VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM NACHVERBRENNEN VON PROZESS-ABGAS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontrollierten thermischen Nachverbrennen von oxidierbare Bestandteile enthaltendem Prozeß-Abgas sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 4.

[0002] 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 Wärmeleistung in jedem Moment auf die schwankende Menge der zu verbrennenden Bestandteile und die unstete Menge des Prozeß-Luftstroms einzustellen ist.

[0003] 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 0₂-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 570⁰F und 1600°F (573 K bis 1143 K) bewegen darf, ohne daß hierdurch eine Beeinflussung des Verbrennens erfolgt.

[0004] Wünschenswert wäre, wenn die Brennkammer-Temperatur möglichst konstant gehalten würde, da andernfalls eine zu hohe Material-Belastung und Ermüdung durch hohe Temperatur Wechselgeschwindigkeiten erfolgen würde.

[0005] Es ist bekannte Praxis der thermischen Nachverbrennung, die Temperatur des Brennraums bei Betrieb mit Minimum-Brennstoffverbrauch innerhalb eines 'Toleranz-Bereichs' bis hin zu einem Wert schwanken zu lassen, der knapp unterhalb der gesetzten Sicherheitsabschaltgrenze 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 Übertemperatur-Abschaltungen. Beides, die Überschwingungen und diese Unterbrechungen, wirken sich auf die Lebensdauer der höher beanspruchten Teile negativ aus. Letzteres unterbricht bei der heutzutage erforderlichen Vernetzung von Produktion und Abluftreinigung meist automatisch auch den Produktionsprozeß und führt so zu hohen Produktionsverlusten.

[0006] 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. Kleinere Volumenstromschwankungen - wie sie prozeßbedingt auftreten können - haben meist auch eine die Brennraumtemperatur negativ beeinflussende Wirkung. In ihrer Auswirkung sind diese Schwankungen mit denen zu vergleichen, die aus einem schwankenden Eintrag brennbarer Substanz resultieren.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] Da hohe Energiepreise heute zu hohem Vorheiz-Grad der Prozeßabluft zwingen, wird die Enthalpie der im Wärmetauscher vorgewärmten Luft auch die limitierende Größe.

[0011] Diese wird - wie bereits gesagt - durch einen hohen Vorwärmegrad bestimmt, aber auch schon durch die Temperatur der aus dem Produktionsprozeß herangeförderten Abluft. Mit steigender Ablufttemperatur aus der Produktion steigt auch die Vorwärmtemperatur weiter an, so daß die Aufnahmekapazität für brennbare Substanzen insgesamt sinkt.

[0012] Als Anteil der Auslegekapazität kann dieser durch erhöhte Abgastemperatur hervorgerufene Kapazitätsschwund sogar sehr beträchtlich sein, ganz besonders aber dann, wenn nur mit kleineren Teilvolumenströmen betrieben wird, bei weichem dann schon die Minimumleistung des Brenners - sie ist ja eine konstante Größe - schon einen großen Teil der Kapazität für brennbare Substanz aufzehrt.

[0013] 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-Technik.

[0014] 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 Wiedereinmischung mit den Hauptluftströmen nach Durchfahrung und Umfahrung des Wärmetauschers. Hinzu kommt ein erhöhter Bedarf an Isolierungen.

[0015] Umfahrungs- oder By-pass-Techniken bei Nachverbrennungsvorrichtungen haben bei einseitiger Umfahrung (heiße Seite oder kalte Seite) stets die Eigenschaft, daß die Masse des Wärmetauschers - bedingt durch das Regeln des By-pass - immerwährend ein neues Wärmegleichgewicht finden muß; mit anderen Worten: die Masse des Wärmetauschers wird in ihrem Temperatur-Niveau hin- und hergefahren. 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-Regelorgan nicht geeignet und deshalb seltener.

[0016] 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 Brennkammerstufe und dies verbunden mit allen negativen Auswirkungen.

[0017] Hinzu kommt noch der generelle Anstieg des Temperatur-Niveaus dieses Austauschers, ein Prozeß, der aufgrund seiner meist großen Masse langsam abläuft.

[0018] 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 torgeheizten By-pass-Volumenstroms in und mit der vorgeheizten sehr heißen Luft. Dieser Zwang ist dadurch begründet, daß Temperaturunterschiede 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.

