DE102007031782A1

DE102007031782A1 - Method and device for the thermal treatment of liquid or gaseous substances

Info

Publication number: DE102007031782A1
Application number: DE102007031782A
Authority: DE
Inventors: Martin William Adendorff
Original assignee: Messer Group GmbH
Current assignee: Messer Group GmbH
Priority date: 2007-07-07
Filing date: 2007-07-07
Publication date: 2009-01-15
Also published as: EP2014981A3; EP2014981A2

Abstract

Brennstoff-Sauerstoff-Brenner nach dem Stand der Technik können nur innerhalb eines eng begrenzten Bereiches der zuzuführenden Brennstoffmenge mit stabiler Flamme betrieben werden. Dies führt dazu, dass ein Brenner oft unabhängig vom tatsächlichen Bedarf mit einer gleichbleibenden Menge an Brennstoff bzw. Sauerstoff betrieben werden muss. Die erfindungsgemäße Brenneranordnung umfasst einen Brennstoff-Sauerstoff-Brenner, der innerhalb einer Sauerstofflanze, bevorzugt einer Sauerstoff-Dralllanze, aufgenommen ist. Der Brennstoff-Sauerstoff-Brenner umfasst eine erste Brennstoff-Zuführung für Grundlastbetrieb und eine zweite Brennstoff-Zuführung für Volllastbetrieb sowie eine Sauerstoff-Zuführung zum Zuführen zumindest eines Teiles des zur Verbrennung des Brennstoffs benötigten Sauerstoff. Über die Sauerstoff-Dralllanze wird zusätzlicher Sauerstoff eingeleitet, der ganz oder teilweise nicht zur Verbrennung des Brennstoff eingesetzt wird und für eine Reaktion mit Bestandteilen der Atmosphäre in einem Brennraum zur Verfügung steht. Zugleich begünstigt der äußere Sauerstoffstrahl die Ausbildung einer stabilen Flamme auch dann, wenn Brennstoff in lediglich einer einem Grundlastbetrieb entsprechenden Menge zugeführt wird.Prior art fuel-oxygen burners can only be operated within a narrow range of stable flame fuel quantity to be supplied. As a result, a burner often has to be operated with a consistent amount of fuel or oxygen regardless of actual demand. The burner assembly according to the invention comprises a fuel-oxygen burner which is accommodated within an oxygen lance, preferably an oxygen twist lance. The fuel-oxygen burner includes a first fuel supply for a base load operation and a second fuel supply for a full load operation and an oxygen supply for supplying at least a portion of the oxygen required for combustion of the fuel. The oxygen swirl lance introduces additional oxygen that is not used in whole or in part to burn the fuel and is available for reaction with constituents of the atmosphere in a combustion chamber. At the same time, the outer oxygen jet promotes the formation of a stable flame even when fuel is supplied in only one amount corresponding to a base load operation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von flüssigen oder gasförmigen Stoffen in einem Brennraum, bei dem Brennstoff und eine zum Brennstoff überstöchiometrische Menge an Sauerstoff in den Brennraum eingetragen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brenneranordnung, die insbesondere zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist.The The invention relates to a method for treating liquid or gaseous substances in a combustion chamber where fuel and a superstoichiometric amount to the fuel is added to oxygen in the combustion chamber. Furthermore the invention a burner assembly, in particular for carrying out such a method is suitable.

Zur thermischen Behandlung von flüssigen oder gasförmigen Stoffen, beispielsweise zur Behandlung von Metallschmelzen oder zur CO-Nachverbrennung, kommen Blaslanzen oder Brenneranordnungen zum Einsatz. Mittels Blaslanzen wird Sauerstoff oder ein anderes Gas mit hoher Geschwindigkeit in den Behandlungsraum eingetragen. In der DE 100 59 440 A1 wird beispielsweise ein Verfahren zur Nachverbrennung von Produkten mit einer Brennstoff-Sauerstoff-Lanze beschrieben, bei der Brennstoff mit in überstöchometrischer Menge zugeführtem Sauerstoff verbrannt und das Verbrennungsgas zusammen mit dem unverbrannten Sauerstoff mit Überschallgeschwindigkeit in den Brennraum eingetragen wird.For the thermal treatment of liquid or gaseous substances, for example for the treatment of metal melts or CO afterburning, blow lances or burner arrangements are used. By means of blow lances, oxygen or another gas is introduced into the treatment room at high speed. In the DE 100 59 440 A1 For example, a process for post-combustion of products with a fuel-oxygen lance is described in which fuel is burned with super-stoichometric amount of supplied oxygen and the combustion gas is introduced together with the unburned oxygen at supersonic velocity into the combustion chamber.

