EP2821700A1 - Lance for combustion or flaring of combustible waste gases - Google Patents

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EP2821700A1
EP2821700A1 EP14450033.7A EP14450033A EP2821700A1 EP 2821700 A1 EP2821700 A1 EP 2821700A1 EP 14450033 A EP14450033 A EP 14450033A EP 2821700 A1 EP2821700 A1 EP 2821700A1
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exhaust passage
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Abstract

Bei einer Lanze für die Verbrennung oder Abfackelung von brennbaren Abgasen, umfassend einen im Querschnitt ringförmigen, mit einer Austrittsöffnung (10) in Verbindung stehenden Abgaskanal (5), wobei der Abgaskanal (5) mit Einstellmitteln zum Einstellen des Strömungsquerschnitts ausgestattet ist, umfassen die Einstellmittel einen in axialer Richtung der Lanze zwischen einer Minimumstellung für den geringsten Strömungsquerschnitt und einer Maximumstellung für den größten Strömungsquerschnitt verstellbaren Stellkörper (2), dessen konische Mantelfläche (11) den ringförmigen Abgaskanal (5) gemeinsam mit einer zugeordneten weiteren Konusfläche (9) innen und außen begrenzt, wobei die konischen Flächen (9, 11) einander in der Minimumstellung überdecken.In a lance for the combustion or flaring flammable exhaust gases comprising a cross-sectionally annular, with an outlet opening (10) associated exhaust passage (5), wherein the exhaust passage (5) is equipped with adjusting means for adjusting the flow cross-section, comprise the adjusting means a in the axial direction of the lance between a minimum position for the smallest flow cross-section and a maximum position for the largest flow cross-section adjustable actuating body (2) whose conical lateral surface (11) the annular exhaust passage (5) together with an associated further conical surface (9) inside and outside limited, wherein the conical surfaces (9, 11) overlap each other in the minimum position.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lanze für die Verbrennung oder Abfackelung von brennbaren Abgasen, umfassend einen im Querschnitt ringförmigen, mit einer Austrittsöffnung in Verbindung stehenden Abgaskanal, wobei der Abgaskanal mit Einstellmitteln zum Einstellen des Strömungsquerschnitts ausgestattet ist.The invention relates to a lance for the combustion or flaring flammable exhaust gases, comprising an annular cross-section, with an outlet opening in communication associated exhaust passage, wherein the exhaust passage is equipped with adjusting means for adjusting the flow cross-section.

Zur thermischen Entsorgung von Abgasen, wie sie insbesondere in der chemischen Industrie, in Pharmaziebetrieben, in Kraftwerken, aber auch aus Tankbefüllungen, Schiffsverladungen und anderen Applikationen mit unkontrolliertem Entweichen von Gasen anfallen, ist es im Hinblick auf die strengen Luftverschmutzungsgesetze und die Sicherheit erforderlich, dass die jeweiligen Abgasmengen sicher, stabil und vollständig verbrannt werden, bevor sie in die Atmosphäre entweichen. Die Verbrennung kann entweder durch Abfackeln des Abgases in die Umgebung mittels einer Fackel oder durch Einleiten des Abgases mittels einer Lanze in eine Brennkammer erfolgen. Dabei sind im Falle explosionsfähiger Gasmischungen verschiedene Sicherheitsvorkehrungen zu treffen. Die Explosionsfähigkeit hängt grundsätzlich von dem eingesetzten Stoff, seiner Brennbarkeit und der Mischung mit Luft bzw. Sauerstoff ab. Der Bereich der explosiven Mischungsverhältnisse wird von der oberen und der unteren Explosionsgrenze begrenzt. Man bezeichnet den Bereich unterhalb der unteren Explosionsgrenze, in dem die Konzentration des brennbaren Stoffes zu gering ist, auch als mageres Gemisch. Der Bereich oberhalb der oberen Explosionsgrenze wird als fettes Gemisch bezeichnet. Hier ist die Konzentration des brennbaren Stoffes zu hoch, um zu explodieren.For the thermal disposal of exhaust gases, as they occur in particular in the chemical industry, in pharmaceutical companies, in power plants, but also from tank fillings, shipments and other applications with uncontrolled escape of gases, it is necessary in view of the strict air pollution laws and safety the respective amounts of exhaust gas are safely, stably and completely burned before they escape into the atmosphere. The combustion can be carried out either by flaring the exhaust gas into the environment by means of a torch or by introducing the exhaust gas by means of a lance into a combustion chamber. Various safety precautions must be taken in the case of explosive gas mixtures. The explosiveness depends fundamentally on the substance used, its flammability and the mixture with air or oxygen. The range of explosive mixture ratios is limited by the upper and lower explosive limits. The area below the lower explosive limit, where the concentration of the combustible substance is too low, is also referred to as a lean mixture. The area above the upper explosion limit is called a rich mixture. Here the concentration of the combustible substance is too high to explode.

