DE3428537C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Stationäre Verbrennungsvorrichtungen nach dem Wärmeregenerationsprinzip sind beispielsweise aus der US- PS 38 95 918 bekannt. Bei dieser Verbrennungsvorrichtung ist eine in der Mitte angeordnete Hochtemperatur-Verbrennungskammer vorgesehen, die mit drei oder mehr Wärmetauscherabschnitten in Verbindung steht, die um die Verbrennungskammer herum angeordnet sind. Jeder Wärmetauscherabschnitt dieser Vorrichtung schließt eine große Anzahl von Wärmetauscherelementen ein, die zwischen zwei im wesentlichen vertikalen, mit Öffnungen versehenen Halte­ wänden eingeschlossen sind, die in den meisten Fällen aus Metall bestehen. Einlaß- und Auslaßventile sind mit jenem Wärmetau­ scherabschnitt an der Ober- und Unterseite verbunden, und die Gasströmung verläuft allgemein horizontal von den Wärmetauscher­ abschnitten zu der Verbrennungskammer und umgekehrt.

In der DE-OS 33 22 119 wurde weiterhin eine Verbrennungsvor­ richtung vorgeschlagen, bei der vertikal ausgerichtete Wärme­ tauscherabschnitte verwendet werden, die entweder in benachbar­ ten keilförmigen Formen oder L-förmig angeordnet sind. Hierbei sind Einlaß- und Auslaßkanäle und ent­ sprechende Einlaß- und Auslaßventile jedem Wärmetauscherab­ schnitt in der Nähe seines unteren Endes in den Räumen unterhalb von Wärmetauscherbetten zugeordnet. Eine gemeinsame Verbren­ nungskammer ist oberhalb aller dieser Wärmetauscherabschnitte angeordnet. Die Gasströmung erfolgt in der Hauptsache vertikal durch jeden vertikalen Wärmetauscherabschnitt und horizontal durch die Verbrennungskammer. Um zu vermeiden, daß Abgas oder Abluft die Hochtemperatur-Verbrennungszone um­ geht, wird die nach oben strömende Abgas- oder Abluftströmung in Form eines eine relativ hohe Geschwindigkeit aufweisenden Strahls in den oberen Teil der Verbrennungszone eingeleitet. Dies wird dadurch erreicht, daß für jeden Wärmetauscherabschnitt eine Abdeckung mit einer Öffnung vorgesehen wird, die speziell für diesen Zweck ausgebildet ist. Der Strahl vergrößert die Turbulenz in dem Verbrennungsbereich zur Erzielung einer besse­ ren Vermischung und trägt dazu bei, eine relativ unbehinderte seitliche Strömung des nicht verarbeiteten oder unvollständig verarbeiteten Abgases an dem unteren Bereich der Verbrennungs­ zone von einem Wärmetauscherabschnitt zum benach­ barten Wärmetauscherabschnitt zu verhindern. Obwohl diese Ver­ brennungsvorrichtung recht befriedigende Eigenschaften aufweist, weist sie einen relativ komplizierten Aufbau auf.

Aus der DE-OS 29 51 525 ist weiterhin eine Verbrennungsvorrich­ tung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Wärme­ tauscherabschnitte in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse ausgebildet und durch vertikale, sich im wesentlichen radial erstreckende Trennwände voneinander getrennt sind. Die Trenn­ wände erstrecken sich im wesentlichen lediglich bis zur Füllhöhe der Wärmetauscherelemente, wobei sich das gemeinsame Gehäuse über die Höhe der Trennwände hinaus erstreckt und damit eine Verbrennungskammer bildet, die allen Wärmetauscherabschnitten gemeinsam ist. In diese Verbrennungskammer wird von oben die Flamme eines Brenners eingeleitet, die damit auf die Oberseite der Wärmetauscherelemente gerichtet ist. Hierbei besteht die Gefahr, daß die Abgase oder die Abluft beim Überströmen von einem Wärmetauscherabschnitt zum anderen die Flamme umgeben und damit nicht ausreichend erhitzt werden, um sie unschädlich zu machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungsvor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei ein­ fachem Aufbau eine einwandfreie Verbrennung und Verarbeitung der Abgas- und Abluftströmungen ermöglicht und damit einen ver­ besserten Wirkungsgrad ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verbrennungsvor­ richtung wird eine direkte Abgasströmung zwischen den Oberseiten zweier benachbarter Wärmetauscherabschnitte sicher verhindert, ohne daß sich ein komplizierter Aufbau ergibt. Hierdurch wird eine einwandfreie und vollständige Verbrennung der Abgas- und Abluftströmungen und damit ein verbesserter Wirkungsgrad er­ reicht.

