DE2654369C2 - Abfackelvorrichtung für brennbare Abgase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abfackelvorrichtung für brennbare Abgase mit einem im Abstand vom Boden senkrecht aufgestellten Außenzylinder und einer am unteren Ende des Au3enzyli ders angeordneten Brennerplatte sowie mehreren über die Brennerplatte verteilten Brennerkörpern, die übe Abzweigleitungen js mit der Abgashauptleitung in Verbindung stehen.

Eine derartige Abfackelvorrichtung ist in der US-PS 39 33 420 beschrieben. Deren Brennerplatte besteht hier im wesentlichen aus einem nach innen vorstehenden Ringsteg mit einer kreisförmigen Öffnung, in deren Ebene Brennerkörper in zwei konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Die konstruktive Gestaltung der Brennerkörper wird als konventionell bezeichnet, im einzelnen aber nicht näher erläutert.

Die bei diesem Abfackelbrenner auftretenden Nachteile bestehen darin, daß die Brennkörper auf wechselnde Frischluftzufuhr von unten, insbesondere aber auf von oben in den Aiillen/ylinder einfallenden Wind und Regen sehr empfindlich reagieren. Einzelne Brenner können dann verlöschen, was leicht dazu führen kann. daß sich durch das unverbrannte Abgas ein explosives Gemisch bildet. Auch ein völliges Verlöschen aller Brenner ist angesichts der großen Durchmesser derartiger Abfackelvorrichlungen nicht ausgeschlossen.

In der US-PS )8 52 023 ist eine weitere AbfackeUorrichtung beschrieben, deren Außcn/ylinder aus drei Zylinderabschnitten mit sich nach oben hin stufenweise vergrößernden Durchmessern aufgebaut ist. Hierdurch werden Absat/e gebildet, in denen Brennerkörper angeordnet sind Weitere Brennerkörper sind im Bereich der Absätze in den beiden oberen Zylinderabschnhtert; .-sowie, im Bereich der Brennerplatte im Untersten Zylinderabschnitt angeordnet Die Ausbil dung der Brennerkörper selbst ist nicht näher erläutert: Sie sitzen in Dürchgangsöffnungen, die einen Ringkaiial freilassen, über den Luft in den Brennraum gelangen kann. Um eine rauchfreie Verbrennung zu erzielen, wird der AbfackclvorriGhtung zusätzlich Wasserdampf zugerührt.

Durch die stufenförmigen Erweiterungen des Außenzylinders erzeugt das hochströmende verbrannte Gas im Bereich oberhalb der Absätze und damit der Brennerkörper eine Zone verringerten statischen Druckes. Hierdurch wird das Ansaugen von Frischluft über den Ringkanal zu den Brennerkörpern stark gefördert.

Da Luft zu den Brennerkörpern praktisch rur über die sie umgebenden Ringkanäle gelangt, herrschen dort relativ hohe Luftgeschwindigkeiten, die umso größer sind, je geringer der Druck in der druckgeminderten Zone oberhalb der Absätze ist. Bei hohen Durchsätzen an verbranntem Gas besteht die Gefahr, daß die Flammen durch die vorbeiströmende Luft ausgeblasen werden. Davon abgesehen hat die Abfackelvorrichtung den Nachteil, daß sie einen komplizierten und damit kostenungünstigen Aufbau hat

In der DE-OS 15 26009 wird eine Abfackelvorrichtung vorgeschlagen, die zur Verbesserung der Anpassungsfähigkeit an unterschiedlich anfallende Abgasmengen eine Vielzahl von in in den Seitenwänden angeordneten Venturi-Brenner aufweist. Diese Brenner werden entsprechend der anfallenden Abgasmenge zugeschaltet. Ein solcher Abfackelbrenner ist relativ empfindlich gegen einfallende Luftströmungen, da hierdurch einzelne Brenner ausgeblasen werden können. Diese Brenner können dann nur noch über eine gesonderte Zündflamme angezündet werden, die jedoch auch dem Luftstrom ausgesetzt ist und deshalb mit ausgeblasen werden kann. Es werden dann unverbrannte Gase ausgestoßen, was zu Rauchbildung führen und im Extremfall eine Explosionsgefahr bilden kann.

