DE2361498A1

DE2361498A1 - Smokeless combustion flare chimney - for hydrocarbon gases, has steam jets directed into gases at supercritical speed from nozzles

Info

Publication number: DE2361498A1
Application number: DE2361498A
Authority: DE
Inventors: Robert Dehart Reed; Robert Eugene Schwartz
Original assignee: John Zink Co
Current assignee: Zinklahoma Inc
Priority date: 1973-12-10
Filing date: 1973-12-10
Publication date: 1975-06-19
Also published as: DE2361498B2

Abstract

The flare achieves smokeless combustion of hydrocarbon waste gases forwarded vertically upward in a flare chimney. Combustion is maintained at the top of the chimney by an igniter. Steam blow-in nozzles are distributed around the chimney near the tip and are directed onto the gases, and steam under press. can be fed to the nozzles, which have elements that allow the steam to flow out with supercritical speed from the nozzles. Preferably the flow direction of the steam runs upward over the tip of the chimney and into the burning gases. The steam promotes a highly turbulent mixing of gas and air plus steam.

Description

Dipl.-Ing. MARTIN LICHT Dr-REINHOLDSGHMIDT Dipl.-Wirtsch.-lng. AXEL HANSMANN PATENTANWÄLTE DipL-Phys. SEBASTIAN HERRMANNDipl.-Ing. MARTIN LICHT DR REINHOLDSGHMIDT Dipl.-Wirtsch.-Ing. AXEL HANSMANN PATENTANWÄLTE DipL-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANNPATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN

8MONCHEN2.THERES.ENSTRASSE33 _München, den B. D BZBmber'1 9 7 3 - 8MONCHEN2.THERES.ENSTRASSE33 _Munich , den B. D BZBmber'1 9 7 3 -

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Ke/ceKe / ce

JGHN ZINK COMPANY
44o1 South Peöria
Tulsa, Oklahom a
U. S . A . ■' JGHN ZINK COMPANY
44o1 South Peöria
Tulsa, Oklahom a
U. S. A. ■ '

Vorrichtung zum rauchlosen Abbrennen von Kohlenwasserstoffgasen. *""*Device for the smokeless burning of hydrocarbon gases. * "" *

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum rauchlosen Abbrennen von Kohlenwasserstoffgasen.The invention relates to a device for the smokeless burning off of hydrocarbon gases.

Jede Verbrennung oder chemische Reaktion, insbesondere jedoch die, die sich mit der rauchlosen oder raucharmen Verbrennung von Fackelgasen befaßt, ist grundsätzlich von der Turbulenz, der Temperatur und der Zeitabhängig. Temperatur und Turbulenz bestimmen die Verbrennungszeit oder Reaktionszeit, da die Verbrennung eine chemische Reaktion beinhaltet, Die Gleichungen von Arrhenius beziehen sich auf die Reaktionsgeschwindigkeit als Funktion der Temperatur. Die Turbulenz, die von der Energie abhängt, beschleunigt den Temperaturanstieg und ändert sich direkt mit der relativen Energie. In einer Gasströmung ergibt sich die Strömungsenergie zu MV²/2, d.h. bei konstanter Masse ändert sichEvery combustion or chemical reaction, but especially that which deals with the smokeless or low-smoke combustion of flare gases, is fundamentally dependent on the turbulence, the temperature and the time. Temperature and turbulence determine the combustion time, or reaction time, since combustion involves a chemical reaction. Arrhenius' equations relate to the rate of reaction as a function of temperature. The turbulence, which depends on the energy, accelerates the temperature rise and changes directly with the relative energy. In a gas flow results in the flow of energy to MV ^2/2, ie at constant mass changes

B09825/D095B09825 / D095

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian HerrmannPatent attorneys Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MDNCHBN 2, THERES I ENSTRASS E 33 · Telefon: 281202 ■ Telegramm-Adresse: Lipatli/München . Bayer. Vereinsbank München, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 · Postscheck-Konto: München Nr. 1633978 MDNCHBN 2, THERES I ENSTRASS E 33 · Telephone: 281202 ■ Telegram address: Lipatli / Munich . Bayer. Vereinsbank Munich, branch. Oskar-von-Miller-Ring, account no. 882495 Postal check account: Munich No. 163397

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDTOppenau office: PATENT ADVOCATE DR. REINHOLD SCHMIDT

die Energie mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, so daß die Beibehaltung der Geschwindigkeit bis zu einem Verwendungspunkt die Turbulenz verstärkt. Mit verstärkter Turbulenz wird die Reaktion beschleunigt, und wenn die Reaktion exotherm verläuft, d.h. Wärme entsteht, erhöht sich in Abhängigkeit von dem Reaktionsgeschwindigkeitsanstieg das Temperaturniveau.the energy with the square of the speed such that maintaining speed up to a point of use the turbulence intensifies. With increased turbulence, the reaction is accelerated, and when the reaction is exothermic, i.e. heat is generated, increases as a function of the increase in the reaction rate the temperature level.

