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DE2637169A1 - Verfahren zur thermischen reinigung von abluft - Google Patents

Verfahren zur thermischen reinigung von abluft

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DE2637169A1
DE2637169A1 DE19762637169 DE2637169A DE2637169A1 DE 2637169 A1 DE2637169 A1 DE 2637169A1 DE 19762637169 DE19762637169 DE 19762637169 DE 2637169 A DE2637169 A DE 2637169A DE 2637169 A1 DE2637169 A1 DE 2637169A1
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DE
Germany
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pressure
combustion chamber
bar
heat exchanger
combustion
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DE19762637169
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English (en)
Inventor
Guenter Ing Grad Brinkmann
Rudolf Cirkel
Rolf Dr Germerdonk
Werner Dipl Ing Huening
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Bayer AG
Kleinewefers Industrie Co GmbH and Co KG
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Bayer AG
Kleinewefers Industrie Co GmbH and Co KG
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Publication date
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    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/82—Preventing flashback or blowback
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/50—Control or safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

BAYER AKTIENGESELLSCHAFT Leverkusen, den 17.8.1
Gr /be
KLEIKE WEFERS - Industrie Companie GmbH KREFELD
Verfahren zur thermischen Reinigung von Abluft
Bei verschiedenen Industriebetrieben können Abgase anfallen, die mit luftfremden, brennbaren Schadstoffen, beispielsweise Lösungsmitteldämpfen wie z.B. Hexan, Toluol, Benzol, Kerosin, Äther, Alkohol und/oder brennbaren Gasen, wie z.B. Wasserstoff, Acetylen beladen sind. Diese Abgase müssen einer Abgasreinigung zugeführt werden, ehe sie in die Atmosphäre eintreten können.
Bekannt sind Verfahren, bei denen die Abgase über Absorbtion, Kondensation oder Oxidation behandelt werden. Von diesen bekannten Verfahren stellen nur die Oxidationsverfahren eine wirkliche Schadstoffvernichtung dar, da alle anderen Verfahren die Abluftprobleme lediglich auf Folgeprobleme verlagern. Wegen der Störanfälligkeit einer katalytischen Abgasoxidation geht man mehr und mehr zur Oxidation
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in thermischen Abluftreinigungen über, bei der das Schadstoff -beiadene Abgas in einem Brenner mit Zusatzbrennstoff verbrannt wird bzw. die Schadstoffe oxidiert werden.
Eine bekannte thermische Abgasreinigungsanlage setzt sich, wie in Figur 1 dargestellt, aus folgenden Vorrichtungsteilen zusammen:
1 Ventilator;
2 Wärmeaustauscher;
3 Brennkammer;
4 Abgaskamin.
Im einzelnen gelangt die Schadstoff-beladene Abluft aus dem Betrieb über den Ventilator (1) durch den Wärmeaustauscher (2) in die Brennkammer (3) und von dort wieder über den Wärmeaustauscher (2) durch einen Abgaskamin (4) in die Umgebung. Mit dem Wärmeaustauscher wird die Abluft im Gegenstrom zu den Rauchgasen zur Energieersparnis vorgewärmt. Auf den Wärmeaustauscher kann gegebenenfalls verzichtet werden, wenn auch ohne genügende Vorwärmung der Schadstoff-beladenen Abgase eine vollständige Oxidation in der Brennkammer bewirkt werden kann.
Das beschriebene bekannte Verfahren funktioniert nur so lange, wie die Konzentration der Schadstoffe im Abgas unter der unteren Explosionsgrenze liegt. Für den Fall, daß gelegentlich die Konzentration der brennbaren Schadstoffe - vielleicht nur kurzzeitig - über die untere
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Explosionsgrenze steigt, besteht unmittelbare Explosionsgefahr für die Verbrennungsanlage und ferner durch Rückzündung auch für den Betrieb. Hierbei können in der beschriebenen bekannten Verbrennungsanlage der Ventilator und/oder Wärmeaustauscher und/oder die Brennkammer als potentielle Zündquellen wirken. An der Flamme oder an glühenden Teilen in der Brennkammer wird beispielsweise ein zündfähiges Gasgemisch mit Sicherheit gezündet. Eine Rückzündung entgegen der Strömungsrichtung des Abgases löst dann in der Abgaszuleitung eine die Umgebung gefährdende Explosion mit starker Drucksteigerung aus, die sich bis in den Betrieb fortpflanzen kann.
Nach dem Stand der Technik muß deshalb durch ständige Verdünnung der Abluft mit Frischluft oder durch eine den Schadstoffgehalt im Abgas reduzierende Vorbehandlung des Abgases mit Sicherheit die Zündfähigkeit der Abluft vermieden werden.
Da aber mit den bekannten Maßnahmen allein mit letzter Sicherheit eine gelegentliche Explosionsfähigkeit des Abgases nicht vermieden werden kann, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine thermische Abgasreinigungsanlage bereitzustellen, die im Falle einer Explosion zwar eine Betriebsstörung der Reinigungsanlage erleidet, aber äußerlich nicht zerstört wird und Bedienungspersonal nicht gefährdet.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur thermischen Abluftreinigung Schdastoff-beladener Abgase durch Verbrennung mit Luft bei hohen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß man Schadstoff-beladene Abgase durch eine durch Flammenrückschlagsicherung und Verbrennungszone festgelegte Zone, die bis etwa 10 bar druck- · stoffest ausgelegt ist, saugt und in der Verbrennungszone bei Temperaturen von etwa 800 bis 1000°C, falls zur Aufrechterhaltung dieses Temperaturbereiches Hilfsbrennstoff notwendig ist, unter Zuführung von Hilfsbrennstoff, verbrennt. ."■;·. : ■ ■-.■."..-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur thermischen Abluftreinigung in einem Verbrennungsraum mit Abgaszufuhr - und gegebenenfalls Hilfsbrennstoffzufuhrleitung, wobei in der Abgaszufuhrleitung (5) zunächst eine Flammenrückschlagsicherung (G) angebracht ist, der sich ein Wärmeaustauscher (7), Verbrennungsraum (8) und Ventilator mit Saugzuggebläse (3) anschließen, wobei die Vorrichtung ab Flammenrückschlagsicherung (6) bis einschließlich Verbrennungsraum (8) durckstoßfest bis etwa 10 bar ausgelegt ist. > ■
