DE2357759C3 - Fackelbrenner zum Verbrennen von Ruckstandsgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fackelbrenner zum Verbrennen von Rückstandsgasen, mit einer Vielzahl von Gasbrennern, wobei die Anzahl der mit Rückstandsgasen versorgten Brenner mit der Gaszuförderung veränderbar ist.

Von zahlreichen Industrieanlagen zur Herstellung von Chemie-Produkten, insbesondere von Erdöl-Raffinerien und petrochemischen Betrieben, stammen abwechselnd starke und in ihren Eigenschaften sehr veränderliche Abgase mit Rückständen ab. die durch Gas gebildet und mehr oder weniger stark mit flüssigen Teilchen beladen sind, die in der Atmosphäre auf Grund ihrer Schädlichkeit, ihres Geruchs und ihrer chemischen Aggressivität zu Umweltverschmutzungen führen.

Zur Vermeidung solcher Verschmutzungen muß vor dem Abführen dieser gasförmigen Ausströmungen in die Atmosphäre eine ausreichende Beseitigung oder eine Reduktion des Schedlichkeitsgrades vorgenommen werden. Dies kann durch Verbrennung erreicht werden, und zwar mit oder ohne Zufuhr von zusätzlichen Brennstoffen, wobei die chemische Zusammensetzung der Rückstandsgase eine selbsttätige oder nichtselbsttätige Verbrennung gestattet. Die so erhaltenen Verbrennungsproduktc müssen ihrerseits jedoch ebenfalls den Forderungen gegen eine atmosphärische Verschmutzung genügen, d. h. sie dürfen nur eine Kleinstmenge an unverbrannten Feststoffen (z. B. Kohleteilchen oder Ruß) und von unverbrannten gasförmigen Stoffen enthalten (z. B. Kohlenoxyd. Schwefelwasserstoff. Kohlenwasserstoff usw.); außerdem muß die Verbrennung mit einem sehr reduzierten Rauchaustritt stattfinden.

Diese zuletzt genannten Bedingungen sind äußerst schwierig zu erzielen, da die zu beseitigende Menge der Rückstandsgase sehr schnell und in großen Ausmaßen va^riieren kann.

Man versucht, diese Schwierigkeiten dadurch /u beheben, daß die Vcrbrennungsprodukte möglichst in ausreichend großer Höhe ausgestoßen werden, um sie möglichst weitgehend in der Atmosphäre zu verteilen. Die Verbrennung von Rückstandsgasen wird vielfach am oberen Ende einer Abgasflammc in großer Höhe (Größenordnung von etwa 80 bis 90 m) vorgenommen; vielfach werden die Rückstandsgase auch in Berührung mit Umgebungsluft verbrannt.

Eine solche Verbrennung ist jedoch äußerst unzureichend. Außerdem sind Veränderungen in der Gaszu-

führung, Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen des Windes, das NichtVorhandensein einer warmen Wand und von Mischorganen für Ga-; und Verbrennungsluft ebenfalls Faktoren, die im verstärkten Maße zu einer unzureichenden Verbrennung führen. i

Es ist auch bereits eine Ausfüiirungsform bekannt (DT-OS 15 26 009), bei der eine Anzahl von Venturi-Brennern vorgesehen ist. In diesem Falle wird das zugeführte Gas in mehrere Einzelströme aufgeteilt und jeder Einzelstrom einem Satz von Venturi-Brennern zugeleitet, wobei dann diese Einzelströme unabhängig voneinander verbrannt werden. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Ausführungsform ist vor allem in der aufwendigen Bauweise zu sehen.

Für das Verbrennen von Rückstandsgasen beispielsweise in Erdöl-Raffinerien ist ferner eine Fackelbrenner-Ausführung bekannt (US-PS 29 71 605), bei der nur eine einzige Brennkammer mit ganz beträchtlichem Durchmesser vorgesehen ist, unter der eine Vielzahl von Brennern in parallelen Reihen und in derselben Ebene angeordnet ist. Durch vorgeschaltete Einrichtungen soll eine mehr oder weniger große Anzahl von Brennern entsprechend der jeweiligen Gaszuförderung, und zwar nach dem auftretenden Druck, zu- oder abgeschaltet werden. Es hat sich jedoch in der Praxis erwiesen, daß mit diesen bekannten Fackelbrennern eine vollkommen ungenügende Verbrennung erzielt wird, wobei ein beträchtlicher Rauchausstoß bei einer niedrigen Höhe auftritt, was insbesondere eine unerwünschte Verschmutzung im Bodenbereich mit sich

