EP1870636A1 - Rauchfreies verfahren zum verbrennen von gasen in einer fackelanlage - Google Patents

Rauchfreies verfahren zum verbrennen von gasen in einer fackelanlage Download PDF

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EP1870636A1
EP1870636A1 EP06747738A EP06747738A EP1870636A1 EP 1870636 A1 EP1870636 A1 EP 1870636A1 EP 06747738 A EP06747738 A EP 06747738A EP 06747738 A EP06747738 A EP 06747738A EP 1870636 A1 EP1870636 A1 EP 1870636A1
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gas
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combustion
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/08Incinerators 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
    • F23G7/085Incinerators 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12Fuel valves
    • F23N2235/16Fuel valves variable flow or proportional valves

Definitions

  • the invention relates to a method for the combustion of gases on a torch or other plant. It can be used in the oil, gas, petrochemical, chemical, coking, and other industries where thermal gas detoxification is performed when disposal during process operations and / or emergency emissions to the atmosphere is not possible ,
  • smokeless combustion of the gases in the traditional flare systems is only possible if a small design range for gas consumption is adhered to. It is usually a minimal, continuous one Consumption.
  • smokeless combustion of the gases is ensured by a forced supply of energy (steam and / or air or / or water).
  • the steam is supplied to increase the turbulence.
  • the air ensures the completeness of the combustion.
  • Water is also supplied to increase the gas turbulence by the generating steam.
  • the steam increases the volume of the evaporable water by at least 1700 times ( II Strezhevsky, AI Elnatanov, "Torch Installations", Moscow, in "Chimija", 1989, p. 39, 40, 59 ).
  • a method for the smokeless combustion of gases with the use of a locking device with a variable diameter is known.
  • the locking device generates a pressure difference in the upper part of the torch head. This ensures a calculated velocity of the gas outflow into the combustion zone (Patent RU 2 248 502 ).
  • the defect of the latter method is as follows.
  • the smokeless combustion of the gases at the flare plant takes place under a variable consumption and under different compositions. This combustion is ensured by an increased pressure of the calculated pressure range for gases in the torch head under the gas barrier.
  • a movable locking device is used. This barrier device makes it difficult to burn the gases within the low-pressure systems, if these systems do not have sufficient overpressure.
  • the overpressure is required to produce the rate of smokeless combustion and the continuous combustion of small volumes of gas (purge and shut-off gases, continuous process emissions). This is true if the pressure of these small gas volumes is less than the design pressure in the high pressure flare system.
  • the object of the invention is to ensure smokeless combustion of fuel gases with variable parameters at the flare plant without forced supply of water vapor and / or air and / or water.
  • the changeable Parameters include the consumption, content and pressure of different flare systems.
  • the gases to be combusted have a variable content and consumption. These gases flow out of the burner head of a flare plant into the burning zone.
  • the gases have arbitrary, adjustable, calculated velocities of 1m / s up to hundreds and thousands m / s. This is achieved by generating a calculated total pressure of 0.00001 MPa to 30.0 MPa in the head (and in the flare system). This calculated total pressure refers to this content and consumption of the gases and has a kinetic nature and a static nature.
  • the necessary turbulence of the flow and the necessary diameter for the supply of circulating air are generated.
  • the said turbulence and the specific diameter provide the required gas-air ratio.
  • the gases flow out of the burner head at an angle of at least -160 ° to a maximum of + 160 ° with respect to the flow axis of the combustible gases.
  • the shape of the limited strength of the turbulence streams of these gases ensures an increase in the cross-section in the capture of the fresh outside air.
  • the gas stream or streams Upon exiting the insert or inserts, the gas stream or streams will interact with the gas streams from the vacuum systems. Thereafter, the discharge of the gas flow or the gas flows. In this case, this gas stream or these gas streams have a high kinetic energy.
  • the output increases the velocity of the gases to a level necessary for smokeless combustion.
