DE102011121455B4

DE102011121455B4 - Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Abgasen oder Ablüften

Info

Publication number: DE102011121455B4
Application number: DE102011121455.4A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Crone Fokko; Lukasz Piech; Prof. Dr. Carlowitz Otto; Dipl.-Ing. Neese Olaf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2031-12-17
Also published as: DE102011121455A1

Abstract

Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Abgasen oder Ablüften, die mit brennbaren, insbesondere toxischen organischen Inhaltsstoffen kontaminiert sind, mit einer Brenngas-Lanze, der ein Brennraum zugeordnet ist, wobei die zentral angeordnete Brenngas-Lanze einen Brenngaskanal (6) hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster zum Brennraum offener Abgaskanal (3) den Brenngaskanal (6) der Brenngas-Lanze koaxial einschließt, dass der Abgaskanal (3) von einem zweiten Abgaskanal (2) koaxial umschlossen ist, dass in den dem Brennraum zugekehrten freien Enden der Abgaskanäle (3, 2) Drallerzeugungseinrichtungen angeordnet sind und dass die Brenngas-Lanze an ihrem dem Brennraum zugekehrten Ende radial ausgerichtete Brenngas-Düsen (8) besitzt, wobei die Drallerzeugungseinrichtungen gegensinnig ausgebildete Drallgeschränke (4, 5) sind derart, dass die durch die Abgaskanäle dem Brennraum zugeführten Abgase in den Brennraum mit einander entgegengesetzten Drallrichtungen eintreten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Abgasen oder Ablüften, die mit brennbarem, insbesondere toxischen organischen Inhaltsstoffen kontaminiert sind, mit einer Brenngas-Lanze, der ein Brennraum zugeordnet ist, wobei die zentral angeordnete Brenngas-Lanze einen Brenngaskanal hat.
Eine solche Vorrichtung ist Hauptbestandteil einer thermischen Nachverbrennungsanlage (TNV). Thermische Nachverbrennungsanlagen dienen der Behandlung von Abgasen oder Ablüften mit brennbaren bzw. organischen Inhaltsstoffen. Diese in der Regel toxischen Inhaltsstoffe werden durch Verbrennen in die Substanzen Kohlenstoffdioxid und Wasser überführt. Die Anforderungen an die Brenner dieser Vorrichtungen lassen sich wie folgt charakterisieren:
Sie sollen den so genannten Zusatzbrennbrennstoff (bevorzugt Erdgas) sicher zünden und sicher verbrennen.
Sie sollen die intensive Vermischung der Reaktionspartner Abgas/Abluft und Zusatzbrennstoff sicherstellen, damit ein vollständiger Ausbrand bei möglichst niedriger Temperatur erfolgt und eine möglichst niedrige Verweilzeit im Brennraum benötigt wird.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung ist in der WO 99/37951A1 offenbart. Dort ist eine Brennereinrichtung mit einem Drallgeschränk beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser Gattung so weiterzubilden, dass die intensive Vermischung der Reaktionspartner Abgas/Abluft und Zusatzbrennstoffe intensiviert wird und zugleich die Menge des Zusatzbrennstoffes, des Brenngases, reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch den Patentanspruch 1 gelöst.
In Lösung dieser Aufgabe wurde eine Vorrichtung aufgefunden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein erster zum Brennraum offener Abgaskanal den Brenngaskanal der Brenngas-Lanze koaxial einschließt, dass der Abgaskanal von einem zweiten Abgaskanal koaxial umschlossen ist, dass in den dem Brennraum zugekehrten freien Enden der Abgaskanäle Drallerzeugungseinrichtungen angeordnet sind und dass die Brenngas-Lanze an ihrem dem Brennraum zugekehrten Ende radial ausgerichtete Brenngas-Düsen besitzt, wobei die Drallerzeugniseinrichtungen gegensinnig ausgebildete Drallgeschränke sind derart, dass die durch die Abgaskanäle dem Brennraum zugeführten Abgase in den Brennraum mit einander entgegengesetzten Drallrichtungen eintreten.
Mit dieser Ausbildung wird erreicht, dass der Zusatzbrennstoff sicher zündet und sicher verbrennt und dass in Folge intensiver Vermischung der Reaktionspartner Abgas/Abluft und Zusatzbrennstoff ein vollständiger Ausbrand bei möglichst niedriger Temperatur erfolgt und eine möglichst niedrige Verweilzeit im Brennraum benötigt wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und Vorteile aus dem Ausführungsbeispiel.
Es gibt thermische Nachverbrennungsanlagen, denen ein Oxidationskatalysator unmittelbar im Brennraum oder in Strömungsrichtung hinter einem Abluft-/Abgasvorwärmer nachgeschaltet ist. Derartige Katalysatoren benötigen insbesondere für die Umsetzung von Alkanen (Methan, Propan usw.), die bevorzugt aus dem Brenngas im Fall unvollständiger Verbrennung stammen können (Schlupf), hohe Temperaturen, was der Intension, die Reaktionstemperatur mit katalytischer Stufe extrem niedrig zu halten, entgegenwirkt. Wird bei der Vorrichtung nach der Erfindung ein Katalysator unmittelbar im Brennraum positioniert, ist das erfindungsgemäß erzeugte, sich über den gesamten Brennraumquerschnitt erstreckende gleichmäßige Geschwindigkeits-, Temperatur- und Konzentrationsprofil eine Gewährleistung für eine ordnungsgemäße Funktion des Katalysators.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Vorteile der Erfindung weiter erläutert werden, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
1: eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die unterhalb der Mittellinie längs aufgeschnitten ist, und
2: eine brennraumseitige Stirnansicht der Vorrichtung gemäß 1.
Die Vorrichtung hat eine zentral angeordnete Brenngas-Lanze, die in bekannter Weise auf einen nicht dargestellten Brennraum axial ausgerichtet ist. Die Brenngas-Lanze ist zusammengesetzt aus einem Luftzufuhrrohr 1 und einen das Luftzufuhrrohr koaxial einschließenden Brenngaskanal 6. Der Brenngaskanal 6 ist von einem ersten Abgaskanal 3 koaxial umschlossen und der Abgaskanal 3 ist wiederum von einem zweiten Abgaskanal 2 koaxial umschlossen, die also die Brenngas-Lanze schalenförmig umschließen. Die Abgaskanäle 3 und 2 weisen in ihren dem Brennraum zugekehrten Enden Drallgeschränke 5 und 4 auf. Das dem Brennraum zugekehrte Ende des Brenngaskanals 6 ragt gegenüber den dem Brennraum zugekehrten Enden der Abgaskanäle 3 und 2 etwas weiter in den Brennraum hinein. Nahe diesem Ende hat der Brenngaskanal 6 eine Reihe radial ausgerichteter Brenngasdüsen 8, wobei die Querschnittsöffnung des Brenngaskanals selbst stirnseitig verschlossen ist.
Die Drallgeschränke 5 und 4 der Abgaskanäle 3 und 2 sind derart ausgebildet, dass die Abgase aus den Abgaskanälen in zueinander entgegengesetzten Drallrichtungen in den Brennraum einströmen. Das veranschaulicht 2. Dort ist mit 9 die radiale Orientierung des Brenngasaustritts dargestellt und zeigen 2 und 3 die zu einander gegenläufigen Drallrichtungen der aus den Abgaskanälen 2 und 3 in den Brennraum einströmenden Abgase.
Die Luft wird dem Brenngas bevorzugt kurz vor Eintritt in den Brennraum beigemischt und tritt gemeinsam mit dem Brenngas durch die radial angeordneten Brenngasdüsen 8 in den Brennraum aus. Drall und Gegendrall der Abgase sowie der Brenngasaustritt mit radialer Orientierung führen unmittelbar am Brenneraustritt zu einer Zone extremer Vermischung von Abgas und Brenngas, die in 1 mit 10 bezeichnet ist. Drall und Gegendrall sind bevorzugt derart bemessen, dass sie sich gegenseitig aufheben und in Folge dessen ein gleichmäßiges Geschwindigkeits-, Temperatur- und Konzentrationsprofil entsteht, so dass sich bestmögliche Voraussetzungen für einen vollständigen Ausbrand bei möglichst niedriger Temperatur ergeben. Die Beimischung von Luft zum Brenngas wird bevorzugt im unterstöchiometrischen Verhältnis vorgenommen, z. B. im Verhältnis 0,1–0,3, so dass sich die Brenngasflammen im Bereich des Brenngasaustritts in unmittelbarer Nähe zu den Brenngasdüsen 8 stabilisieren und ein Schlupf brennbarer Substanzen (z. B. Methan aus Erdgas) unterbleibt. Die Luftzumischung wird insbesondere benötigt, wenn im Pausenbetrieb bzw. Standbybetrieb die Brennertemperatur zur Brennstoffeinsparung abgesenkt wird, somit über den Abgaspfad keine Schadstoffe mehr zugeführt werden, damit ein vollständiger Ausbrand des Brenngases als unabdingbare Voraussetzung erfolgt.

