DE2239379C3 - Brenner für Bodenfackeln - Google Patents
Brenner für BodenfackelnInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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 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 ist, 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 4jg Rauchbildung unter diesen Bedingungen zu verringern,
kann Wasserdampf in die Fackel eingeblasen werden, um die Verbrennung zu verbessern.
Ein ähnliches Problem tritt In ölfeldem 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 Abfackeln 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 USPS 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 unci 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 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, der dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes Verbrennungsluftrohr an seiner
öffnung zur Verbrennungszone eine Querschnittsfläche von wenigstens 1 cm2 aufweist und die Brennstoffkammerin
a) einen Brennstoffaustrittsraum, der mit der Verbrennungszone 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 Austrittsraum 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 verbleiber. Dieser hohe Wiederstand dient dazu, Gas im Brennstotfeintrittsraum
zurückzuhalten, während eine gleichmäßige Brennstoffverteilung erreicht wird. Die 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 Füllmateiial 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 Füllmaterials 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 umgebenden 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 Konstruktionen 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
Verbrennungsluftrohre sind die Wände der Rohre gas-
und flüssigkeitsdicht aneir ·!;■ ,»festigt.
Der Brenner kann einen Teil von Fackelin bilden, die
zum Verbrennen von Restgasen dienen. Diese Verwendung wird in dem nachstehenden Beispiel einer Fackel
erläutert, die aus folgenden Teilen besteht:
a) einem Diffusionsflammenbrenner (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 aurch 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.
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 Konstruktionsschwierigkeiten.
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 rauchlose Verbrennung des Brennstoffs.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Wände der Fackel aus stahlverstärktem feuerfestem
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.
Fig.1. zeigt eine Vorderansicht der Bodenfackel.
F i g. 2 zeigt perspektivisch und teilweise aufgeschnitten eine Einheit des Fackelbrenners gemäß der
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
F i g. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch das in F i g. 2 dargestellte Brennerelement.
F i g. 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 Fackel wird der Brennstoff der Fackel durch eine
Brennstoffzufuhrleitung 1 zugeführt, die durch ein Loch 2 durch die Umzäunung 3 für 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 F i g. 2 und F i g. 3 dargestellte Brenner weist eine Brennstoffkammer 5 auf, die von einer Vielzahl von
Verbrennungsluftrohren 6 durchzogen ist. Die Brennstoffkammer ist in einen Brennstoffeintrittsraum 7 und
einen Brennstoffaustrittsraum 8 unterteilt. Der Broniistoffaustrittsraum
8 ist zur Steigerung des Strömungswiderstandes mit einem porösen Material, vorzugsweise
Sand, gefüllt. Dieses Material ruht auf einer Trennwand 9. Alle Verbrennungsluftrohre 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 Brenner 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 Brennstoffeintrittsraum
7 strömt der Brennstoff durch den mit
Füllmaterial gefüllten Brennstoffaustrittsraum 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 Brennstoffeintrittsleilung
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 Brennereinheit. 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
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 betrug 4,57 m.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
--■""■
Claims (4)
1. Brenner für Bodenfackeln mit einer Vielzahl von achsparallel verlaufenden Verbrennungsluftrohren,
die durch eine Brennstoffkammer geführt sind und Verbrennungsluft einer Verbrennungszoae
zuführen und deren Bohrungen wenigstens 25% der an die Verbrennungszone angrenzenden Fläche
ausmachen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verbrennungsluftrohr (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 Brennstoffkammer
(5) erstreckt und den Durchgang von Brennstoff ermöglicht, während das Füllmaterial
der Strömung des Brennstoffs einen hohen Widerstand entgegensetzt, und
b) einen Brennstoffeintrittsraum (7), der an eine Brennstoffversorgung anschließbar ist und kein
Füllmaterial enthält,
unterteilt ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffaustrittsraum (8) als
poröses Füllmaterial ein Pulver mit einer den erforderlichen hohen Strömungswiderstand bietenden
Teilchengröße und Teilchendichte enthält.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Zündflammrohre, die im
Brennstoffaustrittsraum (8) enden.
4. Verwendung eines Brenners nach den Ansprüchen 1 bis 3 in einer zum Verbrennen von Abgasen
und Restgasen bestimmten Fackel, deren von den Rändern des Brenners senkrecht nach oben ragende
Fackelwände aus stahlverstärktem feuerfestem Beton bestehen und von einer Umzäunung in Form
einer jalousieartigen Lattenkonstruktion aus glasfaserverstärktem Beton umschlossen sind.
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