DE2052888A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Gasverbrennung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Gasverbrennung

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DE2052888A1 DE19702052888 DE2052888A DE2052888A1 DE 2052888 A1 DE2052888 A1 DE 2052888A1 DE 19702052888 DE19702052888 DE 19702052888 DE 2052888 A DE2052888 A DE 2052888A DE 2052888 A1 DE2052888 A1 DE 2052888A1
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Herbert D. New York N.Y. Michelson (V.StA.)
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ExxonMobil Technology and Engineering Co
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Exxon Research and Engineering Co
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23KFEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/002Gaseous fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F23D14/04Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner
    • F23D14/08Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner with axial outlets at the burner head

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Gasverbrennung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, um sowohl die angesaugte Buft als auch die erzeugte Hitze bei Ansaugbrennern auf verhältnismäßig konstantem Niveau zu halten, wenn Brennstoffe verschiedener Fließgeschwindigkeit und mit verschiedenen Verbrennungseigenschaften, d.h. verschiedener Dichte und verschiedener Wärmeerzeugung pro Gewichtseinheit des verbrannten Brennstoffes,verheizt werden. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, um sowohl die Hitzeerzeugung als auch die Xnsaugbedingungen, d.h. die Menge des mit dem Brennstoff angesaugten Luftstroms,beim Verbrennen gasförmiger Brennstoffe im wesentlichen gleichzuhalten, wobei die Ansaugbedingungen bei verschiedenen gasförmigen Brennstoffen durch Erhitzen oder Kühlen des Brennstoffs vor seinem Eintritt in den Brenner konstant gehalten werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann auch ein Verdünnungs- oder ein Anreicherungsgas dem gasförmigen Brennstoff zugesetzt werden, um die Wirkung von Temperaturänderungen innerhalb des Brennstoffs zu erhöhen.
  • Ansaugbrenner, die gasförmige Brennstoffe mit Luft verbrennen, werden in Hochtemperaturöfen angewendet, in denen die Temperaturen in dem Heizabschnitt der fletallröhren zwischen 65Q und 10950C liegen können. Beispiele sind das Dampfcrackverfahren, ferner Reformieröfen und solche, die für eine thermische Pyrolyse dienen. Ansaugbrenner arbeiten in der Weise, daß sie einen gasförmigen Brennstoff durch eine Verbrennungsdüse oder eine Öffnung in ein Venturi-Rohr oder eine Mischöffnung ausströmen lassen, wobei Verbrennungsluft mitgerissen wird, wenn der Brennstoff in das Venturi-Rohr eintritt. Diese mitgerissene oder angesaugte Luft ist als sogenannte Primärluft bekannt. Die Menge der in den Brenner eingesaugten Primärluft ist im allgemeinen durch die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs durch die Brenndüse bestimmt. Indessen ist die Menge der angesaugten Primärluft für gewöhnlich nicht ausreichend, um eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu erzielen. Aus diesem Grunde sind Ansaugeschlitze für Sekundärluft vorgesehen. Obwohl es erwünscht ist, in derartigen Brennern stets den gleichen Brennstoff zu verheizen, ist dies nicht immer praktisch möglich. Fur gewöhnlich werden Abgase einer Raffiniereinrichtung als Brennstoff benutzt. Die Anlieferung solcher Gase ist jedoch nicht immer konstant, und es müssen daher Vorkehrungen für die Vertrennung anderer Brennstoffe getroffen werden. Verschiedene erscnieaene - -- - -Brennstoffe haben jedoch Strömungs- una Verflrennungseigenscflarten, d . h. verschiedene Dichte und verschiedene Heizkraft pro Gewichtseinheit. Infolgedessen tritt bei einer Änderung im Brennstoff bei konstantem Druck des Brenngases