DE3420408C2 - Burners for burning exhaust gases - Google Patents
Burners for burning exhaust gasesInfo
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Abstract
Es wird ein Brenner zum Verbrennen von Abgasen, insbesondere aus kerntechnischen Anlagen, mit Hilfe von Oxidationsmitteln beschrieben, der raumsparend, leicht handhabbar und betriebssicher ist und außerdem wenig Sekundärabgas liefert. Dazu sind in einem Hochtemperaturteil Mischkammern hintereinander angeordnet, mit tangential angebrachten Zuführungen für das Oxidationsmittel. Außerdem wird der Hochtemperaturteil von zwei oder mehreren gesondert gesteuerten Heizwicklungen erhitzt.A burner for burning exhaust gases, in particular from nuclear facilities, with the aid of oxidizing agents is described, which is space-saving, easy to handle and reliable and also provides little secondary exhaust gas. For this purpose, mixing chambers are arranged one behind the other in a high-temperature part, with feeds for the oxidizing agent attached tangentially. In addition, the high-temperature part is heated by two or more separately controlled heating coils.
Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Verbrennen von Abgasen mit Hilfe eines Oxidationsmittels, insbesondere von Abgasen aus kerntechnischen Prozessen, bestehend aus einem Hochtemperaturteil mit zwei oder mehreren elektrischen Heizwicklungen und aus einem Nachreaktionsteil.The invention relates to a burner for burning exhaust gases with the aid of an oxidizing agent, in particular of exhaust gases from nuclear processes, consisting of a high-temperature part with two or several electrical heating coils and a post-reaction part.
Das gesteigerte Umweltbewußtsein und die schärferen Abgasgesetze haben die Anwendung der thermischen Nachverbrennung in den letzten Jahren stark vorangetrieben. The increased environmental awareness and the stricter emission laws have the application of the thermal Post-combustion has been strongly promoted in recent years.
Ein gattungsgemäßer Brenner ist aus der DE-OS 22 27 389 bekannt. Bei diesem sind in einem einzigen Misch- und Brennraum als Hochtemperaturteil mehrere elektrische Heizwicklungen in Serie geschaltet. Bei Ausfall einer Heizwicklung fällt dabei die gesamte Heizwirkung und damit die Zündsicherheit bei ungünstigen Brennstoff/Luft-Verhältnissen aus, d. h. bei sehr großem Luftüberschuß, und das Abgas verläßt unvollständig verbrannt den Brenner. Bei starken Schwankungen des Brennstoffgehaltes im Abgas kann es wegen der Zuführung der Luft über eine einzige Leitung im gesamten Brennraum ebenfalls zu ungünstigen Brennstoff/Luft-Verhältnissen kommen, so daß ein vollständiger Ausbrand nicht mehr sicher gewährleistet ist.A generic burner is known from DE-OS 22 27 389. With this are in a single Mixing and combustion chamber as a high-temperature part, several electrical heating coils connected in series. In the event of failure one heating coil, the entire heating effect and thus the ignition reliability falls in the case of unfavorable Fuel / air ratios, d. H. with a very large excess of air, and the exhaust gas leaves incompletely burned the burner. In the event of strong fluctuations in the fuel content in the exhaust gas, it can be due to the feed the air via a single line in the entire combustion chamber also leads to unfavorable fuel / air ratios come, so that a complete burnout is no longer guaranteed.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner der gattungsgemäßen Art zu entwickeln, der durch eine hohe Zündsicherheit und einen guten Ausbrand in weiten Bereichen des Abgas/Luft-Verhältnisses betriebssicher ist.It is therefore the object of the present invention to develop a burner of the generic type, thanks to a high level of ignition reliability and good burnout over a wide range of the exhaust gas / air ratio is operationally safe.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizwicklungen von voneinander unabhängigen Heizkreisen gesteuert sind, daß im Hochtemperaturteil mehrere Mischkammern und den Heizkreisen zugeordnete Hochtemperaturzonen abwechselnd hintereinander angeordnet sind, und daß in der ersten Mischkammer tangential vier Zuführungen für das Oxidationsmittel und in den weiteren Mischkammern tangential jeweils zwei Zuführungen für das Oxidationsmittel angebracht sind.According to the invention, this object is achieved in that the heating windings are independent of one another Heating circuits are controlled that several mixing chambers and assigned to the heating circuits in the high-temperature part High-temperature zones are arranged alternately one behind the other, and that in the first mixing chamber tangential four feeds for the oxidizing agent and tangential in the further mixing chambers two feeds for the oxidizing agent are attached.
