DE2319177C3 - Vorrichtung zur rauchlosen Verbrennung brennbarer Gase - Google Patents

Description

Die Krfindiing betrifft eine Vorrichtung /ur rauchlo- '>s sen Verbrennung brennbarer Gase mil Hilfe einer Bremseinrichtung, die aus mehreren einzelnen Brennern besteht und an eine Gaszufuhrleitung angeschlossen ist, welche sich in zu den einzelnen Brennern führende Speiseleitungen verzweigt, in denen sich Ventile befinden, die in Abhängigkeit von dem in der Gaszufuhrleitung herrschenden Gasdruck betätigbar sind und von denen jeweils nur das Ventil derjenigen Speiseleitung geöffnet ist, deren angeschlossener Brenner bei dem herrschenden Gasdruck in der Zufuhrleitung eine optimale Verbrennung des Gases aufweist.

Bei einer bekannten Verbrennungsvorrichtung dieser Art (DE-OS 15 26 009) wird das zu verbrennende Gas durch eine Sammelleitung herangeführt und durch Zweigleitungen parallel geschalteten Ventilen zugeführt. Diese Ventile sind Wassersäulen, die unter dem in der Sammelleitung bzw. der betreffenden Zweigleitung herrschenden Gasdruck verdrängt werden. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß in der Sammelleitung grundsätzlich ein erheblicher Gasdruck herrschen muß, um überhaupt das bei geringstem Öffnungsdruck öffnende, an die Zweigleitung angeschlossene Ventil zu öffnen, also die diesbezügliche Wassersäule zu verdrängen und den Gasströmungsweg in die Brennerleitung freizugeben. Steigt dann dieser Druck in der Sammelleitung weiter an, so öffnen die nachfolgenden Ventile aufeinanderfolgend, wobei immer größere Strömungsquerschnitte für das zu verbrennende Gas zugeschaltet werden. Bei sinkendem Gasdruck in der Sammelleitung schließen sich diese Ventile wiederum proportional dem herrschenden Sammelleitungsdruck. Die bekannte Vorrichtung kennzeichnet sich somit durch ein druckproportionales Öffnen und Schließen der Ventile sowie durch die Tatsache, daß die Vorrichtung erst dann arbeiten kann, wenn der in der Sammelleitung herrschende Gasdruck mindestens so groß ist, daß er die Wassersäule aus der an die erste Speiseleitung angeschlossenen Gasleitung verdrängt. Dadurch ist jedoch die Betriebssicherheit der Vorrichtung erheblich beeinträchtigt, weil bei einer unbeabsichtigten Druckabsenkung in der Gasleitung, die beispielsweise auch dadurch verursacht werden kann, daß das in der Sammelleitung bleibende Restgas bei geschlossenen Ventilen sich abkühlt, teilweise kondensiert und dadurch einen Unterdruck erzeugt, Luft eingesaugt werden kann, wodurch unter Umständen ein explisives Gemisch gebildet wird. Die bekannte Vorrichtung ist also zur Verbrennung schwankender Abgasmengen nicht geeignet.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Verbrennung von Abgasen (US-PS 29 71605) ist, abgesehen von dem Nachteil, daß vor der eigentlichen Verbrennung eine Vermischung von Gas und Verbrennungsluft stattfinden muß, nicht sichergestellt, daß die Brenner optimal arbeiten, d. h. bei einem hinsichtlich Druck bzw. Geschwindigkeit des zu verbrennenden Gases starken Schwankungen unterliegenden Anlagenbetrieb in jedem Fall die gewünschte rauchlose Verbrennung erreicht wird. Insbesondere bei niedrigen Gasgeschwindigkeiten muß hier zusätzlich Wasserdampf als Rauchbildungsunterdrückungsmittel eingesetzt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zur Verbrennung brennbarer Gase zu schaffen, die eine vollständige, d. h. rauchlose Verbrennung sicherstellt, und zwar auch dann, wenn mit schwankenden Abgasniengen gearbeitet wird, der Schornstein also häufig wechselnden Belastungen ausgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird urfindungsgemäß dadurch gelöst.

