DE2414836C3 - Abgasfackelbrenner - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Abgasfackelbrenner zur rauchlosen Verbrennung von Kohlenwasserstoffgas, mit einer öffnung, durch die hindurch zu verbrennendes Kohlenwasserstoffgas austritt, und mit einer Einrichtung zur Dampf- und Luftzumischung zu dem Kohlenwasserstoffgas, die mit radial angeordneten Stegen versehen ist, welche Dampf- bzw. Luftaustrittsöffnungen aufweisen.

Bei einem bekannten Abgasfackelbrenner der Art (DE-OS 19 94 876) wird versucht, eine stabile, zylindrisehe, aufsteigende Kohlenwasserstoffsäule zu erzeugen, die möglichst rauchlos verbrennen soll. Dazu wird durch die radial verlaufenden Rohre Dampf herangeführt, der in Form von Dampfstrahlen hoher Geschwindigkeit in den Gasstrom hineingerichtet wird, um in die aufsteigende Gassäule Luft einzuführen und ein turbulentes Gemisch aus Dampf, Gas und Luft zu erzeugen. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil des höheren Gewichtsverhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenstoff aufgrund der Umformungswirkung des Dampfes, die sich durch den durch die Turbulenz verursachten abrupten Temperaturanstieg in der Gemischzone einstellt.

Auf dem Gebiet der rauchlosen oder raucharmen Verbrennung von Fackelgasen ist es bekannt, daß die Neigung zur Raucherzeugung bei der Verbrennung von Fackelgasen von dem Gewichtsverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff abhängt. Im Falle von Methan beispielsweise, für das das Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis (H/C) 0,33 beträgt, besteht nur eine sehr geringe Neigung zur Rauchbildung bei dem normalen Abfackeln. Äthan weist ein kleineres H/C-Verhältnis auf, das 0,25 beträgt, und erzeugt beim Abbrennen eine erhebliche Rauchmenge. Betrachtet man diejenigen Kohlenwasserstoffe, deren Wasserstoff/Kohlenwasserstoff-Verhältnis noch kleiner ist, so weist beispielsweise Propan ein Verhältnis von 0,222 auf und entwickelt noch mehr Rauch. Für Butan gilt ein H/C-Verhältnis von nur 0,208, so daß die Rauchentwicklung dementsprechend stärker ist. Erfahrungen haben gezeigt, daß dann, wenn das Durchschnittsverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff in den Fackelgasen kleiner als 0,30 ist, eine Neigung zur Rauchbildung bei der Fackelgasverbrennung vorhanden ist, so daß beim gegenwärtigen Stand der Technik Dampf oder andere rauchunterdrückende Mittel eingeblasen werden müssen.

Um den Verbrennungswirkungsgrad durch Ausnutzung der kinetischen Energie der aufsteigenden Abgassäule mit dem Ziel zu verbessern, zusätzliche Luft von außen ins Innere der aufsteigenden Abgase hineinzuführen und dadurch das Verbrennungsgemisch insofern zu verbessern, als eine schnellere Verbrennung der Abgase erreicht wird, muß dafür gesorgt werden, daß im Bereich oberhalb der radial angeordneten Stege Unterdruck erzeugt wird. Diese Unterdruckwirkung darf jedoch !licht dazu führen, daß der zur Verbrennung in die Abgase eingeleitete Dampf unmittelbar für einen Druckausgleich sorgt, so daß von außen im wesentlichen keine zusätzliche Luft in die Verbrennungszone eingesaugt wird.

Diese Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, den Abgasfackelbrenner der genannten Art so auszubilden, daß die Energie der aufsteigenden Gassäule dazu dient, Luft ins Innere dieser Säule hineinzuführen und so die Gemischbildung aus Luft und Gas zu fördern, ohne daß die verwendeten Einbauten in Form der radialen Stege die Unterdruckbildung durch eine zu starke Verwirbelung der aufsteigenden Gase erheblich beeinträchtigen, wie dies bei bekannten Einbauten (LAPiS Heft 44 [ 1962], Seite 25), der Fall ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stege im Bereich der Dampf- bzw. Luftaustrittsöffnungen als flache Bänder ausgebildet sind, die auf ihrer Oberseite ein parallel zur Steglängsachse verlaufendes, mit seitlichen Dampf- bzw. Luftaustrittsöffnungen versehenes Dampf- bzw. Luftzuleitungsrohr tragen und auf ihrer Unterseite mit einer keilförmigen Strömungsteilerhaube versehen sind.

