DE4012119C2

DE4012119C2 - Vorrichtung zur Reinigung von schadstoffbelasteter Luft durch katalytische Verbrennung

Info

Publication number: DE4012119C2
Application number: DE4012119A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr Ing Koch
Original assignee: GUT GES fur UMWELTTECHNIK MBH
Current assignee: G.U.T. GESELLSCHAFT FUER UMWELTTECHNIK MBH, 96155
Priority date: 1990-04-14
Filing date: 1990-04-14
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2010-04-15
Also published as: DE4012119A1

Description

Vorrichtung zur Reinigung von schadstoffbelasteter Luft durch katalytische Verbrennung in einem Oxida tionsreaktor, bei der die Reaktionstemperatur für die katalytische Verbrennung durch Wärmeaustausch zwi schen der Abwärme der aus dem Oxidationsreaktor strömenden Luft und der zu reinigenden kalten, schad stoffbelasteten Luft geregelt und bei niedrigen Schad stoffkonzentrationen oder in der Anfahrphase die zu reinigende Luft vor Eintritt in den Oxidationsreaktor zusätzlich aufgewärmt wird.

Eine Anlage zur Durchführung eines derartigen Ver fahrens ist durch die Broschüre der Firma Siemens AG "Abluftreinigung gemäß TA Luft", April 1989, 1 02 091 PA 0489 3, Bestell-Nr. A 191 00-U02-A 151, bekannt geworden. Bei dieser bekannten Anlage wurde ein Re generativ-Wärmetauscher mit einer Drehzahlregelung zur Anpassung der Wärmeübertragung zwischen der Abwärme der gereinigten Luft und der zu reinigenden schadstoffbelasteten Luft verwendet, um die erforderli che Reaktionstemperatur für die katalytische Verbren nung zu erreichen. Bei niedriger Schadstoffkonzentra tion wurde die schadstoffbelastete Luft zusätzlich durch einen dem Oxidationsreaktor vorgeschalteten Gasbren ner aufgewärmt, um die erforderliche Temperatur für die katalytische Verbrennung zu erreichen.

Nachteilig ist jedoch bei dieser bekannten Anlage, daß als Brenner kein Gebläsebrenner verwendet wer den kann, der den Gegendruck an dieser Stelle leicht überwindet und damit auch kein Heizöl als Brennstoff möglich ist, das nur durch einen Gebläsebrenner als Brennstoff eingesetzt werden kann. Zudem können die Schadstoffe des Heizöls an dieser Stelle den Katalysator schädigen.

Ferner besteht durch die Anordnung des Gasbren ners vor dem Oxidationsreaktor die Gefahr, daß die Katalysatoren, besonders während der Anheizphase, beschädigt und in ihrer Lebensdauer beeinträchtigt werden, da viel Energie benötigt wird, um das System auf die erforderliche Betriebstemperatur zu bringen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Anlage zu schaffen, bei der die geschilderten Nachteile vermie den werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gebläse zur Förderung der kalten, schadstoffbelasteten Luft, die wärmeaufnehmende Seite des Wärmetauschers, die Heizung, der Oxidationsreaktor mit Katalysatoren, die Venturi-Mischstrecke und die wärmeübertragende Sei te des Wärmetauschers hintereinandergeschaltet sind, wobei die Venturi-Mischstrecke mit dem einstellbaren Flammrohr des Gebläsebrenners versehen ist, der Ka nal zwischen dem Austritt der Venturi-Mischstrecke und der wärmeübertragenden Seite des Wärmetau schers den Anschluß für das Kühlluftgebläse aufweist und die Temperaturfühler vor der Heizung, vor, zwi schen und nach den Katalysatoren sowie die Heizung, die Gebläsebrenner und die Kühlluftgebläse in einem Regelkreis miteinander verbunden sind.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Hei zung vor dem Oxidationsreaktor als Elektroheizung ausgebildet. Der Gebläsebrenner kann als Öl- oder Gas brenner ausgebildet werden. Rekuperativ- oder Rege nerativ-Wärmetauscher können eingesetzt werden.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergeben sich die folgenden Vorteile:

