DE102013113814A1

DE102013113814A1 - Brenneranordnung und Verfahren zum Betrieb derselben

Info

Publication number: DE102013113814A1
Application number: DE102013113814.4A
Authority: DE
Inventors: Kai Sievers
Original assignee: ENDEGS GmbH
Current assignee: ENDEGS GMBH, DE
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-11
Also published as: DE102013113814A9; EP2884177A1; US20150159863A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenneranordnung zum Verbrennen eines, beispielsweise von einem Lüfter (1) gelieferten, brennbaren Gases, wobei die Brenneranordnung wenigstens eine Gaszufuhrleitung (2) für die Zufuhr des zu verbrennenden Gases besitzt, wobei die Brenneranordnung eine Düsenanordnung (3) umfasst, die der Gaszufuhrleitung (2) in einer vorgesehenen Strömungsrichtung (S) des Gases nachgeordnet ist, wobei die Düsenanordnung (3) eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen (5) aufweist, über die das zu verbrennende Gas vor seiner Verbrennung aus der Düsenanordnung (3) austreten kann, und wobei die Gasaustrittsöffnung(en) (5) eine Gesamtgasaustrittsfläche besitzt bzw. besitzen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Brenneranordnung Mittel umfasst, mit deren Hilfe die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung (3) innerhalb definierter Grenzen veränderbar ist, um die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) (5) austretenden Gases regeln zu können. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Brenneranordnung vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung (3) während des Betriebs der Brenneranordnung derart angepasst wird, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) (5) austretenden Gases stets innerhalb definierter Grenzen befindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenneranordnung zum Verbrennen eines, beispielsweise von einem Lüfter gelieferten, brennbaren Gases, wobei die Brenneranordnung wenigstens eine Gaszufuhrleitung für die Zufuhr des zu verbrennenden Gases besitzt, wobei die Brenneranordnung eine Düsenanordnung umfasst, die der Gaszufuhrleitung in einer vorgesehenen Strömungsrichtung des Gases nachgeordnet ist, wobei die Düsenanordnung eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen aufweist, über die das zu verbrennende Gas vor seiner Verbrennung aus der Düsenanordnung austreten kann, und wobei die Gasaustrittsöffnung(en) eine Gesamtgasaustrittsfläche besitzt beziehungsweise besitzen.
Entsprechende Brenneranordnungen kommen beispielsweise bei der Entgasung von Einrichtungen zum Einsatz, die der Lagerung und/oder dem Transport von Flüssigkeiten oder Gasen dienen. Zu derartigen Einrichtungen zählen beispielsweise Flüssigkeits- oder Gastanks auf diversen Industrieanlagen (z. B. Raffinerien), Tankstellen, Schiffe oder Pipelines. Die genannten Einrichtungen müssen von Zeit zu Zeit entleert werden, wobei die nach der Entleerung in der Einrichtung verbleibenden Gase oftmals giftig oder leicht entflammbar bzw. explosiv sind und nicht in die Umwelt entlassen werden können. Es hat sich daher bewährt, die entsprechenden Gase nach der Entleerung der Einrichtung abzusaugen und mit Hilfe einer Brenneranordnung kontrolliert zu verbrennen.
Hierbei gilt es jedoch zu beachten, dass die zu verbrennenden Gase je nach Einsatzort der oftmals mobilen Verbrennungsanlagen, insbesondere dem zu entgasenden Objekt, hinsichtlich ihrer Art und Zusammensetzung bzw. dem vorliegenden Gasdruck stark schwanken können. Da die bekannten Brenneranordnungen jedoch in der Regel auf eine bestimmte Gasart und -konzentration ausgelegt sind, ist die Verbrennungsqualität bzw. der Gasdurchsatz nicht bei jedem in Frage kommenden Anwendungsfall optimal.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Brenneranordnung bzw. ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer entsprechenden Brenneranordnung vorzugschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Brenneranordnung sowie ein Verfahren zum Betrieb derselben mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
Die Brenneranordnung zeichnet sich nun dadurch aus, dass sie Mittel umfasst, mit deren Hilfe die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung innerhalb definierter Grenzen veränderbar ist. Unter der Gesamtgasaustrittsfläche ist hierbei die Summe der Strömungsquerschnitte aller Öffnungen zu verstehen, über die das der Brenneranordnung über die Gaszufuhrleitung zugeführte Gas aus der Brenneranordnung austreten und hierbei verbrannt werden kann (ist nur eine Gasaustrittsöffnung vorhanden, so ist die Gesamtgasaustrittsfläche mit dem Strömungsquerschnitt dieser Öffnung gleichzusetzen). Das Gas stammt vorzugsweise aus einem zu entgasenden Objekt, beispielsweise einem Gas- oder Flüssigkeitstank, einem Tanker oder einer Pipeline. Die Brenneranordnung ist vorzugsweise als mobile Einheit ausgebildet, um zu dem jeweils zu entgasenden Objekt verbracht werden zu können.