Durch diesen Vorschlag wird erreicht, daß nicht nur Dampf bzw. Luft aus den dafür vorgesehenen öffnungen der radialen Stege in den Abgasstrom hineingesaugt wird, sondern daß auch noch eine ausreichende Zufuhr von Zusatzluft in radialer Richtung zur Fackelmitte hin bewirkt wird, die zu einer beinahe vollständigen Verbrennung der Fackelgase führt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsvorschlags lassen sich die Stege waagrecht über einen Teil des Querschnitts der öffnung führen und so bauen, daß auf ihrer Oberseite die Dampf- bzw. Luftzuleitungsrohre aufgeschweißt sind. Diese Dampfbzw. Luftzuleitungsrohre können entweder durch ein zentrales Zuleitungsrohr in der Brennerachse mit Dampf bzw. Luft versorgt werden oder durch eine Sammelrohrleitung um den Brennerumfang, an die die einzelnen T.uleitungsrohre angeschlossen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der

Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1, 2 und 3 Ansichten einer ersten Ausführungsform, bei der die kinetische Energie des Gases allein zur Lufteinleitung verwendet wird,

Fig.4, 5, 6, 6A und 6B Ansichten einer zweiten Ausführungsform, die die Merkmale df τ ersten Ausführungsform enthält und zusätzlich mehrere rund um den Umfang angeordnete Dampfdüsen, die Luft in die aufsteigende Gassäule einsaugen und außerdem eine RauchunterJrückungswirkung ausüben,

Fig. 7, 8, 9, 10 und 11 Ansichten einer dritten Ausführungsform, bei der zusätzlich zu der die zweite Ausführungsform kennzeichnenden Konstruktion radiale Dampfrohre vorgesehen sind, die sich unmittelbar oben auf den Hindernissen der ersten Ausführungsform befinden und mit mehreren in eine waagerechte Richtung weisenden Öffnungen versehen sind, durch die Dampf waagerecht in die verschiedenen Sektoren der Gassäule einblasbar ist, und

Fig. 12 und 13 Ansichten einer vierten Ausführungsform, bei der Dampfrohre in Verbindung mit radialen Hindernissen benutzt werden, wobei jedoch der Dampf für diese Rohre durch ein vertikales, axiales Dampfrohr hindurchgeführt wird, das sich in der Längsachse des Fackelkamins erhebt und mehrere radiale Arme trägt.

In den Fig. 1, 2 i,nd 3 ist eine Draufsicht auf den oberen Teil eines Fackelkamins gezeigt. Fig 2 beschreibt eine senkrechte Querschnittsansicht des Fakkelkamins von Fig. 1. Der Fackelkamin oder -Schornstein ist allgemein mit 10 bezeichnet, während die Hinderniskonstruktion das Bozugszeichen 12 trägt.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind sechs radiale Stäbe oder Streifen vorgesehen, die, wie in F i g. 3 gezeigt, mit ihrer flachen Oberfläche in einer waagerechten Ebene liegen. Obgleich sechs solche Stäbe dargestellt sind, können, wie aus Fig.4 ersichtlich, auch vier Verwendung finden, woraus sich ergibt, daß sich jede gewünschte Anzahl derartiger Stäbe, Hindernisse oder Strömungsteiler einbauen läßt. Je größer der Durchmesser des Fackelschornsteins ist, desto mehr radiale Arme werden im allgemeinen vorgesehen, wobei beabsichtigt ist, die aufsteigende, stabile zylindrische Gassäule in mehrere Sektoren aufzubrechen, und zwar mit Abstand unmittelbar über den Hindernissen dazwischengeschlcuster Luft. Aufgrund der Geschwindigkeit des Gases wird dieses aus dem zylindrischen Raum unterhalb der Stäbe in einem kleinerem Raum zusammengepreßt, der der Gesamtquerschnittsfläche der Sektoren entspricht, von denen einer bei 21 gezeigt ist. Diese Querschnittsreduzierung erzeugt eine höhere Geschwindigkeit, wodurch sich in dem Raum unmittelbar darüber, d. h. also auf der Abstromseite der Stäbe 18 ein niedriger Druck ergibt. Diese Anhäufung des Gases in dem Sektorraum ist in Fig. 3 dargestellt, wo die Pfeile 22 bis unter den Stab 18 steigen und bei 23 auseinanderstreben und sich seitlich des Stabes in den Räumen 21 anhäufen. Aufgrund des auf der Oberseite der Stäbe 18 herrschenden geringeren Druckes entsteht eine radiale Luftströmung, wie sie durch die Pfeile 24 dargestellt ist, von außerhalb des Schornsteines über die Oberseite der Stäbe hinweg und dann seitwärts, wie durch die Pfeile 26 angedeutet, direkt in die aufsteigenden Gassäulen hinein.