Problematisch bei derartigen Anordnungen ist, dass Brenner meist nur in einem engen Mengenstrombereich mit stabiler Flamme arbeiten. Dies führt dazu, dass die Brenner unabhängig vom tatsächlichen Bedarf mit vorgegebenen Sauerstoff- bzw. Brennstoffmengen betrieben werden müssen, wodurch es einer erheblichen Verschwendung von Energie und Betriebsstoffen kommt.Problematic In such arrangements is that burner usually only in one work with a stable flame in a narrow flow range. This leads to, that the burners are independent of the actual Demand operated with predetermined amounts of oxygen or fuel need to be, making it a significant waste comes from energy and supplies.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Brenneranordnung zur flexiblen und energiesparenden thermischen Behandlung von Gasen oder Flüssigkeiten unter Einsatz von Sauerstoff in einem Brennraum zu schaffen.task The present invention is therefore a method and a Burner arrangement for flexible and energy-saving thermal Treatment of gases or liquids using To create oxygen in a combustion chamber.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Brenneranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.Solved This object is achieved by a method having the features of the claim 1 and by a burner assembly having the features of the claim 5th

Die Aufgabe der Erfindung wird also durch ein Verfahren zum Behandeln von flüssigen oder gasförmigen Stoffen in einem Brennraum gelöst, bei dem Brennstoff und eine zum Brennstoff überstöchiometrische Menge an Sauerstoff in den Brennraum eingetragen wird, wobei der Brennstoff mit einem ersten Teilstrom des Sauerstoffs unter Ausbildung einer Flamme im Brennraum reagiert und ein zweiter Teilstrom des Sauerstoffs mit einer die Flamme einhüllenden Strömung in den Brennraum eingetragen wird. Die einhüllende Strömung stabilisiert die Flamme in einem weiten Bereich unterschiedlicher Brennstoff-Mengenströme. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Atmosphäre oder das zu behandelnde flüssige Material im Brennraum auf einen bestimmten Temperaturwert vorzuheizen, bei dem der gleichzeitig zugeführte Sauerstoff besonders wirkungsvoll mit Bestandteilen der Atmosphäre reagiert. Als Brennstoff kommt ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff zum Einsatz, beispielsweise Propan, Erdgas oder Öl. Als „Sauerstoff" wird hier ein Gas mit einem Sauerstoffanteil von mehr als 90%, bevorzugt mehr als 99%, bezeichnet.The The object of the invention is thus by a method for treating of liquid or gaseous substances in one Combustion solved, with the fuel and a fuel to stoichiometric Amount of oxygen is added to the combustion chamber, the Fuel with a first partial flow of oxygen under training a flame in the combustion chamber and reacts a second partial flow of the Oxygen with a flame enveloping the flow is entered in the combustion chamber. The enveloping flow stabilizes the flame in a wide range of different Fuel flow rates. By the method according to the invention is it possible to change the atmosphere or the one to be treated liquid material in the combustion chamber to a certain temperature value Preheat, in which the simultaneously supplied oxygen reacts particularly effectively with components of the atmosphere. The fuel is a liquid or gaseous Fuel used, for example, propane, natural gas or oil. As "oxygen" here is a gas with an oxygen content greater than 90%, preferably greater than 99%.