bringt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Fackelbrenner der eingangs genannten Art zu schaffen, durch den eine Verbrennung von Rückstandsgasen in allen Bereichen, d. h. insbesondere bei Verän- derungen in der Zuförderung und Geschwindigkeit, verbessert wird. Hierbei soll jedoch auch gleichzeitig erreicht werden, daß die Rückstandsgase in Abgasflammen mittlerer Höhe verbrennen, wobei in der Höhe der Ausströmleitung bzw. des Schornsteins eine erhöhte vertikale Gasaustrittsgeschwindigkeii (bei maximaler Zuförderung etwa zwischen 20 bis 35 m/s) derart erzielt wird, daß die Abgase eine Höhe erreichen, die praktisch mit der von herkömmlichen hohen Abgasflammen vergleichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gasbrenner in übereinander und koaxial zueinander liegenden, vertikalen Brennkammern angeordnet sind, wobei das Volumen der jeweils unteren Brennkammer kleiner ist als das der darüberliegenden.

Bei dieser erfindungspemäßen Ausführungsform ergibt sich somit eine von unten nach oben progressiv zunehmende Gaszuförderung, wodurch eine äußerst weitreichende Verbrennung der Rückstandsgase gesichert wird, wobei dies zum Teil ajf die Zuförderung, auf die Volumina der Brennkammern (proportional zur Zuförderung der Rückstandsgase) und auf die erhöhte Temperatur der Kammerwände zurückzuführen ist. Außerdem lassen sich dabei Fackeln mittlerer Höhe erzielen, bei denen oben am Schornstein eine Austrittsge- <>o schwindigkeit der Gase erreicht wird. <'ie hoch genug ist, damit eine Luftverschmutzung vermieden werden

kann.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung und Anordnung der Brennkammern benutzen die heißen Verbren- '>> mingsgase praktisch alle denselben zentralen Weg (in einer Art zentralen Säule), der durch die in verschiedenen I löhenlagen und parallel zueinander angeordneten Brenner (in den entsprechenden Brennkammern) herbeigeführt wird. Es ergibt sich dadurch ein beträchtlicher zentraler Unterdruck, der mit der Zuförderung der Rückstandsgase veränderbar ist. wobei eine natürliche Zuführung von Verbrennungsluft in Abhängigkeit von der erwähnten Zuförderung gesichert ist. Trotzdem die heißen Verbrennungsgase bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform in einer zentralen Säule strömen, findet die Verbrennung in gesonderten Teilströmen statt, wobei trotz Abwesenheit einer sogenannten warmen Wand eine verbesserte Verbrennung stattfindet; eine ausreichende Gasaustrittsgeschwindigkeit aus der Ausströmleitung bzw. aus einem Schornstein sichert außerdem eine ausreichende Aufstiegsgeschwindigkeit der austretenden, verbrannten Gase. Bei etwa maximaler Zuförderung liegt die Aufstiegsgeschwindigkeit etwa zwischen 25 und 35 m/s, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß die Flammen der einzelnen Brenner ausgeblasen werden.- Dank dieser Aufstiegsgeschwindigkeit ist es möglich. Fackelbrenner mittlerer Höhe zu bauen, und zwar in der Größenordnung von etwa 20 bis 50 m.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Die Fig. 1, 2 und 3 veranschaulichen in vertikalen Schnitten drei verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fackelbrenners.

In allen drei Zeichnungsfiguren ist eine zylindrische Ausströmleitung (mit der Achse x-x¹) für heiße Gase vorgesehen, bei denen es sich um die Verbrennungs-Abgase von Rückstandsgasen handelt. Obwohl der Querschnitt der Abgasleitung im allgemeinen kreisförmig ist, kann er jedoch auch andere geeignete Formen besitzen. Die Abgasleitung besitzt eine mittlere Höhe, die etwa zwischen 20 und 50 m liegt. An der Basis enthält die Abgasleitung öffnungen 2 zum Eintritt von Verbrennungsluft.

