EP0684428B1 - Device for injecting air into the combustion space of a flare burner and flare burner - Google Patents
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- EP0684428B1 EP0684428B1 EP95107841A EP95107841A EP0684428B1 EP 0684428 B1 EP0684428 B1 EP 0684428B1 EP 95107841 A EP95107841 A EP 95107841A EP 95107841 A EP95107841 A EP 95107841A EP 0684428 B1 EP0684428 B1 EP 0684428B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23L5/00—Blast-producing apparatus before the fire
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
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- F23G7/085—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases using flares, e.g. in stacks in stacks
Definitions
- the invention relates to an injector for drawing in ambient air and blowing into the combustion chamber of a torch burner the preamble of claim 1.
- the invention has a Torch burner according to the preamble of claim 8 Object.
- the aim of the present invention is to provide a Injector and a torch burner of the aforementioned To create genus in which the conveying and mixing performance with comparatively large volume flows of air with comparatively low volume flows of the propellant fluid is optimized that the wall friction in the mixing area as possible reduced and an almost complete pulse output of the propellant fluid to the intake air is achieved.
- the invention wants to be as short as possible Distance optimal and quick mixing of air and propellant fluid with as little loss of impulse transmission as possible reach from the propellant to the air.
- a structurally particularly preferred embodiment, which also to a particularly short overall length with optimal mixing performance leads is characterized by the characteristics of the Part of claim 3 defined.
- the flow dead spaces according to the invention have the advantage that the spray jets have a backflow in the wall area trigger so that an intensive mixing of the Propellant fluids with the incoming air all around Spray jet takes place.
- the air flow and the Mixing intensity can by the measures according to claim 7 can be improved.
- the arrangement of the injection openings for the propellant fluid in A shielded flow dead space also sets the sound radiation to the outside in an advantageous manner.
- the intake cross section through the corner areas of the polygon is enlarged and thus increased the throughput of ambient air is, wherein at least one injection opening in the area of Middle of each pipe section should be provided, because there the closest proximity to the center of the ambient air flow.
- injection openings serve for the driving fluid from the ring tube in simplest case and structurally particularly advantageous cylindrical Holes.
- the nozzles used can reduce the efficiency the spray jets increase. By using Laval nozzles becomes a maximum implementation of pressure energy of the propellant fluid in the promotion of air serving kinetic energy the spray jets achieved.
- Ring tube a second ring tube may be arranged, which also two axially spaced rings of injection openings for the propellant fluid can be made available.
- injection opening levels can change the direction of the axes of the injection openings from the perpendicular to the tangent to the cross section of the Ring pipe at the location of the relevant injection opening more in Deviate towards the wall so that the spray jets do not include a too large angle with the central axis.
- the ring tube is preferably on the mixing area of the flow channel put on, whereby not only an optimal mixing on a short distance, but also an unhindered, Low-loss intake of air from a large part of the environment is made possible. However, it is preferred if which preferably run parallel to the main flow direction Walls of the mixing area at an angle of 90 ° on the tangent to the cross section of the ring tube on the Hit the point of contact between the wall and the ring pipe.
- the subdivision of the diffuser area is also particularly advantageous in at least two sections with the help of in Direction of flow arranged baffles, as a result of which flow-delaying and pressure-building effect of the diffuser area is improved, which in particular the expansion angle of the diffuser increases and the diffuser length can be reduced.
- the application of the invention is particularly advantageous for a torch burner according to claim 8.
- the cross wind sensitivity of the torch burner becomes essential reduced.
- light weight and ease small dimensions of the injector according to the invention and reduce the attacking wind forces and weight forces in the area of high altitude at the end of the fireplace Exhaust pipe arranged combustion chamber, in which the actual combustion only takes place at minimum load, while flaring larger amounts of flare gas there only intensive mixing of flare gas and air / propellant fluid mixture takes place while the combustion is above the outlet opening takes place.
- a windshield can reduce cross wind sensitivity still improve especially in the partial load range.
- Through optimized air intake from the environment the throughput is also when a large number of injectors are arranged improved in a confined space.
- the noise emission of the Torch burner is due to the low-noise design of the injectors significantly reduced. It also completeness encourages combustion and thus reduces soot formation.
- the injectors according to the invention can cylindrical part of the torch burner. However, their arrangement in a top of the exhaust pipe is preferred provided, flared combustion chamber.
- the injectors are at least perpendicular to the lateral surface of the conical combustion chamber and up to an angle of 30 ° upwards to the central axis of the combustion chamber are arranged, this helps to improve the homogeneous Mixing the combustion air into the flare gas suitable setting of the injector angle.
- the swirl improves the combustion in that cold torch gas layers in the centrifugal field due to their higher density are carried outwards into the peripheral zone, where they are intensely mixed with the combustion air supplied there Can come in contact.
- alternating twist pro with Injectors provided the homogeneous mixing the combustion air with the flare gas further favored.
- the injectors 12 are filled with motive steam through pipelines 43 charged, for example, a pressure of 9 bar and has a temperature of 450 ° C. This will suck the Injectors in the direction of the curved arrows in FIG. 9 Ambient air and blow it perpendicular to the peripheral wall 33 in the interior of the exhaust pipe 32, where they are with crosses the torch gas 38.
- an ignition device not shown can thus the flammable mixture of flare gas and ignited combustion air supplied by the injectors 12 and the torch gas in the desired manner through the outlet cross-sectional area 39 into the Atmosphere 40 are flared.
- the inside of the flared peripheral wall 33 thus represents from the lowest level 41, where combustion air is supplied, a combustion chamber 13.
- FIG. 1 comprises a first embodiment of an injector 12 an annular tube 21 with a circular cross section and interior 49, which on the upper circular Input end face 29 of the wall 26 of a flow channel 16 put on and fastened there, for example by welding is.
- the annular entrance end face 29 is located somewhat radially within the parallel to the central axis 44 of the Injector 12 extending diameter 45 of the circular Cross-section of the ring tube 21.
- At about an angle of 45 ° to the diameter 45 based on the circular central axis 46 of the ring tube 21 are around the central axis 44
- Injection openings 17 are provided in the annular tube 21, through which in the direction of the arrows shown in the injection openings 17 the motive steam supplied through the pipe 43 into the Flow channel 16 can be initiated.
- the Flow channel wall 26 Starting from the front face 29, the Flow channel wall 26 initially nozzle-like until finally in the cross-sectional plane 47 parallel to the generatrix of the wall to the central axis 44, which at the same time the through corresponds to an arrow indicated main flow direction 36. So an area with a circular cylindrical, to the central axis 44 concentric wall 26 'is formed.
- the part tapering like a nozzle could also be designed as a truncated cone against which the wall 26 'connects.
- the diffuser area 18 could also be the same in the manner of a truncated cone, i.e. with linear generators be trained.
- baffles are distributed over the circumference 30 arranged with their planes parallel to Main flow direction 36 and all around radially inside on a streamlined body arranged concentrically to the central axis 44 31 can be attached.
- the initial speed of the spray jets 23 in the The order of magnitude of 600 m / s drops to 200 in the mixing area 19 m / s and is approximately 70 at the outlet end face 20 m / s.
