DE19920113A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beheizen eines Ofenraums - Google Patents

Abstract

Der Ofenraum enthält kontaminierte Abgase, die einen Restsauerstoffgehalt aufweisen. Den Abgasen wird Wärme zugeführt, die durch Verbrennung eines Brennstoffes erzeugt wird. Bei Abgastemeperaturen unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes erfolgt die Verbrennung des Brennstoffes unter Zugabe von Verbrennungsluft. Die erzeugten Heißgase werden in die Abgase eingeleitet. Liegen die Abgastemperaturen oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes, so wird die Zugabe von Verbrennungsluft unterbrochen. Der Brennstoff wird direkt in der Abgase eingeleitet und reagiert dort mit dem in den Abgasen enthaltenen Sauerstoff. Es entfällt also die Aufheizung der Verbrennungsluft, so daß entsprechend Energie eingespart werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrich­ tung zum Beheizen eines Ofenraums, wobei dem Ofenraum Wärme durch Verbrennung eines Brennstoffs, insbesondere eines gas­ förmigen Brennstoffs, zugeführt wird.

Bei sämtlichen Verbrennungsprozessen ist man bestrebt, den Wirkungsgrad so hoch wie möglich einzustellen. Hierin liegt auch die Aufgabe der Erfindung, nämlich in der Erzie­ lung einer Verbesserung des Wirkungsgrades.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Ver­ fahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff bei Ofenraumtemperaturen unterhalb eines vorgege­ benen Grenzwertes unter Zugabe von Verbrennungsluft ver­ brannt wird, wobei die erzeugten Heizgase in den Ofenraum eingeleitet werden, und daß der Brennstoff bei Ofenraumtem­ peraturen oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes ohne Zugabe von Verbrennungsluft in den Ofenraum eingeleitet wird.

Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die thermische Aufbereitung von kontaminierten Abgasen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die kontaminierten Abgase, wie sie thermischen oder regenerativen Nachverbrennungsanlagen zugeführt werden, noch einen hohen Sauerstoffanteil enthal­ ten. Diesen Umstand macht sich die Erfindung zu nutze. Solange die Abgase noch nicht ausreichend aufgeheizt sind, wird der zugeführte Brennstoff konventionell ver­ brannt, d. h., unter Zugabe von Verbrennungsluft und unter Bildung einer Flamme. Ist der vorgegebene Grenzwert er­ reicht, so wird die Zugabe der Verbrennungsluft unterbro­ chen. Der Brennstoff gelangt direkt in die Abgase, wo er mit dem dort vorhandenen Sauerstoff flammenlos ausreagiert. Der wesentliche energetische Vorteil, liegt darin, daß die Auf­ heizung der Verbrennungsluft entfällt. Der in den Abgasen enthaltene Sauerstoff befindet sich, im Gegensatz zu dem Sauerstoff der Verbrennungsluft, bereits auf hoher Tempera­ tur. Insbesondere bedarf es nicht mehr der Aufheizung des Luftstickstoffs, der immerhin ca. 80% der Verbrennungsluft ausmacht. Die Brennstoffregelung erfolgt vorzugsweise modu­ lierend.

Die Erfindung kann überall dort Anwendung finden, wo der zu beheizende Ofenraum Restsauerstoff enthält.

Es wurde gefunden, daß der vorgegebene Grenzwert der Ofenraumtemperaturen, oberhalb dessen auf die Zugabe von Verbrennungsluft verzichtet werden kann, bei ca. 800°C liegt.

Durch Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Ofenraum kann verhindert werden, daß es in Abwesenheit von zusätzlicher Verbrennungsluft zu einer unterstöchiometrischen Verbrennung kommt. Es wird dann mit partieller Verbrennungsluftzufuhr gearbeitet.

Der Brennstoff kann flüssig sein oder aus fluidisierba­ ren Feststoffpartikeln bestehen. Vorzugsweise wird Erdgas verwendet.