Auf diese Weise wird Luft von außerhalb des Schornsteins oder Kamins in den zentralen Teil der Gassäule eingeleitet. Die Verbrennung kann daher über den ganzen Querschnitt der Gassäule erfolgen, wobei eine größere Wärmemenge und höhere Turbulenz erzeugt wird, die die schnelle und rauchlose Verbrennung fördern.

Durch Versuche wurde festgestellt, daß die Benutzung solcher Hindernisstäbe oder streifen, die Luftzuführung in die Gassäule hinein so stark fördert und verbessert, daß die Raucherzeugung bei irgendeinem zur Rauchbildung neigenden Gas zurückgeht, ohne daß irgendwelche anderen Mittel zur Rauchunterdrückung

ίο eingesetzt werden.

Der aus den Radialstäben 18 bestehende Rahmen wird vorzugsweise mit Hilfe einer Platte 19 fest verspannt, die selbst als Hindernis wirkt. Die Stäbe werden an ihren äußeren Enden durch Elemente getragen, die an der Wand 14 oder der Spitze 16 des Schornsteins angeschweißt bzw. angeschraubt sind.

Im folgenden werden noch drei weitere Ausführungsformen beschrieben, die bei Verwendung von Dampf als Rauchunterdrückungsmittel immer mehr zum Einsatz gelangen. In den Fig.4, 5 und 6, 6A und 6B ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, bei der radiale Stäbe 18, eine zentrale Platte 19 und mehrere Sektoren 21 wie im Falle der Fig. 1, 2 und 3 vorgesehen sind. Zusätzlich jedoch ist in den Fig.4, 5 eine ringförmige Sammelleitung 34 vorhanden, die sich rund um die Außenseite des Schornsteins erstreckt und mehrere Steigrohre 36 aufweist, von denen jedes wenigstens eine oder mehrere nach innen weisende öffnunge besitzt, die bei 37 gezeigt sind. Diese Konstruktion ist im Detail in F i g. 6 zu ""ehen. Der Dampf steigt, wie durch den Pfeil 38 angedeutet, von der Sammelleitung durch die Rohre 36 nach oben und tritt in einer mehr oder weniger waagerechten, radialen Richtung, wie durch den Pfeil 39 gezeigt, aus. Dieser eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Dampfstrahl bewegt sich in radialer Richtung in die Gassäule hinein und reißt dabei, wie durch die Pfeile 40 sichtbar gemacht, Luft mit, so daß zusätzlich zu der günstigen Wirkung, die die in Fig. 2 gezeigte Konstruktion ausübt, mit Hilfe des Dampfes dieser vielen radialen Dampfstrahlen noch Luft zusätzlich in die Gassäule hineingeführt wird.