[0019] Die hohen Anforderungen an den Ausbrand bei Vermeidung höherer Werte für CO und NOx zwingen zu guter Mischtechnik und Brennraumtechnik. Die Forderung nach spontaner Anpassung der Verbrennungstechnik 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 Konzentrationen oxidierender Substanz aus. Wenn es also um große Kapazitätsschwankungen und höhere Qualitätsanforderungen an die Verfahrenstechnik 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 Wärmeaustauschers 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 Kohlenstofflieferant ist und zur Versprödung der Stähle im höheren Temperaturbereich, aber auch zur rascheren Abzunderung führen kann.

[0020] Eine hohe CO-Generierung ist tunlichst zu vermeiden. Hohe CO-Produktion 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 Zusammenhänge.

[0021] 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.

[0022] Die By-pass-Systeme sind auch aufwendig in der Konstruktion, in der Detaiitechnik, in der Montage und Inbetriebnahme. Im Betrieb benötigen sie einen erhöhten Serviceaufwand.

[0023] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß eine fortwährende Einstellung der Wärmeleistung des Brenners in Folge von Konzentrationsschwankungen der oxidierbaren Bestandteile im Prozeß-Abgas nicht erfolgen muß, so daß insbesondere Temperaturspitzen vermieden werden, wobei gleichzeitig sichergestellt sein soll, daß ein übliche Werte übersteigender Anstieg der Störstoffkonzentration des der Verbrennungsvorrichtung zuzuleitenden Prozeß-Abgases problemlos bewältigt werden kann, und daß insbesondere Material-Belastungen und Ermüdungen durch hohe Temperaturwechselgeschwindigkeiten unterbleiben.

[0024] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß die Konzentration der in der Brennkammer oxidierbaren Bestandteile auf einem einstellbaren Wert gehalten wird und daß die Eintrittstemperatur des der Nachverbrennungsvorrichtung zuzuführenden aus zu reinigendem Prozeß-Abgas, gereinigtem Prozeß- Abgas und Frischluft bestehenden Gasgemischs 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 vorgeschlagen, 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 Verdünnungsbetrieb die Brennraumtemperatur konstant zu halten. D.h., bei konstant im Minimum fahrendem Brenner wird so die Brennkammertemperatur exakt konstant geregelt und gleichzeitig die Konzentration der brennbaren Substanz im Abgas ebenfalls nahezu konstant gefahren.

[0025] 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 überschwingen kann, daß der Wärmetauscher stets ein gleiches Temperatur-Niveau behält, ungeachtet der Störstoffekonzentration und des Grades der Überflußenergieregelung, 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 verstärktem 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 -oberwellen, ein Abbau der Kohlenstoffdiffusion in die Stähle durch Senken der CO-Pegel und damit der längere Erhalt der Eigenschaften dieser Stähle, das Vermeiden von Umschaftschocks durch Schalten von Prozeßluft und Kaftluft, superschnelles Reagieren auf prozessuale Veränderungen so wie es auch der Brenner kann (oder gar schneller), ein niedrigeres CO-Niveau durch geringere Selbstgenerierung, 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.

[0026] 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.

[0027] 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.

[0028] Eine zukunftsweisende und wesentliche Eigenschaft des Systems ist seine gefahrlose Eignung für den Einsatz höchstvorheizender 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.

[0029] Das Maß für die Zumischung von Luft zur ungereinigten Prozeßluft ist dann die Überschußmenge an brennbarer Substanz oberhalb der bei Brennergrundlast maximal möglichen Kapazität.

[0030] 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.

[0031] 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, 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 nähert sich dem Idealbetrieb und erreicht ihn: den völligen Konstantlauf aller Glieder über Lange Zeit.

[0032] Zum anderen wird ein Teil der oben spezifizierten Eigenschaften auch dadurch erreicht, daß beim Ausfall des Prozeßluftstromes (prozeßbedingt und störungsbedingt) eine kleine Menge ebenso gemischtes und 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-Betrieb an einer jeden Stelle der Anlage aufrechterhält und sie für den späteren Weiterbetrieb mit Prozeß-Abgas sicherstellt.

[0033] Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4 zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen der Vorrichtung und der Gaszuführung eine Verbindung besteht, über die im gewünschten Umfang innerhalb der Vorrichtung gereinigtes Prozeß-Abgas im Kreislauf führbar ist, daß die Regulierung der Temperatur des dem zu reinigenden Prozeß-Abgas zuzumischenden gereinigten Prozeß-Abgases bzw. der Frischluft über Regelorgane wie Klappen erfolgt, deren Regelgröße von der Temperatur bestimmbar ist, die das aus zu reinigendem Abgas und gereinigtem Abgas und/oder Frischluft bestehende Gasgemisch an der Druckseite des Gebläses aufweist, und daß die Wärmetauscherrohre an ihren kalten Enden nach außen abgebogen und von gereinigtem Prozeß-Abgas umströmbar sind. 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. Klappenmechanismen aufweisen, dem zu reinigenden Prozeß-Abgas im erforderlichen Umfang gereinigtes Prozeß-Abgas und/oder Luft zuzuführen, um den Anteil der oxidierbaren Bestandteile auf einem konstanten Wert zu hatten und das Prozeßgas in seiner Temperatur zu korrigieren.

