[0001] Bei der Texilveredelung werden Stoffbahnen z.B. zum thermofixieren in Spannrahmen
auf etwa 180° erwärmt. Die Abluft solcher Spannrahmen wird mittels eines Gebläses
abgesaugt und üblicherweise über ein Kamin ins Freie geleitet. Diese Abluft ist erheblich
mit Kohlenwasserstoffen, unter anderem Paraphinen, belastet und riecht übel. Ausserdem
enthält sie wegen ihrer hohen Temperatur von etwa 140° C erhebliche Energiemengen.
Versuche diese Energie in einem Wärmetauscher rückzugewinnen, sind bisher gescheitert,
weil diese Wärmetauscher sehr rasch verschmutzen und kaum zu reinigen sind.
[0002] Zur Beseitigung von Schadstoffen in Abluft wird in den VDI-Richtlinien 2442 vom
Juni 1987 vorgeschlagen, in einer Nachverbrennungsanlage die Abluft mittels eines
Brenners auf etwa 750° bis 900° C zu erhitzen und anschliessend mit einem Wärmetauscher
wieder abzukühlen. Im Wärmetauscher wird dabei die zu reinigende Abluft im Gegenstrom
erhitzt, damit der Brennstoffaufwand möglichst gering gehalten werden kann. Solche
An lagen sind ausserordentlich teuer und bringen ausser der Reduktion der Umweltbelastung
keinen Nutzeffekt. Die im Gas noch enthaltene Abwärme ist selten sinnvoll wirtschaftlich
nutzbar. Der auf hoher Temperatur betriebene Gas-Gas-Wärmetauscher stellt ausserdem
erhebliche Materialprobleme, so dass häufig eine an sich erwünschte Temperatur über
800° C nicht gefahren werden darf.
[0003] In Melliand Textilberichte 8/1985, Seiten 603 bis 604 wird von Peter ter Duis vorgeschlagen,
einen Teil der Abluft eines Spannrahmens einem Dampfkessel als Verbrennungsluft zuzuführen.
Dabei wird die Ansaugleitung des Brenners an das Abluftkamin des Spannrahmens angeschlossen.
Bei der beschriebenen Anlage kann bei Volllast des Dampfkessels in gewissen Fällen
die gesamte Abluft des Spannrahmens gereinigt werden. Gleichzeitig kann der Wirkungsgrad
der Feuerungsanlage verbessert werden, weil ihre heisse Verbrennungsluft zugeführt
wird. Bei Volllast des Kessels wird über das Kamin zusätzlich Frischluft angesaugt,
bei reduzierter Last entweicht hingegen der überschüssige Teil der Spannrahmenabluft
über das Kamin ins Freie. Ein erheblicher Nachteil dieser Anlage ist demzufolge, dass
bei Teillastbetrieb des Kessels nur ein Bruchteil der Spannrahmenabluft gereinigt
werden kann und die Umweltbelastung somit im erheblichen Ausmass weiter besteht.
[0004] Aehnliche Probleme bestehen beim Betrieb einer Senge, wobei hier die Geruchsprobleme
verschärft sind, die Abluft aber weniger feucht ist und deshalb weniger Wärmeinhalt
hat. Die Abluft einer Senge enthält mehr Feststoffanteile als jene eines Spannrahmens.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur Reinigung
der Abluft eines Spannrahmens oder einer Senge zu schaffen, mit welchem die Abluft
möglichst vollständig gereinigt und ihr Wärmeinhalt möglichst zurückgewonnen werden
kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäss den Ansprüchen 1 und
6 gelöst.