In bezug auf die rauchlose Verbrennung von Kohlenwasserstoffgasen ist der Zeitfaktor bei der Vermeidung der Raucherzeugung wesentlich, da dann, wenn der langsam verbrennende Kohlenstoff als Feststoff lang genug in einer Hochtemperaturzone gehalten werden kann, eine vollständige Verbrennung des Kohlenstoffs erreicht und damit das Entstehen von Rauch vermieden wird. Bei der Rauchunterdrückung bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in Fackeln sind' eine Anzahl chemischer Reaktionen beteiligt, die sich wie folgt angeben lassen: direkte Oxydation von Kohlenwasserstoff, Dissoziation von Kohlenwasserstoffen zu H2 und C [Raucherzeugung), durch Wassergas bewirkte Reaktionen von C +■ H^O und Umwandlung von Kohlenwasserstoff mit Wasserdampf zu CO +With respect to the smokeless combustion of hydrocarbon gases, the time factor is in avoiding the generation of smoke essential because when the slowly burning carbon remains as a solid long enough in a high temperature zone can be maintained, a complete combustion of the carbon is achieved and thus the creation of smoke is avoided. In smoke suppression during combustion of hydrocarbons in flares are 'a number involved in chemical reactions, which can be stated as follows: direct oxidation of hydrocarbons, Dissociation of hydrocarbons to H2 and C [smoke generation), Reactions of C + ■ H ^ O caused by water gas and conversion of hydrocarbons with water vapor to CO +

Diese Reaktionszustände sind entweder exotherm oder endotherm, In den Fällen, in denen eine Reaktion stattfindet, wird sie durch höhere Turbulenz oder höhere Temperatur beschleunigt, so daß die vollständige Reaktion eine geringere Zeit in Anspruch nimmt. Falls die Bedingungen hinsichtlich Temperatur/Turbulenz richtig gewählt sind, erfolg t eine vollständige Verbrennung, und das Entstehen von Rauch wird vollständig verhindert, da Rauch (Kohlenstoff) ein Produkt unvollständiger Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ist.These reaction states are either exothermic or endothermic, where a reaction takes place it will accelerated by higher turbulence or higher temperature, so that the complete reaction takes less time Claims. If the conditions regarding temperature / turbulence are chosen correctly, complete combustion takes place and smoke production becomes complete prevents smoke (carbon) from making a product incomplete Combustion of hydrocarbons is.

Für die Fackslverbrennung von Kohlenwasserstoffen ist typisch,For the flare combustion of hydrocarbons it is typical

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daß sich die Verbrennungszone in der freien Luft an einer erhöhten Stelle befindet, nämlich dort, wo es das Potential für den Wärmeverlust durch Strahlung und die Kühlung durch Wind und Regen unbedingt erforderlich macht, innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde nach dem Erscheinen des zu ver- . brennenden Kohlenwasserstoffs die höchstmögliche'Flammentemperatur zu erzeugen. Bisher wurde, wie dies die: US-PS-2 779 399 und 3 -134 424 zeigen, in die Verbrennungszone . unmittelbar unterhalb der Stelle, an der die Gase zur Verbrennung austreten, Dampf eingeblasen, wobei der Dampfeinblasdruck gewöhnlich 7 kp/em^ ist. Bei den bekannten Vorrichtungen bzw. Verfahren dieser Art wurde die kinetische Energie des Dampfes nicht rihtig genutzt, da die Stellen, aus denen der Dampf austritt, ..um in die Verbrennungszone hineingerichtet zu werden, in radialer Richtung erheblich außerhalb der Grenze des zu verbrennenden Kohlenwasseränffstromes liegen. Somit müssen die Ströme eine erhebliche Entfernung zurücklegen, bevor ihr Turbulenzpotential genutzt werden kann, und es tritt ein großer Energieverlust ein, bevor die Energie genutzt werden kann. ·that the combustion zone in the open air is at a elevated point, namely where there is potential for heat loss through radiation and cooling through wind and rain is essential within one A fraction of a second after the appearance of the ver. burning hydrocarbon to generate the highest possible flame temperature. So far, like this the: US PS-2 779 399 and 3-134 424 point into the combustion zone. immediately below the point where the gases burn exit, steam blown in, the steam injection pressure is usually 7 kp / em ^. In the known devices and methods of this type, the kinetic The energy of the steam is not used properly because the points from which the steam emerges ... to enter the combustion zone to be directed into it, considerably in the radial direction outside the limit of the hydrocarbon stream to be burned lie. Thus, the currents have to travel a considerable distance before their turbulence potential is used can become, and there is a great loss of energy, before the energy can be used. ·