In jedem Fall ermöglicht die erfindungsgemäße Ausbildung der Brenneranordnung, die Gesamtgasaustrittsfläche zwischen entsprechenden Grenzwerten verändern zu können, so dass im Ergebnis auch die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) austretenden Gases regelbar ist. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die Höhe der sich beim Betrieb der Brenneranordnung im Bereich der Gasaustrittsöffnung(en) bildenden Flamme ebenfalls regelbar ist. Dies ist entscheidend, da eine zu hohe Flammenhöhe (z. B. durch eine Druckerhöhung innerhalb der Gaszufuhrleitung oder einer Erhöhung des Anteils an brennbaren Bestandteilen des Gases) mit der Gefahr verbunden ist, dass diese „abhebt“, was letztlich zu einem Erlöschen der Flamme bzw. zu einer unzureichenden Verbrennung des Gases führen kann. Wird die Flamme hingegen zu klein, da sich beispielsweise der Druck innerhalb der Gaszufuhrleitung verringert, so besteht die Gefahr, dass die Flamme in die Gaszufuhrleitung zurückschlägt und im schlimmsten Fall das zu entgasende Objekt erreicht.
Durch die vorliegende Erfindung wird es nun möglich, die Flammenhöhe durch Anpassung der Gesamtgasaustrittsfläche in vorbestimmten und von der sonstigen Geometrie der Düsenanordnung abhängigen Grenzen regeln zu können. Wird beispielsweise der Gasdruck innerhalb der Gaszufuhrleitung erhöht (z. B. weil die Drehzahl eines das Gas in die Brenneranordnung fördernden Lüfters aufgrund einer zu geringen Flammentemperatur erhöht wird), so wäre es denkbar, die Gesamtgasaustrittsfläche der Brenneranordnung zu erhöhen, um eine Vergrößerung der Flammenhöhe zu vermeiden.
Wird der Druck geringer, so wäre es wiederum möglich, die Gesamtgasaustrittsfläche zu verringern, um das genannte Rückschlagen der Flamme zu vermeiden.
Prinzipiell ist es im Rahmen der Erfindung von Vorteil, wenn die erfindungsgemäßen Mittel zur Veränderung der Gesamtgasaustrittsfläche im Bereich der Gasaustrittsöffnung(en) platziert sind, wobei hinsichtlich der Möglichkeit, die Gesamtgasaustrittsfläche zu beeinflussen, auf die folgende Beschreibung verwiesen wird. Generell können jedoch insbesondere Schieber zum Einsatz kommen, die relativ zu der bzw. den Gasaustrittsöffnungen verschiebbar sind, um deren Gesamtströmungsquerschnitt verändern zu können.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Düsenanordnung mehrere Gasaustrittsöffnungen aufweist, von denen eine oder mehrere teilweise oder vollständig verschließbar sind. Während es zwar auch denkbar ist, die Düsenanordnung mit nur einer Gasaustrittsöffnung auszurüsten, werden mehrere Gasaustrittsöffnungen bevorzugt, die vorzugsweise in einer ebenen oder gekrümmten Ebene liegen und insbesondere benachbart zueinander angeordnet sind. Den Gasaustrittsöffnungen sind vorzugsweise ein oder mehrere Verschlusselemente zugeordnet, mit deren Hilfe die einzelnen Gasaustrittsöffnungen entweder ganz oder teilweise und vorzugsweise unabhängige von den restlichen Gasaustrittsöffnungen, die generell beispielsweise als Bohrungen ausgebildet sein können, verschließbar sind.
Auch ist es von Vorteil, wenn zumindest ein Teil der Gasaustrittsöffnungen als Durchbrechungen eines Gasaustrittselements ausgebildet sind, welches ortsfest fixiert oder beweglich gelagert ist. Von Vorteil ist es also, wenn ein Gasaustrittselement vorhanden ist, das beispielsweise einen flächigen Abschnitt aufweist, in dem sich die Gasaustrittsöffnungen befinden. Das Gasaustrittselement kann ortsfest in der Brenneranordnung angeordnet sein. Denkbar ist ebenso, dass das Gasaustrittselement linear beweglich oder um eine Schwenkachse verschwenkbar oder eine Drehachse drehbar ist, um den Gasaustritt durch die Stellung des Gasaustrittselements beeinflussen zu können. Zudem kann das Gasaustrittselement Teil der Gaszufuhrleitung sein oder mit dieser direkt oder indirekt in Verbindung stehen. Ferner ist es denkbar, dass das Gaszufuhrelement und/oder die Gaszufuhrleitung eine oder mehrere Luftzufuhrleitungen umfassen, über die Verbrennungsluft in die Brenneranordnung einleitbar ist.