Beim Ausströmen von Abgasen aus Öffnungen von Anlagenteilen, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre vorhanden ist und die nicht hinreichend explosionsfest ausgeführt sind, ist in verschiedenen Regelwerken die Notwendigkeit eines Schutzes der Anlagenteile gegen das Hineinlaufen von Explosionen vorgesehen. In diesem Zusammenhang kommen insbesondere strömungsüberwachte Rückzündsicherungen zum Einsatz, deren Aufgabe es ist, eine Strömungsgeschwindigkeit des Abgases an der Ausströmöffnung aufrechtzuerhalten, die oberhalb der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit liegt, um auf diese Weise einen Flammenrückschlag bzw. eine Gasrückströmung zu verhindern.When exhaust fumes from openings of plant parts, in which an explosive atmosphere is present and which are not designed sufficiently explosion-proof, is in various regulations the need to protect the Plant components against the inrush of explosions provided. In this context, in particular flow-monitored Rückzündsicherungen are used, the task of which is to maintain a flow velocity of the exhaust gas at the outflow, which is above the flame propagation speed, to prevent in this way a flashback or a gas backflow.

Die Schwierigkeit liegt dabei darin, die erforderliche Strömungsmindestgeschwindigkeit auch bei stark schwankenden Mengen des je Zeiteinheit ausströmenden Abgases sicherzustellen. Die Strömungsmindestgeschwindigkeit hängt weiters von der Temperatur an der Austrittsöffnung der Fackel bzw. der Lanze ab, sodass auch diesbezüglich eine Anpassung der Fackel bzw. der Lanze erforderlich ist. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lanzen ist der Strömungsquerschnitt des Abgaskanals meist starr, sodass eine Regelung einer gleichbleibenden Austrittsgeschwindigkeit bei einer Volumenstromänderung nicht möglich ist. Deshalb haben solche Lanzen einen sehr kleinen Volumenstrom-Variationsbereich von ungefähr 1:2 bis 1:5. Als Abhilfe kann man bei solchen Lanzen Luft, Dampf oder Stickstoff zum Abgas zugeben, um den Mindestvolumenstrom und dadurch die Mindestgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten.The difficulty lies in ensuring the required minimum flow rate even with highly fluctuating amounts of the exhaust gas flowing out per unit time. The minimum flow rate also depends on the temperature at the outlet opening of the torch or the lance, so that in this respect an adjustment of the torch and the lance is required. In the case of the lances known from the prior art, the flow cross-section of the exhaust gas duct is usually rigid, so that it is not possible to regulate a constant outlet velocity in the event of a change in the volume flow. Therefore, such lances have a very small volume flow variation range of about 1: 2 to 1: 5. As a remedy, air, steam or nitrogen can be added to the exhaust gas in such lances in order to maintain the minimum volume flow and thereby the minimum speed.

Bei manchen Ausführungen ist eine Einstellung des Strömungsquerschnitts des Abgaskanals der Lanze möglich, jedoch ist bei diesen Ausführungen die Einhaltung einer bestimmten Mindestströmungsgeschwindigkeit nur punktuell, d.h. an einem einzigen Punkt entlang des Strömungsweges sichergestellt, sodass die einschlägigen Sicherheitsvorschriften nicht zufriedenstellend erfüllt werden können.In some embodiments, an adjustment of the flow cross-section of the exhaust passage of the lance is possible, but in these embodiments, the maintenance of a certain minimum flow rate is only selectively, ie ensured at a single point along the flow path, so that the relevant safety regulations can not be satisfactorily met.

Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, den Arbeitsbereich von Lanzen der eingangs genannten Art zu erweitern, sodass die Lanze die erforderliche Rückzündsicherheit auch bei sehr stark variierendem Volumenstrom, und insbesondere bereits bei sehr geringem Volumenstrom sicherstellen kann. Insbesondere soll auf die Zumischung von Luft, Dampf oder Stickstoff zum Abgas gänzlich verzichtet werden können.The present invention therefore aims to expand the working range of lances of the type mentioned, so that the lance can ensure the required Rückzündsicherheit even at very widely varying volume flow, and in particular even at very low flow. In particular, should be completely dispensed with the admixture of air, steam or nitrogen to the exhaust gas.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Lanze der eingangs genannten Art im Wesentlichen vor, dass die Einstellmittel einen in axialer Richtung der Lanze zwischen einer Minimumstellung für den geringsten Strömungsquerschnitt und einer Maximumstellung für den größten Strömungsquerschnitt verstellbaren Stellkörper umfassen, dessen konische Mantelfläche den ringförmigen Abgaskanal gemeinsam mit einer zugeordneten weiteren Konusfläche innen und außen begrenzt, wobei die konischen Flächen einander in der Minimumstellung überdecken. Dadurch, dass der verstellbare Stellkörper eine konische Mantelfläche aufweist, die gemeinsam mit einer ebenfalls konischen weiteren Fläche den Ringspalt des Abgaskanals in diesem Abschnitt bestimmt, kann durch Relativverschiebung des Stellkörpers relativ zur Lanze die Spaltbreite kontinuierlich und in einfacher Art und Weise eingestellt werden. Dabei wird der Strömungsquerschnitt des ringförmigen Abgaskanals bei Bedarf so eingestellt, dass sich die jeweils erforderliche Mindestströmungsgeschwindigkeit im Bereich des Stellkörpers ergibt. Aufgrund der Anordnung von einander zugeordneten Konusflächen kann die Spaltbreite bzw. der Strömungsquerschnitt innerhalb weiter Grenzen eingestellt werden, wobei das Verhältnis des maximalen Strömungsquerschnitts zum minimalen Strömungsquerschnitt unter anderem vom Konuswinkel der jeweiligen Konusflächen und von dem vorgesehenen Verschiebeweg zwischen der Minimum- und der Maximumstellung abhängt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Öffnungswinkel des Konus der konischen Mantelfläche und/oder des Konus der weiteren Konusfläche zwischen 10 und 30° beträgt.To solve this problem, the invention essentially provides for a lance of the type mentioned that the adjusting means comprise an adjustable in the axial direction of the lance between a minimum position for the smallest flow cross-section and a maximum position for the largest flow cross-section actuating body, the conical outer surface of the annular Exhaust duct together with an associated further conical surface bounded inside and outside, wherein the conical surfaces overlap each other in the minimum position. Characterized in that the adjustable adjusting body has a conical lateral surface, which determines the annular gap of the exhaust passage in this section together with a likewise conical further surface, the gap width can be adjusted continuously and in a simple manner by relative displacement of the actuating body relative to the lance. If necessary, the flow cross-section of the annular exhaust gas duct is adjusted so that the respectively required minimum flow velocity in the area of the adjusting body results. Due to the arrangement of mutually associated conical surfaces, the gap width or the flow cross section can be set within wide limits, wherein the ratio of the maximum flow cross section to the minimum flow cross section depends inter alia on the cone angle of the respective conical surfaces and on the intended displacement between the minimum and the maximum position. According to a preferred embodiment provided that the opening angle of the cone of the conical lateral surface and / or the cone of the further conical surface is between 10 and 30 °.