[0006] Herkömmliche Wärmeversorgungseinrichtungen (z.B. Dampf-, Heiz-, Wärmeträgerölkessel,
usw.) werden immer mit einem möglichst geringen und über den gesamten Leistungsbereich
konstanten Luftüberschuss betrieben, weil ein höherer Luftüberschuss den Wirkungsgrad
reduziert und zu Verlusten führt. Die an der Verbrennung nicht beteiligte Luft muss
ja von der Ansaugtemperatur auf die Abgastemperatur erhitzt werden. Beim erfindungsgemässen
Verfahren wird dieser allgemein gültige Grundsatz verletzt. Ueberraschenderweise
hat der grosse Luftüberschuss beim erfindungsgemässen Verfahren im Teillastbetrieb
der Wärmeversorgungseinrichtung keine oder nur eine unbedeutende Wirkungsgradverminderung
zur Folge, auch wenn die Abgaswärme nicht ausgenützt wird. Es hat sich nämlich gezeigt,
dass die Verbrennung der Schadstoff-Fracht in der Abluft des Spannrahmens im Fixierbetrieb
zur Erwärmung dieser Luft um etwa 50 bis 100° C ausreicht. Im Gegensatz zu allen bekannten
Wärmeversorgungseinrichtungen kann also beim erfindungsgemässen Verfahren ohne Wirkungsgradeinbusse
mit einem grossen Luftüberschuss gearbeitet werden. Daher kann, im Gegensatz zur zuvor
beschreibenen Anlage nach ter Duis,bei der erfindungsgemässen Anlage auch im Teillastbetrieb
der Wärmeversorgungseinrichtung die gesamte Abluft des Spannrahmens oder der Senge
gereinigt werden.
[0007] Da beim erfindungsgemässen Verfahren die organischen Schadstoffe der Abluft vollständig
verbrannnt werden, ist es möglich, das Abgas erheblich abzukühlen und somit die fühlbare
Wärme der Spannrahmenabluft zurückzugewinnen. Eine besonders grosse Energierückgewinnung
ist möglich, wenn als Brennstoff im Brenner Erdgas verwendet und das Abgas unter den
Taupunkt abgekühlt wird. Dabei wird sowohl der obere Heizwert des Brennstoffes und
der Schadstoffe der Abluft ausgenützt, als auch zusätzlich die latente Abwärme der
Spannrahmenabluft zu einem grossen Teil rückgewonnen. Da die Spannrahmenabluft meist
einen hohen Wasserdampfgehalt hat, kann damit erheblich Energie rückgewonnen werden.
Die rückgewonnene Wärme lässt sich bei einem Dampfkessel sehr gut zur Speisewasservorwärmung
verwerten. Bei dieser Betriebsweise führt eine Erhöhung des Luftüberschusses zu einer
Steigerung des Wirkungsgrades und einer Reduktion des Brennstoffbedarfs.
[0008] Textilveredelungsbetriebe mit Spannrahmen oder Sengen haben meistens Dampfkessel
von hinreichender Grösse, um die gesamte Abluft des Spannrahmes oder der Senge auf
die erfindungsgemässe Art zu reinigen. Bei diesen Betrieben ist nur eine thermisch
isolierte Abluftleitung zwischen den Spannrahmen und dem Kessel sowie eine Aenderung
der Kesselsteuerung, allenfalls noch des Brenners erforderlich. Mit geringen Investitionskosten
kann daher nebst einer vollständigen Reinigung der Abluft eine Rückgewinnung der Abwärme
und eine wesentliche Reduktion der Brennstoffkosten erreicht werden. Dabei werden
auch noch bei sehr hohem Luftüberschuss von z.B. λ = 3 Verbrennungstemperaturen über
1000°C erzielt, so dass eine sichere Verbrennung sämtlicher Schadstoffe erreicht wird.
[0009] Der hohe Luftüberschuss beim erfindungsgemässen Verfahren hat ausserdem eine markante
Reduktion des NO
x-Gehaltes im Abgas zur Folge.
[0010] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Darin zeigt:
Fig. 1 ein Schema einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 ein Schema einer zweiten Ausführungsform, und
Fig. 3 ein Schema einer dritten Ausführungsform.
