EP2105663A1 - Vorrichtung zum Durchführen von thermischen Prozessen, bei denen als thermische Energiequelle eine Flamme eingesetzt wird - Google Patents

Vorrichtung zum Durchführen von thermischen Prozessen, bei denen als thermische Energiequelle eine Flamme eingesetzt wird Download PDF

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EP2105663A1
EP2105663A1 EP08006149A EP08006149A EP2105663A1 EP 2105663 A1 EP2105663 A1 EP 2105663A1 EP 08006149 A EP08006149 A EP 08006149A EP 08006149 A EP08006149 A EP 08006149A EP 2105663 A1 EP2105663 A1 EP 2105663A1
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EP
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combustion chamber
flue gases
flame
ceramic
chamber
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Cesare Baldassari
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator
    • F23G7/068—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator using regenerative heat recovery means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/24—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a vertical, substantially cylindrical, combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a device for carrying out thermal processes in which a flame is used as the thermal energy source, according to the preamble of claim 1.
  • the thermal processes of this type may be, for example, drying and preheating of pans, containers or melting furnace in steel plants or manufacturing processes in ferrous and non-ferrous metal metallurgy.
  • the thermal processes carried out in a combustion chamber are accompanied by a combustion process which takes place with the supply of combustion air and in which not only the fuel supplied to generate the flame from a main burner is burned, but also the vapors and gases produced during the thermal treatment, the of the treated material, eg from molten metal.
  • Combustion processes are known to be associated with pollutant emissions, the pollutants and other emissions (noise, odor, etc.) may not be released freely to the environment for environmental protection reasons.
  • a particular problem is the formation of nitrogen oxides (NO x ), which can lead to respiratory disease and multiple damage to sensitive ecosystems, and a precursor substance for the formation of acid precipitation, secondary aerosols and - together with the volatile organic compounds - of Photooxidants (ozone / summer smog) represent.
  • NO x nitrogen oxides
  • the combustion chamber must be followed by a post-combustion chamber with another burner and gas cleaning systems, whereby certain temperatures are necessary for the purification of the flue gases.
  • the gas purification takes place in several stages, whereby the nitrogen oxides are reduced by the addition of ammonia to nitrogen. All these additional systems - not least also monitoring of noise caused by flame generation, as well as a system of exhaust hoods and filters - are associated with an increased consumption of electricity and fuel.
  • the present invention has for its object to provide a device of the type mentioned, with the thermal processes or the processes accompanying these processes can be carried out environmentally friendly and yet with significantly reduced costs.
  • the combustion chamber communicates with at least three regeneration chambers which can be connected to the supply line for the combustion air or to the exhaust line for the flue gases and which are each provided with a heatable ceramic bed.
  • the combustion air is alternately fed into the combustion chamber via one of the regeneration chambers and thereby heated and the flue gases are removed via another regeneration chamber and thereby cooled, with the sequence of connection of the individual Regenerlerhuntn to the supply or to the suction line (or to none of both) is changed periodically.
  • auxiliary burners are preferably arranged in the regeneration chambers.
  • the low nitrogen emission in the combustion carried out in the inventive device which is at a controlled temperature.
  • Any unburned gases and / or volatile organic substances are thermally destroyed in the ceramic beds maintained at 750 ° C or in the overlying zones with the auxiliary burner flames, and the gases in the ceramic beds are cooled to a temperature below 300 ° C.
  • the pollutants are already eliminated within the inventive device and the flue gases cleaned, and more, platz contactsspruchende Nachverbrennungs- and Nach lenderssvorraumen unnecessary, which in turn brings a huge cost savings (in investment, maintenance, fuel and electricity consumption, etc.) with it.
  • the ceramic beds also contribute to the acoustic absorption, so that the noise generated during flame generation is also reduced.
  • Fig.1 shows an apparatus 1 for performing a thermal process, such as a melting furnace.
  • the device 1 has a refractory housing 2, which encloses a combustion chamber 3.
  • a combustion chamber 3 Into the housing 2 projects from above a main burner 4 as a central lance, which serves to generate a flame 5 as a thermal energy source for performing the thermal process (eg, melting).
  • a combustion process takes place above the melt 6, in which not only the fuel is burned to produce the flame, but also the resulting during the thermal treatment vapors and gases coming from the treating material, such as the molten metal 6.