  • Fig. 1 the function of the flare system is shown.
  • This torch plant is used to carry out the process for smokeless combustion of gases.
  • the combustion takes place with the following variable parameters: the consumption, the composition and the pressure of several flare systems with different pressures.
  • the combustion is carried out without forced supply of water vapor and / or air and / or water.
  • the high energy gases 5 to be burned are fed into a wellbore of a torch 1 (here a coaxial torch).
  • the supply takes place via a separate passage tube 2 from the flare system.
  • the gases from the vacuum flare systems are supplied for combustion via separate through-tubes 3 and / or 4 to n.
  • the upper part of the passage tube 2 for the torch 1 is provided with an insert (or inserts) 6.
  • the insert 6 is rectangular.
  • the insert 6 directs and forms the streams of combustible gases 7. If there is no gas stream 5 from the flare plant, the exit of gases from the insert 6 will be through a moving part, i. by a gas lock 8 (control device), closed. With an increase in the consumption of the gases 5, the pressure in the gas lock 8 is also increased.
  • the gas barrier 8 increases the gap between the insert 6 and the
  • Gas lock 8 (the lower position is shown in dashed lines).
  • the high kinetic energy gas streams 7 cooperate with the low velocity combustible gas streams 9, 10, ... n, expel and expel the latter gases at an increased rate.
  • the increased velocity is the amount of gases with high kinetic energy and the velocities of the gases 5 with high kinetic energy and gases 9, 10, ... n with low, kinetic energy directly and the amount of gases with low, kinetic energy indirectly proportional.
  • the size of the gap is set at the location of the gas outlet by means of the weight 11 on train 12.
  • the regulation of the variable value of the gap is also possible with the aid of a spring and / or lever device and / or a pneumatic and / or electromagnetic and / or other known drive method.
  • the pressure within the flare system may be lower than required to ensure the combustion of larger amounts of gas.
  • through-tubes 13 or a through-tube 13 for the gases are provided. These passage tubes 13 pass the gases past the movable gap gas barrier 8 into the combustion zone.
  • the application of the above-mentioned method for combustion of the gases excludes an energy expenditure in the form of forced feeding of steam and / or air and / or water. It improves the quality of the combustion of the gases and improves the ecological characteristics of the environment, since the formation of toxic carbon oxide (nitric oxide CO) is reduced by a hundred and a thousand times.
  • toxic carbon oxide nitric oxide CO

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Gasen an einer Fackel- oder anderen Anlage und kann in der Öl-, Gas-, Petrochemie-, Chemie-, Kokereiindustrie und in anderen Industriebranchen verwendet werden, in denen eine thermische Gasentgiftung durchgeführt wird, wenn eine Entsorgung während der verfahrenstechnischen Abläufe und/oder beim Notausstoß in die Atmosphäre nicht möglich ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine rauchlose Verbrennung von Brenngasen mit veränderlichen Parametern an der Fackelanlage ohne Zwangszuführung von Wasserdampf und/oder Luft und/oder Wasser sicherzustellen. Die veränderlichen Parameter umfassen den Verbrauch, den Gehalt und den Druck unterschiedlicher Fackelsysteme.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Gasen an einer Fackel- oder anderen Anlage. Sie kann in der Öl-, Gas-, Petrochemie-, Chemie-, Kokereiindustrie und in anderen Industriebranchen verwendet werden, in denen eine thermische Gasentgiftung durchgeführt wird, wenn eine Entsorgung während der verfahrenstechnischen Abläufe und/oder beim Notausstoß in die Atmosphäre nicht möglich ist.
  • Die Regelvorschriften im Bereich des Umweltschutzes fordern, dass die Gase rauchlos (ohne Bildung von Ruß) mit einem minimalen Gehalt an Kohlenoxid (CO) im Verbrennungsprodukt verbrannt werden.