Die Vorrichtung zum Beheizen eines Ofenraums, auf die sich die Erfindung außerdem richtet, ist mit einem Brenner, dessen Heißgasauslaß an den Ofenraum angeschlossen ist, und mit Versorgungsleitungen für Brennstoff, insbesondere gas­ förmigen Brennstoff, und für Verbrennungsluft versehen, wo­ bei die Versorgungsleitungen zugehörige Regeleinrichtungen aufweisen. Insoweit besitzt die Vorrichtung einen konven­ tionellen Aufbau. Allerdings eignet sie sich bereits für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, da sich die in den Versorgungsleitungen vorgesehenen Regeleinrichtungen in Abhängigkeit von der Temperatur im Ofenraum derart betä­ tigen lassen, daß oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes die Zufuhr von Verbrennungsluft abgeschaltet wird. Der Brenner, bei dem es sich um einen Vormischbrenner, vorzugsweise um einen mündungsmischenden Brenner handeln kann, liefert dann nur noch Brennstoff in gewünschter Menge in den Ofenraum.

Vorteilhafter ist es allerdings, eine Einrichtung zum Einleiten des Brennstoffs in den Ofenraum vorzusehen, die über eine separate Regeleinrichtung an die Brennstoff-Ver­ sorgungsleitung angeschlossen ist. Es bedarf also keines Eingriffs in die konventionelle Brennerregelung. Beim Über­ gang auf eine Fahrweise ohne Zufuhr von Verbrennungsluft wird der Brenner abgeschaltet, woraufhin die zusätzliche Einrichtung in Aktion tritt und den Ofenraum mit Brennstoff versorgt.

Bei dieser zusätzlichen Einrichtung handelt es sich vor­ zugsweise um eine in den Ofenraum hineingeführte Brennstoff­ lanze, die vorteilhafterweise auch in den Brenner integriert sein kann.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, eine die Temperatur im Ofenraum erfassende Steuerung zum Betäti­ gen der Regeleinrichtungen vorzusehen, wobei diese Steuerung vorzugsweise eine den Sauerstoffgehalt im Ofenraum erfassen­ de O₂-Sonde aufweist. Je nach Temperatur im Ofenraum schal­ tet die Steuerung die Verbrennungsluft automatisch zu oder ab, wobei die O₂-Sonde eine unterstöchiometrische Fahrweise verhindert.

Die Erfindung schafft ferner einen Brenner zum Beheizen eines Ofenraums, mit einem Brennerkopf zum Verbrennen eines Brennstoff-Verbrennungsluftgemisches und Versorgungsleitun­ gen für Brennstoff, insbesondere gasförmigen Brennstoff, und für Verbrennungsluft, wobei die Versorgungsleitungen zugehö­ rige Regeleinrichtungen aufweisen und wobei dieser Brenner erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch eine Brennstofflan­ ze, die über eine separate Regeleinrichtung an die Brenn­ stoff-Versorgungsleitung angeschlossen ist.

Die Brennstofflanze kann an beliebiger Stelle in den Ofenraum hineinführen und beispielsweise außen am Brennerge­ häuse angeordnet sein. Vorteilhafter ist es hingegen,.sie ins Innere des Brenners zu verlegen und durch den Brenner­ kopf hindurchzuführen.

Der Brenner kann für flüssige oder partikelförmige Brennstoffe ausgelegt sein, vorzugsweise allerdings für gas­ förmige Brennstoffe, insbesondere Erdgas. Er kann als Vor­ mischbrenner arbeiten. Vorzugsweise jedoch kennzeichnet er sich dadurch, daß der Brennerkopf als Gas-Luft-Mündungsmi­ scher ausgebildet und über ein mittiges Gasrohr an einen in der Brennstoff-Versorgungsleitung angeordneten Verbundregler angeschlossen ist und daß die Brennstofflanze unter Zwi­ schenschaltung eines regelbaren Ventils stromauf des Ver­ bundreglers an die Brennstoff-Versorgungsleitung angeschlos­ sen ist. Der Verbundregler arbeitet in Abhängigkeit vom Druck in der Verbrennungsluft-Versorgungsleitung, wobei die Leistungssteuerung über die Verbrennungsluft erfolgt und der Verbundregler die für eine konstante Luftzahl erforderliche Gasmenge einstellt. Sobald keine Verbrennungsluft mehr er­ forderlich ist, wird diese Regelung abgeschaltet. Die Gaszu­ fuhr erfolgt über die Brennstofflanze, die stromauf des Ver­ bundreglers an die Brennstoff-Versorgungsleitung angeschlos­ sen ist, wobei die Gasmenge über das der Brennstofflanze zu­ geordnete Ventil geregelt wird.

Konstruktiv besonderes günstige Verhältnisse ergeben sich dadurch, daß die Brennstofflanze zentral durch das mit­ tige Gasrohr hindurchgeführt ist.