Bevorzugt wird dem in den Brennraum eingetragenen zweiten Teilstrom des Sauerstoffs eine Drallströmung aufgeprägt. Durch die Drallströmung wird eine besonders intensive Durchmischung des eingetragenen Sauerstoffs mit dem Gas im Brennraum bewirkt und dadurch die Durchführung der gewünschten Reaktion begünstigt.Prefers is the registered into the combustion chamber second partial flow of oxygen impressed a swirl flow. By the swirl flow is a particularly intensive mixing of the registered oxygen with the gas in the combustion chamber causes and thereby the implementation favored the desired reaction.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Teilstrom des Sauerstoffs lediglich eine zum Brennstoff unterstöchimetrische Menge an Sauerstoff enthält und somit ein Teil des Brennstoffs mit Sauerstoff aus dem zweiten Teilstrom verbrannt wird. Je größer der Mengenanteil des zweiten, äußeren Teilstroms ist, desto kürzer ist die sich am Brenner ausbildende Flamme. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Gasen in relativ eng dimensionierten Abgasleitungen eingesetzt wird.A advantageous embodiment of the invention provides that the first Partial flow of oxygen only one unteröchimetrische fuel Contains amount of oxygen and thus part of the fuel is burned with oxygen from the second partial stream. The bigger the proportion of the second, outer partial flow is, the shorter is the torch forming on the burner. This is particularly advantageous if the inventive Process for the treatment of gases in relatively narrow-dimensioned Exhaust pipes is used.

Besonders bevorzugt wird der nicht zur Verbrennung genutzte Teil des Sauerstoffs im Brennraum zur CO-Nachverbrennung oder zur Verbrennung oder zum Kracken von längerkettigen Kohlenwasserstoffen eingesetzt, wie sie beispielsweise bei der Verbrennung von Kunststoffen entstehen.Especially the non-combustion part of the oxygen is preferred in the combustion chamber for CO afterburning or combustion or for Cracking of longer-chain hydrocarbons used, as they occur, for example, in the combustion of plastics.

Die erfindungsgemäße Brenneranordnung umfasst einen bei seinem bestimmungsgemäßen Einsatz in einen Brennraum einmündenden Brennstoff-Sauerstoff-Brenner mit wenigstens einer Zuführung für gasförmigen oder flüssigen Brennstoff sowie wenigstens einer Zuführung für Sauerstoff, wobei der Brennstoff-Sauerstoff-Brenner innerhalb einer Sauerstofflanze zum Einleiten von Sauerstoff in den Brennraum angeordnet ist.The A burner assembly according to the invention comprises a in its intended use in one Combustion chamber opening fuel-oxygen burner with at least one feed for gaseous or liquid fuel and at least one feed for oxygen, being the fuel-oxygen burner within an oxygen lance for introducing oxygen into the combustion chamber is arranged.

Durch den Brennstoff-Sauerstoff-Brenner erfolgt die Ausbildung einer Flamme im Brennraum. Zugleich wird zusätzlich Sauerstoff durch die Sauerstofflanze in den Brennraum eingetragen und kann dort mit zu behandelnden Stoffen in Brennraum reagieren. Gleichzeitig sorgt der durch die Sauerstofflanze eingetragene Sauerstoff für eine Stabilisierung der Flamme des Brennstoff-Sauerstoff-Brenners. Dadurch kann die Brenneranordnung in einem weiten Bereich unterschiedlicher Brennstoff-Mengenströme mit stabiler Flamme betreiben werden.By the fuel-oxygen burner is the formation of a flame in the combustion chamber. At the same time oxygen is additionally through the oxygen lance entered into the combustion chamber and can there with react to be treated substances in the combustion chamber. At the same time the oxygen introduced by the oxygen lance for a stabilization of the flame of the fuel-oxygen burner. This allows the burner assembly in a wide range of different Fuel flow rates are operated with stable flame.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brenneranordnung sieht vor, dass der Brennstoff-Sauerstoff-Brenner eine Zuführung von primärem Brennstoff zum Abdecken einer Verbrennungs-Grundlast sowie wenigstens eine Zuführung für sekundären Brennstoff zum Abdecken einer Voll- oder Spitzenlast umfasst. Auf diese Weise kann die Menge an zugeführtem Brennstoff den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden.A preferred embodiment of the invention Burner arrangement provides that the fuel-oxygen burner a supply of primary fuel for covering a combustion base load and at least one feed for secondary fuel to cover a full or peak load. In this way, the amount of supplied Fuel adapted to the respective requirements.