Vorteilhaft ist es, wenn das Gasaustrittselement mit zumindest einem Verschlusselement in Wirkverbindung steht, wobei das Gasaustrittselement und das Verschlusselement relativ zueinander beweglich gelagert sind. Denkbar ist es beispielsweise, ein oder mehrere Verschlusselemente vorzusehen, die ähnlich einem Schieber relativ zu den Gasaustrittsöffnungen bewegbar sind (hierzu kann die Brenneranordnung beispielsweise eine oder mehrere Führungen für das oder die Verschlusselemente umfassen). Ebenso kann das oder die Verschlusselemente um eine Schwenkachse verschwenkbar oder eine Drehachse drehbar gelagert sein. Je nach Stellung des Verschlusselements, das vorzugsweise an dem Gasaustrittelement anliegt, ist die Gesamtgasaustrittsfläche schließlich zwischen entsprechenden Grenzwerten regelbar, wobei die Bewegung des oder der Abschlusselemente manuell oder mit Hilfe eines Antriebs der Brenneranordnung erfolgen kann, der wiederum mit einer Steuerung derselben in Wirkverbindung stehen kann. Steht die Steuerung mit entsprechenden Sensoren in Verbindung, die beispielweise den Volumenstrom oder die Strömungsgeschwindigkeit des zu verbrennenden Gases, den Volumenstrom oder die Strömungsgeschwindigkeit der zugeführten Verbrennungsluft und/oder die Temperatur und/oder die Höhe der Flamme(n) der Brenneranordnung und/oder die Drehzahl eines das Gas liefernden Lüfters (Ventilator oder Gebläse) überwachen, so wäre es auch denkbar, dass die Steuerung ausgebildet ist, die Gesamtgasaustrittsfläche in Abhängigkeit der von einem oder mehreren der genannten Sensoren gelieferten Messwerte zu regeln.
Auch ist es äußert vorteilhaft, wenn das Gasaustrittselement und/oder das Verschlusselement zumindest teilweise flächig ausgebildet sind. Das Verschlusselement kann beispielsweise eine Metallfläche umfassen, die eine Vielzahl von Durchbrechungen aufweist, die wiederum als Gasaustrittsöffnungen fungieren. Ebenso ist es möglich, das oder die Verschlusselemente als Metallplatte auszubilden, wobei das oder die Gasaustrittselemente und die Verschlusselement(e) vorzugsweise zumindest teilweise parallel zueinander verlaufen, aneinander anliegen und/oder relativ zueinander beweglich gelagert sind.
Vorteile bringt es zudem mit sich, wenn das Gasaustrittselement und/oder das Verschlusselement zumindest teilweise gekrümmt ausgebildet sind. Die Krümmung kann sich im Fall des Gasaustrittselements im Bereich der Gasaustrittsöffnungen oder aber auch benachbart zu diesen befinden. Ebenso können das oder die Verschlusselemente gekrümmte und auch ebene Flächenabschnitte aufweisen, um sich an das Gasaustrittselement anschmiegen zu können.
Besondere Vorteile bringt es mit sich, wenn das Gasaustrittselement und das Verschlusselement zumindest teilweise der Mantelfläche eines Zylinders folgend ausgebildet sind, wobei die Krümmungsradien von Gasaustrittselement und Verschlusselement unterschiedlich groß sind. Beispielsweise wäre es denkbar, dass das Gasaustrittselement zumindest teilweise als Zylinder ausgebildet ist, der von einem Abdeckelement umgeben ist, das ebenfalls, zumindest teilweise, der Form eines Zylinders folgt, wobei die Drehachsen der jeweiligen Zylinder vorteilhafterweise konzentrisch zueinander verlaufen. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, dass das Abdeckelement den inneren Zylinder und das Gasaustrittselement den äußeren Zylinder bildet. In jedem Fall sollte das Gasaustrittselement auf lediglich einem Teil seiner Umfangsfläche Gasaustrittsöffnungen aufweisen, so dass es durch eine Relativbewegung zwischen Gasaustrittselement und Abdeckelement zu einer gegenseitigen Deckung von Gasaustrittsöffnungen und Abdeckelement kommen kann, um die Gasaustrittsöffnungen verschließen zu können.
Vorteilhaft ist es also, wenn zumindest ein Teil der Gasaustrittsöffnungen von einem oder mehreren Abdeckelement(en) abdeckbar ist, wobei die entsprechenden Gasaustrittsöffnungen und das beziehungsweise die Abdeckelement(e) relativ zueinander bewegbar sind. Z. B. wäre es denkbar, dass das Gasaustrittselement starr angeordnet und das Abdeckelement über das Gasaustrittselement schiebbar ist, um die einzelnen Gasaustrittsöffnungen je nach Stellung des Abdeckelements ganz oder teilweise abdecken und damit die Strömungsgeschwindigkeit des über die noch offenen Gasaustrittsöffnungen ausströmenden Gases und damit auch die Flammenhöhe regeln zu können.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn die Düsenanordnung mehrere Gasaustrittselemente umfasst, wobei jede der Gasaustrittselemente eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen aufweist. Je nach Gasdruck in der Gaszufuhrleitung können schließlich einzelne Gasaustrittselemente zu- und abgeschaltet werden, so dass die Flammenhöhe auf den gewünschten Betrag eingestellt werden kann.
