DE102011121455B4 - Device for thermal afterburning of exhaust gases or exhaust - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Abgasen oder Ablüften, die mit brennbaren, insbesondere toxischen organischen Inhaltsstoffen kontaminiert sind, mit einer Brenngas-Lanze, der ein Brennraum zugeordnet ist, wobei die zentral angeordnete Brenngas-Lanze einen Brenngaskanal (6) hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster zum Brennraum offener Abgaskanal (3) den Brenngaskanal (6) der Brenngas-Lanze koaxial einschließt, dass der Abgaskanal (3) von einem zweiten Abgaskanal (2) koaxial umschlossen ist, dass in den dem Brennraum zugekehrten freien Enden der Abgaskanäle (3, 2) Drallerzeugungseinrichtungen angeordnet sind und dass die Brenngas-Lanze an ihrem dem Brennraum zugekehrten Ende radial ausgerichtete Brenngas-Düsen (8) besitzt, wobei die Drallerzeugungseinrichtungen gegensinnig ausgebildete Drallgeschränke (4, 5) sind derart, dass die durch die Abgaskanäle dem Brennraum zugeführten Abgase in den Brennraum mit einander entgegengesetzten Drallrichtungen eintreten.Device for the thermal afterburning of exhaust gases or spent air, which are contaminated with combustible, especially toxic organic ingredients, with a fuel gas lance, which is assigned a combustion chamber, wherein the centrally arranged fuel gas lance has a fuel gas channel (6), characterized in that a first exhaust passage (3) open to the combustion chamber coaxially enclosing the fuel gas passage (6) of the fuel gas lance, that the exhaust passage (3) is coaxially enclosed by a second exhaust passage (2), that in the combustion chamber facing free ends of the exhaust passages (3 , 2) swirl generating devices are arranged and that the fuel gas lance at its end facing the combustion chamber radially aligned fuel gas nozzle (8), wherein the swirl generating means oppositely formed swirl cabinets (4, 5) are such that the supplied through the exhaust ducts to the combustion chamber Exhaust gases enter the combustion chamber with opposite directions of twist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Abgasen oder Ablüften, die mit brennbarem, insbesondere toxischen organischen Inhaltsstoffen kontaminiert sind, mit einer Brenngas-Lanze, der ein Brennraum zugeordnet ist, wobei die zentral angeordnete Brenngas-Lanze einen Brenngaskanal hat.The invention relates to a device for the thermal afterburning of exhaust gases or flashes, which are contaminated with combustible, especially toxic organic ingredients, with a fuel gas lance, which is assigned a combustion chamber, wherein the centrally arranged fuel gas lance has a fuel gas channel.

Eine solche Vorrichtung ist Hauptbestandteil einer thermischen Nachverbrennungsanlage (TNV). Thermische Nachverbrennungsanlagen dienen der Behandlung von Abgasen oder Ablüften mit brennbaren bzw. organischen Inhaltsstoffen. Diese in der Regel toxischen Inhaltsstoffe werden durch Verbrennen in die Substanzen Kohlenstoffdioxid und Wasser überführt. Die Anforderungen an die Brenner dieser Vorrichtungen lassen sich wie folgt charakterisieren:
Sie sollen den so genannten Zusatzbrennbrennstoff (bevorzugt Erdgas) sicher zünden und sicher verbrennen.Such a device is the main component of a thermal afterburner (TNV). Thermal afterburning plants serve the treatment of exhaust gases or exhaust with combustible or organic ingredients. These usually toxic ingredients are converted by burning in the substances carbon dioxide and water. The requirements for the burners of these devices can be characterized as follows:
They should safely ignite the so-called additional fuel (preferably natural gas) and burn it safely.

Sie sollen die intensive Vermischung der Reaktionspartner Abgas/Abluft und Zusatzbrennstoff sicherstellen, damit ein vollständiger Ausbrand bei möglichst niedriger Temperatur erfolgt und eine möglichst niedrige Verweilzeit im Brennraum benötigt wird.They should ensure the intensive mixing of the reactants exhaust / exhaust air and additional fuel, so that a complete burn-out at the lowest possible temperature and the lowest possible residence time in the combustion chamber is needed.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung ist in der WO 99/37951A1 offenbart. Dort ist eine Brennereinrichtung mit einem Drallgeschränk beschrieben.A device of the type mentioned is in the WO 99 / 37951A1 disclosed. There is described a burner device with a twisting cabinet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser Gattung so weiterzubilden, dass die intensive Vermischung der Reaktionspartner Abgas/Abluft und Zusatzbrennstoffe intensiviert wird und zugleich die Menge des Zusatzbrennstoffes, des Brenngases, reduziert wird.The invention has the object of developing a device of this type so that the intensive mixing of the reactants exhaust / exhaust air and additional fuels is intensified and at the same time the amount of additional fuel, the fuel gas is reduced.