Vorzugsweise ist die Brenneranordnung derart aufgebaut, dass die Sauerstofflanze, die wenigstens eine Sauerstoff-Zuführung und die Zuführung für sekundären Brennstoff koaxial zueinander und um die zentral angeordnete Zuführung für primären Brennstoff angeordnet sind.Preferably the burner assembly is constructed such that the oxygen lance, the at least one oxygen supply and the supply for secondary fuel coaxial with each other and around the centrally located primary fuel feeder are arranged.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Sauerstofflanze mit einer Einrichtung zur Drallerzeugung ausgerüstet. Als besonders zweckmäßig erweisen sich dabei drallerzeugende Austrittsdüsen, die tangential bzw. mit einer tangentialen Komponente zur Hauptrichtung der Sauerstoffströmung von der Sauerstofflanze in den Brennraum hinein verlaufen und auf diese Weise dem aus der Sauerstofflanze austretenden Sauerstoff eine Drallströmung aufzwingen. Dadurch ist es möglich, im Brennraum ein großes Volumen mit Sauerstoff zu beaufschlagen und somit eine intensive Durchmischung zu erzielen. Zugleich führt der verdrallte Sauerstoffstrahl zu einer weiteren Stabilisierung der Flamme des Brennstoff-Sauerstoff-Brenners.In a particularly advantageous embodiment of the invention is the Oxygen lance equipped with a device for swirl generation. Be particularly swirling turn out to be Outlet nozzles that are tangential or tangential Component for the main direction of oxygen flow of the oxygen lance into the combustion chamber and into this Give the oxygen leaving the oxygen lance a swirling flow imposition. This makes it possible in the combustion chamber a large Volume to apply oxygen and thus an intensive mixing to achieve. At the same time the twisted oxygen jet leads to further stabilize the flame of the fuel-oxygen burner.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Brenneranordnung in eine Abgasleitung integriert ist. Die Abgasleitung dient in diesem Falle also als Brennraum. Durch die die Kombination aus Heizwirkung und Sauerstoffeintrag können für unterschiedliche Behandlungen vorteilhafte Bedingungen in der Abgasleitung hergestellt werden. So kann der Brenner beispielsweise zur CO-Nachverbrennung eingesetzt werden. Eine andere Anwendungsmöglichkeit ist die Beseitigung organischer Verunreinigungen aus einem Behandlungsgas. Insbesondere ist es mit dem erfindungsgemäßen Brenner zielgenau möglich, längerkettige Kohlenwasserstoffe, wie sie bei der Verbrennung von Kunststoff entstehen können, zu beseitigen, ohne andere Bestandteile des Gases, wie etwa CO, anzugreifen.A preferred embodiment of the invention provides that the inventive Burner assembly is integrated into an exhaust pipe. The exhaust pipe serves in this case as a combustion chamber. By the combination from heating effect and oxygen input can for different treatments produced advantageous conditions in the exhaust pipe become. For example, the burner can be used for CO afterburning be used. Another application is the removal of organic contaminants from a treatment gas. In particular, it is with the invention Burner accurate to the target, longer-chain hydrocarbons, how they can arise when burning plastic, without other constituents of the gas, such as CO, attack.

Anhand der Zeichnung soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Die einzige Zeichnung (1) zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Brenneranordnung im Längsschnitt.Reference to the drawing, an embodiment of the invention will be explained in more detail below. The only drawing ( 1 ) shows schematically the structure of a burner assembly according to the invention in longitudinal section.