[0011] Ein Spannrahmen 1 hat ein allseits geschlossenes Gehäuse 2 mit einem Eintrittschlitz
3 und mit einem Austrittsschlitz 4 für eine Stoffbahn 5. Das Innere des Gehäuses 2
ist über eine Abluftleitung 6 mit einem Sauggebläse 7 verbunden. Das Gebläse 7 fördert
die Abluft in eine thermisch isolierte Verbindungs leitung 10. Die Isolation der
Leitung 10 dient einerseits der Vermeidung von Wärmeverlusten, andererseits um Kondensation
von Wasser und Schadstoffen aus der Abluft zu vermeiden. Die Verbindungsleitung 10
ist mit der Verbrennungsluftzufuhröffung 12 eines Brenners 13 eines Dampfkessels 21
verbunden. Zwischen der Oeffnung 12 und dem Brenner 13 erstreckt sich eine weitere
thermisch isolierte Leitung 11. Die Verbrennungsluft wird dem Brenner 13 über ein
Brennergebläse 14 zugeführt. Bei der Zufuhröffnung 12 zweigt von der Leitung 10 ein
Ausgleichskamin 15 ab. Um den Betrieb des Kessels 21 auch unabhängig vom Spannrahmen
1 zu ermöglichen, zweigt von der Leitung 11 ein Frischluftansaugstutzen 22 ab. Gesteuert
durch eine Klappe 23 wird die Verbrennungsluft entweder von der Leitung 10 oder vom
Stutzen 22 bezogen. Der Brenner 13 hat eine Brennstoffdüse 24 mit einer Brennstoffzuleitung
25. In der Zuleitung 25 ist ein Brennstoffventil 26 zur Regelung des Brennstoffdurchflusses
angeordnet. Am Dampfkessel 21 ist eine Dampfleitung 27 sowie eine Abgasleitung 28
angeschlossen. In der Abgasleitung 28 sind drei Wärmetauscher 29, 30, 31 angeordnet,
wobei der erste Wärmetauscher 29 das Abgas abkühlt und damit das mittels einer Pumpe
34 von einem Speisewassertank 32 geförderte Kesselspeisewasser vorwärmt. Das vorgewärmte
Speisewasser wird dem Kessel 21 über eine Zuleitung 33 zugeführt. Der Tank 32 wird
über eine Leitung 35 mit Frischwasser gespeist. Das Frischwasser wird durch den zweiten
Wärmetauscher 30 vorgewärmt. Der Wärmetauscher 31 dient zur Erwärmung von Prozess-
oder Heizungswasser. Schliesslich entweicht das abgekühlte Abgas über ein Kamin 36.
[0012] Das Brennstoffventil 26 wird durch einen Regler 40 geregelt. Als Sollwert wird dem
Regler z.B. der durch einen Fühler 41 gemessene Dampfdruck des Kessels 21 vorgegeben.
Bei sinkendem Dampfdruck öffnet das Ventil 26 proportional. Gleichzeitig wird mit
dem Regler 40 eine Klappe 42 im Verbrennungsluftzufuhrkanal 43 des Brenners 13 geregelt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Brennerregelungen wird nun beim erfindungsgemässen
Verfahren die Klappe 42 so gesteuert, dass der Luftüberschuss bei abnehmender Kessellast
zunimmt. Wenn der Brenner 13 z.B. bei Vollast auf einen Luftüberschuss von λ= 1,2
eingestellt ist, kann die Steuerung der Klappe 42 so ausgelegt werden, dass bei 1/3-Last
des Kessels 21 der Luftüberschuss aufλ = 2,2 ansteigt. Diese Aenderung gegenüber herkömmlichen
Brennerregelungen ist in Fig. 1 sympolisch dargestellt durch einen Untersetzungshebel
44 zwischen dem Ausgang des Reglers 40 und der Klappe 42.
[0013] Durch diese Massnahme gelingt es in den meisten Fällen, trotz schwankender Kessellast
sämtliche Abluft des Spannrahmens 1 als Verbrennungsluft dem Brenner zuzuführen.
