DE19808819A1

DE19808819A1 - Verbrennungsofen für Abgase

Info

Publication number: DE19808819A1
Application number: DE19808819A
Authority: DE
Inventors: Johannes Reichart
Original assignee: Utec Luftreinigung & Waermerue
Current assignee: Utec Luftreinigung & Waermerue
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-09-09
Also published as: US6138586A

Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Verbrennung von mit organischen Stoffen beladenen Abgasen mit einem langgestreckten, vorzugsweise zylindrischen Verbren nungsraum, einem mit einem Flammrohr stirnseitig achs zentral in den Verbrennungsraum eingreifenden, öl- oder gasgefeuerten Brenner, einem an dem dem Brenner gegen überliegenden Ende des Verbrennungsraums angeordneten Rauchgasstutzen für die bei der Verbrennung entstehen den Rauchgase und einem seitlich an den Verbrennungs raum angeschlossenen Eingangsstutzen für die zu ver brennenden Abgase, wobei der Eingangsstutzen in Bren nernähe in den Verbrennungsraum mündet.

Die Verbrennung ist die universellste und sicherste Me thode der Abluftreinigung und Abgasentsorgung zur Be seitigung brennbarer organischer Inhaltsstoffe. Die schadstoffbeladene Luft wird in einem Verbrennungsofen auf so hohe Temperaturen erhitzt daß die organischen Stoffe im wesentlichen zu Kohlendioxid und Wasser ver brennen. Die erforderlichen hohen Temperaturen werden mit Hilfe des Brenners durch eine Brennstoffflamme er zeugt, während die beim Verbrennungsvorgang entstehen den Rauchgase entweder einem Kamin oder einer Rauchgas reinigung zugeführt werden. Bei bekannten Verbrennungs öfen wird als nachteilig empfunden, daß der Verbren nungsraum bei gegebenem Abgasdurchsatz relativ lang ausgebildet werden muß, was zu einer großvolumigen Bau weise des Verbrennungsofens führt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, einen Verbrennungsofen zu entwickeln, der bei gegebenem Abgasdurchsatz eine relativ kurze Bauweise ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentan sprüchen 1 und 5 angegebenen Merkmalskombinationen vor geschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil dungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, daß die zu verbrennenden Abgase auf einer möglichst kurzen Strecke auf eine hohe Temperatur erhitzt werden, damit eine kurze Bauweise erzielt werden kann.

Um dies zu erreichen, wird gemäß einer ersten Erfin dungsalternative ein in dem Brennraum exzentrisch auf der Seite des Eingangsstutzens angeordneter, an seinen Rändern zumindest teilweise umströmbarer Leit- und Prallschirm vorgeschlagen, dessen Innenfläche als Leit fläche für die aus dem Brenner im wesentlichen axial in den Verbrennungsraum austretende Flamme und dessen Au ßenfläche als Prall- und Leitfläche für die über den Eingangsstutzen mit radialer Strömungskomponente in den Verbrennungsraum eintretenden Abgase dienen. Der Leit- und Prallschirm erstreckt sich dabei im wesentlichen achsparallel vom Brenner aus über die Weite des Ein gangsstutzens hinweg und ist vorzugsweise als zum Ver brennungsraum im wesentlichen konzentrisches, teilzy lindrisch gekrümmtes Blech ausgebildet. Mit diesen Maß nahmen wird erreicht, daß die in den Verbrennungsraum einströmenden Abgase nicht unmittelbar auf die Brenner flamme treffen, sondern zunächst an der Außenfläche des Leit- und Prallschirms und an der Wandung des Verbren nungsraums auf kürzester Strecke vorgeheizt und verwir belt werden, so daß sie beim Auftreffen auf die Flamme auf sehr kurzer Strecke auf Flammtemperatur gelangen.