Die Brenneranordnung 1 weist einen innerhalb einer Sauerstofflanze 2 aufgenommenen außenmischenden Brennstoff-Sauerstoffbrenner 3 auf, der in einen Brennraum 4 einmündet. Beim Brennraum 4 handelt es sich beispielsweise um einen Ofenraum oder um eine Abgasleitung. Der Brennstoff-Sauerstoff-Brenner 3 umfasst eine entlang einer Mittelachse 5 der Brenneranordnung 1 angeordnete primäre Brennstoffzuführung 6, die axial verschiebbar im Brennstoff-Sauerstoff-Brenner 3 aufgenommen ist. Die primäre Brennstoffzuführung 6 dient zugleich als Zündbrenner für den Brennstoff-Sauerstoffbrenner 3. Die Menge an Brennstoff, die beim Betrieb des Brenners 3 über die primäre Brennstoffzuführung 6 eingeleitet wird, wird im Folgenden als „Grundlast-Brennstoff" bezeichnet. Radial außenseitig an der primären Brennstoffzuführung 6 schließt sich eine sekundäre Brennstoffzuführung 8 an, mittels der zusätzlicher, im Folgenden als „Volllast-Brennstoff" bezeichneter Brennstoff zugeführt wird. An die sekundäre Brennstoffzuführung 8 ist, wiederum radial außenseitig, eine Brenner-Sauerstoffzuführung 9 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel sind sekundäre Brennstoffzuführung 8 und Brenner-Sauerstoffzuführung 9 als konzentrisch zueinander angeordnete Rohre ausgebildet. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch denkbar, jeweils mehrere parallel zueinander verlaufende Zuführungen für sekundären Brennstoff und/oder Sauerstoff vorzusehen, die um die primäre Brennstoffzuführung 6 herum angeordnet sind. Nicht in der Zeichnung dargestellt sind Leitungen für Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder Heißdampf.The burner assembly 1 has one within an oxygen lance 2 received external mixing fuel oxygen burner 3 on that in a combustion chamber 4 opens. At the combustion chamber 4 it is for example a furnace room or an exhaust pipe. The fuel-oxygen burner 3 includes one along a central axis 5 the burner assembly 1 arranged primary fuel supply 6 axially displaceable in the fuel-oxygen burner 3 is included. The primary fuel supply 6 also serves as a pilot burner for the fuel-oxygen burner 3 , The amount of fuel used in the operation of the burner 3 over the primary fuel supply 6 is hereinafter referred to as "base load fuel." Radially outside of the primary fuel supply 6 closes a secondary fuel supply 8th is supplied by means of the additional, hereinafter referred to as "full load fuel" fuel to the secondary fuel supply 8th is, again radially outside, a burner oxygen supply 9 intended. In the exemplary embodiment are secondary fuel supply 8th and burner oxygen supply 9 formed as concentrically arranged tubes. However, it is also conceivable within the scope of the invention to provide a plurality of mutually parallel feeds for secondary fuel and / or oxygen, which are around the primary fuel supply 6 are arranged around. Not shown in the drawing are lines for coolant, such as water or hot steam.

Die Sauerstofflanze 2 umfasst einen mit einer Sauerstoffzuleitung 12 verbundenen Zuleitungskanal 10, der sich radial außenseitig an der Brenner – Sauerstoffzuführung 9 erstreckt und im Bereich der Mündungsöffnung der Brenneranordnung 1 mit Austrittsdüsen 11 versehen ist. Die Austrittsdüsen 11 verlaufen tangential oder mit einer tangentialen Komponente zur Längserstreckung 5 der Brenneranordnung 1 und sorgen dafür, dass dem austretenden Sauerstoffgasstrom eine Drallströmung auferlegt wird. Es ist im übrigen auch möglich, ergänzend die Brennstoffzuführungen 6,8 und/oder der Brenner-Sauerstoffzuführung 9 mit geeigneten Drallerzeugern auszurüsten, um die Geometrie der Flamme zu beeinflussen.The oxygen lance 2 includes one with an oxygen supply line 12 connected supply channel 10 located radially on the outside of the burner - oxygen supply 9 extends and in the region of the mouth opening of the burner assembly 1 with outlet nozzles 11 is provided. The outlet nozzles 11 run tangentially or with a tangential component to the longitudinal extent 5 the burner assembly 1 and ensure that a swirling flow is imposed on the exiting oxygen gas stream. It is also possible, in addition, the fuel supplies 6 . 8th and / or the burner oxygen supply 9 equipped with suitable swirl generators to influence the geometry of the flame.