- D o / D M 1.7 to 2.0 D 1 / D M 1.2 to 1.4 D 2 / D M 1.7 to 2.2
- R O / D M 0.12 to 0.25 D M 100 to 200 mm; R O 10 to 20 mm; d 3 to 8 mm; L M 60 to 180 mm; Total opening angle of the diffuser area 18 4 ° to 14 °; Length of the diffuser area 18 approx. 100 mm to 200 mm.
- Fig. 2 shows an embodiment in which compared to Fig.1 a mixing area 19 with a continuous circular cylindrical, to the circular ring tube 21 and to the central axis 44 concentric wall 26 'is arranged. According to Fig. 2 encounter the walls 26 'of the preferred mixing area 19 approximately perpendicular to the lower tangent of the circular Cross section of the ring tube 21st
- FIG.2 Another important feature of the embodiment according to Fig.2 is that the central axis 44 'of the diffuser area 18 not with the central axis 44 of the mixing area 19 is aligned, but by a small angle of 15 is angled at up to 20 °.
- the Connection end face 37 of the mixing area 19 not perpendicular, but about half the angle ⁇ to the central axis 44 arranged.
- the corresponding entry end face also points of the diffuser area 18 half the angle ⁇ to its central axis 44 '.
- the bending of the diffuser area 18 according to FIG. 2 has the Meaning that when attaching this injector 12 to a torch burner 9, the mixing area 19 is then approximately horizontal can be aligned when the diffuser region 18 into a peripheral wall 33 that widens conically according to FIG. 9 is inserted.
- Fig. 3 shows that the ring tube 21 also a semicircular Can have cross-section, which is parallel to the to the central axis 44 wall 26 'of the circular cylindrical Mixing area 19 is placed that the flat Circumferential wall region 21 "of the ring tube 21 with the wall 26 'in of the way shown in Fig. 3 is aligned.
- the embodiment 3 is a radial projection of the Ring tube 21 to the outside through the mixing area 19 avoided.
- each pipe section 21 ' has an injection opening only in the middle 17 on.
- the angle ⁇ of this embodiment to the wall 26 'or Center axis 44 is also in the embodiment Fig. 5 between 5 and 20 °.
- FIGS. 6 and 7 have that ring tube 21 provided with a circular cross section, the mixing area 19 and the diffuser area 18 are the same Central axis 44.
- exemplary embodiments are in the lower interior Quadrants of the circular tube 21 two ring arrangements of injection openings 17 in axially one above the other Planes 24, 24 'are provided which are perpendicular to the central axis 44 run and thus at different angles to the central axis 44 spray jets entering the mixing area 19 define.
- the axes of the injection openings 17 can in the simplest Fall perpendicular to the tangent to the cross section of the ring tube 21 where the opening in question is located, run. However, it is preferred if these axes are slightly inclined towards the wall 26 such that the Spray jets 23 at a smaller angle to the central axis 44 than when exiting vertically. The one in question However, the angle must remain different from zero.
- FIG. 1 Another embodiment is shown on the right of the central axis 44 in FIG illustrated in the immediately below the Ring tube 21 in the circular cylindrical wall to the outside atmosphere leading holes 53 are provided, which over the entire Circumference are evenly distributed.
- FIGS. 8a, 8b and 8, 8c also recesses 53 ', 53 "or 53"' 'in the upper end face 29 of the flow channel wall 26 can be provided, which either in FIG. 8a in a radial view approximately semicircular, 8b triangular or Fig. 8, 8c are trapezoidal.
- Preferred dimensions of the individual components are as follows with reference to FIG. 8: Inner diameter ID of the ring tube 21 115 mm Length LM of the mixing area 19 150 mm Length LD of the diffuser area 18 150 mm Diameter DM of the mixing area 130 mm Diameter DD of the outlet end face 20 of the diffuser area 18 160 mm.
- All components of the injector 12 with the exception of the angled one Diffuser area 18 according to FIG. 2 are concentric its central axis 44.
- the ring tube 21 can be circular or polygonal his.
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Description
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Ansaugen von Umgebungsluft und Einblasen in den Verbrennungsraums eines Fackelbrenners nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Außerdem hat die Erfindung einen Fackelbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 zum Gegenstand.The invention relates to an injector for drawing in ambient air and blowing into the combustion chamber of a torch burner the preamble of claim 1. In addition, the invention has a Torch burner according to the preamble of claim 8 Object.
Aus der EP 0 042 743 A2 ist es bereits bekannt, Umgebungsluft und ein
Treibfluid in einer in der Regel gerade verlaufenden Mischstrecke eines
rohrförmigen Leitungsabschnittes dadurch miteinander zu vermischen,
daß von dem mit deutlich höherer Geschwindigkeit
strömenden Treibfluid die Umgebungsluft angesaugt wird und
auf der Mischstrecke eine Vermischung stattfindet.It is already known from
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Injektor und einen Fackelbrenner der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei denen die Förder- und Mischleistung bei vergleichsweise großen Volumenströmen der Luft mit vergleichsweise geringen Volumenströmen des Treibfluids dadurch optimiert wird, daß die Wandreibung in dem Mischbereich möglichst reduziert und eine nahezu vollständige Impulsabgabe des Treibfluids an die angesaugte Luft erzielt wird. Mit anderen Worten will die Erfindung auf einer möglichst kurzen Wegstrecke eine optimale und schnelle Durchmischung von Luft und Treibfluid unter möglichst verlustarmer Impulsübertragung vom Treibfluid auf die Luft erreichen.The aim of the present invention is to provide a Injector and a torch burner of the aforementioned To create genus in which the conveying and mixing performance with comparatively large volume flows of air with comparatively low volume flows of the propellant fluid is optimized that the wall friction in the mixing area as possible reduced and an almost complete pulse output of the propellant fluid to the intake air is achieved. With in other words, the invention wants to be as short as possible Distance optimal and quick mixing of air and propellant fluid with as little loss of impulse transmission as possible reach from the propellant to the air.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 vorgesehen. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen entnimmt man dem Anspruch 2. Wesentlicher Erfindungsgedanke ist es also, daß die Ausdehnung des Strömungstotraumes im Bereich der Einblasöffnungen insbesondere zwischen Einblasöffnungen und Strömungskanalwand größer als der Querschnitt der Einblasöffnungen ist.To solve this problem, the characteristics of the characteristic Part of claim 1 provided. Particularly advantageous Further developments can be found in claim 2 The idea of the invention is that the expansion of the dead space in the area of the injection openings in particular between injection openings and flow channel wall greater than is the cross section of the injection openings.
Eine baulich besonders bevorzugte Ausführungsform, die außerdem zu einer besonders kurzen Baulänge bei optimaler Mischleistung führt, ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 3 definiert.A structurally particularly preferred embodiment, which also to a particularly short overall length with optimal mixing performance leads is characterized by the characteristics of the Part of claim 3 defined.
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Weiterbildung sind in den Patentansprüchen 4 bis 7 angegeben.Preferred embodiments of this development are in claims 4 to 7 specified.