eine Änderung in der Strömungsmenge und in der Hitzentwicklung auf. Da es nun erwünscht ist, die Hitzeentwicklung konstant zu halten, ist es notwendig, den Druck des Brenngases zu ändern. Die angesaugte Primärluft schwankt mit der änderung des Druckes des Brenngases, und infolgedessen ist eine Umstellung der SetundärluStschlitze notwendig, um die Gesamtmenge der zu den Brennern strömenden Luft zur richtigen Verbrennung im wesentlichen konstant zu halten. Änderungen in den Eigenschaften des Brennstoffes können eine entscheidende Wirkung auf die Verbrennung innerhalb des Ofens ausüben. In großen Öfen werden Hunderte von Brennern angewendet. Offensichtlich kann die Umstellung der Sekundärluftschlitze bei derart vielen Brennern wirtschaftlich nachteilig sein. Dieses ist besonders der Fall, wenn der Zustrom des ursprünglichen Brennstoffes zeitweilig nachläßt und neuer Brennstoff lediglich während dieser Dauer des Nachlassens verwendet werden muß. Derartige Umstände führen zu einer ersten Einstellung des Sekundärluftschlitze für den ursprünglichen Brennstoff, eine zweite Einstellung während des zeitweiligen Mangels an ursprünglichem Brennstoff und eine dritte Einstellung, wenn der ursprüngliche Brennstoff wieder in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung kann die Primärluft ohne Rücksicht auf den gerade verbrannten Brennstoff stets konstant gehalten werden. Hierdurch wird die Notwendigkeit einer Umstellung der Sekundärluftschlitze bei Änderung des Brennstoffes vermieden.
  • Daher sieht die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, bei der die Primärluft des Ansaugbrenners und die erzeugte Hitze im wesentlichen auch dann konstant gehalten werden, wenn gasförmige Brennstoffe verschiedener Strömungs- und Verbrennung eigenschaften, d.h. verschiedener Dichte und Wärmeerzeugung pro Gewichtseinheit untereinander ausgetauscht werden. Dies wird bei Brennstoffen mit im wesentlichen konstanter Wärmeentwicklung pro Gewichtseinheit dadurch erreicht, daß man die Temperatur des neuen Brennstoffes derart einregelt, daß er im wesentlichen die gleiche Dichte wie der bisherige besitzt, so daß er infolgedessen die gleichen Strömungseigenschaften durch die Brenndüse wieder erste Brennstoff gemäß folgender Gleichung bei konstantem Druck aufweist: In dieser Gleichung ist d die Dichte des Gases im Brenner, ist ist daß Molekulargewicht des ursprünglichen oder ersten Brennstoffs, der bei einer absoluten Temperatur von 1 zugeführt wird. MW2 ist das Molekulargewicht des zweiten oder neuen Brennstoffs, der bei einer absoluten Temperatur T2 zugeführt werden muß, umdie Unbersdhiede im Molekulargewicht auszugleichen und die angesaugte Luft und die erzeugte Wärme im weßentlichen konstant zu halten. Die Gleichung (1) ist für idaie Gasgesetze abgeleitet, bei denen PV n RT ist, wobei P der Druck, V das Volumen, R eine empirische Konstante und T die absolute Temperatur bedeuten. Das ideale Gasgesetz ist im vorliegenden Fall vereinfacht, da der Druck des Brennstoffes, ob es sich um den ursprUnglichen oder den neuen handelt, innerhalb des Brenners konstant sein soll und V, das Volumen des durch den Brenner strömenden Gases, ebenfalls konstant bleibt, so daß die Geschwindigkeit und das StrömAngsmoment ebenfalls konstant sind.
  • Da die bevorzugten Brennstoffe für lnssugbrenner gasförmige Eohlenwasserstoffe darstellen, führt die Aufrechterhaltung eines konstanten Verhältnisses zwischen Gewicht und Strömungsgeschwindigkeit auch zur Erzielung einer konstanten Verbrennungswärme.
  • Dies beruht auf der Tatsache, daß die Verbrennungswärme pro Gewichtseinheit der Kohlenwasserstoffbrennstoffe ihrer Wirkung nach konstant ist. So beträgt beispielsweise die Verbrennungswärme von Ethan 22 304 Kilowattstunden pro 454 g, wahrend die Verbrennungswärme von Normal-Eicosan 20 263 Eilowattstien pro 454 g beträgt.
