DE2239379B2 - Brenner für Bodenfackeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Brenner für Bodenfackeln zur Beseitigung von brennbaren Abgasen, insbesondere von Abgasen von Raffinerien und chemischen Fabriken.

Bei der Raffination von Rohöl fallen gewöhnlich Gase an, die brennbare Kohlenwasserstoffe wie Butan und Propan enthalten. Da es nicht immer möglich >st. brennbare Gase zu verkaufen oder bei niedrigem Druck in anderer Weise zu verwerten, ist es üblich, sie in einer Fackel zu verbrennen. Bei »sauren« Gasen, d. h. schwefelhaltigen Gasen, ist das Abfackeln mit Hilfe von Bodenfackeln nicht möglich, so daß Hochfackeln verwendet werden, um die Verteilung von Oxiden des Schwefels, die während der Verbrennung gebildet werden können, zu begünstigen.

Während des Abfackeins in Notsituationen müssen sehr große Mengen brennbarer Gase, häufig in der Größenordnung von 200 t/Stunde bewältigt werden. Es ist auf Grund der Gesetzgebung immer erwünscht und häufig wichtig, die von einer Fackel abgegebene Rauchmenge so gering wie möglich zu halten und nach Möglichkeit die Rauchbildung ganz auszuschalten. Um die Rauchbildung unter diesen Bedingungen zu verringern, kann Wasserdampf in die Fackel eingeblasen werden, um die Verbrennung zu verbessern.

Ein ähnliches Problem tritt in ölfcldem auf, wo mit

dem öl häufig große Mengen Kohlenwasserstoffgase gefördert werden. Ein etwaiger Gasüberschuß wird beispielsweise in Raffinerien durch Abfackeln des Gases beseitigt. Einen geeigneten Fackelbrenner für diesen

Zweck beschreibt die DE-OS 22 20 636. Zum Abfackein von »süßen Gasen« unter stetigen

ίο Bedingungen sind jedoch die Fackeln mit Dampfinjektion auf Grund von Kostenfaktoren, Geräuschen und Sichtbarkeit der Fackeln weniger gut geeignet, so daß es üblich ist, eine Umhüllung für Bodenfackeln vorzusehen. Aus der US-PS 35 04 994 ist ein Brenner für gasförmige und flüssige Brennstoffe bekannt, der eine Vielzahl von achsparallel verlaufenden Verbrennungsluftrohren aufweist, die durch eine Brennstoffkammer geführt sind und Verbrennungsluft einer Verbrennungszone zuführen. Die Größe der öffnungen dieser Rohre zur Verbrennungszone ist nicht zuletzt wegen der bei Haushaltsbrennern bekannten, besonderen, kritischen Bedingungen begrenzt und liegt im Bereich von 0,01 bis 1 cm². Für Abgasfackeln sind derartig kleine Abmessungen vor allem vom wirtschaftlichen Standpunkt aus nicht zu vertreten, da die Herstellungskosten zu hoch sind.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen für Bodenfackeln geeigneten Brenner verfügbar zu machen, der die verschiedensten Gase, wie beispielsweise Butan und Methan, und für Flüssigkeiten, wie verflüssigtes Erdölgas, nach einem Diffusionsflammenmechanismus zu verbrennen vermag und Vorteile auch in den Fällen bringt, in denen das Gas nur unter niedrigen Drücken verfügbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Brenner für Bodenfackeln mit einer Vielzahl vein achsparallel verlaufenden Verbrennungsluftrohren, die durch eine Brennstoffkammer geführt sind und Verbrennungsluft einer Verbrennungszone zuführen und deren Bohrungen wenigstens 25% der an die Verbrennungszone angrenzenden Fläche ausmachen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes Verbrennungsluftrohr an seiner öffnung zur Verbrennungszone eine Querschnittsfläche von wenigstens 1 cm² aufweist und die Brennstoffkam-

■»5 merin

a) einen Brennstoffaustrittsraum, der mit der Verbrennungs/one in Verbindung steht und ein poröses Füllmaterial enthält, das auf einer Platte aufliegt, die sich durch die Brennstoffkammer erstreckt und den Durchgang von Brennstoff ermöglicht, während das Füllmaterial der Strömung des Brennstoffs einen hohen Widerstand entgegensetzt, und

b) einen Brennstoffeintrittsraum, der an eine Brenn-Stoffversorgung anschließbar ist und kein Füllmaterial enthält,

unterteilt ist.

