DE2831531A1

DE2831531A1 - Schornstein zum abfackeln von abgasen

Info

Publication number: DE2831531A1
Application number: DE19782831531
Authority: DE
Inventors: Robert D Reed
Original assignee: John Zink Co
Current assignee: Zinklahoma Inc
Priority date: 1977-07-21
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1979-02-01
Also published as: NL7807369A; GB2001424A; US4157239A; JPS5921448B2; CA1093935A; FR2398260A1; IT7850366A0; GB2001424B; FR2398260B1; JPS5423232A

Description

SCHORNSTEIN ZUM ABFACKELN VON ABGASEN

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schornstein zum Abfackeln von Abgasen. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, für einen solchen Schornstein eine Vorrichtung zu schaffen, die bei Stillstand der Abgasströmung im Schornstein verhindert, daß in dessen Ende über eine bestimmte Stelle hinaus Außenluft eintritt.

Bei manchen industriellen Verfahren fällt Wasserstoff, leichte Kohlenwasserstoffe oder andere Gase ab. Man kann sie häufig nützlich verwenden. Gelegentlich aber, zum Beispiel in Notfällen, muß man solche Gase ins Freie entweichen lassen. Zu diesem Zweck führt man sie in das untere Ende eines Schornsteins ein, an dem sie in beträchtlicher Höhe oberhalb der Umwelt ins Freie entweichen. Sie werden am oberen Ende des Schornsteins in bekannter Weise abgefackelt. Diese Abgase sind im allgemeinen leichter als Luft. Ihr Molekulargewicht beträgt sich auf höchstens 28. Manche dieser Abgase sind bei Mischung mit Luft exklusiv. Darum muß vermieden werden, daß im Schornstein unterhalb eines oberen Endabschnitts von geringer Länge solche exklusiven Gasmischungen entstehen.

Bisher war es üblich, unten in den Schornstein einen ständigen aber begrenzten Strom eines Gases von geringerem spezifischen Gewicht als Luft einzuleiten, der im Schornstein bis in die Flammzone aufsteigt und diesen ausspült, wenn im Schornstein eine kleine Temperaturänderung erfolgt. Auch beim Gegenstand der Erfindung kann ein solcher zusätzlicher Gasstrom gewünschtenfalls unten in den Schornstein eingeblasen werden, ausgenommen, wenn größere Temperaturänderungen

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in dem im Schornstein enthaltenen Gas erfolgen und dann besondere Einrichtungen (US-PS 3 741 713) zur Anwendung gelangen können, um die Gastemperatur im Schornstein auszugleichen .

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebene Ausgestaltung gelöst. Dicht an seinem oberen Ende ist also in dem Schornstein eine Vorrichtung angeordnet, die für die schwerere AuBenluft ein Hindernis bildet. Für gewöhnlich fließen die Abgase im Schornstein aufwärts bis zum Boden des zylindrischen Gehäuses, das einen größeren Durchmesser als der Schornstein hat und an seinem Bodsn durch eine ringförmige Scheibe abgeschlossen ist, in die das die Abgase leitende Schornsteinrohr mündet. Oben ist das Gehäuse durch eine ringförmige Scheibe abgeschlossen, durch die ein Innenrohr hindurchgeht, das gewissermaßen eine Verlängerung des Schornsteins darstellt und an dessen Austrittsende die Gase verbrannt werden. Dieses Innenrohr ragt abwärts in das Gehäuse hinein bis zu einer bestimmten Tiefe.