daß jede von der Gaszufuhrleitung abzweigende Speiseleitung mehrere senkrechte Brennerleitungen aufweist, an deren oberem Ende sich der Brenner befindet, daß sich in jeder Speiseleitung mit Ausnahme der ersten ein Ventil befindet, das an eine Vorrichtung zur Messung des in der Gaszufuhrleitung herrschenden Gasdruckes angeschlossen ist, und daß jeder Speiseleitung eine jeweils auf einen anderen in der Gaszufuhrleiiung herrschenden Druck ansprechende Steuervorrichtung für die Betätigung der Ventile zugeordnet ist.

Durch diese Konstruktion wird erreicht, daß die Brenner druckabhängig gesteuert werden, wobei die einzelnen Arbeitsstufen so gewählt werden, daß in Abhängigkeit von dem in der Gaszufuhrsammelleitung herrschenden Druck jeweils ein oder mehrere Brenner ein- oder ausgeschaltet werden, so daß an jedem Brenner die Gas/Luft-Gemischgeschwindigkeit bzw. das Gas/Luft-Verhältnis eingestellt wird, das zur vollständigen Verbrennung erforderlich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsvor-Schlages sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. I und 2 eine Draufsicht und eine Querschnittsansieht der Brennervorrichtung, der Grube, des Dammes und des Wärmeschutzschildes,

F i g. 3 und 4 Detailansichten der vertikalen Br ennerleitungen und Brenner,

F i g. 5 eine Draufsicht der Brenneranordnung,

Fig.6 eine senkrechte Schnittansicht des Brennens längs der Linie 6-6 in F i g. 5.

Fig. 7 eine waagerechte Schnittansicht des Brenners längs der Linie 7-7 in F i g. 6,

Fig.8 einen allgemeinen Aufbau der Zufuhrleitung, der Sammelleitung, der Strömungsleitungen, der Steuerventile und der Steuerelemente in Draufsicht und

Fig. 9 eine senkrechte Schnittansicht des Dammes und des Strahlungsschutzzaunes.

In den Fig. I und 2 ist eine Gesamtansicht der Brennervorrichtung, bestehend aus Sammelleitung, Strömungsleitungen, Brennern, Grube, Damm und Zaun dargestellt. Mit 10 ist das Sammeüeitungssystem bezeichnet, mit 16 die Ventile und mit 18 die zu den Brennern führenden Strömungsleitungen. Das zu verbrennende Gas tritt in die Zufuhrleitung 12 ein und verzweigt sich in die Sammelleitung 14, von dort in die Strömungsleitungen 18, von wo aus es durch den Damm in die Grube 34 gelangt. Der Damn-, besteht vorzugsweise aus Erde und hat eine Krone 29, auf der ein Zaun 32 steht. Er weist außerdem eine äußere Abböschung28und eine innere Abböschung 30 auf.

Der Damm selbst bildet einen sehr guten Hitze- und Lichtschild, wobei jedoch wesentlich ist, daß den Brennern Luft zur Verfügung steht, wodurch sich eine Begrenzung für die Höhe des Dammes ergibt, jenseits der am besten ein mit 32 bezeichneter Metallzaun vorhanden sein soll. Der obere Teil trägt eine Metallplatte, die im einzelnen noch beschrieben wird, während der untere Teil des Zaunes Jalousien oder <>t> Luftschlitze bildet, die den unmittelbaren Einblick verhindern und Schutz vor unmittelbarer infraroter Strahlung bilden, jedoch Luft in die Grube einströmen lassen, die für die Verbrennung des Gases erforderlich ist. 1 \s

Die Strömungsleitungen, die in die Grube hineinlaufen, sind horizontale Rohre, von denen mehrere Steigrohre 2OA\, 2OA>, 20/An ab/weigcn, wie aus I- i g. J ersichtlich ist.