Beim Ausströmen von Gasen aus einer öffnung oder Mündung besitzen die strömenden Gase unmittelbar nach dem Austre- ■ ten eine latente kinetische Energie, die durch ,die Geschwindigkeit erzeugt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit ist eine Funktion des Verhältnisses von zustromseitigenrv Absolutdruck zu abstromseitigemAbsolutdruck. Wenn der" zustromseitige Absolutdruck das Doppelte des äbstromseitigen Absolutdruckes beträgt^, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gases kritisch, d.h. das Gas besitzt SchallgescHwindigkBit, wenn es durch die Öffnungseinschnürung hindurchtritt. Da die Geschwindigkeit "kritisch" wird, wenn das Gas die Öffnungseinschnürung passiert, ist es unmöglich, den Gasstrom an dieser Stelle weiter zu beschleunigen« Wenn jedoch das Absolutdruckverhältnis wie oben 2 übersteigt, tritt ab"-" stromseitig der Mündung oder öffnung ÜberschallgeschwindigkeitWhen gases flow out of an opening or mouth the flowing gases have immediately after the exit ten a latent kinetic energy caused by that speed is produced. The flow rate is a function of the ratio of the upstream rv Absolute pressure to downstream absolute pressure. If the "upstream absolute pressure is twice the downstream Absolute pressure is ^, the flow velocity is of the gas is critical, i.e. the gas has a sound speed bit, when it passes through the constriction of the opening. Since the Speed becomes "critical" when the gas passes the orifice constriction, making it impossible to control the gas flow to accelerate this point further «If that If the absolute pressure ratio exceeds 2 as above, supersonic speed occurs from "-" upstream of the mouth or opening

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oder überkritische Geschwindigkeit auf, und zwar aufgrund einer sich bei kritischer Geschwindigkeit einstellenden Vergrößerung der Masse. Dadurch ergibt sich ein Geschwindigkeitsanstieg, wenn die zusätzliche Masse oder Dichte, die sich bereits auf kritischer Geschwindigkeit befindet, weiter expandiert. Beispiele für dieses Verhalten zeigen Turbinendüsen für Dampf und Raketendüsen für Überschall- oder überkritische Energienutzung. Es leuchtet ein, daß der überkritische Strömungseffekt unmittelbar abstromseitig jeder beliebigen Strömungsöffnung oder Mündung auftritt. Aufgrund der Tatsache, daß bei bekannten mit Dampfeinblasung arbeitenden Fackelbrennvorrichtungen die überkritische Expansion nicht begrenzt oder gerichtet wird, ist nur ein Teil der überkritischen Energie in dem unmittelbar abstromseitig der Öffnung oder Mündung befin.d-.liehen Bereich nutzbar.or supercritical speed due to an increase in mass that occurs at critical speed. This results in an increase in speed, when the additional mass or density that is already at critical speed, continues to expand. Examples of this behavior are turbine nozzles for steam and rocket nozzles for supersonic or supercritical energy use. It is evident that the supercritical flow effect is directly downstream any flow opening or orifice occurs. Due to the fact that in known with steam injection operating flare devices, the supercritical expansion is not limited or directed, is only part of the supercritical energy in that directly downstream of the opening or mouth Area usable.

Die radiale Lage der Dampfeinblasöffnung oder -Öffnungen, die von der äußeren Grenze der Fackelgase mit Abstand getrennt ist, ist ein kritischer Faktor, was die Energieabgabe für die Turbulenz anbelangt, wenn die Facke.lgase danach abbrennen. Dieser Faktor wird durch sich auf"Forschungsergebnisse stützende Werte vorgegeben, derart, daß bei der abstromseitig der Öffnung erfolgenden Vorwärtsbewegung im wesentlichen 9o % der Öffnungsstromenergie in einer Entfernung von annähernd 9 Öffnungsdurchmessern' ajfgebraucht sind (Masters Thesis, Fluid Flow* U. of Tulsa, Richard Martin). Wenn somit die Öffnung einen Durchmesser von 3/8 Zoll hat, dann werden innerhalb einer Gasvorwärtsbewegungsstrecke von 3 3/8 Zoll 9o % der Strömungsenergie des Gases aufgebraucht» Die Turbulenz ist proportional dar Energie,, und daher werden in diesem Falle, nur 1o % der kinetischen Energie genutzt. Aus dieser Tatsache läßt sich schließen, daß im Hinblick auf das Energieturbulenzpotential;, also das Potential dsr kinetischen Energie,, dieThe radial position of the steam injection opening or openings, which is separated by a distance from the outer limit of the flare gases, is a critical factor affecting the energy output for the turbulence when the flare gases burn off afterwards. This factor is based on "research results." supporting values are given, such that the forward movement taking place downstream of the opening essentially 90% of the opening current energy are used at a distance of approximately 9 opening diameters (Masters Thesis, Fluid Flow * U. of Tulsa, Richard Martin). Thus, if the orifice is 3/8 inch in diameter then you will be within a gas advancement distance 3 3/8 inches consumed 90% of the gas flow energy »The turbulence is proportional the energy, and therefore in this case, only 1o% of the kinetic energy is used. From this fact it can be concluded that with regard to the energy turbulence potential ;, so the potential dsr kinetic energy ,, the

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öffnung unmittelbar neben der Gasstromgrenze liegen sollte. Dies ist richtig, wenn die Turbulenz allein in Betracht gebogen wird« Da aber der Endzweck der Turbulenz darin besteht, die Reaktionstemperatur voranzutreiben, müssen die Kompo- . nenten der bevorzugten Reaktionstemperatur vorhanden sein, wenn der Turbulenzzustand erzeugt wird, um die Temperatur weiter ansteigen zu lassen.opening should be immediately next to the gas flow limit. This is correct when the turbulence alone is considered. "But since the end purpose of the turbulence is to To advance the reaction temperature, the compo-. components of the preferred reaction temperature be present, when the turbulent state is created, the temperature to let rise further.