  • Bei Ansaugbrennern stellt die Menge der mit dem Brennstoff mitgerissenen Luft beim Hindurchtreten des Brennstoffs durch die Brennerdüse in den Mischraum im wesentlichen eine Funktion des Gewichts in Abhangigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit oder dem sogenannten Moment des Brennstoffs beim Hindurchströmen durch den Brenner dar. Wenn das Brennstoffmoment bei Hindurchströmen durch den Brenner verhältnismäßig konstant gehalten werden kann, so kann auch die Menge der in den Mischer eingesaugten Primärluft ebenfalls verhältnismäßig konstant gehalten werden. Obwohl es mancherlei verschiedene Brennergrößen gibt, läßt es sich leicht einsehen, daß bei einem einmal gewählten und eingebauten Brenner die Düsen- und Strömungseiganschaften des Brenners festliegen. Infolgedessen hängt die Strömungsmenge des gaaförmigen Brennstoffs durch diesen Brenner bei gegebenem Druck von seiner Dichte entsprechend dem Strömungsverhältnis durch eine Offnung ab gemäß der Formel In dieser Formel ist M die Strömungsmenge des Gases durch die Öffnung, P ist der Strömungsdruck und d ist die Dichte des Brenngases. Wenn also in der vorliegenden Erfindung von der Inderung der Dichte des neuen Brennstoffes zur Erzielung der gleichen Dichte wie derJenigen des ursprünglichen Brennatofis gesprochen wird, so handelt es sich um das gleiche, als wenn man von einer Änderung der Strömungsmenge des neuen Brennstoffs zur Erzielung der gleichen Strömungsmenge des rsprdngllchen Brennstoffs sprechen würde. Nach den idealen Gasgesetzen ist die Dichte der absoluten Temperatur umgekehrt proportional. Infolgedessen kann durch Änderung der Temperatur des neuen Brennstoffs seine Dichte ebenfalls eingestellt werden, und hierdurch kann die Strömungsmenge des Brennstoffs durch den Brenner im wesentlichen konstant gehalten werden ohne RIicksicht auf den Jeweils verwendeten Brennstoff. Da die Dichte und die Strömungsmenge pro Zeiteinheit im wesentlichen konstant sind, bleiben auch das Volumen und die Geschwindigkeit und damit das erforderliche ßtrömungsmoment zum Ansaugen der gewünschten Luftmenge durch den Brenner im wesentlichen konstant.
  • Wenn eine einfache Temperaturregelung des neuen Brennstoffes nicht genügt, um die Einstellung des Verbrennungssystems aufrechtzuerhalten, d.h. wenn die erforderliche Temperatur 22 des neuen Brennstoffes so hoch ist, daß sie eine Zersetzung desselben verursachen würde, oder so niedrig, daß sie eine teure Kühleinrichtung erforderlich machen würde, oder wenn genügende Heiz- oder Eühleinrichtungen nicht zur Verfügung stehen, oder wenn die Verbrennungswärme pro Gewichtseinheit des neuen Brennstoffes infolge der Anwesenheit inerter Verbindungen, wie Stickstoff, Kohlendioxyd usw., nicht konstant ist, dann kann gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ein Verdünnungs-oder Anreicherungsgas zur Verbesserung der Temperaturregelung verwendet werden. In den meisten Bällen wird die Verwendung eines Verdünnungs- oder Anreicherungsgases die Strömungsmenge pro Zeiteinheit und damit das Moment innerhalb des Brenners ändern, und es kann daher eine geringe Neueinstellung der Bntriebskraft, d.h. des Drucks des Brennstoffs erforderlich sein, um die angesaugte Primärluft konstant zu halten.
