DE2246742A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von inertgas - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von inertgas

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Description

Anmelder: Firma Smit Nijmegen electrotechnische Fabrieken NYV.,
Nijmegen, Niederlande
"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Inertgas"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Inertgas als Abgas einer Verbrennung eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffes mit Luft mit nachfolgender Kühlung, wobei der Verbrennung in der Zeiteinheit eine gleichbleibende Brennstoffmenge zugeführt wird und das Brennstoff-Luftverhältnis der Verbrennung in Abhängigkeit von der Menge einer durch Analyse überwachten charakteristischen Komponente des erzeugten Inertgases geregelt wird sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Brennkammer, einer dieser nachgeschalteten Wasch- und Kühleinrichtung für das Inertgas, einem Kompressor zur Förderung entweder der Verbrennungsluft oder des Inertgases und einem Analysator zur laufenden Messung von charakteristischen Komponenten des Inertgases.
Es ist bereits bekannt (Offenlegungsschrift 1 667 613) bei Verfahren der vorgenannten Art entsprechend der laufenden Analyse der charakteristischen Komponenten des bei der Verbrennung entstehenden Inertgases, z.B. CO, H2 eine kontinuierliche Regelung der Verbrennungsluft, insbesondere der in einem bypass abgeführten Überschußmenge von Verbrennungsluft vorzunehmen.
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Dieses Verfahren zur Herstellung von Inertgas weist aber den Nachteil auf, daß für den Fachmann überraschend die Regelung nur unvollkommen arbeitet und insbesondere starke Schwankungen in den charakteristischen Werten des erzeugten Inertgases auftreten.
Insbesondere bei starken Schwankungen der Betriebsbedingungen, z.B. der Temperatur und Feuchtigkeit der angesaugten Verbrennungsluft sind bisher starke Schwankungen in den charakteristischen Werten nicht vermeidbar.
Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß die bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung von Inertgas kompliziert aufgebaut und unwirtschaftlich aufwendig sind.
Es ist demgegenüber die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Inertgas zu schaffen, bei welchem durch eine verbesserte Regelung eine gleichbleibende Qualität des erzeugten Inertgases auch bei größeren Schwankungen der Betriebsbedingungen, z.B. bei Schwankungen in dem Heizwert oder der Menge des zugeführten Brennstoffes und bei Schwankungen in der Menge oder der Feuchtigkeit sowie Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft gewährleistet wird.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, «in Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Inertgas zu schaffen, mit denen die Qualität des hergestellten Inertgases insgesamt höher einstellbar ist, als bei vorhandenen Anlagen und die die Erzeugung des
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" 3 "· 224-67*2
Inertgases besonders wirtschaftlich, storunanfällig und sicher erlauben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei laufender Messung der charakteristischen Komponenten des Inertgases die Einstellung der zugeführten Luftmenge in gleichmäßigen Zeitabständen diskontinuierlich erfolgt.
Vorteilhaft kann die Verstellung des die Luftmenge regelnden Ventils in Abständen von 5 bis höchstens 20 see. erfolgen und die Verstellung kann eine Aussetzzeit von ca. 8 see. bei einer Stellzeit zur Änderung der zugeführten Luftmenge von ca. 2 see. aufweisen.
üb zu einer einfachen, betriebssicheren Regelung zu gelangen, kann die Übertragung des Regelsignals vorteilhaft elektrisch erfolgen und die Stärke der Einstellungsänderung ist abhängig von der Abweichung des Ist-von dem Sollwert, wobei innerhalb festsetzbarer Sollwertgrenzen kein Regel signal erfolgt.
Alternativ kann natürlich auch in Abhängigkeit von der Abweichung des Ist-von dem Sollwert bei gleichbleibenden Pausen zwischen den Einstellungen die Stellzeit verändert werden.
