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Thermische Nachverbrennung Die thermische Nachverbrennung TNV englisch thermal oxidizer thermische Verbrennung 1 2 oder

Thermische Nachverbrennung

Die thermische Nachverbrennung (TNV) (englisch thermal oxidizer), thermische Verbrennung oder thermische Abgasreinigung ist ein Verfahren zur thermischen Abgasreinigung. Sie erfolgt in der Regel unter Einsatz von Zusatzenergie und wird bevorzugt zur Minderung von Gesamtkohlenstoffemissionen eingesetzt.

Grundlagen Bearbeiten

Das mit brennbaren – üblicherweise organischen – Verbindungen beladene Abgas wird in einem Brennraum bei Temperaturen verbrannt, die üblicherweise über 800 °C liegen. Um den Brennraum aufzuheizen und eine notwendige Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten, wird ein Brenner benötigt. Die Ausführung des Brenners kann bei Anlagen zur thermischen Nachverbrennung sehr unterschiedlich sein. So können beispielsweise Punktbrenner, Drallbrenner oder Flächenbrenner zum Einsatz kommen. Ein autothermer Betrieb der Anlage ist ab einem Gehalt an Gesamtkohlenstoff von ungefähr 5 g/m3 möglich. Sofern dies nicht möglich ist, muss flüssiger oder gasförmiger Brennstoff oder eine Kombination aus beiden dem Abgas zugefügt werden. Ebenso ist eine Zuführung von Verbrennungsluft notwendig, wenn das Abgas zu wenig molekularen Sauerstoff enthält. Verweilzeit und Verbrennungstemperatur richten sich nach der Art der zu verbrennenden Verbindungen. Da die Abgaszusammensetzungen starken Schwankungen unterliegen können, erfolgt die Regelung der zu erzielenden Verbrennungstemperatur normalerweise über die Brennstoffzufuhr. Bei zu starken Schwankungen, wie sie beispielsweise während eines Batchbetriebs erfolgen, ist eine Vergleichmäßigung der Konzentrationen des zu behandelnden Abgases erforderlich.

Zur Brennstoffersparnis wird häufig ein kontinuierlich arbeitender Wärmeübertrager (Rekuperator) eingesetzt, mit dem das zu verbrennende Abgas durch das verbrannte Abgas erwärmt wird. Der Wirkungsgrad eines solchen Wärmeübertragers liegt unterhalb dem eines Regenerators, ist aber einfacher in der Verschaltung.

Eine wichtige Kenngröße der thermischen Nachverbrennung ist der Ausbrandgrad, der die Größe des Anteils der vollständig umgesetzten brennbaren Substanzen ist. Er kann im Wesentlichen durch Änderung der Parameter

beeinflusst werden.

Anwendung Bearbeiten

Anlagen zur thermischen Nachverbrennung werden in verschiedensten Branchen und Betrieben eingesetzt. Dies sind unter anderem:

Besonderheiten Bearbeiten

Bei TNV-Anlagen mit rekuperativer Wärmerückgewinnung kann nur ein Teil der bei der Verbrennung erzeugten Wärme zur Abgasvorwärmung genutzt werden. Darum ist, um Energiekosten zu sparen, eine Wärmenutzung durch den vorgelagerten Produktionsbetrieb notwendig.

Die Reaktionsmechanismen von Kohlenstoffmonoxid und Stickoxiden sind gegenläufig, weshalb es mit erhöhter Verbrennungstemperatur schwieriger wird, etwaige Emissionsbegrenzungen für Stickoxide einzuhalten. Um die Reaktionstemperaturen niedrig zu halten bzw. um Temperaturspitzen zu vermeiden, werden, auch um den Brennstoffverbrauch zu verringern, häufig Abgasreinigungsverfahren eingesetzt, die nach dem Prinzip der katalytischen bzw. regenerativen Nachverbrennung arbeiten.

Sofern durch den Verbrennungsprozess unzulässig hohe Konzentrationen an Schadstoffen wie Stickoxide oder halogenierte Wasserstoffverbindungen entstehen, ist eine weitere Reinigungsstufe nachzuschalten.

Beim Claus-Prozess wird die thermische Nachverbrennung eingesetzt, um schwefelhaltige Verbindungen im Abgas zu Schwefeldioxid zu oxidieren.