  • the combustion chamber 3 communicates with three regeneration chambers 10A, 10B, 10C accommodated in the upper region of the housing 2, of which FIG Fig. 1 for simplicity, two are shown in the same plane of the drawing. How, however, out Fig. 2a to 2m
  • the three regeneration chambers 10A, 10B, 10C are uniformly distributed around the circumference of the combustion chamber 3.
  • Each regeneration chamber 10A, 10B, 10C contains a per se known ceramic bed 11A, 11B, 11C and is connected via a respective valve VA, VF to a supply line 14 for the combustion air (oxygen-containing gases) on the one hand and to an exhaust duct 15 for the flue gases on the other hand.
  • the supplied by means of a blower 16 combustion air is introduced at the open valve VA, for example, to the regeneration chamber 10A and the ceramic bed 11A in the combustion chamber 3 and the flue gases through a ceramic bed another Regenerierhunt, eg the Regenerierhunt 10B, the valve VF is open by means of a Suction blower 17 withdrawn and passed into a chimney 18.
  • an auxiliary burner 20A, 20B, 20C is disposed above the ceramic bed 11A, 11B, 11C, respectively, facing the main burner 4 and its flame 5 (ie, three auxiliary burners 20A, 20B, 20C preferably arranged perpendicular to the central axis a of the device 1, which enclose an angle of 120 ° with each other).
  • auxiliary burners 20A, 20B, 20C placed between the combustion chamber 3 and the respective ceramic bed 11A, 11B, 11C ensure that in these zones and in the upper third of each ceramic bed 11A, 11B, 11C a temperature of at least 750 ° C is reached and maintained ,
  • the entering into the combustion chamber 3 combustion air is heated in the corresponding ceramic bed and the overlying zone and the exiting flue gases cooled in the corresponding other ceramic bed to a temperature between 230 ° C and 260 ° C, with any unburned gases and / or volatile organic substances in the overheated part of the other ceramic bed (or already in the overlying zone) are thermally destroyed.
  • the ceramic beds alternately absorb the heat from the exiting flue gases and deliver it to the incoming combustion air, whereby an enormous energy saving is achieved.
  • the temperature in the upper third of the ceramic beds is measured continuously and secured by regulating the amount of fuel in the auxiliary burners 20A, 20B, 20C.
  • the ceramic beds 11A, 11B, 11C are brought to the working temperature with a reduced air flow rate by means of the auxiliary burners 20A, 20B, 20C. Thereafter, the actual process begins, in which the main burner 4 is used.
  • the main burner 4 As the main burner 4, a so-called LNI (Low Nox Iniection) burner is used.
  • LNI Low Nox Iniection
  • the ignition phase the amount of fuel added via the main burner 4 is minimal and the flame 5 is quiet, mixing with the warm combustion air. Thereafter, the capacity and the amount of combustion air are automatically increased.
  • the work cycle is as follows:
  • Fig. 2a the combustion air is introduced into the first regeneration chamber 10A (arrow A) and heated there, and the flue gases are withdrawn through the second regeneration chamber 10B (arrow F).
  • the third regeneration chamber 10C is shaded (standby mode in which also the corresponding auxiliary burner 20C is out of operation).
  • the amount of fuel introduced via the main burner is regulated together with the amount of combustion air, in accordance with the process parameters and the temperature in the second regeneration chamber 10B.
  • the flue gases release their heat to the second ceramic bed 11B. This first phase continues until an inversion temperature is reached in the second regeneration chamber 10B and the flue gases have cooled to about 260.degree.
  • the third regeneration chamber 10C is connected to the exhaust pipe 15 and the flue gases are discharged through both Regenerierhuntn 10B and 10C ( Fig. 2b ) before the exit from the second regeneration chamber 10B is closed via the corresponding valve VF ( Fig. 2c ). Now, the third ceramic bed 11C is heated by the flue gases.
  • the second regeneration chamber 10B is connected to the supply line 14 via the corresponding valve VA and the combustion air is introduced into the combustion chamber 3 via both the first and second regeneration chambers 10A, 10B.
  • the flue gases escape via the third regeneration chamber 10C (FIG. Fig. 2d ).