Durch die Abdeckeinrichtungen ergibt sich ein vergleichsweise langer Strömungsweg zwischen zwei Wärmetauscherabschnitten, wobei im Verlauf dieses Strömungsweges, der horizontal oberhalb der Wärmetauscherabschnitte verläuft, die Heizeinrichtungen angeordnet sind, so daß sichergestellt ist, daß diese Abgas- oder Abluftströmungen in jedem Fall die Flamme der Heizeinrichtungen durchqueren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht der Ausführungsform der Verbrennungsvorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der Wärmetauschervorrichtung nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie II-II nach Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist eine allgemein mit 10 be­ zeichnete Ausführungsform der Wärmetauschervorrichtung gezeigt, die eine Anzahl von Wärmetauscherabschnitten 12, 13 und 14 einschließt, die in einer Reihe hintereinander angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Verbrennungs- oder Wärmetauscherabschnitte von allgemein wannenförmiger Konstruktion. Jeder Wär­ metauscherabschnitt weist eine äußere Metallumhüllung 12 a, 13 a oder 14 a auf, die mit einem Überzug oder einer Schicht aus feuerfestem Material 12 b, 13 b und 14 b ausgekleidet ist. Jeder Wärmetauscherabschnitt weist horizontale Kanten auf, die auf Halteelementen in Form von I-Trägern ruhen oder an diesen befestigt sind, die an den Oberseiten von Säulen 11 befestigt sind. Innerhalb jedes Wärmetauscherabschnittes 12, 13 und 14 ist auf jeweiligen mit Öffnungen versehenen Metallplatten 12 c, 13 c und 14 c ein Bett 15 aus keramischen Wärmespeicherelementen angeordnet. Unterhalb jeder der perforierten Metallplatten 12 c, 13 c und 14 c befindet sich ein Raum 28, der über Einlaß- und Auslaß­ speisekanäle 20 bzw. 17 und Einlaßventile 24, 22 auf gegen­ überliegenden Seiten der Vorrichtung mit Haupt-Einlaß- und -Auslaßkanälen 18 und 16 in Verbindung steht. Dem Hauptein­ laßkanal wird Abgas oder Abluft von einem Industrieverfahren über einen Kanal 26 und ein wahlweise vorgesehenes Einlaßgebläse 27 zugeführt. Der Hauptauslaßkanal 16 ist mit einem Auslaßge­ bläse 25 gekoppelt, das mit einem Kamin oder einer anderen ge­ eigneten Einrichtung zur Ableitung der verarbeiteten, gereinig­ ten Abgase oder der Abluft in die Umgebungsatmosphäre verbindbar ist.

Oberhalb der drei Wärmetauscherabschnitte 12, 13 und 14 befin­ det sich ein allgemein rechteckiger Raum für die Verbrennungs­ kammer 21, die durch ein Gehäuse 23 umgrenzt ist, das durch Metallplatten 23 a gebildet und mit einem feuerfesten Überzug oder einer Schicht 23 b ausgekleidet ist. Die Verbrennungskammer steht mit den Wärmetauscherabschnitten 12, 13 und 14 in Ver­ bindung und wird über einen Brenner 19 geheizt, der durch eine Seitenwand der Umschließung 23 hindurch vorspringt und von außen mit Brennstoff gespeist wird. Das Gehäuse 23 ist mit Hilfe von Schrauben, Muttern oder anderen geeigneten Einrichtungen lösbar an den horizontalen Kanten der Umhüllungen 12 a, 12 b, 12 c der Wärmetauscherabschnitte 12, 13 und 14 befestigt.

Freiräume 12 d, 13 d, 14 d sind jeweils oberhalb der Wärmetauscher­ betten 15 angeordnet und teilweise durch Platten 12 e, 13 e und 14 e abgedeckt. Diese Platten können aus feuerfestem Gußmaterial hergestellt sein und sind so bemessen, daß sie die Freiräume nicht vollständig abschließen. Wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist, weist die Platte 12 e eine beträchtlich kleinere Länge als die Länge des Freiraumes 12 d auf, so daß sich eine Öffnung am Ende der Platte ergibt, durch die hindurch Gas entweder von oder zu dem Wärmetauscherbett 15 strömen kann. Andererseits ist die Platte 13 e so angeordnet, daß sich eine Öffnung an der anderen Seite ergibt. Die Platte 14 e ist in ähnlicher Weise wie die Platte 12 e angeordnet, wobei sich die Öffnung auf der gleichen Seite wie bei der Platte 12 e befindet. Diese abgestufte Anord­ nung der Öffnungen verhindert, daß irgendein Teil der Abluft oder des Abgases von einem der Wärmetauscherabschnitte 12, 13 und 14 auf kurzem Wege zum benachbarten Wärmetauscherabschnitt strömen kann, wobei das Abgas oder die Abluft in diesem Fall in der Kammer 21 nur für eine Zeit bleiben würde, die nicht für eine vollständige Verbrennung ausreicht. Dadurch, daß die Weg­ längen für alle ausströmenden Gasteilchen annähernd gleich lang gemacht werden, verweilen sie in der Hochtemperatur-Verbren­ nungszone für eine gleichförmigere Zeitdauer, so daß eine vollständigere Verbrennung der Abgas- oder Abluftströmung gefördert wird.