  • Die zur Erzielung dieser Bedingungen erforderliche Apparatur besteht aus einem Brenner, EinrichtUngen zur Änderung der Dichte, die ihrerseits mit dem Brenner in Verbindung stehende Vorrichtungen zur Temperaturregelung des Brennstoffes aufweisen, ferner Einrichtungen, um die Dichteunterschiede des neuen Brennstoffs im Verhältnis zu dem ursprünglichen Brennstoff festzustellen, durch die, sei es von Hand oder selbsttätig, eine Anzeige erzeugt wird, die dem Dichteunterschied proportional ist, sowie Regeleinrichtungen, die mit den Meßeinrichtungen und den Einrichtungen zur Dichteänderung wirksam verbunden sind und auf die Meßwerte ansprechen. Die Regelungseinrichtungen empfangen die Anzeige von den Meßeinrichtungen und betätigen die Einrichtungen zur Dichteänderung, die ihrerseits die Temperatur des Brennstoffs durch Heizen oder Kühlen ändern. Bei der Ausührungsform, bei der ein Verdiinnungs- oder Anreicherungsgas zu dem gasförmigen Brennstoff zugesetzt wird, können die Regeleinrichtungen auch die Einrichtungen zum Zusatz dieses Gases betätigen.
  • Das neue Verfahren und die hier vorgeschlagene Vorrichtung werden durch die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
  • Fig. 1 stellt eine schematische Zeichnung des Verfahrens zur Regelung der Dichte des durch den Brenner strömenden Brenngases dar, Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen typischen Brenner.
  • In Fig. 1 fließt der ursprüngliche Brennstoff, der z.B. Methan sein kann, in das gesamte Verbrennungsregelsystem durch die Leitung 8 über das Ventil 9 und die Leitung 10 zur MeB- und Regeleinrichtung 11. Wenn ein neuer Brennstoff anstelle des ursprünglichen verwendet wird, schließt man die Leitung für den ursprünglichen Brennstoff durch Abschließen des Ventils 9, wahrend das Ventil 7 für den Zustrom des neuen Brennstoffs geöffnet wird, der z.B. Propan sein kann. Dieser fließt durch die Leitung 6 und das Ventil 7 ebenfalls in die Leitung 10 und zu der MeB- und Verbrennungsregeleinrichtung 11. Die Meßeinrichtung, die aus einem Gaddichtemesser und einem Strömungsmengenmesser bestehen kann, erzeugt von Hand oder selbsttätig ein Signal, das dem Dichteunterschied zwischen dem neuen und dem urspruntlichen Brennstoff entspricht. Der Brennstoff strömt dann durch die Leitung 12 zum Wärmeaustauscher 13, der als Einrichtung zur Dichteänderung dient. Die Meßeinrichtungen können auf elektrischen, magnetischen oder mechanischen Grundlagen beruhen. So können beispielsweise Luftsignale dazu verwendet werden, um die Dichtemessung durch die Leitung 14 zu Regel einrichtungen 15 weiterzuleiten.
  • Diese Regeleinrichtungen können beispielsweise elektrische Schalter zur Bedienung der eigentlichen Ventile darstellen. Jenachdem ob der neue Brennstoff nun erhitzt oder gekuhlt werden muß, betätigt die Regelvorrichtung 15 den Wärmeaustauscher 13 durch ein Signal in der Leitung 81, um das Ventil 16 zu öffnen und ein heißes Medium, beispielsweise Dampf, oder ein erhitztes Gas aus Leitung 17 zuströmen zu lassen, um den Brennstoff im Wärmeaustauscher 13 aufzuheizen, oder durch ein Signal in der Leitung 71 das Ventil 18 zu öffnen und Kühlwasser oder ein Kühlmittel aus der Leitung 91 zur Kühlung des Brennstoffs im Wärmeaustauscher 13 zuströmen zu lassen. Jenachdem ob ein Verdünnungs- oder ein Anreicherungsgas erforderlich ist, um das Temperaturregelsystem zu verbessern, kann ein solches Gas über Leitung 25 zugesetzt werden. Ein derartiger Zusatz kann durch die Regelvorrichtung 15 mit Hilfe des Signals in der Leitung 27 über das Ventil 26 gesteuert werden. Der Zusatz von Verdünnungs- oder Anreicherungsgas kann vor oder hinter dem Wärmeaustauscher 13 stattfinden.
  • In Fig. 1 ist der Zusatz hinter dem Wärmeaustauscher gezeichnet.
  • Infolge der Wärme- oder Kühlwirkung, die das Gas möglicherweise besitzt, ist dies vorzuziehen. Bei Zusatz des Gases vor der Vorrichtung, die zur Änderung der Dichte dient, kann die Heiz- oder Kühlwirkung desselben in bestimmten Bällen verhindert werden.