Da der Brennstoffeintrittsraum kein Füllmaterial enthält, wird dem Brennstoffstrom nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt, wodurch während des Betriebs des Brenners Luft durch die Verbrennungsluftrohre in die Verbrennungszone strömt, wo sie mit dem durch den Eintrittsraum und Ausfrittsraum und schließlich in die Verbrennungszone strömenden Brennstoff reagiert.

Bei gasförmigen Brennstoffen wird durch den Brennstoffaustrittsraum der Gasströmung ein Widerstand entgegengesetzt, der im Vergleich zum Wider-

stand der ungefüllten Räume hoch ist. Dies bedeutet, daß keine Kanäle mit niedrigem Widerstand beispielsweise um die Verbrennungsluftrohre in den mit Füllmaterial gefüllten Räumen verbleiben. Dieser hohe Wiederstand dient dazu. Gas im Brennstoffeintrittsraum zurückzuhalten, während eine gleichmäßige Brennstoffverteilung erreicht wird. D?e Füllung besteht vorzugsweise aus einem porösen Material, beispielsweise Sand, dessen Teilchengröße und Teilchendichte so gewählt werden, daß der erforderliche hohe Widerstand gegen den Brennstoffstrom erzeugt wird.

Wie bereits erwähnt, ruht das Füllmaterial zweckmäßig auf einer Platte, die sich durch die Brennstoffkammer erstreckt und den Durchgang des Brennstoffs erlaubt Als Beispiele solcher Platten sind Drahtnetze, perforierte Platten und Platten, die eine ringförmige Brennstoffströmung um jedes Verbrennungsluftrohr ermöglichen, zu nennen. In gewissen Fällen kann der mechanische Zusammenhalt und die mechanische Festigkeit des Fülimaterials genügen, um die Verwendung einer Platte überflüssig zu machen.

Der Brenner gemäß der Erfindung kann außerdem mit einem oder mehreren Zündflammenrohren versehen sein, die im Brennstoffaustrittsraum enden und so bemessen sind, daß sie während des Betriebs genügend Brennstoff zuführen, um eine Zündflamme für die erneute Zündung zu unterhalten. Das Zündflammenrohr oder, wenn mehrere Zündflammenrohre verwendet werden, jedes Zündflammenrohr endet vorzugsweise in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Brennstoffaustrittskammer und der angrenzenden, nicht mit Füllmaterial gefüllten Zone.

Die Verbrennungsrohre haben vorzugsweise einen Durchmesser von 25.4 mm, einen Abstand von Mitte zu Mitte von 32 mm und eine Länge von 10,2 cm.

Bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen werden Brennstoffe verwendet, die bei oder unterhalb von Raumtemperatur sieden. Die Wärmeübertragung von der urr<jebenden Luft über den durch das Bündel von Verbrennungsluftrohren gebildeten Wärmeaustauscher ermöglicht die Verdampfung des füssigen Brennstoffs. Der Brennstoff strömt dann durch das Füllmaterial, wie vorstehend für gasförmige Brennstoffe beschrieben.

Die folgenden beiden Konstruk'ionen sind für die Verwendung am Eintrittsende der Verbrennungsluftrohre besonders gut geeignet:

Konstruktion A

Die Verbrennungsluftrohre sind gas- und flüssigkeitsdicht in Löcher in einer Lufteintrittszonenplatte eingesetzt, die eine Wand des Brennstoffeintrittsraums bilden.

Konstruktion B

Die Verbrennungsluftrohre haben einen anpassungsfähigen mehreckigen Querschnitt beispielsweise in Form von gleichseitigen Dreiecken, Quadraten oder gleichseitigen Sechsecken, und am Eintrittsende der Verbrennungsluflrohre sind die Wände der Rohre gas- und flüssigkeitsdicht aneinander befestigt.