Literatur Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ Franz Joseph Dreyhaupt (Herausgeber): VDI-Lexikon Umwelttechnik. VDI-Verlag Düsseldorf 1994, ISBN 3-18-400891-6, S. 839–840.
  2. Heinz Meier zu Köcker: Abgasreinigung durch thermische Verbrennung; Teil I: Thermische Stabilität im Wärmetauscherrohr. In: Staub – Reinhalt. Luft. 38, Nr. 3, 1978, ISSN 0949-8036, S. 101–105.
  3. Günter Baumbach: Luftreinhaltung. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 2. Auflage 1992, ISBN 3-540-55078-X, S. 393.
  4. Harald Menig: Luftreinhaltung durch Adsorption, Absorption und Oxidation. Deutscher Fachschriften-Verlag, Wiesbaden 1977, ISBN 3-8078-8056-9, S. 352.
  5. ↑ VDI 2442:2014-02 Abgasreinigung; Verfahren und Technik der thermischen Abgasreinigung (Waste gas cleaning; Methods of thermal waste gas cleaning). Beuth Verlag, Berlin. S. 42.
  6. VDI 3467:2014-11 Emissionsminderung; Herstellung von Werkstoffen aus Kohlenstoff und Elektrografit (Emission control; Production of carbon and electrographite materials). Beuth Verlag, Berlin. S. 37.
  7. VDI 3892:2015-03 Emissionsminderung; Röstkaffee produzierende Industrie; Anlagen mit einer Tagesproduktion von mindestens 0,5 Tonnen Röstkaffee (Emission control; Roasted-coffee-producing industry; Plants with a minimum daily output of at least 0,5 tonnes). Beuth Verlag, Berlin. S. 30.
  8. VDI 3475 Blatt 3:2006-12 Emissionsminderung - Anlagen zur mechanisch-biologischen Behandlung von Siedlungsabfällen (Emission control; Mechnical-biological treatment facilities for municipal solid waste). Beuth Verlag, Berlin. S. 89–91.
  9. VDI 2595 Blatt 1:2010-03 Emissionsminderung; Räucheranlagen; Lebensmittel (außer Fisch) (Emission control; Smokehouses; Food, except for fish). Beuth Verlag, Berlin. S. 22.
  10. Otto Carlowitz, Olaf Neese: Ansatzpunkte zur konzeptionellen und betrieblichen Optimierung von thermischen Abgasreinigungsanlagen mit regenerativer Abluftvorwärmung. In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft. 65, Nr. 7/8, 2005, ISSN 0949-8036, S. 320–327.
  11. Otto Carlowitz, Olaf Neese: Anforderungen an thermische Abgasreinigungsanlagen im Hinblick auf die novellierte TA Luft. In: Fortschritte in der Luftreinhaltetechnik – produktionsintegrierte Emissionsminderung und Abgasreinigung. VDI-Verlag Düsseldorf, 2002. ISBN 3-18-091722-9, S. 117–128.
  12. VDI 2442:2014-02 Abgasreinigung; Verfahren und Technik der thermischen Abgasreinigung (Waste gas cleaning; Methods of thermal waste gas cleaning). Beuth Verlag, Berlin. S. 6.
  13. VDI 3454 Blatt 1:2012-04 Emissionsminderung; Claus-Anlagen (Emission control; Claus units). Beuth Verlag, Berlin. S. 7.
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Die thermische Nachverbrennung TNV englisch thermal oxidizer thermische Verbrennung 1 2 oder thermische Abgasreinigung 1 ist ein Verfahren zur thermischen Abgasreinigung Sie erfolgt in der Regel unter Einsatz von Zusatzenergie und wird bevorzugt zur Minderung von Gesamtkohlenstoffemissionen eingesetzt Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 2 Anwendung 3 Besonderheiten 4 Literatur 5 EinzelnachweiseGrundlagen BearbeitenDas mit brennbaren ublicherweise organischen Verbindungen beladene Abgas wird in einem Brennraum bei Temperaturen verbrannt die ublicherweise uber 800 C liegen Um den Brennraum aufzuheizen und eine notwendige Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten wird ein Brenner benotigt Die Ausfuhrung des Brenners kann bei Anlagen zur thermischen Nachverbrennung sehr unterschiedlich sein So konnen beispielsweise Punktbrenner Drallbrenner oder Flachenbrenner zum Einsatz kommen Ein autothermer Betrieb der Anlage ist ab einem Gehalt an Gesamtkohlenstoff von ungefahr 5 g m3 moglich 1 Sofern dies nicht moglich ist muss flussiger oder gasformiger Brennstoff oder eine Kombination aus beiden dem Abgas zugefugt werden Ebenso ist eine Zufuhrung von Verbrennungsluft notwendig wenn das Abgas zu wenig molekularen Sauerstoff enthalt Verweilzeit und Verbrennungstemperatur richten sich nach der Art der zu verbrennenden Verbindungen 3 Da die Abgaszusammensetzungen starken Schwankungen unterliegen konnen erfolgt die Regelung der zu erzielenden Verbrennungstemperatur normalerweise uber die Brennstoffzufuhr 4 Bei zu starken Schwankungen wie sie beispielsweise wahrend eines Batchbetriebs erfolgen ist eine Vergleichmassigung der Konzentrationen