Beim Betrieb der Brenneranordnung 1 wird Zündgas in die primäre Brennstoffzuführung 6 eingeleitet und mit einem hier nicht gezeigten elektrischen Zünder gezündet. Als Zündgas wird üblicherweise eine geringe Menge des für die Brenneranordnung 1 vorgesehenen Brennstoffs, beispielsweise Propan, verwendet. Je nach Auslegung der Brenneranordnung 1 kann auch direkt der Grundlast-Brennstoff beim Einleiten gezündet werden. Der Brennstoff wird über eine Brennstoffzuleitung 14 aus einer hier nicht gezeigten Quelle herangeführt und über die primäre Brennstoffzuführung 6 in den Brennraum 4 eingeleitet. Volllast-Brennstoff, bis zur vielfachen, beispielsweise zwanzigfachen Menge des Grundlast-Brennstoffs, wird aus einer Brennstoff-Zuleitung 16 in die Brennstoff-Zuführung 8 eingeleitet.During operation of the burner assembly 1 Ignition gas is in the primary fuel supply 6 introduced and ignited with an electric igniter, not shown here. As ignition gas is usually a small amount of the burner assembly 1 provided fuel, such as propane used. Depending on the design of the burner assembly 1 It is also possible to ignite the base-load fuel directly when it is introduced. The fuel is via a fuel supply line 14 brought from a source not shown here and the primary fuel supply 6 in the combustion chamber 4 eingelei tet. Full load fuel, up to many times, for example, twenty times the amount of base load fuel, becomes from a fuel supply line 16 into the fuel feeder 8th initiated.

Der Sauerstoff wird teilweise über die Sauerstoffzuführung 9 und teilweise über die Sauerstofflanze 2 in den Brennraum 4 eingetragen. Dazu wird Sauerstoff in einem gegenüber der zugeführten Brennstoffmenge überstöchimetrischen Verhältnis aus einer Quelle entnommen und einerseits einer mit der Sauerstoffzuführung 9 verbundenen Sauerstoffzuleitung 15 und andererseits der Sauerstoffzuleitung 12 der Sauerstofflanze 2 zugeführt. Dabei entspricht die Menge des durch die Sauerstoffzuleitung 15 zugeführten Sauerstoffs maximal der zur Verbrennung des Brennstoffs stöchiometisch erforderlichen Menge. Die Verbrennung des Brennstoffs mit diesem Sauerstoff führt zur Ausbildung einer Flamme vor der Mündungsöffnung des Brennstoff-Sauerstoffbrenners 3 im Brennraum 4.The oxygen is partly via the oxygen supply 9 and partly over the oxygen lance 2 in the combustion chamber 4 entered. For this purpose, oxygen is taken from a source in a superstoichiometric relation to the amount of fuel supplied, and on the one hand with the oxygen supply 9 connected oxygen supply 15 and on the other hand, the oxygen supply 12 the oxygen lance 2 fed. The amount of this corresponds to the oxygen supply 15 supplied maximum oxygen stoichiometrically required for combustion of the fuel amount. The combustion of the fuel with this oxygen leads to the formation of a flame in front of the mouth of the fuel-oxygen burner 3 in the combustion chamber 4 ,

Der über die Sauerstofflanze 2 in den Brennraum 4 mit einer Drallströmung eingetragene Sauerstoff reagiert teilweise mit dem unverbrannten Brennstoff. Aufgrund der Drallströmung erfolgt eine intensive Durchmischung des unverbrannten Sauerstoffs mit dem im Brennraum 4 vorliegenden flüssigen oder gasförmigen Stoff, wodurch die dort gewünschte Reaktion begünstigt wird.The over the oxygen lance 2 in the combustion chamber 4 Oxygen introduced with a swirl flow partially reacts with the unburned fuel. Due to the swirl flow, intensive mixing of the unburned oxygen with that in the combustion chamber takes place 4 present liquid or gaseous material, whereby the reaction desired there is favored.

Zugleich hüllt der aus der Sauerstofflanze 2 austretende Sauerstoff die Flamme des Brennstoff-Sauerstoff-Brenners ein und stabilisiert diese auch bei geringen Brennstoffmengen, insbesondere auch bei der Zuführung lediglich von Grundlast-Brennstoff. Um die Verhältnisse den jeweils unterschiedlichen Brennstoffmengen anzupassen, ist entweder die Drallstärke variabel einstellbar, oder die Sauerstofflanze 2 ist derart konzipiert, dass der aus den Zuführöffnungen 12 austretende Sauerstoff in allen Betriebsarten mit kritischer Geschwindigkeit austritt, sodass sich die Drallstärke auch bei unterschiedlichen Sauerstoff-Massenströmen nicht verändert.At the same time, he wraps himself out of the oxygen lance 2 escaping oxygen, the flame of the fuel-oxygen burner and stabilizes it even with small amounts of fuel, especially in the supply of only base load fuel. In order to adapt the conditions to the respective different amounts of fuel, either the swirl intensity is variably adjustable, or the oxygen lance 2 is designed so that the out of the feed openings 12 escaping oxygen escapes in all operating modes at critical speed, so that the swirl intensity does not change even with different oxygen mass flows.