  • Wenn Dampf als Verdünnungsmittel benutzt wird, setzt man ihn zu, nachdem das neue Gas in der Dichteänderungsvorrichtung 13 aufgeheizt ist, um eine Dampfkondensation zu verhindern. Das Kohlenwasserstoffbrenngas der richtigen Dichte strömt dann über die Leitung 20 zum Brenner und durch die Brenndüse 21 in die Mischöffnung des Venturi-Rohrs, die mit 22 bezeichnet ist. Die Primärluft wird dann rings um die Öffnung der Brennerdüse herum angesaugt. Der Weg der angesaugten Luft ist durch die Pfeile 23 veranschaulicht. Sekundäre Luftschlitze 24 sorgen für die zur vollständigen Verbrennung notwendige Luft.
  • Fig. 2 ist eine schematische Wiedergabe einer typischen Brenneranordnung. Die Breungaszuführung 33 gestattet den Zustrom von Gas der richtigen Temperatur und Dichte in den Mischer 34. An den durch die Pfeile 39 angedeuteten Stellen wird Luft angesaugt, das Luft-Brennstoff-Gemisch wird in der Mischöffnung 36 vermengt und gelangt durch den Venturi-Mischer 37 in den Brennstutzen 28, der durch das Halslager 31 an Ort und Stelle gehalten wird. SekundWrluft wird durch einen einstellbaren Luftschlitz 30 zugeführt, der einen Luftregulierungshebel 29 aufweist. Beim Austritt aus der Öffnung 32 wird die Blamme gezündet. Der Luftregulierungahebel 29 braucht nur einmal zu Beginn des Brennvorgangs einreguliert zu werden.
  • Der hierbei verwendete Brennstoff kann entweder dampfförmig oder flüssig sein. Das einzige Erfordernis besteht darin, daß der Brennstoff gasförmig ist, wenn er durch das Verbrennungsregelsystem hindurchströmt, welches mit der Einrichtung zur Messung der Dichte beginnt. Bevorzugte Brennstoffe sind Kohlenwasserstoffe, insbesondere leichte Kohlenwasserstoffe, z.B. solche mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen im Molekül, und besonders Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen. Die folgende Tabelle gibt eine Anzahl Kohlenwasserstoffe an, die bei dem Verfahren verwendet werden können, und zeigt gleichzeitig die Verbrennungswarme Je 454 g. Es ist leicht ersichtlich, daß die Indem rung in der Verbrennungswärme nicht bedeutend ist,und infolgedessen bleibt die erzeugte Hitze im wesentlichen konstant ohne Rücksicht auf den verwendeten Brennstoff.
  • Tabelle 1 Verbindung Verbrennungswärme in Kilowattstunden pro engl. Pfund Methan 23 861 Äthan 22 304 Propan (Gas) 21 646 Propan (flüssig) 21 490 Normalbutan (Gas) 21 293 Normalbutan (flüssig) 21 134 Isobutan (Gas 21 242 Isobutan (flüssig) 21 096 Normalpentan (Gas) 21 072 Normalpentan (flüssig) 20 914 Isopentan (Gas) 21 025 Isopentan (flüssig) 20 877 Neopentan (Gas) 20 956 Neopentan (flüssig) 20 824 Normal-Eicosan 20 263 Zur Verbesserung des Temperaturregelsystei können Anreicherun oder Verdünnungsgase verwendet werden. Ein lnreicherungsgas wird benutzt, wenn der neue Brennstoff so erheblich dünner ist im Verhältnis zu dem ursprünglichen Brennstoff, z. B. Methan und Hexan, daß es nicht wirtschaftlich ist, den neuen Brennstoff so weit herabzukühlen, daß seine Dichte bis zu derjenigen des ursprünglichen Brennstoffs erhöht wird. Ohne Anreicherung würde der weniger dichte Brennstoff einen hohen Druck erfordern, um die gleiche Strömungsmenge durch den Brenner zu fördern. Hierdurch würde das Ströiungsmoient des Brennstoffes zunehmen, was zu einer höheren Luftansaugung führen wurde. Daher wird ein Anre'icherungsgas, beispielsweise ein Kohlenwasserstoffgas von höherem Molekulargewicht, zugesetzt, um die Dichte der Mischung des neuen Brennstoffes und des Anreicherungsgases der Dichte des ursprünglichen Brennstoffs gleichzumachen. Wenn man auf diese Weise eine konstante Dichte aufrechterhält, braucht keine Änderung in dem Druck des Brenngases vorgenommen zu werden, um eine konstante Strömungsmenge des Brennstoffes aufrechtzuerhalten. Das bedeutet, daß das Moment des Brennstoffs und die Menge der angesaugten Luft konstant bleiben.