1. Verzicht auf die Benutzung eines Gasflächen brenners vor dem Oxidationsreaktor. Durch die Verwendung eines serienmäßigen Gebläsebren ners, der mit Gas oder Öl betrieben werden kann, hinter dem Oxidationsreaktor, wird die Gefahr jeg licher Schädigung des Katalysators, insbesondere während der Anheizphase, vermieden und die Le bensdauer des Katalysators erhöht. Die Verwen dung eines Ölbrenners ist nach dem Oxidationsre aktor möglich.
2. Die Elektroheizung ermöglicht eine Feinrege lung der Reaktionstemperatur, ohne daß die Bren nerheizung eingeschaltet werden muß.
3. Dadurch, daß ein Unterdruck in der Venturi- Mischstrecke gebildet wird, kann bei allen Be triebszuständen und beim Brennerstillstand ein kleiner Luftstrom von außen durch den Brenner angesaugt werden, um den Brenner mit den zuge hörigen Teilen, wie z. B. Fotozellen und Zündelek troden, kühl zu halten und dabei thermische Schä den zu vermeiden. Der Unterdruck vermeidet Aus treten von Luft aus der Vorrichtung.
4. Durch die Verwendung eines rekuperativen Wärmetauschersystemes eignet sich die Vorrich tung für eine Kompaktbauweise.
5. Da die Heizung, der Gebläsebrenner und das Kühlluftgebläse zusammen mit dem Temperatur fühler vor der Heizung, vor, zwischen und nach den Katalysatoren einen Regelkreis bilden, können eventuelle Schwankungen in der Schadstoffkon zentration zügig und energiesparend ausgeglichen werden und dienen dem wirtschaftlichen Betrieb der Vorrichtung.
6. Geringerer Kraftbedarf durch die Verwendung eines Rekuperativ-Wärmetauschers.
7. Geringerer Kraftbedarf, da die Verbrennungs luft nicht zusätzlich zu der schadstoffbelasteten Luft bzw. Frischluft (beim Anfahren) durch den Oxidationsreaktor gefördert werden muß.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschrei bung in Verbindung mit den Zeichnungen (Fig. 1 und 2) und den Beispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 Eine schematische Darstellung der Vorrich tung,

Fig. 2 Einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung.

Mit 1 ist das Gebläse, das die kalte, schadstoffbelaste te Luft fördert, bezeichnet. Nach dem Gebläse 1 liegen die Wärmetauscher 3, in denen die schadstoffbelastete Luft im Gegenstrom erwärmt, die gereinigte Luft abge kühlt wird. Nach den Wärmetauschern 3 strömt die vor gewärmte, ungereinigte Luft durch die Stäbe der Elek troheizung 4, bevor sie im Katalysatorsystem 6 bei nied rigen Temperaturen durch Nachverbrennung gereinigt wird. Nach dem Katalysatorsystem 6 durchströmt die warme, gereinigte Luft eine Venturi-Mischstrecke 7, in die das einstellbare Flammrohr 9 eines Gebläsebrenners 10 ragt. Die Strömungsverhältnisse in der Venturi- Mischstrecke 7 erzeugen am Ende des Flammrohres 9 einen permanenten Unterdruck, der bewirkt, daß konti nuierlich bei ausgeschaltetem Gebläsebrenner 10 ein kleiner Kühlluftstrom durch den Gebläsebrenner 10 strömt. Nach der Venturi-Mischstrecke 7 ist im Kanal 11 ein Kühlluftgebläse 13 eingebunden. Der durch das Kühlluftgebläse 13 angesaugte kalte Frischluftstrom senkt die Temperatur der gereinigten Luft so weit ab, daß bei hoher Schadstoffkonzentration ein Aufschau keln der Temperaturen im Wärmetauschersystem 3 ver hindert wird. Temperaturfühler 14 regeln die erfin dungsgemäße Vorrichtung derart, daß unabhängig von der Schadstoffkonzentration der Luft, durch Zusam menspiel der Elektroheizung 4, dem Gebläsebrenner 10 und dem Kühlluftgebläse 13, im Katalysatorsystem 6 eine optimale Nachverbrennungstemperatur herrscht. Durch den Kamin 15 wird die gereinigte Luft abgege ben.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden die Besonderheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens nä her erläutert.