In der US-PS 30 33 273 ist ein Brenner insbesondere für industrielle Öfen beschrieben, der mit gasförmigem und flüssigem Brennstoff gespeist werden kann. Der flüssige Brennstoff wird innerhalb einer düsenförmigen Ummantelung zentral versprüht, während der gasförmige Brennstoff über auf einem Kreis angeordnete Brennerdüsen verbrannt wird. D.j Brennerdüsen münden am Innenrand eines kurzen Ringsteges, der am Mantel des Brennerkörpers nach innen ragt.

Die Brennerdüsen sind als Diffusionsbrenner ausgebildet und weisen jeweils insgesamt drei Düsenöffnungen auf. Der Hauptteil des Gases wird jeweils über zwei der Düsenöffnungen nach innen in den aufwärtsgehenden Luftstrom geblasen, der zur Erzielung einer intensiven Durchmisehung eine beträchtliche Ge schwindigkeit aufw ist. Die jeweils dritte Düsenöffnung bläst Gas in den Bertich oberhalb des Ringsteges. Der dorl herrschende niedrige statische Druck sowie die Schrägstellung dieser Dusenöffnungen läßt im I Im fangsrichtung gehende /ündflammen entstehen, die — ausgehend von einer Pilotflamme — nacheinander alle Brennerdiisen entzünden. Bei einem eventuellen Erlöschen einer Brennerdüse ist hierdurch auch ein sofortiges Entzünden gesichert.

Die Tatsache, daß die Brennerdüse neben dem Ringsteg angeordnet und deshalb dem von unten nach oben strömenden Luftstrom voll ausgesetzt sind, ist einerseits zur Erzielung uiner sollsüindigen Durchmi* schung nötwendig, andererseits aber auch von Nachteil. Aufgrund der beträchtlichen Geschwindigkeiten, die im Bereich der Brennerdüsen herrschen, besteht die Gefahr des Erlöschens einzelner Flämmen: Durch die Zündflammen werden die Brenngase zwar wieder angezündet Für eine Zeit lang entsteht jedoch ein unerwünschter Schadstöffaustritt.

Der Erfindung Iie^i die Aufgubu zugrunde, eine Abfackelvorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß ohne Dampfanwendung eine sichere sowie rauch- und schadstofffreie Verbrennung von Abgas mit einer auch bei schwierigen äußeren Einflüssen stabilen Flamme erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennerkörper mehrere an die jeweilige Abzweigleitung angeschlossene Brennerdüsen aufweisen, die in der fläche von innen an den Män'eln der Brennerkörper angebrachten Ringstegen münden und Venturi-Gas-Luft-Mischdüsen aufweisen, die Frischluftzufuhr iiber Lufteinlaßöffnungen in den Brennerkörpern haben, wobei Schutz nur für die Gesamtheit dieser Merkmale beansprucht wird.

Durch die Aufteilung in mehrere Brennerdüsen wird die Stabilität der damit erzeugten Flamme schon stark erhöht, da es unwahrscheinlich ist, dnß beispielsweise einfallender Wind alle Brennerdüse ι auslöscht. In mehrfacher Hinsicht von Vorteil ist zudem die Tatsache, daß sie innerhalb des vom Mantel des Brennerkörpers nach innen vorstehenden Steges liegen. Zum einen münden die Brennerdüsen hierdurch äußere -denilich nahe an dem schützenden Mantel des Brennerkörpers. In den Außenzylinder einfallender Wind und Regen wird deshalb — wenn überhaupt — nur einen Teil der von den Brennerdüsen erzeugten Flammen beeinträchtigen können. Auch vor der außen am Brennerkörper vorbeiströmenden Luft ist die Flamme geschützt.