  • the first regeneration chamber 10A is connected to the exhaust duct 15, the combustion air is still supplied via the second regeneration chamber 10B and the flue gases are discharged via the regeneration chambers 10C, 10A ( Fig. 2f ) until the exit from the third regeneration chamber 10C is closed ( Fig. 2g ).
  • the second regeneration chamber 10B is opened for flue gases ( Fig. 2j ) and these escape via the first and the second regeneration chamber 10A, 10B before the first regeneration chamber 10A is closed for them ( Fig. 2k ).
  • the flue gases release their heat to the second ceramic bed 11B.
  • the first regeneration chamber 10A for the combustion air is opened ( Fig. 2l ), then the air supply via the third ceramic bed 11C interrupted ( Fig. 2m ) and thus the the Fig. 2a corresponding output circuit is reached again.
  • any unburned gases and / or volatile organic substances are thermally destroyed in the ceramic beds maintained at 750 ° C or in the overlying zones with the auxiliary burner flames, and the gases in the ceramic beds are cooled to a temperature below 300 ° C.
  • the pollutants are already eliminated within the inventive device and the flue gases cleaned, and further, space-consuming Nachverbrennungs- and Nachtherapiesvorraumen unnecessary, which in turn brings a huge cost savings (in investment, maintenance, fuel and electricity consumption, etc.).
  • the ceramic beds also contribute to the acoustic absorption, so that the noise generated during flame generation is reduced.
  • the inversion of the flow can continuously follow combustion air / flue gases, without negative influence on the flame, which would be unavoidable in only two regeneration chambers.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Durchführen von thermischen Prozessen, bei denen als thermische Energiequelle eine Flamme eingesetzt wird, ist mit einer Brennkammer (3) und einem in die Brennkammer (3) hineinragenden Hauptbrenner (4) zur Erzeugung der Flamme (5) versehen. Die Brennkammer (3) steht mit mindestens drei an die Zufuhr- bzw. an die Absaugeleitung (14,15) anschliessbaren Regenerierkammern (10A,10B,10C) in Verbindung, die jeweils mit einem aufheizbaren Keramikbett (11A,11B,11C) versehen sind. Abwechslungsweise ist die Verbrennungsluft über eine der Regenerierkammern in die Brennkammer (3) zuführbar und dabei erwärmbar. Die Rauchgase sind über eine andere Regenerierkammer abführbar und dabei abkühlbar, wobei die Reihenfolge des Anschlusses der einzelnen Regenerierkammern (10A,10B,10C) an die Zufuhr- oder an die Absaugeleitung periodisch veränderbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen von thermischen Prozessen, bei denen als thermische Energiequelle eine Flamme eingesetzt wird, gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Bei den thermischen Prozessen dieser Art kann es sich beispielsweise um Trocknen und Vorheizen von Pfannen, Behältern oder Schmelzofen in Stahlanlagen handeln oder um Herstellungsprozesse in der Eisen- und Nichteisenmetall-Metallurgie. Die in einer Brennkammer durchgeführten thermischen Prozesse sind von einem Verbrennungsprozess begleitet, der unter Zufuhr von Verbrennungsluft stattfindet, und bei dem nicht nur der zur Erzeugung der Flamme von einem Hauptbrenner gelieferte Brennstoff verbrannt wird, sondern auch die bei der thermischen Behandlung entstehenden Dämpfe und Gase, die vom behandelten Material, z.B. von Metallschmelze, stammen. Verbrennungsprozesse sind bekanntlich mit Schadstoffemissionen verbunden, wobei die Schadstoffe und andere Emissionen (Lärm, Geruch etc.) aus Umweltschutzgründen nicht frei an die Umgebung abgegeben werden dürfen.