Ein Abluftstrom von ca. 3000 m³/h aus einer Spritz maschine soll bei einer durchschnittlichen Belastung von 2 gC/m3iN so gereinigt werden, daß die abgegebe ne gereinigte Luft nur noch 100 mgC/m3iN enthält. Bei Betriebsbeginn fördert das Gebläse 1 ca. 3000 m³/h un belastete Luft von ca. 20°C durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei gleichzeitig der Gebläsebrenner 10, der eine Leistung von 150 kW besitzt, in Betrieb ist. Bei Erreichen einer Temperatur von ca. 280 bis 350°C vor dem Katalysatorsystem 6 kann lösungsmittelhaltige Ab luft in die Vorrichtung gegeben werden. Bei einer Lö sungsmittelkonzentration von 1.5 bis 2.5 gC/m3iN läuft die Anlage ohne Zuführung von Zusatzenergie durch die Elektroheizung 4 oder den Gebläsebrenner 10, der sowohl mit Gas als auch mit Heizöl EL betrieben wer den kann. Sinkt, arbeitsrhythmusmäßig bedingt, die Lö sungsmittelkonzentration kurzfristig ab (zwischen 1.5 und 1.0 gC/m3iN), so regelt die 60 kW starke Elektro heizung 4 den Temperaturabfall aus. Steigt die Lösungs mittelkonzentration über 2.5 gC/m3iN an, was sich durch einen Temperaturanstieg im Katalysatorsystem auf über 450°C bemerkbar macht, springt das Kühlluft gebläse 13, das für einen Frischluftstrom von ca. 2000 m³/h ausgelegt ist, an und drückt die Temperatur der gereinigten Luft derartig herab, daß durch die ver minderte Temperaturübertragung im Wärmetauscher system 3 die belastete Luft vor den Katalysatoren 6 nicht über 400°C erwärmt wird. Messungen in der Pra xis zeigten, daß die beschriebenen Spinellkatalysatoren kurzfristige Temperaturspitzen von ca. 600°C unbe schadet überstanden haben. Anorganische Substanzen, wie z. B. Farbpigmente, Metallglanz u. s. w. fallen als krümelige und trockene Schlackepartikel an, die das Katalysatorsystem 6 weder durch Ablagerungen noch durch Vergiftung schädigten. Die nach dem Katalysa torsystem 6 gereinigte Luft durchströmt eine Venturi- Mischstrecke 7, die so ausgelegt ist, daß am Ende des in die Venturi-Mischstrecke 7 hineinragenden Flammroh res 9 bei ausgeschaltetem Gebläsebrenner 10 ein Unter druck von ca. 200 Pa herrscht. Dadurch wird ein Kühl luftstrom von ca. 15 bis 20 m³/h durch den Gebläsebren ner 10 gesaugt, der bewirkt, daß die temperaturemp findlichen Brennerteile gekühlt werden. Durch den Ka min 15 wird der gereinigte Luftstrom von ca. 3000 m³/h mit einer Temperatur von ca. 100°C abgegeben.

Ein Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutern.

