DE2650066B2 - Brennerelement für Fackelbrenner - Google Patents
Brennerelement für FackelbrennerInfo
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Description
ders bevorzugten Ausführungsform senkrecht zur Achse des zentralen Gasstromes verläuft. Die Lippe
hat vorzugsweise den Querschnitt eines Kreisbogens.
Der Querschnitt des Flammentrennringes ist vorzugsweise gekrümmt, wobei die Form eines Kreisbogens
besonders bevorzugt wird.
Der Abstand zwischen dem Flammentrennring und der Lippe der Strömungsrohrwand ist klein im Vergleich
zum Austrittsdurchmesser (Innendurchmesser) des Strömungsrohres und beträgt beispielsweise 2 bis
5 % dieses Innendurchmessers. Der Abstand zwischen dem Flammentrennring und der Strömungsrohrwand
beträgt im allgemeinen 5 bis 10 mm bei einem Innendurchmesser des Austritts von 350 mm.
Ferner liegt vorzugsweise bei der zweiten Ausführungsform die Innenkante des Flammentrennringes,
d. h. die der Einschnürung des Coanda-Kegels näher liegende Kante auf oder außerhalb der Sichtlinie,
wenn man von der Einschnürung zur Mündung des Kegels längs der Innenwand längs des divergierenden
Abschnitts des Kegels blickt. Durch dieses Merkmal wird die Ausbildung einer turbulenten Gasströmung
vermindert und das Mitreißen von Luft durch die Coanda-Düse verbessert. Ferner wird vorzugsweise die
Querschnittsfläche zwischen dem Flammentrennring und dem Austritt des Strömungsrohres in Strömungsrichtung des Gases größer.
Besonders vorteilhaft wird die Erfindung in Verbindung mit der Coanda-Einheit angewendet, die in
der DE-OS 2527710 beschrieben ist.
In Abhängigkeit von der Menge des abzufackelnden Gases kann eine Anzahl von Coanda-Brcnnerelementen
zu einer Gruppe zusammengefügt werden. Vorzugsweise hat der Mittelpunkt jedes Coanda-Brennerelements
der Gruppe zum Mittelpunkt des nächsten Elements einen Abstand von 2 bis 3 Kegelaustrittsdurchmessern.
Diese Anordnung trägt mit dazu bei, optimales Mitreißen von Sekundärluft zu erzielen.
Während des Gebrauchs des Elements in einer Fakkel wird es vorzugsweise mit Zündbrennern versehen.
Vorzugsweise wird die Fackel mit Strahlungs- und/ oder Windschirmen versehen, insbesondere beim
Einsatz auf Bohrinseln oder -plattformen.
Die Erfindung wird nachstehend als Beispiel unter Bezugnahme auf die Abbildung beschrieben.
Der in der Abbildung dargestellte Brenner weist ein Strömungsrohr oder einen Kegel 1, dessen Eintrittsende
2 von einer Brennstoffkammer 3 mit einem Eintritt 4 zur Aufnahme von Brennstoff in der Gasphase
umgeben ist. Die Brennstoffkammer 3 öffnet sich in das Strömungsrohr 1 über einen Schlitz 5, der
sich um den geamten Umfang des Eintrittsendes 2 erstreckt und die Gestalt einer Coanda-Düse hat.
Die Coanda-Düse hat solche Eigenschaften, daß der Brennstoffstrom dicht an der Wand bleibt und der
Brennstoffstrom genügend Luft durch das Strömungsrohr 1 ansaugt, um ein brennbaies Brenngas-Luft-Gemisch
zu bilden, das in der Verbrennungszone verbrannt wird. ι
Am Austrittsendc 6 des Strömungsrohres 1 ist die I ippe oder der Rand 7 nach außen bis zu einer waagerechten
oder fast waagerechten Lage umgebogen. Ein Flammentrennring 8 (die Halterungen sind nicht dargestellt)
ist an die Lippe 7 angesetzt. Der Ring 8 verläuft parallel zur Lippe 7 und hat eine ähnliche Krümmung
wie die Lippe.
Während des Betriebs des Brenners tritt das der Brennkammer 3 unter Druck zugeführte Brenngas
aus dem Schlitz 5 der Coanda-Düse aus. Durch den Coanda-Effekt »haftet« das austretende Gas an der
Coanda-Oberfläche und reißt Umgebungsluft vom Eintrittsende 2 des Strömungsrohres 1 mit. Das
Brenngas und die mitgerissene Luft strömen dann längs des Strömungsrohres 1 in Richtung zu seinem
Austritt 6.