In Fig.4 ist ein Brennerrohr im Detail dargestellt, wobei eine Schnittansicht der Linie 4-4 in F i g. 3 gezeigt wird. Die Brennerrohre 20 münden an ihrem oberen Ende in einen Brenner 38, der ir.i einzelnen in den F i g. 5,6 und 7 gezeigt wird.

Der eigentliche Zweck dieses Systems bzw. dieser Vorrichtung besteht darin, mehrere Stellen zu schaffen, an denen das Gas austritt und mit Luft vermischt wird, um rauchfrei verbrannt zu werden. Deshalb läuft die einzelne Eintrittsleitung 12 zu mehreren Strömungsleilungen 18, die ihrerseits mehrere Brennerleitungen tragen. Wie aus den F i g. 5,6 und 7 hervorgeht, hat jeder Brenner mehrere kleine Öffnungen, durch die das Gas mit einer Geschwindigkeit austreten kann, die von seinem Druck abhängt, so daß das Gas, das sich in turbulenter Weise mit der zugeführten Luft vermischt, ohne Rauchentwicklung abbrennt.

Wie aus den Fig. 5, 6 und 7 hervorgeht, hat der Brenner die Form einer Rohrhaube 40, die oben auf dem Gasbrennerrohr 20 befestigt ist, beispielsweise durch Verschweißen. Rund um den Kopfumfang des Brenners sind mehrere Öffnungen 42 angeordnet, während weitere Öffnungen 44 die Seitenwand des Brenners umgeben, wo die Gasströme, die aus den Öffnungen 44 austreten, auf die Wandung 50 eines Brenncrflansches treffen, in dessen waagerechter Oberfläche sich Öffnungen 47 befinden, und dessen senkrechte Oberfläche mit Öffnungen 48 versehen ist. Der Flansch 50 erweitert sich bei 46 an dem oberen Ende des Brenners trichterförmig. Fig. 5 zeigt eine Draufsicht, während F i g. 7 eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 in F i g. 6 darstellt.

Obgleich genaue Einzelheiten des Brenners für die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht von ausschlaggebender Bedeutung sind, hat es sich doch als vorteilhaft erwiesen, den Flansch, wie bei 50 gezeigt, so auszubilden, daß er den Brenner umgibt, um eine turbulente Vermischung des Gases mit der Luft /u bewirken. Die Brenner weisen außerdem vom Boden der Grube auf den Rohren 20 einen beträchtlichen Abstand auf, so daß ein ständiger Luftstrom von unterhalb der Brenner stattfindet. Diese zuströmende Luft strömt dann durch die in und rund um den Flansch 50 vorhandenen Öffnungen nach oben, um sich mit dem aus den öffnungen 42 und 44 im Brenner austretenden Gas zu vermischen. Aufgrund der bei der Verbrennung des Gases frei werdenden großen Wärmemenge entsteht über der Flamme ein starker aufsteigender Luftstrom und demzufolge ein großer seitlicher Luftzustrom durch die Jalousien, der sich auf der inneren Böschung des Dammes abwärtsbewegt und in die Grube im Bereich der Brenner hineinströmt.

Obgleich dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, versteht es sich, daß Lichtfackeln erforderlich sind, die ständig an jedem Brenner brennen, so daß dann, wenn die Ventile, wie in Fig. 8 im einzelnen dargestellt, aufgedreht werden, und das Gas aus dem Brenner austritt, dieses Gas sofort entzündet und verbrannt wird.