Ebenso bringt es Vorteile mit sich, wenn die Brenneranordnung eine Luftzufuhr umfasst, über die Luft in die Brenneranordnung, vorzugsweise in deren Gaszufuhrleitung, einbringbar ist. Durch die Regelung des Luftvolumenstroms kann die Verbrennung beeinflusst und eine möglichst vollständige Verbrennung des Gases sichergestellt werden. Die Luftzufuhr kann wiederum mit einem Lüfter in Verbindung stehen, der die Luft unter einem gewissen Druck in die Brenneranordnung, insbesondere deren Gaszufuhrleitung, einspeist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer entsprechenden Brenneranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung während des Betriebs der Brenneranordnung derart angepasst wird, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) austretenden Gases innerhalb definierter Grenzen befindet. Beispielweise wäre es denkbar, eine Sollströmungsgeschwindigkeit X sowie einen oberen und einen unteren Grenzwert festzulegen, wobei die Grenzwerte jeweils um einen Betrag, der beispielsweise 10 % des Grenzwertes entspricht, nach oben und unten vom Grenzwert abweichen. In jedem Fall wird durch die Regelung der Gesamtgasaustrittsfläche die Möglichkeit eröffnet, Gase mit unterschiedlichem Druck, unterschiedlicher Art und unterschiedlicher Zusammensetzung möglichst effizient zu verbrennen, ohne dass die bei der Verbrennung entstehende Flamme von der Düsenanordnung abhebt oder in die Gaszufuhrleitung zurückschlägt.
Besondere Vorteile bringt es mit sich, wenn die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung vor, während und/oder nach dem Betrieb der Brenneranordnung manuell oder automatisch angepasst wird. Manuell kann die Änderung beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Gesamtgasaustrittsfläche mit Hilfe eines oder mehrerer Abdeckelemente verändert wird, die relativ zu den Gasaustrittsöffnungen eines Gasaustrittselements der Brenneranordnung verschoben wird und hierbei mehr oder weniger Gasaustrittsöffnungen verdeckt. Eine automatische Regelung könnte beispielsweise dadurch erfolgen, dass die in der bisherigen Beschreibung genannte Abdeckung bzw. das Verschlusselement mit einem Stellmotor zwischen vorgegebenen Stellungen verfahrbar ist, wobei die Stellung abhängig von einem oder mehreren Messwerten sein könnte, wobei hierbei beispielsweise der Gasdruck innerhalb der Gaszufuhrleitung oder die Temperatur der Flamme(n) berücksichtigt werden könnte.
Es kann also von Vorteil sein, wenn die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung bzw. die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) austretenden Gases in Abhängigkeit des innerhalb der Gaszufuhrleitung herrschenden Drucks des Gases geregelt wird, wobei der Druck vorzugsweise mit Hilfe eines Drucksensors überwacht wird. Der Druck kann beispielsweise aufgrund von Drehzahlschwankungen eines das Gas in die Brenneranordnung fördernden Lüfters während des Verbrennungsvorgangs schwanken. Da eine Druckerhöhung bei gleichbleibender Gesamtgasaustrittsfläche zu einer Erhöhung der Flammenhöhe führen würde, ist es von Vorteil, wenn die Gesamtgasaustrittsfläche auf Basis des genannten Drucks verändert wird, um die Flammenhöhe möglichst konstant zu halten. Dementsprechend wäre es von Vorteil, die Gesamtgasaustrittsfläche zu verkleinern, wenn eine Druckerniedrigung detektiert wird bzw. die Gesamtgasaustrittsfläche bei einer entsprechenden Druckerhöhung zu vergrößern. In diesem Zusammenhang wäre es möglich, einen Drucksensor im Bereich der Gaszufuhrleitung zu installieren, um den entsprechenden Gasdruck messen und entsprechend für die Änderung der Gesamtgasaustrittsfläche heranziehen zu können. Denkbar wäre jedoch ebenso, die Gesamtgasaustrittsfläche in Abhängigkeit des geförderten Gasvolumenstroms bzw. der Drehzahl eines das Gas fördernden Lüfters zu verändern, wobei auch zur Messung der genannten Größen entsprechende Sensoren vorgesehen sein können.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der innerhalb der Gaszufuhrleitung herrschende Druck des Gases, beispielsweise durch Änderung der Drehzahl eines das Gas in die Brenneranordnung einbringenden Lüfters, in Abhängigkeit der Temperatur der beim Betrieb der Brenneranordnung im Bereich der Gasaustrittsöffnung(en) vorhandenen Flamme(n) geregelt wird. Da die Temperatur der Flamme ein wichtiges Indiz für den Ablauf der Verbrennung ist, ist es von Vorteil, den Druck zu erhöhen bzw. zu erniedrigen, wenn die Temperatur außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt (die Temperatur wird vorzugsweise mit Hilfe eines Temperatursensors überwacht). Da die Erhöhung bzw. Erniedrigung des genannten Drucks bei gleichbleibender Gesamtgasaustrittsfläche jedoch wiederum zu einer ungewünschten Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Bereich der Gasaustrittsöffnungen und einer Veränderung der Flammenhöhe führen würde, ist es von Vorteil, bei einer Druckänderung auch die Gesamtgasaustrittsfläche entsprechend zu ändern.