Claims

Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Abgasen oder Ablüften, die mit brennbaren, insbesondere toxischen organischen Inhaltsstoffen kontaminiert sind, mit einer Brenngas-Lanze, der ein Brennraum zugeordnet ist, wobei die zentral angeordnete Brenngas-Lanze einen Brenngaskanal (6) hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster zum Brennraum offener Abgaskanal (3) den Brenngaskanal (6) der Brenngas-Lanze koaxial einschließt, dass der Abgaskanal (3) von einem zweiten Abgaskanal (2) koaxial umschlossen ist, dass in den dem Brennraum zugekehrten freien Enden der Abgaskanäle (3, 2) Drallerzeugungseinrichtungen angeordnet sind und dass die Brenngas-Lanze an ihrem dem Brennraum zugekehrten Ende radial ausgerichtete Brenngas-Düsen (8) besitzt, wobei die Drallerzeugungseinrichtungen gegensinnig ausgebildete Drallgeschränke (4, 5) sind derart, dass die durch die Abgaskanäle dem Brennraum zugeführten Abgase in den Brennraum mit einander entgegengesetzten Drallrichtungen eintreten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brenngaskanal (6) der Brenngas-Lanze eine zentral und koaxial ausgerichtete Luftzuführung (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführung (1) in dem Brenngaskanal (6) nahezu bis zu dem Austritt der Brenngase in den Brennraum geführt ist.