Im Falle des Dampfeinblasens allein würde.die Potential-, reaktion nur die endotherme Umformung betreffen, und ohne angemessenes Temperaturniveau würde diese Reaktion kein : wesentliches Ausmaß erreichen. Daher muß der Dampfstram zur Erzeugung einer angemessenen Wärmemenge für die exotherme Direktoxydation von Kohlenwasserstoffen Luft einsaugen, damit es zum Auftreten von Turbulenz kommt. Somit wird vorzugsweise nahezu 5o % der Dampfstromenergie für Turbulenzenergie und die anderen So V für das Einführen oder Einsaugen von Luft verbraucht. Die Dampf öffnung- niuß in radialer Richtung außerhalb der Grenze des Gass^oms liegen, und zwar in einer Entfernung, die den Zutritt von Luft in die Nähe des austretenden Dampfstroms ermöglicht, wo der Druck unmittelbar an der öffnung kleiner als 1,o29In the case of steam injection alone, the potential reaction would only affect the endothermic transformation, and without an appropriate temperature level this reaction would not reach any significant extent. Therefore, in order to generate an adequate amount of heat for the exothermic direct oxidation of hydrocarbons, the steam stream must draw in air in order for turbulence to occur. Thus, preferably, nearly 5o% of the vapor stream energy for turbulence energy and the other is so consumed V for introducing or sucking air. The steam opening must lie outside the limit of the gas flow in the radial direction, namely at a distance which allows air to enter the vicinity of the emerging steam flow, where the pressure immediately at the opening is less than 1.029

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kp/cm ist. Der bevorzugte Radialabstand außerhalb der Grenze des Fackelgasstroms ist der Abstand, der eine besonders günstige Nutzung der Strömungsenergie bewirkt, wobei jedoch die Befinition der Gasströmungsgrenze entsprechend den Strömungseigenschaften der Vorrichtung, aus der die Fackelgase aus--;-strömen, schwanken kann.2
kp / cm. The preferred radial distance outside the limit of the flare gas flow is the distance which brings about a particularly favorable use of the flow energy, although the definition of the gas flow limit can vary according to the flow properties of the device from which the flare gases flow.

In einigen Fällen, in denen das. Problem der Rauchunter- -.--.-drückung besonders dringend ist, ist es erwünscht, daß die Dampf-Luft-Einblasung in einer Strömungsrichtung erfolgt, die waagerecht verläuft, undnicht in einer Richtung, die in bezug auf die Waagerechte einen gewissen Winkel einnimmt, wie dies typisch für die in den US-PS 2 779 399 und 3 134 424 beschriebenen Vorrichtungen ist.In some cases where the. Smoke suppression -. - .- problem is particularly urgent, it is desirable that the steam-air injection takes place in one direction of flow, that runs horizontally and not in one direction which assumes a certain angle with respect to the horizontal, as is typical of those in US Pat. No. 2,779,399 and US Pat 3 134 424 is the devices described.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Fackelsystem oder eine Vorrichtung zum Abbrennen von Kohlenwasserstoffgasen zu schaffen, wobei Dampf verwendet wird, um ein außerordentlich turbulentes Gemisch aus Fackelgas und Luft plus Dampf zu erzeugen und dadurch eine vollständige Verbrennung des Kohlenstoffes zu erreichen. The object of the invention is therefore to provide a To provide flare system or apparatus for burning off hydrocarbon gases, using steam is to create an extraordinarily turbulent mixture of flare gas and air plus steam and thereby to achieve complete combustion of the carbon.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mehrere Dampfdüsen verwendet werden, die in etwa nach innen in die Kohlenwasserstoffgassäule hineingerichtet sind, welche aus der Spitze eines Fackelkamins austritt.This object is achieved according to the invention in that several steam nozzles are used, which are directed approximately inward into the hydrocarbon gas column which emerges from the top of a torch chimney.

Die besonderen Vorteile dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung beruhen auf der Konstruktion der Düsen, die so getroffen ist, daß die Düsen die überkritische Dampfenergie aufnehmen, speichern und so lenken, daß eine maximale Dampfgeschwindigkeit erzielt wird, die Luft einzieht und diese Luft in turbulenter Weise mit der senkrecht aufsteigenden, aus dem Schornstein auszutragenden Kohlenwasserstoff gassäule vermischt. Eine Zufuhrleitung großen^Durchmessers und eine kreisrunde Kopfleitung sind in der Nähe der Spitze des Fackelkamins vorgesehen und umgeben diese Spitze. Von dieser Leitung gehen mehrere, senkrechte Steigerrohre aus, die einen Radialabstand aufweisen und außerhalb der Spitze des Fackelkamins liegen und unter geeigneten Winkeln nach innen und nach oben zu in den aus derKaminspitzB austretenden Gasstrom hineingerichtet sind.The particular advantages of this device according to the invention are based on the design of the nozzles, which is made in such a way that the nozzles absorb the supercritical steam energy absorb, store and direct so that a maximum steam speed is achieved, the air draws in and this air in a turbulent manner with the vertically rising hydrocarbon to be discharged from the chimney mixed gas column. A large diameter supply pipe and a circular header are provided near and surround the top of the flare Top. Several vertical riser pipes extend from this line, which are radially spaced and outside from the top of the torch chimney and at appropriate angles inwards and upwards towards the top of the chimney B. exiting gas flow are directed into it.