Vorteile bringt es zudem mit sich, wenn die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung bzw. die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) austretenden Gases in Abhängigkeit der Drehzahl eines das Gas in die Brenneranordnung einbringenden Lüfters und/oder dessen Gasvolumenstrom und/oder in Abhängigkeit des Volumenstroms, des Drucks und/oder der Strömungsgeschwindigkeit, der während des Betriebs der Brenneranordnung über die Gaszufuhrleitung oder eine separate Luftzufuhrleitung eingebrachten Luftmenge geregelt wird. Im Ergebnis kann die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Flammenhöhe je nach Wahl der zu berücksichtigenden Faktoren sehr zuverlässig innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden, so dass auch bei schwankender Gaszusammensetzung oder schwankendem Gasdruck eine zuverlässige Verbrennung des Gases ermöglicht wird.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:
1 eine schematische Brenneranordnung gemäß vorliegender Erfindung,
2 eine Draufsicht eines Teils einer Düsenanordnung einer bekannten Brenneranordnung,
3 eine Draufsicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Brenneranordnung,
4 den Ausschnitt gemäß 3 mit veränderter Stellung des Abdeckelements,
5 eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer weiteren erfindungsgemäßen Brenneranordnung,
6 den Ausschnitt gemäß 5 mit veränderter Stellung des Abdeckelements,
7 eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Brenneranordnung,
8 den Ausschnitt gemäß 7 mit veränderter Stellung des Abdeckelements,
9 einen Ausschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Brenneranordnung,
10 den Ausschnitt gemäß 9 mit veränderter Stellung des Gasaustrittselements, und
11 den Ausschnitt gemäß den 9 und 10 mit nochmals veränderter Stellung des Gasaustrittselements.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brenneranordnung. Diese umfasst prinzipiell eine Düsenanordnung 3, über die ein mit Hilfe einer Gaszufuhrleitung 2 zuführbares Gas in Form einer oder mehrerer Flammen 14 verbrennbar ist. Das Gas stammt beispielsweise aus einem mit der Brenneranordnung über die Gaszufuhrleitung 2 in Verbindung stehenden Lagertank 10, in dem normalerweise beispielsweise Gas oder eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Treibstoff, gelagert ist. Entsprechende Lagertanks 10 (oder auch andere Objekte, die dem Lagern oder Transport von vorzugsweise Kohlenwasserstoffen dienen) müssen von Zeit zu Zeit gereinigt werden. Hierfür müssen in dem Lagertank 10 verbleibende Gasreste aus dem Lagertank 10 entsorgt werden. Da ein Freilassen in die Atmosphäre in der Regel nicht erlaubt ist, kommt beim Entgasen des Lagertanks 10 (oder des sonstigen zu entgasenden Objekts) die erfindungsgemäße Brenneranordnung zum Einsatz, mit deren Hilfe das Gas verbrannt werden kann, so dass eine Umweltbelastung ausgeschlossen werden kann.
Neben der Düsenanordnung 3, von der auch mehrere vorhanden sein können, die über eine oder mehrere Gaszufuhrleitungen 2 mit einem oder mehreren zu entgasenden Objekten in Verbindung stehen, umfasst die Brenneranordnung vorzugweise eine Halterung 13, um einen sicheren Stand der Düsenanordnung(en) 3 zu gewährleisten. Bei der Halterung 13 kann es sich um ein in 1 angedeutetes Gestell handeln. Denkbar ist auch, dass die Brenneranordnung und zumindest ein Teil der Gaszufuhrleitung 2 Bestandteil einer mobilen Verbrennungsanlage ist, die je nach Bedarf von einem Einsatzort zum nächsten transportiert werden kann (die Gaszufuhrleitung 2 kann also mehrteilig ausgebildet sein und aus einem Teil, der Bestandteil der Brenneranordnung ist, und einem oder mehreren weiteren Teilen bestehen, die die Brenneranordnung vor Ort mit dem zu entgasenden Objekt verbinden).
