DE3932751C2 - Abgasfackel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasfackel zur die Umwelt wenig belästigenden Verbrennung von Abgasen.

Das Abfackeln von überschüssigen Gasen, Gasgemischen wechselnder Zusammensetzung und unterschiedlichen Gasmengen ist im allgemeinen mit Lärm, sowie mindestens zeitweisem starken Leuchten und Rußen der Fackelflamme verbunden. Das Leuchten und Rußen der Flamme deutet normalerweise auf eine unvollständige Verbrennung hin. Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man bereits vorgeschlagen, dem Abgas nach dem Gasaustritt aus dem Kamin durch Innen- oder Außendüsen in einer oder mehreren Ebenen Dampf und/oder Luft zuzumischen. Auch eine spezielle Gestaltung des Kaminkopfes sollte zur Verringerung der Belästigung der Umgebung durch Fackeln beitragen (siehe Berichte Deutsche Gesellschaft für Mineralölwissenschaft und Kohlechemie e. V., Forschungsbericht 135-02, Seite 5).

Insbesondere aus DE-OS 21 43 520 sowie DE-OS 23 25 225 sind speziell gestaltete Vorrichtungen zur verbesserten Abfackelung von Gasen vorbekannt. So beschreibt DE-OS 21 43 520 einen Brenner zum Abfackeln von Gasen, der aus einem vertikalen Mischrohr besteht, dessen Innenraum nach dem unteren Ende mit der Atmosphäre und über einen Ringspalt mit der Gaszufuhr in Verbindung steht und dessen oberes Ende eine ein Rückschlagen der Flamme verhindernde Vorrichtung besitzt. Nachdem das Gas durch mehrere Gaszuführungsleitungen über den Ringspalt wandnah nach oben geströmt ist und dabei viele wabenartige Kanäle passiert hat, wird es oberhalb des unteren Schusses durch einen Zündbrenner oder Glühkolben gezündet.

Aus DE-OS 23 25 225 ist eine Vorrichtung zum Abfackeln brennbarer Schachtofenabgase, insbesondere von Gichtgas bei Kupolöfen, bekannt. Der dort eingesetzte Brenner arbeitet nach dem Venturiprinzip und besteht aus einem als Venturirohr gestaltetem Schuß. Die Zufuhr der Verbrennungsluftmenge ist durch eine steuerbare Luftansaugöffnung regelbar.

Alle diese Maßnahmen führten zwar zu gewissen Verbesserungen hinsichtlich des Verhaltens der Fackel, konnten das Problem aber nicht vollständig lösen, so daß es insbesondere bei schwankender Gaszusammensetzung oder Gasandienung immer wieder zu Emissionen unerwünschter Luftverunreinigungen kam.

Es ist daher die Aufgabe eine Abgasfackel zu schaffen, welche die Nachteile der bisherigen Fackeln nicht besitzt und die anfallenden Abgase weitestgehend vollständig und ohne Belästigung der Umwelt zu verbrennen vermag.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das Problem jeder Fackel ist unter anderem die Kühlung des Fackelmantels bzw. des Gaszuführungsrohres bzw. des Fackelkopfes. Hierfür wurde insbesondere Dampf verwendet, der dann über entsprechende Vorrichtungen in die Flamme, insbesondere zur Zurückdrängung ihres Rußens, eingedüst wurde.

Es war daher völlig überraschend, daß die erfindungsgemäße Konstruktion der übereinander befindlichen Schüsse, die sich jeweils etwas überlappen, zu Wandtemperaturen führt, die dem Fackelkopf bzw. die Schüsse keineswegs zum Glühen bringen. Es wurde gefunden, daß mit Kohlenmonoxid/Methan/Wasserstoffgemischen die Wandtemperaturen der einzelnen Schüsse unter 500°C liegen. Bevorzugt besteht eine derartige Fackel aus dem Gaszuführungsrohr (1) und drei aufgesetzten, sich etwas überlappenden Schüssen (2, 3, 4), wobei die Schüsse mit zunehmendem Durchmesser immer kürzer werden.

Es hat sich gezeigt, daß eine Fackel dann besonders wirkungsvoll arbeitet, wenn die Flächen der lichten Weiten der einzelnen Schüsse folgender Gesetzmäßigkeit entsprechen: Gaszuführungsrohr 0,2 bis 0,5, 1. Schuß 1, 2. Schuß 1,4 bis 2, 3. Schuß 2,2 bis 3.

Der Zwischenraum zwischen dem vorhergehenden und dem folgendem Schuß muß so groß sein, daß genügend Luft eintreten kann, um die erreichbare Gasmenge zu verbrennen und den Schuß ausreichend zu kühlen.