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Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich vorteilhaft durch Regelorgane zur Regelung der Abgabe der angesaugten Überschußluft oder des in die Verbrennungsluft eingeleiteten Inertgases oder der im Nebe ns tr o* zugeführten oder angesaugten Verbrennungsluft» die von eines Stelleotor zur vollen Öffnungs- und Schließstellung hin bewegbar sind, einen Stellmotor, der in Abhängigkeit von der Größe von zeitlich begrenzten, mit Pausen aufeinanderfolgenden Signalen die Regelorgane beeinflußt und einen Meßwertgeber Mit eines Schrittregler zur Erzeugung der Stellsignale.
Insgesamt ist die erfindungsgemäße Regelung, für den Fachmann überraschend, auch z.B. unter den rauhen Betriebsbedingungen auf einem Seeschiff nicht nur zuverlässiger, sondern auch genauer als bekannte Regelungen. Es hat sich gezeigt, daß Pendelungen in der Regelung nicht vorkommen, daß unbegründete Abschaltungen der Anlage nicht auftreten und daß dadurch die Anlage und das Verfahren insgesamt wirtschaftlicher arbeiten, als bisher bekannte Anlagen und Verfahren.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das Verfahrensschema des Verfahrens gemäß der Erfindung
mit Drosselung der abfließenden Überschuß-Verbrennungsluft, Fig. 2 ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Drosselung
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der in die Ansaugluft zugeführten Menge des erzeugten Inertgases, -
Fig. 3 ein Schema des Verfahrens gemäß der Erfindung mit Drosselung der in Nebenstrom zusammen mit dem Hauptstrom durch die Brennkammer angesaugten Verbrennungsluft und
Fig. 4 das Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Regelung von im Nebenstrom zur Verbrennungsluft zutretenden Druckluft.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung eignen sich zur Herstellung von Inertgas mit geringsten Sauerstoff- und Kohlenmonoxydgehalten. Inertgas dieser Art wird in,der Schiffahrt und im Transportwesen zur Füllung von leeren Tanks und zur Schaffung einer inerten Atmosphäre in gefüllten Tanks sowie zur Feuerlöschung und als Schutzgas beim Transport von verderblichen Gütern, wie z.B. Fischmehl und letztlich auch noch in Kühlhäusern und dergleichen verwendet.
Gemäß den Figuren besteht eine Einrichtung gemäß der Erfindung hauptsächlich in einem Brennraum, dem kontinuierlich und gleichmäßig flüssiger Brennstoff über eine Pumpe oder gasförmiger Brennstoff zugeführt wird, einer nachgeschalteten Kühleinrichtung, z.B. einem Waschturm und nicht gezeigt weitere Kühl- und/oder Trockeneinrichtungen für das entstandene, inerte Rauchgas (Inertgas).
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Die Verbrennungsluft wird entweder gemäß Fig. 1 und 2 vor de« Zutritt zur Verbrennung verdichtet oder aber gemäß Fig. 3 und durch den Brennraum hindurch angesaugt und erst nach Verlassen des Waschstromes bzw. der Kühlanlage verdichtet und zu einem Verbrauch gefördert.
Der Waschstrom und die Kühlanlage können mit Meerwasser arbeiten, welches kontinuierlich angesaugt und abgegeben wird.
Da dem Brennraum Verbrennungsluft im stöchiometrischen Verhältnis zu dem Brennstoff bzw. nahe diesem Verhältnis zugeführt wird, entsteht im Brennraum ein Gas, welches neben N2UCO2 geringe Spuren von CO, Η» und 0» enthält.
Das auftretende Gas wird laufend auf seine Anteile an den genannten Gasen analysiert und der Analysator gibt im Verhältnis der auftretenden Anteile ein Signal an einen Meßumformer, dessen proportionale Werte kontinuierlich registriert werden und der bei Überschreiten von einstellbaren Höchstwerten ein Signal abgibt.
Das Signal des Meßumformers wird jetzt über einen Schrittregler in regelmäßigen Abständen auf einen Stellmotor zur Einstellung der Regelorgane der Verbrennungsluft gegeben.