Der besondere Vorteil der Düse gegenüber der Mündung ist der, daß die Düse den Dampfstrom umschließt und lenkt und auf diese Weise seine Energie konserviert, während die Mündung dem Dampfstrom die Möglichkeit gibt, sich beinahe kugelförmig auszudehnen. Im folgenden werden zwei wichtige Dampfdüsentypen beschrieben, die sich bei der Ausnutzung und Umwandlung der Dampfenergie in hohe GeschwindigkeitThe particular advantage of the nozzle over the mouth is that the nozzle encloses and directs the steam flow and in this way conserves its energy, while the Mouth gives the steam the opportunity to expand almost spherically. The following are two important ones Types of steam nozzles described, which can be used when using and converting the steam energy to high speed

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aufweisende, überkritische Dampfstrahlen, die zur Erzeugung eines turbulenten Gemisches aus Gasen und Luft benutzt werden, als besonders wirksam erwiesen haben, so daß die eingangs genannten drei grundlegenden Forderungen für die rauchlose bzw.raucharme Verbrennung, nämlich Turbulenz, Temperatur und Zeit erfüllt werden. · having supercritical steam jets that are used to generate a turbulent mixture of gases and air are used, have proven to be particularly effective, so that the initially The three basic requirements for smokeless or low-smoke combustion, namely turbulence, temperature and time, are met. ·

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: .The invention is illustrated below with reference to the drawing illustrated embodiments explained in more detail. In the Drawing show:.

Figur 1 und 2 eine Drauf- und eine Teilschnittansicht der Vorrichtung zur rauchlosen Verbrennung von Kohlenwasserstoff gasen, Figures 1 and 2 a plan view and a partial sectional view of the device for smokeless combustion of hydrocarbon gases,

Figur 3A, 3B und 3C drei unterschiedliche Dampfdüsen, dieFigures 3A, 3B and 3C three different steam nozzles, the

für:die Vorrichtung benutzbar sind, und -for: the device can be used, and -

Figur 4A, 4B und 4C Darstellungen, die über die Anordnung und Ausrichtung der Dampfdüsen Aufschluß geben. _t FIGS. 4A, 4B and 4C representations which provide information about the arrangement and orientation of the steam nozzles. _t

In den Figuren 1 und 2 bezeichnet 1o die Fackelkaminspitze, während das Bezugszeichen 12 auf die Sammelleitung und Steigerrohre gerichtet ist, die Dampf in die brennenden Gase einspeisen. Der Fackelkamin ist als senkrechte, rohrförmige Säule 16 dargestellt, an dessen oberem Ende' mit Hilfe eines Bandes oder Trägers 2o auf der Kaminaussenwand eine Spitze. 18 befestigt ist. Diese Spitze 1ß weist mehrere rund um.den Umfang mit Abstand verteilte Öffnungen 21 und 22 auf,, die üblich sind.In Figures 1 and 2, 1o denotes the flare top, while reference numeral 12 is directed to the manifold and riser pipes that feed steam into the burning gases. The flare chimney is shown as a vertical, tubular column 16, at its upper end 'with the help of a Ribbon or carrier 2o on the chimney outer wall a point. 18 is attached. This tip 1ß has several around.den Circumferentially spaced openings 21 and 22 on ,, the are common.

Ein ringförmiges Sammelleitungsrohr 24 umgibt den Schornstein in Spitzennähe. Dieses Rohr weist einen großen Durchmesser auf und wird über ein senkrechtes Zufuhrröhr 25 vonAn annular manifold pipe 24 surrounds the chimney near the top. This tube has a large diameter on and is via a vertical feed tube 25 of

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-f--f-

einer Dampfquelle mit Dampf gespeist, wobei das Zufuhrrohr 25 ebenfalls einen größeren Durchmesser hat, so
daß dann, wenn Dampf aus der Quelle, beispielsweise aus einem Boiler, durch die Sammelleitung 24 strömt, ein
nur minimaler Druckverlust auftritt. In ähnlicher Weise sind einen großen Durchmesser aufweisende, senkrechtea steam source fed with steam, wherein the supply pipe 25 also has a larger diameter, so
that when steam from the source, for example from a boiler, flows through the manifold 24, a
only minimal pressure loss occurs. Similarly, large diameter are perpendicular

