EP0205841B1 - Mobile thermal after-burning installation for a combustible waste gas mixture - Google Patents
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- F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
- F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator
Definitions
- the invention relates to a mobile thermal afterburning system for a combustible exhaust gas mixture of the type referred to in the preamble of claim 1.
- a method for the joint combustion of different types of fluid fuels in two series-connected combustion chambers under the action of tangentially supplied air flows which are twisted in opposite directions has become known, for example, from SU-PS 1 079 954.
- a plant for the combustion of combustible exhaust gases is known with a cylindrical housing, with a first combustion chamber arranged therein, into which fuel such as heating oil, natural gas or the like and combustion air are introduced, and with a lengthwise connection to the first combustion chamber second combustion chamber, furthermore with two annular cylindrical jacket spaces between the combustion chambers and the housing, one of which is charged tangentially with combustion air and the other tangentially with the exhaust gases to be burned, and from which the air or the exhaust gases are introduced into the combustion chambers through corresponding openings .
- waste gases are compulsory at certain intervals, which arise during cleaning work before repairs such as stripping processes in columns, apparatuses and coolers, residual relaxation processes in plant parts and apparatuses, and regeneration processes, e.g. B. in the reprocessing of inactive catalysts.
- these exhaust gases can be aliphatic or aromatic hydrocarbons, odor-intensive hydrogen sulfide compounds, odor-intensive nitrogen compounds and the like.
- these exhaust gases can be aliphatic or aromatic hydrocarbons, odor-intensive hydrogen sulfide compounds, odor-intensive nitrogen compounds and the like.
- Such exhaust gas mixtures contain one or more representatives from the group of aliphatic, saturated or unsaturated, or aromatic hydrocarbons, carbon monoxide, hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia in addition to varying amounts of nitrogen, carbon dioxide, oxygen, argon, water vapor and, if appropriate, dust, soot particles or condensed liquid components .
- the invention is also based on the object of designing a device of the generic type in such a way that the consumption of the additional energy to be used, such as heating oil, natural gas or the like, is kept as low as possible by recovering the heat of combustion and by conditioning the exhaust gases to be used.
- the additional energy to be used such as heating oil, natural gas or the like
- aerosol-forming constituents such as e.g. B. contain fine liquid droplets, mist or the like. These accompanying substances must first be converted into the gaseous state before they are converted into a thermal combustion, which leads to an increase in the required dwell time and the need for additional energy. This results in the task of first separating these companions and heating them up separately.
- the aerosol-forming constituents are water, it is also expedient to separate this before the combustion chamber 4 is acted upon, as a result of which a largely pre-dried exhaust gas mixture reaches the combustion chamber 4.
- the aerosol-forming constituents for example condensed liquid components, dust or soot particles
- the aerosol-forming constituents can be separated off and passed into the combustion chamber 2 for heating and subsequent combustion in that scoop-shaped in the shell of the combustion chamber 2 Seen in the downstream direction, concave inflow elements 8 are provided in a specific arrangement distributed over the circumferential surface, which are connected to inflow nozzles 9 leading through the combustion chamber wall into the combustion chamber 2.
- the exhaust gas contaminated with aerosols (liquid droplets or solids) is fed tangentially to the jacket space of combustion chamber 2.
- the jacket space is the space between the combustion chamber 2 and an outer cylinder.
- the exhaust gas moves in a spiral around combustion chamber 2 in the jacket space.
- the aerosols are therefore driven towards the outer cylinder, depending on the diameter and their floating speed.
- Separation plates which are referred to as inflow elements 8, are attached at right angles to the flow direction against the spiral flow of the gas. These inflow elements 8 are inclined against the direction of flow and are in several rows one behind the other, so that the gases are forcibly diverted. Aerosols that are carried in the gas stream are thus separated by the inflow elements 8 due to the gas deflection.
- the inflow elements 8 separated from the exhaust gas mixture 16 by possibly arranged in the jacket space of the combustion chamber 2 in connection with inflow nozzles 9 leading into the combustion chamber 2 are introduced, vaporized and possibly also burned.
- the remaining exhaust gas mixture which is optionally freed of swirl or other aerosol-forming components, is mixed with combustion air 15 preheated to 150 ° C. and swirled in opposite directions and introduced into the combustion chamber 4.
- the temperature in the combustion chamber 4 is, for example, 850 ° C.
- the flue gases 17 leaving the combustion chamber 4 are used for heat recovery by means of heat exchangers 11, 12 and 13 built into the chimney 5.