Eine erhebliche Reduzierung der Reibungsverluste der angesaugten Umgebungsluft wird also dadurch erzielt, daß die Mündung des Einlaufs gerundet ist und auf diese Weise Strömungsablösungen weitestgehend vermieden werden. Die erfindungsgemäßen Strömungstoträume bringen den Vorteil, daß die Sprühstrahlen dort eine Rückströmung im Wandbereich auslösen, so daß eine intensive Vermischung des Treibfluids mit der einströmenden Luft rund um jeden einzelnen Sprühstrahl stattfindet. Der Luftdurchsatz und die Mischungsintensität können durch die Maßnahmen nach Anspruch 7 verbessert werden.A significant reduction in Frictional losses of the ambient air drawn in are thus achieved that the mouth of the inlet is rounded and open flow detachments are largely avoided in this way. The flow dead spaces according to the invention have the advantage that the spray jets have a backflow in the wall area trigger so that an intensive mixing of the Propellant fluids with the incoming air all around Spray jet takes place. The air flow and the Mixing intensity can by the measures according to claim 7 can be improved.
Die Anordnung der Einblasöffnungen für das Treibfluid in einem abgeschirmten Strömungstotraum setzt auch die Schallabstrahlung nach außen in vorteilhafter Weise herab.The arrangement of the injection openings for the propellant fluid in A shielded flow dead space also sets the sound radiation to the outside in an advantageous manner.
Die Ausführungsformen nach Anspruch 4 haben folgende Vorteile:The embodiments according to claim 4 have the following Benefits:
Der Ansaugquerschnitt durch die Eckbereiche des Polygons vergrößert und damit der Durchsatz an Umgebungsluft gesteigert wird, wobei wenigstens eine Einblasöffnung im Bereich der Mitte jedes Rohrschusses vorgesehen sein soll, weil dort die größte Nähe zum Zentrum des Umgebungsluftstromes vorliegt. Hierdurch wird die homogene Beaufschlagung und Vermischung des Treibfluids mit der Luft wesentlich begünstigt. Als Einblasöffnungen für das Treibfluid aus dem Ringrohr dienen im einfachsten Fall und baulich besonders vorteilhaft zylindrische Bohrungen. Eingesetzte Düsen können den Wirkungsgrad der Sprühstrahlen erhöhen. Durch Verwendung von Laval-Düsen wird eine maximale Umsetzung von Druckenergie des Treibfluids in der Förderung der Luft dienende Bewegungsenergie der Sprühstrahlen erzielt. Bei Anordnung der Einblasöffnungen in mehreren Ebenen wird eine Verbesserung der homogenen Einmischung und Impulsübertragung der Sprühstrahlen auf die Luft erzielt. Entsprechend könnte auf dem erfindungsgemäßen Ringrohr ein zweites Ringrohr angeordnet sein, wodurch ebenfalls zwei axial beabstandete Ringe von Einblasöffnungen für das Treibfluid zur Verfügung gestellt werden können. Insbesondere bei mehreren übereinander angeordneten Einblasöffnungs-Ebenen kann die Richtung der Achsen der Einblasöffnungen von der Senkrechten zur Tangente an den Querschnitt des Ringrohres am Ort der betreffenden Einblasöffnung mehr in Richtung zur Wand hin abweichen, damit die Sprühstrahlen keinen zu großen Winkel mit der Mittelachse einschließen.The intake cross section through the corner areas of the polygon is enlarged and thus increased the throughput of ambient air is, wherein at least one injection opening in the area of Middle of each pipe section should be provided, because there the closest proximity to the center of the ambient air flow. This ensures homogeneous loading and mixing of the propellant fluid with the air significantly favored. As injection openings serve for the driving fluid from the ring tube in simplest case and structurally particularly advantageous cylindrical Holes. The nozzles used can reduce the efficiency the spray jets increase. By using Laval nozzles becomes a maximum implementation of pressure energy of the propellant fluid in the promotion of air serving kinetic energy the spray jets achieved. When the injection openings are arranged in several levels there will be an improvement in homogeneous Mixing and impulse transmission of the spray jets on the Air achieved. Correspondingly, the invention Ring tube a second ring tube may be arranged, which also two axially spaced rings of injection openings for the propellant fluid can be made available. In particular with several superimposed injection opening levels can change the direction of the axes of the injection openings from the perpendicular to the tangent to the cross section of the Ring pipe at the location of the relevant injection opening more in Deviate towards the wall so that the spray jets do not include a too large angle with the central axis.
Durch weitestgehende Vermeidung des Wandkontaktes kann eine Minimierung der Wandreibung der vom Treibfluid erzeugten Sprühstrahlen erzielt werden. In besonders vorteilhafter Weise wird in dem Bereich, wo der Wandkontakt der Sprühstrahlen vermieden wird, im Sinne einer Rückströmung Luft im wesentlichen entgegen der Hauptströmungsrichtung angesaugt und von der Wandseite her vom Treibfluid aufgenommen.By largely avoiding wall contact, a Minimization of the wall friction generated by the propellant fluid Spray jets can be achieved. In a particularly advantageous way Way is in the area where the wall contact of the spray jets is avoided in the sense of a backflow of air in the essentially sucked in against the main flow direction and absorbed by the driving fluid from the wall side.
Bevorzugt ist das Ringrohr auf den Mischbereich des Strömungskanals aufgesetzt, wobei nicht nur eine optimale Durchmischung auf kurzer Strecke, sondern auch eine ungehinderte, verlustarme Ansaugung von Luft aus einem Großteil der Umgebung ermöglicht wird. Bevorzugt ist es allerdings, wenn die vorzugsweise parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Wände des Mischbereiches unter einem Winkel von 90° auf die Tangente an den Querschnitt des Ringrohres an der Berührungsstelle von Wand und Ringrohr auftreffen.The ring tube is preferably on the mixing area of the flow channel put on, whereby not only an optimal mixing on a short distance, but also an unhindered, Low-loss intake of air from a large part of the environment is made possible. However, it is preferred if which preferably run parallel to the main flow direction Walls of the mixing area at an angle of 90 ° on the tangent to the cross section of the ring tube on the Hit the point of contact between the wall and the ring pipe.
Besonders bevorzugt sind die Ausführungsformen nach den Patentansprüchen 5 und 6. So soll im Mischbereich weder durch Konvergenz des Strömungskanals eine Strömungsgeschwindigkeitserhöhung noch durch Divergenz des Strömungskanals eine Strömungsgeschwindigkeitsreduzierung erfolgen. Dadurch wird ein optimaler und besonders verlustarmer Mischeffekt erzielt.The embodiments according to FIGS Claims 5 and 6. So neither in the mixing area an increase in flow velocity due to convergence of the flow channel still by divergence of the flow channel a flow velocity reduction. Thereby becomes an optimal and particularly low-loss mixing effect achieved.