Der Brenner kann einen Teil von Fackeln bilden, die zum Verbrennen von Restgasen dienen. Diese Verwendung wird in dem nachstehenden Beispiel einer Fackel erläutert, die aus folgenden Teilen besteht:

a) einem Difftisionsfhmmenbrenner (der oben beschriebenen Art) auf Stützen,

b) Fackelwänden, die von den Rändern des Brenners

senkrecht nach oben ragen, und

c) einer die Fackelwände und den Brenner einschließenden, die Luftzufuhr ermöglichenden Umzäunung um den Fuß der Fackelwände, wodurch während des Betriebs der Fackel die Luft durch die Umzäunung, unter die Fackelwände und in die Verbrennungsluftrohre des Brenners strömt

Die Länge einer Seite des Gesamtbrenners beträgt vorzugsweise wenigstens 12,7 cm oder höchstens 76 cm.

to Brenner mit kleineren als die vorstehend genannten Abmessungen sind zum Abfackeln von Raffinerieabgasen ungeeignet, da sie die im allgemeinen anfallenden Mengen nicht bewältigen können. Brenner, deren Länge größer ist als etwa 76 cm, führen zu Konstruktions-Schwierigkeiten.

Die Höhe vom Boden bis zum Brenner beträgt vorzugsweise ein Viertel bis ein Drittel der Länge einer Seite des Gesamtbrenners. Dies ermöglicht die Aufrechterhaltung einer ausreichenden Luftzufuhr zum Brenner und damit eine rauchloic Verbrennung des Brennstoffs.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Wände der Fackel aus stahlverstärktem feue.-festem Beton und die Umzäunung für die Zugluft aus einer aus glasfaserverstärktem Beton hergestellten jalousieartigen Lattenkonstruktion.

Der Diffusionsflammenbrenner ist vorzugsweise in Baukastenweise hergestellt, d. h. der Brenner besteht aus einer geeigneten Zahl kleiner Einheiten. Hierdurch ergeben sich Vorteile beim Zusammenbau der Fackel und bei der Herstellung des Brenners.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben, das in den schematischen Abbildungen dargestellt ist.

F i g. 1 zeigt eine Vorderansicht der Bodenfackel.

F i g. 2 zeigt perspektivisch und teilweise aufgeschnitten eine Einheit des Fackelbrenner gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch das in F i g. 2 dargestellte Brennerelement.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Brenners und veranschaulicht die Herstellung in der Baukastenweise aus Einzeleinheiten.

Bei der in F i g. 1 in Vorderansicht dargestellten

<5 Fackel wird der Brennstoff der Fackel durch eine Brennstoffzufuhrleitung I zugeführt, die durch ein Loch 2 durch die Umzäunung 3 fü;· die Zugluft und in den Brenner geführt ist. Die Luft strömt unter den Fackelwänden 4 in die (nicht dargestellte) Verbrennungszone. Die verbrannten Gase strömen dann längs der Fackelwände 4 in die Atmosphäre.

Der in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellte Brenner weist eine örennstoffkammer 5 auf, die von einer Vielzahl von Verbrennungsluftrohren 6 durchzogen ist. Die Brenn-Stoffkammer ist in einen Brennstoffeintrittsraum 7 und einen Brennstoffaustrittsraum 8 unterteilt. Der Brennstoffaustrittsraum 8 ist zur Steigerung des Strömungswiderstandes mit "inem porösen Material, vorzugsweise Sand, gefüllt. Dieses Material ruht auf einer Trennwand

M) 9. Alle Verbrennungsluflrohre 6 sind durch ein Loch in der Trennwand 9 geführt. Dieses Loch ist so bemessen, daß ein ringförmiger Brennstoffkanal 10 um jedes Verbrennungsluftrohr gebildet wird.

