DE3516085C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile thermische Nachverbrennungsanlage für verbrennbare Abgasgemische der im Oberbegriff des Patentanspruches bezeichneten Art.

Aus der FR-OS 34 04 173 ist eine Anlage zur Verbrennung brennbarer Abgase bekannt mit einem zylindrischen Gehäuse, mit einer darin angeordneten ersten Brennkammer und mit einer in Längsrichtung an die erste Brennkammer anschließenden zweiten Brennkammer. Zwischen den Brennkammern und dem Gehäuse sind zwei ringzylinderförmige Mantelräume angeordnet, von denen der eine tangential mit Verbrennungsluft und der andere tangential mit den zu verbrennenden Abgasen beaufschlagt wird und aus denen die Luft bzw. die Abgase durch entsprechende Öffnungen in die Brennkammern eingeleitet werden.

In den Produktionsanlagen von Raffinerien und petrochemischen Anlagen fallen in gewissen Zeitabständen zwangsweise Abgase an, die entstehen bei Reinigungsarbeiten vor Reparaturen wie Abbeizvorgängen in Kolonnen, Apparaten und Kühlern, Restentspannungsvorgängen bei Anlagenteilen und Apparaturen sowie Regenerationsprozessen, z. B. bei der Wiederaufarbeitung von inaktiv gewordenen Katalysatoren. Als Begleitsubstanzen können diese Abgase aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, geruchsintensive Schwefelwasserstoffverbindungen, geruchsintensive Stickstoffverbindungen u. dgl. enthalten.

Derartige Abgasgemische enthalten einen oder mehrere Vertreter aus der Gruppe aliphatischer, gesättigter oder ungesättigter oder aromatischer Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Ammoniak neben wechselnden Mengen Stickstoff, Kohlendioxid, Sauerstoff, Argon, Wasserdampf sowie ggf. Staub-, Rußpartikel oder auch kondensierte Flüssigkeitsbestandteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß in Raffinerien oder petrochemischen Betrieben anfallende Abgase gefahrlos und kostengünstig umgewandelt werden können und durch Rückgewinnung der Verbrennungswärme und durch Konditionierung der einzusetzenden Abgase der Verbrauch der einzusetzenden Zusatzbrennstoffe wie Heizöl, Erdgas oder dgl. so gering wie möglich gehalten wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Merkmale a) bis c) des Kennzeichens des Patentanspruches verwirklicht sind.

In den durch thermische Verbrennung umzuwandelnden Abgasen sind bei den in Betracht kommenden Anwendungen der vorliegenden Vorrichtung häufig noch aerosolbildende Bestandteile wie z. B. feine Flüssigkeitströpfchen, Nebel oder dgl. enthalten. Auch diese Begleitstoffe müssen, bevor sie in einer thermischen Verbrennung umgewandelt werden, zunächst in den gasförmigen Zustand übergeführt werden, was zu einer Erhöhung der erforderlichen Verweilzeit und der Menge der Zusatzbrennstoffe führt. Diese Begleiter sind zunächst abzutrennen und gesondert aufzuheizen.

Handelt es sich bei den aerosolbildenden Bestandteilen um Wasser, so ist es ebenfalls zweckmäßig, dieses vor Beaufschlagung der Brennkammer 4 abzutrennen, wodurch ein weitgehend vorgetrocknetes Abgasgemisch in die Brennkammer 4 gelangt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die aerosolbildenden Bestandteile, beispielsweise kondensierte Flüssigkeitsanteile, Staub- oder Rußpartikel dadurch abgetrennt und zwecks Aufheizung und anschließender Verbrennung in die Hochtemperaturbrennkammer 2 geleitet werden, daß im Mantelraum der Brennkammer 2 schaufelförmige in Abstromrichtung gesehen konkave Anströmelemente 8 in bestimmter Anordnung über die Umfangsrichtung verteilt vorgesehen sind, die mit durch die Brennkammerwandung in die Brennkammer 2 führenden Einströmdüsen 9 in Verbindung stehen.