Die Ausströmleitung kann aus Metall, armiertem Beton, Mauerwerk oder jedem anderen Material hergestellt sein. Sie soll als Schornstein zum Ausströmen der verbrannten Gase dienen und dabei einen Unterdruck, d. h. einen natürlichen Zug, erzeugen, der die Abgase hinausfördert und Verbrennungsluft ansaugt. Gleichzeitig wird durch die Ausströmleitung 1 ein Gerüst gestützt, das Brenner. Brennkammern und Schutzumkleidungen trägt.

Bei der in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsform ist in die Ausströmleitung 1 ein Gerüst 3 geeigneter Konstruktion vorgesehen, das eine Reihe zy'indrischer Ringschüsse 4 (mit der Achse x-x") trägt, die übereinander angeordnet sind und deren Durchmesser und Höhe von unten nach oben zunehmen.

Das obere Ende eines jeden Schusses begrenzt zusammen mit der Basis bzw. dem unteren Ende des darüber liegenden Schusses einen Ringspalt 5, in dem sich Durchgangsöffnungen für Verbrennungsluft befinden, die entsprechend den angedeuteten Pfeilen strömt.

An der Basis eines jedes Schusses 4 ist ein in Form eines Kranzes ausgebildetes, mit Löchern versehenes Rohr 6 angeordnet, das die Rückstandsgase einströmen und das als Gasbrenner wirkt. Zur Verbesserung der Verbrennung sind um diese Brenner herum Leitbleche 7 wahlweise angeordnet, damit die notwendige Ableitung Miid Führung für eine Zündung der Teilverbrennung erzielt wird.

leder Schuß 4 bildet eine ringförmige Verbrennungskammer, die einen Gasbrenner 6 und einen Verbren

nungslufteintriü enthält. Die Schüsse sind aus einem ausreichend feuerfesten Material, das den Temperaturen widersteht, hergestellt, oder sie bestehen aus einem Metall, das mit feuerfestem Überzug verschen ist. Die Verbrennungsgase strömen gemeinsam bei allen Brennern ab; dabei bilden die heißen Gase und die Flammen eine zentrale Säule.

Die Brenner werden gesondert und fortlaufend gespeist, wobei der untere Brenner 6a ständig oder bei automatischer Wiederanzündung gespeist wird. Von unten nach oben nimmt dann die Anzahl der gespeisten Brenner entsprechend automatisch zu oder ab, und zwar als Funktion der Leistung und Zuförderung; die ganze Zusammenordnung der Brenner ist dann versorgt, wenn die Zuförderung der Rückstandsgase am größten ist.

Um diese automatische Veränderung der Brennertätigkeit (in Abhängigkeit von der Zuförderung) zu erzielen, können alle bekannten Einrichtungen zur Regulierung verwendet werden. Beispielsweise sind die verschiedenen Brenner unter Zwischenschaltung von hydraulischen Ventilen, die progressiv beschickt werden, oder von motorisch betätigbaren Drosselschiebern an einen gemeinsamen Gassammler angeschlossen, und das aufeinanderfolgende öffnen der Ventile und Schieber (in einer bestimmten Reihenfolge) kann entweder .: :ch einen am Sammler angeordneten Druckregler oder direkt durch eine Änderung des Drucks der Rückstandsgase gesteuert werden. Einrichtungen dieser Art sind dem Fachmann ausreichend bekannt, so daß auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.

Die Funktion des soeben beschriebenen Fackelbrenners ist folgendermaßen: Die vom unteren Brenner herrührende zentrale Flamme dient als Zündflamme für einen neu versorgten Brenner. In dem Maße, wie die Anzahl der gespeisten Brenner zunimmt, nimmt auch das Volumen der heißen Gase zu und steigt der Schornsteigzug an. Die Menge der zugeführten Verbrennungsluft nimmt ebenfalls zu. Man erzielt daher auf diese Weise eine automatische Veränderung mit feinfühliger Förderung der Verbrennungsluft in Abhängigkeit von der Zuförderung der Brennstoffe, wobei die Verbrennungen in Mengen erfolgen, die ebenfalls proportional sind, so daß sich eine in allen Bereichen gute Verbrennung ergibt. Das Zuführen von Frischluft (im Umfangsbereich) besitzt den Vorteil, daß die Brenner direkt gespeist werden, wobei gleichzeitig die Wände der Verbrennungskammern gekühlt werden.