Das System aus zwei einander zugeordneten, die Ringspaltbreite bestimmenden und relativ zueinander in axialer Richtung verstellbaren Konusflächen erlaubt es weiters, wie dies erfindungsgemäß vorgesehen ist, auch in der Minimumstellung eine Flächenüberdeckung vorzusehen, sodass die jeweilige Ringspaltbreite nicht nur punktuell, sondern über eine Mindestlänge sichergestellt ist. Dies hat zur Folge, dass die in den einschlägigen Vorschriften vorgegebene Mindestströmungsgeschwindigkeit über einen bestimmten axialen Mindestweg kontrolliert und sichergestellt werden kann, sodass die Betriebssicherheit erhöht werden kann. Als Überdeckungslänge wird hierbei derjenige axiale Bereich bezeichnet, in dem die Konusmantelfläche des Stellkörpers und die dieser zugeordnete weitere Konusfläche einander überlappen.The system of two mutually associated, the annular gap width defining and adjustable relative to each other in the axial direction conical surfaces allows further, as provided for in the invention, even in the minimum position provide a surface coverage, so that the respective annular gap width is not only punctually, but ensures a minimum length , As a result, the minimum flow velocity prescribed in the relevant regulations can be controlled and ensured over a certain minimum axial travel, so that the operational safety can be increased. The overlap length here refers to that axial region in which the conical lateral surface of the actuating body and the additional conical surface assigned to it overlap one another.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Überdeckungslänge in der Minimumstellung mindestens 20mm, vorzugsweise mindestens 40mm beträgt.According to a preferred embodiment, it is provided that the overlap length in the minimum position is at least 20 mm, preferably at least 40 mm.

Um die Mindestströmungsgeschwindigkeit über eine möglichst große Strecke sicherstellen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Überdeckungslänge in der Minimumstellung wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 75%, bevorzugt wenigstens 90%, bevorzugt 100% der Überdeckungslänge in der Maximumstellung entspricht. Im Idealfall bleibt die Überdeckungslänge somit über den gesamten Umstellweg zwischen der Minimumstellung und der Maximumstellung gleich.In order to be able to ensure the minimum flow velocity over the largest possible distance, it is preferably provided that the cover length in the minimum position corresponds to at least 50%, preferably at least 75%, preferably at least 90%, preferably 100% of the overlap length in the maximum position. Ideally, the overlap length thus remains the same over the entire changeover path between the minimum position and the maximum position.

Die einander zugeordneten konischen Flächen sind bevorzugt derart gestaltet, dass die von den konischen Flächen definierte Spaltbreite oder die Querschnittsfläche des Abgaskanals in der Minimumstellung und ggf. in der Maximumstellung des Stellkörpers im Bereich der Überdeckung konstant ist. Eine konstante Spaltbreite kann im Überdeckungsbereich mit Vorteil dadurch erreicht werden, dass die weitere Konusfläche parallel zur konischen Mantelfläche des Stellkörpers verläuft.The mutually associated conical surfaces are preferably designed such that the gap width defined by the conical surfaces or the cross-sectional area of the exhaust gas duct in the minimum position and optionally in the maximum position of the actuating body in the region of the overlap is constant. A constant gap width can be achieved in the overlap area with advantage in that the further conical surface extends parallel to the conical lateral surface of the actuating body.

Grundsätzlich ist die Erfindung unabhängig davon, ob ein außenoder ein innenliegender Stellkörper relativ zum anderen Körper axial verschieblich angeordnet ist. Entscheidend ist lediglich, dass eine axiale Relativverschiebung der die beiden Konusflächen tragenden Teile ermöglicht wird. Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn der Stellkörper von einem den Abgaskanal innen begrenzenden Körper mit einer konischen Außenmantelfläche gebildet ist.In principle, the invention is independent of whether an outer or an inner actuating body is arranged axially displaceable relative to the other body. It is only decisive that an axial relative displacement of the two conical surfaces bearing parts is made possible. A structurally particularly advantageous embodiment is obtained when the actuating body is formed by a body defining the exhaust passage inside with a conical outer circumferential surface.

Für die Einströmung des Abgases in eine Brennkammer ist es weiters von Vorteil, wenn das Abgas divergierend ausströmt. Eine bevorzugte Weiterbildung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass der Durchmesser der konischen Außenmantelfläche in Richtung zur Austrittsöffnung hin zunimmt.For the inflow of the exhaust gas into a combustion chamber, it is also advantageous if the exhaust gas flows divergently. A preferred development provides in this context that the diameter of the conical outer circumferential surface increases in the direction of the outlet opening.