Um der Düsenanordnung 3 die in manchen Fällen notwendige Verbrennungsluft zuführen zu können, kann diese über eine oder mehrere Luftzufuhrleitungen 4 verfügen, wobei 1 zeigt, dass diese an unterschiedlichen Stellen der Brenneranordnung bzw. der Gaszufuhrleitung 2 platziert sein können (im Gegensatz zu 1 ist es in der Regel ausreichend, wenn nur eine der gezeigten Luftzufuhrleitungen 4 vorhanden ist). Alternativ oder zusätzlich können auch eine oder mehrere Luftzutrittsöffnungen 11 vorhanden sein, die beispielsweise im Bereich einer Ummantelung 12 der Düsenanordnung 3 platziert sein können (die Ummantelung 12 dient der teilweisen Abschirmung der Flamme(n) 14, um eine negative Beeinflussung der Flammenbildung durch beispielsweise Wind zu minimieren).
Ferner zeigt 1 exemplarisch, dass die Brenneranordnung mit einem oder mehreren Lüftern 1 in Verbindung stehen kann, mit deren Hilfe der Brenneranordnung Verbrennungsluft bzw. Gas zuführbar ist, das wiederum mit Hilfe des entsprechenden Lüfters 1 aus dem zu entgasenden Objekt abgesaugt wird.
Schließlich können ein oder mehrere Drucksensoren 6 vorhanden sein, mit deren Hilfe sich der Gasdruck innerhalb eines oder mehrerer Abschnitte der Gaszufuhrleitung 2 bzw. der Brenneranordnung überwachen und beispielsweise mit Hilfe einer Steuerung nutzen lässt, um die erfindungsgemäße Regelung der Gesamtgasaustrittsfläche der Gasaustrittsöffnung(en) 5 der Düsenanordnung(en) 3 regeln zu können.
Wie aus 1 ersichtlich, besitzt die Brenneranordnung, beispielsweise am Ende der Gaszufuhrleitung 2, einen Abschnitt, über den das Gas über eine oder mehrere Gasaustrittsöffnung(en) 5 aus der Brenneranordnung austreten und in Form einer Flamme 14 verbrennen kann, wobei dieser Abschnitt als Gasaustrittselement 7 bezeichnet wird, das selbstverständlich auch als separates Bauteil vorliegen kann, das wiederum mit der Gaszufuhrleitung 2 in Verbindung steht.
2 zeigt nun eine Draufsicht auf eine bekannte Düsenanordnung 3 bzw. deren Gasaustrittselement 7. Wie dieser Darstellung zu entnehmen ist, kann das Gasaustrittselement 7 eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen 5 umfassen, über die das Gas aus der Düsenanordnung 3 austritt und als Flamme 14 verbrennt.
Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist nun die Tatsache, dass der in der Gaszufuhrleitung 2 herrschende und in der Regel mit Hilfe eines Lüfters 1 erzeugte Gasdruck während der Entgasung eines zu entgasenden Objekts bzw. in Abhängigkeit des zu entgasenden Objekts bzw. des sich darin befindlichen und zu verbrennenden Gases schwanken bzw. unterschiedlich groß ausfallen kann.
Ändert sich nun der Druck in der Gaszufuhrleitung 2 gegenüber einem Standardwert, so hat dies aufgrund der konstanten und durch die Größe und Anzahl der Gasaustrittsöffnungen 5 vorgegebenen Gesamtgasaustrittsfläche zwangsläufig eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Bereich der Gasaustrittsöffnungen 5 und damit eine Veränderung der Höhe H der Flamme 14 zur Folge. Dies ist jedoch von Nachteil, da die Flamme 14 nach oben hin abheben, erlöschen oder entgegen der Strömungsrichtung in die Gaszufuhrleitung 2 und schlimmstenfalls bis in das zu entgasende Objekt zurückschlagen kann.
Um diesem Problem zu begegnen, wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Brenneranordnung Mittel umfasst, mit deren Hilfe die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung 3 innerhalb definierter Grenzen veränderbar ist, um die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) 5 austretenden Gases regeln zu können. Bei den Mitteln handelt es sich vorzugsweise um ein oder mehrere Verschlusselemente 8, die beispielsweise als Abdeckung ausgebildet sind, und die beispielsweise relativ zu der oder den Gasaustrittsöffnung(en) 5 beweglich gelagert sind.
Im Ergebnis ist es also möglich, die Gasaustrittsöffnung(en) 5 ganz oder teilweise bzw. einen Teil von mehreren Gasaustrittsöffnungen 5 je nach Bedarf zu verschließen, so dass die Größe der vorzugsweise aus mehreren Gasaustrittsöffnungen 5 bestehenden Gesamtgasaustrittöffnung verändert werden kann.
Steigt nun der Druck innerhalb der Gaszufuhrleitung(en) 2, so ist es mit Hilfe der vorliegenden Erfindung möglich, die Gesamtgasaustrittsfläche zu erhöhen, um eine Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Gases zu verhindern bzw. deren Betrag möglichst gering zu halten. Im gegenteiligen Fall, in dem der Druck in der oder den Gaszufuhrleitungen 2 verringert wird, da beispielsweise die Flammentemperatur einen Grenzwert übersteigt, wäre es möglich, die Gesamtgasaustrittsfläche zu verkleinern, um eine Verkleinerung der Höhe H der Flamme 14 zu verhindern.