[0014] Als Brennstoff wird zweckmässig Erdgas verwendet. In diesem Fall kann das Abgas in
den Wärmetauschern 29, 30, 31 unter den Taupunkt abgekühlt und damit sowohl die fühlbare
als auch die latente Abwärme der Spannrahmenabluft weitgehend zurückgewonnen werden.
Ausserdem wird damit der obere Heizwert des Brennstoffs und der Schadstoffe in der
Abluft ausgenützt. Durch den hohen Luftüberschuss wird damit eine Reduktion des Brenn
stoffbedarfs bis gegen 20% erreicht.
[0015] Falls als Brennstoff Heizöl verwendet wird, werden die Wärmetauscher 30 und 31 zweckmässig
weggelassen.
[0016] In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Teile
haben gleiche Bezugszeichen, so dass sich eine detaillierte Erläuterung dieser Teile
erübrigt. Im Kanal 43 wird dem Brenner 13′ wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
Primär- und Senkundärluft gesteuert durch die Klappe 42 in Funktion der Kessellast
zugeführt, wobei wiederum mit sinkender Kessellast der Luftüberschuss steigt. Stromaufwärts
der Klappe 42 ist vom Kanal 43 ein weiterer Kanal 50 abgezweigt. Dieser mündet in
einem Ringraum 51 um den Kanal 43. Vom Ringraum 51 führt ein Ringkanal 52 zum Brennerkopf
im Kessel 21. Ueber diesen Ringkanal 52 kann dem Brennerkopf Tertiärluft zugeführt
werden. Zur Steuerung der Tertiärluftzufuhr ist im Kanal 50 eine Klappe 53 angeordnet.
Die Klappe 53 wird gesteuert durch einen weiterern Regler 54. Der Regler 54 erhält
als Sollwert die Differenz der Ablufttemperatur stromaufwärts und stromabwärts des
Ausgleichskamins 15. Dazu ist in den Leitungen 10, 11 je ein Temperaturfühler 55 angeordnet.
Die Temperaturdifferenz wird z.B. auf 5° C eingestellt, so dass stets eine geringe
Menge Frischluft durch das Kamin 15 einströmt. Falls die Temperaturdifferenz steigt,
reagiert der Regler 54 und schliesst proportional die Klappe 53. Bei sinkender Temperaturdifferenz
wird die Klappe 53 geöffnet.
[0017] Durch diese Ausbildung kann der Luftüberschuss zusätzlich gesteigert werden, so
dass auch bei stark variirender Kessellast sämtliche Spannrahmenabluft gereinigt
werden kann. Ausserdem werden Schwankungen in der anfallenden Abluftmenge automatisch
ausgeglichen.
[0018] In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei wiederum
für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet wurden. Hier hat der Brenner 13˝
wiederum einen Tertiärluftkanal 50, 51, 52. Die Klappe 42 für Primär- und Sekundärluft
ist vom Brennstoffregelventil 26 entkoppelt und wird durch einen Stellmotor 60 gesteuert.
Ein zweiter Stellmotor 61 steuert die Tertiärluftklappe 53. Die beiden Stellmotoren
61 werden durch einen Temperaturfühler 62 im Ausgleichskamin 15 geregelt. Diese Regelung
wirkt analog jener mit den beiden Temperaturfühlern 55 in Fig. 2: der Sollwert der
Temperatur des Fühlers 62 wird z.B. etwa 10° C über der Aussentemperatur eingestellt.
Damit wird sichergestellt, dass ständig eine geringe Menge Frischluft durch das Kamin
15 eintritt und keine Spannrahmenabluft entweicht. Das Signal des Fühlers 62 wird
über zwei Regler 63, 64 auf die beiden Stellmotoren 60, 61 aufgeschaltet. Der erste
Regler 63 hat eine variable untere Begrenzung des Ausgangssignals. Diese untere Begrenzung
wird in Abhängigkeit des Signals eines O₂ Fühlers 65 in der Abgasleitung 28 eingestellt.
