieden wird, ob mehr oder weniger warmes gereinigtes Abgas oder kalte Frischluft beigemischt werden. Das Maß für diese Regelaufgabe ist die jeweilige Abweichung der Abgas-Isttemperatur von ihrer Solltemperatur. D . h. zusätzlich wird die Eintrittstemperatur des der Nachverbrennungsvorrichtung zuzuführenden aus zu reinigendem Prozeß-Abgas , gereinigtem Prozeß-Abgas und Frischluft bestehenden Gasgemischs auf einen einstellbaren Wert gehalten. Erfindungsgemäß wird also vorge- schlagen, daß dem an brennbarer Substanz zu reichen Prozeß-Abgas vor Eintritt in die Nachverbrennungsvorrichtung und vor deren Wärmeaustauscher eine angemessene Menge Luftgemisch aus mehr oder weniger bereits gereinigter Abluft und weniger oder mehr Frischluft beigemischt wird, und zwar in gerade derjenigen Menge, die nötig ist, um bei Regelungs-Minimum des Brenner durch einen Verdünnungs¬ betrieb die Brennraumtemperatur konstant zu halten. D. h. , bei konstant im Minimum fahrendem Brenner wird so die Brenn- kammertemperatur exakt konstant geregelt und gleichzeitig die Konzentration der brennbaren Substanz im Abgas ebenfalls nahezu konstant gefahren.
    [0027] Hierdurch ergeben sich u. a. Vorteile, die sich dadurch auszeichnen, daß die Brennraumtemperatur stets auf der Sollhöhe ausgeregelt wird und unter gleichen Bedingungen auch nicht über schwingen kann, daß der Wärmetauscher stets ein gleiches Temperatur-Niveau behält, ungeachtet der Störstoffekonzentration und des Grades der Überflu߬ energieregelung, daß die Verweildauer des aufzuheizenden Mediums im Wärmetauscher mit zunehmender Energie-Regelung nicht zunimmt sondern abnimmt, daß die CO-Generierung dann nicht zunimmt, sondern eher abnimmt, daß der Wärmeaustauscher nicht in verstärk¬ tem Umfang zur Vorverbrennzone wird, sondern eher weniger, daß die Vorwärmtemperatur nicht fluktuiert, sondern konstant bleibt, daß Temperaturgleichgewichte konstant bleiben, daß weitere Vorteile mit dieser Technik verbunden seien, wie ein bei konstant warmer Temperatur ablaufender Stillstands- oder Warmhaltebetrieb , ein verbilligtes Anfahren des gesamten Systems , ein kürzeres Anfahren des gesamten- Systems , ein Verlängern der Lebensdauer des Geräts durch Abbau nahezu aller größeren Temperaturspitzen und -oberwei¬ len, ein Abbau der Kohlenstoff diffusion in die Stähle durch Senken der CO-Pegel und damit der längere Erhalt der Eigenschaften dieser Stähle, das Vermeiden von Umschaltschocks durch Schalten von Prozeßluft und Kaltluft, superschnelles Reagieren auf prozessuale Veränderungen so wie es auch d'.r Brenner kann (oder gar schneller) , ein niedrigeres CO-Niveε a durch geringere Selbstgenerie- rung , ein niedrigeres NOx-Niveau durch die Vermeidung einer angehobenen Brennraumtemperatur sowie das Gegensteuern gegen eine zu hohe Ablufttemperatur, wenn die Konzentration an brennbare Substanz ohnehin schon zu hoch ist für den Brennerregelbetrieb. Erfindungsgemäß wird die Konzentration der oxiderbaren Bestandteile nach Erreichen des Brennerminimums stets gleichbleibend so eingeregelt, daß die aus der Verbrennung der oxidierbaren Bestandteile freiwerdende Wärmemenge die Brennraum-Temperatur exakt auf Soll-Niveau hält, sie also nicht fallen oder steigen läßt.
    [0028] Auch die folgende Eigenschaft ist mit der erfindungsgemäßen Lösung verbunden: die Konstanz der Austrittstemperatur des gereinigten und wieder abgekühlten Abgases aus der Nachverbrennungsvorrichtung . Während konventionelle By-pass-Anlagen Schwankungen von bis zu 150 K (= 270°F) verursachen, läuft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Regelvorgang bei fast konstanter Temperatur ab. Diese Konstanz hat nicht nur die bereits gemachten positiven Auswirkungen auf die Vorrichtung selbst, sondern auch auf alle nachfolgende Gerätschaft : alle nachfolgende Technik ist allein für das niedrige Standard-Temperatur-Niveau auszulegen und anzufertigen. Dies gilt bis hin zum Kamin.
    [0029] Eine zukunftsweisende und wesentliche Eigenschaft des Systems ist seine gefahrlose Eignung für den Einsatz höchstvorheizender
    [0030] Wärmeaustauscher. Wo konventionelle, By-pass ausgestattet Anlagen mit der Vorheizung wegen des CO-Problems schon Schluß machen müssen -genannt und in der Literatur nachweisbar sind max. 550°C ( 1022°F )- da ist das erfindungsgemäße System lange noch nicht am Ende : die Vorheizung kann bis 650°C ( 1202°F) betrieben werden, und erwähntermaßen fast schwankungsfrei.