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Wärmeaustauscher, der speziell für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
a) Eintritts- (13) und Austrittshauben (19), Wärmeaustauschmantel (17), Kompensator (14), Rohrbündel (15), Rohrboden (18) druckfest bis 10 bar gefertigt sind,
b) der Mantel (17) von innen isoliert ist,
c) Brechsicherungen (12) (20) angebracht sind, und
d) ein Kompensator (14) vorgesehen ist.
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Eine"Ausführungsform der erfihdungsgemäßön Vorricntungr lsf J ~J in der Figur"2 schematisch dargestellt! Hierbei kommt den Ziffern im einzelnen folgende Bedeutung zu:
5 Abgaszufuhr leitung; ,.-,...· .-■-..· ,6; Flairanenrückschiagsicherung; .... . ... 7 .Wärmeaustauscher; ..-...' ..,. ■ . ... . ,; . ·.
9,,Ventilator; «--l... ·,,- ■.. r j · . , ,.
,10 Abgaskamin; ,·. ..,.. \ ... :, - - ,- -
11 Brechsicherurigen i; ^ .
Im einzelnen gelängt die Abluft zunächst über die Abgaszufuhrleitung (5) über eine Flammenrückschlagsicherung, beispielsweise ein Flammensieb oder eine Tauchsicheruhg (6) durch einen Wärmeaustauscher (7) in die Brennkammer (8) und von dort wieder über den Wärmeaustauscher und Ventilator (9) mit Saugzuggebläse durch den Kamin (10) ins Freie.- Die mögliche Explosionsstrecke zwischen Flammenrückschlagsicherung (5) Und Brennkammer (8) wird druckstoßfest bis etwa 10 bar ausgelegt, so daß bei einer Explosion mit einem 7- bis 10-fachen Druckanstieg keine Zerstörung eintritt. Diese druckstoßfeste Auslegung bezieht sich!auf die Explosionsstrecke mit Flammenrückschlagsicherung, Wärmeaustauscher, Brennkammer und die dazwischenliegenden Rohrleitungen.
Um die Materialbelastung des Wärmeaustauschers bei hohen Temperaturen im Explosionsfall zu reduzieren, können an den Enden des Wärmeaustauschers größere Brechsicherungen beispielsweise aus Edelmetall eingesetzt werden, die. den maximalen Explosionsdruck auf etwa 3 bis 4 bar begrenzen.
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■Τ:
In dor druckstoßfest ausgelegten möglichen Explosionsstrocke wird ferner durch konstruktive Gestaltung dafür gesorgt-, daß eine Explosion nicht in eine Detonation mit Druckstößen bis zu 100 bar übergehen kann.
Dies wird dadurch erreicht, daß das Explosionsvolumen möglichst klein gehalten wird und in den Rohrleitungen keine geradlinigen Längen über 5 χ dem Durchmesser des Rohres entstehen.
Im Verbrennungsraum wird das Schadstoff-beladene Abgas bei Temperaturen von 800 bis etwa 10000C verbrannt. Falls zur Aufrechterhaltung dieser Temperaturen Hilfsbrennstoff notwendig ist, wird,dieser dem Verbrennungsraum getrennt zugeführt (nicht gezeichnet).
Die Verbrennung erfolgt vorzugsweise in Brennkammern, die mit extrem hoher Turbulenz und vorzugsweise durch Wirbelabriß mit hoher.Frequenz erzeugter Pulsation arbeitet. Derartige Brennkammern sind unter dem Begriff Kombustoren, insbesondere Pulso-Kombustoren bekannt und z.B. beschrieben in Wasser-Luft und Betrieb 18 (1974), Nr. 9, Seite 494 bis 497. Als Hilfsbrennstoff kann Erdgas, öl, insbesondere Abfallöl, dienen.
In Figur 3 ist ein für das vorliegende Verfahren bzw. für die vorliegende Vorrichtung besonders geeigneter Wärmeaustauscher dargestellt. Hierbei kommt den Ziffern im einzelnen folgende Bedeutung zu:
12 Brechsicherung
13 Ablufteintrittshaube
14 Kompensierung des.Rohrbündels
15 Rohrbündel
16 Innenisolierung
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17 Wärmeaustauschermantel
18 Rohrboden : .
19 Umlerikkammer .
20 Brechsicherunq
21. HalteFlansch · ■
22. Ablufteintritt
23. Abluft vorgewärmt zur Brennkammer
24. Rauchgas von der Brennkammer
25. Rauchgas z,um Abgaskamin
Für den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher sind folgende Merkmale charakteristisch:
a) Berstscheibe 90° zur Explosionsstoßrichtunq,angeordnet am Ablufteintritt; ·
b) Ablufteintrittshaube druckfest für Explosionsdruck*=; bis 10 bar;
c) Ko.Tipensierung des Rohrbündels druckfest bis 10 bar;
d) Rohrbündel druckfest in den einzelnen Rohren bis 10 bar bei Temperaturen bis 600°C;
e) Auskleidung des Wärmeaustauscher-Innenraumes mit einer uruckelastischen Leichtdämmschicht auf Basis Keramikfaser;
f) Wärmeaustauschermäntel druckfest bis 10 bar; durch Innenauskleidung des Mantels erfolgt Tercperaturabbau und es können Normalstähle verwendet werden;
g) Ronrboden druckfest bis 10 bar bei Temperaturen bis 700 C; n) Umlenkkammer druckfest bis 10 bar bei Temperaturen bis
500°C;
i) Berstscheibe 90 C zur Explosionsstoßrichtung, angeordnet
an der Abluftumlenkung;
j) Durchmesser der Berstscheiben gleich dem Durchmesser der Rohrboden, dadurch ungehinderte Entspannung.
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809808/0238'
Dor erfLndungsgemäße Wärmeaustauscher besitzt gegenüber Lckann ton Wärmeaustauschern "folgende Vorteile:
Ο--··- 7,'.'irr;K;austauscher ist durch die oben erwähnten Markmale ..irickiitoßfast bei mittleren Materialtemperaturen von L.r,·.'. 70C°C, d.h. die Rauchgas tempera tür kann etwa 800-1000°C
betraijc-n. ; ' ■ . . '! - -
Le Λ 17 341 ' .-■■ ■'- - 8 -
8 0 9 8 0 8/0238 BAD ORlGfNAL