Die Fig. 6A und 6B machen deutlich, daß mehr als nur eine einzige nach innen zeigende öffnung vorgesehen werden kann. Dieser Konstruktion liegt der Gedanke zugrunde, daß, wie aus Fig.4 ersichtlich, diejenigen Steigrohre, die mit den Stäben 18 in Reihe ausgerichtet sind am besten eine Dampfdüse aufweisen, die in radialer Richtung nach innen zu über den Stab hinweg gerichtet ist, und weitere Dampfdüsen, wie bei 42 und 43 dargestellt, die mehr oder weniger in den Raum der Sektoren 21 hineingerichtet sind. An einer Stelle auf dem Umfang zwischen den radialen Hindernissen 18 braucht nur eine einzige Düse vorhanden zu sein, die radial nach innen gerichtet ist, wie bei 41 gezeigt, da der aus der Düse abgegebene Dampfstrahl direkt in den Raum des Sektors hinein verläuft und dabei entsprechend den Pfeilen 45 Luft mitnimmt und diese turbulent mit dem Gas vermischt Während die F i g. 1 und 3 zeigen, wie die Luft über die Oberfläche der Hindernisse 18 eingeleitet wird und seitwärts abströmt, wie durch die Pfeile 26 gezeigt, geschieht dasselbe unter den Düsen bzw. Dampfstrahlen 49, so daß entlang der Grenzen der Sektoren Luft und Dampf eingeleitet werden, die mit den Flanken der aufsteigenden Gassektoren in günstige Berührung treten.

In den F i g. 7, 8, 9, 10 und 11 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt, bei der zusätzlich zu den

Hindernissen 12 und der Vielzahl der Steigrohre und Dampfdüsen, die allgemein in F i g. 4 mit 29 bezeichnet sind, noch eine weitere Dampfzufuhr zu dem Gas mit Hilfe mehrerer Dampfdüsen vorgesehen ist. Zu diesem Zweck sind als Teil des Dampfsystems mehrere waagerechte Rohre 50 vorhanden, die von dem Steigrohr 51 ausgehen. Die Dampfrohre 50 sind mit den Hindernissen 54 fluchtend ausgerichtet, liegen also mit diesen Hindernissen in einer Linie, und tragen mehrere öffnungen auf jeder Seite der Rohre, so daß auch |₀ mehrere Dampfströme 56 erzeugt werden, wie dies in F i g. 7 dargestellt ist. Wie bereits bei der vorgehenden Ausführungsform so wird auch hier Luft entsprechend den Pfeilen 58 eingeleitet, die sich an dem Dampfrohr unterhalb dieses Rohres entlangbevvegt sowie über die _s$ Arme 54, und in seitlicher Richtung in die Sektoren 21 hineinströmt, wie durch die Pfeile 56 angedeutet ist.

Fig. 10 zeigt, daß das Dampfrohr 50, das sich von dem Sammelleitungssteigrohr aus radial nach innen erstreckt, an seinem Ende eine öffnung 62 aufweist, die in dem Mittelteil der Säule noch mehr Turbulenz erzeugt. Diese Rohre 50 sind an die Platten 54 angeschweißt, die das Haupthindernis bilden und für die Lufteinleitung sorgen, wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Wie aus F i g. 5 ersichtlich ist, weist die Spitze 16 des Fackelkamins oder Fackelschornsteins eine charakteristische Form auf, wobei mehrere öffnungen, wie bei 27 und 28 dargestellt, vorhanden sind, die auch in Fig.4 zu sehen sind. Diese öffnungen lenken mehrere Gasstrahlen nach oben in die Luft-Gas-Grenzschicht hinein und bewirken, daß Luft in den Außenwandbereichen der Sektoren hineingeführt wird und die Turbulenz sowie die Mischung auf der äußeren Oberfläche dadurch verbessert. Dies ist auch in der Draufsicht von Fi g. 7 dargestellt. Obgleich bekannte Systeme der eingangs genannten Art von diesem Mittel ebenfalls Gebrauch machen, sind diese Systeme nicht so beschaffen, daß Luft in die Mitte der Gassäule hineingeleitet wird, und gerade damit befaßt sich das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem, dessen beschriebene Lösung eine meßbare Verbesserung der bekannten Systeme bietet. In Fig.9 ist eine geringfügige Abänderung des Widerstandsstabes 54 dargestellt, bei der ein Paar zylindrische Segmente 65 verwendet werden, die an dem Boden des Stabs 54 angeschweißt sind und als Führungselemente für den Dampfstrom dienen, der sich gemäß den Pfeilen 62 bewegt, wodurch die Geschwindigkeit des Gases bei seinem Vorbeigang an dem Stab vergrößert wird, was wiederum eine Verbesserung der Druckabsenkung zur Folge hat, die für das Ansaugen von Luft erforderlich ist.