  • Bekannt ist, dass eine rauchlose Verbrennung der Gase in den traditionellen Fackelanlagen nur bei der Einhaltung eines geringen Auslegungsbereichs für den Gasverbrauch möglich ist. In der Regel handelt es sich um einen minimalen, kontinuierlichen Verbrauch. Bei der Erhöhung des Gasverbrauchs (bis zu einer bestimmten Grenze) wird eine rauchlose Verbrennung der Gase durch eine Zwangszuführung von Energien (Dampf oder/oder Luft oder/oder Wasser) sichergestellt. Der Dampf wird zur Erhöhung der Turbulenz zugeführt. Die Luft sorgt für die Vollständigkeit der Verbrennung. Wasser wird ebenso für die Erhöhung der Gasturbulenz durch den erzeugenden Dampf zugeführt. Der Dampf erhöht das Volumen des verdunstbaren Wassers mindestens um das 1700-fache (I. I. Strezhewskij, A. I. Elnatanow, "Fackelanlagen", Moskau, in "Chimija", 1989, S. 39, 40, 59).
  • Bekannt ist ein Verfahren zur rauchlosen Verbrennung von Gasen mit der Anwendung einer Sperrvorrichtung mit einem variierbaren Durchmesser. Die Sperrvorrichtung erzeugt eine Druckdifferenz im oberen Teil des Fackelkopfs. Dadurch wird eine berechnete Geschwindigkeit des Gasausflusses in die Verbrennungszone sichergestellt (Patent RU 2 248 502 ).
  • Der Mangel des letztgenannten Verfahrens besteht in Folgendem. Die rauchlose Verbrennung der Gase an der Fackelanlage erfolgt unter einem veränderlichen Verbrauch und unter unterschiedlichen Zusammensetzungen. Diese Verbrennung wird durch einen erhöhten Druck des berechneten Druckbereichs für Gase im Fackelkopf unter der Gassperre sichergestellt. Dabei wird eine bewegliche Sperrvorrichtung Zuhilfe genommen. Diese Sperrvorrichtung erschwert die Verbrennung der Gase innerhalb der Niederdrucksysteme, wenn diese Systeme keinen ausreichenden Überdruck aufweisen. Der Überdruck ist zur Erzeugung der Geschwindigkeit der rauchlosen Verbrennung und der kontinuierlichen Verbrennung von geringen Gasvolumen (Spül- und Absperrgase, kontinuierliche Prozessemissionen) erforderlich. Das gilt, wenn der Druck dieser geringen Gasvolumen kleiner als der Auslegungsdruck im Hochdruck-Fackelsystem ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine rauchlose Verbrennung von Brenngasen mit veränderlichen Parametern an der Fackelanlage ohne Zwangszuführung von Wasserdampf und/oder Luft und/oder Wasser sicherzustellen. Die veränderlichen Parameter umfassen den Verbrauch, den Gehalt und den Druck unterschiedlicher Fackelsysteme.