Diese Aufgabe wird durch den Patentanspruch 1 gelöst.This object is solved by the patent claim 1.

In Lösung dieser Aufgabe wurde eine Vorrichtung aufgefunden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein erster zum Brennraum offener Abgaskanal den Brenngaskanal der Brenngas-Lanze koaxial einschließt, dass der Abgaskanal von einem zweiten Abgaskanal koaxial umschlossen ist, dass in den dem Brennraum zugekehrten freien Enden der Abgaskanäle Drallerzeugungseinrichtungen angeordnet sind und dass die Brenngas-Lanze an ihrem dem Brennraum zugekehrten Ende radial ausgerichtete Brenngas-Düsen besitzt, wobei die Drallerzeugniseinrichtungen gegensinnig ausgebildete Drallgeschränke sind derart, dass die durch die Abgaskanäle dem Brennraum zugeführten Abgase in den Brennraum mit einander entgegengesetzten Drallrichtungen eintreten.In a solution to this problem, a device has been found which is characterized in that a first combustion chamber to the open exhaust duct coaxially encloses the fuel gas channel of the fuel gas lance, that the exhaust duct is coaxially enclosed by a second exhaust duct, that in the combustion chamber facing free ends of the Exhaust gas ducts swirl generating devices are arranged and that the fuel gas lance has at its end facing the combustion chamber radially aligned fuel gas nozzles, wherein the swirling means oppositely formed swirl cabinets are such that the exhaust gas channels through the combustion chamber supplied exhaust gases enter the combustion chamber with opposite swirl directions.

Mit dieser Ausbildung wird erreicht, dass der Zusatzbrennstoff sicher zündet und sicher verbrennt und dass in Folge intensiver Vermischung der Reaktionspartner Abgas/Abluft und Zusatzbrennstoff ein vollständiger Ausbrand bei möglichst niedriger Temperatur erfolgt und eine möglichst niedrige Verweilzeit im Brennraum benötigt wird.With this design it is achieved that the additional fuel safely ignites and burns safely and that as a result of intensive mixing of the reactants exhaust / exhaust air and auxiliary fuel complete burn out at the lowest possible temperature and the lowest possible residence time in the combustion chamber is needed.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und Vorteile aus dem Ausführungsbeispiel.Further features of the invention will become apparent from the dependent claims and advantages of the embodiment.

Es gibt thermische Nachverbrennungsanlagen, denen ein Oxidationskatalysator unmittelbar im Brennraum oder in Strömungsrichtung hinter einem Abluft-/Abgasvorwärmer nachgeschaltet ist. Derartige Katalysatoren benötigen insbesondere für die Umsetzung von Alkanen (Methan, Propan usw.), die bevorzugt aus dem Brenngas im Fall unvollständiger Verbrennung stammen können (Schlupf), hohe Temperaturen, was der Intension, die Reaktionstemperatur mit katalytischer Stufe extrem niedrig zu halten, entgegenwirkt. Wird bei der Vorrichtung nach der Erfindung ein Katalysator unmittelbar im Brennraum positioniert, ist das erfindungsgemäß erzeugte, sich über den gesamten Brennraumquerschnitt erstreckende gleichmäßige Geschwindigkeits-, Temperatur- und Konzentrationsprofil eine Gewährleistung für eine ordnungsgemäße Funktion des Katalysators.There are thermal afterburner systems, which an oxidation catalyst is connected directly downstream of the combustion chamber or in the flow direction behind an exhaust air / Abgasvorwärmer. Such catalysts, in particular for the conversion of alkanes (methane, propane, etc.), which may preferably originate from the fuel gas in case of incomplete combustion (slip), high temperatures, which counteracts the intention to keep the reaction temperature with catalytic stage extremely low, counteracts , If, in the device according to the invention, a catalyst is positioned directly in the combustion chamber, the uniform velocity, temperature and concentration profile generated according to the invention and extending over the entire combustion chamber cross section is a guarantee for the proper functioning of the catalyst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Vorteile der Erfindung weiter erläutert werden, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention, in which the advantages of the invention will be further explained, is shown in the drawing. Show it:

1: eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die unterhalb der Mittellinie längs aufgeschnitten ist, und 1 a side view of the device according to the invention, which is cut longitudinally below the center line, and

2: eine brennraumseitige Stirnansicht der Vorrichtung gemäß 1. 2 a combustion chamber side end view of the device according to 1 ,

Die Vorrichtung hat eine zentral angeordnete Brenngas-Lanze, die in bekannter Weise auf einen nicht dargestellten Brennraum axial ausgerichtet ist. Die Brenngas-Lanze ist zusammengesetzt aus einem Luftzufuhrrohr 1 und einen das Luftzufuhrrohr koaxial einschließenden Brenngaskanal 6. Der Brenngaskanal 6 ist von einem ersten Abgaskanal 3 koaxial umschlossen und der Abgaskanal 3 ist wiederum von einem zweiten Abgaskanal 2 koaxial umschlossen, die also die Brenngas-Lanze schalenförmig umschließen. Die Abgaskanäle 3 und 2 weisen in ihren dem Brennraum zugekehrten Enden Drallgeschränke 5 und 4 auf. Das dem Brennraum zugekehrte Ende des Brenngaskanals 6 ragt gegenüber den dem Brennraum zugekehrten Enden der Abgaskanäle 3 und 2 etwas weiter in den Brennraum hinein. Nahe diesem Ende hat der Brenngaskanal 6 eine Reihe radial ausgerichteter Brenngasdüsen 8, wobei die Querschnittsöffnung des Brenngaskanals selbst stirnseitig verschlossen ist.The device has a centrally arranged fuel gas lance, which is axially aligned in a known manner to a combustion chamber, not shown. The fuel gas lance is composed of an air supply pipe 1 and a fuel gas passage coaxially enclosing the air supply pipe 6 , The fuel gas channel 6 is from a first exhaust duct 3 Coaxially enclosed and the exhaust passage 3 is in turn from a second exhaust passage 2 Coaxially enclosed, so enclose the fuel gas lance cup-shaped. The exhaust ducts 3 and 2 have in their combustion chamber facing ends swirl cabinets 5 and 4 on. The combustion chamber facing the end of the fuel gas channel 6 protrudes opposite to the combustion chamber facing ends of the exhaust ducts 3 and 2 a little further into the combustion chamber. Near this end has the fuel gas channel 6 a series of radially aligned fuel gas nozzles 8th , Wherein the cross-sectional opening of the fuel gas channel itself is closed at the front.

Die Drallgeschränke 5 und 4 der Abgaskanäle 3 und 2 sind derart ausgebildet, dass die Abgase aus den Abgaskanälen in zueinander entgegengesetzten Drallrichtungen in den Brennraum einströmen. Das veranschaulicht 2. Dort ist mit 9 die radiale Orientierung des Brenngasaustritts dargestellt und zeigen 2 und 3 die zu einander gegenläufigen Drallrichtungen der aus den Abgaskanälen 2 und 3 in den Brennraum einströmenden Abgase.The swirl cabinets 5 and 4 the exhaust ducts 3 and 2 are formed such that the exhaust gases from the exhaust passages in opposite directions of swirl flow into the combustion chamber. That illustrates 2 , There is with 9 show the radial orientation of the fuel gas outlet and show 2 and 3 the mutually opposite swirl directions of the exhaust ducts 2 and 3 into the combustion chamber incoming exhaust gases.