Zum anderen sind die Brennerdüsen nicht mehr der von unten in den Brennerkörper einströmenden Luft ausgesetzt. Ihre Mündungen liegen in einer Zone relativ geringer Luftgeschwindigkeiten, wodurch eine außerordentlich stabile Flamme entsteht. Die dennoch vorhandenen Turbulenzen sorgen dabei für eine gute Durchmischung von Luft und Abgas und damit für eine saubere Verbrennung. Außerdem wird aufgrund der in dieser Zone herrschenden Strömungen das aus einer eventuell erloschenen Brennerdüse austretende Abgas nicht weggerissen, sondern verbleibt innerhalb des Turbulcnzber iches und wird hierdurch /u den benachbarten Brennerdüsen getragen und dort wieder entzündet. Das Erlöschen einer Flamme hat deshalb praktisch keine Beeinträchtigung des Schadstoffgehaltes zur Folge, wobei eine zusätzlicher Vorteil darin besteht, daß für die Entzündung einer erloschenen Flamme keir.e gesonderte Zündflamme erforderlich ist. Hinzu kommt, daß das das vor dessen Austritt in der Brennerdüse durch die Venturi-Mischdüse schon soweit aufoxidiert wird, daß es bei seinem Austritt aus der Mündung schon sehr /Uno .billig ist. Dies ermöglicht es. die Brennerdüsen in einem geschützten Bereich münden zu lassen, da ?ine intensive Durchmischung, wie sie eine Diffusiomflamme erfordern würde, nicht notwendig ist. Die Zündwilligkeit des Gemisches aus Luft und Abgas begünstigt auch eine Wiederentzündung einer erloschenen Brennerdüse.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kingstege und die von diesen sich nach oben erstreckenden Wandungen der Brennerkörper innenseitig mit einer zusammenhängenden feuerfesten Schicht belegt sind und die Ringslege an der Innenkante ein mit der Oberfläche der feuerfesten Schicht fluchtenden Bordsteg aufweisen*

Eine Ausfühi'ungsförrri der Erfindung wird im folgenden Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen darstellt
Fig, 1 eineschemalischp Darstellung einer Abfackelvorrichtung in ihrem Gesamtaufbau;

F i g. 2 eine vergrößerte Draufsicht eines Brennerkörpers der Abfackelvorrichtung gemäß Fig. 1 und F i g. 3 einen vergrößerten Vertikalschnitt nach der Lime IU-II! in Fig.2.

Eine Abfackelvorrichtung nach Fig. I umfaßt eine Ofenkammer 3 mit einem Außenzylinder 1 und einer Brennerplatte 2, auf der eine Anzahl von Brennerkörpern 4 und im Zentrum der Ofenkammer 3 ein aufrecht lü stehendes Stabilisierrohr 5 angeordnet sind, das eine Anzahl der Brennerkörper 4 einschließt. Das Innere des Stabilisierrohres 5 dient als Ofen-Innenkammer 6, wogegen der Ringraum zwischen dem Stabilisierrohr 5 und dem Außenzylinder 1 als Ofen-Außenkammer 7 dient.

Die Ofenkammer 3 besteht aus feuerfesten Ziegeln und ist auf der Außenseite mit einem Stahlblech abgedeckt. Anstelle feuerfester Ziegel kann man auch einen feuerfesten Kunststoff verwenden. Auch das Stabilisierrohr 5 besteht aus feuerfesten Ziegeln. Es hat V₄ bis V₂ der Größe der Ofenkammr 3. Es umschließt drei Brennerkörper 4.

Die Ofenkammer 3 wird von mehreren Ständern 8 getragen. Der Unterteil der Ofenkammer 3 einschließlieh der Ständer 8 ist in einem vorgegebenen Abstand durch einen zylindrischen schalldämmenden Abschirmmantel 9 mit einem Schichtaufbau aus Eisenblech, Glaswolle und Schaumstoffplatten umgeben. Nimmt man den Innendurchmesser c/des Außenzylinders l.den Innendurchmesser D und die Höhe H des Abschirmmantels 9, so soll die Beziehung gelten

D = \5d...2.0d H = 0.5 c/. ..1.Od

Der Abschirmmanlel 9 dient auch zum Schutz gegen Feuer und Wind. Zum Zwecke der Schalldämmung soll der Abschirmmantel 9 möglichst hoch sein und einen möglichst kleinen Innendurchmesser haben, damit .τ die Ofenkammer 3 möglichst eng umgibt. Für den Zustrom der Verbrennungsluft sind entgegengesetzte Abmessungen orzuziehen. Die angegebenen Abmessungsbereiche sind als Kompromiß zwischen diesen einander widersprechenden Forderungen anzusehen.