Eine weitere Verbesserung oder alternative Ausgestal tung der Erfindung sieht vor, daß in Strömungsrichtung hinter dem Eingangsstutzen mindestens ein achszentral angeordnetes, quer zur Längsachse des Verbrennungsraums ausgerichtetes Prallblech angeordnet ist, das einen kleineren Durchmesser als der Verbrennungsraum und Durchbrüche für den Flammendurchtritt aufweist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Prallblech in lichtem Abstand vom freien Ende des Leit- und Prallschirms angeordnet ist und vor zugsweise über achsparallele Stege mit dem Leit- und Prallschirm verbunden ist. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, daß die Flamme in ihrer axialen Ausdehnung verkürzt und die auf das Volumen innerhalb des Verbren nungsraums bezogene Wärmequelldichte erhöht wird. Eine Folge hiervon ist, daß mit einem handelsüblichen Öl- oder Gasbrenner im Verbrennungsraum eine Temperatur bis zu 1100°C erzielt wird, die bei ausreichender Sauer stoffzufuhr zu einer nahezu vollständigen Oxidation der im Abgas enthaltenen organischen Substanzen auf kürze stem Verbrennungsweg führt.

Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht wird da durch erzielt, daß im Verbrennungsraum zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete, durchbrochene Prall bleche angeordnet sind, und daß im Abstandsbereich zwi schen den Prallblechen sich eine ringförmige Ein schnürung des Verbrennungsraums befindet. Die Ein schnürung wird durch einen radial in den Verbrennungs raum eingreifenden, zur Längsachse des Verbrennungs raums konzentrischen Ring gebildet. Eine weitere Ein schnürung des Verbrennungsraumquerschnitts kann auch im Abstandsbereich zwischen dem Rauchgasstutzen und einem benachbarten Prallblech vorgesehen werden. Die ringför migen Einschnürungen und die Prallbleche sorgen inner halb des Verbrennungsraums für eine intensive Verwirbe lung und Durchmischung der zu verbrennenden Abgase mit dem flammenbildenden Gas, wobei die Durchbrüche in den Prallblechen den Flammendurchgriff entlang der Strö mungsstrecke erleichtern.

Vorteilhafterweise ist das den zylindrischen Verbren nungsraum begrenzende Metallrohr in einem wärmeisolier ten Gehäuse angeordnet. Alle Bauteile bestehen zweckmä ßig aus einem hochwarmfesten Stahl. Das Gehäuse, das vorzugsweise eine im wesentlichen quaderförmige Gestalt aufweist, wird zur Erzeugung des natürlichen Durchzugs zweckmäßig mit schräg nach unten weisender brennersei tigen Stirnfläche und mit schräg nach oben weisendem Rauchgasstutzen aufgestellt. An den Rauchgasstutzen kann dabei ein nach oben weisender Schornstein ange schlossen werden, während der in Brennernähe angeordne te Eingangsstutzen vorzugsweise von unten her an ein gegebenenfalls mit einem Gebläse bestücktes Abgasrohr angeschlossen werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt zur Verbrennung von flüchtigen Geruchs- und Giftstoffen eingesetzt. Dazu gehören insbesondere die Verbrennung von Räucherei- und Bäckereiabgasen, von Abgasen aus Kautschuk-Temperieröfen und von flüchtigen organischen Lösungsmitteln. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit be steht in der Nachverbrennung von Motorabgasen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht eines Ab gas-Verbrennungsofens;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Verbrennungsofen nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Fig. 2;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V der Fig. 2.

Der in Fig. 1 gezeigte Verbrennungsofen ist beispiels weise zur Verbrennung von Räuchereiabgasen bestimmt. Er enthält ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 10, in welchem ein Verbrennungsrohr 12 mit einem zylindri schen Verbrennungsraum 14 angeordnet ist, einen in ei nem stirnseitigen Brennergehäuse 16 angeordneten, an das Verbrennungsrohr 12 angeschlossenen, mit Heizöl oder Heizgas beaufschlagbaren Brenner 18, einen an ei nem Rauchgasstutzen 20 des Verbrennungsrohrs 12 ange schlossenen Kamin 22 und einen an ein Abgasrohr 23 bei spielsweise einer Räucherkammer angeschlossenen, seit lich in den Verbrennungsraum 14 mündenden Eingangsstut zen 24 für das zu verbrennende Abgas. Das Verbrennungs rohr 12 ist innerhalb des Gehäuses 10 mittels Steinwol le 26 nach außen hin wärmeisoliert. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsofen mit Hilfe der Tragstützen 28 mit schräg vom Brenner 18 zum Rauchgasstutzen 20 nach oben weisendem Verbren nungsraum 14 auf einer ebenen Dachfläche 30, durch die das Abgasrohr 23 nach außen tritt, aufgestellt.