Die Luft wird dem Brenngas bevorzugt kurz vor Eintritt in den Brennraum beigemischt und tritt gemeinsam mit dem Brenngas durch die radial angeordneten Brenngasdüsen 8 in den Brennraum aus. Drall und Gegendrall der Abgase sowie der Brenngasaustritt mit radialer Orientierung führen unmittelbar am Brenneraustritt zu einer Zone extremer Vermischung von Abgas und Brenngas, die in 1 mit 10 bezeichnet ist. Drall und Gegendrall sind bevorzugt derart bemessen, dass sie sich gegenseitig aufheben und in Folge dessen ein gleichmäßiges Geschwindigkeits-, Temperatur- und Konzentrationsprofil entsteht, so dass sich bestmögliche Voraussetzungen für einen vollständigen Ausbrand bei möglichst niedriger Temperatur ergeben. Die Beimischung von Luft zum Brenngas wird bevorzugt im unterstöchiometrischen Verhältnis vorgenommen, z. B. im Verhältnis 0,1–0,3, so dass sich die Brenngasflammen im Bereich des Brenngasaustritts in unmittelbarer Nähe zu den Brenngasdüsen 8 stabilisieren und ein Schlupf brennbarer Substanzen (z. B. Methan aus Erdgas) unterbleibt. Die Luftzumischung wird insbesondere benötigt, wenn im Pausenbetrieb bzw. Standbybetrieb die Brennertemperatur zur Brennstoffeinsparung abgesenkt wird, somit über den Abgaspfad keine Schadstoffe mehr zugeführt werden, damit ein vollständiger Ausbrand des Brenngases als unabdingbare Voraussetzung erfolgt.The air is added to the fuel gas preferably just before entering the combustion chamber and passes together with the fuel gas through the radially arranged fuel gas nozzles 8th out into the combustion chamber. Swirl and counter-rotation of the exhaust gases and the fuel gas outlet with radial orientation lead directly to the burner outlet to a zone of extreme mixing of exhaust gas and fuel gas, which in 1 With 10 is designated. Swirl and counter-swirl are preferably dimensioned such that they cancel each other out and as a result, a uniform velocity, temperature and concentration profile is formed, so that the best possible conditions for complete burnout at the lowest possible temperature arise. The admixture of air to the fuel gas is preferably carried out in the stoichiometric ratio, z. B. in the ratio 0.1-0.3, so that the fuel gas flames in the area of the fuel gas outlet in the immediate vicinity of the fuel gas nozzles 8th stabilize and slippage of flammable substances (eg methane from natural gas) is omitted. The Luftzumischung is particularly needed when the burner temperature is lowered to save fuel during pause or standby mode, thus no pollutants are fed through the exhaust path, so that a complete burnout of the fuel gas is an essential prerequisite.

Claims (3)

Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Abgasen oder Ablüften, die mit brennbaren, insbesondere toxischen organischen Inhaltsstoffen kontaminiert sind, mit einer Brenngas-Lanze, der ein Brennraum zugeordnet ist, wobei die zentral angeordnete Brenngas-Lanze einen Brenngaskanal (6) hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster zum Brennraum offener Abgaskanal (3) den Brenngaskanal (6) der Brenngas-Lanze koaxial einschließt, dass der Abgaskanal (3) von einem zweiten Abgaskanal (2) koaxial umschlossen ist, dass in den dem Brennraum zugekehrten freien Enden der Abgaskanäle (3, 2) Drallerzeugungseinrichtungen angeordnet sind und dass die Brenngas-Lanze an ihrem dem Brennraum zugekehrten Ende radial ausgerichtete Brenngas-Düsen (8) besitzt, wobei die Drallerzeugungseinrichtungen gegensinnig ausgebildete Drallgeschränke (4, 5) sind derart, dass die durch die Abgaskanäle dem Brennraum zugeführten Abgase in den Brennraum mit einander entgegengesetzten Drallrichtungen eintreten.Device for the thermal afterburning of exhaust gases or spent air, which are contaminated with combustible, especially toxic organic ingredients, with a fuel gas lance, which is assigned a combustion chamber, wherein the centrally arranged fuel gas lance a fuel gas channel ( 6 ), characterized in that a first exhaust duct open to the combustion chamber ( 3 ) the fuel gas channel ( 6 ) of the fuel gas lance coaxially enclosing the exhaust gas duct ( 3 ) from a second exhaust passage ( 2 ) is coaxially enclosed in that in the combustion chamber facing free ends of the exhaust gas channels ( 3 . 2 ) Are arranged and that the fuel gas lance at its end facing the combustion chamber radially oriented fuel gas nozzle ( 8th ), wherein the swirl generating devices oppositely formed swirl cabinets ( 4 . 5 ) are such that the exhaust gases supplied through the exhaust passages to the combustion chamber enter the combustion chamber with opposite swirl directions. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brenngaskanal (6) der Brenngas-Lanze eine zentral und koaxial ausgerichtete Luftzuführung (1) angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that in the fuel gas channel ( 6 ) of the fuel gas lance a centrally and coaxially aligned air supply ( 1 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführung (1) in dem Brenngaskanal (6) nahezu bis zu dem Austritt der Brenngase in den Brennraum geführt ist.Apparatus according to claim 2, characterized in that the air supply ( 1 ) in the fuel gas channel ( 6 ) is guided almost to the exit of the fuel gases in the combustion chamber.
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