Nach der F i g. 2 und 3 umfaßt jeder der Brennerkörper 4 ein Brennergehäuse 14 mit einem Mantel 1 (. der mit zahlreichen großflächigen, rechteckigen Lufteinlässen 10 in vorgegebenen gegenseitigen Abstanden ausgestattet ist. sowie eine Bodenwandung 13 mit zahlreichen kreisförmigen Lufteinlässen 12. die jeweils in vorgegebenem Abstand voneinander dem Umfang benachbart sind. Am Oberteil des Mantels 11 befindet sich ein nach innen gerichteter Ringsteg 15 etwas oberhalb der Lufteinlässe !0. Brennerdüsen 16 reichen durch den Ringsteg 15 nach unten und sind im Abstand voneinander angeordnet.

An der Unterseite des Brennergehäuse 14 ist mit Hilfe einer Scheibe 17 eine Abzweigleitung 18 befestigt, von der Einzelleitungen 19 abgehen und durch die Lufteinlässe 12 in .'er Bodenwandung 13 nach oben reichen. Am Oberende jeder Einzelleitung 19 befindet sich eine Gasdüse 20, die unmittelbar unterhalb des «linieren Endes jeder Brennerdüse 16j derselben gegenüberstehend, angeordnet ist. jeweils am unteren

Ende jeder Brennerdüse 16 befindet sich eine trichterförmig erweiterte ML.idung 16a, in die das Oberende der zugeordneten Gasdüse 20 hineinragt. Der Abstand zwischen dem Außenumfang der Gasdüse 20 und der

Innenfläche der Mündung 16«? dient als l.ufteintrillsspalt

21 nach Ar', einer Venturi-Gasl.uft-Mischdüse.

Der Ringsleg 15 umfaßt eine metallische Ringplatle

22 mit L-förmigem Querschnitt und eine feuerfeste Schicht 23. deren Oberfläche mit der oberen Stirnkante -, des nach oben gerichteten Bordsteges 22a der Rmgplaiie 22 eben abschließt. Die feuerfeste Schicht 23 hängt mit der feuerfesten Schicht auf der Innenseite des Maniek 11 oberhalb des Ringsteges 15 zusammen.

Wie in Fig. I nicht dargestellt ist.sind achlundvierzig in Brennerkörper 4 des beschriebenen Aufbaus auf der Brennerplatte 2 angeordnet. Drei Brennerkörper 4 befinden sich innerhalb der Innenkammer 6.

Nach Fig. I sind die Abzweigleitungen 18 für die Innenkammer 6 an ein erstes Abgasrohr 25 mit einem ιί Druckfühler 24 angeschlossen. Die Abzweigleitungen 18 für die Außenkammer 7 sind an ein zweites Abgasrohr

27 mit einem Ventil 26 angeschlossen, das von dem ersten Abgasrohr 25 abzweigt. Ein Abgassammeirohr 30 von einer Abgasquclle verzweigt sich in das erste !»< Abgasrohr 25 und ein zu einem Gasverschlußbehälter

28 führendes Abgasrohr 29. Von dem Gasverschlußbehälter 28 führt ein Abgasrohr 33 zu einer Abfackelsäule 32. die am Oberende einen Abfackelbrenner 31 trägt.

Der Druckfühler 24 ist über elektrische Kreise mit j> dtm Ventil 26 verbunden. Wenn Abgas in das erste Abgasrohr 25 einströmt und der Druckfühler 24 einen eingestellten Druck erfaßt, gibt derselbe über eine Leitung 34 ein Signal ab. das das Ventil 26 in dem zweiten Abgasrohr 27 öffnet. Der Druckfühler 24 öffnet das Ventil 26 bei einem Wert, der der Obergrenze der in der Innenkammer 6 verbrennbaren Abgasmenge entspricht. Der Druckfühler 24 schließt das Ventil 26 bei einem niedrigen Wert, damit das Ventil 26 nicht geschlossen wird, wenn der Druck innerhalb des ersten J5 Abgasrohres 25 plötzlich abfällt, so lange das Ventil 26 noch offen ist

Der Gusverschlußbehälter 28 umfaßt ein in das Wasser hineinragendes Rohr 34. Die Länge des in das Wasser eintauchenden Rohres 34 ist so bemessen, daß die Wasserabdichtung innerhalb des Gasverschlußbehälters 29 durchbrochen wird, wenn Abgas in einer solchen Durchflußmenge in das Abgassammeirohr 30 einströmt, die die Kapazität der Abfackelvorrichtung übersteigt.