- the cold exhaust gas 16 to be burned is brought to 700 ° C. by the flue gas; and the oil combustion air 14 warmed up to 180 ° C.
- the flue gas cools down to, for example, 230 to 250 ° C.
- the heat recovery system is designed, for example, as a heat exchanger tower i, which can be designed to be tiltable and at the same time is used as a chimney 5.
- exhaust gases can be safely mixed with atmospheric oxygen at a high temperature level and fed to the combustion in the combustion chamber 4.
- the preheated exhaust gas mixture is supplied to the mixing nozzle with a swirl flow through the annular inflow channel 6.
- the preheated combustion air (additional air) is added through the annular inflow channel 7 with an opposite swirl. This results in intensive mixing and, depending on the speeds of the feed gases, the ignitable exhaust gas / additional air mixture enters the combustion chamber 4 under a high shear gradient.
- the combustion chambers are expediently provided with a refractory lining 22.
- the combustion chamber 2 is preferably operated at temperatures between 1200 and 2000 ° C, the combustion chamber 4 preferably at temperatures between 800 and 1400 ° C.
- FIG. 3 shows a longitudinal section of the combustion chamber 2 with the inflow elements 8 arranged in the jacket space and the inflow nozzles 9 leading into the combustion chamber 2.
- FIG. 4 the inflow elements 8 arranged above the jacket space with the inlet openings of the inflow nozzles 9 are shown as view “A”.
- FIG. 5 shows in another view as section ce B "the inflow elements 8 and inflow nozzles 9 guiding the combustion chamber wall.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine mobile thermische Nachverbrennungsanlage für ein verbrennbares Abgasgemisch der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bezeichneten Art.The invention relates to a mobile thermal afterburning system for a combustible exhaust gas mixture of the type referred to in the preamble of
Ein Verfahren zur gemeinsamen Verbrennung von fluiden Brennstoffen unterschiedlicher Art in zwei hintereinandergeschalteten Brennkammern unter Beaufschlagung mit gegensinnig verdrallten tangential zugeführten Luftströmen ist beispielsweise aus der SU-PS 1 079 954 bekannt geworden.A method for the joint combustion of different types of fluid fuels in two series-connected combustion chambers under the action of tangentially supplied air flows which are twisted in opposite directions has become known, for example, from SU-
Aus der FR-OS 2404173 ist eine Anlage zur Verbrennung verbrennbarer Abgase bekannt mit einem zylindrischen Gehäuse, mit einer darin angeordneten ersten Brennkammer, in die Brennstoff wie Heizöl, Erdgas oder dergleichen und Verbrennungsluft eingeführt werden, und mit einer in Längsrichtung an die erste Brennkammer anschließenden zweiten Brennkammer, ferner mit zwei ringzylinderförmigen Mantelräumen zwischen den Brennkammern und dem Gehäuse, 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.From FR-OS 2404173 a plant for the combustion of combustible exhaust gases is known with a cylindrical housing, with a first combustion chamber arranged therein, into which fuel such as heating oil, natural gas or the like and combustion air are introduced, and with a lengthwise connection to the first combustion chamber second combustion chamber, furthermore with two annular cylindrical jacket spaces between the combustion chambers and the housing, one of which is charged tangentially with combustion air and the other tangentially with the exhaust gases to be burned, and from which the air or the exhaust gases are introduced into the combustion chambers through corresponding openings .
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 Apparaten sowie Regenerierprozessen 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.In the production plants of refineries and petrochemical plants, waste gases are compulsory at certain intervals, which arise during cleaning work before repairs such as stripping processes in columns, apparatuses and coolers, residual relaxation processes in plant parts and apparatuses, and regeneration processes, e.g. B. in the reprocessing of inactive catalysts. As accompanying substances, these exhaust gases can be aliphatic or aromatic hydrocarbons, odor-intensive hydrogen sulfide compounds, odor-intensive nitrogen compounds and the like. Like. included.
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.Such exhaust gas mixtures contain one or more representatives from the group of aliphatic, saturated or unsaturated, or aromatic hydrocarbons, carbon monoxide, hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia in addition to varying amounts of nitrogen, carbon dioxide, oxygen, argon, water vapor and, if appropriate, dust, soot particles or condensed liquid components .