Im Ergebnis kann durch die erfindungsgemäß ausgestaltete Düsenanordnung 3 schließlich die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) 5 ausströmenden Gases reguliert werden, um letztendlich die Höhe H der Flamme(n) 14 möglichst konstant zu halten.
Mögliche konstruktive Lösungen, um die Gesamtgasaustrittsfläche gemäß vorliegender Erfindung regeln bzw. verändern zu können, zeigen die 3 bis 11.
So wäre es beispielsweise möglich, das Gasaustrittselement 7 gemäß den 3 und 4 mit einem Abdeckelement 9 auszustatten (die die Funktion des in der Beschreibung ausführlich beschriebenen Verschlusselements 8 übernimmt). Das Abdeckelement 9 kann beispielweise durch eine flächige Metallplatte gebildet sein, die um eine Drehachse 16 drehbar ist. Um die jeweiligen Endstellungen (alle Gasaustrittsöffnungen 5 „auf“ (3) oder alle Gasaustrittsöffnungen 5 „zu“; 4 zeigt eine Zwischenstellung) zielsicher zu erreichen, kann ferner ein Anschlag 15 vorhanden sein, gegen den das Abdeckelement 9 anschlägt, sobald eine der Endstellungen erreicht ist (vergleiche 3 und 4).
Eine weitere Möglichkeit, die Gesamtgasaustrittsfläche zwischen entsprechenden Grenzwerten zu regulieren, zeigen die 5 bis 8. Beispielsweise wäre es möglich, das Gasaustrittselement 7 zylinderförmig auszubilden, wobei die Zufuhr des zu verbrennenden Gases beispielswiese über eine Stirnseite des Zylindermantels eingebracht werden könnte (siehe 7, die eine mögliche Platzierung der Luftzufuhrleitung 4 zeigt, die im Übrigen in den restlichen Figuren dieses Ausführungsbeispiels aus Übersichtsgründen nicht dargestellt ist). Die gegenüberliegende Stirnseite sollte in diesem Fall geschlossen sein.
Neben dem Gasaustrittselement 7 ist schließlich ein vorzugsweise ebenfalls zylindrisches Abdeckelement 9 vorhanden, wobei sich Gasaustrittselement 7 und Abdeckelement 9 relativ zueinander verdrehen lassen, um die Anzahl der von dem Abdeckelement 9 verdeckten und damit verschlossenen Gasaustrittsöffnungen 5 variieren zu können (vergleiche 5 und 6 sowie 7 und 8, wobei 8 die Anordnung gemäß 7 mit nach hinten verdrehtem Abdeckelement 9 zeigt). Hierzu ist es von Vorteil, wenn die Krümmungsradien R von Gasaustrittselement 7 und Abdeckelement 9 unterschiedlich sind.
Ein letztes Ausführungsbeispiel zeigen die 9 bis 11. Hier besitzt das Gasaustrittselement 7 ebenfalls eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen 5, wobei diese generell und auch im Fall sonstiger Ausführungsbeispiele als Bohrungen oder auch als feine Perforation des Gasaustrittselements 7 ausgebildet sein können. Das Gasaustrittselement 7 sowie das dieses umgebende und relativ zu diesem bewegliche Abdeckelement 9 können wiederum zylindrisch ausgebildet sein, wobei auch andere Formgebungen denkbar sind.
Selbstverständlich ist es generell denkbar, das Gasaustrittselement 7 starr und das Abdeckelement 9 beweglich zu lagern; denkbar ist jedoch ebenso, das Gasaustrittselement 7 beweglich gegenüber einem starr angeordneten Abdeckelement 9 zu lagern. Ebenso kann das Abdeckelement 9 das Gasaustrittselement 7 von außen umgeben oder umgekehrt.