  • Besondere Problematik stellt die Entstehung von Stickoxiden (NOx) dar, die zur Erkrankung der Atemwege sowie vielfältiger Schädigung der empfindlichen Oekosysteme führen können, und die eine Vorläufersubstanz für die Bildung von saueren Niederschlägen, sekundären Aerosolen und - zusammen mit den flüchtigen organischen Verbindungen - von Photooxidantien (Ozon/Sommersmog) darstellen. Um die Schadstoffemission zu limitieren, muss der Brennkammer eine Nachbrennkammer mit einem weiteren Brenner sowie Gasreinigungssysteme nachgeschaltet werden, wobei für die Reinigung der Rauchgase bestimmte Temperaturen notwendig sind. Die Gasreinigung erfolgt in mehreren Stufen, wobei die Stickoxide durch Zugabe von Ammoniak zu Stickstoff reduziert werden. Alle diese zusätzlichen Systeme - nicht zuletzt auch eine Überwachung von Lärm, verursacht bei der Flammerzeugung, sowie ein System von Absaugehauben und Filtern - sind mit einem vermehrten Strom- und Brennstoffverbrauch verbunden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die thermischen Prozesse bzw. die diese Prozesse begleitende Verbrennung umweltgerecht und dennoch mit erheblich reduzierten Kosten durchgeführt werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Vorrichtung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäss steht die Brennkammer mit mindestens drei an die Zufuhrleitung für die Verbrennungsluft bzw an die Absaugeleitung für die Rauchgase anschliessbaren Regenerierkammern in Verbindung, die jeweils mit einem aufheizbaren Keramikbett versehen sind. Es wird abwechslungsweise die Verbrennungsluft über eine der Regenerierkammern in die Brennkammer zugeführt und dabei erwärmt und die Rauchgase werden über eine andere Regenerierkammer abgeführt und dabei abgekühlt, wobei die Reihenfolge des Anschlusses der einzelnen Regenerlerkammern an die Zufuhr- oder an die Absaugeleitung (oder an keine der beiden) periodisch verändert wird. Zur Aufheizung der Keramikbettenn sind in den Regenerierkammern vorzugsweise Hilfsbrenner angeordnet.
  • Mit dem sich periodisch ändernden Anschlusssystem der einzelnen, in der Vorrichtung integrierten Regenerierkammern an die Zufuhrleitung oder an die Absaugeleitung (oder an keine der Leitungen) und mit der daraus folgenden Inversion des Flusses Verbrennungsluft/Rauchgase über die einzelnen Regenerierkammern wird nicht nur eine enorme energetische Einsparung durch die Wärmerückgewinnung erreicht, sondern es werden auch optimale thermische Bedingungen für die Reinigung der Rauchgase geschaffen und der Reinigungsprozess verlängert.
  • Von besonderer Wichtigkeit ist auch die niedrige Stickstoffemission bei der in der erfindungsgemässen Vorrichtung durchgeführten Verbrennung, die unter kontrollierten Temperatur verläuft. Allfällige unverbrannte Gase und/oder flüchtige organische Substanzen werden in den auf 750°C gehaltenen Keramikbetten oder in den darüberliegenden Zonen mit den Hilfsbrennerflammen thermisch zerstört, und die Gase in den Keramikbetten auf eine Temperatur unterhalb von 300°C abgekühlt. Somit werden die Schadstoffe bereits innerhalb der erfindungsgemässen Vorrichtung beseitigt und die Rauchgase gereinigt, und weitere, platzbeanspruchende Nachverbrennungs- und Nachreinigungsvorrichtungen erübrigen sich, was wiederum eine enorme Kosteneinsparung (bei Investition, Unterhalt, Brennstoff- und Stromverbrauch etc.) mit sich bringt. Die Keramikbetten tragen auch zur akustischen Absorption bei, so dass auch der bei Flammerzeugung entstehende Lärm reduziert wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung in Seitenansicht und teilweise in Schnitt; und
    Fig. 2a
    bis 2m ein Funktionsschema der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei die Vorrichtung in Draufsicht angedeutet ist.
  • Fig.1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Durchführen eines thermischen Prozesses, beispielsweise einen Schmelzofen. Die Vorrichtung 1 weist ein feuerfestes Gehäuse 2 auf, das eine Brennkammer 3 umschliesst. In das Gehäuse 2 ragt von oben ein Hauptbrenner 4 als eine Zentrallanze hinein, der zur Erzeugung einer Flamme 5 als thermischer Energiequelle zum Durchführen des thermischen Prozesses (z.B. des Schmelzens) dient. In der Brennkammer 3 findet oberhalb der Schmelze 6 ein Verbrennungsprozess statt, bei dem nicht nur der Brennstoff zur Erzeugung der Flamme verbrannt wird, sondern auch die bei der thermischen Behandlung entstehenden Dämpfe und Gase, die vom behandelnden Material, z.B. der Metallschmelze 6, stammen.