Der Strom besteht aus einem Kern von magerem Brennstoff-Luft-Gemisch, der von einem Ring aus
reichem Brennstoff-Luft-Gemisch umgeben ist. Der Flammentrennring 8 trennt den brennstoffreichen
Gasring ab und leitet ihn nach außen.
Nach dem Zünden des Brenners wird durch die Wirkung des Flammentrennringes 8 eine sekundäre
Flamme erzeugt, die sich um den Austritt 6 des Strömungsrohes 1, das die primäre Flamme über der
Mündung 6 des Strömungsrohres 1 hält, auswärts erstreckt.
Ein typisches Coanda-Brennerelement hat die folgenden Abmessungen:
Durchmesser der Mündung des | Gesamte Gasdurchflußmenge | 350 mm |
Coanda-Kegels | pro Element | |
Durchmesser der Einschnürung | Druckbereich im Gaseintritts | 217 mm |
des Coanda-Körpers | verteiler | |
Halb eingeschlossener Winkel | 3,5° | |
des Coanda-Kegels | ||
Länge des Coanda-Kegels (von | 550 mm | |
der Einschnürung zur Mündung) | ||
Absland zwischen Flammentrenn | 8 mm am | |
ring und Innenwand der Mündung | Austrittsende | |
11 mm am | ||
und | unteren Ende | |
127 440Nm'/ Tag |
||
0 bis 5 bar |
Eine aus drei Coanda-Elementen bestehende Gruppe wurde mit brennbarem Gas (Erdgas) bei
2,5 bar Überdruck und einer gemessenen Durchflußmenge von 247800 Nm VTag betrieben. Der Abstand
der Coanda-Elemente von Mitte ζλι Mitte betrug drei
Mündungsdurchmesser. Die gebildete Flamme war im wesentlichen nichtleuchtend und hatte eine geschätzte
Höhe von 6,1 m. Die Fackel wurde eine Stunde unter stetigen Bedingungen betrieben. Während dieser Zeit
blieb die Fackelbaugruppe verhältnismäßig kühl (1600C).
Die Fackeleinheiten arbeiteten weiterhin befriedigend, wenn der Druck auf 0,143 bar Überdruck gesenkt
wurde. Bei diesem Druck, bewegte sich die Flammenfront nach unten in die Mündung des Kegels,
wo sie weiterbrannte, bis sie beim Druck Null erlosch.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Brennerelement mit einem Strömungsrohr mit einer Coanda-Düse an einem Ende, durch die
unter Druck stehendes Brenngas zusammen mit mitgerissenem umgebendem Gas längs der Innenseite
des kegelstumpfförmigen Strömungsrohres, das sich in Richtung der Gasströmung zu einem
Austrittsteil ausweitet, strömt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Austrittsteil (6) des
Strömungsrohres (1) ein Flammentrennring (8) mit Abstand vom Austrittsteil (6) der Wand des
Strömungsrohres (1) angeordnet ist, der längs der Innenwand des Strömungsrohres strömendes
Brenngas und mitgerissene Gasschicht vom zentralen Gasstrom abtrennt und das Brenngas und
.die mitgerissene Gasschicht nach außen vom zentralen Gasstrom hinweg ablenkt.
2. Brennerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammentrennring (8)
die Form eines umgekehrten Hohlkegelstumpfes mit einem eingeschlossenen Winkel hat, der größer
ist als der eingeschlossene Winkel des Strömungsrohres (1), wobei der umgekehrte Kegelstumpf
wenigstens zum Teil innerhalb des Strömungsrohres (1) angeordnet ist.
3. Brennerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsteil (6) des Strömungsrohres
(1) nach außen unter Bildung einer Lippe (7) umgebogen ist.
4. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (7) im rechten
Winkel zur Achse des zentralen Gasstroms umgebogen ist.
5. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (7) den
Querschnitt eines Kreisbogens hat.
6. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flarcmentrennring
(8) einen gekrümmten Querschnitt hat, der dem Austrittsquerschnitt des Strömungsrohres (1)
ähnlich ist und einen Abstand dazu hat.
7. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Querschnitt
des Flammentrennringes (8) die Form eines Kreisbogens hat.
8. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Einschnürung
des Strömungsrohres (1) näherliegende Kante des Flammentrennringes (8) auf oder außerhalb der
Sichtlinie längs der Innenwand des divergierenden Strömungsrohres (1) liegt.
9. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche
zwischen dem Flammentrennring (8) und dem Austritt (6) des Strömungsrohres (1) in Gasströmungsrichtung
größer ist.
10. Brennerelem2nt nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen
dem Flammentrennring (8) und dem Austritt (6) des Strömungsrohres (1) 2 bis 5% des Austrittsdurchmessers beträgt.
Das Abfackeln von brennbaren Gasen, insbesondere die Beseitigung von Erdölgas in Notsituationen
aus Produktionsanlagen, die auf Bohrinseln und Bohrplattformen im Meer montiert sind, ist mit be-"'
sonderen Problemen verbunden. Angesichts des begrenzten Raums, der auf der Plattform verfügbar ist,
muß die aus der Fackel austretende Flamme entweder eine geringe Strahlungswärme haben oder so abgeschirmt
sein, daß das Personal gegen Strahlung, Flam-
"' menüberschlag und Berührung mit Rauchgas von hoher
Temperatur geschützt ist. Eine weitere Voraussetzung besteht darin, daß das mit dem Abfackeln
verbundene Geräusch nicht übermäßig stark ist.
Übliche Abgasfackeln sind auf dem engbegrenzten
Übliche Abgasfackeln sind auf dem engbegrenzten
ι "> Raum von Bohrplattformen im Meer nicht gut geeignet, da die gebildeten langen Flammen schwierig abzuschirmen
sind, so daß eine Gefährdung durch Strahlung und Flammenüberschlag die Folge ist.
In der GB-PS 1426333 ist bereits ein Brennerele-
'» ment mit einer Brennstoffkammer beschrieben, die
von einer Vielzahl von Rohren durchzogen ist und weitere Rohre zunehmender Querschnittsfläche zur
Verringerung der Gasgeschwindigkeit aufweist, von denen jedes am Ausgang jeweils eines der ersten
-■· Rohre befestigt und durch einen Raum atmosphärischer
Luft vom benachbarten Rohr getrennt ist, wobei das Innere der Brennstoffkammer mit den Bohrungen
jede·, der ersten Rohre nur mit Hilfe einer Coanda-Düse
für jedes erste Rohr verbunden ist, so daß im
in Betrieb der Brennstoff aus der Brennstoffkammer
durch die Coanda-Düse in die ersten Rohre strömt und hierbei Umgebungsluft in den Brennstoffstrom
mitreißt, worauf der Brennstoff und die Luft durch die Ausgänge der ersten Rohre und durch die zweiten
r. Rohre zu einer Verbrennungszone strömen. Die GBPS
1278 577 beschreibt ebenfalls ein Fackelbrennelement mit einer Coanda-Düse zum wandnahen Einbringen
von Brenngas unter Luftansaugung mit sich daran anschließendem, stetig erweiternden Rohr.
κι Diese bekannten Brennerelemente haben jedoch
noch einige Nachteile, vor allem bezüglich der Stabilisierung der Flamme.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Flammenstabilisierung zu verbessern. Die Lösung
■r. dieser Aufgabe ist ein Brennerelement mit einem
Strömungsrohr mit einer Coanda-Düse an einem Ende, durch die unter Druck stehendes Brenngas zusammen
mit mitgerissenem umgebendem Gas längs der Innenseite des kegelstumpfförmigen Strömungs-
iii rohres, das zu einem Austrittsteil ausweitet, strömt,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Austrittsteil des Strömungsrohres ein Flammentrennring mit
Abstand vom Austrittsteil der Wand des Strömungsrohres angeordnet ist, der längs der Innenwand des
V) Strömungsrohres strömendes Brenngas und mitgerissene
Gasschicht vom zentralen Gasstrom abtrennt und das Brenngas und die mitgerissene Gasschicht nach
außen vom zentralen Gasstrom hinweg ablenkt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat der
Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat der
ho Flammentrennring die Form eines umgekehrten
Hohlkegelstumpfes mit einem eingeschlossenen Winkel, der größer ist als der eingeschlossene Winkel des
Strömungsrohres, wobei wenigstens ein Teil des Trennringes sich innerhalb des Strömungsrohres be-
M findet.
Bei einer zweiten Ausführungsform weitet sich der Austrittsteil des Strömungsrohrs nach außen unter
Bildung einer Lippe aus, deren Ende bei der beson-
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