Ferner ist es vorteilhaft, an den Brennerkopf ein Flam­ menschutzrohr anzuschließen und die Brennstofflanze minde­ stens bis zur Mündung des Flammenschutzrohres zu führen. Am Einlaßende des, mittigen Gasrohres ist vorzugsweise ein Verteilgehäuse angeordnet, durch das die Brennstofflanze hindutchgeführt ist. Das Verteilgehäuse gewährleistet eine gleichmäßige Beaufschlagung des zwischen dem Gasrohr uhd der Brennstofflanze gebildeten Ringraums.

Die Steuerung der Regeleinrichtungen erfolgt vorzugswei­ se temperaturabhängig sowie in Abhängigkeit vom Sauerstoff­ gehalt des Ofenraums.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schema­ tische Darstellung eines Brenners für einen Ofenraum zum thermischen Aufbereiten von kontaminierten Abgasen.

Der Brenner weist ein Gehäuse 1 auf, welches mit einer Wand 2 des zugehörigen Ofenraums verbunden ist. Durch den Ofenraum werden die aufzubereitenden kontaminierten Abgase hindurchgeleitet.

Das Gehäuse 1 des Brenners enthält einen Brennerkopf 3, der als Gas-Luft-Mündungsmischer arbeitet. Er ist über ein zentrales Gasrohr 4 an eine Gas-Versorgungsleitung 5 ange­ schlossen. Die Verbrennungsluft erhält der Brennerkopf 3 über das Gehäuse 1, welches an eine Luft-Versorgungsleitung 6 angeschlossen ist.

Die Luft-Versorgungsleitung 6 wird von einem Gebläse versorgt und enthält eine Regeleinrichtung 7 in Form einer motorisch betätigten Luftklappe. Letztere dient zur Lei­ stungsregelung des Brenners.

In det Gas-Versorgungsleitung 5 ist eine Regeleinrich­ tung 8 in Form eines Verbundregelers angeordnet, der in Ab­ hängigkeit von dem Druck in der Luft-Versorgungsleitung 6 stromab der Regeleinrichtung 7 arbeitet und dafür sorgt, daß die Luftzahl konstant bleibt.

Der Brenner wird mit Verbrennungsluft und Erdgas beauf­ schlagt, wobei sich am Brennerkopf 3 eine Flamme bildet, die die aufzubereitenden Abgase beheizt, und zwar solange, bis die Temperatur in der Brennkammer einen vorgegebenen Grenz­ wert, im vorliegenden Fall 800°C, überschritten hat. Sodann werden die Regeleinrichtungen 7 und 8 geschlossen. Dafür öffnet eine Regeleinrichtung 9, die eingangsseitig an die Gas-Versorgungsleitung 5 angeschlossen ist, und.zwar strom­ auf der Regeleinrichtung 8. Ausgangsseitig steht die Regel­ einrichtung 9 mit einer Brennstofflanze 10 in Verbindung, die sich zentral durch das Gasrohr 4 hindurcherstreckt, den Brennerkopf 3 durchdringt und im Ofenraum mündet. Der Ofen­ raum wird also nur noch mit Gas versorgt. Dieses reagiert flammenlos mit dem in den Abgasen enthaltenen Sauerstoff.

Der energetische Vorteil besteht darin, daß die sonst erfor­ derliche Aufheizung der. Verbrennungsluft entfällt.

Der Anschluß der Gas-Versorgungsleitung 5 an das Gasrohr 4 erfolgt über ein Verteilgehäuse 11, welches dafür sorgt, daß der Ringraum zwischen dem Gasrohr 4 und der Brennstoff­ lanze 10 gleichmäßig beaufschlagt wird.

Das Gehäuse 1 bildet stromab des Brennerkopfes 3 ein Flammenschutzrohr 12, und die Brennstofflanze 10 ist bis zur Mündung des Flammenschutzrohres 12 vorgezogen. Sie fördert das Gas also direkt in den freien Ofenraum. Die Brennstoff­ lanze kann auch stromauf der Mündung des Flammenschutzrohres enden oder sich über die Mündung hinauserstrecken.