In F i g. 8 ist in Draufsicht eine allgemeine Anordnung der Rohrleitungen gezeigt. Dazu gehört eine Eintrittsstromlieferleitung 12, die das zu verbrennende Gas enthält. Diese Leitung verzweigt sich in eine Gassammclleitung 14, von der mehrere Strönuingslcitungcn ISA, 18ß... Ι8Λ/ ausgehen, tune dieser Strömungsleiuingen 18.4 stellt ständig mit der .Sammelleitung in Verbindung und weist kein Ventil auf, so daß ein stetiger Gasstrom durch die .Strömungsleitung iSA und in die

Brennerleitungen 20 hinein stattfindet. Jede der anderen Strömungsleitungen 18ß, 18C... 18/V besitzt ein Ventil I6Ö, 16C... 16Λ/. Diese Ventile entsprechen dem Typ, der sich mit Hilfe einer Drucksteuervorrichtung, die durch die Bezugszeichen 56ß, 56C56D, 56Nangedeutet ist, fernsteuern läßt.

Die Drucksteuervorrichtungen 56 sind ihrer Konstruktion nach an sich bekannt und im Handel erhältlich. Sie bilden Vorrichtungen, die ein Rohr, wie beispielsweise bei 70ß gezeigt, aufweisen, das in die Strömungsleitung oder Gassammelleitun^ hineinführt, um den in dieser Leitung herrschenden Druck zu messen. Sie sind außerdem mit einer Eingabeleilung, wie bei 72ßgezeigt, versehen, die Druckluft zur Steuerung der Ventile enthält, und sie haben außerdem ein Ausgangsrohr, wie bei 58ß gezeigt, das die Luft zum Beispiel zur Betätigung des Ventils 16ßzuführt.

Die Drucksteuervorrichtung 56ß arbeitet so, daß dann, wenn der von der Leitung 70ß gemessene Druck anzeigt, daß das Ventil geöffnet werden soll, der Steuerluftdruck in der Leitung 72ß auf die Leitung 58ß geschaltet wird, so daß er an dem Ventil 16ßauftritt und dadurch bewirkt, daß sich das Ventil öffnet. Daraufhin strömt Gas aus der Sammelleitung 14 durch die Strömungsleitung 184 und die Strömungsleitung 18ß. In gleicher Weise steuert die Drucksteuervorrichtung 56C das Ventil 16Cund so fort.

Das obige Steuersystem arbeitet wie folgt. Wenn die Gasstromgeschwindigkeit gering ist, dann wird die Anzahl der Brenner, die sich in dieser Gasmenge teilen, auf ein Minimum reduziert, so daß jeder Brenner mit einer ausreichenden Gasmenge versorgt wird, um die für eine saubere Verbrennung erforderliche Turbulenz zu erzeugen.

Sobald die Strömungsgeschwindigkeit oder der Strömungsdruck ansteigt, wird blad der Punkt erreicht, wo eine größere Strömungsmenge zur Verfugung steht, als von einer Strömungsleitung und einem entsprechenden Brennersatz bewältigt werden kann. Sobald dieser Zustand erreicht ist, erreicht der durch die erste Drucksteuervorrichtung bemessene Druck einen eingestellten Grenzwert, so daß diese Steuervorrichtung, beispielsweise 56ß, das Ventil 16ßeinschaltet.

Nunmehr sind zwei Strömungsleitungen in Betrieb, die das Gas aus der Sammelleitung befördern. Der ursprünglich von der Drucksteuc.·vorrichtung 56ß in der Sammelleitung gemessene Druck sinkt, da nunmehr zwei Strömungsleitungen das Gas wegbefördern. Die Strömungssteuervorrichtung ist so gebaut, daß bei ihr bei einem sehr viel tieferen Druck eine Ausschalt- oder Ventilschließwirkung eintritt, als ihrem Ventilöffnungsdruck entspricht, was zur Folge hat, daß das Ventil selbst dann noch, wenn der in der Sammelleitung herrschende Druck abfällt, sobald die Strömungsleitung angeschlossen wird, so lange offen bleibt, bis ein beträchtlicher Druck- und Strömungsgeschwindigkeitsabfall eingetreten ist Sobald sich dieser Druckzustand einstellt, schließt die Steuervorrichtung das Ventil 16ß, so daß der restliche Gasstrom dann nur durch die Strömungsleitung 18/4 austritt.