Obwohl die Platten12 e, 13 e und 14 e rechteckförmig dargestellt sind, besteht keine Notwendigkeit, daß sie irgendeine spezielle Form aufweisen. Tatsächlich könnte der wirksame Gasweg genauso gleichförmig gemacht werden, wenn die Form der Öffnungen drei­ eckig gemacht würde, beispielsweise durch Abschneiden einer der Ecken an den Enden der Platte. Es könnten auch andere Formen von Platten verwendet werden, oder die Platten könnten so geformt werden, daß sie die gesamte Oberseite eines Wärmetauscherbettes überdecken, jedoch eine Anzahl von Perforationen aufweisen, die im Bereich eines Endes ausgebildet sind.

Claims (7)

1. Verbrennungsvorrichtung mit zumindestens zwei getrennten vertikalen Wärmetauscherabschnitten, die benachbart zueinander angeordnet sind und in denen jeweils ein Stapel von feuerfesten Wärmetauscherelementen angeordnet ist, die durch ein gasdurch­ lässiges Bauteil gehaltert sind, unter dem ein umgrenzter Raum angeordnet ist, mit Einrichtungen zur Zuführung unerwünschter Abgase zur Verarbeitung in der Vorrichtung und zur Ableitung von in der Vorrichtung verarbeiteten Gasen aus der Vorrichtung, die so ausgebildet sind, daß sie zu vorgegebenen Zeiten die Abgase mit vorgegebenen Gasströmungsgeschwindigkeiten ausge­ wählten der umgrenzten Räume zuführen und die Gase aus anderen dieser umgrenzten Räume ableiten, mit einer Verbindungsein­ richtung oberhalb der Stapel von Wärmetauscherelementen, die die Wärmetauscherabschnitte in eine Gasströmungsverbindung miteinander bringt, und mit einer Heizeinrichtung in der Ver­ bindungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs­ einrichtung durch eine langgestreckte Kammer (21) gebildet ist, und daß Abdeckeinrichtungen (12 e, 13 e, 14 e) vorgesehen sind, die jeweils teilweise vorgegebene Bereiche der Wärmetauscherab­ schnitte (12, 13, 14) abdecken und von der Kammer trennen, wobei die nicht abgedeckten Bereiche von aneinander angrenzenden, durch die Kammer (21) verbundenen Wärmetauscherabschnitten soweit wie möglich voneinander entfernt angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (21) durch ein langgestrecktes Gehäuse (23) gebildet ist, das ober­ halb aller Wärmetauscherabschnitte (12, 13, 14) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckeinrich­ tungen als plattenförmige Bauteile (12 a, 13 e, 14 e) mit allgemein rechteckiger Form ausgebildet sind, die teilweise mit der Form der Oberseite des zugehörigen Wärmetauscherabschnitts (12, 13, 14) übereinstimmt, wobei jedoch jeweils eine rechteckige Öffnung zwischen einem Ende der plattenförmigen Bauteile und dem entsprechenden Ende der Oberseite des zugehörigen Wärmetauscherabschnitts verbleibt, und daß die rechteckigen Öffnungen benachbarter Wärmetauscherabschnitte an entgegengesetzten Enden angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Freiraum (12 d, 13 d, 14 d) zwischen der Oberseite jedes Stapels von Wärme­ tauscherelementen (15) und den plattenförmigen Bauteilen (12 e, 13 e, 14 e) befindet.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß drei Wärmetauscherabschnitte (12, 13, 14) vorgesehen sind, die in einer Reihe angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wärmetauscher­ abschnitt (12, 13, 14) getrennt auf horizontalen Haltelementen gehaltert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher­ abschnitte (12, 13, 14) eine allgemein wannenförmige Form auf­ weisen.