DE19517163A1 - Einrichtung zum Abblasen eines explosiblen Gases - Google Patents
Einrichtung zum Abblasen eines explosiblen GasesInfo
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
- F23G7/08—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases using flares, e.g. in stacks
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Abblasen
eines explosiblen Gases, insbesondere zum Abblasen eines ex
plosiblen Gases mit dem Generatoren in Kraftwerken gekühlt
werden.
Die Kühlung großer Generatoren in Kraftwerken erfolgt in der
Regel mit Wasserstoff. Bei Betriebsstörungen muß dieser Was
serstoff möglichst schnell aus den Generatoren entfernt wer
den. Diese schnelle Entleerung erfolgt durch ein Abblasen des
Wasserstoffes über dem Dach des Maschinenhauses in die Atmo
sphäre. Da Wasserstoff ein explosibles Gas ist, besteht beim
Austreten in die Atmosphäre und bei der Durchmischung mit dem
Atmosphärensauerstoff die Gefahr einer Zündung und einer
Knallgasexplosion. Die sich vom Zündort oberhalb der Abblase
einrichtung ausbreitende Druckwelle kann zu einer Beschädi
gung des Daches des Maschinenhauses führen, in dem sich die
Generatoren befinden.
Bekannte Abblaseeinrichtungen bestehen aus einem senkrecht
auf dem Dach des Maschinenhauses angeordneten Kamin oder Rohr
mit einer Nennweite von etwa 200 mm, das an seinem Ende in ei
ne Düse mit einer freien Ausströmöffnung von etwa 80 mm endet.
Diese Ausströmöffnung befindet sich in Höhen zwischen etwa 3
und 7 m über dem Dach. Die Höhe der Abblaseöffnung hängt von
der Größe des zündfähigen Volumens und der Belastungsfähig
keit des Daches ab und muß individuell mit einem erheblichen
Softwareaufwand für Berechnung der Druckwellenbelastung und
den Nachweis der Festigkeit der Dachkonstruktion bestimmt
werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrich
tung zum Abblasen eines explosiblen Gases anzugeben, mit der
eine gegebenenfalls bei einer Explosion auf umliegende Gebäu
deteile, insbesondere das Dach des Maschinen- oder Generator
hauses, ausgeübte Druckwellenbelastung weitgehend reduziert
ist.
Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei einer Einrichtung zum
Abblasen eines explosiblen Gases über einen auf einem Dach
eines Gebäudes angeordneten Kamin enthält der Kamin gemäß der
Erfindung einen Abblasekopf mit wenigstens zwei Austrittsöff
nungen für das Gas, die derart angeordnet sind, daß das aus
tretende Gas in eine der Anzahl der Austrittsöffnung entspre
chende Anzahl von Gasstrahlen separiert wird, die zumindest
in ihren zündfähigen Volumenbereichen räumlich voneinander
getrennt sind. Die Gasstrahlen können somit nicht zusammen
zünden, so daß die durch eine Explosion auftretende Druck
welle eine kleinere Amplitude aufweist.
Insbesondere ist ein Abblasekopf mit mehreren Austrittsöff
nungen vorgesehen, die sternförmig um den Abblasekopf ver
teilt sind.
Vorzugsweise befinden sich die Austrittsöffnungen jeweils am
Ende eines am Abblasekopf angeschlossenen und quer zu einer
Längsachse des Kamins angeordneten Verteilerrohres, das in
einer vorteilhaften Ausgestaltung an ihrem freien Ende mit
einer Düse versehen ist.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung
verwiesen, in deren
Fig. 1 eine Einrichtung zum Abblasen gemäß der Erfindung in
einem Ausführungsbeispiel schematisch in einer Sei
tenansicht veranschaulicht ist.
Fig. 2 zeigt die Abblaseeinrichtung gemäß Fig. 1 in einer
Draufsicht und in
Fig. 3 ist ein Abblasekopf der Einrichtung zum Abblasen in
einem Querschnitt veranschaulicht. In
Fig. 4 ist in einem Diagramm die Gasverteilung in der Umge
bung der Einrichtung zum Abblasen unter Windeinfluß
dargestellt. In
Fig. 5 ist in einem Diagramm die auf das Gebäudedach bei
Zündung einwirkende Kraft gegen die Zeit für eine Ab
blaseeinrichtung gemäß dem Stand der Technik sowie
eine Abblaseeinrichtung gemäß der Erfindung aufgetra
gen.
Gemäß Fig. 1 ist auf einem Dach 2 eines Maschinenhauses ein
Kamin 4 angeordnet, der an eine Abblaseleitung 6 angeschlos
sen ist, die zu einem in der Figur nicht dargestellten im Ma
schinenhaus befindlichen Generator führt. Der Kamin 4 wird
durch ein in seiner Längsrichtung vertikal und federnd gela
gertes Rohr gebildet, dessen dem Dach 2 zugewandtes Ende frei
über dem Dach 2 angeordnet ist. An seinem vom Dach 2 abge
wandten Ende ist der Kamin 4 mit einem Abblasekopf 8 verse
hen. In den Abblasekopf 8 münden sternförmig, mehrere, vor
zugsweise 8, Verteilerrohre 9, deren Achsen quer zur Längs
richtung des Kamins 4 verlaufen. Sie sind an ihren freien En
den mit Austrittsöffnungen 10 versehen, durch die ein explo
sibles Gas, beispielsweise Wasserstoff H₂ in die Atmosphäre
austreten kann.