[0034] Demnach werden Verbrennungs-Vorrichtungen so ausgebildet, daß zwischen dem Prozeß-Abgas-Auslaß und der Prozeß-Abgäs-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.

[0035] Die Zumischung der so erzeugten Mischluft mit dem Prozeß-Abgas erfolgt nahe der Saugseite des Prozeß- Abgas-Gebläses.

[0036] 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.

[0037] Die Bestimmung der jeweiligen Warm- und Kaftluftmenge übernimmt ein Temperatur-Regler, der die Temperatur der zur Nachverbrennungs-Vorrichtung geförderten Prozeß-Mischluft überwacht.

[0038] Die Bestimmung der insgesamt zu fördernden Luftmenge bestimmt der Temperatur-Regler, der für die Konstanz der Brennraumtemperatur verantwortlich ist.

[0039] 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. Es zeigen:

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

Fig. 3 eine den erfindungsgemäßen Prozeß realisierende Nachverbrennungs-Vorrichtung.

[0040] Anhand der Fig. 1 soll eine konventionelle Energieüberschußregelung verdeutlicht werden wobei die wesentlichen Elemente der Nachverbrennungsvorrichtung (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 Nachverbrennungsvorrichtung 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 Hochgeschwindigkeitsrohr 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 rekupera- tⁱv vorzuwärmen.

[0041] 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 entgegenwirken, daß sie durch teilweises Umfahren des Wärmetauschers (16) das Niveau der Vorheizung soweit absenken, wie die Zunahme (Schwankung) der Konzentration brennbarer Substanz es erfordert. Der Brenner (22) feuert dabei solange in seinem Regelungs-Minimum, als die übergroße Zufuhr brennbarer Substanz anhält.

[0042] In diesem Prozeß ist die By-pass-Regelung (26) als eine Verbindung 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 Fließwiderstand erfährt als die im By-pass strömende Menge, ist die Regeffähigkeit 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.

[0043] 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-Kreislauf (61) mit seinen Verbrauchern (67) und seiner Kreislaufpumpe (66).

[0044] Nach Verlassen des Wärmeaustauschers (65) oder teilweisen bis vollständigem Umfahren desselben strömt die weiter abgekühlte Abluftmenge dem Raum (68) zu.

[0045] Alle Elemente der Vorrichtung (10) müssen wie auch die Abgas-Leitung (33) für die maximale Temperatur ausgelegt sein, die erzeugt werden kann.

[0046] 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.

[0047] 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 erforderlichen 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 reinigenden 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.

[0048] 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, daß 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 haften.

[0049] Der Abgriff der gereinigten und im Wärmeaustauscher (16) abgekühlten 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.

[0050] Das Gemisch aus Prozeßabluft und beigemengter Luft wird dann vom Gebläse (38) über die Leitung (14.1) dem Wärmetauscher (16) zugefördert.

[0051] Die Vorheizung verändert sich nicht, auch nicht die Brennraumtemperatur. 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.

[0052] 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 noch erklärt werden, welche Rolle die Temperaturregelung erfindungsgemäß spielt:

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.

[0053] 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 VerbrennungsTemperatur 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 ProzeBluft-Temperatur ansteigt, 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 Brennstoffquelle, und ist auch eine solche).

[0054] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkt mit ihrer Temperaturregelung diesem Verhalten entgegen:

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 und die Verarbeitungskapazität für die brennbare Substanz wird erhöht. Die Gesamtanlage kehrt so auch in den Bereich ihrer spezifischen Parameter zurück.

[0055] 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 Kondensatgefahr besonders hoch ist, nämlich bei hohen Konzentrationen kondensierfähiger Anteile und bei niedriger Temperatur, reagiert die beschriebene Regelung gegen die Tendenz der Kondensation.

[0056] Alle Betriebsfälle, die üblicherweise mit kalter Luft ablaufen, laufen erfindungsgemäß im Warm-Betrieb ab. Gemeint sind das Warmhaften im Unterbrechungsfalle und das An- oder Warmfahren der noch kalten Anlage.