  • Erfindungsgemäss steht die Brennkammer 3 mit drei im oberen Bereich des Gehäuses 2 untergebrachten Regenerierkammern 10A, 10B, 10C in Verbindung, von denen in Fig. 1 zur Vereinfachung zwei in der gleichen Zeichnungsebene dargestellt sind. Wie jedoch aus Fig. 2a bis 2m ersichtlich, sind die drei Regenerierkammern 10A, 10B, 10C gleichmässig am Umfang der Brennkammer 3 verteilt. Jede Regenerierkammer 10A, 10B, 10C enthält ein an sich bekanntes Keramikbett 11A, 11B, 11C und ist über je ein Ventil VA, VF an eine Zufuhrleitung 14 für die Verbrennungsluft (sauerstoffhaltige Gase) einerseits und an eine Absaugleitung 15 für die Rauchgase anderseits anschliessbar. Die mittels eines Gebläses 16 gelieferte Verbrennungsluft wird beim geöffneten Ventil VA beispielsweise zu der Regenerierkammer 10A und über das Keramikbett 11A in die Brennkammer 3 eingeleitet und die Rauchgase über ein Keramikbett einer anderen Regenerierkammer, z.B. der Regenerierkammer 10B, deren Ventil VF offen ist, mittels eines Sauggebläses 17 abgezogen und in ein Kamin 18 geleitet.
  • In jeder Regenerierkammer 10A, 10B, 10C ist oberhalb des Keramikbettes 11A, 11B, 11C jeweils ein Hilfsbrenner 20A, 20B, 20C angeordnet, der auf den Hauptbrenner 4 bzw. seine Flamme 5 gerichtet ist (d.h. es sind drei Hilfsbrenner 20A, 20B, 20C vorzugsweise senkrecht zur Zentralachse a der Vorrichtung 1 angeordnet, die miteinander einen Winkel von 120° einschliessen). Die zwischen der Brennkammer 3 und dem jeweiligen Keramikbett 11A, 11B, 11C plazierten Hilfsbrenner 20A, 20B, 20C sorgen dafür, dass in diesen Zonen und in oberem Drittel jedes Keramikbettes 11A, 11B, 11C eine Temperatur von mindestens 750°C erreicht und aufrechterhalten wird. Dadurch wird einerseits die in die Brennkammer 3 eintretende Verbrennungsluft im entsprechenden Keramikbett und der darüberliegenden Zone erwärmt und die austretenden Rauchgase im entsprechenden anderen Keramikbett auf eine Temperatur zwischen 230°C und 260°C abgekühlt, wobei allfällige unverbrannte Gase und/oder flüchtige organische Substanzen in dem überhitzten Teil des anderen Keramikbettes (oder bereits in der darüberliegenden Zone) thermisch zerstört werden.
  • Erfindungsgemäss wird nun - wie nachfolgend beschrieben - der Fluss der Verbrennungsluft und der Rauchgase von einer Regenerierkammer zur anderen periodisch verändert bzw. invertiert, wobei die Keramikbetten abwechslungsweise die Wärme von den austretenden Rauchgasen absorbieren und an die eintretende Verbrennungsluft abgeben, wodurch eine enorme energetische Einsparung erreicht wird. Die Temperatur im oberen Drittel der Keramikbetten wird kontinuierlich gemessen und durch Regulieren der Brennstoffmenge in den Hilfsbrennern 20A, 20B, 20C gesichert.