Je weiter der jeweilige Schuß von der Mündung des Gaszuführungsrohres entfernt ist, umso größer ist sein Durchmesser und damit die Fläche seiner lichten Weite. Mit zunehmendem Durchmesser nimmt gleichzeitig das Volumen des Schusses zu. Dieses steigt zwar nicht in dem Maße wie beispielsweise die Flächen der lichten Weiten der einzelnen Schüsse, aber setzt man das Volumen des dem Gaszuführungsrohr folgenden Schusses willkürlich gleich eins, so ist das Volumen des folgenden Schusses 1,1 bis 1,4 und das Volumen des dritten Schusses 1,3 bis 1,7. Bevorzugt wird man etwa folgendes Verhältnis dieser drei Volumina wählen: 1 : 1,2 : 1,5. Diese Volumina genügen, um das Gas vollständig auszubrennen und mit entsprechender Geschwindigkeit aus dem Bereich der Fackel abzuführen.

Bevorzugt ist der auf dem Gaszuführungsrohr aufsitzende unterste Schuß (2) an seinem unteren Ende (2a) konisch aufgeweitet. In diesen konischen Teil ragt das Gaszuführungsrohr (1) hinein, durch die das zu verbrennende Gas G einströmt. Es ist an allen Schüssen genügend Raum vorhanden, die zur Verbrennung benötigte Luftmenge (L) anzusaugen. Andererseits hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den obersten Schuß (3) nach oben hin leicht konisch zu erweitern, wodurch die Gasgeschwindigkeit erhöht und der Kühleffekt verbessert wird.

Es kann sich bei Verbrennung bestimmter oder wechselnder Gaszusammensetzungen z. B. bei Abgasen aus Raffinerien oder Abfallverbrennungsanlagen als zweckmäßig erweisen, in dem obersten Schuß noch eine Möglichkeit zur Einleitung von Dampf vorzusehen. Ein etwa auftretendes Rußen oder zu starkes Leuchten der Flamme wird damit vermieden.

Am Austritt des Gaszuführungsrohres befindet sich die Lockflamme des Zündbrenners (ZB) zur Zündung des Gases.

Da die Wandtemperaturen 500°C nicht übersteigen, ist es nicht nötig, die Schüsse auszumauern. Andererseits erweist es sich als zweckmäßig, hierfür einen weitgehend hitze-, korrosions- und zunderbeständigem Chrom/Nickel /Silicium-Stahl wie z. B. X15CrNiSi2520 als Wandmaterial zu verwenden.

Beispiel

3000 m³/h eines Ofenabgases mit 80 Vol.-% Kohlenmonoxid, 8 Vol.-% Wasserstoff und 9 Vol.-% Stickstoff wurden über ein Gaszuführungsrohr von 600 mm lichter Weite einer erfindungsgemäßen Abgasfackel zugeführt, bei der die Flächen der drei Schüsse sich wie 1 : 1,6 : 2,7 verhielten und deren Volumina wie 1 : 1,2 : 1,5 waren.

Die Wandtemperaturen der drei Schüsse betrugen etwa 460°C. Die Verbrennung spielte sich vollständig innerhalb der drei Schüsse ab, innerhalb der sich lediglich eine relativ schwach leuchtende, mit einem gewissen Rauschen konstant brennende Flamme bildete.

Im Vergleich hierzu brennt eine herkömmliche Fackel eines wassergekühlten Kamines mit der gleichen Gaszusammensetzung als stark leuchtende, unregelmäßig sich bewegende und häufig stark knatternde, sich sehr in die Länge ziehende Flamme.

Claims (6)

1. Abgasfackel, bestehend aus Gaszuführungsrohr, Lockflamme und mehreren Schüssen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaszuführungsrohr zentral in das nach unten hin konisch aufgeweiteten Teil des unteren Schusses hineinragt, am Austritt die Lockflamme des Zündbrenners enthält und zwei weitere Schüsse von jeweils größerem Durchmesser den vorhergehenden Schuß geringfügig überlappen, wobei der oberste Schuß nach oben hin leicht konisch aufgeweitet ist.

2. Abgasfackel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flächen der lichten Weiten des Gaszuführungsrohres zu den Flächen der lichten Weiten der einzelnen Schüsse verhalten wie 0,2 bis 0,5 : 1 :1,4 bis 2 : 2,2 bis 3.

3. Abgasfackel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüsse mit zunehmendem Durchmesser kürzer werden.

4. Abgasfackel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Volumina der Schüsse nur mäßig vergrößern.

5. Abgasfackel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Volumina von 3 Schüssen verhalten wie 1 : 1,1 bis 1,4 : 1,3 bis 1,7, bevorzugt wie 1 : 1,2 : 1,5.

6. Abgasfackel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich im obersten Schuß eine Vorrichtung zur Einleitung vom Dampf befindet.