Die Steuerdrücke lassen sich am besten beispielsweise wie folgt einstellen: Bei in der Gaszufuhrleitung herrschenden Drücken, die von unmittelbar über dem Atmosphärendruck bis zu 0,7 kp/cm² Oberdruck reichen, ist nur eine Strömungsleitung 18Λ in Betrieb. Bei einem weiteren Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit oder des Strömungsdruckes schaltet die Steuervorrichtung 56B durch öffnen des Ventils Ί6Β die Strömungsleitung I8ß zu. Dadurch verdoppelt sich die aus der Sammelleitung austretende Strömungsmenge, so daß der Druck in der Sammelleitung von 0,7 kp/cm², wo das Ventil lößöffnet, bis auf 0,18 kp/cm² abfällt.

Wenn sich dann die Gasstromgeschwindigkeit bzw. -menge erhöhl, steigt der Druck an, und wenn er bis auf 1,05 kp/cm² angestiegen ist, dann veranlaßt die Drucksteuervorrichtung 56C. daß sich das Ventil 16C öffnet, wodurch die Strömungsleitung 18C zugeschaltet wird. Diese Vergrößerung des Gasausstroms führt dazu, daß sich der Druck in der Sammelleitung von 1,05 kp/cm² auf 0.47 kp/cm² senkt. Sobald dann der Druck weiter ansteigt, beispielsweise bis 1,41 kp/cm², wird das vierte Ventil zugeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt, wo vier Strömungsleitungen in Betrieb sind, fällt der Druck auf annähernd 0,79 kp/cm² ab, und wenn er dann weiter auf 1,76 kp/cm² ansteigt, wird die Strömungsleitung 5 durch Öffnen des Ventils 16Λ/ zugeschaltet, wodurch der Sammelleitungsdruckauf 1,12 kp/cm² zurückgeht.

Der Grund für diese Steuerfolge besteht darin, den Sammelleitungsdruck auf einem Minimalwert von 0,176 kp/cm² zu halten. Bei diesem Druck werden nahezu 13% der Gasmenge, die bei einem Druck von 1,76 kp/cm² entweichen, ausgetragen, um den turbulenten Zustand der Luft zur Vermeidung von Rauchbildung aufrechterhalten. In allen anderen Fällen sind die Drücke höher.

Die Austragsgeschwindigkeit bei einem Druck von 0,176 kp/cm² beträgt im wesentlichen 17% der kritischen Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) des freigesetzten Gases. Für Propan sind das im wesentlichen 50 m/sec, für Methan 85 m/sec. und für Äthan 58 m/sec.

Die Drucksteuervorrichtungen 56 bewirken, daß das Ventil trotz der Tatsache offen bleibt, daß der Druck während ihres Betriebes absinkt. Sobald die zugeführte Gasmenge und der Druck zu sinken beginnen, werden die verschiedenen Ventile in umgekehrter Reihenfolge als derjenigen beim öffnen geschlossen. Das Abfaller und Ansteigen der Strömungsgeschwindigkeit bzw -menge kann ziemlich rasch vor sich gehen, sich aber auch über einen Zeitraum von annähernd 20 bis 3C Minuten erstrecken. Bei jedem beliebigen Strömungszustand darf keine Rauchentwicklung erfolgen, deshalb müssen die Drucksteuervorrichtungen und die Ventil« auf Druckänderungen unverzüglich ansprechen.

In F i g. 9 sind im Detail der Zaun und die Jalousien oder Lüftungsflügel dargestellt, die oben auf dem Damm angeordnet sind. Der Zaun ist aus mehreren Rohreinheiten 68a aufgebaut, die in die Erde gesteckt sind und durch senkrechte Stahlwände 64 miteinander ir Verbindung stehen, welche sich vom oberen Ende de: Zaunes bis zu einer mittleren Höhe erstrecken und anBoden 23 m messen. Der Bodenteil des Zauns weist ein« Gruppe Jalousien 68 auf, die so eingestellt sind, daß si< Luft in die Grube hineinlassen. Diese Jalousiei überlappen sich etwas, so daß vom Brenner und dei Flammenzone aus keine Lichtstrahlen oder infrarot« Strahlen durch die Jalousienöffnungen hindurchtretei können.