  • Bevor der eigentliche thermische Prozess (Produktion, Trocknen, Vorheizen etc.) beginnt, werden die Keramikbetten 11A, 11B, 11C mit einem reduzierten Luftdurchfluss mittels der Hilfsbrenner 20A, 20B, 20C auf die Arbeitstemperatur gebracht. Danach beginnt der eigentliche Prozess, bei dem der Hauptbrenner 4 zum Einsatz kommt. Als Hauptbrenner 4 wird ein sogenannter LNI (Low Nox Iniection)-Brenner verwendet. In der Zündphase ist die über den Hauptbrenner 4 zugefügte Brennstoffmenge minimal und die Flamme 5 ruhig, sich mit der warmen Verbrennungsluft mischend. Danach wird die Kapazität und die Menge der Verbrennungsluft automatisch erhöht. Der Arbeitszyklus verläuft wie folgt:
  • Gemäss Fig. 2a wird die Verbrennungsluft in die erste Regenerierkammer 10A eingeführt (Pfeil A) und dort erwärmt, und die Rauchgase durch die zweite Regenerierkammer 10B abgezogen (Pfeil F). Die dritte Regenerierkammer 10C ist abgeschattet (Standby-Modus, bei dem auch der entsprechende Hilfsbrenner 20C ausser Betrieb ist). Die Menge des über den Hauptbrenner eingeleiteten Brennstoffes wird zusammen mit der Menge der Verbrennungsluft reguliert, in Übereinstimmung mit den Prozessparametern und in Abhängigkeit von der Temperatur in der zweiten Regenerierkammer 10B. Die Rauchgase geben ihre Wärme an das zweite Keramikbett 11B ab. Diese erste Phase läuft so lang, bis in der zweiten Regenerierkammer 10B eine Inversionstemperatur erreicht wird und die Rauchgase auf ca. 260°C abgekühlt sind.
  • Danach wird auch die dritte Regenerierkammer 10C an die Absaugeleitung 15 angeschlossen und die Rauchgase durch beide Regenerierkammern 10B und 10C abgeführt (Fig. 2b), bevor der Austritt aus der zweiten Regenerierkammer 10B über das entsprechende Ventil VF geschlossen wird (Fig. 2c). Nun erwärmt sich das dritte Keramikbett 11C von den Rauchgasen.
  • Nach einem halben Zyklus davon wird die zweite Regenerierkammer 10B über das entsprechende Ventil VA an die Zufuhrleitung 14 angeschlossen und die Verbrennungsluft sowohl über die erste als auch über die zweite Regenerierkammer 10A, 10B in die Brennkammer 3 eingeführt. Die Rauchgase entweichen über die dritte Regenerierkammer 10C (Fig. 2d).
  • In einer weiteren Phase nach Fig. 2e wird die Luftzufuhr in die erste Regenerierkammer 10A geschlossen und diese in den Standby-Modus gebracht. Diese Phase läuft bis in der dritten Regenerierkammer 10C eine Inversionstemperatur erreicht wird und die Rauchgase auf ca. 260°C abgekühlt sind.
  • Dann wird die erste Regenerierkammer 10A an die Absaugeleitung 15 angeschlossen, die Verbrennungsluft immer noch über die zweite Regenerierkammer 10B zugeführt und die Rauchgase über die Regenerierkammern 10C, 10A abgeleitet (Fig. 2f), bis der Austritt aus der dritten Regenerierkammer 10C geschlossen wird (Fig. 2g).
  • Danach wird nach einem halben Zyklus der Eintritt für die Verbrennungsluft in die dritte Regenerierkammer 10C geöffnet (Fig. 2h) und der Eintritt in die zweite Regenerierkammer 10B geschlossen. Die Rauchgase entweichen über die erste Regenerierkammer 10A und erwärmen das Keramikbett 11A, bis eine Inversionstemperatur erreicht wird (Fig. 2i).
  • Dann wird die zweite Regenerierkammer 10B für Rauchgase geöffnet (Fig. 2j) und diese entweichen über die erste und die zweite Regenerierkammer 10A, 10B, bevor die erste Regenerierkammer 10A für diese geschlossen wird (Fig. 2k). Die Rauchgase geben ihre Wärme.an das zweite Keramikbett 11B ab.
  • Nach einem halben Zyklus wird die erste Regenerierkammer 10A für die Verbrennungsluft geöffnet (Fig. 2l), danach die Luftzufuhr über das dritte Keramikbett 11C unterbrochen (Fig. 2m) und somit die der Fig. 2a entsprechende Ausgangsschaltung wiedererreicht.