  • Ein Verdünnungsgas wird verwendet, wenn der neue Brennstoff so dicht gegenüber dem ursprünglichen Brennstoff ist, beispielsweise Butan und Methan, daß es nicht möglich ist, den neuen Brennstoff genügend hoch zu erhitzen - aus praktischen Gründen oder weil der neue Brennstoff dann gespalten wird -, um seine Dichte bis zu derjenigen des ursprünglichen Brennstoffs zu vermindern. Ein sehr dichter Brennstoff würde es erfordern, daß der Druck des Brennstoffgases entsprechend vermindert wird, um die Strömungsmenge im Brenner konstant zu halten. Das würde sowohl zu einer Verminderung des Brennstoffmoments als auch der Menge der angesaugten Luft führen. Da jedoch die Brenastoffdichte bei konstantem Brennstoffdruck höher liegt, ist es möglich, die Strömungsmenge des Kohlenwasserstoffes durch Zusatz eines Verdünnungsgases von geringem ode: I:einem Heizwert konstant zu halten. Als derartige Gase kommen Dampf, Stickstoff, Argon, Helium, Kohlendioxyd und dergl. oder eine Mischung eines Inertgases und eines Gases in Betracht, das eine verhältnismäßig geringe Verbrennungswärme besitzt, beispielsweise Kohlenmonoxyd. Unter den Nicht-Kohlenwasserstoffgasen wird im allgemeinen Dampf bevorzugt, da er besonders in Raffinerien leicht zur Verfügung steht.
  • Im allgemeinen ist die erforderliche Menge an Verdünnungs- oder Mireicherungsgas nicht groß. Nachdem die Erfindung hiermit beschrieben ist, soll das folgende Beispiel zur besseren Erläuterung der hier offenbarten Methode dienen.
  • In einer in Betrieb befindlichen Raffinerie ist eine Mehrzahl von Dampfcracköfen in Betrieb, die eine Gesamtwärme von im ganzen 700 Millionen Kilowattstunden pro Stunde des Brenngases erzeugen. Das Brenngas ist eine Mischung von Methan und Äthan, überwiegend Methan, das ein Molekulargewicht von 18 besitzt.
  • Es wird mit einer Temperatur von 380 den Brennern zugeführt.
  • Das Brenngas wird in einem Dampfcrackprozeß erzeugt und in einer Vorrichtung gewonnen, die die leichten Endbestandteile aufnimmt, d.h. in einer Demethanisier- oder Deäthanisiervorrichtung. Um die konstante Arbeitsweise der Ofen während der gesamten Zeit, besonders auch während eines zeitweiligen Mangels an Methan- und Äthanbrenngas aufrechtzuerhalten, wird eine Propanverdampfungseinrichtung angewendet, um gasförmiges Propan der Verbrennungsregeleinrichtung zuzuführen. Die Brenner in den Öfen haben eine Gesamtzahl von 752 sekundären Luftschlitzen.
  • Wenn Propangas vom Molekulargewicht 44 anstelle eines Methan4Uiaibrenngases vom Molekulargewicht 18 verwendet wird,steigt die Dichte des Brennstoffes im Brenner im Verhältnis 44t18, und die Strömungsmenge im Brenner wächst um einen Faktor von (44:18)015 - 1,56.