Zweckmäßige Weiterbildungen des Brenners ergeben sich aus den Unteransprüchen.Appropriate further developments of the burner emerge from the subclaims.
Die Aufteilung der Verbrennung der schadstoffhaltigen, brennbaren Abgase in mehrere Abschnitte mit gesonderten Mischkammern und gesondert gesteuerten Heizwicklungen erbringt im Zusammenwirken mit der tangentialen Zuführung des Oxidationsmittels, im Normalfall Luft, eine optimale, praktisch quantitative Umsetzung der Schadstoffe.The division of the combustion of the pollutant, flammable exhaust gases into several sections with separate ones Mixing chambers and separately controlled heating windings produce in cooperation with the tangential supply of the oxidizing agent, normally air, an optimal, practically quantitative conversion the pollutants.
Die Figuren I und II zeigen schematisch eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners, wobei Figur I einen Längsschnitt und Figur II einen Querschnitt entsprechend der Linie A-B in Figur I wiedergibtFigures I and II show schematically an exemplary embodiment of the burner according to the invention, where FIG. I shows a longitudinal section and FIG. II shows a cross section corresponding to the line A-B in FIG reproduces
Die Abgase strömen dem Brenner im Hochtemperaturteil (18) durch den Anschluß (1) an der ersten Mischkammer (3) mittig zu. In der konischen Mischkammer (3) befinden sich an vier Stellen über dem Umfang verteilt tangential angeordnete Zuführungen (2) für das Oxidationsmittel. Die Konizität begünstigt die Durchmischung des Abgases mit dem Oxidationsmittel. Hierfür wird z. B. Luft oder ein Luft-Sauerstoffgemisch verwendet. Es hat sich als günstig herausgestellt, wenn das Öffnungsverhältnis der ersten Mischkammer (3), Austrittsdurchmesser (D) zu Eintrittsdurchmesser (d), im Bereich von 1,2 bis 1,5 liegt Das Abgas-Luftgemisch strömt nach der ersten Mischkammer (3) in die erste Hochtemperaturzone (19) und zündet an der Heizwendel (6) des ersten elektrischen Heizkreises. In dieser ersten Hochtemperaturzone (19) findet eine leicht unterstöchiometrische Verbrennung statt (Luftmangel).The exhaust gases flow to the burner in the high-temperature part (18) through the connection (1) in the middle of the first mixing chamber (3). In the conical mixing chamber (3) there are tangentially arranged feeds (2) for the oxidizing agent at four points over the circumference. The conicity favors the mixing of the exhaust gas with the oxidizing agent. For this purpose z. B. air or an air-oxygen mixture is used. It has been found to be favorable if the opening ratio of the first mixing chamber (3), outlet diameter (D) to inlet diameter (d), is in the range from 1.2 to 1.5 The exhaust gas-air mixture flows to the first mixing chamber (3) into the first high-temperature zone (19) and ignites at the heating coil (6) of the first electrical heating circuit. Slightly substoichiometric combustion takes place in this first high-temperature zone (19) (lack of air).
In der nächsten Mischkammer (5) wird über zwei Zuführungen (8) ebenfalls tangential Oxidationsmittel (Luft, Sauerstoff oder Luft-Sauerstoffgemisch) überstöchiometrisch eingeblasen und in der zweiten Hochtemperaturzone (20) mit Hilfe der zweiten Heizwendel (9) das Gemisch weiterverbrannt. Die Art, mehrere Mischkammern (3,5) und Hochtemperaturzonen (19, 20) hintereinander anzuordnen, verhindert die Überhitzung an einer Stelle des Brenners. Ebenso wird die Bildung von Stickoxiden stark eingeschränkt. Nach der Reaktion in der letzten Hochtemperaturzone (20) strömt das Gas durch den Endring (10) und die Flanschverbindung (11) in den Nachreaktionsteil (17) des Brenners. Der Endring (10) dient vornehmlich der Wärmeabfuhr und ist vorzugsweise aus Aluminiumoxid angefertigt.In the next mixing chamber (5), oxidizing agent is also tangential via two inlets (8) (Air, oxygen or air-oxygen mixture) overstoichiometric blown in and in the second high temperature zone (20) with the help of the second heating coil (9) the mixture continued to burn. The way, several mixing chambers (3.5) and high-temperature zones (19, 20) in a row prevents overheating at one point on the burner. Likewise, the formation of Nitrogen oxides severely restricted. After the reaction in the last high-temperature zone (20), the gas flows through the end ring (10) and the flange connection (11) in the post-reaction part (17) of the burner. The end ring (10) is primarily used to dissipate heat and is preferably made of aluminum oxide.