    [0031] Das Maß für die Zumischung von Luft zur ungereinigten Prozeßluft ist dann die Überschußmenge an brennbarer Substanz oberhalb der bei Brennergrundlast maximal möglichen Kapazität.
    [0032] Eine weitere Größe definiert im Zudosierbetrieb die Mischung aus mehr oder aus weniger Warmluft und Kaltluft : die Höhe der Prozeßluft-Temperatur. Ist diese Temperatur auch noch oberhalb der nominalen Größe, dann wird bei Anforderung von Mischluft zunächst erst frische Luft und erst nach Erreichen der nominalen Temperatur auch Warmluft hinzufließen. Ist jedoch die Temperatur unakzeptabel niedrig, so wird zunächst bei Bedarf auch nur Warmluft fließen. D . h . , das System erhält zu jeder Zeit und an jeder Stelle das normale Temperatur-Niveau,
    [0033] 5 a) für das Medium, b) für die Vorrichtung. Dahingegen sind By-pass-Anlagen gewaltigen Schwankungen unterworfen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt folglich ein 'Hin- und Herzerren ' der Bauelemente. Alles ist warm und bleibt warm oder ist heiß und bleibt heiß. Der Betrieb nähtrt sich dem Idealbetrieb und 10 erreicht ihn: den völligen Konstantlauf aller Glieder über lange Zeit.
    [0034] Zum anderen wird ein Teil der oben spezifizierten Eigenschaften auch dadurch erreicht, daß beim Ausfall des Prozeßluftstromes (prozeßbe¬ dingt und störungsbedingt) eine kleine Menge ebenso gemischtes und
    [0035] 15 auf die normale Prozeßluft-Temperatur geregelter Warmluft den Betrieb in sparsamster Weise fortgesetzt, und dadurch die völlige Gleichheit der Größenordnungen aller Temperaturen mit dem normalen Prozeß-Be¬ trieb an einer jeden Stelle der Anlage aufrechterhält und sie für den späteren Weiterbetrieb mit Prozeß-Abgas sicherstellt.
    [0036] 20
    [0037] Eine Vorrichtung zum kontrollierten Nachverbrennen oxidierbarer Bestandteile in einem Prozeß-Abgas umfassend eine Prozeß-Abgas- -Zuführung, einen Wärmeaustauscher mit vorzugsweise in zylindri¬ scher Anordnung um den Brennraum gelegtem Rohrbündel, einen
    [0038] 25 Brenner mit vorzugsweise anschließendem Hochgeschwindigkeits-Misch- raum, einem Hauptbrennraum und einem Prozeß-Abgas-Auslaß zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen der Vorrichtung und der Prozeß-Ab¬ gas-Zuführung eine Verbindung hergestellt wird, über die im gewünschten Umfang gereinigtes Abgas im Kreislauf führbar ist,
    [0039] ' J vermengt mit Luft. Dabei verläuft die Verbindung vorzugsweise zwischen dem Prozeß-Abgas-Auslaß und der Zuführung. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, mit konstruktiv einfachen Mitteln, ohne daß diese innerhalb der Vorrichtung verlaufen und dort z. B. Klappenme¬ chanismen aufweisen, dem zu reinigenden Prozeß-Abgas im erforderli-
    [0040] 35 chen Umfang gereinigtes Prozeß-Abgas und/oder Luft zuzuführen, um den Anteil der oxidierbaren Bestandteile auf einem konstanten Wert zu halten und das Prozeßgas in seiner Temperatur zu korrigieren. Demnach werden Verbrennungs-Vorrichtungen so ausgebildet, daß zwischen dem Prozeß-Abgas-Auslaß und der Prozeß-Abgas-Zuführung eine Verbindung hergestellt wird, die es erlaubt, im gewünschten Umfang gereinigtes Abgas im Kreislauf- oder Rückführbetrieb zu führen, stets mit gleicher, mehr oder auch weniger Frischluft vermengt.
    [0041] Die Zumischung der so erzeugten Mischluft mit dem Prozeß-Abgas erfolgt nahe der Saugseite des Prozeß-Abgas-Geblär.es.
    [0042] Die Rückführung von Warmluft geschieht extern und mit konstruktiv einfachen Mitteln. Die Dosierung der Warmluft und der Kaltluft übernehmen je ein selbständiges Regel-Organ, d. h. Klappen oder Ventile.
    [0043] Die Bestimmung der jeweiligen Warm- und Kaltluftmenge übernimmt ein Temperatur-Regler, der die Temperatur der zur Nachverbrennungs-Vor- richtung geförderten Prozeß-Mischluft überwacht.
    [0044] Die Bestimmung der . insgesamt zu fördernden Luftmenge bestimmt der Temperatur-Regler, der für die Konstanz der Brennraumtemperatur verantwortlich ist.
    [0045] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
    [0046] Es zeige .1 :
    [0047] Fig . 1 eine Prinzipdarstellung eines Nachverbrennungs-Prozesses von prozeß-Abgas enthaltend oxidierbare Bestandteile mit ' By-pässen ' zum Zwecke der Energieregelung, Fig . 2 einen erfindungsgemäß ablaufenden Prozeß und
    [0048] Fig. 3 eine den erfindungsgemäßen Prozeß realisierende Nachverbren- nungs-Vorrichtung .