F i g. 2 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Wände der Verbrennungskammern aus hitzebeständigem Stahl hergestellt sind. Diese Ausführungsform enthält einen aus hitzebeständigem Stahlblech hergestellten Kegelstumpf 8 (mit der Achse x-x¹), der nach oben hin divergiert. Der so gebildete Kegelstumpf ist in eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abschnitten 8a, Sb...8gunterteilt deren Mantellinien zueinander ausgerichtet sind.

Zwischen den Abschnitten und der Basis sind kranzförmige, perforierte Rohre9a,9b...9#angeordnet, die die Funktion von Gasbrennern ausüben, wobei die einzelnen Löcher auf das Innere des entsprechenden Konus ausgerichtet sind.

■ Im Stahlblech sind jalousieförmige Lufteintrittsöffnungen 10 eingeschnitten, die dadurch erzielt werden, daß horizontale Schlitze eingeschnitten und dann an wenigstens einer Kante verformt werden, und zwar vorzugsweise an der oberen Kante 11, die nach außen gebogen wird, um die Verbrennungsluft gegen die öffnungen zu führen. Die öffnungen IO können fortlaufend oder unterbrochen sein. Die Brenner Su... %g werden wiederum aufeinanderfolgend mit Rückstandsgas gespeist, was von unte her in Abhängigkeil von der Zuförderung des Rückstandsgases erfolgt.

In dieser Zeichnungsfigur hat man das Gerüst zum Abstützen des Konus 8 der Einfachheit halber weggelassen; es. kann beliebig ausgeführt sein.

F i g. 3 zeigt eine ähnliche Ausiführungsform der Erfindung. Hierbei ist ebenfalls ein sich nach oben öffnender, kegelstumpfförmiger Konus 12 (mit der Achse x-x!) vorgesehen, der aus hitzebeständigem Slahlbelch

'5 besteht und eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abschnitten 12a, 126... 12ZbUdCt, zwischen denen die kranzförmige ausgebildeten Brenner 13a, Mb... 13/ angeordnet sind. Die Rclativlage dieser Brenner in bezug auf die aufeinanderfolgenden Abschnitte des Ko-

Jo nus ist verschieden.

Die aufeinanderfolgenden Abschnitte weisen parallele Mantellinien auf; die Basis eines jeden Abschnitts besitzt jedoch einen größeren Durchmesser, der größer als der des oberen Endes des darunter liegenden Ab-

²S Schnitts ist, und zwar in der Weise, daß zwischen den beiden ein Zwischenraum vorhanden ist. in dem der Brenner angeordnet ist.

Wie auch im vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind Lufteintrittsöffnungen in Form von Jalousien oder

in jeder anderen Äquivalenten Ausbildung im Stahlblech vorgesehen, und die Brenner werden aufeinanderfolgend von unten nach oben in Abhängigkeit von der Zuförderung der Rückstandsgase speist.

In Fig. 3 ist beispielsweise rein schematisch ein Sammler (4 veranschaulicht, der durch Zwischenschaltung von Leitungen 15a, 156... 15/ die verschiedenen Brenner 13a. Mb... 13/"mit Rückstandsgas versorgt. In jeder dieser Leitungen ist ein motorbetätigtes Ventil 16a. \bb... 16/angebracht. Ein Gerät 17 zum Messen der Zuförderung ist am Sammler 14 angebracht, wodurch die Gesamtzuförderung der Rückstandsgase bemessen wird. Ein durch dieses Meßgerät geliefertes Signal wird über eine Leitung 18 zu einem Verteilerkasten 19 weitergeleitet, der Meßeinrichtungen enthält.

Pneumatische Leitungen 20a, 20fr... 20/gehen vom Verteilerkasten 19 aus, um Befehle zum öffnen oder Schließen den Ventilen 16 bis 16/zuzuleiten, was in Abhängigkeit von der durch das Meßgerät 17 gemessenen Zuförderung erfolgt.

Im gleichen Maße wie die Zuförderung zunimmt und bestimmte Anfangswerte erreicht werden, ergehen Öffnungsbefehle automatisch und aufeinanderfolgend (mit Ausnahme des unteren Ventils 16a) an jedes Ventil 16 bis zum obersten Ventil 16/ Wenn umgekehrt die Zu-

förderung der Rückstandsgase im Sammler 14 abnimmt, dann werden die Schließbefehle aufeinanderfolgend (von oben nach unten) den Ventilen 16 übermittelt.