In den Fig. 12 und 13 schließlich ist die vierte Ausführungsform dargestellt, die der dritten Ausführungsform der Fig. 7 bis 11 ähnlich ist und sich von dieser nur darin unterscheidet, daß die waagerechten Dampf rohre 71 hier mit Dampf aus einem zentralen, senkrechten, axialen Dampfrohr 72 versorgt werden, das am oberen Ende durch die Platte 74 verschlossen ist und öffnungen 76 aufweist, die Dampf in die radialen Rohre 71 abgeben. Jedes dieser Rohre ist mit mehreren waagerechten öffnungen 78 ausgestattet, durch die Dampf gemäß den Pfeilen 79 ausströmt. Die ringförmige Sammelleitung 34 kann trotzdem noch vorhanden sein, um Dampf den Steigrohren 76, wie in F i g. 5 gezeigt, zuzuführen. Die Dampfrohre 71 lassen sich aber auch ohne ringförmige Sammelleitung verwenden. Die Dampfrohre 71 s'tzen auf Stäben 70, wie dies auch bei ' den anderen Auslührungsformen der Fall gewesen ist, und der Gasstrom, Dampfstrom und Luftstrom findet gemäß der in F i g. 9 dargestellten Weise statt.

Die Grundidee der Erfindung beruht auf der Verwendung von Hindernissen, durch die die kinetische Energie der aufsteigenden Gassäule dazu verwendet werden kann, Luft in die Gassäule hineinzuführen. Da jedoch auch diese erfindungsgemäße Verbesserung gewisse Grenzen hinsichtlich der zu lösenden Aufgabe nämlich der rauchlosen Verbrennung von Fackelgasen aufweist, kann die Benutzung von Dampf als Rauch Unterdrückungsmitte! immer noch geboten erscheinen,so daß die diesbezüglichen Einsatzmöglichkeiten vor Dampf bei der zweiten, dritten und vierten Ausführungsform zu beschreiben waren. Die zweite Ausfüh rungsform benutzt einfach mehrere Steigerrohre unc radial gerichtete Dampfdüsen bzw. Dampfstrahlen. Die dritte und vierte Ausführungsform benutzen zusätzlich Dampfrohre, die oben auf den Hindernisstäben plazier! sind und waagerechte Dampfsirahlen abgeben, die seitlich in die Sektoren der Gassäule hineingerichte sind. Der Unterschied zwischen der dritten und vierter Ausführungsform besteht in der Art und V/eise dei Dampfzufuhr zu diesen radialen Dampfrohren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Abgasfackelbrenner zur rauchlosen Verbrennung von Kohlenwasserstoffgas, mit einer öffnung, durch die hindurch zu verbrennendes Kohlenwasser- '■> stoffgas austritt, und mit einer Einrichtung zur Dampf- und Luftzumischung zu dem Kohlenwasserstoffgas, die mit radial angeordneten Stegen versehen ist, welche Dampf- bzw. Luftaustrittsöffnungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (18, 54, 70) im Bereich der Dampf- bzw. Luftaustrittsöffnungen (60) als flache Bänder ausgebildet sind, die auf ihrer Oberseite ein parallel zur Steglängsachse verlaufendes, mit seitlichen Dampf- bzw. Luftaustrittsöffnungen (60) '5 versehenes Dampf- bzw. Luftzuleitungsrohr (50) tragen und auf ihrer Unterseite mit einer keilförmigen Strömungsieilerhaube (65) versehen sind.

2. Abgasfackelbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (18, 54, 70) sich "> waagrecht über einen Teil des Querschnitts der öffnung erstrecken.

3. Abgasfackelbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (54) als Stäbe ausgebildet sind, auf deren Oberseite die Dampf- ²S bzw. Luftzuleitungsrohre (50,71) aufgeschweißt sind.

4. Abgasfackelbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfbzw. Luftzuleitungsrohre (71) mit einem zentralen Zuleitungsrohr (72) in der Brennerlängsachse verbundensind.

5. Abgasfackelbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfbzw. Luftzuleitungsrohre (50) an ein um den Brennerumfang verlaufendes Sammelleitungsrohr (34) angeschlossen sind.