    [0049] Anhand der Fig. 1 soll eine konventionelle Energieüberschußregelung verdeutlicht werden, wobei die wesentlichen Elemente der Nach Ver¬ brennungsvorrichtung (10) rein schematisch dargestellt sind. Das zu reinigende Prozeßgas wird über ein Gebläse (12) und die Prozeßgas¬ oder Prozeß-Abgas- oder Trägergas-Zuführung (14) zur Nachverbren¬ nungsvorrichtung gebracht. Sodann durchströmt das zu reinigende Prozeßgas einen Wärmetauscher (16) , um in einen Brennraum (18) zu gelangen, in dem die oxidierbaren Bestandteile verbrannt werden, soweit sie nicht schon im Wärmetauscherteil verbrannt sind. Der Brennraum (18) kann über ein nicht dargestelltes Hochgeschwindig¬ keitsrohr von einem Brenner (20) ausgehen, dessen Brennstoffzufuhr über ein Regelventil (22) einstellbar ist. Vom Brennraum ( 18) gelangt das gereingte Abgas erneut über den Wärmetauscher ( 16) , um in diesem" das noch zu reinigende Prozeßgas rekuperativ vorzuwärmen.
    [0050] Anschließend wird das gereinigte Abgas über eine Leitung (24) abgeführt. Sofern größere Schwankungen im Prozeßgas hinsichtlich der Konzentration der zu oxiderenden Bestandteile -also in der Leitung ( 14)- auftreten, sind By-pässe (26) und ( 28) vorgesehen, die dem Anstieg der Temperatur in der Brennkammer ( 18) so entgegenwir¬ ken, daß sie durch teilweises Umfahren des Wärmetauschers ( 16) das Niveau der Vorheizung soweit absenken, wie die Zunahme (Schwan¬ kung ) der Konzentration brennbarer Substanz es erfordert. Der Brenner (22) feuert dabei solange in seinem Rεgelungs-Minimυ .t, als die übergroße Zufuhr brennbarer Substanz anhält.
    [0051] In diesem Prozeß ist die By-pass-Regelung (26) als eine Ve-*oindung für Kaltgase und die By-pass-Regelung (28) für Heißgase ausgelegt. Jede By-pass-Regelung (26) bzw. (28) weist eine in/oder um die Vorrichtung ( 10) verlaufende Leitung (30) bzw. (32) auf, die Regelmechanismen wie Ventile (34- 1) bzw. (36.1) haben, um so im gewünschten Umfang den By-pass modulierend zu fahren oder außer Betrieb zu setzen. Dabei stellt die By-pass-Anordnung ( 26) zwischen dem in der Leitung ( 14) strömenden kalten Prozeßgas und dem Brennervorraum -in der schematischen Darstellung mündet die Leitung in den Brennraum ( 18)- her. Die By-pass-Anordnung ( 28) stellte eine Verbindung zwischen dem Brennraum ( 18) und dem Abgasauslaß ( 24) her. Da ein By-pass nur solange seine Fördermenge anheben kann, als die im Wärmetauscher fließende Restmenge größeren Fließwider¬ stand erfährt als die im By-pass strömende Menge, ist die Regelf ähif-'keit schnell erschöpft, wenn nicht ein zweites Regelorgan ' die Hauptseite abdrosselt und so die By-pass-Förderung kontinuierlich steigert. Diese Organe sind mit (34-2) und (36.2) bezeichnet.
    [0052] Die der Vorrichtung ( 10) nachgeschalteten Einrichtungen zur Verwertung von Restwärme in der gereinigten Abluft sind in Fig . 1 in Form von einem Warmwasser-/Luft-Wärmetauscher gezeigt. Die Einrichtung umfaßt einen Wärmetauscher (65) , das durch Klappen (63- 1 ) und (63.2) dargestellte By-pass-Regelorgan zum Vergrößern oder Verringern der zu wechselnden Wärme, der By-pass-Leitung (62) und der Wiedervereinigungs-Leitung (64) , und aus dem Wasser-Kreis- lauf (61 ) mit seinen Verbrauchern (67) und seiner Kreislaufpumpe (66) .
    [0053] Nach Verlassen des Wärmeaustauschers (65) oder teilweisen bis vollständigem Umfahren desselben strömt die weiter abgekühlte Abluftmenge dem Raum (68) zu.
    [0054] Alle Elemente der Vorrichtung ( 10) müssen "wie auch die Abgas-Lei¬ tung (33) für die maximale Temperatur ausgelegt sein, die erzeugt werden kann.