Weiters ist es vorteilhaft, wenn die Einstellung des für die jeweilige Mindestströmungsgeschwindigkeit erforderlichen Strömungsquerschnitts möglichst nahe an der Austrittsöffnung, d.h. möglichst nahe an der von der Rückzündungsgefahr betroffenen Stelle angeordnet ist. Dies kann konstruktiv besonders einfach dadurch erzielt werden, dass, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung entspricht, der Stellkörper den die Austrittsöffnung aufweisenden Endabschnitt des Abgaskanals innen oder außen begrenzt. Der ringförmige Abgaskanal mündet somit unmittelbar in die Brennkammer, sodass die brennraumseitige Austrittsöffnung des Abgaskanals ebenfalls ringförmig ausgebildet ist.Furthermore, it is advantageous if the setting of the flow cross-section required for the respective minimum flow velocity is arranged as close as possible to the outlet opening, ie as close as possible to the point affected by the risk of re-ignition. This can be achieved in a structurally particularly simple manner by virtue of the fact that, as is the case with a preferred development, the adjusting body limits the end section of the exhaust duct having the outlet opening inside or outside. The annular exhaust duct thus opens directly into the combustion chamber, so that the combustion chamber-side outlet opening of the exhaust passage is also annular.

Eine weitere bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass der Abgaskanal in Strömungsrichtung vor dem Stellkörper eine Querschnittsverringerung aufweist, wodurch vor dem Stellkörper eine Beschleunigung des Abgases gelingt, sodass die Lanze auch für besonders kleine Abgasmengen je Zeiteinheit geeignet ist.A further preferred embodiment provides that the exhaust gas duct in the flow direction in front of the adjusting body has a cross-sectional reduction, whereby an acceleration of the exhaust gas succeeds before the adjusting body, so that the lance is also suitable for particularly small quantities of exhaust gas per unit time.

Die Oberflächentemperatur der Lanze kann bevorzugt dadurch gering gehalten werden, dass den Abgaskanal ein Ringkanal für Kühl- oder Verbrennungsluft umgibt. Wenn der genannte Ringkanal radial außerhalb des Abgaskanals in die Brennkammer mündet, wird weiters der Effekt erreicht, dass die Kühl- bzw. Verbrennungsluft beim Eintritt in den Brennraum eine erste Durchmischung der erforderlichen Verbrennungsluft mit dem Abgas sicherstellt.The surface temperature of the lance can preferably be kept low by the fact that the exhaust duct surrounds an annular channel for cooling or combustion air. If said annular channel opens into the combustion chamber radially outside the exhaust gas duct, the effect is further achieved that the cooling or combustion air, when entering the combustion chamber, ensures a first thorough mixing of the required combustion air with the exhaust gas.

Der axial verschiebliche Stellkörper wird bevorzugt von einem automatischen Stellantrieb betätigt, zu welchem Zweck der Stellkörper bevorzugt mit einem Betätigungselement, insbesondere einem Rohr, verbunden ist, das mit einem Antrieb zusammenwirkt. Die Steuerung des Antriebs erfolgt hierbei durch eine automatische Steuereinrichtung, die den für die jeweilige Mindestströmungsgeschwindigkeit erforderlichen Strömungsquerschnitt automatisch einstellt. Eine bevorzugte Weiterbildung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass ein Sensor für den Volumenstrom des in die Lanze strömenden Abgases oder für eine davon abgeleitete Messgröße, wie z.B. den Druck angeordnet ist, dessen Messwerte einer Steuereinrichtung zugeführt sind, welche mit einem Stellantrieb für den Stellkörper zusammenwirkt, um die Abgasgeschwindigkeit an der Austrittsöffnung oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts zu halten. Die Steuerung erfolgt hierbei bevorzugt dadurch, dass die Steuereinrichtung wenigstens eine Kennlinie für die Stellkörperstellung in Abhängigkeit von Sensormesswerten gespeichert hat.The axially displaceable actuating body is preferably actuated by an automatic actuator, for which purpose the actuating body is preferably connected to an actuating element, in particular a tube, which cooperates with a drive. The drive is controlled by an automatic control device which automatically sets the flow cross section required for the respective minimum flow velocity. In this context, a preferred development provides for a sensor to be arranged for the volume flow of the exhaust gas flowing into the lance or for a measured variable derived therefrom, such as the pressure, the measured values of which are fed to a control device which cooperates with an actuator for the control element to keep the exhaust gas velocity at the exit opening above a predetermined threshold. The control takes place In this case, preference is given to the fact that the control device has stored at least one characteristic curve for the actuating body position as a function of sensor measured values.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht des einer Brennkammer zugewandten Endbereichs der erfindungsgemäßen Lanze mit dem Stellkörper in einer ersten Position und Fig. 2 die Lanze gemäß Fig. 1 mit dem Stellkörper in einer zweiten Position.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawing. In this show Fig. 1 a schematic cross-sectional view of a combustion chamber facing end portion of the lance according to the invention with the actuating body in a first position and Fig. 2 the lance according to Fig. 1 with the actuator in a second position.