In jedem Fall kann es von Vorteil sein, wenn das Abdeckelement 9 eine Öffnung 17 besitzt, die von einer rechteckigen Form abweicht. Wie sich in diesem Zusammenhang aus den 9 bis 13 ergibt, ist die Gesamtgasaustrittsfläche in diesem Fall insbesondere im Bereich einer kleinen Gesamtgasaustrittsfläche (s. 11) genauer regelbar, wobei es generell von Vorteil ist, wenn ein nicht-linearer Zusammenhang zwischen der Stellung des Abdeckelements 9 und der Gesamtgasaustrittsfläche besteht.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine beliebige Kombination der beschriebenen Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Teilen der Beschreibung bzw. den Ansprüchen oder in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Lüfter
2: Gaszufuhrleitung
3: Düsenanordnung
4: Luftzufuhrleitung
5: Gasaustrittsöffnung
6: Drucksensor
7: Gasaustrittselement
8: Verschlusselement
9: Abdeckelement
10: Lagertank
11: Luftzutrittsöffnung
12: Ummantelung
13: Halterung
14: Flamme
15: Anschlag
16: Drehachse
17: Öffnung
H: Höhe der Flamme
R: Krümmungsradius
S: Strömungsrichtung

Claims

Brenneranordnung zum Verbrennen eines, beispielsweise von einem Lüfter (1) gelieferten, brennbaren Gases, – wobei die Brenneranordnung wenigstens eine Gaszufuhrleitung (2) für die Zufuhr des zu verbrennenden Gases besitzt, – wobei die Brenneranordnung eine Düsenanordnung (3) umfasst, die der Gaszufuhrleitung (2) in einer vorgesehenen Strömungsrichtung (S) des Gases nachgeordnet ist, – wobei die Düsenanordnung (3) eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen (5) aufweist, über die das zu verbrennende Gas vor seiner Verbrennung aus der Düsenanordnung (3) austreten kann, und – wobei die Gasaustrittsöffnung(en) (5) eine Gesamtgasaustrittsfläche besitzt bzw. besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenneranordnung Mittel umfasst, mit deren Hilfe die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung (3) innerhalb definierter Grenzen veränderbar ist, um die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) (5) austretenden Gases regeln zu können.
Brenneranordnung gemäß vorangegangenem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (3) mehrere Gasaustrittsöffnungen (5) aufweist, von denen eine oder mehrere teilweise oder vollständig verschließbar sind.
Brenneranordnung gemäß vorangegangenem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Gasaustrittsöffnungen (5) als Durchbrechungen eines Gasaustrittselements (7) ausgebildet sind, welches ortsfest fixiert oder beweglich gelagert ist.
Brenneranordnung gemäß vorangegangenem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasaustrittselement (7) mit zumindest einem Verschlusselement (8) in Wirkverbindung steht, wobei das Gasaustrittselement (7) und das Verschlusselement (8) relativ zueinander beweglich gelagert sind.
Brenneranordnung gemäß vorangegangenem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasaustrittselement (7) und/oder das Verschlusselement (8) zumindest teilweise flächig ausgebildet sind.
Brenneranordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasaustrittselement (7) und/oder das Verschlusselement (8) zumindest teilweise gekrümmt ausgebildet sind.
Brenneranordnung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasaustrittselement (7) und das Verschlusselement (8) zumindest teilweise der Mantelfläche eines Zylinders folgend ausgebildet sind, wobei die Krümmungsradien (R) von Gasaustrittselement (7) und Verschlusselement (8) unterschiedlich groß sind.
Brenneranordnung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Gasaustrittsöffnungen (5) von einem oder mehreren Abdeckelement(en) (9) abdeckbar ist, wobei die entsprechenden Gasaustrittsöffnungen (5) und das bzw. die Abdeckelement(e) (9) relativ zueinander bewegbar sind.
Brenneranordnung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (3) mehrere Gasaustrittselemente (7) umfasst, wobei jede der Gasaustrittselemente (7) eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen (5) aufweist.
Brenneranordnung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenneranordnung eine Luftzufuhrleitung (4) umfasst, über die Luft in die Brenneranordnung, vorzugsweise in deren Gaszufuhrleitung (2), einbringbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Brenneranordnung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung (3) während des Betriebs der Brenneranordnung derart angepasst wird, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) (5) austretenden Gases stets innerhalb definierter Grenzen befindet.
Verfahren gemäß vorangegangenem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung (3) vor, während und/oder nach dem Betrieb der Brenneranordnung manuell oder automatisch angepasst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung (3) bzw. die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) (5) austretenden Gases in Abhängigkeit des innerhalb der Gaszufuhrleitung (2) herrschenden Drucks des Gases geregelt wird, wobei der Druck vorzugweise mit Hilfe eines Drucksensors (6) überwacht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb der Gaszufuhrleitung (2) herrschende Druck des Gases, beispielsweise durch Änderung der Drehzahl eines das Gas in die Brenneranordnung einbringenden Lüfters (1), in Abhängigkeit der Temperatur der beim Betrieb der Brenneranordnung im Bereich der Gasaustrittsöffnung(en) (5) vorhandenen Flamme(n) (14) geregelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtgasaustrittsfläche der Düsenanordnung (3) bzw. die Strömungsgeschwindigkeit des über die Gasaustrittsöffnung(en) (5) austretenden Gases in Abhängigkeit der Drehzahl eines das Gas in die Brenneranordnung einbringenden Lüfters (1) und/oder dessen Gasvolumenstrom und/oder in Abhängigkeit des Volumenstroms, des Drucks und/oder der Strömungsgeschwindigkeit der während des Betriebs der Brenneranordnung über die Gaszufuhrleitung (2) oder eine separate Luftzufuhrleitung (4) eingebrachten Luftmenge geregelt wird.