Im Ausführungsbeispiel beträgt die Nennweite des Kamins 4 et
wa 160 mm und die Austrittsöffnungen 10 befinden sich in etwa
1,8 m Höhe H über dem Dach 2.
In der Draufsicht gemäß Fig. 2 ist die sternförmige Anordnung
der acht am Abblasekopf 8 angeschlossenen acht Verteilerrohre
9 zu erkennen. Der Gesamtdurchmesser D dieser sternförmigen
Anordnung beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 1 m.
Gemäß Fig. 3 sind die Verteilerrohre 9 an ihrem freien Ende
mit einer querschnittsverringernden Düse 14 versehen, um das
Volumen der zündfähigen Gasmenge, d. h. den zündfähigen Volu
menbereich, zu verringern. Je kleiner der Durchmesser d der
Austrittsöffnung 10 ist, desto kleiner ist das Volumen dieser
zündfähigen Gasmenge. Der Durchmesser d der Austrittsöffnung
10 muß andererseits aber auch groß genug sein, um einen zur
schnellen Selbstentleerung des Generators ausreichenden Men
gendurchsatz zu ermöglichen, wobei die Gasgeschwindigkeit an
der Austrittsöffnung einen Grenzwert von etwa 350 m/s nicht
überschreiten sollte. Der jeweils erforderliche Durchmesser d
ist nach Art des zu entleerenden Generators auszulegen und
beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 28 mm.
Der Abblasekopf 8 ist nach oben mit einem Deckel 16 ver
schlossen, der mit Ausformungen versehen ist, die in den Ab
blasekopf 8 hineinragen und eine strömungsgünstige Umlenkung
und Verteilung des Gasstrahls in die Verteilerrohre 9 bewir
ken.
In Fig. 4 sind die zündfähigen Volumenbereiche 18a, 18b, 18c
des austretenden Gases, im Beispielsfall Wasserstoff, für
drei der acht Verteilerrohre 9 bei einer Austrittsgeschwin
digkeit von etwa 300 m/s und einer Windgeschwindigkeit von
20 m/s exemplarisch dargestellt. In der Figur ist zu erken
nen, daß sich auch bei ungünstigen Windverhältnissen die
zündfähigen Volumenbereiche 18a-c nicht überlappen. Ein
Überlappen der Wasserstoffstrahlen tritt somit erst dann ein,
wenn ein zündfähiges Gemisch nicht mehr vorliegt.
Die H₂-Konzentration im Wasserstoffstrahl nimmt etwa linear
mit der Entfernung von der Austrittsöffnung ab. Ein zündfähi
ges Gemisch liegt dann vor, wenn der H₂-Volumenanteil zwi
schen 75% und 4% liegt. Mit Erreichen der unteren Zünd
grenze von 4% ist die Grenze der zündfähigen Strahlausdeh
nung erreicht. Im Beispiel beginnt der zündfähige Volumenbe
reich praktisch unmittelbar hinter der Austrittsöffnung und
endet in Achsrichtung nach etwa 1,35 m. Jenseits dieser ge
strichelt eingezeichneten Grenze liegt die H₂-Konzentration
unterhalb des zündfähigen Bereichs.
Im Falle einer Zündung kommt es nur zur Zündung eines einzi
gen Wasserstoffstrahls und somit nur einer Teilmenge des ge
samten austretenden Wasserstoffs, die nicht auf die benach
barten Wasserstoffstrahlen übergreift. Dadurch wird die im
Falle einer Explosion auf das Dach ausgeübte Belastung erheb
lich reduziert.
Dies geht insbesondere aus Fig. 5 hervor, wo die auf eine
rechteckige Platte mit den Abmessungen 0,5 m×3,0 m wirkende
Kraft in Kilonewton kN gegen die Zeit in Millisekunden ms
nach Beginn der Zündung graphisch dargestellt ist. Kurve 20
zeigt dabei den Verlauf der Krafteinwirkung bei Zündung von
Wasserstoff in einer Höhe von 3,5 m über der Platte bei Ver
wendung einer Einrichtung gemäß dem Stand der Technik. Dies
entspricht einer Impulsbelastung von etwa 85 Ns. Gegenüberge
stellt ist in Kurve 22 die zeitliche Belastung der Platte
beim Zünden eines Strahls bei einer Einrichtung gemäß der Er
findung. Die Gesamtimpulsbelastung beträgt in diesem Fall nur
noch 6 Ns.
Claims (4)
1. Einrichtung zum Abblasen eines explosiblen Gases über
einen auf einem Dach (2) eines Gebäudes angeordneten Kamin
(4), der einen Abblasekopf (8) mit wenigstens zwei Austritts
öffnungen (10) für das Gas enthält, die derart angeordnet
sind, daß das aus ihnen austretende Gas in eine der Anzahl
der Austrittsöffnungen entsprechende Anzahl von Gas strahlen
separiert wird, die sich in ihren zündfähigen Volumenberei
chen (18a, b, c) nicht überlappen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einem Abblasekopf (8) mit
mehreren Austrittsöffnungen (10), die sternförmig um den Ab
blasekopf (8) verteilt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit Austrittsöffnungen
(10), die sich jeweils am Ende eines am Abblasekopf (8) ange
schlossenen und quer zu einer Längsachse des Kamins (4) ange
ordneten Verteilerrohres (9) befinden.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, bei der die Verteilerrohre
(9) an ihrem freien Ende mit einer Düse (14) versehen sind.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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1995
- 1995-05-10 DE DE1995117163 patent/DE19517163C2/de not_active Expired - Fee Related
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