Zur Erhöhung des Durchsatzes an Luft bei konstantem Durchsatz des Treibfluids erweist sich ein dem Mischbereich nachgeschalteter Diffusorbereich als vorteilhaft. Hierdurch wird weiterhin der Unterdruck im Mischbereich erhöht und die Unempfindlichkeit gegenüber Druckschwankungen der Luft gesteigert. Bei einer Anordnung mit nachgeschaltetem Diffusor sind Verhältnisse des Durchsatzes von Umgebungsluft zu Treibfluid zwischen 10 und 25 möglich.To increase the throughput of air with constant throughput of the driving fluid turns out to be a downstream of the mixing area Diffuser area as advantageous. This will continues to increase the vacuum in the mixing area and the Insensitivity to air pressure fluctuations increased. In an arrangement with a downstream diffuser are ratios of the throughput of ambient air to propellant fluid between 10 and 25 possible.
Von besonderem Vorteil ist weiter die Unterteilung des Diffusorbereichs in mindestens zwei Sektionen mit Hilfe von in Strömungsrichtung angeordneten Leitblechen, da hierdurch die strömungsverzögernde und druckaufbauende Wirkung des Diffusorbereiches verbessert wird, wodurch insbesondere der Erweiterungswinkel des Diffusors vergrößert und die Diffusorlänge verringert werden kann.The subdivision of the diffuser area is also particularly advantageous in at least two sections with the help of in Direction of flow arranged baffles, as a result of which flow-delaying and pressure-building effect of the diffuser area is improved, which in particular the expansion angle of the diffuser increases and the diffuser length can be reduced.
Von besonderem Vorteil ist die Anwendung der Erfindung bei einem Fackelbrenner nach Anspruch 8. Bei dieser Anwendung wird die Seitenwindempfindlichkeit des Fackelbrenners wesentlich herabgesetzt. Ferner erleichtern geringes Gewicht und kleine Abmessungen des erfindungsgemäßen Injektors den Einbau und reduzieren die angreifenden Windkräfte und Gewichtskräfte im Bereich des in großer Höhe am Ende des kaminartigen Abzugsrohrs angeordneten Verbrennungsraums, in welchem die eigentliche Verbrennung jedoch nur bei Minimallast stattfindet, während beim Abfackeln größerer Fackelgasmengen dort nur eine intensive Vermischung von Fackelgas und Luft/Treibfluid-Gemisch stattfindet, während die Verbrennung oberhalb der Austrittsöffnung erfolgt. Ein Windschild kann die Seitenwindempfindlichkeit besonders im Teillastbereich noch verbessern. Durch optimierte Ansaugung der Luft aus der Umgebung wird der Durchsatz auch bei Anordnung von sehr vielen Injektoren auf engstem Raum verbessert. Die Lärmemission des Fackelbrenners wird durch die lärmarme Ausführung der Injektoren deutlich reduziert. Außerdem wird die Vollständigkeit der Verbrennung gefördert und somit die Rußbildung reduziert.The application of the invention is particularly advantageous for a torch burner according to claim 8. In this application the cross wind sensitivity of the torch burner becomes essential reduced. Furthermore, light weight and ease small dimensions of the injector according to the invention and reduce the attacking wind forces and weight forces in the area of high altitude at the end of the fireplace Exhaust pipe arranged combustion chamber, in which the actual combustion only takes place at minimum load, while flaring larger amounts of flare gas there only intensive mixing of flare gas and air / propellant fluid mixture takes place while the combustion is above the outlet opening takes place. A windshield can reduce cross wind sensitivity still improve especially in the partial load range. Through optimized air intake from the environment the throughput is also when a large number of injectors are arranged improved in a confined space. The noise emission of the Torch burner is due to the low-noise design of the injectors significantly reduced. It also completeness encourages combustion and thus reduces soot formation.
Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Fackelbrenners sind durch die Ansprüche 9 und 10 gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the torch burner according to the invention are characterized by claims 9 and 10.
Vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Wasserdampf als Treibfluid, weil er z.B. in Ethylen-Anlagen ohnehin zur Verfügung steht und über die Wassergasreaktion noch einen gewissen Einfluß auf den Rußunterdrückungsvorgang hat. Durch die versetzte Anordnung der Injektoren wirken die aus ihnen in den Verbrennungsraum eintretenden Gemischstrahlen als Sperrgitter für das durch das Abzugsrohr zugeleitete Fackelgas. Sie sind somit mischungsfördernd, und es erfolgt eine Verbesserung der Verbrennungsvorgänge in bezug auf Rußfreiheit und Ausbrand.The use of steam as is advantageous Propellant fluid because e.g. in ethylene plants anyway Is available and another about the water gas reaction has some influence on the soot suppression process. By the staggered arrangement of the injectors act out of them mixture jets entering the combustion chamber as Barrier grille for the flare gas fed through the exhaust pipe. They are therefore mixture-promoting and there is one Improvement of combustion processes with regard to freedom from soot and burnout.
Grundsätzlich können die erfindungsgemäßen Injektoren im zylindrischen Teil des Fackelbrenners angeordnet werden. Bevorzugt ist jedoch ihre Anordnung in einem oben am Abzugsrohr vorgesehenen, sich konisch erweiternden Verbrennungsraum.Basically, the injectors according to the invention can cylindrical part of the torch burner. However, their arrangement in a top of the exhaust pipe is preferred provided, flared combustion chamber.
Wenn die Injektoren mindestens senkrecht zur Mantelfläche des konischen Verbrennungsraumes und bis zu einem Winkel von 30° zur Mittelachse des Verbrennungsraums nach oben gerichtet angeordnet sind, trägt dies zur Verbesserung der homogenen Einmischung der Verbrennungsluft in das Fackelgas bei geeigneter Einstellung des Injektorwinkels bei.If the injectors are at least perpendicular to the lateral surface of the conical combustion chamber and up to an angle of 30 ° upwards to the central axis of the combustion chamber are arranged, this helps to improve the homogeneous Mixing the combustion air into the flare gas suitable setting of the injector angle.
Die Drallerteilung verbessert die Verbrennung dadurch, daß kalte Fackelgasschichten im Zentrifugalfeld aufgrund ihrer höheren Dichte in die Randzone nach außen getragen werden, wo sie intensiv mit der dort zugeführten Verbrennungsluft in Kontakt kommen können. Bei wechselsinnigem Drall pro mit Injektoren versehenem Umfang wird die homogene Vermischung der Verbrennungsluft mit dem Fackelgas weiter begünstigt.The swirl improves the combustion in that cold torch gas layers in the centrifugal field due to their higher density are carried outwards into the peripheral zone, where they are intensely mixed with the combustion air supplied there Can come in contact. With alternating twist pro with Injectors provided the homogeneous mixing the combustion air with the flare gas further favored.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische axiale Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines Injektors gemäß der Erfindung,
- Fig. 2
- eine entsprechende, noch stärker schematisierte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors,
- Fig. 3
- einen stark schematisierten Schnitt nur durch den Mischbereich einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors,
- Fig. 4
- eine schematische Schnittansicht des mit einem polygonalen Ringrohr versehenen Mischbereiches einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors,
- Fig. 5
- einen vergrößerten Schnitt nach Linie V-V in Fig.4,
- Fig. 6
- einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors mit zwei Ringanordnungen von Einblasöffnungen,
- Fig. 7
- eine Teildraufsicht des Gegenstandes der Fig. 6 bei teilweise aufgebrochenem Ringrohr,
- Fig. 8
- eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform zur Erläuterung der Wirkungen eines erfindungsgemäßen Injektors, wobei links und rechts der Mittelachse verschiedene Ausführungsformen dargestellt sind, die
- Fig. 8a, 8b und 8c
- verschiedene weitere Ausführungsformen für die Ausbildung und Anordnung der Zusatzluftansaugöffnungen, und
- Fig. 9
- einen Axialschnitt durch den oberen Bereich eines Fackelbrenners, an welchem Injektoren nach einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele angeordnet sind.