Im Rahmen der Erfindung sind vielfältige Abwandlungsmög­ lichkeiten gegeben. So kann auf die Brennstofflanze 10 ver­ zichtet werden, wobei die Änderung der Verfahrensweise da­ durch bewirkt wird, daß man die Luftzufuhr abschaltet und die Gaszufuhr über die Regeleinrichtung 8 steuert. Unter diesen Umständen wird auch das Verteilgehäuse 11 überflüs­ sig. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die Brenn­ stofflanze 10 außen am Gehäuse 1 des Brenners anzuordnen oder auch vollständig vom Brenner zu separieren. An Stelle eines mündungsmischenden Brenners kann ein Vormischbrenner verwendet werden. Ferner läßt sich das Verfahren automati­ sieren, und zwar unter Einsatz einer temperaturabhängigen und gegebenenfalls sauerstoffabhängigen Steuerung.

Claims (15)

1. Verfahren zum Beheizen eines Ofenraums, wobei dem Ofenraum Wärme durch Verbrennung eines Brennstoffs, insbe­ sondere eines gasförmigen Brennstoffs, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff bei Ofenraumtemperaturen unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes unter Zugabe von Verbren­ nungsluft verbrannt wird, wobei die erzeugten Heißgase in den Ofenraum eingeleitet werden, und daß der Brennstoff bei Ofenraumtemperaturen oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes ohne Zugabe von Verbrennungsluft in den Ofenraum eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Grenzwert der Ofenraumtemperaturen bei etwa 800°C liegt.

3. Vorrichtung zum Beheizen eines Ofenraums, mit einem Brenner, dessen Heißgasauslaß an den Ofenraum angeschlossen ist, und mit Versorgungsleitungen (5, 6) für Brennstoff, insbesondere gasförmigen Brennstoff, und für Verbrennungs­ luft, wobei die Versorgungsleitungen zugehörige Regelein­ richtungen (7, 8) aufweisen, gekennzeichnet durch, eine über eine separate Regeleinrichtung (9) an die Brennstoff-Versorgurigsleitung (5) angeschlossene Einrichtung zum Einleiten des Brennstoffs in den Ofenraum.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über eine separate Regeleinrichtung (9) an die Brennstoff-Versorgungsleitung (5) angeschlossene Einrichtung eine in den Ofenraum hineinführende Brennstofflanze (10) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstofflanze (10) in den Brenner integriert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekenn­ zeichnet durch eine die Temperatur in den Ofenraum erfassen­ de Steuerung zum Betätigen der Regeleinrichtungen (7 bis 9).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine den Sauerstoffgehalt im Ofenraum er­ fassende O₂-Sonde aufweist.

8. Brenner zum Beheizen eines Ofenraums, mit einem Brennerkopf (3) zum Verbrennen eines Brennstoff- Verbrennungsluft-Gemisches und Versorgungsleitungen. (5, 6) für Brennstoff, insbesondere gasförmigen Brennstoff, und für Verbrennungsluft, wobei die Versorgungsleitungen zugehörige Regeleinrichtungen (7, 8) aufweisen, gekennzeichnet durch, eine Brennstofflanze (10), die über eine separate Regel­ einrichtung (9) an die Brennstoff-Versorgungsleitung (5) an­ geschlossen ist.

9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstofflanze (10) durch den Brennerkopf (3) hindurch­ geführt ist.

10. Brenner nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Brennerkopf (3) als Gas-Luft-Mündungsmischer ausgebildet und über ein mittiges Gasrohr (4) an einen in der Brennstoff-Versorgungsleitung angeordneten Verbundregler angeschlossen ist und daß die Brennstofflanze (10) unter Zwischenschaltung eines regelbaren Ventils stromauf des Ver­ bundreglers an die Brennstoff-Versorgungsleitung (5) ange­ schlossen ist.

11. Brenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstofflanze (10) zentral durch das mittige Gas­ rohr (4) hindurchgeführt ist.

12. Brenner nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Brennerkopf (3) ein Flammen­ schutzrohr (12) anschließt und daß die Brennstofflanze (10) mindestens bis zur Mündung des Flammenschutzrohres geführt ist.

13. Brenner nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Einlaß des mittigen Gasrohres (4) ein Ver­ teilgehäuse (11) angeordnet ist, durch das die Brennstoff­ lanze (10) hindurchgeführt ist.

14. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekenn­ zeichnet durch eine temperaturabhängige Steuerung zum Betä­ tigen der Regeleinrichtungen (7-9).

15. Brenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine O₂-Sonde aufweist.