Hieraus ergab sich das Bedürfnis für eine mobile thermische Nachverbrennungsanlage, die in Raffinerien oder petrochemischen Betrieben eingesetzt werden kann und mit Hilfe derer anfallende Abgase gefahrlos und kostengünstig umgewandelt werden können. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß durch Rückgewinnung der Verbrennungswärme und durch Konditionierung der einzusetzenden Abgase der Verbrauch der einzusetzenden Zusatzenergie wie Heizöl, Erdgas oder dgl. so gering wie möglich gehalten wird.This resulted in the need for a mobile thermal afterburning system that can be used in refineries or petrochemical plants and with the help of which waste gases can be converted safely and inexpensively. The invention is also based on the object of designing a device of the generic type in such a way that the consumption of the additional energy to be used, such as heating oil, natural gas or the like, is kept as low as possible by recovering the heat of combustion and by conditioning the exhaust gases to be used.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Merkmale a) bis c) des Kennzeichens des Patentanspruches 1 verwirklicht sind.This object is achieved according to the invention in that the features a) to c) of the characterizing part of
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 des Bedarfs an Zusatzenergie führt. Hieraus ergibt sich die Aufgabe, diese Begleiter zunächst abzutrennen und gesondert aufzuheizen.In the exhaust gases to be converted by thermal combustion, aerosol-forming constituents such as e.g. B. contain fine liquid droplets, mist or the like. These accompanying substances must first be converted into the gaseous state before they are converted into a thermal combustion, which leads to an increase in the required dwell time and the need for additional energy. This results in the task of first separating these companions and heating them up separately.
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.If the aerosol-forming constituents are water, it is also expedient to separate this before the combustion chamber 4 is acted upon, as a result of which a largely pre-dried exhaust gas mixture reaches the combustion chamber 4.
Zur Lösung dieser weiteren Aufgabe können nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 die aerosolbildenden Bestandteile, beispielsweise kondensierte Flüssigkeitsanteile, Staub- oder Rußpartikel dadurch abgetrennt und zwecks Aufheizung und anschließender Verbrennung in die Brennkammer 2 geleitet werden, daß im Mantelraum der Brennkammer 2 schaufelförmige in Abstromrichtung gesehen konkave Anströmelemente 8 in bestimmter Anordnung über die Umfangsfläche verteilt vorgesehen sind, die mit durch die Brennkammerwandung in die Brennkammer 2 führenden Einströmdüsen 9 in Verbindung stehen.To achieve this further object, according to an advantageous embodiment of the invention, the aerosol-forming constituents, for example condensed liquid components, dust or soot particles, can be separated off and passed into the
Das mit Aerosolen (Flüssigkeitströpfchen oder Feststoffe) behaftete Abgas wird tangential dem Mantelraum von Brennkammer 2 zugeführt. Der Mantelraum ist der Raum zwischen Brennkammer 2 und einem Außenzylinder. Das Abgas bewegt sich im Mantelraum spiralenförmig um Brennkammer 2. Die Aerosole werden deshalb, abhängig vom Durchmesser und ihrer Schwebegeschwindigkeit, in Richtung Außenzylinder getrieben. Gegen die spiralförmige Strömung des Gases sind im rechten Winkel zur Strömungsrichtung Abscheidebleche angebracht, die als Anströmelemente 8 bezeichnet sind. Diese Anströmelemente 8 sind gegen die Strömungsrichtung geneigt und stehen in mehreren Reihen hintereinander, so daß die Gase zwangsweise umgelenkt werden. Aerosole, die im Gasstrom mitgetragen werden, werden somit durch die Anströmelemente 8 aufgrund der Gasumlenkung abgeschieden. Diejenigen Aerosolbestandteile, die sich am Außenzylinder aufgrund der Zentrifugalkraft aufkonzentriert haben, werden durch die Anströmelemente vom Außenzylinder « abgestreift », da die Anströmelemente mit dem Außenzylinder bündig abschließen. Zwischen dem Mantelraum und dem Brennkammerraum entsteht ein erhebliches Druckgefälle dadurch, daß ein Druckverlust zwischen Mantelraum und Brennkammerraum aufgrund der Geschwindigkeitsdifferenz auftritt. Dadurch wird an den Anströmelementen 8 eine Strömung vorzugsweise der hier angereicherten Aerosolbestandteile durch die Einströmdüsen 9 in die Brennkammer 2 bewirkt. Durch diese Druckdifferenz erfolgt ein Absaugen der am Anströmelement gesammelten Aerosole, die über die Einströmdüse 9 in die heißen Verbrennungsgase eingemischt werden.The exhaust gas contaminated with aerosols (liquid droplets or solids) is fed tangentially to the jacket space of