Steigerrohre 26 vorgesehen, und zwar gewöhnlich mehrere Rohre dieser Art, die rund um die Sammelleitung 24 in einem Winkelabstand verteilt sind. Diese Steigerrohre erstrecken sich senkrecht bis zu einer Stelle über der Spitze des
Fackelkamins und sind dann nach innen gebogen, und zwar unter einem Winkel zu derSenkrechten, der eine Funktion der Lage der Düsenspitze in radialer Richtung außerhalb des Fackelgasstroms und des senkrechten Abstandes über
der Spitze ist, wie dies im folgenden in Verbindung mit den Figuren 4A, 4B und 4C erläutert wird.Riser pipes 26 are provided, usually a plurality of pipes of this type, which are distributed around the manifold 24 at an angular distance. These riser tubes extend vertically to a point above the top of the
Flare chimney and are then bent inwardly at an angle to the vertical which is a function of the position of the nozzle tip in the radial direction outside the flare gas flow and the perpendicular distance above it
is the tip, as discussed below in connection with Figures 4A, 4B and 4C.

Wie bereits in der Beschreibungseinleitung dargelegt wurde, ist die Erhaltung der Geschwindigkeitsenergie oder Bewegungsenergie des Dampfes und ihre wirksame Umwandlung in überkritische Dampfaustrittsgeschwindigkeit am Austrittsende der Düse für die Erreichung der maximalen Luftzufuhr in die Verbrennungszone und maximaler Turbulenz in dieser Zone von außerordentlicher Bedeutung, Der ideale Düsentyp ist in Figur 3A dargestellt. Er weisi/einen Eintrittsteil 34, einen Halsteil 36 und einen Expansionsteil38 auf, der
von dem Halsteil 36 aus zum Austrittsende 4o der Düse
leicht divergiert oder sich nach aussen erweitert.As already explained in the introduction to the description, the preservation of the velocity energy or kinetic energy of the steam and its effective conversion into supercritical steam exit speed at the outlet end of the nozzle for achieving the maximum air supply in the combustion zone and maximum turbulence in this zone is of extraordinary importance, The ideal nozzle type is shown in Figure 3A. He has an entry part 34, a neck part 36 and an expansion part 38 which
from the neck portion 36 to the outlet end 4o of the nozzle
slightly diverges or widens outwards.

Im Idealfall ist die Dampfdüsenkonstruktion, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, so getroffen, daß das Verhältnis des zustromseitigen Druckes P* zum abstromseitigen Druck P₂ (alle Drücke sind Absolutdrücke) größer
als 2 ist, Dadurch ist in der Düse die Strömungsgeschwindig-Ideally, the steam nozzle construction to which the present invention relates is such that the ratio of the upstream pressure P * to the downstream pressure P ₂ (all pressures are absolute pressures) is greater
than 2, This means that the flow velocity in the nozzle is

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keit im Bereich des Halses 36 kritisch bzw. entspricht ■ der Schallgeschwindigkeit, während sie im Expansions- ...... ." teil 36 eine zusätzliche Beschleunigung erfährt, weil abstromseitig des Teils 36 eine Expansion eintritt,wodurch sich bei P2 eine gerichtete überkritische Strömungsgeschwindigkeit einstellt. Diese Strömungsenergie zieht zusätzliche Verbrennungsluft in die brennende Fackel hinein und erzeugt zusammen mit den brennenden Fackelgasen eine Turbulenz und ein Gemisch, das eine wirksame rauchlose Verbrennung- gewährleistet. Der Expansionsteil der Düse 38 weist einen eingeschlossenen räumlichen Winkel von etwa 7 - 14 auf-.speed in the area of the neck 36 is critical or corresponds to ■ the speed of sound while in expansion ....... " part 36 experiences an additional acceleration because downstream of the part 36 an expansion occurs, as a result of which sets a directed supercritical flow velocity at P2. This flow energy draws additional combustion air into the burning torch and generates it together with the burning flare gases a turbulence and a mixture that ensures an effective smokeless combustion. The expansion part of the nozzle 38 has a enclosed spatial angle of about 7-14.

Es wurde festgestellt, daß sich anstelle der in Figur 3A dargestellten Düse, die bei richtiger konstruktiver Auslegung den größten Wirkungsgrad erzielt, ein befriedigender Ersatz verwenden läßt* der "in Figur 3A gezeigt ist. Dieser Ersatz besteht aus einem zylindrischen· .MetalIbluck 42, in dem an dem einen Ende 43 eine Axialöffnung 44 eingebohrt ist und an dem Austrittsende 47 eine Axialöffnung größeren Durchmessers. Die Öffnung 44 entspricht dem Halsteil 36 der Düse von Figur 3A, während der Expansionsteil dem größeren Durchmesserteil 48 entspricht. Der Durchmesser des Halsteils beträgt D, und die entsprechende Länge ist mit X bezeichnet. Der Expansionsteil weist die Länge Z ; auf, und sein Durchmesser ist mit Y bezeichnet.It was found that instead of that shown in FIG. 3A The nozzle shown, which achieves the greatest efficiency with a correct structural design, can be used as a satisfactory substitute * which is shown in FIG. 3A. This replacement consists of a cylindrical metal block 42, in which an axial opening 44 is drilled at one end 43 and an axial opening 44 at the outlet end 47 larger diameter. The opening 44 corresponds to the neck portion 36 of the nozzle of Figure 3A, during the expansion portion corresponds to the larger diameter part 48. The diameter of the neck portion is D and the corresponding length is denoted by X. The expansion part has the length Z; and its diameter is marked Y.