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Vorzugsweise ist das Signal, das den Meßumformer in Abhängigkeit von der Abweichung des Ist-zum Sollwert verläßt, der Abweichung der gemessenen Werte proportional und der Motor zur Einstellung der Regelorgane wird also im Verhältnis des Stellsignals während seiner konstanten Stellzeit die Regelorgane mehr oder weniger öffnen oder schließen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch der Schrittregler die Stellzeit bzw. die zwischen den Stellzeiten liegenden Pausen verändern und so bei gleichbleibenden Motoruadrehungen pro Zeiteinheit eine verschieden starke Einstellung der Regelorgäne erreichen.
Der Stellmotor für die Regelorgane kann weiterhin durch Hand betätigt werden. Da die Regelorgane von dem Stellmotor nur innerhalb eines bestimmten Bereiches eingestellt werden, ist es u.U. auch erforderlich, von Hand die Lage des Regelbereichs einzustellen, wenn die zulässigen Toleranzwerte für den Gehalt an 0„, CO oder H„ überschritten werden. Eine solche Überschreitung ist bei größeren Änderungen des Zuständes der zu verbrennenden Stoffe möglich.
Für die Anordnung der Regelorgane zur Regelung der Zuluftmenge für den Brenner ist alternativ eine Anordnung gemäß den Figuren 1 bis 4 möglich.
Gemäß Fig. 1 fördert das Gebläse für die Verbrennungsluft einen gewissen Luftüberschuß'und dieser Überschuß wird über ein Regelventil abgeblasen. Die abgelassene Luft kann jetzt über die genannten
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Regelorgane eingestellt werden und es kann so bei Regelung einer relativ geringen Luftmenge eine genaue Einstellung der zügeführten Verbrennungsluft erfolgen.
Gemäß Fig. 2 kann eine Förderung von überschuflluft unterbleiben, wenn ein kleiner Teil des erzeugten Inertgases in die Ansaugleitung des Gebläses vor dem Brenner eingespeist wird. Durch eine Regelung der Menge des eingespeisten Inertgases wird bei gleichbleibendes Gebläsedurchsatz der Luftanteil des dem Brenner zufließenden Gemisches geändert und auch hier kann also bei kleinen Regelvorgängen die gesagte Zuluftmenge genauestens eingestellt und an Schwankungen der Zustände der zugeführten Komponenten angepafit werden.
Gemäß Fig. 3 ist der Kompressor de» Brenner und einer Kühleinrichtung nachgeschaltet. Die Verbrennung erfolgt hier bei Unterdruck und die Verbrennungsluft wird in eines Haupt- und Nebenstrom angesaugt. Es kann in diese« Falle der Nebenstrom, der nur ein Bruchteil des Hauptstroves beträgt, auf einfachste Art geregelt werden und gemäß Fig. 4 kann die im Nebenstrom zutretende Zuluft als Druckluft zugeführt werden, wobei jetzt die Menge des relativ kleinen zugeführten Druckluftanteiles leicht geregelt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann natürlich auch der Zustrom von Druckluft gemäß Fig. 4 mit einem Konstanten Gebläsedurchsatz gemäß Fig. 1 gekoppelt werden.
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Grundlage der erfindungsgemäöen Regelung ist es jetzt, daß die Regelsignale nicht kontinuierlich, wie dies selbstverständlich erscheint, sondern diskontinuierlich alt erheblichen Pausen zugeführt werden. Beispielsweise kann das Signal während einer Zeit von 2 see. bei θ sec. Pause gegeben werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn gewisse Abweichungen nicht zu Regelvorgängen führen und erst beim Unterschreiten bzw, Oberschreiten von Grenzwerten Regelsignale gegeben werden. Z.B. können bei eines Mittelwert eines Gasamteiles von 0,3 % die Regelgrenzwerte bei 0,35 % als Maximalwert und ' bei 0,25 % als Mininialwert. liegen.
Wie an sich bekannt, kann parallel zur Signalgebung beim Oberschreiten der zulässigen Anteilswerte im Inertgas nicht nur ein Signal gegeben, sondern auch ein Abblasen des jetzt erzeugten Inertgases eingeleitet werden. Das Abblasen erfolgt aber erst, wenn die zulässigen Anteilswerte einen gewissen Zeitraum auftreten, z.B. einige Minuten. Dadurch wird ein Abblasen beim Auftreten kurzfristiger Störungen vermieden.