- Fig. 1
- 2 shows a schematic axial sectional view through a first embodiment of an injector according to the invention,
- Fig. 2
- a corresponding, even more schematic sectional view of a further embodiment of an injector according to the invention,
- Fig. 3
- 2 shows a highly schematic section only through the mixing area of a further embodiment of an injector according to the invention,
- Fig. 4
- 2 shows a schematic sectional view of the mixing area provided with a polygonal ring tube of a further embodiment of an injector according to the invention
- Fig. 5
- an enlarged section along line VV in Figure 4,
- Fig. 6
- 3 shows an axial section of a further embodiment of an injector according to the invention with two ring arrangements of injection openings,
- Fig. 7
- 6 with a partially broken ring tube,
- Fig. 8
- a sectional view of a further embodiment to explain the effects of an injector according to the invention, different embodiments are shown to the left and right of the central axis, the
- 8a, 8b and 8c
- various other embodiments for the formation and arrangement of the additional air intake openings, and
- Fig. 9
- an axial section through the upper region of a torch burner, on which injectors are arranged according to one of the preceding embodiments.
Fig. 9 zeigt das obere Ende eines Fackelbrenners 11, durch
dessen vertikal im Freien angeordnetes, eine vertikale
Mittelachse 34 aufweisendes Abzugsrohr 32 Fackelgas in
Richtung der Pfeile 38 aufwärts strömt. Im oberen Endbereich
des Abzugsrohres 32 ist eine sich nach oben erweiternde
kegelstumpfförmige Umfangswand 33 an den darunter kreiszylindrischen
Teil angesetzt, deren unterer Querschnitt mit
dem angrenzenden oberen Querschnitt des kreiszylindrischen
Teils des Abzugsrohrs 32 kongruent ist. Im Bereich des
größten oberen Querschnitts 39 mündet das Abzugsrohr 32 in
die umgebende Atmosphäre 40.9 shows the upper end of a
Entlang des Umfanges der Umfangswand 33 sind in zwei im
Abstand übereinanderliegenden Horizontalebenen 41, 42 in
gleichmäßigen peripheren Abständen erfindungsgemäße Injektoren
12 mit einem Innenraum 49 angeordnet, wie sie im folgenden
anhand der Fig. 1 bis 8 im einzelnen beschrieben werden.Along the circumference of the
Durch Rohrleitungen 43 werden die Injektoren 12 mit Treibdampf
beschickt, der beispielsweise einen Druck von 9 bar
und eine Temperatur von 450°C aufweist. Hierdurch saugen die
Injektoren in Richtung der gekrümmten Pfeile in Fig. 9
Umgebungsluft an und blasen diese senkrecht zur Umfangswand
33 in das Innere des Abzugsrohres 32 ein, wo sie sich mit
dem Fackelgas 38 kreuzt. Durch eine nicht dargestellte Zündvorrichtung
kann somit das brennbare Gemisch von Fackelgas
und durch die Injektoren 12 zugeführter Verbrennungsluft entzündet
werden und das Fackelgas in der erwünschten Weise
durch die Austritts-Querschnittsfläche 39 hindurch in die
Atmosphäre 40 abgefackelt werden.The
Das Innere der sich konisch erweiternden Umfangswand 33
stellt somit ab der untersten Ebene 41, wo Verbrennungsluft
zugeführt wird, einen Verbrennungsraum 13 dar.The inside of the flared
In den folgenden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechende Bauelemente wie in Fig. 9.The same reference numbers are used in the following figures corresponding components as in FIG. 9.
Nach Fig. 1 umfaßt eine erste Ausführungsform eines Injektors
12 ein Kreisringrohr 21 mit kreisförmigem Querschnitt
und Innenraum 49, welches auf die obere kreisringförmige
Eingangsstirnseite 29 der Wand 26 eines Strömungskanals 16
aufgesetzt und dort beispielsweise durch Schweißen befestigt
ist. Die ringförmige Eingangsstirnseite 29 befindet sich
etwas radial innerhalb des parallel zur Mittelachse 44 des
Injektors 12 verlaufenden Durchmessers 45 des kreisförmigen
Querschnitts des Ringrohres 21. Etwa unter einem Winkel von
45° zum Durchmesser 45 bezogen auf die kreisförmige Mittelachse
46 des Ringrohres 21 sind rund um die Mittelachse 44
im Ringrohr 21 Einblasöffnungen 17 vorgesehen, durch welche
in Richtung der in den Einblasöffnungen 17 gezeigten Pfeile
der durch die Rohrleitung 43 zugeführte Treibdampf in den
Strömungskanal 16 eingeleitet werden kann.1 comprises a first embodiment of an
Ausgehend von der Eingangsstirnseite 29 verjüngt sich die
Strömungskanalwand 26 zunächst düsenartig bis schließlich in
der Querschnittsebene 47 die Erzeugenden der Wand parallel
zur Mittelachse 44 verlaufen, die gleichzeitig der durch
einen Pfeil angedeutete Hauptströmungsrichtung 36 entspricht.
So wird ein Bereich mit einer kreiszylindrischen,
zur Mittelachse 44 konzentrischen Wand 26' gebildet. Die
Wand 26' erstreckt sich in Hauptströmungsrichtung 36 weiter
bis zu einer Anschlußstirnseite 37, an die ein Diffusor 48
angesetzt ist. Der sich düsenartig verjüngende Teil könnte
auch als Kegelstumpf ausgebildet sein, an den sich die Wand
26' anschließt. Ebenso könnte auch der Diffusorbereich 18
nach Art eines Kegelstumpfes, d.h. mit geradlinigen Erzeugenden
ausgebildet sein.Starting from the
Auf diese Weise schließen sich in Hauptströmungsrichtung 36
an das Ringrohr 21 konzentrisch zur Mittelachse 34 ein Mischbereich
19, der aus einem konvex konvergierenden Bereich 19'
und einem eine zur Mittelachse 44 parallele Wand 26' aufweisenden
Bereich 19" besteht, und ein Diffusorbereich 18 an.