    [0055] Das erfindungsgemäße Verfahren zum kontrollierten Nachverbrennen von oxidierbaren Bestandteilen im Prozeß-Abgas (Abluft, Trägergas ) ist der Fig . 2 zu entnehmen. Dabei sind Elemente, die denen der Fig . 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    [0056] Das zu reinigende Prozeßgas wird über eine Zuführleitung ( 14) , in der ein Prozeßabgasgebläse (38) mit Volumenstromregelung ( hier als Drehzahl- Veränderung gezeigt) angeordnet ist, dem Wärmetauscher ( 16) und anschließend dem Brennraum ( 18) zugeführt. Es wird das zu reinigende Prozeßgas nach dessen Vorwärmung im Wärmetauscher ( 16) in den unmittelbaren Bereich des Brenners (20) geleitet, um von dort über ein hier nicht dargestelltes Hochgeschwindigkeitsrohr in den eigentlichen Hauptbrennraum ( 18) zu gelangen. Der Brenner (20) wird mittels eines Regelventils (22) mit der in jedem Augenblick erforder¬ lichen Menge Brennstoffs versorgt. Nach dem Brennraum ( 18) gelangt das jetzt gereinigte Abgas über die Heißgas-Seite des Wärmetauschers ( 16) zum Auslaß (24) . Sollte die Konzentration der zu einigenden " Abgase über das Regelvermögen des Brenners hinaus ansteigen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß durch Beimischung von bereits gereinigtem Abgas, vermengt mit Frischluft, eine Korrektur der Konzentration so vorgenommen wird, daß in die Vorrichtung ( 10) nur ein solches Abgas geführt wird, dessen Anteil an oxidierbarer Substanz (wie z. B. Lösungsmitteln) gleichbleibend hoch ist. Hierdurch ist gewährleistet, daß der Brenner (20) mit stets gleichbleibendem Regelungs-Minimum (=Grundlast) gefahren werden kann. Da der spezifische Anteil der zu verbrennenden Substanz nun gleich bleibt, ist die Konstanz der Temperaturen innerhalb der Vorrichtung ( 10) gewährleistet, wodurch deren Bau-Elemente, insbesondere auch die Rohre des Wärmetauschers ( 16) keinen Dehnungsschwankungen und Spannungsschwankungen unterworfen werden. Hierdurch wird die Lebensdauer des .Wärmetauschers verlängert.
    [0057] Die Regelung erfolgt dabei erwähntermaßen in Abhängigkeit der über ein Thermoelement (49) im Brennraum . ermittelten Temperatur ( Ist-Temperatur) , die in einem Temperaturregler (49- 1 ) mit einer Solltemperatur verglichen wird. in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Ist- und Solltemperatur wird zunächst über das Ventil (22) die Brennstoffzufuhr so geregelt, da.ß der Brenner (20) auf Minimum-Last fährt. Dies wird durch einen Minimum-Schalter (22.1 ) angezeigt. Anschließend erfolgt eine Beeinflussung von Stellorganen (46.1 ) und (46.2) für das Beimischen von Frischluft und/oder gereinigtem Prozeß -Abgas zu dem zu reinigenden in der Leitung ( 14) geführten Prozeß-Abgas, um die Temperatur im Brennraum ( 18) auf dem Sollwert zu halten. Der Abgriff der gereinigten und im Wärmeaustauscher ( 16) abgekühl¬ ten Abluft erfolgt am Abgasauslaß ( 24) -verdeutlicht durch den Verbindungspunkt ( 42 ) , von wo aus sie in der Leitung ( 44) zur Vereinigungsstelle ( 47 ) fließt, welche Mischeigenschaften haben kann. Die jeweils benötigte oder angeforderte Menge gereinigte Luft wird mittels einer Regelklappe ( 46. 1 ) bereitgestellt. Die adäquate Frischluftmenge fließt über das Regelorgang wie Regelklappe (46.2 ) an die Mischstelle (47) . Die Ansaugung beider Mengen -jetzt als Mischluftmenge- geschieht durch Unterdruck in der Leitung (48) . Die Leitung ( 48 ) mündet in die Prozeß-Abluft-Leitung ( 14) , in welcher dieser Unterdruck oder Saugdruck konstant erhalten wird.
    [0058] Das Gemisch aus Prozeßabluft und beigemengter Luft wird dann vom Gebläse (38) über die Leitung ( 14- 1 ) dem Wärmetauscher ( 16) zugefördert.
    [0059] Die Vorheizung verändert sich nicht , auch nicht die Brennraumtem¬ peratur. Der Brenner brennt im Regelungs-Minimum , denn die Verantwortung für die völlige Konstanz hat sofort mit Erreichen • des Regelungs-Minimum des Brenners die hier beschriebene Regelung übernommen und behält auch diese Verantwortung , bis die Menge brennbarer Substanz im Abgas wieder soweit abfällt, daß der Zudosierbetrieb .beendet und der Brenner die Regelungs-Aufgabe wieder übernehmen kann .