Wenn eine ständige Zuförderung von Rückstandsgasen vorhanden ist, bleibt das Ventil 16a ständig geöff net, so daß die Flamme des Brenner« 13a als Zündflamme dient Wenn andererseits die Zuförderung der Rückstandsgase intermittierend erfolgt dann ist der Brenner 13s mit einer automatischen Zündeinrichtung versehen, so daß er automatisch gespeist wird, sobald das Ventil 16a sich zu öffnen beginnt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Fackelbrenner zum Verbrennen von Rückstandsgasen, mit einer Vielzahl von Gasbrennern, wobei die Anzahl der mit Rückstandsgasen versorgten Brenner mit der Gaszuförderung veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasbrenner (6; 9a...9g; 13a... 13/) in übereinander und koaxial zueinander liegenden, vertikalen Brennkammern (4; 8a...8g·; 12a... 12/) angeordnet sind, wobei das Volumen der jeweils unteren Brennkammer kleiner ist als das der darüberliegenden.

2. Fackelbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der mit Rückstandsgasen versorgten Gasbrenner vom untersten Brenner ab gerechnet wird und dieser unterste Brenner bei permanenter Gasförderung ständig eingeschaltet ist.

3. Fackelbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der mit Rückstandsgasen versorgten Gasbrenner vom untersten Brenner an gerechnet wird und dieser unterste Gasbrenner beim Auftreten einer Gasförderung automatisch einschaltbar ist.

4. Fackelbrenner nach wenigstens einem der Ansprüche ! bis 3, bei der die Ausströmleitung eine vertikale Achse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern (4; 8a... 8^; 12a... 12/) koaxial und in der Nähe des unteren Endes in der Ausströmleitung (I) angeordnet sind und jede Brennkammer am Umfang ihrer Basis wenigstens einen mit Rückstandsgasen versorgten Gasbrenner (6; 9a... 9^r; 13a... 13/) sowie wenigstens einen peripheren Lufteintritt (z. B. 5) aufweist.

5. Fackelbrenner nach Anspruch 4, mit einer zylindrischen Ausströmleitung für die Rücksttndsgase, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander angeordneten Brennkammern (6) zylindrisch ausgebildet sind, daß die Höhe und der Durchmesser jeder Kammer geringer sind als die Höhe und der Durchmesser der darüberliegenden Kammer und daß zwecks Bildung eines Ringspalts (5) zum Eintritt von Verbrennungsluft das obere Ende jeder Kammer etwa auf demselben Niveau liegt wie die Basis der darüberliegenden Kammer.

6. Fackelbrenner nach Anspruch 4, mit einer zylindrischen Ausströmleitung für die Rückstandsgase, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern (8a...8g) durch einen koaxial in dieser Ausströmleitung (1) angeordneten und sich nach oben erweiternden Konus (8) gebildet ist, der an seinem Umfang in verschiedenen Höhenlagen öffnungen zum Eintritt von Verbrennungsluft aufweist.

7. Fackelbrenner nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Konus (8) durch eine Vielzahl von übereinanderliegenden Abschnitten (8a...Sg) gebildet ist. die durch Zw schenspalte getrennt sind, in denen kranzförmig ausgebildete, perforierte Brennerrohre (9<-f... 9^) angeordnet sind.

8. Fackelbrenner nach Anspruch 4, mit einer zylindrischen Alisströmleitung für die Rückslandsgaso. dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer 1 durch sich nach oben erweiternde, koaxial zu der ^h5 Ausströmleitung (1) liegende, übereinander angeordnete kegelstumpfförmige Konusse

(12.Ί ... 12/) gebildet sind, wobei das obere finde je des Konusses (z. B. 12a), das etwa auf demselben Niveau liegt wie die Basis des darüberliegenden Konusses (ζ. Β. 12ό), einen etwas kleineren Durchmesser besitzt als die Basis des darüberliegenden Konusses und wobei durch die genannte Basis und das genannte obere Ende jeweils ein Ringspalt begrenzt wird, in dem ein kranzförmig ausgebildetes, perforiertes Brennerrohr (13a... 13/) angeordnet ist.

9. Fackelbrenner nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern aus hitzebeständigem Stahl hergestellt sind und in verschiedenen Höhenlagen horizontale Schlitze (10) enthalten, deren obere Kante (11) nach außen herausgebogen ist und die als Durchgangsöffnungen für Verbrennungsluft dienen.