Das von dem Abgassammelrohr 30 in das erste Abgasrohr 25 einströmende Abgas strömt durch die Abzweigleitung 18 zu den Brerinerkörpefn 4 in der Innenkammer 6, wo das Abgas in Einzelleitungen 19 verteilt und durch die Casdüsen 20 in die Bfennefdüscri 16 eingeleitet wird. Der Sog der Gasströmung zieht durch den jeweiligen Lufteinlrittsspalt 21 die Luft in die Brennerdüse 16. Wenn die Strömung innerhalb der Brennerdüse 16 aufsteigt, wird die Luft mit Abgas vermischt. Das erhaltene Gas-Lüft-Gemisch ström! aus dem Oberende der Brennefdüsen 16 aus und wird nach Entzündung durch einen nicht dargestellten Zündbrenner, der ständig brennt, verbrannt. Gleichzeitig Irifft die längs der Innenseite der Brennergehäuse 14 nach oben strömende Luft auf den nach innen gerichteten Ringsteg 15 und wird in Wirbelströme oberhalb des Ringsteges 15 geformt. Damit erhält man eine wirkungsvolle Unterstützung der Verbrennung.

Wenn das Abgas mit zunehmender Dufchfluümenge durch das erste Abgasrohr 25 strömt, erreicht der Gasdruck einen Wert, auf den der Druckfühler 24 zur Öffnung des Ventils 26 des zweiten Abgasrohres 27 eingestellt ist, so daß dann das Ventil 26 geöffnet wird. Daraufhin werden die Brennerkörper 4 der Außenkammer 7 gezündet und verbrennen ebenfalls Gase in der beschriebenen Weise. Wenn die Abgaszufuhr durch das erste Abgasrohr 25 abnimmt, wird schließlich ein Druckabiali auf einen Wert erreicht, auf den der Druckfühler 24 eingestellt ist. so daß das Ventil 26 abgesperrt wird.

Wenn durch das Abgassammelnhr 30 Abgas in einer Durchflußmenge größer als die Kapazität der Abfackelvorrichtung eingeleitet wird, wird die Wasserdichtung innerhalb des Gasverschlußbehälters 28 durchschlagen, so daß das überschüssige Abgas in die Abfackelsäule 32 strömt und in dem Abfackelbrenner 31 verbrannt wird. Die Abgase chemischer Anlagen fallen in sehr stark schwankenden Mengen an. Das Gas kann jedoch entsprechend der Durchflußmenge in der Innenkammer 6 allein, in der Innenkammer 6 und der Außenkammer 7 öder sowohl in der Innenkammer 6 als auch der Außenkammer 7 in Verbindung mit der Abfackelsäule 32 verbrannt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Abfackelvorrichtung für brennbare Abgase mit einem im Abstand vom Boden senkrecht aufgestellten Außenzylinder und einer am unteren Ende des Außenzylinders angeordneten Brennerplatle sowie mehreren über die Brennerplatte verteilten Brennerkörper, die über Abzweigleitungen mit der Abgashauptleitung in Verbindung stehen, d a durch gekennzeichnet, daß die Brennerkörper (4) mehrere an die jeweilige Abzweigleitung (18) angeschlossene Brennerdüsen (16) aufweisen, die in der Fläche von innen an den Mänteln (11) der Brennerkörper (4) angebrachten Ringstegen (15) münden und Venturi-Gas-Luft-Mischdüsen (16a, 20, 21) aufweisen, die Frischluftzufuhr über Lufteinlaßöffnungen (10,12) in den Brennerkörper (4) haben.

2. Abfackel vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringstege (15) und die von diesen sich n^ch oben erstreckenden Mantel (11) der Brennerköiper (4) innenseitlig mit einer zusammenhängenden, feuerfesten Schicht (23) belegt sind und die Ringstege (15) an den Innenkanten jeweils einen mit der Oberfläche der feuerfesten Schicht (23) fluchtenden Bordsteg (22a^ aufweisen.