Die Überführung der Flüssigkeitsteilchen bzw. der aerosolbildenden Bestandteile in der Abgasströmung aus dem die Brennkammer 2 umgebenden Mantelraum in die Brennkammer 2 wird durch die Druckdifferenz zwischen der mit 10 in dem Fließschema der Fig. 1 bezeichneten Flüssigkeitsabscheidung und der Brennkammer bzw. den Anströmelementen 8 und den Einströmdüsen 9 nach Fig. 2 bewirkt.

In Brenner(n) 1 wird durch Einsatz von Zusatzbrennstoff nämlich Verbrennung von Heizöl EL oder dgl mit auf beispielsweise 180°C vorgewärmter Luft 14 heißes Rauchgas 17 erzeugt, welches zur Aufheizung der Abgasbestandteile dient.

In das heiße Rauchgas 17 in Brennkammer 2 werden die aus dem Abgasgemisch 16 durch ggf. im Mantelraum der Brennkammer 2 angeordnete Anströmelemente 8 in Verbindung mit in Brennkammer 2 führenden Einströmdüsen 9 abgetrennten Flüssigkeitsanteile eingeleitet, verdampft und ggf. mitverbrannt.

In der Mischdüse 3 wird das ggf. von Flüssigkeitsanteilen oder sonstigen aerosolbildenden Bestandteilen befreite mit einem Drall beaufschlagte restliche Abgasgemisch mit auf beispielsweise 150°C vorgewärmter und gegensinnig verdrallter Verbrennungsluft 15 vermischt und in die Niedertemperaturbrennkammer 4 eingeleitet. Die Temperatur in der Brennkammer 4 beträgt beispielsweise 850°C.

Die die Brennkammer 4 verlassenden Rauchgase 17 dienen zur Wärmerückgewinnung mittels in den Kamin 5 eingebauter Wärmetauscher 11, 12 und 13. In dieser Wärmerückgewinnung wird beispielsweise das zu verbrennende kalte Abgas 16 durch das Rauchgas auf 700°C und die Ölverbrennungsluft 14 auf 180°C aufgewärmt. Das Rauchgas kühlt sich dabei auf beispielsweise 230 bis 250°C ab.

Durch Ausstattung der Anlage mit mehreren Einzelbrennern und durch eine über die Sauerstoffmenge im Rauchgas gesteuerte Kaskadenregelung der Luftversorgung der Brenner wird sichergestellt, daß ein Restsauerstoffgehalt von weniger als 5 Vol.-% im Rauchgas eingehalten wird.

Das Wärmerückgewinnungssystem ist beispielsweise als Wärmetauscherturm ausgebildet, der kippbar ausgeführt sein kann und gleichzeitig als Kamin 5 genutzt wird.

In der Mischdüse 3 können gefahrlos Abgase bei hohem Temperaturniveau mit Luftsauerstoff gemischt und der Verbrennung in Brennkammer 4 zugeführt werden. Durch den ringförmigen Einströmkanal 6 wird der Mischdüse das vorgewärmte Abgasgemisch mit einer Drallströmung zugeführt. Durch den ringförmigen Einströmkanal 7 wird mit gegenläufigem Drall die vorgewärmte Verbrennungsluft (Zusatzluft) zugegeben. Hierdurch erfolgt eine intensive Vermischung, und in Abhängigkeit von den Geschwindigkeiten der Einsatzgase gelangt das zündfähige Abgas-Zusatzluft-Gemisch unter einem hohen Schergradienten in die Brennkammer 4. Die Brennkammern sind zweckmäßig mit einer feuerfesten Ausmauerung 22 versehen. Die Hochtemperaturbrennkammer 2 wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 1200 und 2000°C betrieben, die Niedertemperaturbrennkammer 4 vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 800 und 1400°C.

In dem Fließschema der Fig. 1 ist die Gesamtkonfiguration der vorgeschlagenen mobilen thermischen Nachverbrennungsanlage schematisch dargestellt. Die verwendeten Bezugszeichen sind nachfolgend nochmals zusammengestellt:

•  1 Brenner
   2 Hochtemperaturbrennkammer
   3 Mischdüse
   4 Niedertemperaturbrennkammer
   5 Kamin
  10 Flüssigkeitsabscheidung bzw.
     Abscheidung von Aerosolbestandteilen
  11 Wärmetauscher für Abgas
  12 Wärmetauscher für Zusatzluft
  13 Wärmetauscher für Verbrennungsluft
  14 Verbrennungsluft für Zusatzbrennstoff
     (Heizöl oder Erdgas)
  15 Zusatzluft
  16 Abgas
  17 Rauchgas
  18 Zusatzbrennstoff (Heizöl oder Erdgas)