des zu behandelnden Abgases erforderlich Zur Brennstoffersparnis wird haufig ein kontinuierlich arbeitender Warmeubertrager Rekuperator eingesetzt mit dem das zu verbrennende Abgas durch das verbrannte Abgas erwarmt wird Der Wirkungsgrad eines solchen Warmeubertragers liegt unterhalb dem eines Regenerators ist aber einfacher in der Verschaltung Eine wichtige Kenngrosse der thermischen Nachverbrennung ist der Ausbrandgrad der die Grosse des Anteils der vollstandig umgesetzten brennbaren Substanzen ist Er kann im Wesentlichen durch Anderung der Parameter Verweilzeit Verbrennungstemperatur Temperaturverteilung Turbulenz und Sauerstoffuberschussbeeinflusst werden Anwendung BearbeitenAnlagen zur thermischen Nachverbrennung werden in verschiedensten Branchen und Betrieben eingesetzt Dies sind unter anderem Beschichtungsbetriebe 5 Druckereien 5 Betriebe zur Herstellung von Werkstoffen aus Kohlenstoff und Elektrographit 6 Kaffeerostereien 7 Lackierbetriebe 5 Mechanisch biologische Abfallbehandlungsanlagen 8 Rauchereien 9 Besonderheiten BearbeitenBei TNV Anlagen mit rekuperativer Warmeruckgewinnung kann nur ein Teil der bei der Verbrennung erzeugten Warme zur Abgasvorwarmung genutzt werden Darum ist um Energiekosten zu sparen eine Warmenutzung durch den vorgelagerten Produktionsbetrieb notwendig 10 Die Reaktionsmechanismen von Kohlenstoffmonoxid und Stickoxiden sind gegenlaufig weshalb es mit erhohter Verbrennungstemperatur schwieriger wird etwaige Emissionsbegrenzungen fur Stickoxide einzuhalten 11 Um die Reaktionstemperaturen niedrig zu halten bzw um Temperaturspitzen zu vermeiden werden auch um den Brennstoffverbrauch zu verringern haufig Abgasreinigungsverfahren eingesetzt die nach dem Prinzip der katalytischen bzw regenerativen Nachverbrennung arbeiten Sofern durch den Verbrennungsprozess unzulassig hohe Konzentrationen an Schadstoffen wie Stickoxide oder halogenierte Wasserstoffverbindungen entstehen ist eine weitere Reinigungsstufe nachzuschalten 12 Beim Claus Prozess wird die thermische Nachverbrennung eingesetzt um schwefelhaltige Verbindungen im Abgas zu Schwefeldioxid zu oxidieren 13 Literatur BearbeitenVDI 2442 2014 02 Abgasreinigung Verfahren und Technik der thermischen Abgasreinigung Waste gas cleaning Methods of thermal waste gas cleaning Beuth Verlag Berlin Zusammenfassung und Inhaltsverzeichnis online Einzelnachweise Bearbeiten a b c Franz Joseph Dreyhaupt Herausgeber VDI Lexikon Umwelttechnik VDI Verlag Dusseldorf 1994 ISBN 3 18 400891 6 S 839 840 Heinz Meier zu Kocker Abgasreinigung durch thermische Verbrennung Teil I Thermische Stabilitat im Warmetauscherrohr In Staub Reinhalt Luft 38 Nr 3 1978 ISSN 0949 8036 S 101 105 Gunter Baumbach Luftreinhaltung Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 2 Auflage 1992 ISBN 3 540 55078 X S 393 Harald Menig Luftreinhaltung durch Adsorption Absorption und Oxidation Deutscher Fachschriften Verlag Wiesbaden 1977 ISBN 3 8078 8056 9 S 352 a b c VDI 2442 2014 02 Abgasreinigung Verfahren und Technik der thermischen Abgasreinigung Waste gas cleaning Methods of thermal waste gas cleaning Beuth Verlag Berlin S 42 VDI 3467 2014 11 Emissionsminderung Herstellung von Werkstoffen aus Kohlenstoff und Elektrografit Emission control Production of carbon and electrographite materials Beuth Verlag Berlin S 37 VDI 3892 2015 03 Emissionsminderung Rostkaffee produzierende Industrie Anlagen mit einer Tagesproduktion von mindestens 0 5 Tonnen Rostkaffee Emission control Roasted coffee producing industry Plants with a minimum daily output of at least 0 5 tonnes Beuth Verlag Berlin S 30 VDI 3475 Blatt 3 2006 12 Emissionsminderung Anlagen zur mechanisch biologischen Behandlung von Siedlungsabfallen Emission control Mechnical biological treatment facilities for municipal solid waste Beuth Verlag Berlin S 89 91 VDI 2595 Blatt 1 2010 03 Emissionsminderung Raucheranlagen Lebensmittel ausser Fisch Emission control Smokehouses Food except for fish Beuth Verlag Berlin S 22 Otto Carlowitz Olaf Neese Ansatzpunkte zur konzeptionellen und betrieblichen Optimierung von thermischen Abgasreinigungsanlagen mit regenerativer Abluftvorwarmung In Gefahrstoffe Reinhalt Luft 65 Nr 7 8 2005 ISSN 0949 8036 S 320 327 Otto Carlowitz Olaf Neese Anforderungen an thermische Abgasreinigungsanlagen im Hinblick auf die novellierte TA Luft In 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