Ersichtlicherweise bieten das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Lösung des Problems der Inertgas-Erzeugung, welche in der Summe und Kombination ihrer Vorteile für den Fachmann überraschend sein muß·
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Claims (12)

  1. Patentansprüche
    *. Verfahren zur Herstellung von Inertgas als Abgas einer Verbrennung eines kohlenwaeserstoffhaltigen Brennstoffes alt Luft ■it nachfolgender Kühlung, wobei der Verbrennung in der Zeiteinheit eine möglichst gleichbleibende Brennstoff«enge zugeführt wird und das Brennetoff-Luftverhältnis der Verbrennung in Abhängigkeit von der Menge einer durch Analyse überwachten charakteristischen Komponente des erzeugten Inertgases geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei laufender Messung der charakteristischen Komponente des Inertgases die Einstellung der zugeführten Luftmenge in gleichmäßigen Zeitabständen diskontinuierlich erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der zugeführten Luftmenge in Abständen von 5 bis höchstens 20 see. mit Pausen zwischen den einzelnen Einstellungen erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Aussetzen der Einstellung von ca. β sec. (Pause) bei einer Stellzeit zur Änderung der zugeführten Luftmenge von ca. 2 see.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragung des Stellsignals elektrisch erfolgt und die Stärke der Einstellungsänderung abhängig ist von der Abweichung des Ist-von dem Sollwert, wobei innerhalb festsetzbarer Sollwertgrenzen kein Stellsignal gegeben wird.
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  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zeiteinheit als Verbrennungsluft eine Luftmenge gefördert und verdichtet wird, .die größer als die für die Verbrennung erforderliche Luftmenge ist, und daß die überschüssige Luft vor der Verbrennung in Abhängigkeit von dem Wert der charakteristischen Komponente des bei der Verbrennung entstehenden Inertgases abgeblasen wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die verdichtete Verbrennungsluft in Abhängigkeit von de« Wert der charakteristischen Komponente des bei der Verbrennung entstehenden Inertgases Inertgas eingeleitet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft in einem Haupt- und einem Nebenstrom angesaugt wird, wobei die Ansaugung im Nebenstrom in Abhängigkeit von dem Wert charakteri stis.cher Komponenten des bei der Verbrennung entstehenden Inertgases geregelt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenstrom als Druckluft zugeführt und die zugeführte Druckluftmenge in Abhängigkeit von dem Wert der charakteristischen Komponente des bei der Verbrennung entstehenden Inertgases geregelt wird.
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  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abblasen nach einem überschreiten der zulässigen Anteilswerte der charakteristischen Komponenten mit einer Zeitverzögerung erfolgt.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines einstellbaren Meßbereiches mit gewissen Abweichungen vom Sollwert keine Regelung erfolgt.
  11. 11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10, mit einer Brennkammer, einer dieser nachgeschalteten Wasch- und/ oder und Kühleinrichtung für das Inertgas, einem Kompressor zur Förderung entweder der Verbrennungsluft oder des Inertgases durch die Brennkammer hindurch und einem Analysator zur laufenden Messung von charakteristischen Komponenten des erzeugten Inertgases, gekennzeichnet durch Regelorgane zur Regelung der Abgabe der Überschußverbrennungsluft oder des in die Verbrennungsluft eingeleiteten Inertgases oder der im Nebenstrom zugeführten oder angesaugten Verbrennungsluft, die von einem Stellmotor zur vollen Öffnungs- oder Schließstellung hinbewegbar sind, einen Stellmotor, der in Abhängigkeit von der Grüße von zeitlich begrenzten, mit Pausen aufeinanderfolgenden Signale die Regelorgane beeinflußt und einen Meßwertgeber mit einem Schrittregler zur Erzeugung der Stellsignale in Abhängigkeit von dem Wert der charakteristischen Komponente des bei der Verbrennung entstehenden Inertgases.
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  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Komponenten innerhalb eines festen Rahmens montiert sind und gemeinsam als kompakte Einheit ein- und ausbaut)ar sind.
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