    [0060] Es ist nun ausreichend dargestellt worden, . daß -und wie- überhöhte Konzentrationen an brennbarer Substanz auf eine niedrigere spezifische Größe gedrückt werden, und wie sie dort gehalten werden . Und es wurde erklärt , warum der Brenner dann mit Minimum-Flamme brennt . Im folgenden soll nch erklärt, werden, welche Rolle die Temperaturregelung erfindungsgemäß spielt :
    [0061] Die Praxis zeigt, daß meist gleichzeitig mit dem Eintreten höherer Konzentrationen brennbarer Substanz auch die Temperatur der Prozeß-Abluft ansteigt. Oft ist die höhere Prozeß-Temperatur die Voraussetzung für das Freiwerden der Substanzen , wie z. B . von Lösemitteln aus Farben und Lacken. Nun ist die Wirkung höherer Temperatur des Prozeß-Abgases auch die Anhebung der Vorheiztemperatur. D . h. , durch die höhere Vorheizung der Luft wird die Temperatur-Differenz zwischen konstant hoher Verbrennungs-Temperatur im Brennraum und der Vorheiztemperatur der Luft kleiner. Da aber der Brenner -selbst wenn er sich auf sein Regelungs-Minimum" zurückzieht- davon einen bestimmten Anteil für sich beansprucht, bleibt für den thermischen Umsatz der oxidierbaren Substanz der Prozeß-Abluft immer weniger übrig . Je höher also die Prozeßluft-Temperatur anπteigt, umso höher wird die Vorheizung im Wärmeaustauscher, und umso geringer wird die akzeptierbare Konzentration an oxidierbarer Substanz der Ablauft (diese verhält sich wie eine zweite Brennstoff quelle, und ist auch eine solche) .
    [0062] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkt mit ihrer Temperaturregelung diesem Verhalten entgegen :
    [0063] Erreicht eine Anlage ihre "erste Kapazitätsgrenze" durch die Brenner-Minimum*-Stellung , dann entscheidet die Regelung anhand der nach Gebläse (38) mittels Thermoelement ( 15) gemessenen und mit einem Sollwert am Temperaturregler ( 15.1 ) verglichenen Wert, ob zuerst mehr oder weniger kalte Luft zugegeben werden muß und ab wann Warmluft gleichlaufend mit hinzugezogen wird. Auf diese Weise wird auch die Temperatur der Vorheizung auf die Normalhöhe zurückgeführt urid die Verarbeitungskapazität für die brennbare Substanz wird erhöht. Die Gesamtanlage kehrt so auch in den Bereich ihrer spezifischen Parameter zurück.
    [0064] Geschieht aber der seltenere Fall, daß die Konzentration oxidierbarer Substanz zusammen mit einer niedrigeren als der gewünschten Ablufttemperatur verbunden ist, dann korrigiert das die Regelung selbsttätig durch die Anhebung der Abgastemperatur mittels vorzugsweisen Zuführens von heißer Luft. Hierdurch wird auch Kondensatbildung in der Rohrleitung und im Eintrittsbereich der Verbrennungsvorrichtung vermieden. D . h. dann, wenn die Kondensat- gefahr besonders hoch ist, nämlich bei hohen Konzentrationen kondensierfähiger Anteile und bei niedriger Temperatur, reagiert die beschriebene Regelung gegen die Tendenz der Kondensation. Alle Betriebsfälle , die üblicherweise mit kalter Luft ablaufen, laufen erfindungsgemäß im Warm-Betrieb ab. Gemeint sind das Warmhalten im Unterbrechungsfalle und das An- oder Warmfahren der noch kalten Anlage.
    [0065] Der zuerst genannte Fall stellt einen Sparbetrieb mit einem sehr kleinen Warmluft-Volumenstrom dar. Die Warmlufttemperatur entspricht exakt der nominalen Prozeßgastemperatur. Der Temperaturregler ( 15- 1 ) stellt die Gemischtemperatur exakt her.
    [0066] Infolge des warmen Unterbrechungsbetriebs halten alle Teile der Nachverbrennungsvorrichtung ihr gewohntes Temperaturniveau. Der Anfahrbetrieb mittels warmer Luft erlaubt ein schnelleres und sparsameres Anfahren als mit Kaltluft. Es werden außerdem die Bereiche zwischen dem Gebläse (38) bis hin zum Wärmeaustauscher ( 16) sukzessiv auf höhere Temperaturen gebracht, bis die Betriebsbe¬ reitschaft der Anlage auf einem Niveau erreicht ist, bei dem bei Umschaltung auf Prozeßbedingungen die Kondensatgefahr in den gefährdeten Bereichen ausgeschaltet ist.
    [0067] Die großtechnische Erprobung des Verfahrens hat eine Reihe von weiteren Eigenschaften gezeigt, die nicht vorhersehbar waren und deshalb besonders positiv überraschen. Im einzelnen sind das :
    [0068] a ) Durch den warmen Unterbrechungsbetrieb herrschen auch bei kleinsten Volumenströmen noch deutlich bessere thermodynamische Verhältnisse in der gesamten Nachverbrennungsvorrichtung , so daß der zum Unterbrechungsbetrieb erforderliche Mindestluftstrom um bis zu 35 % gesenkt werden konnte. Entsprechend konnten die Kosten für den Unterbrechungsbetrieb gesenkt werden. Hinzu kommen die Kostensenkungen durch Warmluftbetrieb generell, die dieser Betriebsweise innewohnen.