  • Dies ergibt sich aus der Öffnungsgleichung, die angibt, daß der Druckabfall innerhalb des Brenners dem Quadrat des Strömungsverhältnisses, dividiert durch die Dichte des Gases, unmittelbar proportional ißt gemäß der Formel Hierbei ist A P der Druckabfall, W ist du Btrömungsmengenverhaltnis, d ist die Gasdichte. Da die Verbrennungswärme pro Gewichtseinheit des Brennstoffs für beide Brennstoffe nahesu die gleiche ist scheint es erforderlich, den Brenngasdruck zu vermindern, um die entstehende Hitze konstant zu halten. Bei vermindertem Druck wird das Fließmoment des Brenngases vermindert, und es wird weniger Primärluft angesaugt. Alle Sekundärluftschlitze müssen entsprechend umgestellt werden. Die Zunahme des Molekulargewichts des Brennstoffs kann Jedoch unter Berücksichtigung der Gleichung (1) lediglich durch eine Temperaturerhöhung ausgeglichen werden.
  • oder 18 44 - - oder 38 + 273 T2 44 T2 = 18 ( 38 + 273 ) oder T2 = 760°k = 487°C.
  • Demnach wird durch einfache Erhöhung der Temperatur des Propanbrenngases auf 487°C das Strömungsverhältnis des Brenngases durch den Branner konstant gehalten, und die Menge der angesaugten Primärluft ändert sich nicht.
  • Manche Raffinerien können das Propan mit Hilfe leicht zur Verfügung stehender Dampferhitzer auf etwa 2050 erhitzen. Bei 2050 steigt die Strömungsmenge um einen Faktor von Dabei ist eine weitere Einstellung erforderlich, um die erzeugte Hitze und die angesaugte Primärluft konstant zu halten. Diese Einstellung kann durch Verdiinnen des Propans mit Dampf erfolgen. In do Maße, in dem das Verhältnis von Dampf zu Propan wächst, nimmt die erzeugte Wärme ab. Wenn ein Verhältnis von 0,34 Gewichtsteilen Dampf auf ein Gewichtsteil Propan erreicht ist, so wird der ursprüngliche Wort der Wärieerzeugung wieder erzielt, und die Menge der angesaugten Luft ist im wesentlichen die gleiche wie die des ursprünglichen Brennstoffs.

Claims (19)

  1. Patentansprüche
    erfahren zum Verbrennen eines ersten und eines zweiten Brennstoffs in einem Ansaugbrenner, wobei der erste und der zweite Brennstoff verschiedene Molekulargewichte, aber im wesentlichen den gleichen Wirmeerzeugungswert pro Gewichtseinheit besitzen, und wobei die Menge der zur Verbrennung des ersten und des zweiten Brennstoffs angesaugten Luft im wesentlichen konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dichteunterschieddes zweiten Brennstoffs gegenüber dem ersten Brennstoff ermittelt, die Temperatur des zweiten Brennstoffs einregelt und hierbei seine Dichte ändert und daß man die Dichte des zweiten Brennstoffs mit der Dichte des ersten Brennstoffs ausgleicht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff dichter ist als der erste Brennstoff und daß die Dichte des zweiten Brennstoffs mit der Dichte des ersten Brennstoffs durch Erhitzen des zweiten Brennstoffs ausgeglichen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff weniger dicht ist als der erste und daß die Dichte des zweiten Brennstoff Dichte des ersten Brennstoffs durch Kühlen des zweiten Brennstoffsau3geglichen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Brennstoff beide Kohlenwasserstoffe darstellen.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe sich in gasförmiger Phase befinden, während der Dichteunterschied des zweiten Brennstoffs gegenüber dem ersten Brennstoff ermittelt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des zweiten Brennstoffs entsprechend der Formel eingeregelt wird, wobei MW1 und X1 die Molekulargewichte und die absolute Temperatur des ersten Brennstoffs und W2 und T2 das Molekulargewicht und die absolute Temperatur des zweiten Brennstoffs darstellen.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderdruck des ersten und des zweiten Brennstoffs im wesentlichen gleich sind.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Gas zur weiteren Temperatureinstellung beim Ausgleich der Dichte des zweiten gegenüber dem ersten Brennstoff angewendet wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff dichter als der erste Brennstoff ist, und daß das zusätzliche Gas den zweiten Brennstoff verdünnt.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Gas aus Dampf, inerten Gasen oder Mschungen dieser Stoffe besteht.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff weniger dicht ist als der erste und daß das zusätzliche Gas den zweiten Brennstoff anreichert.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Gas ein Kohlenwasserstoff von höherem Mulekulargewicht als das zweite Gas ist.