Unter dem unteren Ende dieses Innenrohrs befindet sich in einem bestimmten Abstand im Gehäuse eine Querwand, die im Gehäuse dicht eingeschweißt ist und einen Kranz runder Löcher dicht neben ihrem Umfang hat. Von jedem dieser Löcher geht ein am Rand des Loches angeschweißtes Rohr aufwärts in den Ringraum zwischen dem Innenrohr und der äußeren Gehäusewand und endet in einem bestimmten Abstand unter der das Gehäuse oben abschließenden ringförmigen Scheibe. Unterhalb der Querwand befindet sich in einem bestimmten Abstand von ihr der Boden des Gehäuses und begrenzt mit der Querwand einen Vorraum, in den die im Schornstein aufsteigenden Abgase hineinfließen. Denn das den Schornstein bildende Rohr ist

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mit seinem oberen Rand innen an der ringförmigen Scheibe angeschweißt, die den Boden des Gehäuses bildet. Von dem Vorraum aus fließen die Gase durch den Kranz von Rohren aufwärts, treten oben'aus diesen Rohren aus und fließen in dem Ringraum zwischen dem Innenrohr und der äußeren Gehäusewand abwärts bis zu einer Stelle, an der sie unten in das Innenrohr eintreten können und dann in diesem aufwärts ins Freie fließen.

Die abzufackelnden Gase treten also unter Überdruck unten in das Gehäuse und in den dort vorgesehenen Vorraum ein, fließen dann radial nach außen zu dem Kranz getrennter Löcher und durch diese hindurch aufwärts in den an diesen Löchern angeschlossenen lotrechten Rohren bis dicht unter die Decke des Gehäuses, treten dort au's und gelangen dann in der Raum zwischen dem Innenrohr und der Gehäuseaußenwand. In diesem Raum fließen sie abwärts bis zu einer Stelle, an der sie unten in das Innenrohr eintreten. In diesem fließen sie dann aufwärts bis zur Flammzone und gelangen dort ins Freie. Die durch die Vorrichtung fließende Gasströmung erfährt also zunächst eine Wendung um 90°, dann eine zweite Wendung um 90° in die senkrechten Rohre hinein und dann eine Wendung um 180°. Solange das Gas von unten nach oben durch den Schornstein strömt ist nicht zu befürchten, daß irgendwo Außenluft in das Innere der Anlage gelangt. Wenn aber die Abgasströmung aufhört und das Abgas zur Ruhe kommt, dann bedingt der Auftrieb der Abgase die Gefahr, daß Außenluft in die Anlage gelangt, Denn unter ihrem Auftrieb suchen die Gase in ihrem lotrechten Strömungsweg aufwärts zu steigen und über die Kante des Schornsteins hinweg ins Freie abzufließen, was durch den Wind gefördert wird, der in der Höhe der Schornsteinmündung praktisch ständig, weht. Solange die Außenluft durch die offene Mündung des Schornsteins nur in das obere Ende des

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Schornsteins gelangt, was unvermeidbar ist, besteht erfahrungsgemäß keine Gefahr. Gefährlich wird es jedoch, wenn größere Luftmengen ins Innere des Schornsteins gelangen .

Das Molgewicht der Außenluft beträgt 28,966. Gie Abgase sind leichter. Dieser Umstand wird nun beim Gegenstand der Erfindung ausgenutzt, um den Eintritt der AuBenluft zu verhindern. Wegen ihres Auftriebs bewirken die in der Kammer befindlichen Gase einen den atmosphärischen Druck überschreitenden Gasdruck oben in der Kammer, während der Druck am Boden der Kammer der Druck der AuBenluft ist. In der Kammer wächst der Druck also von unten nach oben infolge des Auftriebs der Abgase. Diese fließen von der Stelle höheren Drucks zu der Stelle niedrigeren Drucks. Das untere Ende des abwärts gerichteten Innenrohrs im Gehäuse befindet sich oberhalb der Querwand. Daher ist dort der Druck größer als der atmosphärische Druck, und darum kann die AuBenluft durch das lotrechte Innenrohr in die Kammer nicht über das untere Ende des Innenrohres hinaus eindringen. Denn die Außenluft kann nicht in denjenigen Bereich hineinfließen, in dem ein höherer Druck herrscht.