[0057] 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.

[0058] 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 Kaftluft. Es werden außerdem die Bereiche zwischen dem Gebläse (38) bis hin zum Wärmeaustauscher (16) sukzessiv auf höhere Temperaturen gebracht, bis die Betriebsbereitschaft der Anlage auf einem Niveau erreicht ist, bei dem bei Umschaltung auf Prozeßbedingungen die Kondensatgefahr in den gefährdeten Bereichen ausgeschaltet ist.

[0059] 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:

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.

b) Das Verfahren regelt in Sekundenschnelle und ist somit der Brennerregelung mindestens ebenbürtig, aber übertrifft die By-pass-Systeme bei weitem. Es gestattet jetzt auch den Einsatz superschneller Thermoelemente.

c) Im Unterbrechungs- bzw. Warmhaftebetrieb 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 Wärmeaustauscher werden bei Kaltluft-Betrieb der Verbrennungsvorrichtung stark abgekühlt und gelangen so in die Kondensationszone. Um dies zu vermeiden, darf die Wärmerückgewinnung nicht zu weit getrieben werden. Erfindungsgemäß wird dies vermieden. Die Wärmerückgewinnung kann deutlich und ohne Gefahr gesteigert werden. Der Gesamtprozeß wird wirtschaftlicher.

d) Druckschwankungen, hervorgerufen durch das Arbeiten von nachgeschalteter Verfahrenstechnik wirken sich nicht auf die Menge der Warmluftrückführung aus, da die Temperaturregelung Priorität hat.

e) Durch die Ausschaltung jeglicher Kondensatgefahr im Bereich des Eintritts der Nachverbrennungsvorrichtung wird eine Brandgefahr grundsätzlich ausgeschaltet.

f) Neueste Produktionstechniken beinhalten heute auch schon 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 Konzentration brennbarer Substanz steigt dann plötzlich und stark an. Das erfindungsgemä-Be Verfahren reagiert auf diese Spitzen sofort und schützt die Nachverbrennungs-Anlage vor Übertemperatur.

[0060] Die Fig. 3 zeigt in Prinzipdarstellung eine Nachverbrennungsvorrichtung, anhand der die erfindungsgemäße Lehre realisierbar ist.

[0061] Die Nachverbrennungsvorrichtung (50), hier liegend dargestellt, umfaßt einen zylinderförmigen Außenmantel

(52), 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, weiches 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.

[0062] Konzentrisch zum Hochgeschwindigkeitsmischrohr (62) verläuft ein innenliegender 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.

[0063] Die Enden (80) der Wärmetauscher-Rohre (70) sind im Bereich zum 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.

[0064] Der Brenner (60) ist mittels eines sich in Richtung des Hochgeschwindigkeitsrohres (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.

[0065] Ein Anschluß (100) oder der Auslaß (78) wird mit einer nicht dargestellten Mischvorrichtung verbunden, die der in Fig. 2 gezeigten Mischvorrichtung (46) und (47) entspricht.

[0066] 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.

[0067] 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 Konstanthaltung der Konzentration brennbarer Substanz und zur Konstanthaltung der Brennkammer- temperatur erforderlich ist, sowie auch zur Erreichung der erforderlichen oder gewünschten Temperatur vor der Verbrennungsanlage.

[0068] 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 Dehnungsschwankungen ausgeschlossen sind.

[0069] Auch alle negativen Einflüsse resultierend aus hohem Vorabbrand werden vermieden. Da der Anschluß (100), dem gereinigtes Abgas zum Vermischen mit noch zu reinigendem Prozeßgas entnommen wird, nicht innerhalb der Vorrichtung (10) liegt, ist demzufolge die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vermischung ohne konstruktiven Aufwand an der Vorrichtung (10) möglich, um so die Konzentration der oxidierbaren Bestandteile auf Toleranzniveau zu halten. Infolgedessen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung (50) wartungsfreundlich und sichert eine hohe Funktionszuvenässigkeit zu.

[0070] Anhand der nachstehenden Tabellen 1 bis 3 soll noch einmal verdeutlicht werden, daß eine nach den erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Nachverbrennungsvorrichtung selbstregulierend optimale Bedingungen für die thermische Verbrennung und damit für die Vorrichtung selbst schafft.