  • Mit dem vorstehend beschriebenen, sich periodisch ändernden Anschlusssystem der einzelnen, in der Vorrichtung integrierten Regenerierkammern 10A, 10B, 10C an die Zufuhrleitung 14 oder an die Absaugeleitung 15 (oder an keine der Leitungen) und mit der daraus folgenden Inversion des Flusses Verbrennungsluft/Rauchgase über die einzelnen Regenerierkammern wird nicht nur die bereits erwähnte energetische Einsparung durch die Wärmerückgewinnung erreicht, sondern es werden auch optimale thermische Bedingungen für die Reinigung der Rauchgase geschaffen und der Reinigungsprozess verlängert. Von besonderer Wichtigkeit ist auch die niedrige Stickstoffemission bei der in der erfindungsgemässen Vorrichtung durchgeführten Verbrennung, die unter kontrollierten Temperatur verläuft. Allfällige unverbrannte Gase und/oder flüchtige organische Substanzen werden in den auf 750°C gehaltenen Keramikbetten oder in den darüberliegenden Zonen mit den Hilfsbrennerflammen thermisch zerstört, und die Gase in den Keramikbetten auf eine Temperatur unterhalb von 300°C abgekühlt. Somit werden die Schadstoffe bereits innerhalb der erfindungsgemässen Vorrichtung beseitigt und die Rauchgase gereinigt, und weitere, platzbeanspruchende Nachverbrennungs- und Nachreinigungsvorrichtungen erübrigen sich, was wiederum eine enorme Kosteneinsparung (bei Investition, Unterhalt, Brennstoff- und Stromverbrauch etc.) mit sich bringt. Die Keramikbetten tragen auch zur akustischen Absorption bei, so dass auch der bei Flammerzeugung entstehende Lärm reduziert wird.
  • Dank dem, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung mindestens drei Regenerierkammern aufweist, kann die Inversion des Flusses Verbrennungsluft/Rauchgase kontinuierlich folgen, ohne negativen Einfluss auf die Flamme, der bei nur zwei Regenerierkammern unvermeidbar wäre.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zum Durchführen von thermischen Prozessen, bei denen als thermische Energiequelle eine Flamme eingesetzt wird, mit einer Brennkammer (3) und wenigstens einem in die Brennkammer (3) hineinragenden Hauptbrenner (4) zur Erzeugung der Flamme (5), mit mindestens einer Zufuhrleitung (14) für die Verbrennungsluft und einer Absaugeleitung (15) für Rauchgase, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Brennkammer (3) mit mindestens drei an die Zufuhr- bzw. an die Absaugeleitung (14, 15) anschliessbaren Regenerierkammern (10A, 10B, 10C) in Verbindung steht, die jeweils mit einem aufheizbaren Keramikbett (11A, 11B, 11C) versehen sind, wobei abwechslungsweise die Verbrennungsluft über eine der Regenerierkammern in die Brennkammer (3) zuführbar und dabei erwärmbar ist und die Rauchgase über eine andere Regenerierkammer abführbar und dabei abkühlbar sind, wobei die Reihenfolge des Anschlusses der einzelnen Regenerierkammern (10A, 10B, 10C) an die Zufuhr- oder an die Absaugeleitung (oder an keine der beiden Leitungen) periodisch veränderbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Regenerierkammern (10A, 10B, 10C) im oberen Umfangsbereich der Brennkammer (3) angeordnet und über den Umfang gleichmässig verteilt sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufheizen des jeweiligen Keramikbettes (11A, 11B, 11C) ein Hilfsbrenner (20A, 20B, 20C) in der jeweiligen Regenerierkammer (10A, 10B, 10C) in einer Zone zwischen dem Keramikbett (11A, 11B, 11C) und der Brennkammer (3) vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbrenner (4) als eine Zentrallanze von oben in die Brennkammer (3) hineinragt und die drei Hilfsbrenner (20A, 20B, 20C) oberhalb der Keramikbetten (11A, 11B, 11C) in den Regenerierkammern (10/A, 10B, 10C) angeordnet und auf den Hauptbrenner (4) bzw. seine Flamme (5) gerichtet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den mit den Hilfsbrennern (20A, 20B, 20C) versehenen Zonen und im oberen Drittel der Keramikbetten (11A, 11B, 11C) eine Temperatur von mindestens 750°C vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgase im jeweiligen Keramikbett (11A, 11B, 11C) auf eine Temperatur von 230°C bis 260°C abkühlbar sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbrenner (4) als ein LNI (Low Nox Injection)-Brenner ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des über den Hauptbrenner (4) eingeleiteten Brennstoffes sowie die Menge der Verbrennungsluft in Übereinstimmung mit Prozessparametern und in Abhängigkeit von der Temperatur in der die Rauchgase ableitenden Regenerierkammer regulierbar ist.
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