Mit der Austrittsstirnfläche 20 voran wird der Injektor 12
in geeignete Bohrungen 50 in der Umfangswand 33 nach Fig. 9
eingesetzt und dort durch Schweißen befestigt. Die in Fig. 1
obere Horizontalebene des Ringrohrs 21 bildet eine Luftansaugöffnung
15, durch die gemäß den gekrümmten Pfeilen in
Fig. 9 nach dem Einbau in den Fackelbrenner 11 Umgebungsluft
angesaugt wird.This closes in the main flow direction 36
a mixing area concentrically to the central axis 34 on the
Nach Fig. 1 erstreckt sich zwischen dem radial äußeren Rand
27 der Einblasöffnungen 17 und der Eingangsstirnseite 29 der
Strömungskanalwand 26 noch ein Wandstück 25, dessen Länge in
Umfangsrichtung etwas größer als der Durchmesser der Einblasöffnungen
17 sein soll.1 extends between the radially
Aufgrund der beschriebenen Anordnung entsteht
nach außen anschließend an die Einblasöffnungen 17 ein Strömungstotraum
22, so daß der aus den Einblasöffnungen 17 austretende
Treibdampf zunächst in den Totraum 22 und erst von
diesem aus in die durch die Luftansaugöffnung 15 von oben in
Richtung der Pfeile angedeutete Luftströmung gelangt.Due to the arrangement described arises
to the outside, a flow dead space adjoining the
Besonders wichtig für eine einwandfreie Übertragung des
Impulses des mit hoher Geschwindigkeit durch die Einlaßöffnungen
17 eintretenden Treibdampfes ist nicht nur der
Strömungstotraum 22, sondern auch der mit parallel zur
Mittelachse 44 verlaufenden Wänden 26' versehene Teil 19"
des Mischbereiches 19.Particularly important for a flawless transmission of the
Impulse of the high speed through the
In den Diffusor 48 sind über den Umfang verteilt vier Leitbleche
30 angeordnet, die mit ihren Ebenen parallel zur
Hauptströmungsrichtung 36 verlaufen und rundum radial innen
an einem konzentrisch zur Mittelachse 44 angeordneten Stromlinienkörper
31 befestigt sein können.In the
Die Anfangsgeschwindigkeit der Sprühstrahlen 23 in der
Größenordnung von 600 m/s sinkt im Mischbereich 19 auf 200
m/s ab und beträgt an der Austrittsstirnfläche 20 ca. 70
m/s. The initial speed of the
Bevorzugte Werte für die in Fig. 1 gezeigten Parameter bzw.
deren Verhältnisse sind wie folgt:
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der gegenüber Fig.1
ein Mischungsbereich 19 mit einer durchgehend kreiszylindrischen,
zum kreisförmigen Ringrohr 21 und zur Mittelachse 44
konzentrischen Wand 26' angeordnet ist. Nach Fig. 2 stoßen
die Wände 26' des bevorzugten Mischungsbereiches 19 annähernd
senkrecht auf die untere Tangente des kreisförmigen
Querschnittes des Ringrohres 21.Fig. 2 shows an embodiment in which compared to Fig.1
a mixing
Wichtig bei dieser Ausführungsform ist nicht nur der deutliche
Abstand a der Einblasöffnungen 17 von der Wand 26',
sondern auch der Winkel δ, unter welchem die durch den aus
den Einblasöffnungen 17 austretenden Treibdampf erzeugten
Sprühstrahlen 23 relativ zur Mittelachse 44 bzw. den Erzeugenden
der Wand 26' verlaufen. Beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 2 ist der Winkel δ übertrieben groß dargestellt; er hat
bevorzugt eine Größe zwischen 5 und 20°. What is important in this embodiment is not only the clear one
Distance a of the
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Ausführungsform nach
Fig.2 besteht darin, daß die Mittelachse 44' des Diffusorbereiches
18 nicht mit der Mittelachse 44 des Mischbereiches
19 ausgerichtet ist, sondern um einen kleinen Winkel von 15
bis 20° gegenüber dieser abgewinkelt ist. Um einen möglichst
kontinuierlichen Strömungsübergang zu erhalten, ist die
Anschlußstirnseite 37 des Mischungsbereiches 19 nicht senkrecht,
sondern etwa unter dem halben Winkel δ zur Mittelachse
44 angeordnet. Ebenso weist die entsprechende Eintrittsstirnfläche
des Diffusorbereiches 18 den halben Winkel
δ zu ihrer Mittelachse 44' auf.Another important feature of the embodiment according to
Fig.2 is that the central axis 44 'of the
Die Abwinklung des Diffusorbereiches 18 nach Fig. 2 hat den
Sinn, daß beim Anbau dieses Injektors 12 an einen Fackelbrenner
nach Fig. 9 der Mischbereich 19 auch dann annähernd horizontal
ausgerichtet sein kann, wenn der Diffusorbereich 18
in eine sich gemäß Fig. 9 konisch erweiternde Umfangswand 33
eingesetzt ist.The bending of the
Fig. 3 zeigt, daß das Ringrohr 21 auch einen halbkreisförmigen
Querschnitt aufweisen kann, welches so auf die parallel
zur Mittelachse 44 verlaufende Wand 26' des kreiszylindrischen
Mischbereiches 19 aufgesetzt ist, daß der flache
Umfangswandbereich 21" des Ringrohres 21 mit der Wand 26' in
der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise fluchtet. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 3 wird also ein radiales Vorstehen des
Ringrohres 21 nach außen über den Mischungsbereich 19
vermieden.Fig. 3 shows that the
Gemäß den Fig. 4 und 5 ist ein mit vollkreisförmigem Querschnitt
versehenes Ringrohr 21 aus geradlinigen Rohrschüssen
21' zu einer polygonartigen Anordnung zusammengesetzt. Insgesamt
sind acht Rohrschüsse 21' zu einer Achteckanordnung
zusammengesetzt. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 4 und
5 weist jeder Rohrschuß 21' nur in der Mitte eine Einblasöffnung
17 auf.4 and 5 is a fully circular cross-section
provided
Der Winkel δ dieser Ausführungsform zur Wand 26' bzw. zur
Mittelachse 44 liegt auch beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 5 zwischen 5 und 20°. Der Abstand a der Mittelachse der
Einblasöffnung 17 von der Wand 26' entspricht der Dicke b
der Wand 26'.The angle δ of this embodiment to the wall 26 'or
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 besitzen das
mit einem kreisförmigen Querschnitt versehene Ringrohr 21,
der Mischbereich 19 und der Diffusorbereich 18 die gleiche
Mittelachse 44. Im Gegensatz zu den vorangehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen sind hier jedoch im unteren inneren
Quadranten des Kreisringrohres 21 zwei Ringanordnungen
von Einblasöffnungen 17 in axial übereinanderliegenden
Ebenen 24, 24' vorgesehen, die senkrecht zur Mittelachse 44
verlaufen und somit unter unterschiedlichen Winkeln zur Mittelachse
44 in den Mischbereich 19 eintretende Sprühstrahlen
definieren.In the embodiment according to FIGS. 6 and 7 have that
Die Achsen der Einblasöffnungen 17 können im einfachsten
Fall senkrecht zur Tangente an den Querschnitt des Ringrohres
21 an der Stelle, wo sich die betreffende Öffnung befindet,
verlaufen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn diese Achsen
etwas in Richtung der Wand 26 geneigt sind, derart, daß die
Sprühstrahlen 23 einen geringeren Winkel zur Mittelachse 44
als bei senkrechtem Austreten aufweisen. Der betreffende
Winkel muß jedoch von Null verschieden bleiben.The axes of the
Rechts der Mittelachse 44 ist in Fig.8 eine weitere Ausführungsform
veranschaulicht, bei der unmittelbar unter dem
Ringrohr 21 in der kreiszylindrischen Wand zur Außenatmosphäre
führende Bohrungen 53 vorgesehen sind, die über den gesamten
Umfang gleichmäßig verteilt sind. Another embodiment is shown on the right of the
Statt dieser Bohrungen können nach den Fig. 8a, 8b bzw. 8,
8c auch Ausnehmungen 53', 53" bzw. 53''' in der oberen Stirnseite
29 der Strömungskanalwand 26 vorgesehen sein, welche
entweder nach Fig. 8a in radialer Ansicht annähernd halbkreisförmig,
nach Fig. 8b dreieckförmig oder nach Fig. 8, 8c