In Fig. 1 ist ein äußeres Brennrohr mit 1 bezeichnet, in dessen Innerem ein koaxialer Stellkörper 2 entsprechend des Doppelpfeils 3 in axialer Richtung verstellbar gelagert ist. Der Stellkörper 2 ist an einem ebenfalls koaxialen Innenrohr 4 befestigt, welches den ringförmigen Abgaskanal 5 innen begrenzt. Außen wird der ringförmige Abgaskanal 5 durch das Außenrohr 1 begrenzt. In Strömungsrichtung vor dem Stellkörper 2 weist das Außenrohr 1 einen rampenartigen Übergang 6 zwischen einem hinteren Bereich 7 mit geringerer Wandstärke und einem vorderen Bereich 8 mit größerer Wandstärke auf, wodurch sich im Bereich 6 eine Querschnittsverengung des Abgaskanals 5 ergibt.In Fig. 1 is an outer combustion tube 1, in the interior of a coaxial actuator body 2 is mounted according to the double arrow 3 adjustable in the axial direction. The actuating body 2 is attached to a coaxial inner tube 4, which limits the annular exhaust passage 5 inside. On the outside, the annular exhaust gas duct 5 is delimited by the outer tube 1. In the flow direction before the actuating body 2, the outer tube 1 has a ramp-like transition 6 between a rear portion 7 with a smaller wall thickness and a front portion 8 with greater wall thickness, resulting in the region 6, a cross-sectional constriction of the exhaust passage 5.

Im vorderen Mündungsbereich der Lanze ist das Außenrohr 1 mit einer konischen Innenumfangsfläche 9 ausgestattet, deren Durchmesser in Richtung zur Austrittsöffnung 10 der Lanze kontinuierlich zunimmt. Der konischen Fläche 9 ist eine konische Mantelfläche 11 des Stellkörpers 2 zugeordnet, die parallel zur konischen Fläche 9 verläuft, sodass sich im Bereich der Überdeckung a der beiden konischen Flächen 9, 11 eine gleichmäßige Breite des Ringspalts des Abgaskanals 5 ergibt.In the front mouth region of the lance, the outer tube 1 is provided with a conical inner circumferential surface 9 whose diameter continuously increases in the direction of the outlet opening 10 of the lance. The conical surface 9 is associated with a conical lateral surface 11 of the actuating body 2, which runs parallel to the conical surface 9, so that in the region of the overlap a of the two conical surfaces 9, 11 results in a uniform width of the annular gap of the exhaust passage 5.

Wenn der Stellkörper 2 ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Position in die in Fig. 2 dargestellte Minimumstellung verschoben wird, ergibt sich eine Verringerung der Spaltbreite des ringförmigen Abgaskanals 5 und dadurch eine Verringerung des Strömungsquerschnitts. Dadurch, dass der größte Außendurchmesser des Stellkörpers 2 größer ist als der kleinste Innendurchmesser der konischen Fläche 9 am Außenrohr 1, ergibt sich auch bei der in der Fig. 2 dargestellten Minimumstellung eine Überdeckungslänge a zwischen den beiden konischen Flächen 9 und 11. Die Verringerung des Strömungsquerschnitts des Abgaskanals 5 bewirkt eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, wobei die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Überdeckungslänge a nicht nur punktuell, sondern über einen längeren axialen Bereich sichergestellt ist.When the actuating body 2, starting from the in Fig. 1 position shown in the in Fig. 2 shown minimum position is shifted, there is a reduction of the gap width of the annular exhaust passage 5 and thereby a reduction of the flow cross-section. The fact that the largest outer diameter of the adjusting body 2 is greater than the smallest inner diameter of the conical surface 9 on the outer tube 1, also results in the in the Fig. 2 The reduction in the flow cross-section of the exhaust passage 5 causes an increase in the flow velocity, wherein the flow velocity is ensured not only punctual, but over a longer axial range due to the overlap length a.