  13. 13. Verfahren zum Verbrennen eines ersten und eines zweiten gasförmigen Kohlenwasserstoffbrennstoffs in einem Ansaugbrenner, wobei der erste und der zweite Brennstoff verschiedene Molekulargewichte, aber im wesentlichen gleiche Warmeerzeugung pro Gewichtseinheit aufweisen,und wobei die Menge der zur Verbrennung des ersten und des zweiten Brennstoffs im Brenner angesaugten Luft ebenso wie der Druck des ersten und zweiten Brennstoffs im wesentlichen gleichgehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zustrom des ersten Brennstoffs zum Brenner abstellt, den zweiten Brennstoff dem Brenner zuführt, den Dichteunterschied des zweiten Brennstoffs gegenüber dem ersten ermittelt, die Temperatur des zweiten Brennstoffs entsprechend dem Verhältnis einregelt, wobei MW1 und Ti das Molekulargewicht und die absolute Temperatur des ersten Brennstoffs und MW2 und X2 das Molekulargewicht und die absolute Temperatur des zweiten Brennstoffes sind, daß man die Dichte des zweiten Brennstoffs ändert, indem man sie der Dichte des ersten Brennstoffes angleicht.
  14. 14. Vorrichtung zum Verbrennen eines ersten und eines zweiten gasförmigen Brennstoffs, wobei der erste und der zweite Brennstoff verschiedene Molekulargewichte, aber im wesentlichen die gleiche Wirmeerzeugung pro Gewichtseinheit aufweisen, und wobei die für die Verbrennung des ersten und.
    des zweiten Brennstoffs notwendige Luftmenge im wesentlichen konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Ansaugbrenner, Einrichtungen zur änderung der Dichte mit Einrichtungen zur Einst.llung der Temperatur des zweiten Brennstoffes, Einrichtungen zur Bestimmung der Dichteänderung im zweiten Brennstoff gegenüber dem ersten Brennstoff und Regeleinrichtungen besteht, die sowohl mit den Meßeinrichtungen wie den Dichteänderungseinrichtungen verbunden sind, auf die Meßeinrichtungen ansprechen und die Dichteänderungseinrichtungen beeinflussen, indem sie die Temperaturen des zweiten Brennstoffs im Verhältnis zur Dichteänderung des zweiten gegenüber dem ersten Brennstoff ändern.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen Signaleinrichtungen aufweisen, die eine zur Dichteänderung des zweiten Brennstoff gegenüber dem ersten proportionale Anzeige bewirken.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Zuführung eines weiteren Gases zum zweite ten Brennstoff vorgesehen sind.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Dichteänderung aus einer Vorrichtung zur Messung der Gasdichte und einem Strömungsmengenmesser bestehen.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff weniger dicht ist als der erste und daß die Rege leinri chtungen die Dichte änderungs einrichtungen in dem Sinne beeinflussen, daß sie den:;zweiten Brennstoff kühlen.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff weniger dicht ist als der erste und daß die Regelvorrichtungen die Dichteänderungseinrichtungen in dem Sinne beeinflussen, daß der zweite Brennstoff erhitzt wird.
    L e e r s e i t e
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0059412A2 (de) * 1981-02-24 1982-09-08 Johannes Albertz Verfahren zur Verbrennung gasförmiger Brennstoffe

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EP0059412A2 (de) * 1981-02-24 1982-09-08 Johannes Albertz Verfahren zur Verbrennung gasförmiger Brennstoffe
EP0059412A3 (de) * 1981-02-24 1983-11-16 Johannes Albertz Verfahren zur Verbrennung gasförmiger Brennstoffe

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