trapezförmig ausgestaltet sind.Instead of these holes, according to FIGS. 8a, 8b and 8,
8c also recesses 53 ', 53 "or 53"' 'in the upper end face
29 of the
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Injektors 12 wird im
folgenden anhand von Fig. 8 beschrieben.The mode of operation of the
Nach Fig. 8 bildet der beispielsweise durch 13 bis 16 Einblasöffnungen
17 mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise
600 m/s einströmende Treibdampf Sprühstrahlen 23, die
zunächst in die erfindungsgemäß vorgesehenen Strömungstoträume
22 eintreten und aus diesen in den eigentlichen Mischbereich
19 gelangen. Aufgrund des deutlichen Abstandes der
Einblasöffnungen 17 von der Umfangswand 26' des Mischbereiches
19 herrscht im Wandbereich eine leichte Rückströmung,
weil der statische Druck der Gesamtströmung in Hauptströmungsrichtung
36 längs des Mischbereiches 19 zum Diffusorbereich
18 hin steigt. Durch hohe turbulente Reibung bei
großen Differenzgeschwindigkeiten erfolgt hier bereits eine
erste wirkungsvolle Durchmischung von Treibdampf und Luft,
und zwar nicht nur an der zur Wand gerichteten Seite der
Sprühstrahlen 23, sondern auch auf der zur Mittelachse 44
weisenden Seite der Sprühstrahlen 23.8 that forms, for example, through 13 to 16
Es werden also die extrem schnellen Dampfstrahlen schnell
mit der angesaugten Luft vermischt. Die Luft wird auf höhere
Geschwindigkeit in Richtung der Hauptströmung beschleunigt
und die Sprüh- bzw. Treibstrahlen 23 infolge der Wechselwirkung
entsprechend verzögert. Die Verzögerung durch Impulsabgabe
von den Sprühstrahlen auf die Luft gelingt auf der
vergleichsweise kurzen Mischstrecke 19. So the extremely fast steam jets become fast
mixed with the intake air. The air gets higher
Speed accelerates towards the main flow
and the
Bei Anordnung von Zusatzluftansaugöffnungen 53, 53', 53"
und/oder 53''' gemäß der Darstellung rechts von der Mittelachse
44 in Fig. 8 (wo eine Ausführungsform der Zusatzluftansaugöffnungen
53 in ausgezogenen Linien und eine weitere
Ausführungsform (53') in gestrichelten Linien wiedergegeben
ist) bzw. in Fig. 8a, 8b und 8c wird zusätzlich Außenluft
angesaugt, die sich mit dem im Strömungskanal 16 rückströmenden
Luft-Treibdampf-Gemisch vermengt und den gesamten Luftdurchsatz
erhöht.If additional
In der Ebene 51 ist schematisch das dort noch nicht ganz
ausgeglichene Geschwindigkeitsprofil angedeutet. An der
Anschlußstirnseite 37 für den Diffusorbereich 18 liegt dann
aber bereits ein weitgehend vergleichmäßigtes Geschwindigkeitsprofil
52 über dem gesamten Querschnitt des Strömungskanals
16 vor. Im Diffusorbereich 13 wird dann nur noch die
Geschwindigkeit des mit Treibdampf vermischten Luftstromes
auf einen solchen Wert herabgesetzt, wie er für das Einblasen
in den Verbrennungsraum 13 nach Fig. 9 erwünscht ist.In
Bevorzugte Dimensionierungen der einzelnen Bauelemente sind
unter Bezugnahme auf Fig. 8 wie folgt:
Alle Bauelemente des Injektors 12 mit Ausnahme des abgewinkelten
Diffusorbereiches 18 nach Fig. 2 sind konzentrisch zu
seiner Mittelachse 44. Das Ringrohr 21 kann kreis- oder polygonförmig
sein. All components of the
- 1111
- FackelbrennerTorch burner
- 1212th
- InjektorInjector
- 1313
- VerbrennungsraumCombustion chamber
- 1414
- Treibfluid (Treibdampf)Propellant fluid
- 1515
- LuftansaugöffnungAir intake opening
- 1616
- StrömungskanalFlow channel
- 1717th
- EinblasöffnungInjection opening
- 1818th
- DiffusorbereichDiffuser area
- 1919th
- MischbereichMixing area
- 19'19 '
- verjüngender Teiltapered part
- 19"19 "
- paralleler Teilparallel part
- 2020th
- AustrittsstirnflächeExit face
- 2121
- RingrohrRing tube
- 21'21 '
- RohrschußPipe shot
- 21"21 "
- flacher Umfangswandbereichflat peripheral wall area
- 2222
- StrömungstotraumCurrent dead space
- 2323
- SprühstrahlenSpray jets
- 2424th
- Ebenelevel
- 24'24 '
- Ebenelevel
- 2525th
- WandstückWall piece
- 2626
- StrömungskanalwandFlow channel wall
- 26'26 '
- Wand des MischbereichesWall of the mixing area
- 2727
- Randedge
- 2828
- konvex gekrümmtes Wandstückconvex curved wall piece
- 2929
- EingangsstirnseiteEntrance face
- 3030th
- LeitblechBaffle
- 3131
- StromlinienkörperStreamlined body
- 3232
- AbzugsrohrExhaust pipe
- 3333
- UmfangswandPeripheral wall
- 3434
- MittelachseCentral axis
- 3535
- Richtungdirection
- 3636
- Hauptströmungsrichtung Main flow direction
- 3737
- AnschlußstirnseiteConnection face
- 3838
- PfeileArrows
- 3939
- Querschnittcross-section
- 4040
- Atmosphärethe atmosphere
- 4141
- horizontale Ebenehorizontal plane
- 4242
- horizontale Ebenehorizontal plane
- 4343
- Rohrleitungpipeline
- 4444
- MittelachseCentral axis
- 44'44 '
- MittelachseCentral axis
- 4545
- Durchmesserdiameter
- 4646
- MittelachseCentral axis
- 4747
- QuerschnittsebeneCross-sectional level
- 4848
- DiffusorDiffuser
- 4949
- Innenrauminner space
- 5050
- Bohrungdrilling
- 5151
- Ebenelevel
- 5252
- GeschwindigkeitsprofilSpeed profile
- 5353
- ZusatzluftansaugöffnungenAdditional air intake openings
Claims (10)
- An injector (12) for sucking in environmental air and for injection into the combustion chamber (13) of a torch burner (11) by means of a driving fluid (14), in particular a driving vapour, standing under excess pressure, comprising an air induction opening (15), a flow channel (16) which connects to the air induction opening (15) via an interior space (49) and which has an inlet end face (29), driving fluid injection openings (17) which are arranged in the direction of flow after the air induction opening (15) at the periphery of the flow channel (16) and through which the driving fluid (14) is blown substantially in the direction of flow, but with a component of movement towards the interior of the flow channel (16), into a mixing region (19) extending in the direction of flow where it mixes with the induced air, wherein the flow channel (16) has a diffuser region (18) spaced from the injection openings (17) in the direction of flow and extending in the direction of flow, with the diffuser region being followed by an outlet opening (20) for the mixture of air and driving fluid,
characterised in that
the injection openings (17) open into a dead flow space (22) provided at the inner periphery of the interior space (49) and of the flow channel (16), with the dead flow space being formed by a wall piece (25) also extending between the radially outer edge (27) of the injection openings (17) and the inlet end face (29) of the flow channel wall (26) in such a way that spray jets are directed into the mixing region (19) from the dead flow space (22). - An injector in accordance with claim 1, characterised in that the flow channel wall (26, 26') is offset radially outwardly by a short distance in the direction of flow immediately behind the injection openings (17), and extends from there in the direction of flow preferably at an acute angle (δ) of preferably 5 to 20° to the driving fluid (14) exiting the injection openings (17), with the spacing of the radially outer edge (27) of the injection openings (17) from the flow channel wall (26) preferably being greater than the diameter of the injection openings (17) and/or in that the injection openings (17) are located in a convexly curved wall piece (25) extending from the flow channel wall (26) in the direction of the air induction opening (15).