In den Figuren 1 und 2 ist weiters schematisch ein das Außenrohr 1 umgebendes weiteres Außenrohr 12 ersichtlich, das einen Ringkanal 13 für Verbrennungs- bzw. Kühlluft begrenzt.In the Figures 1 and 2 is further schematically a surrounding the outer tube 1 further outer tube 12 can be seen, which limits an annular channel 13 for combustion or cooling air.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ergibt sich im Vergleich zu herkömmlichen rückzündsicheren Brennorganen eine deutliche Verbesserung der Einsetzbarkeit auch für sehr geringe Abgasmengen je Zeiteinheit. Insbesondere ergibt sich ein wesentlich größerer Regelbereich, wie dies anhand des nachfolgenden Vergleichsbeispiels gezeigt wird. Das Anwendungsbeispiel wurde mit Schwefelwasserstoff simuliert, welches ein Gas der Explosionsgruppe IIB ist. Die untere Explosionsgrenze von H2S in Luft liegt bei 4,9 vol-% und die obere Explosionsgrenze bei 45,5 vol-%. Die Simulation wurde unter Annahme eines Gehalts von 5 vol-% in einem Abluftstrom durchgeführt, wobei sich folgende Ergebnisse im Vergleich zu einem herkömmlichen rückzündsicheren Brennorgan ergeben haben. Benennung Herkömmliches rückzündsicheres Brennorgan Erfindung Dichte in kg/Nm3 1,30 1,30 Temperatur in °C 20 20 Verfügbarer Vordruck in mbar(ü) 30 30 Maximaldurchsatz in Nm3/h 1.000 1.000 Minimaldurchsatz in Nm3/h 334 25 Austrittsgeschwindigkeit min. in m/s 24 70 Druck bei Maximaldurchsatz vor dem Brennorgan in mbar(ü) 20 20 Druck bei Minimaldurchsatz vor dem Brennorgan in mbar(ü) 3,3 20 Resultierender Regelbereich 1:3 1:40 Es zeigt sich somit, dass der resultierende Regelbereich mit der erfindungsgemäßen Lanze von 1:3 auf 1:40 erhöht werden konnte.Due to the inventive design results in comparison to conventional Rückzündsicheren Brennorganen a significant improvement in the applicability even for very small amounts of exhaust gas per unit time. In particular, there is a much larger control range, as shown by the following comparative example. The application example was simulated with hydrogen sulfide, which is a gas of explosion group IIB. The lower explosive limit of H 2 S in air is 4.9 vol% and the upper explosion limit is 45.5 vol%. The simulation was carried out assuming a content of 5% by volume in an exhaust air flow, with the following results compared to a conventional refractory burner. designation Conventional flashback burner invention Density in kg / Nm 3 1.30 1.30 Temperature in ° C 20 20 Available form in mbar (g) 30 30 Maximum throughput in Nm 3 / h 1000 1000 Minimum flow rate in Nm 3 / h 334 25 Outlet speed min. in m / s 24 70 Pressure at maximum flow rate before the burner in mbar (g) 20 20 Pressure at minimum flow rate in front of the burner in mbar (g) 3.3 20 Resulting control range 1: 3 1:40 It thus turns out that the resulting control range with the lance according to the invention could be increased from 1: 3 to 1:40.

Claims (13)