In dem schematisierten Längsschnitt der Fig. 2 ist eine thermische Nachverbrennungsanlage wie beschrieben und in den Ansprüchen definiert unter Einzeichnung der Hauptströmungslinien für das zu verbrennende Abgas, für die Zusatzluft sowie das entstandene Rauchgas dargestellt. Die verwendeten Bezugszeichen sind wie folgt nochmals zusammengestellt:

•  1 Brenner
   2 Hochtemperaturbrennkammer
   3 Mischdüse
   4 Niedertemperaturbrennkammer
   5 Kamin
   6 Einströmkanal für Abgasgemisch
   7 Einströmkanal für Zusatzluft
   8 Anströmelemente
   9 Einströmdüsen
  11 Wärmetauscher für Abgas
  12 Wärmetauscher für Zusatzluft
  13 Wärmetauscher für Verbrennungsluft
  14 Verbrennungsluft
  15 Zusatz
  16 Abgas
  17 Rauchgas
  18 Zusatzbrennstoff (Heizöl oder Erdgas)
  20 Zusatzluftführung
  21 Abgaszuführung
  22 Ausmauerung

Claims (2)

1. Mobile thermische Nachverbrennungsanlage für ein ggf. Staub- oder Rußpartikel, kondensierbare Anteile oder Flüssigkeitsanteile enthaltendes verbrennbares Abgasgemisch, bestehend aus einer in Längsrichtung aufeinanderfolgenden baugruppenartigen Anordnung von Brenner(n) (1) für einen Zusatzbrennstoff wie Heizöl, Erdgas oder dgl., Hochtemperaturbrennkammer (2), Niedertemperaturbrennkammer (4) jeweils mit die Brennkammern (2, 4) umgebenden ringzylinderförmigen Mantelräumen, einer Mischdüse (3) zwischen den Brennkammern (2, 4) mit einem ringförmigen Einströmkanal (6) für das Abgasgemisch (16), nach oben umgelenktem Kamin (5) sowie Zuführungen für den Zusatzbrennstoff (18), für Verbrennungsluft (14), für Zusatzluft (15) sowie für das zu verbrennende Abgasgemisch (16) mit Wärmeaustauschvorrichtungen (11, 12, 13) für die Vorwärmung der Verbrennungsluft, der Zusatzluft sowie des Abgasgemisches (16) zur Aufheizung und Verbrennung mittels in Brenner(n) (1) generierter Stützflamme(n) in den Brennkammern (2, 4), gekennzeichnet durch folgende Merkmale

• a) durch den Mantelraum der Hochtemperaturbrennkammer (2) wird das am aufstromseitigen Ende tangential zugeführte Abgasgemisch (16) mittels axialer Leitschaufeln zur Drallerzeugung der Niedertemperaturbrennkammer (4) über die zwischengeschaltete ringförmige Mischdüse (3) zugeführt,
• b) die Mischdüse (3) wird über einen weiteren ringförmigen Einströmkanal (7) mit der am abstromseitigen Ende der Niedertemperaturbrennkammer (4) deren Mantelraum tangential zugeführten, über axiale Leitschaufeln mit einem, bezogen auf den Drall des Abgasgemisches (16), gegensinnigen Drall geführten Zusatzluft (15) beaufschlagt,
• c) die in der Mischdüse (3) in einer Scherströmung zusammengeführten Einsatzströme treten am aufstromseitigen Ende der Niedertemperaturbrennkammer (4) peripher in diese ein.

2. Nachverbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantelraum der Hochtemperaturbrennkammer (2) zur Abtrennung von Flüssigkeitsanteilen oder sonstigen aerosolbildenden Bestandteilen aus dem Abgasgemisch (16) schaufelförmige in Strömungsrichtung gesehen konkave Anströmelemente (8) über die Umfangsfläche verteilt angeordnet sind, die mit durch die Brennkammerwandung in die Hochtemperaturbrennkammer (2) führenden Einströmdüsen (9) in Verbindung stehen.