EP2821700B1 - Lanze für Verbrennung oder Abfackelung von brennbaren Abgasen - Google Patents

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EP2821700B1
EP2821700B1 EP14450033.7A EP14450033A EP2821700B1 EP 2821700 B1 EP2821700 B1 EP 2821700B1 EP 14450033 A EP14450033 A EP 14450033A EP 2821700 B1 EP2821700 B1 EP 2821700B1
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EP
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lance
waste gas
conical
gas channel
lance according
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Andreas Kraxner
Thomas Bartonek
Laszlo Klena
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COTRACO Holding GmbH
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COTRACO Holding GmbH
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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
    • F23G7/08—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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N1/002—Regulating fuel supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/18—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • F23N2005/185—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using detectors sensitive to rate of flow of fuel

Definitions

  • 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.
  • 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.
  • concentration of the combustible substance is too high to explode.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • adjustment of the flow area of the exhaust passage of the lance is possible, however, in these embodiments, maintaining a certain minimum flow rate is only selective, i.e., at least one time. ensured at a single point along the flow path, so that the relevant safety regulations can not be satisfactorily met.
  • the present invention therefore aims to expand the working range of lances of the type mentioned, so that the lance can ensure the required remindzünd precisely even at very widely varying volume flow, and in particular even at very low flow.
  • the lance should be completely dispensed with the admixture of air, steam or nitrogen to the exhaust gas.
  • the invention essentially provides for a lance of the type mentioned that the adjustment means a coaxially mounted inside an outer combustion tube, 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 Actuator comprise whose conical outer surface bounds the annular exhaust passage together with an associated further conical surface inside and outside, wherein the conical surfaces overlap each other in the minimum position, wherein the actuating body is formed by a the exhaust passage inside limiting body with a conical outer circumferential surface, and wherein the another conical surface (9) is a conical inner peripheral surface of the outer combustion tube (1), whose diameter increases continuously in the direction of the outlet opening (10) of the lance.
  • 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 each other Cone 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 among others depends on the cone angle of the respective conical surfaces and the intended displacement between the minimum and the maximum position. According to a preferred embodiment, it is 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 °.
  • 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 to 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.
  • the overlap length in the minimum position is at least 20 mm, preferably at least 40 mm.
  • 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 over the entire Umstellweg between the minimum position and the maximum position equal.
  • 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.
  • 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.
  • a further preferred embodiment provides that the exhaust gas channel 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 actuating body, so that the lance is also suitable for very small amounts of exhaust gas per unit time.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the annular exhaust gas duct 5 is delimited by the outer tube 1.
  • 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.
  • 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.

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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Dokumente US 5 217 363 A , EP 0 204 912 A2 und EP 0 202 443 A2 zeigen verschiedene Brennerlanzen mit konzentrischen konischen Einstellmitteln mit axialer Verschiebbarkeit.
  • 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.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Lanze der eingangs genannten Art im Wesentlichen vor, dass die Einstellmittel einen im Inneren eines äußeren Brennrohrs koaxial gelagerten, 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, wobei der Stellkörper von einem den Abgaskanal innen begrenzenden Körper mit einer konischen Außenmantelfläche gebildet ist, und wobei die weitere Konusfläche (9) eine konische Innenumfangsfläche des äußeren Brennrohrs (1) darstellt, deren Durchmesser in Richtung zur Austrittsöffnung (10) der Lanze kontinuierlich zunimmt. 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.
  • 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.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Überdeckungslänge in der Minimumstellung mindestens 20mm, vorzugsweise mindestens 40mm beträgt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (12)

  1. Lanze für die Verbrennung oder Abfackelung von brennbaren Abgasen, umfassend einen im Querschnitt ringförmigen, mit einer Austrittsöffnung in Verbindung stehenden Abgaskanal (5), wobei der Abgaskanal (5) mit Einstellmitteln zum Einstellen des Strömungsquerschnitts ausgestattet ist, wobei die Einstellmittel einen im Inneren eines äußeren Brennrohrs (1) koaxial gelagerten, 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 der Stellkörper (2) von einem den Abgaskanal (5) innen begrenzenden Körper mit einer konischen Außenmantelfläche (11) gebildet ist, wobei die weitere Konusfläche (9) eine konische Innenumfangsfläche des äußeren Brennrohrs (1) darstellt, deren Durchmesser in Richtung zur Austrittsöffnung (10) der Lanze kontinuierlich zunimmt, und wobei die konischen Flächen (9, 11) einander in der Minimumstellung überdecken.
  2. Lanze nach Anspruch 1, wobei die Überdeckungslänge (a) in der Minimumstellung mindestens 20mm, vorzugsweise mindestens 40mm betragt.
  3. Lanze nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Überdeckungslänge in der Minimumstellung wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 75%, bevorzugt wenigstens 90%, bevorzugt 10C% der Überdeckungslänge in der Maximumstellung entspricht.
  4. Lanze nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei 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.
  5. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die weitere Konusfläche (9) parallel zur konischen Mantelfläche (11) des Stellkörpers (2) verläuft.
  6. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Durchmesser der konischen Außenmantelfläche (11) in Richtung zur Austrittsöffnung (10) hin zunimmt.
  7. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Stellkörper (2) den die Austrittsöffnung (10) aufweisenden Endabschnitt des Abgaskanals (5) innen begrenzt.
  8. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die brennraumseitige Austrittsöffnung (10) des Abgaskanals (5) ringförmig ist.
  9. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Abgaskanal (5) in Strömungsrichtung vor dem Stellkörper (2) eine Querschnittsverringerung aufweist.
  10. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei den Abgaskanal (5) ein Ringkanal (13) für Kühl- oder Verbrennungsluft umgibt.
  11. Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei 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.
  12. Lanze nach Anspruch 11, wobei die Steuereinrichtung wenigstens eine Kennlinie für die Stellkörperstellung gespeichert hat.
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