- An injector in accordance with claim 1 or claim 2, characterised in that the air induction opening (15) is made at the interior space of a ring tube (21) supplied with the driving fluid (14) and set on the inlet end face (29) of the mixing region (19) of the flow channel (16) and in that the injection openings (17) are provided in or on the ring tube (21) in the direction of flow subsequent to the smallest cross-section of the interior space (49) of the ring tube (21).
- An injector in accordance with claim 3, characterised in that the ring tube (21) has a circular cross-section and/or in that the ring tube (21) is made up of more than two, preferably at least four, cylindrical tubular elements (21') preferably circular in cross-section and forming a rectangular to polygonal air induction opening (15), with in particular each tubular element (21') having at least one injection opening (17) attached in its region facing the mixing region (19) and/or in that the injection openings (17) are made as cylindrical bores arranged in the wall of the ring tube (21) and/or in that the tangent at the cross-section of the wall piece (25) extending from the inlet end face (29) of the mixing region (19) of the flow channel wall (26) to the interior space of the flow channel (16) forms an angle of 90 to 40° with the generatrix of the flow channel wall (26) in the region of the intersection between the inlet end face (29) and the ring tube (21).
- An injector in accordance with one of the preceding claims, characterised in that the mixing region (19) comprises a part (19') convexly tapering from its inlet end face (29) in the direction of flow and a part (19") following in the direction of flow and having walls (26') parallel to the main direction of flow (36) towards the central axis and in that preferably the ratio of the diameter (D0) of the circular air induction opening (15) of the ring tube (21) to the smallest diameter (DM) of the mixing region (19) is 1.25 to 2.5, preferably 1.7 to 2.0 and/or in that the ratio of the diameter (D1) of the mixing region (19) at the inlet end face (29) to the smallest diameter (DM) of the mixing region (19) is 1.10 to 2.0, preferably 1.2 to 1.4 and/or in that the ratio of the largest diameter (D2) of the diffuser region (18) to the smallest diameter (DM) of the mixing region (19) is 1.5 to 2.7, preferably 1.7 to 2.2 and/or in that the ratio of the radius (R0) of the cross-section of the ring tube (21) to the smallest diameter (DM) of the mixing region (19) is 0.15 to 0.45, preferably 0.12 to 0.25 and/or in that the generatrices of the walls (26') of the mixing region (19) are parallel to the direction of flow (36) or the central axis in the direction of flow from its inlet end face (29) to the connecting end face (37) and in that the diffuser region (18) connects directly to the mixing region (19) in the direction of flow, with in particular the angle (δ) between the generatrices of the walls (26') of the mixing region (19) and the axis of the injection openings (17) being 5 to 20° and/or in that the mixing region (19), and preferably also the diffuser region (28), have circular cross-sections.
- An injector in accordance with one of the preceding claims, characterised in that the diffuser region (18) is divided into sections by guide vanes (30) directed in the direction of flow and extending preferably in radial planes, with preferably four crossing guide vanes (30), preferably attached to a streamlined body (31), being provided which divide the interior of the diffuser region (18) into four equal flow cross-sections, with the guide vanes (30) extending in particular from the diffuser terminal end face (37) at least to half the diffuser length and/or in that the diffuser region (18) is joined to the mixing region (19) at an angle, preferably at a small angle, and/or in that the ratio of the flow rate of the environmental air to the driving fluid is between 10 and 25.
- An injector in accordance with one of the preceding claims, characterised in that additional air induction openings (53, 53', 53", 53"') are provided in the flow channel wall (26) around the central axis (44) directly beneath the injection openings (17) or the ring tube (21) which are preferably aligned axially with the injection openings (17).
- A torch burner (11) having a chimney-like extraction tube (32) which has a preferably expanding combustion chamber (13), in particular expanding conically, at its upper end with injectors (12) in accordance with one of the preceding claims being laterally arranged in the peripheral wall (33) of the combustion chamber.
- A torch burner in accordance with claim 8, characterised in that at least one group of injectors (12) is provided uniformly distributed in one horizontal plane (41; 42) around a periphery and preferably a plurality of groups of injectors (12) are provided uniformly distributed in a plurality of vertically spaced horizontal planes (41, 42) around a plurality of axially offset peripheries and/or in that the injectors (12) are arranged directed upwards at least perpendicular to the jacket surface of the conical peripheral wall (33) of the combustion chamber up to a maximum of 30° to the central axis (34) and/or in that the axes of the injectors (12) are in a radial plane of the extraction tube (32) or have a peripheral component so that a certain spin of the flare gas and of the combustion air is created, with in particular the spin generated being of alternate direction in sequential horizontal planes (41, 42) with injectors (12), so that practically no total spin remains at the outlet of the combustion chamber (13).
- A torch burner in accordance with claim 8 or claim 9, characterised in that the expansion angle of the conical combustion chamber (13) is selected such that the flow rate of the total mixture of flare gas, combustion air and driving fluid calculated using the continuity equation is practically constant under the assumption of a homogeneous mixture in each cross-section of the conical combustion chamber (13) and/or in that saturated or over-heated vapour is used as the driving fluid and is utilised preferably in the temperature range from 130°C to 300°C and in the pressure range from 2 bar to 30 bar.
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