In den Zuleitungen 12, 14, 15, 16 sind hier nicht gezeigte Regelventile vorgesehen, die mit einer Steuer- und Regeleinrichtung in Verbindung stehen, mittels der die Einleitung von Brennstoff- bzw. Sauerstoffmengen durch die Zuführungen 6, 8, 9 sowie durch die Sauerstofflanze 2 hindurch eingestellt werden kann. Vorteilhaft ist auch eine Regelung der zuzuführenden Brennstoff- bzw. Sauerstoffmengen in Abhängigkeit gemessener Parameter wie beispielsweise der Temperatur im Brennraum 4 oder der Konzentration eines Bestandteils in der Atmosphäre des Behandlungsraums.In the supply lines 12 . 14 . 15 . 16 control valves, not shown here are provided, which are in communication with a control and regulating device, by means of the introduction of fuel or oxygen quantities through the feeders 6 . 8th . 9 as well as through the oxygen lance 2 can be adjusted through. Also advantageous is a regulation of the fuel or oxygen quantities to be supplied as a function of measured parameters, such as, for example, the temperature in the combustion chamber 4 or the concentration of an ingredient in the atmosphere of the treatment room.

Die Brenneranordnung 1 eignet sich insbesondere zur thermischen Behandlung von Gasen, insbesondere von Abgasen. Beispielsweise wird die Brenneranordnung 1 in der Wand einer abgasführenden Leitung im Gegenstrom zum Abgas angeordnet. Die aus dem Sauerstoff-Brennstoff-Brenner 3 austretende Flamme dient zur Aufheizung des Abgases auf eine bestimmte Temperatur, bei der die gewünschte Reaktion eines Abgasbestandteils mit dem zugeführten Sauerstoff begünstigt wird. So werden zielgerichtet im Abgas enthaltene Schadstoffe, wie beispielsweise längerkettige Kohlenwasserstoffe, verbrannt oder z. B. durch Kracken zerstört und können anschließend ausgefiltert oder in sonstiger Weise entfernt werden. Die Brenneranordnung ist besonders geeignet in den Fällen, in denen der Brennstoff-Sauerstoff-Brenner 3 überwiegend in Grundlast, also ohne Zuschaltung der sekundären Brennstoffzuführung 6 gefahren werden soll. Die Brenneranordnung 1 ist jedoch auch für andere Anwendungen geeignet, beispielsweise für die CO-Nachverbrennung.The burner assembly 1 is particularly suitable for the thermal treatment of gases, in particular of exhaust gases. For example, the burner assembly 1 arranged in the wall of an exhaust gas-carrying line in countercurrent to the exhaust gas. The from the oxygen-fuel burner 3 Exiting flame serves to heat the exhaust gas to a certain temperature, in which the desired reaction of an exhaust gas component is favored with the supplied oxygen. Thus, targeted pollutants contained in the exhaust gas, such as longer-chain hydrocarbons, burned or z. B. destroyed by cracking and can then be filtered out or removed in any other way. The burner assembly is particularly suitable in cases where the fuel-oxygen burner 3 predominantly in base load, ie without connection of the secondary fuel supply 6 to be driven. The burner assembly 1 However, it is also suitable for other applications, such as CO afterburning.

Beispiel:Example:

Eine Brenneranordnung der dargestellten Art werde für die Behandlung eines Abgases eingesetzt. Ziel ist dabei die Beseitigung von organischen Bestandteilen in einem CO-reichen Abgas durch Reaktion mit dem zugeführten Sauerstoff bei moderaten Temperaturen von 200° bis 600°C, wobei das im Abgas enthaltende CO nicht verbrannt, sondern einer industriellen Verwertung zugeführt werden soll. Der Brenner ist daher für einen Dauerbetrieb von 50 kW konzipiert, die durch Verbrennung des Grundlast-Brennstoffs erreicht wird. In Spitzenlastphasen, beispielsweise im Aufheizbetrieb, wird dagegen eine Energie von 1000 kW benötigt, die durch Verbrennung des Volllast-Brennstoffs bereitgestellt wird. Aufgrund des großen Verhältnisses von 1:20 zwischen Grund- und Volllast ist die Stabilität der Flamme bei Grundlast problematisch. Durch Zuführung von bis zu 300 Nm³/h Sauerstoff durch die als Dralllanze konzipierte Sauerstofflanze wird die Flamme jedoch auch im Grundlastbetrieb stabilisiert und ein Dauerbetrieb ist auch bei niedrigen Energien bzw. Temperaturen möglich.A burner assembly of the type shown will be used for the treatment of an exhaust gas. The aim is the elimination of organic constituents in a CO-rich exhaust gas by reaction with the supplied oxygen at moderate temperatures of 200 ° to 600 ° C, wherein the CO contained in the exhaust gas is not burned, but an industrial utilization is to be supplied. The burner is therefore designed for a continuous operation of 50 kW, which is achieved by burning the base load fuel. In peak load periods, such as in the heating mode, on the other hand, an energy of 1000 kW is required, which is provided by combustion of the full load fuel. Due to the large ratio of 1:20 between basic and full load, the stability of the flame at base load is problematic. By supplying up to 300 Nm ³ / h of oxygen through the oxygen lance designed as a swirl lance, however, the flame is stabilized even in base load operation and continuous operation is possible even at low energies or temperatures.

11: Brenneranordnungburner arrangement
22: Sauerstofflanzeoxygen lance
33: Brennstoff-SauerstoffbrennerFuel-oxygen burners
44: Brennraumcombustion chamber
55: Mittelachsecentral axis
66: Zuführung für primären Brennstofffeed for primary fuel
77
88th: Sekundäre Brennstoffzuführungsecondary fuel supply
99: Brenner-SauerstoffzuführungBrenner oxygen supply
1010: Zuleitungskanalsupply channel
1111: Dralldüsenswirl
1212: Sauerstoffzuleitungoxygen supply
1313
1414: Brennstoffzuleitungfuel supply line
1515: Sauerstoffzuleitungoxygen supply
1616: Brennstoffzuleitungfuel supply line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10059440 A1 [0002]

Claims

Process for treating liquid or gaseous substances in a combustion chamber ( 4 ), in which fuel and an excess of stoichiometric amount of oxygen into the combustion chamber ( 4 ), characterized in that the fuel with a first partial flow of oxygen to form a flame in the combustion chamber ( 4 ) and a second partial flow of oxygen with a flame enveloping the flow into the combustion chamber ( 4 ) is entered.

A method according to claim 1, characterized in that in the combustion chamber ( 4 ) introduced second partial flow of oxygen, a swirl flow is impressed.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the first partial flow is fuel hypochetrometric Contains amount of oxygen and a part of the fuel is burned with the oxygen of the second partial stream.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen in the combustion chamber ( 4 ) is used for CO afterburning and / or burning or cracking of long-chain hydrocarbons in the treatment gas.

Burner arrangement, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, with a when used in a combustion chamber ( 4 ) fuel-oxygen burner ( 3 ), the at least one feeder ( 6 . 8th ) for gaseous or liquid fuel and at least one feed ( 9 ) for oxygen and within an oxygen lance ( 2 ) for introducing oxygen into the combustion chamber ( 4 ) is arranged.

Burner arrangement according to claim 5, characterized in that the fuel-oxygen burner ( 3 ) a feeder ( 6 ) of primary fuel for covering a basic combustion load and at least one supply ( 8th ) for secondary fuel for covering a full or peak load.

Burner arrangement according to claim 6, characterized in that the oxygen lance ( 2 ), the at least one oxygen supply and the supply ( 8th ) for secondary fuel coaxially with each other and around the centrally located feed ( 6 ) are arranged for primary fuel.

Burner arrangement according to one of claims 5 to 7, characterized in that the oxygen lance ( 2 ) is equipped with a device for swirl generation.

Burner arrangement according to claim 8, characterized in that the means for generating swirl tangentially or with a tangential component to the main flow direction extending outlet nozzles ( 12 ).

Burner arrangement according to one of claims 5 to 9, characterized in that as a combustion chamber ( 4 ) An exhaust pipe is provided.