[0071] Die hier betrachtete thermische Nachverbrennungsanlage ist für maximal 15.000 m³_o/h ausgelegt und mit einem Wärmetauscherwirkungsgrad von 76 % ausgestattet. Die nominale Abgastemperatur sei im Beispiel 160°C, effektiv weicht sie aber davon ab. Die Brennraumtemperatur ist bei 760°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.

[0072] Die Anlage wird aus verschiedenen Einzelquellen gespeist. Je nach Quelle und nach Zahl der Quellen sind die Volumenströme unterschiedlich 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.

[0073] Abbildung 1:

Aufgabenstellung und Leistungsvermögen der Nachverbrennungs-Vorrichtung ohne Energieüberschuß-Regelung.

Kommentar: 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 (8O 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.

[0074] Beim Betriebsfall 3 ist die Konzentration der oxidierbaren Bestandteile 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.

[0075] Abbildung 2:

Bewältigung der Aufgabe durch das erfindungsgemäße System für die Betriebsfälle 1, 2 und 3 nach Abbildung 1.

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.

Ansprüche

1. Verfahren zum kontrollierbaren thermischen Nachverbrennen von oxidierbare Bestandteile enthaltendem Prozeß- Abgas, das durch eine Nachverbrennungsvorrichtung geleitet wird, in welcher das Prozeß-Abgas über einen Gaseinlaß, Wärmetauscher, Brenner, Brennraum und von dort über den Wärmetauscher gereinigt einem Gasauslaß zugeführt wird, wobei dem der Nachverbrennungsvorrichtung zuzuführenden Prozeß-Abgas im gewünschten Umfang gereinigtes Prozeß-Abgas zusammen mit Frischluft zugemischt wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

ardie Konzentration der in der Brennkammer oxidierbaren Bestandteile wird auf einem einstellbaren Wert gehalten und

b) die Eintrittstemperatur des der Nachverbrennungsvorrichtung zuzuführenden aus zu reinigendem Prozeß-Abgas, gereinigtem Prozeß-Abgas und Frischluft bestehenden Gasgemischs wird auf einem einstellbaren Wert gehalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner im Regelungs-Minimum (Grundlast) gefahren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß dem zu reinigenden Prozeß-Abgas gereinigtes Prozeß- Abgas zugemischt wird, nachdem dieses den Wärmetauscher umströmt hat.

4. Vorrichtung zum kontrollierten thermischen Nachverbrennen von oxidierbare Bestandteile enthaltendem Prozeß- Abgas umfassend einen Gaseinlaß, einen Brenner mit sich anschließendem Hochgeschwindigkeitsmischrohr, einen Brennraum, einen Wärmetauscher mit konzentrisch zu dem Hochgeschwindigkeitsmischrohr angeordneten an einem Ende umgebogenen Wärmetauscherrohren sowie einen Gasauslaß, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zwischen der Vorrichtung (10, 50) und der Gaszuführung (14, 48, 74) eine Verbindung (44) besteht, über die im gewünschten Umfang innerhalb der Vorrichtung (10, 50) gereinigtes Prozeß-Abgas im Kreislauf führbar ist, 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) erfolgt, deren Regelgröße von der Temperatur bestimmbar ist, die das aus zu reinigendem Abgas und gereinigtem Abgas und/oder Frischluft bestehende Gasgemisch an der Druckseite eines Gebläses (38) aufweist, und daß die Wärmetauscherrohre (70) an ihren kalten Enden (80) nach außen abgebogen und von gereinigtem Prozeß-Abgas umströmbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Saugseite des Gebläses (38) ein Unterdruck erzeugbar ist, über den im gewünschten Umfang gereinigtes Prozeß-Abgas und Frischluft dem zu reinigenden Prozeß- Abgas zuführbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 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.

Claims

1. Process for the controllable thermal afterburning of process exhaust gas containing oxidizable constituents, which is led through an afterburning apparatus in which it is fed via a gas inlet, heat exchanger, burner and combustion space and from there via the heat exchanger, purified, to a gas outlet, and process exhaust gas purified to the desired extent, together with fresh air, is mixed with the process exhaust gas to be fed to the afterburning apparatus, characterized by the process measures:

(a) the concentration of the constituents oxidizable in the combustion space is maintained at an adjustable value and

(b) the inlet temperature of the gas mixture to be fed to the afterburning apparatus, consisting of process exhaust gas to be purified, purified process exhaust gas and fresh air, is maintained at an adjustable value.

2. Process according to Claim 1, characterized in that the burner is run at the control minimum (base load).

3. Process according to Claim 1, characterized in that purified process exhaust gas is mixed with the process exhaust gas to be purified after the former has flowed round the heat exchanger.