Würde die Gastemperatur in der Anlage gleich groß bleiben, würde die durch den Auftrieb erzeugte Druckschranke daher jeden Eintritt von Außenluft in die Anlage verhindern. Da aber Temperaturänderungen erfolgen, ändert sich das Volumen der Gase in der Anlage verhältnisgleich zur absoluten Temperatur. Steigt diese, dann steigt das Volumen der unter dem gleichbleibenden Druck stehenden in der Anlage enthaltenen Abgase, was einen Austritt der Gase aus dem Schornstein bewirkt. Sinkt die Temperatur der Gase, dann erfolgt das Gegenteil, und Außenluft wird aus dem Freien in der umgekehrten Richtung in die Anlage hinein durch das Ende des Schornsteins gesaugt. Wie wirksam die von der beschriebenen

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Vorrichtung gebildete Schranke ist, hängt daher von dem in der Anlage enthaltenen Gasvolumen ab. Eine Rolle spielt auch, ob die Gasströmung durch die Anlage sehr gewunden verläuft. Denn dadurch wird zwangläufig das Gasvolumen für die verwendete Schutzvorrichtung vergrößert. Im Zusammenhang hiermit wird verwiesen auf US-PS 3 055 417, 3 289 709 und 3 662 669. Bei den dort beschriebenen Anlagen führt der Gasstrom keine Schwenkungen um 90° aus, sondern nur zwei Wendungen um 160° für die Vervollständigung des Strömungsweges. Das mag ausreichen für einen gleichbleibenden Strom und unveränderte Temperaturbedingungen in der Anlage. Wegen des geringen in der Anlage enthaltenen Gasvolumens erfordern alle diese Anlagen, daß in sie ständig ein Spülgas eingeleitet wird, um zu verhindern, daß bei geringer Abkühlung AuBenluft eingesaugt wird. Als Spülgas kann Metan oder Erdgas verwendet werden. Das bedeutet aber beim Abfackeln eine Brennstoffenergieverschwendung.

Beim Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Spülgas auf Wunsch möglich aber keineswegs erforderlich. Denn" das in der Vorrichtung enthaltene Gasvolumen ist durch die Größe des Gehäusedurchmessers erheblich vermehrt. Das beruht auf der Verwendung der Querwand mit dem Kranz aufrechter Rohre, die an die Löcher der Querwand angeschweißt sind und die vom Einlaß aus nach zwei Wendungen um 90 ans obere Ende der Kammer fließenden Gase leiten und aufnehmen. Diese Gase erfahren dann zwei Wendungen um 180° in der Kammer und fließenabwärts, bevor sie ins Freie austreten. Zu bemerken ist, daß die in dem Kranz lotrechter Rohre aufwärts fließenden Gase in der Kammer "enthalten" sind, weil sich die Rohre im Inneren der Kammer befinden. Die lotrechten Abmessungen der Kammer werden möglichst gering gewählt, um Gewicht und Kosten zu sparen. Auch das Volumen der Vorkammer, in die die Abgase zunächst eintreten, trägt beträchtlich zu dem Gesamtvolumen der Kammer bei, das oben und unten durch den Deckel und

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den Boden begrenzt ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. In diesen zeigen

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch das die

Schranke für die Außenluft bildende Gehäuse oben im Schornstein und

Fig. 2 den Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

In den oberen Endabschnitt des Schornsteins, der sich bis über die Ebene 42 hinaus aufwärts erstrecken kann, ist ein Gehäuse 12 eingebaut. Am oberen Ende , trägt der Schornstein in bekannter Weise eine Zündflamme, um das dort austretende Abgas abzufackeln.