Damit wird sichergestellt, das bei Volllast des Kessels und geringer Abluftmenge
des Spannrahmens ein gewisser minimaler Luftüberschuss von z.B.λ = 1,2 nicht unterschritten
wird. Diese untere Begrenzung wirkt nur auf die Klappe 42 für Primär- und Sekundärluft.
Für die Klappe 53 für Tertiärluft ist im Regler 64 eine variable obere Begrenzung
des Oeffnungsquerschnittes vorgsehen. Die obere Begrenzung wird dem Regler 64 durch
einen Temperaturfühler 66 am Ende des Flammrohres des Kessels 21 vorgegeben. Die Temperatur
soll an dieser Stelle 800° nicht unterschreiten, damit die sichere Verbrennung sämtlicher
Schadstoffe gewährleistet ist und die Emission von CO vermieden wird. Diese untere
Grenztemperatur entspricht einem Luftüberschuss von etwaλ = 3,5.
[0019] Durch diese Ausbildung wird ein optimaler Wirkungsgrad über den gesamten Lastbereich
des Kessels 21 erreicht mit minimaler Frischluftansaugung.
1. Verfahren zur Reinigung der Abluft eines Spannrahmes (1) und/oder einer Senge
durch thermische Verbrennung, wobei die Abluft als Verbrennungsluft einer Wärmeversorungseinrichtung
(21) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeversorgungseinrichtung
(21) in ihrem Teillastbetrieb mit einem grossen Luftüberschuss von λ= 1,5 bis λ =
3,5 betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftüberschuss in Funktion
der Last der Wärmeversorungseinrichtung (21) variiert wird, wobei mit zunehmender
Last der Luftüberschuss vermindert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftüberschuss
in Funktion der anfallenden Abluftmenge variiert wird, wobei mit zunehmender Abluftmenge
der Luftüberschuss erhöht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftüberschuss geregelt
und nach unten und oben begrenzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff
Erdgas verwendet wird, und dass das Abgas der Wärmeversorgungseinrichtung (21) auf
eine Temperatur unterhalb seines Taupunktes abgekühlt wird.
6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend einen Spannrahmen
(1) und/oder eine Senge mit einem Abluftgebläse (7) sowie eine Wärmeversorgunseinrichtung
(21) mit einem Brenner (13), wobei das Abluftgebläse (7) über eine thermisch isolierte
Leitung (10) mit dem Brenner (13) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Brenner (13) für einen Betrieb mit grossen Luftüberschuss vonλ = 1,5 bis λ = 3,5 ausgelegt
ist.
7. Anlage nach Anspruch 6, wobei die Brennstoffzufuhr und die Luftzufuhr zum Brenner
(13) der Wärmeversorgungseinrichtung (21) durch einen Regler (40) geregelt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (40) so eingestellt ist, dass der Luftüberschuss
mit zunehmender Last der Wärmeversorgungseinrichtung sinkt.
8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Brennstoffzufuhr und die Luftzufuhr zum
Brenner (13) durch je einen Regler (40,54;40,63,64) geregelt sind, dadurch gekennzeichnet,
dass in der Verbindungsleitung (10,11) ein Fühler (55,62) zum Messen der anfallenden
Abluftmenge angeordnet ist, und dass der Fühler (55,62) mit dem Regler (54;63,64)
für die Luftzufuhr zum Brenner (13′,13˝) derart verbunden ist, dass der Luftüberschuss
mit steigender Abluftmenge steigt.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasleitung (28) der
Wärmeversorgungseinrichtung (21) ein zweiter Fühler (65) zur Bestimmung des unteren
Grenzwertes des Luftüberschusses und an der Wärmeversorungseinrichtung ein dritter
Fühler (66) zur Bestimmung des oberen Grenzwertes des Luftüberschusses angeordnet
ist, und dass der zweite und dritte Fühler mit dem Regler (63,64) zur Regelung der
Verbrennungsluftzufuhr zum Brenner (13˝) verbunden sind.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgaskanal
(28) der Wärmeversorgungseinrichtung (21) Wärmetauscher (29,30,31) angeordnet sind.