  • Die genannte Aufgabe wird folgenderweise gelöst. Die zu verbrennenden Gase weisen einen veränderlichen Gehalt und Verbrauch auf. Diese Gase strömen aus dem Brennerkopf einer Fackelanlage in die Brennzone hinaus. Die Gase weisen beliebige, regelbare bzw. gleichbleibende, berechnete Geschwindigkeiten von 1m/s bis zu Hunderten und Tausenden m/s auf. Das wird dadurch erreicht, dass im Kopf (und in der Fackelanlage) ein berechneter Gesamtüberdruck von 0,00001 MPa bis 30,0 MPa erzeugt wird. Dieser berechnete Gesamtüberdruck bezieht sich auf diesen Gehalt und Verbrauch der Gase und weist eine kinetische Natur und eine statische Natur auf. Bei den Gasaustrittsgeschwindigkeiten ab 1 m/s bis zu 3-8 Schallgeschwindigkeiten werden die notwendige Turbulenz des Stroms und der notwendige Durchmesser für die Zuführung der Umluft erzeugt. Diese Geschwindigkeiten sind für den unterschiedlichen Verbrauch und Gehalt des Gases notwendig, wobei diese Parameter vorher für diese Zeit nicht bestimmt wurden. Die besagte Turbulenz sowie der bestimmte Durchmesser sorgen für das erforderliche Gas-Luft-Verhältnis. Die Gase strömen aus dem Brennerkopf unter einem Winkel von minimal -160° bis maximal +160° in Bezug auf die Strömungsachse der brennbaren Gase hinaus. Dabei stellt die Form der begrenzten Stärke der Turbulenzströme dieser Gase eine Vergrößerung des Querschnitts beim Einfangen der frischen Außenluft sicher. Gleichzeitig wird auch ermöglicht, das Löschen der Flamme zu vermeiden. Das hängt damit zusammen, dass die Erhöhung des Gasverbrauchs (bzw. der Geschwindigkeit) von der Stelle des Gasaustritts gleichzeitig mit einer Bremsung des Gasstroms, einer Verminderung der Stromgeschwindigkeit und einer Erhöhung des Volumens erfolgt. Beim Austritt aus dem Einsatz bzw. den Einsätzen wirkt bzw. wirken der Gasstrom bzw. die Gasströme mit den Gasströmen aus den Unterdrucksystemen zusammen. Danach erfolgt der Ausstoß des Gasstroms bzw. der Gasströme. Dabei weist dieser Gasstrom bzw. weisen diese Gasströme eine hohe kinetische Energie auf. Durch den Ausstoß wird die Geschwindigkeit der Gase bis zu einem Wert erhöht, der für eine rauchlose Verbrennung notwendig ist. Es sind Durchgänge im Fackelsystem für Gase mit einer hohen Energie in die Brennzone vorgesehen. Dabei strömen die Gase an einer beweglichen Gas-Spaltsperre vorbei.
  • In Fig. 1 ist die Funktion der Fackelanlage dargestellt. Diese Fackelanlage dient zur Ausführung des Verfahrens zur rauchlosen Verbrennung von Gasen. Die Verbrennung erfolgt mit folgenden, variablen Parametern: dem Verbrauch, der Zusammensetzung und dem Druck mehrerer Fackelsysteme mit unterschiedlichen Drücken. Die Verbrennung wird ohne Zwangszuführung von Wasserdampf und/oder Luft und/oder Wasser vorgenommen.
  • Die zu verbrennenden Gase 5 mit einer hohen Energie werden in ein Bohrloch einer Fackel 1 (hier einer koaxialen Fackel) zugeführt. Die Zuführung erfolgt über ein gesondertes Durchgangsrohr 2 aus der Fackelanlage. Die Gase aus den Unterdruck-Fackelsystemen werden zur Verbrennung über getrennte Durchgangsrohre 3 und/oder 4 bis n zugeführt. Der obere Teil des Durchgangrohrs 2 für die Fackel 1 ist mit einem Einsatz (oder Einsätzen) 6 versehen. In Fig. 1 ist eine der Varianten dargestellt, in der der Einsatz 6 rechteckig ausgebildet ist. Der Einsatz 6 (Einsätze) richtet und bildet die Ströme der verbrennbaren Gase 7 aus. Wenn es keinen Gasstrom 5 aus der Fackelanlage gibt, wird der Austritt der Gase aus dem Einsatz 6 durch einen beweglichen Teil, d.h. durch eine Gassperre 8 (Regeleinrichtung), geschlossen. Bei einer Erhöhung des Verbrauchs der Gase 5 wird der Druck in der Gassperre 8 auch erhöht. Die Gassperre 8 vergrößert den Spalt zwischen dem Einsatz 6 und der
  • Gassperre 8 (die untere Stellung ist gestrichelt gezeichnet).