    [0069] b ) Das Verfahren regelt in Sekundenschnelle und ist somit der Brennerregelung mindestens ebenbürtig , aber übertrifft die
    [0070] By-pass-Systeme bei weitem. Es gestattet jetzt auch den Einsatz superschneller Thermoelemente . c ) Im Unterbrechungs- bzw. Warmhaltebetrieb bleibt jetzt die Temperatur auch am Austritt der Nachverbrennungsvorrichtung konstant. Das hat nicht " nur die bekannten positiven Folgen für die nachfolgende Peripherie (wie für Warmwasser-Wärmetauscher) , sondern weitere: solche mit sog . ' kalten Flächen ' fahrende
    [0071] Wärmeaustauscher werden , bei Kaltluft-Betrieb der Verbrennungs¬ vorrichtung stark abgekühlt und gelangen so in die Kondensa¬ tionszone. Um dies zu vermeiden , darf die Wärmerückgewinnung nicht zu weit getrieben werden. Erfindungsgemäß wird dies vermieden. Die Wärmerückgewinnung kann deutlich und ohne
    [0072] Gefahr gesteigert werden. Der Gesamtprozeß wird wirtschaftlicher.
    [0073] d) Druckschwankungen, hervorgerufen durch das Arbeiten von nachgeschalteter Verfahrenstechnik wirken sich nicht auf die Menge der Warmluftrückführung aus, da die Temperaturregelung
    [0074] Priorität hat.
    [0075] e) Durch die Ausschaltung jeglicher Kondensatgefahr im Bereich des Eintritts der Nachverbrennungsvorrichtung wird eine Brandgefahr grundsätzlich ausgeschaltet.
    [0076] f) Neueste Produktionstechniken beinhalten heute auch schon
    [0077] Schnellreinigungs-Systeme, wie z. B. der Rotations-Offsetdruck. In Sekundenschnelle und für kurze Zeit nur werden hier große Mengen von Lösemitteln in den Abgasstrom eingebracht. Die
    [0078] Konzentration brennbarer Substanz steigt dann plötzlich und stark an. Das erfindungsgemäße Verfahren reagiert- auf diese Spitzen sofort und schützt die Nachverbrennungs-Anlage vor Übertempera¬ tur.
    [0079] Die Fig . 3 zeigt in Prinzipdarstellung eint, Nachverbrennungsvor¬ richtung , anhand der die erfindungsgemäße Lehre realisierbar ist.
    [0080] Die Nachverbrennungsvorrichtung (50) , h- _r liegend dargestellt, umfaßt einen zylinderförmigen Außenmantel (52.1 ) und (52.2) , der durch Stirnwände (54) und (56) begrenzt ist. Im Bereich der Stirnwand (56) ist konzentrisch zur Achse (58) des Mantels (52) ein Brenner (60 ) angeordnet, der in ein Hochgeschwindigkeitsmischrohr (62 ) mündet, welches wiederum zum Hauptbrennraum ( 64) , der durch die äußere Stirnwand (54) begrenzt wird, verbindet. Dabei ist es jedoch nicht notwendigerweise erforderlich, daß -wie in der Zeichnung dargestellt- das Hochgeschwindigkeitsmischrohr ( 62) in den Hauptbrennraum (64) hineinragt.
    [0081] Konzentrisch zum Hochgeschwindigkeitsmischrohr (62) verläuft ein iππenliegender Ringraum (66) , der in den Raum (68) übergeht, in welchen die Wärmetauscherrohre ( 70) konzentrisch zur Längsachse (58) angeordnet sind. Die Wärmetauscherrohre (70) selbst münden in einen äußeren an der, Außenwandung (52) angrenzenden äußeren Ringraum (72) , der in den Einlaß (74) übergeht. Ferner ist eine Ringkammer (76) vorgesehen, die in den Auslaß (78) übergeht.
    [0082] Die Enden (80) der Wärmetauscher-Rohre (70) sind im Bereich zum
    [0083] Auslaß (78) nach außen, also zur Wandung (52) hin umgebogen, um so nahezu senkrecht in die Wandung (82) des äußeren Ringraums (72) zu münden. Die anderen Enden (84) der Wärmetauscherrohre (70) münden in eine Rohrplatte (86) , die einen den Brenner ( 60) umgebenden Vorbrennraum (88 ) von dem Raum (68) trennt.
    [0084] Der Brenner (60) ist mittels eines sich in Richtung des Hochgeschwin¬ digkeitsrohres (62) meist kegelförmig erweiternden Brennervorbaus (90) fortgesetzt, der auf der Umfangsfläche Aussparungen wie Löcher (92) aufweist. Das Hochgeschwindigkeitsrohr (62) bildet an seinem Anströmkonus (96) zusammen mit dem Brennervorbau (90) eine Coanda-Düse ( im Bereich (98) bis (94) ) . Diese bildet einen konzentrischen Ring um den Brenner herum aus , wobei sie Teilarbeit bei der Ver- und Entsorgung des Brenners mit Luft leistet.
    [0085] Ein Anschluß ( 100) oder der Auslaß (78) wird mi- einer nicht dargestellten Mischvorrichtung verbunden , die der in Fig . 2 gezeigten Mischvorrichtung (46) und (47) entspricht.