Einem Radialgebläse 1 mit einer Motorleistung von 5.5 kW (bei 380 V) sind 3 Wärmetauscherpakete 3 nach geordnet. Jedes dieser Wärmetauscherpakete besteht aus 4 kubischen Modulen mit einer Seitenlänge von ca. 500 mm und Platten mit einem Abstand von 3 mm. Hin ter dem Wärmetauschersystem 3 liegt die Elektrohei zung 4, deren Heizstäbe in den Kanal mit den Maßen von ca. 1060 × 610 mm ragen. Der Elektroheizung 4 ist das Katalysatorsystem 6 nachgeordnet. Dieses System besteht aus beschichteten Keramikstrukturkörpern mit einem Pitchmaß von 7 mm, einer Stegbreite von ca. 1 mm und einer Länge je Lage von 150 mm. Jede Lage besteht aus 28 Katalysatorkörpern; insgesamt 5 Lagen umfaßt das Katalysatorsystem. Dem Katalysatorsystem nachgeordnet befindet sich das Nachwärmsystem, das aus einem Flammrohr 9 mit einem Durchmesser von 350 mm und einem erweiterten Enddurchmesser von 450 mm sowie einer Venturi-Mischstrecke 7 besteht. In das Flammrohr 9 ragt das Brennerrohr des Gebläse brenners 10 hinein. Das Nachwärmsystem ist so aufge baut, daß es einen Strömungsweg bildet, der in Kombi nation mit dem Flammrohr 9 und der Venturi-Misch strecke 7 anfangs sich schnell auf einen Durchmesser von ca. 630 mm einschnurt, dann im Bereich des erwei terten Enddurchmessers des Flammrohres parallel ver läuft, um sich dann in einem Winkel von 3° aufzuweiten. Nach dem Nachwärmsystem ist seitlich des Luftkanals ein Kühlluftgebläse 13 mit einer Motorleistung von 2.1 kW (bei 380 V) so angeordnet, daß die Kühlluftlei tung in einem Winkel von 45°C in den Luftkanal einge bunden wird. Hinter der Einmündung der Kühlluftlei tung liegen die Wärmetauscherpakete 3, dem letzten Paket ist der Kamin 14 nachgeschaltet.

Bezugszeichenliste

1

Gebläse

2

Wärmeaufnehmende Seite des Wärmetauschers

3

Wärmetauscher

4

Heizung

5

Oxidationsreaktor

6

Katalysatoren

7

Venturi-Mischstrecke

8

Wärmeübertragende Seite des Wärmetauschers

9

Flammrohr

10

Gebläsebrenner

11

Kanal

12

Anschluß

13

Kühlluftgebläse

14

Temperaturfühler

15

Kamin

Claims

1. Vorrichtung zur Reinigung von schadstoffbela steter Luft durch katalytische Verbrennung in ei nem Oxidationsreaktor, bei der die Reaktionstem peratur für die katalytische Verbrennung durch Wärmeaustausch zwischen der Abwärme der aus dem Oxidationsreaktor strömenden Luft und der zu reinigenden kalten, schadstoffbelasteten Luft geregelt und bei niedrigen Schadstoffkonzentratio nen oder in der Anfahrphase die zu reinigende Luft vor Eintritt in den Oxidationsreaktor zusätzlich aufgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (1) zur Förderung der kalten, schad stoffbelasteten Luft, die wärmeaufnehmende Seite (2) des Wärmetauschers (3), die Heizung (4), der Oxidationsreaktor (5) mit den Katalysatoren (6), die Venturi-Mischstrecke (7) und die wärmeübertra gende Seite (8) des Wärmetauschers (3) hinterein andergeschaltet sind, wobei die Venturi-Misch strecke (7) mit dem einstellbaren Flammrohr (9) des Gebläsebrenners (10) versehen ist, der Kanal (11) zwischen dem Austritt der Venturi-Mischstrecke (7) und der wärmeübertragenden Seite (8) des Wär metauschers (3) den Anschluß (12) für das Kühlluft gebläse (13) aufweist und die Temperaturfühler (14) vor der Heizung (4), vor, zwischen und nach den Katalysatoren (6) sowie die Heizung (4), die Geblä sebrenner (10) und die Kühlluftgebläse (13) in ei nem Regelkreis miteinander verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Heizung (4) als Elektroheizung ausgebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebläsebrenner (10) als Gasbrenner ausgebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebläsebrenner (10) als Ölbrenner ausgebildet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wärmetauscher (3) als Rekupera tiv- oder Regenerativ-Wärmetauscher ausgebildet wird.