Wenn der Brenn ;r in Betrieb ist, tritt der Brennstoff

in den Brennstoffeintrittsraum 7 durch die Brennstoffzufuhrleitung 12 ein. Er strömt durch die Zwischenräume zwischen den Verbrennungsluftrohren 6. Vom flrcnnstoffeintrittsraum 7 strömt der Brennstoff durch den mit

Füllmaterial gefüllten Brcnnstoffaustrittsraum 8 in die Verbrennungszone. Da das Füllmaterial der Strömung des Brennstoffs einen verhältnismäßig hohen Widerstand entgegensetzt und die Zwischenräume im Brennstoffeintrittsraum 7 einen verhältnismäßig geringen Widerstand bieten, begünstigt die Konstruktion eine gleichmäßige Brennstoffzufuhr in die Verbrennungszone.

Fig.4 zeigt einen Querschnitt einer Fackel, in die Brenner 16 in Baukastenweise eingebaut sind. Im Betrieb tritt der Brennstoff in die Brennstoffeintrittslei· Hing 1 ein. Er wird dann in Zuführungsleitungen 17 für die einzelnen Brennereinheiten abgezweigt. Der Brennstoff gelangt dann durch in geeigneter Weise angeordnete Eintritt 13 und 14 in jede Brennercinheit. Der Gesamtbrenner ruht auf Stützen 15.

Eine Fackel, die mit einem in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildeten Brenner ersehen war, wurde unter Verwendung von Butan und Propan als Brennstoff geprüft. Der Brenner war mit Verbrennungsluftrohren mit einem Durchmesser von je 25,4 mm ausgerüstet. Er hatte eine Gesamtgröße von 3,66 m im Quadrat und eine Tiefe von 10.2 cm. Er war mit einer perforierten Platte versehen. Die oberen 2,54 cm waren

"i mit grobem Sand gefüllt. Der Brenner war in eine Fackel eingebaut. Die Fackelwände bestanden aus stahlverstärktem feuerfestem Beton und die Umzäunung für die Zugluft aus glasfaserverstärktem Beton. Die Höhe vom Brenner bis zum oberen Ende der Fackel

i¹) betrug 4.57 m.

Hierzu 2 Blatt Zcichnunecn

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Brenner für Bodenfackeln mit einer Vielzahl von achsparallel verlaufenden Verbrennungsluftrohren, die durch eine Brennstoffkammer geführt sind und Verbrennungsluft einer Verbrennungszone zuführen und deren Bohrungen wenigstens 25% der an die Verbrennungszone angrenzenden Fläche ausmachen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verbrennungsluftrahr (6) an seiner öffnung zur Verbrennungszone eine Querschnittsfläche von wenigstens 1 cm² aufweist und die Brennstoffkammer (5) in

a) einen Brennstoffaustrittsraum (8), der mit der Verbrennungszone in Verbindung steht und ein poröses Füllmaterial enthält, das auf einer Platte (9) aufliegt, die sich durch die Brecnstoffkan?r?er (5) erstreckt und den Durchgang von Brenijstoff ermöglicht, während das Füllmaterial der Strömung des Brennstoffs einen hohen Widerstand entgegensetzt, und

b) einen Brennstoffeintriitsraum (7), der an eine Brennstoffversorgung anschließbar ist und kein Füllmaterial enthält,

unterteilt ist

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenns'.offaustrittsrauni (8) als poröses Füllmaterial ein Pulver mit einer den erforderlichen hohen Strömungswiderstand bielenden Teilchengröße und Teilchendichte enthält.

3. Brenner nach Avrtspruc;i 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein oder mel.rere Zündflammrohre, die im Brennstoffaustrittsraum (8) ei* zn.

4. Verwendung eines Brenners nach den Ansprüchen I bis 3 in einer zum Verbrennen von Abgasen und Restgasen bestimmten Fackel, deren von den Rändern des Brenners senkrecht nach oben ragende Fackelwände aus stahlvcrstärktem feuerfestem Beton bestehen und von einer Umzäunung in Form einer jalousieartigen Lattenkonstruktion aus glasfaserverstärktem Beton umschlossen sind.