4. Apparatus for the controlled thermal afterburning of process exhaust gas containing oxidizable constituents, comprising a gas inlet, a burner with following high-velocity mixing tube, a combustion space, a heat exchanger with heat exchanger tubes arranged concentrically with the high-velocity mixing tube and bent at one end as well as a gas outlet, for carrying out the process according to Claim 1, characterized in that between the apparatus (10, 50) and the gas feed line (14,48, 74) there is a connection (44) via which process exhaust gas purified to the desired extent within the apparatus (10, 50) can be recycled; the temperature of the purified process exhaust gas to be mixed with the process exhaust gas to be purified and that of the fresh air are controlled via control devices such as butterfly valves (46.1; 46.2) whose controlled condition can be determined by the temperature shown on the pressure side of a blower (38) by the gas mixture of the exhaust gas to be purified and purified exhaust gas and/or fresh air; and the heat exchanger tubes (70) are bent outwards at their cold ends (80) and purified process exhaust gas can flow round them.

5. Apparatus according to Claim 4, characterized in that on the suction side of the blower (38) a reduced pressure can be generated through which process exhaust gas purified to the desired extent and fresh air can be fed to the process exhaust gas to be purified.

6. Process according to Claim 4, characterized in that the control of the concentration in the combustion space (18, 64, 94) of the oxidizable constituents of the process exhaust gas which are to be thermally burnt is carried out as a function of the temperature in the combustion space with burner (60) run at the control minimum.

Revendications

1. Procédé de post-combustion thermique contrôlable de gaz d'échappement de processus industriels contenant des composants oxydables qui sont conduits à travers un dispositif de post-combustion dans lequel les gaz d'échappement de processus industriels franchissant une entrée de gaz, un échangeur de chaleur, un brûleur, une chambre de combustion pour arriver épurés à une sortie de gaz par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur, en même temps qu'il est mélangé aux gaz d'échappement de processus industriels à amener au dispositif de postcombustion des gaz d'échappement de processus industriels épurés, dans la proportion désirée, conjointement avec de l'air frais, caractérisé par les étapes du procédé:

a) la concentration des composants oxydables dans la chambre de post-combustion est maintenue à une valeur réglable,

b) la température d'entrée du mélange de gaz à diriger sur le dispositif de post-combustion, qui est composé de gaz d'échappement de processus industriels à épurer, de gaz d'échappement de processus industriels épurés et d'air frais est maintenue à une valeur réglable.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brûleur fonctionne avec le réglage minimum (charge de base).

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mélangé aux gaz d'échappement de processus industriels à épurer, du gaz d'échappement épuré, après que celui-ci a balayé l'échangeur de chaleur.

4. Dispositif pour la post-combustion thermique contrôlée de gaz d'échappement de processus industriels contenant des composants oxydables, comportant une arrivée de gaz, un brûleur avec un tube mélangeur à grande vitesse se raccordant à celui-ci, une chambre de combustion, un échangeur de chaleur avec des tubes échangeurs de chaleur recourbés à une extrémité qui sont disposés concentriquement au tube mélangeur à grande vitesse, et une sortie de gaz, pour l'exécution du procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il existe entre le dispositif (10, 50) et l'arrivée de gaz (14, 48, 74) une jonction (44), au moyen de laquelle du gaz d'échappement de processus industriels épuré peut être conduit dans le circuit dans la proportion désirée à l'intérieur du dispositif (10, 50), en ce que la régulation de la température du gaz d'échappement épuré ou de l'air frais à mélanger au gaz d'échappement à épurer s'effectue au moyen d'organes de réglage dont la grandeur réglable est déterminable au moyen de la température, qui présente, sur le côté de refoulement d'une soufflerie (38), le mélange de gaz constitué par les gaz d'échappement à épurer et par les gaz d'échappement épuré et/ou par l'air frais, et en ce que les tubes échangeurs de chaleurs (70) sont recourbés à leurs extrémités froides et peuvent être balayés par le gaz d'échappement épuré.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il peut être produit, du côté d'aspiration de la soufflerie (38), une dépression, au moyen de laquelle des gaz d'échappement épurés et de l'air frais peuvent être amenés dans la proportion désirée aux gaz d'échappement à épurer.

6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la régulation de la concentration des composants oxydables des gaz d'échappement à consumer thermiquement dans la chambre de combustion (18, 64, 94) est effectuée en fonction de la température dans la chambre de combustion, le brûleur (60) fonctionnant avec le réglage minimum.

Zeichnung