Der Eingangsstutzen 24 mündet in Brennernähe radial in den Verbrennungsraum 14. Um eine bessere Durchmischung der Abgase mit der vom Flammenrohr 32 des Brenners 18 kommenden Flamme zu erzielen, befindet sich in dem Ver brennungsraum ein exzentrisch auf der Seite des Ein gangsstutzens 24 angeordneter, an seinen Seitenrändern 34 umströmbarer Leit- und Prallschirm 36, dessen Innen fläche 38 als Leitfläche für die aus dem Brenner 18 axial in den Verbrennungsraum 14 austretende Flamme und dessen Außenfläche 40 als Leit- und Prallfläche für die über den Eingangsstutzen 24 mit radialer Strömungskom ponente in den Verbrennungsraum 14 eintretenden Abgase dient. Der Leit- und Prallschirm 36 erstreckt sich im wesentlichen achsparallel von dem Brenner 18 aus über die Weite des Eingangsstutzens 24 hinweg, so daß die Flamme vollständig gegenüber dem unmittelbar einströ menden Abgas abgeschirmt ist. Wie aus Fig. 3 und 4 zu ersehen ist, ist der Leit- und Prallschirm 36 als zum Verbrennungsraum 14 im wesentlichen konzentrisches, teilzylindrisch gekrümmtes Blech ausgebildet.

Weiter befindet sich in Strömungsrichtung hinter dem Eingangsstutzen 24 ein achszentral angeordnetes, quer zur Längsachse 42 des Verbrennungsraums 14 ausgerichte tes Prallblech 44, das einen kleineren Durchmesser als der Verbrennungsraum 14 sowie Durchbrüche 46 für den Flammendurchtritt aufweist. Das Prallblech 44 ist über achsparallele Stege 48 mit dem Leit- und Prallschirm 36 verbunden und weist somit einen lichten Abstand vom freien Ende 50 des Leit- und Prallschirms 36 auf.

In axialem Abstand vom Prallblech 44 befindet sich ein radial in den Verbrennungsraum 14 eingreifender, den Strömungsquerschnitt des Verbrennungsraums reduzieren der, zur Längsachse 42 konzentrischer Ring 52. Die Querschnittseinschnürung sorgt für eine Verwirbelung und bessere Durchmischung der Abgase mit den die Flam mengasen.

Stromabwärts vom Ring 52 sind in verschiedenen Abstän den ein weiteres mit Durchbrüchen versehenes Prallblech 54 und ein weiterer, den Rohrquerschnitt des Verbren nungsraums 14 verkleinernder Ring 56 angeordnet, die zur besseren Durchmischung der Abgase mit den Flammen gasen und zur Erhöhung der Flammentemperatur führen. Das Prallblech 54 ist mit Radialstegen 58 an der Innen fläche des Verbrennungsrohrs 12 angeschweißt.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfin dung betrifft einen Ofen zur Verbrennung von mit orga nischen Stoffen beladenen Abgasen. Der Verbrennungsofen weist einen langgestreckten, vorzugsweise zylindrischen Verbrennungsraum 14, einen mit einem Flammrohr 32 stirnseitig achszentral in den Verbrennungsraum 14 ein greifenden, vorzugsweise mit Heizöl oder Heizgas beauf schlagbaren Brenner 18, einem am auslaßseitigen Ende des Verbrennungsraums 14 angeordneten Rauchgasstutzen und einen seitlich an den Verbrennungsraum 14 ange schlossenen Eingangsstutzen 24 auf. Der Eingangsstutzen mündet dabei in Brennernähe in den Verbrennungsraum 14. Um eine hohe Heizleistungsdichte und eine kompakte Bau weise zu erzielen, wird gemäß der Erfindung vorgeschla gen, daß im Verbrennungsraum 14 exzentrisch auf der Seite des Eingangsstutzens 24 ein an seinen Seitenrän dern 34 zumindest teilweise umströmbarer Leit- und Prallschirm 36 angeordnet ist. Die Innenfläche 38 des Leit- und Prallschirms 36 dient dabei als Leitfläche für die aus dem Brenner 18 im wesentlichen axial in den Verbrennungsraum 14 austretende Flamme, während dessen Außenfläche 40 als Leit- und Prallfläche für die über den Eingangsstutzen 24 mit radialer Strömungskomponente in den Verbrennungsraum 14 eintretenden Abgase dient. Weiter ist in Strömungsrichtung hinter dem Eingangs stutzen mindestens ein achszentral angeordnetes, quer zur Längsachse 42 des Verbrennungsraums 14 ausgerichte tes, mit Durchbrüchen 46 für den Flammendurchtritt ver sehenes Prallblech 44 angeordnet.