  • Die Druckerhöhung des Gases 5 verursacht:
    • eine Erhöhung der Geschwindigkeit (bis zur berechneten Grenze) des Gasaustritts 7 aus dem Brennerkopf,
    • eine Vergrößerung der geometrischen Abmessungen des Gasstroms,
    • eine Vergrößerung der Kontaktfläche der Flammenfackel mit der Außenluft und der Turbulenz der Gasströme 7.
  • Die Gasströme 7 mit hoher, kinetischer Energie wirken mit den Strömen der brennbaren Gase niedriger Geschwindigkeiten 9, 10, ... n zusammen, stoßen sie aus und stoßen die letztgenannten Gase mit einer erhöhten Geschwindigkeit aus. Die erhöhte Geschwindigkeit ist der Menge der Gase mit hoher, kinetischer Energie und der Geschwindigkeiten der Gase 5 mit hoher, kinetischer Energie und Gase 9, 10, ... n mit niedriger, kinetischer Energie direkt und der Menge der Gase mit niedriger, kinetischer Energie indirekt proportional. In diesem Einzellfall wird der Gesamtdruck (kinetische Druck und statische Druck) unter der beweglichen Gassperre 8 mit Hilfe eines Gewichts 11 am Zug 12 (mit Hilfe der Gravitation) geregelt. Somit wird auch die Größe des Spalts an der Stelle des Gasaustritts mittels des Gewichts 11 am Zug 12 eingestellt. Die Regelung des veränderlichen Werts des Spalts ist auch mit Hilfe einer Feder- und/oder Hebeleinrichtung und/oder eines pneumatischen und/oder elektromagnetischen und/oder anderen bekannten Antriebsverfahren möglich.
  • Der Druck innerhalb des Fackelsystems kann niedriger sein, als es zur Sicherstellung der Verbrennung von größeren Mengen an Gas erforderlich ist. Um in diesem Fall die Gase mit geringen Verbrauchswerten (beispielsweise Spül- oder Sperrgase oder kontinuierliche Prozessemissionen) bei einem niedrigeren Druck verbrennen zu können, werden Durchgangsrohre 13 bzw. wird ein Durchgangsrohr 13 für die Gase vorgesehen. Diese Durchgangsrohre 13 führen die Gase an der beweglichen Spalt-Gassperre 8 vorbei in die Brennzone.
  • Die Anwendung des oben genannten Verfahrens zur Verbrennung der Gase schließt einen Energieaufwand in Form der Zwangszuführung von Dampf und/oder Luft und/oder Wasser aus. Sie verbessert die Qualität der Verbrennung der Gase und verbessert die ökologischen Kennwerte der Umgebungen, da die Bildung von giftigem Kohlenoxid (Stickoxid CO) um das Hundert- und Tausendfache vermindert wird.

Claims (1)

  1. Verfahren zur rauchlosen Verbrennung von Gasen in einer Fackelanlage,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die brennbaren Gase mit einem veränderlichen Gehalt und/oder Verbrauch und/oder Druck aus dem Brennerkopf der Fackelanlage in die Brennzone mit beliebigen, notwendigen, regelbaren und berechneten Geschwindigkeiten ab 1m/s bis zu 3-8 Schallgeschwindigkeiten durch Beeinflussung mittels einer beweglichen Gassperre, vorzugsweise einer geregelten Gassperre, und mit einem Gesamtdrucks (kinetisch Druck und statischer Druck) des brennbaren Gases ab 0,00001 MPa bis 30,0 MPa proportional zur notwendigen Geschwindigkeit des Gasstroms ausströmen und
    - die brennbaren Gase mit niedriger, kinetischer Energie anderer Fackelsysteme durch Gase mit hoher, kinetischer Energie ausgestoßen werden, damit die Gase hoher, kinetischer Energie zur Brennzone an der beweglichen Gassperre vorbei unter den Unterdrücken der Hochdruck-Fackelsysteme durchströmen können.
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