Jede Abmessung X> Y und Z kann zur Erzielung optimaler Bedingungen einen begrenzten Bereich haben. So kann beispielsweise X im Bereich zwischen o,5 D und 2 D liegen. . Γ X kann im Bereich von 1, o'5 D und 1,5o D liegen, während für Z der Bereich o,2 D bis 0,60 D angegeben werden kann.Each dimension X> Y and Z can be used to achieve the most optimal Conditions have a limited range. For example, X can be in the range between 0.5 D and 2 D. . Γ X can be in the range of 1.05 D and 1.5o D while for Z the range o.2 D to 0.60 D can be specified.

Eine dritte Düse, die nur aus einer öffnung, oder Mündung besteht, ist in Figur 3C dargestellt. Hierbei weist dasA third nozzle that only comes from one orifice, or mouth is shown in Figure 3C. This shows that

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Dampfrohr 28 eine Öffnungsplatte 5o auf, in der sich eine zentrale öffnung ader Mündung 52 befindet. Diese Düse ermöglicht nur einen Dampfaustritt, jedoch keine wesentliche Rückgewinnung von Überschallenergie. Deshalb läßt sich diese Düse nur für nichtkritische Fälle einsetzen, ist also in ihrem Verwendungsbereich beschränkt. D,ie Lage der Düse in bezug auf die Gassäule ist sehr wichtig. Wenn allein die Geschwindigkeit in Betracht gezogen wird, dann sollte die Düse soweit innen liegen, daß die Dampfgeschwindigkeit weit in die Säule aufsteigenden Gases hineinwirkt. Andererseits sollte die Düse weit genug außerhalb liegen, um eine gewisse Luftmenge mit dem Dampf einzuziehen, um die Verbrennung zu unterhalten* Desweiteren sollte die Düse abstrom-seitig zu der Spitze des Fackelkamins liegen, um dem Gas eine gewisse Möglichkeit zu geben, teilweise zu verbrennen und dem Gemisch Wärme zuzuführen. Das Eintreten des Dampfes und die dementsprechende Umformung bringt eine Abkühlung mit sich.Steam pipe 28 has an opening plate 5o in which a central opening of the mouth 52 is located. These The nozzle only allows steam to be discharged, but not substantial recovery of supersonic energy. That's why this nozzle can only be used for non-critical cases and is therefore limited in its area of application. The The position of the nozzle in relation to the gas column is very important. If speed alone is taken into account, then the nozzle should be inward enough for the steam speed acts far into the column of rising gas. On the other hand, the nozzle should be far enough outside lie to draw in a certain amount of air with the steam, to maintain the combustion * Also, the nozzle should be downstream to the top of the flare in order to give the gas a certain possibility to burn partially and to add heat to the mixture. The entry of the steam and the corresponding deformation brings about a cooling.

Bezüglich der Lage der Düse ist jedoch ein gewisser Spielraum vorhanden, obgleich die Beziehung zwischen den Abständen und dem Winkel von wesentlicher Bedeutung ist. Wenn die Düsenaustrittsöffnung nahe an dem Gasstrom plaziert wird, beispielsweise in einem Aussenabstand von ü, wubei D der Durchmesser der Düse ist, dann sollte der Winkel, den die Düse mit der Horizontalen einschließt, zwischen 5o und 8o° liegen, und die Düse sollte in geringer Entfernung, vorzugsweise etwa 2,54 cm, über dem Spitzenrand des Schornsteins ßo angeordnet sein. Dies ist in Figur 4A dargestellt, wo. das Bezugszeichen Bo die Schornsteinspitze bezeichnet, während 62 auf die hochstehende Fackelgassäule gerichtet ist, und der Punkt 64 die Lage der Austrittsöffnung der Dampfdüse anzeigt. Wie in Figur 4B dargestellt ist, sollte dann, wenn die Düse in radialer Richtung um einen Abstand 2Ü nach innen verschoben wird, die Düse in eine Lage 7,6^cuber der Fackelkaminspitze angehoben werden,However, there is some latitude in the location of the nozzle, although the relationship between the distances and the angle is essential. If the nozzle outlet opening is placed close to the gas flow, for example at an outer distance of ü, where D is the diameter of the nozzle, then the angle that the nozzle makes with the horizontal should be between 5o and 8o °, and the nozzle should be in a short distance, preferably about 2.54 cm, above the top edge of the chimney ßo be arranged. This is shown in Figure 4A where. the reference character Bo denotes the chimney top, while 62 is directed at the upright torch gas column, and the point 64 indicates the position of the outlet opening of the steam nozzle. As shown in Figure 4B, when the nozzle is shifted in a radial direction by a distance 2Ü inward, the nozzle should be raised to a position 7.6 ^c above the flare tip,