    [0086] Das von der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachzuverbrennende Prozeßgas wird über den Einlaß (74) mit dem Ringraum (72 ) zugeleitet, um über die Wärmetauscherrohre ( 70) , den Brennervorbau (90) , die Coanda-Düse (96) , das Hochgeschwindigkeitsrohr (62) in den Hauptbrennraum (64) geleitet zu werden. . Sodann kann das gereinigte Abgas über den Ringkanal (66) und den Raum (68) , in dem die Wärmetauscherrohre ( 70) verlaufen, an den Auslaß (78) abgegeben werden.
    [0087] Damit der Brenner (60) im Regelungs-Minimum (Grundlast) arbeiten kann, obwohl die Menge brennbarer Substanz ansteigt, wird über einen Anschluß ( 100) gereinigtes Abgas an die in Fig . 2 mit (46) und (47) benannte Mischvorrichtung geführt, in welcher zum Zweck der Erreichung einer gewünschten Mischtemperatur mehr oder weniger frische Luft beigemengt wird. Das so entstehende Gemisch warmer Luft gelangt nach Fig. 2 über die Leitung (48) zur Leitung ( 14) , wo es mit dem ungereinigten Prozeßabgas steigender oder gestiegener Störstoff-Konzentration zusammentrifft und mit diesem vermischt wird. Mischluft wird in solchem Maße beigemischt, als es zur Konstanthal¬ tung der Konzentration brennbarer Substanz und zur Konstanthaltung der Brennkammertemperatur erforderlich ist, sowie auch zur
    [0088] Erreichung der erforderlichen oder gewünschten Temperatur vor der Verbrennungsanlage.
    [0089] Da nun die Konzentration gleichbleibend ist, erfolgen in den einzelnen Bereichen der Anlage, insbesondere im Bereich der Wärmetauscherrohre (70) Temperaturschwankungen grundsätzlich nicht mehr oder nur sehr gering , so daß auch größere kritische Dehnungs- Schwankungen ausgeschlossen sind.
    [0090] Auch alle negativen Einflüsse resultierend aus hohem Vorabbrand werden vermieden. Da der Anschluß ( 100) , dem gereinigtes Abgas zum Vermisc nen mit noch zu reinigendem Prozeßgas entnommen wird, nicht innerhalb der Vorrichtung ( 10) liegt, ist 'demzufolge die erfindungs gemäß vorgeschlagene Vermischung ohne konstruktiven Aufwand an der Vorrichtung ( 10) möglich, um so die Konzentration der oxidierba¬ ren -Bestandteile auf Toleranzniveau zu halten. Infolgedessen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung (50) wartungsfreundlich und sichert eine hohe Funktionszuverlässigkeit zu. Anhand der nachstehenden Tabellen 1 bis 3 soll noch einmal verdeutlicht werden, daß eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Nachverbrennungsvorrichtung selbstregulierend optimale Bedingungen für die thermische Verbrennung und damit für die Vorrichtung selbst schafft.
    [0091] Die hier betrachtete thermische Nachverbrennungsanlage ist für maximal 15-000 m3 /h ausgelegt und mit einem Wärmetauscherwir¬ kungsgrad von 76% ausgestattet. Die nominale Abgastemper-atur sei im Beispiel 160°C, effektiv weicht sie aber davon ab . Die Brennraumtem¬ peratur ist bei 76θ°C konstant zu fahren. Die vorgestellte Anlage ist mit einem Spezialbrenner ausgerüstet, welcher seinen zur Verbrennung benötigten Sauerstoff aus dem Abgas entnimmt (Sekundärluft-Brenner; Combustor-Brenner) . Die Minimal-Leistung des Brenners (= unteres Ende des Regelbereichs) beträgt 67,8 KWh/h.
    [0092] Die Anlage wird aus verschiedenen Einzelquellen gespeist. Je nach Quelle und nach Zahl der Quellen sind die Volumenströme unter¬ schiedlich groß und es variieren die Abgas-Temperatur und vor allem die Menge und Konzentration der brennbaren Substanzen im Abgas. Die brennbaren Substanzen seien mineralische Öle. Drei verschiedene Betriebsbedingungen werden untersucht. Die Ergebnisse sind tabellarisch dargestellt.
    [0093] Abbildung 1 :
    [0094] Aufgabenstellung und Leistungsvermögen der Nachverbrennungs-Vor- richtung ohne Encrgieüberschuß-Regelung . Betrieb: äfälle
    [0095] Dim ' n 1 2 3
    [0096] Abgas-Volumen¬ m3 /h 3.500 5.000 8.5C o strom V oxidierbare S^o 8 7, 1 3 Substanz
    [0097] KWh/h 330,6 421 , 6 302,
    [0098] Ah -ξ Sr-Υ t mp e r a- °C 204 190 160 tur vor Gebläse " erforderl. Tem- 760 760 760 perat. t, in der Brennkammer die Vorheiz-Tem- 628 623 616 perat. t.. wäre dann freibleibendes t K 132 137 144 für Verbr. -Prozeß vom Brenner in K 45 31 ,5 18,5 min. Flamme bean¬ spruchtes t t, das für d. K 87 105,5 125,5 Verbr. von oxid. Substanz übrig bleibt freie Wärme-Kapa*- KWh/h 131 226,9 458,8 zität bei V für die Verbrennung oxidier¬ barer Substanz Überschußwärme, KWh/h 199,6 194,6 kein Überschuß die wegzufahren ist
    [0099] Kommentar:
    [0100] Bei den Betriebsfällen 1 und 2 besteht ein beträchtlicher Überschuß von Wärme aus oxidierbarer Substanz, bezogen auf die obige Abgasmenge V. Das heißt, in diesen beiden Fällen greift die erfindungsgemäße Regelung ein, nachdem der Brenner am unteren Ende seines Regelbereichs (= Regelungs-Minimum = Grundlast) angekommen ist, und zwar bei dem Versuch, für die angewachsene Menge oxidierbarer Substanz Platz zu machen. In beiden Fällen ist auch die nominale Abgastemperatur ( hier 160°C) deutlich überfahren, so daß das System korrigierend eingreift.