Die innere Oberfläche 66 der Wandung besteht au; einem hitzebeständigen Material, das an dem Blech & angebracht ist und dazu dient dieses Blech vor den voi der Flamme ausgehenden direkten Wärmestrahlen zi schützen. Alle anderen Teile sind im allgemeinen mi Aluminiumfarbe gestrichen oder mit einem anderei reflektierenden Überzug versehen, um die Wärmeab sorption auf ein Mindestmaß zu beschränken.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   I. Vorrichtung zur rauchlosen Verbrennung brennbarer Gase mit Hilfe einer Brennereinrichtung, die aus mehreren einzelnen Brennern besteht und an eine Gaszufuhrleitung angeschlossen ist, weiche sich in zu den einzelnen Brennern führende Speiseleitungen verzweigt, in denen sich Ventile befinden, die in Abhängigkeit von dem in der Gaszufuhrleitung herrschenden Gasdruck betätigbar sind und von denen jeweils nur das Ventil derjenigen Speiseleitung geöffnet ist, deren angeschlossener Brenner bei dem herrschenden Gasdruck in der Zuführleitung eine optimale Verbrennung des Gases aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jede von der Gaszufuhrleitung (12) abzweigende Speiseleitung (184, 18ß, 18C, 18D, 18/V) mehrere senkrechte Brennerleitungen (204) aufweist, an deren oberen Ende sich der Brenner (38/4) befindet, daß sich in jeder Speiseleitung (18) mit Ausnahme der ersten (184) ein Ventil (I6ß, 16C, 16D, 16Λ/) befindet, das an eine Vorrichtung (70ß, 7OC, 70D, 70Λ/) zur Messung des in der Gaszufuhrleitung herrschenden Gasdrukkes angeschlossen ist, und daß jeder Speiseleitung (18/4, 180, 18C, 18D, 18/V) eine jeweils auf einen anderen in der Gaszufuhrleitung herrschenden Druck ansprechende Steuervorrichtung (56ß, 56C, 56D, 56/V) für die Betätigung der Ventile (16S, 16C, 16D, 16Λ/) zugeordnet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (16ß) durch seine ihm zugeordnete Steuervorrichtung (56ß) bei einem Gaszufuhrleitungsdruck Pi öffnet und bei einem Druck P₂ schließt, wobei Pi größer als P₂ ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Ventil (16C) in einer dritten Speiseleitung (18C) durch die Steuervorrichtung bei einem Zufuhrleitungsdruck Pj geöffnet wird, wobei Pi größer ist als Pi, und bei einem Druck P₄ geschlossen wird, der kleiner ist als Pj und größer als P2.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im Erdboden angelegte Grube (34), in der die Gaszufuhrleitung, die Ventile (16) und die Speiseleitungen (18) angeordnet sind und die von einem Erddamm (28,30) umgeben ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Metallzaun (32), der die Brenner (384) umgibt und mit luftdurchlässigen Jalousien (68) versehen ist, und daß der Brenner und der Metallzaun eine Licht- und Wärmeabstrahlschutzwirkung haben.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallzaun (32) auf wenigstens dem Teil seiner Oberfläche, der der von den Brennern (38/4) ausgehenden Strahlung ausgesetzt ist, einen hitzebeständigen Überzug aufweist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch wenigstens fünf Cpeiseleitungen (184, I8ß, Ι8Γ, !8P, 18/V).

   7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens acht Brenner (38/4) pro Speiseleitung (184. 18ß, 18C 18/} 18/V/