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und der Winkel der Düse sollte kleiner sein, nämlich im Bereich zwischen 3o und 45 °. Geht man noch weiter nach aussen, und zwar etwa um eine Entfernung von 4D, dann sollte, der Punkt 64 oder die Lage der Austrittsöffnung der Düse um eine Strecke 11dem angehoben werden, und der Düsenwinkel sollte auf einen Wert zwischen 2o und 3o ° verkleinert werden. Dieser.Zusammenhang von Winkel und Lage der Düse ist im Hinblick auf die Erreichung einer maximalen Verbrennungsluftmenge und einer maximalen Turbulenz für die Gasverbrennung bestimmt worden. Entgegenwirkende Einflußgrößen, wie maximale Winkelgeschwindigkeit und Konstruktion und Eigenschaften des Fackelkamins müssen berücksichtigt werden.and the angle of the nozzle should be smaller, viz in the range between 3o and 45 °. One goes even further outwards, about a distance of 4D, then point 64 or the position of the outlet opening of the nozzle should be raised by a distance and the nozzle angle should be between 2o and 3o ° can be reduced. This context of The angle and location of the nozzle is with a view to achieving it a maximum amount of combustion air and a maximum turbulence for gas combustion has been determined. Counteracting influencing factors, such as maximum angular velocity and construction and Features of the torch chimney must be taken into account will.

Die oben beschriebene Ausführungsform weist demnach mehrere Dampfdüsen auf, die gemäß den in den Figuren 3A, 3B und 3C dargestellten Düsen gebaut sind und bezüglich ihrer Abmessungen und der Winkelbereiche den in den Figuren 4A, 4B und 4C enthaltenen; Angaben entsprechen, und die durch einen großen Durchmesser aufweisende SteigBrrohre und Sammelleitungsrohrs mit Dampf gespeü werden, so daß eine nur minimale Verringerung des Dampfdruckes zwischen der Dampfquelle oder dem Boiler und den Düsen eintritt. Somit läßt sich der Boiler -" dampfdruck wirkungsvoller zur Erzeugung von Dampfstrahlen hoher Geschwindigkeit nutzen, um dadurch beim Mischen und rauchlosen Verbrennen der Fackelgase eine außerordentlich hohe Turbulenz zu erzeugen. .The embodiment described above accordingly has a plurality of steam nozzles which, according to the FIGS 3A, 3B and 3C are built and the nozzles shown in terms of their dimensions and the angular ranges contained in Figures 4A, 4B and 4C; Correspond to specifications, and the large diameter riser and manifold with steam so that there is only a minimal reduction the steam pressure between the steam source or the boiler and enters the nozzles. This allows the boiler to "steam pressure" more effectively to generate steam jets use high speed to make mixing and Smokeless burning of the flare gases is an extraordinary one to generate high turbulence. .

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Claims

J1 J Device for the smokeless combustion of combustible ■ waste gases, with a device for conveying the waste gases in a flare chimney vertically upwards to the top of the chimney, a device for igniting and maintaining the combustion of the waste gases at or above the top of the chimney, also with several steam injection nozzles, distributed around the perimeter of the chimney near the tip and directed at the burning gases, and with means for supplying pressurized steam to the nozzles, characterized in that the nozzles (34, 36 »38, 44 , 46, 48j 52) are provided with elements (3o, 4oj 47, 48) which allow the steam to flow out of the nozzles at a supercritical speed.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the direction of flow of steam up over the top (18) of the chimney (16) and into the burning gases runs.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the nozzle has an insert (3o) which forms a cylinder, which has an inwardly narrowing entry part (34), a short neck part (36) and an expansion part (38).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the expansion part (38) from the neck part (36) from below diverges at an angle of 7 to 14 °.

5. The device according to claim 1, characterized in that the nozzle (14) has a cylinder C42) with a neck part (44) of a diameter (D) and a length between 0.5 D and 2D is provided, and an expansion part (48) with a diameter of 1.05 D to 1.5 D and

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a length of 0.2D to 0.6D-.

6. The device according to claim 1, characterized in that »'that the outlet opening (4o) of each nozzle (14) from the circumference of the ascending gas flow (62) is arranged radially outside at a distance (D), CD) being the diameter of the neck part (36) of the nozzles -.CI4-), and the outlet opening is arranged approximately 2.54 cm above the top of the flare chimney (60.) at an angle between 50 and 80 ⁿ to the horizontal.

7. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the outlet opening (4o) of the nozzles (14) in the radial direction outside the circumference of the rising gas flow (62) is arranged at a distance (2D), where (D) the The diameter of the neck portion of the nozzles and the exit orifice is approximately two inches above the top of the flare chimney (6: 0) and at an angle of 3o to 45 ° to the Is arranged horizontally.

8. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the outlet opening (4o) of the nozzles (14) in radial Direction 'at a distance (4D) outside the circumference of the ascending gas stream (62) is arranged, wherein (D) is the diameter of the neck portion of the nozzles and that the exit opening is 10.16 cm above the top of the flare (62) and at an angle of 2o to 3o ° to the Is arranged horizontally.

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