Claims (4)

  1. Patentansprüche
    / 1) !Verfahren zur thermischen Abluftreinigung Schadsroff- ^— beladener Abgase durch Verbrennung mit Luft bei hohen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß man Scnadstoff-beladene Abgase durch eine durch Flammenrückschlagsicherung und Verbrennungszone festgelegte Zone, die bis etwa 10 bar druckstoßfest ausgelegt ist, saugt und in der Verbrennungszone bei Temperaturen von etwa 800 bis 1000°C, falls zur Aufrechterhaltung dieses Temperaturbereiches Hilfsbrennstoff notwendig ist, unter Zuführung von Hilfsbrennstoff verbrennt.
  2. 2) Vorrichtung zur thermischen Abluftreinigung in einem Verbrennungsraum mit Abgaszufuhr- und gegebenenfalls Hilfsbrennstoffzuführleitung, wobei in der Abgaszufuhrleitung ( 5 ) zunächst eine Flammenrückschlagsicherung ( 6 ) angebracht ist, der sich ein Wärmeaustauscher ( 7 ), Verbrennungsraum (8 ) und Ventilator mit Sauggebläse (9 ) anschließen, wobei die Vorrichtung ab Flammenrückschlagsicherung (6 ) bis einschließlich Verbrennungsraum (8 ) druckstoßfest bis etwa 10 bar ausgelegt ist.
  3. 3) Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im druckstoßfest ausgelegten Vorrichtungsteil Rohrleitungen maximal geradlinige Längen unterhalb 5 χ dem Durchmesser des Rohres besitzen.
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    B09808/0238 ORIGINAL INSPECTED
  4. 4) Wärmeaustauscher zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    a; Eintritts- (13) und Austrittshauben (19), Wärmeaustauschmantel (17), Kompensator (14), Rohrbündel (15), Rohrboden (13) druckfest bis 10 bar gefertigt sind,
    b) der Mantel (17) von innen isoliert ist,
    c) Brechsicherungen (12) (20) angebracht sind und
    d) ein Kompensator (14) vorgesehen ist.
    Le A 17 341 - 10 -
    809808/0238
DE19762637169 1976-08-18 1976-08-18 Verfahren zur thermischen reinigung von abluft Ceased DE2637169A1 (de)

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