Das Gehäuse 12 hat eine zylindrische Außenwand 22 und ist oben durch einen Deckel 34 in Gestalt einer ringförmigen Scheibe abgeschlossen, die an der Außenwand angeschweißt ist. Unten ist das Gehäuse durch einen Boden 20 abgeschlossen, der ebenfalls von einer an der Außenwand angeschweißten Ringscheibe gebildet wird. Der innere Rand der Ringscheiben 20 und 34 ist an Rohre 40 bzw. 18 angeschweißt, die den Schornstein bilden und ungefähr den gleichen Durchmesser haben. Das Rohr 40 besteht aus einem Stück mit einem im Gehäuse 12 angeordneten Innenrohr 41, durch welches das Rohr abwärts verlängert ist. Dieses Innenrohr 41 endet unten bei 36' in einer bestimmten Höhe, nämlich im Abstand 72 ober einsr Querwand 24, die bis an die Außenwand 22 heranreicht und an dieser dicht angeschweißt ist. Diese Querwand 24 hat dicht an der Außenwand 22 einen Kranz von runden Lochern 36, an die lotrechte Etandrohre 28 angeschweißt sind. Diese Rohre reichen in dem Ringraum zwischen der Außenwand 22 und dem Innenrohr

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von der Querwand 24 aufwärts und enden dort im Abstand 70 vom Deckel des Gehäuses.

In diesem befindet sich unter der Querwand 24 und über dem Boden des Gehäuses ein Vorraum 43.

Bei ihrer normalen Strömung fließen die Abgase im Rohr 18 aufwärts in Richtung des Pfeiles 45 und gelangen nach Umlenkung um 90 im Sinne der Pfeile 46 in den Vorraum 43 und dann nach einer weiteren Umlenkung um 90 im Sinne der Pfeile 48 unten in die Standrohre 28. Dort fließen sie in der Richtung der Pfeile 50 aufwärts und gelangen in den Raum 47 oberhalb der Rohre 28. Dort werden sie um 180 im Sinne der Pfeile 54 abwärts gewendet und fließen in dem Ringraum 24, Fig. 2, abwärts in Richtung der Pfeile 56. Dann werden sie wieder im Sinne der Pfeile 58 um 180° gewendet und fließen unten in das Innenrohr 41 hinein und in Richtung der Pfeile 60 in diesem aufwärts, wo sie bei 40 in den oberen Endabschnitt des Schornsteins gelangen und schließlich an dessen oberem Ende ins Freie austreten.

Die Erfindung ist auf die beschriebenen Einzelheiten der Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, da diese in mannigfacher Hinsicht abgewandelt werden können. Die Erfindung ist also keineswegs auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und erstreckt sich auch auf alle äquivalente.

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Claims

PATENTANSPRUCH

Schornstein zum Abfackeln von Abgasen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schornstein gegen den Eintritt von Außenluft nach Stillstand des Abgasstroms durch eine Vorrichtung folgender Bauart gesichert ist:

Ca) Sie hat ein zylindrisches Gehäuse (12) von größerem Durchmesser als der Schornstein (18), das oben und unten durch ringförmige Scheiben (34, 20) abgeschlossen ist, und von oben . erstreckt sich ein lotrechtes, denselben Durchmesser wie der Schornstein aufweisendes mittleres Rohr (41) abwärts in das Gehäuse (12) hinein bis zu einer bestimmten Tiefej

(b) in einem gewissen Abstand unterhalb dieses lotrechten Rohrs (32) hat das Gehäuse eine quer durch dieses hindurchgehende Trennwand (24)j

(c) diese Trennwand (24) hat dicht an ihrem Umfang einen Kranz von Löchern (36), an die sich je ein lotrechtes an die Trennwand angeschweißtes Rohr (28) anschließt, das bis zu einem bestimmten Abstand von der oberen Scheibe (34) aufwärts ragt,

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Deutsche Bank Mönchen, Kto.-Nr. S2/O8O5O {BLZ 70070010)

Postscheck München Nr. 163397-802

ORIGINAL INSPECTED

wodurch die im Schornstein (18) aufwärts fließenden Abgase zunächst in die zwischen der Querwand (24) und der unteren ringförmigen Scheibe (20) befindlichen Vorkammer und von dort durch die senkrechten Rohre (2B) aufwärts in den zwischen dem mittleren Rohr und dem Mantel des Gehäuses (12) verbleibenden freien Raum, in diesem abwärts und dann von unten durch das mittlere Rohr (32) aufwärts ins Freie geleitet werden.

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