Der Nachreaktionsteil (17) besteht aus einem außen beheizten Rohr (14) mit innenliegendem Verdrängkörper (13). Der so entstehende Ringraum mit beispielsweise maximal 100 mm Ringspaltweite, je nach Spaltstoffkonzentration in einem aus kerntechnischen Anlagen stammenden Abgas, wird zur Nachreaktion bei Temperaturen um 8000C verwendet. Zum Schutz des Verdrängkörpers (13) ist an dessen Vorderseite zum Hochtemperaturteil (18) hin eine keramische Spitze (12) angebracht. An der gegenüberliegenden Seite des Verdrängkörpers (13) befinden sich Kühlanschlüsse (16).The post-reaction part (17) consists of an externally heated tube (14) with an internal displacement body (13). The thus formed annular space with, for example, a maximum of 100 mm annular gap width, depending on the gap in a concentration derived from nuclear facilities exhaust gas is used for the subsequent reaction at temperatures of about 800 0 C. To protect the displacement body (13), a ceramic tip (12) is attached to its front side facing the high-temperature part (18). There are cooling connections (16) on the opposite side of the displacement body (13).
Die Rauchgase entweichen durch den Stutzen (22), der radial am Ende des Nachreaktionsteils (17) angebracht ist.The flue gases escape through the nozzle (22) which is attached radially to the end of the post-reaction part (17) is.
Die Möglichkeit, den freien Durchmesser des Hochtemperaturteils (18) durch Rohreinsätze (7) zur Anpassung an verschiedene Spaltstoffgehalte zu variieren,The possibility of adjusting the free diameter of the high-temperature part (18) through tube inserts (7) to vary the different fissile material contents,
macht den Brenner vor allem für kerntechnische Einsätze brauchbar. Außerdem dienen die Rohreinsätze (7) zum Schutz der Heizwendel (6, 9) vor Korrosion und Übertemperatur.makes the burner especially for nuclear applications useful. In addition, the pipe inserts (7) serve to protect the heating coil (6, 9) from corrosion and Overtemperature.
Für den kerntechnischen Boxenbetrieb stellt sich als besonders günstig dar, daß die Einzelteile (5,6,7,8,9,10) des Hochtemperaturteils (18) nach Entfernen des Dekkels (4) herausnehmbar sind.For the nuclear pit operation it turns out to be particularly favorable that the individual parts (5,6,7,8,9,10) of the high-temperature part (18) after removing the cover (4) are removable.
Die Einfachheit der Regelung, es werden nur elektrische Heizungen mit Hilfe von Thermoelementen geregelt, machen den Brenner sehr betriebssicher. Hervorzuheben sind vor allem die absolute Zündsicherheit und der gute Ausbrand in weiten Bereichen des Abgas-Luftverhältnisses. Wichtige Meßstellen, vor allem zur Regelung der Heizungen werden doppelt überwacht Am Ende des Hochtemperaturteils (18) befindet sich eine Meßstelle (21) für die Brennkammeraustrittstemperatur. Der Brenner kann auch mit Einspeiseverriegelung^n ausgerüstet werden.The simplicity of the regulation, only electrical heaters are regulated with the help of thermocouples, make the burner very reliable. Particularly noteworthy are the absolute ignition reliability and the good burnout in large areas of the exhaust-air ratio. Important measuring points, especially for regulation the heaters are monitored twice. At the end of the high-temperature part (18) there is a measuring point (21) for the combustion chamber outlet temperature. The burner can also be equipped with a feed lock ^ n will.
Bei Stromausfall wird für eine gewisse Zeit das noch zugeführte Abgas an den heißen Mischkammerwandungen gezündet und sicher verbrannt Die Anlage kann dann ohne Rußbildung bzw. Freisetzung unverbrannter Schadgase langsam abgefahren werden.In the event of a power failure, the exhaust gas that is still supplied remains on the hot mixing chamber walls for a certain period of time ignited and safely burned The system can then be used without soot formation or release of unburned Harmful gases are slowly removed.
2525th
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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