Die Überführung der Flüssigkeitsteilchen oder der aerosolbildenden Bestandteile in der Abgasströmung aus dem Brennkammer 2 umgebenden Mantelraum in die Brennkammer 2 bzw. die Abtrennung von Wasserbestandteilen wird durch die mit 10 in dem Fließschema der Figur 1 bezeichnete schematisch dargestellte Flüssigkeitsabscheidung bzw. die Druckdifferenz zwischen der Brennkammer und den Anströmelementen 8 mit den Einströmdüsen 9 nach Figur 2 bewirkt. In Brenner (n) 1 wird durch Einsatz von Zusatzenergie 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.The transfer of the liquid particles or the aerosol-forming constituents in the exhaust gas flow from the jacket chamber surrounding the
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.Into the
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 Brennkammer 4 eingeleitet. Die Temperatur in der Brennkammer 4 beträgt beispielsweise 850 °C.In the
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.The
Beispielsweise durch Ausstattung dir Anlage mit mehreren Einzelbrennern und durch eine über die Sauerstoffmenge im Rauchgas i gesteuerte Kaskadenregelung der Luftversorgung der Brenner kann sichergestellt werden, daß' ein Restsauerstoffgehalt von weniger als 5 Völ.=% im Rauchgas eingehalten wird.For example, by equipping the system with several individual burners and through a cascade control of the air supply to the burners, which is controlled by the amount of oxygen in the flue gas, it can be ensured that a residual oxygen content of less than 5 vols. = % is maintained in the flue gas.
Das Wärmerückgewinnungssystem ist beispielsweise als Wärmetauscherturm i ausgebildet, der kippbar ausgeführt sein kann und gleichzeitig als Kamin 5 genutzt wird.The heat recovery system is designed, for example, as a heat exchanger tower i, which can be designed to be tiltable and at the same time is used as a
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 Brennkammer 2 wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 1 200 und 2 000 °C betrieben, die Brennkammer 4 vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 800 und 1 400 °C.In the
In dem Fließschema der Figur 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 Zusatzenergie (Heizöl oder Erdgas)
- 15 Zusatzluft
- 16 Abgas
- 17 Rauchgas
- 18 Zusatzenergie (Heizöl oder Erdgas)
- 1 burner
- 2 high temperature combustion chamber
- 3 mixing nozzle
- 4 low temperature combustion chamber
- 5 fireplace
- 10 Liquid separation or separation of aerosol components
- 11 heat exchangers for exhaust gas
- 12 heat exchangers for additional air
- 13 heat exchangers for combustion air
- 14 Combustion air for additional energy (heating oil or natural gas)
- 15 additional air
- 16 exhaust gas
- 17 flue gas
- 18 Additional energy (heating oil or natural gas)
In dem schematisierten Längsschnitt der Figur 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 Zusatzluft
- 16 Abgas
- 17 Rauchgas
- 18 Zusatzenergie (Heizöl oder Erdgas)
- 20 Zusatzluftführung
- 21 Abgaszuführung
- 22 Ausmauerung
- 1 burner
- 2 high temperature combustion chamber
- 3 mixing nozzle
- 4 low temperature combustion chamber
- 5 fireplace
- 6 Inflow channel for exhaust gas mixture
- 7 Inflow duct for additional air
- 8 inflow elements
- 9 inlet nozzles
- 11 heat exchangers for exhaust gas
- 12 heat exchangers for additional air
- 13 heat exchangers for combustion air
- 14 combustion air
- 15 additional air
- 16 exhaust gas
- 17 flue gas
- 18 Additional energy (heating oil or natural gas)
- 20 Additional air flow
- 21 exhaust gas supply
- 22 lining
In der Figur 3 ist ein Längsschnitt der Brennkammer 2 mit den in dem Mantelraum angeordneten Anströmelementen 8 und den in die Brennkammer 2 führenden Einströmdüsen 9 gezeigt.FIG. 3 shows a longitudinal section of the
In der Figur 4 sind als Ansicht « A " die über den Mantelraum angeordneten Anströmelemente 8 mit den Eintrittsöffnungen der Einströmdüsen 9 gezeigt.In FIG. 4, the
Figur 5 zeigt in einer anderen Ansicht als Schnitt ce B" die Anströmelemente 8 und die Brennkammerwandung führenden Einströmdüsen 9.FIG. 5 shows in another view as section ce B "the
Claims (2)
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