    [0101] Beim Betriebsfall 3 ist die Konzentration der oxidierbaren Bestand¬ teile im Abgas geringer als es die Kapazität der Anlage mit diesem Volumenstrom zuließe. Deshalb regelt der Brenner durch -*■ seinen modulierenden Durchsatz von Brennstoff die fehlende Energiemenge exakt ein, ohne daß die erfindungsgemäße Regelung zum Einsatz kommen muß.
    [0102] Abbildung 2:
    [0103] Bewältigung der Aufgabe durch das erfindungsgemäße System für die Betriebsfälle 1 , 2 und 3 nach Abbildung 1.
    [0104] Warmluft-Rückfüh¬ m3 o/h 960 950 rung über (46.1 ) Kaltluft-Zugabe m3 o/h 1.970 1.950 — über (46.2) t=10°C
    [0105] Neuer gesamter m3 /h Volumenstrom o 6.430 7.900 8.500
    [0106] Neue, korri¬ °C 160 160 160 gierte Abgas- Temperatur
    [0107] Vorheiz-Tem- °C 616 616 616 peratur
    [0108] Brennkammer- °C 760 760 760 Temperatur
    [0109] Brennstoff- KWh/h 67,8 67,8 224, 2 Verbrauch Austritts- °C 309 309 310 Temperatur
    [0110] Würde die thermische Nachverbrennung mit einer aus dem Stand der Technik bekannten By-pass-Anlage durchgeführt werden, so würden die Austrittstemperaturen für die Betriebsfälle 1 , 2 und 3 442°C bzw. 399°C bzw. 310°C betragen.
    权利要求:
    Claims

    [beim Internationalen Büro am 6 August 1987 (06.08.87) eingegangen; ursprüngliche Ansprüche 1-4 unverändert; Ansprüche 5 und 6 durch neuen Anspruch 5 ersetzt; Ansprüche 7-9 neu numeriert 6-8 (2 Seiten)] 4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dem zu reinigenden Prozeß-Abgas gereinigtes Prozeß-Ab¬ gas zugemischt wird, nachdem dieses den Wärmetauscher umströmt hat.
    5- Vorrichtung zum kontrollierten thermischen Nachverbrennen von oxidierbare Bestandteile enthaltendem Prozeß-Abgas umfassend einen Gaseinlaß, einen Brenner mit vorzugsweise sich anschließendem Hochgeschwindigkeitsmischrohr, einen
    Brennraum, einen Wärmetauscher mit konzentrisch zu dem Hochgeschwindigkeitsmischrohr angeordneten Wärmetauscher¬ rohren sowie einen Gasausla-ß, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen der Vorrichtung (10, 50) und der Gaszuführung (14, 48, 74) eine Verbindung (102 mit 44) besteht, über die im gewünschten Umfang innerhalb der Vorrichtung (10, 50) gereinigtes Prozeß-Abgas im Kreislauf führbar ist. und daß die Wärmetauscherrohre (70) an ihren kalten Enden (80) nach außen abgebogen und von gereinigtem Prozeßabgas umström¬ bar sind.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine das zu reinigende Prozeß-Abgas zu der Nachver¬ brennungsvorrichtung (10) führende Leitung (14) ein Gebläse (38) aufweist, an dessen Saugseite ein Unterdruck erzeugbar ist, über den im gewünschten Umfang gereinigtes Prozeß-Ab- gas und Frischluft dem zu reinigenden Prozeß-Abgas zuführbar ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Regulierung der Temperatur des dem zu reinigenden
    Prozeß-Abgas zuzumischenden gereinigten Prozeß-Abgases bzw. der Frischluft über Regelorgane wie Klappen (46.1; 46.2) die das aus zu reinigendem Abgas und gereinigtem Abgas und/oder Frischluft bestehende Gasgemisch an der Druckseite des Gebläses (38) aufweist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Regulierung der Konzentration der in dem Brennraum (18, 64, 94) thermisch zu verbrennenden oxidierbaren Bestandteile des Prozeß-Abgases in Abhängigkeit von der Temperatur im Brennraum bei im Regelungs-Minimum gefahrenem Brenner (60) erfolgt.
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    AT87901447T| AT50353T|1986-02-20|1987-02-17|Verfahren und vorrichtung zum nachverbrennen von prozess-abgas.|
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