Lanze für die Verbrennung oder Abfackelung von brennbaren Abgasen, umfassend einen im Querschnitt ringförmigen, mit einer Austrittsöffnung in Verbindung stehenden Abgaskanal, wobei der Abgaskanal mit Einstellmitteln zum Einstellen des Strömungsquerschnitts ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel einen in axialer Richtung der Lanze zwischen einer Minimumstellung für den geringsten Strömungsquerschnitt und einer Maximumstellung für den größten Strömungsquerschnitt verstellbaren Stellkörper (2) umfassen, dessen konische Mantelfläche (11) den ringförmigen Abgaskanal (5) gemeinsam mit einer zugeordneten weiteren Konusfläche (9) innen und außen begrenzt, wobei die konischen Flächen (9, 11) einander in der Minimumstellung überdecken.Lance for the combustion or flaring flammable exhaust gases, comprising an annular cross-section, connected to an outlet exhaust passage, the exhaust passage is equipped with adjusting means for adjusting the flow cross-section, characterized in that the adjusting means in the axial direction of the lance between a Minimum position for the smallest flow cross section and a maximum position for the largest flow cross-section adjustable adjusting body (2) whose conical lateral surface (11) the annular exhaust passage (5) together with an associated further conical surface (9) inside and outside limited, wherein the conical surfaces ( 9, 11) cover each other in the minimum position. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdeckungslänge (a) in der Minimumstellung mindestens 20mm, vorzugsweise mindestens 40mm beträgt.Lance according to claim 1, characterized in that the covering length (a) in the minimum position is at least 20 mm, preferably at least 40 mm. Lanze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdeckungslänge in der Minimumstellung wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 75%, bevorzugt wenigstens 90%, bevorzugt 100% der Überdeckungslänge in der Maximumstellung entspricht.Lance according to claim 1 or 2, characterized in that the overlap length in the minimum position corresponds to at least 50%, preferably at least 75%, preferably at least 90%, preferably 100% of the overlap length in the maximum position. Lanze nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von den konischen Flächen (9, 11) definierte Spaltbreite oder die Querschnittsfläche des Abgaskanals (5) in der Minimumstellung und ggf. in der Maximumstellung des Stellkörpers (2) im Bereich der Überdeckung konstant ist.Lance according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the of the conical surfaces (9, 11) defined gap width or the cross-sectional area of the exhaust passage (5) in the minimum position and possibly in the maximum position of the actuating body (2) in the region Cover is constant. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Konusfläche (9) parallel zur konischen Mantelfläche (11) des Stellkörpers (2) verläuft.Lance according to one of claims 1 to 4, characterized in that the further conical surface (9) parallel to the conical lateral surface (11) of the actuating body (2). Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkörper (2) von einem den Abgaskanal (5) innen begrenzenden Körper mit einer konischen Außenmantelfläche (11) gebildet ist.Lance according to one of claims 1 to 5, characterized in that the adjusting body (2) of a the exhaust duct (5) inside limiting body with a conical outer surface (11) is formed. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der konischen Außenmantelfläche (11) in Richtung zur Austrittsöffnung (10) hin zunimmt.Lance according to one of claims 1 to 6, characterized in that the diameter of the conical outer lateral surface (11) increases in the direction of the outlet opening (10). Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkörper (2) den die Austrittsöffnung (10) aufweisenden Endabschnitt des Abgaskanals (5) innen oder außen begrenzt.Lance according to one of claims 1 to 7, characterized in that the adjusting body (2) defines the outlet opening (10) having the end portion of the exhaust passage (5) inside or outside. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die brennraumseitige Austrittsöffnung (10) des Abgaskanals (5) ringförmig ist.Lance according to one of claims 1 to 8, characterized in that the combustion chamber-side outlet opening (10) of the exhaust gas duct (5) is annular. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (5) in Strömungsrichtung vor dem Stellkörper (2) eine Querschnittsverringerung aufweist.Lance according to one of claims 1 to 9, characterized in that the exhaust gas channel (5) in the flow direction in front of the actuating body (2) has a cross-sectional reduction. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Abgaskanal (5) ein Ringkanal (13) für Kühloder Verbrennungsluft umgibt.Lance according to one of claims 1 to 10, characterized in that the exhaust duct (5) surrounds an annular channel (13) for cooling or combustion air. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor für den Volumenstrom des in die Lanze strömenden Abgases oder für eine davon abgeleitete Messgröße, wie z.B. den Druck angeordnet ist, dessen Messwerte einer Steuereinrichtung zugeführt sind, welche mit einem Stellantrieb für den Stellkörper (2) zusammenwirkt, um die Abgasgeschwindigkeit an der Austrittsöffnung (10) oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts zu halten.Lance according to one of claims 1 to 11, characterized in that a sensor for the volume flow of the exhaust gas flowing into the lance or for a measured variable derived therefrom, such as the pressure is arranged, whose measured values are fed to a control device which cooperates with an actuator for the actuator body (2) to keep the exhaust gas velocity at the outlet opening (10) above a predetermined threshold. Lanze nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung wenigstens eine Kennlinie für die Stellkörperstellung in Abhängigkeit von Sensormesswerten gespeichert hat.Lance according to claim 12, characterized in that the control device has stored at least one characteristic curve for the adjusting body position as a function of sensor measured values.
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