Ausführungsbeispiel

In einem Temperofen wurde ein Vulkanisat auf der Basis von Nitrilkautschuk in einem Zeitraum von zwei bis drei Stunden bei 170°C nachgetempert. Der Temperofen war mit 211 kg Material beladen.

Im Abluftkanal des Temperofens wurde mit einem Gesamt kohlenwasserstoffanalysator die Kohlenwasserstoffkon zentration auf der Grundlage des in der VDE-Richtlinie 3481, Blatt 1 beschriebenen Meßverfahrens gemessen. Es handelt sich hierbei um ein substanzunspezifisches Meß verfahren, das ein Summensignal für nicht-, bzw. teil oxidierte organische Stoffe liefert. Der Gesamtkohlen wasserstoffanalysator ergibt einen Überblick über die Gesamtbelastung der Luft mit organischen Stoffen. Seine kurze Ansprechzeit erlaubt eine Online-Aufzeichnung der Emissionsentwicklung. Kalibriert wird das Gerät mit Propanprüfgas. Die sich hierbei ergebenden Propanäqui valente werden auf den Parameter Gesamt-C umgerechnet, der sich ausschließlich auf den Kohlenstoffgehalt im Propangasmolekül bezieht.

Die im Abgas des Temperofens gemessene Konzentration an Kohlenwasserstoff (C_ges) lag im Mittel bei 1382 mg/m³, also weit über dem zulässigen Grenzwert von 20 mg/m³.

Zur Reduzierung der Schad- und Geruchsstoffe wurde an den Abluftkanal des Temperofens ein Verbrennungsofen mit Ölbrenner der in Fig. 1 bis 5 gezeigten Art ange schlossen. Hierzu wurde der Abluftkanal mit dem Einlaß stutzen des Verbrennungsofens verbunden. Zur Bestimmung der Gesamtkohlenwasserstoffkonzentration am Rauchgas auslaß des Verbrennungsofens wurde dort ein weiterer Gesamtkohlenwasserstoffanalysator angeschlossen. Der Gesamtkohlenwasserstoffgehalt im Rauchgas des Verbren nungsofens betrug im Mittel 4,6 mg/m³, was einer Redu zierung der Gesamt-C-Emissionen um über 99% ent spricht.

Claims

1. Ofen zur Verbrennung von mit organischen Stoffen beladenen Abgasen mit einem langgestreckten, vor zugsweise zylindrischen Verbrennungsraum (14), ei nem mit einem Flammrohr (32) stirnseitig achszen tral in den Verbrennungsraum (14) mündenden, vor zugsweise öl- oder gasgefeuerten Brenner (18), ei nem am auslaßseitigen Ende des Verbrennungsraums (14) angeordneten Rauchgasstutzen (20) für die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase und einem seitlich in den Verbrennungsraum (14) mündenden Eingangsstutzen (24) für die zu verbrennenden Abga se, wobei der Eingangsstutzen (24) in Brennernähe angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen in dem Verbrennungsraum (14) exzentrisch auf der Seite des Eingangsstutzens (24) angeordneten, an seinen Sei tenrändern (34) zumindest teilweise umströmbaren Leit- und Prallschirm (36), dessen Innenfläche (38) als Leitfläche für die aus dem Brenner (18) axial in den Verbrennungsraum (14) austretende Flamme und dessen Außenfläche (40) als Leit- und Prallfläche für die über den Eingangsstutzen (24) mit radialer Strömungskomponente in den Verbrennungsraum (14) eintretenden Abgase dienen.

2. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Leit- und Prallschirm (36) sich im wesentlichen achsparallel vom Brenner (18) aus über die Weite des Eingangsstutzens (24) hinweg er streckt.

3. Verbrennungsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leit- und Prallschirm (36) als zum Verbrennungsraum (14) im wesentlichen kon zentrisches, teilzylindrisch gekrümmtes Blech aus gebildet ist.

4. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß axial stromabwärts hin ter dem Eingangsstutzen (24) mindestens ein achs zentral angeordnetes, quer zur Längsachse (42) des Verbrennungsraums ausgerichtetes Prallblech (44) angeordnet ist, das einen kleineren Durchmesser als der Verbrennungsraum (14) sowie Durchbrüche (46) für den Flammendurchtritt aufweist.

5. Ofen zur Verbrennung von mit organischen Stoffen beladenen Abgasen mit einem langgestreckten, vor zugsweise zylindrischen Verbrennungsraum (14), ei nem mit einem Flammrohr (32) stirnseitig achszen tral in den Verbrennungsraum (14) mündenden, vor zugsweise öl- oder gasgefeuerten Brenner (18), ei nem am auslaßseitigen Ende des Verbrennungsraums (14) angeordneten Rauchgasstutzen (20) für die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase und einem seitlich in den Verbrennungsraum (14) mündenden Eingangsstutzen (24) für die zu verbrennenden Abga se, wobei der Eingangsstutzen in Brennernähe ange ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß axial stromabwärts hinter dem Eingangsstutzen (24) minde stens ein achszentral angeordnetes, quer zur Längs achse (42) des Verbrennungsraums ausgerichtetes Prallblech (44) angeordnet ist, das einen kleineren Durchmesser als der Verbrennungsraum (14) sowie Durchbrüche (46) für den Flammendurchtritt auf weist.

6. Verbrennungsofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallblech (44) in lichtem Abstand vom freien Ende (50) des Leit- und Prall schirms (36) angeordnet ist.

7. Verbrennungsofen nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Prallblech (44) über achsparalle le Stege (48) mit dem Leit- und Prallschirm (36) verbunden ist.

8. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbrennungsraum (14) zwei in axialem Abstand voneinander angeordne te durchbrochene Prallbleche (44, 54) angeordnet sind und daß im Abstandsbereich zwischen den Prall blechen ein radial in den Verbrennungsraum (14) eingreifender und dabei dessen Strömungsquerschnitt reduzierender, zur Längsachse (42) des Verbren nungsraums (14) konzentrischer Ring (52) angeordnet ist.

9. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstandsbereich zwi schen dem Rauchgasstutzen (20) und einem benachbar ten Prallblech (54) ein radial in den Verbrennungs raum (14) eingreifender und dabei dessen Strömungs querschnitt reduzierender, vorzugsweise zur Längs achse (42) des Verbrennungsraums (14) konzentri scher Ring (56) angeordnet ist.

10. Verbrennungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Ver brennungsraum (14) in einem wärmeisoliert, vorzugs weise quaderförmigen Gehäuse (10) angeordnet ist.

11. Verbrennungsofen nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gehäuse (10) mit vorzugsweise schräg nach unten weisender brennerseitiger Stirn fläche und mit vorzugsweise schräg nach oben wei sendem Rauchgasstutzen (20) auf einer Unterlage (30) aufgestellt ist.

12. Verwendung des Verbrennungsofens nach einem der An sprüche 1 bis 11 zum Verbrennen von Räucherei- und Bäckereiabgasen.

13. Verwendung des Verbrennungsofens nach einem der An sprüche 1 bis 11 zur Verbrennung von Abgasen aus Kautschuk-Temperöfen.

14. Verwendung des Verbrennungsofens nach einem der An sprüche 1 bis 11 zur Verbrennung von flüchtigen or ganischen Lösungsmitteln.

15. Verwendung des Verbrennungsofens nach einem der An sprüche 1 bis 11 zum Verbrennen von flüchtigen Ge ruchs- und Giftstoffen.

16. Verwendung des Verbrennungsofens nach einem der An sprüche 1 bis 11 zur Nachverbrennung von Motorabga sen.