WO2015036081A1 - Vorrichtung zur verbrennung von gasförmigen stoffen - Google Patents

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WO2015036081A1
WO2015036081A1 PCT/EP2014/002227 EP2014002227W WO2015036081A1 WO 2015036081 A1 WO2015036081 A1 WO 2015036081A1 EP 2014002227 W EP2014002227 W EP 2014002227W WO 2015036081 A1 WO2015036081 A1 WO 2015036081A1
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WO
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combustion
combustion chamber
combustion chambers
partial
chambers
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Application number
PCT/EP2014/002227
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English (en)
French (fr)
Inventor
Leonhard Baumann
Roland Möller
Original Assignee
Ecoloop Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection

Definitions

  • the present invention relates to a device for the combustion of dusty gaseous substances.
  • This invention is particularly concerned with a device suitable for the combustion of gases, such as those produced in chemical plants or gasification processes, which may also be dusty. This includes the combustion of gases from Anfahrg. Downtime of such systems, as well as large amounts of gas, as may occur in plant malfunction. Devices of this type are intended to prevent the discharge of unburned process gases and the associated increased emissions into the atmosphere.
  • Such devices are usually designed as torches, also called “emergency torches.”
  • torches are used, for example, in the form of open, so-called bar torches, which burn the gas usually via a torch head, thereby forming a single flame better dissipation of the combustion gases or for safe dilution with air, such rod torches are specifically built in the height to ensure certain levels of discharge as well as the necessary protection against the radiant heat.
  • Other embodiments are, for example, ground torches, which are used in particular in the field of petrochemistry.
  • emergency flares are usually also used in the pressure relief of reactors that produce combustible gases via chemical or thermal processes.
  • Such reactors must be driven by torch systems, in particular during startup and shutdown processes, because the quality of the gases in such phases can not be supplied to the usual use, but must be burnt specifically.
  • gases are often unpurified process gases, which may still contain dust or oil or tar, for example.
  • Such impurities often prevent combustion under defined conditions in combustors and necessitate the use of torches.
  • a similar situation is usually given even in case of faults or failures of such reactors, in which cases mostly very large and varying amounts of gas must be burned. For this reason, even in this case only torch systems can be used.
  • the object of the present invention is therefore to provide a device which does not have the disadvantages of the prior art. Furthermore, a closed torch was to be developed in which defined combustion conditions for a wide variety of gas quantities and gas qualities can be guaranteed. The device should also be suitable for the combustion of gases from pressurized spaces, such as reactors, or industrial furnaces.
  • a device for combustion of optionally dusty gaseous substances by means of several torches the torches in one in at least two arranged are preferably arranged with each other communicable or interconnectable part combustion chambers of different volume contents divided combustion chamber.
  • the gaseous substances are fed to these partial combustion chambers via separate pipelines through pressure fittings, wherein the set pressure of the pressure relief valve before the partial combustion chamber with the smaller volume content (start-up and shut-down chamber) has a lower set pressure than the pressure relief valve before the partial combustion chamber with the larger volume content (Hauptfackel - Chamber) .
  • Combustion temperature can be easily maintained.
  • the small partial combustion chamber is preferably equipped with a device for burning fossil fuels, via which, for example, with additional combustion of natural gas reaches a desired minimum combustion temperature and can be kept constant. Open communication between the combustion chambers facilitates compliance with process conditions and combustion quality monitoring.
  • the partial combustion chamber with the larger volume content has at the upper end an opening for the discharge of the combustion gases.
  • This opening can be formed, for example, in the form of a fireplace.
  • the torch is arranged in the partial combustion chamber with the smaller volume content below the torch in the partial combustion chamber with the larger volume content.
  • the torches have a certain number of torch heads, wherein the quotient formed by the number of total existing torch heads divided by the heating power supplied in part of all partial combustion chambers in MW, preferably 0.1 to 2 and more preferably 0.5 to 1.
  • the supply of combustion air into the partial combustion chambers is effected by the natural suction effect of the torches, wherein the partial combustion chambers have below the installed torch heads one or more openings for the supply of combustion air.
  • each torch has at least two pilot burners, which are constantly operated with fossil fuels, for example natural gas, and monitored in their continuous operation. An education with only one pilot burner ' is also possible.
  • each torch can be equipped with at least one electric igniter.
  • the device can be designed so that the residence time of the combustion gases from the flame tip of the individual flames to, leaving the partial combustion chambers through the combustion gas opening is preferably at least 0.3 seconds.
  • the currently applicable highest legal requirements from the Federal Immission Control Act for waste treatment plants can be met without any special further measures.
  • the setting of the amount of combustion air is preferably carried out by adjustable passage cross sections at the combustion air openings of the individual partial combustion chambers, such as blinds or slats with actuators.
  • the temperature in the respective partial combustion chambers serves as a control variable for the regulation of the respective quantity of combustion air in the relevant partial combustion chamber.
  • a device for the combustion of fossil fuels with the help of additional combustion of natural gas, for example, a minimum combustion temperature in the partial combustion chamber is adjustable.
  • the supplied amount of fossil fuels is preferably controlled via the combustion chamber temperature as a control variable.
  • these are preferably lined with refractory material.
  • the overpressure fittings in the gas supply lines into the combustion chambers can preferably be designed in the form of two flaps arranged one behind the other. These may be, for example, weight-loaded or spring-loaded overpressure flaps, which automatically close again when the upcoming gas pressure drops. It has proved to be advantageous that between the two valves arranged one behind the other, a continuous flushing takes place by supplying inert gas, for example nitrogen.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a combustion device according to the invention, for gases with multiple torches.
  • the illustration is a torch system suitable, for example, for the pressure relief of reactors or industrial furnaces. These may in particular be those reactors or industrial furnaces in which combustible gases, such as synthesis gas in chemical or thermal processes are produced. The supply of such gases to the flare system takes place at (1).
  • the flare system has a combustion chamber which is subdivided into partial combustion chambers, namely a main combustion chamber (2) and a pre-combustion chamber (3).
  • the pre-combustion chamber (3) is used for the combustion of smaller and in particular calorific value-weak gas quantities, as they are usually incurred when starting and stopping of reactors or industrial furnaces.
  • this is equipped in the synthesis gas supply (4) with an overpressure fitting (5), which is designed, for example, in the form of two pressure-retaining flaps arranged one behind the other.
  • the main combustion chamber (2) is also equipped in its synthesis gas supply (6) with a pressure relief valve (7), which is also preferably designed in the form of two successively arranged pressure retaining flaps.
  • this pressure fitting (7) is provided with a higher response pressure than the pressure relief valve (5). This ensures that smaller amounts of gas are automatically fed preferably into the pre-combustion chamber (3), while the main combustion chamber (12) is supplied with synthesis gas when large quantities of gas are seized.
  • the piping connection between the respective pressure holding flaps arranged one behind the other at (5) and at (7) are maintained via the pipe connection (8) or (9). dig with an inert gas, such as nitrogen (10).
  • an inert gas such as nitrogen (10).
  • the rather small amounts of gas entering the pre-combustion chamber (3) are generally start-up and shut-off gases, which usually have very low calorific values or, in extreme cases, are not combustible at all.
  • a minimum combustion temperature for example greater than 1000 ° C
  • a minimum residence time for example of at least 0.3 seconds
  • the pre-combustion chamber is preferably equipped with an auxiliary burner (15), which is operated for example with natural gas (16).
  • the combustion air required in the pre-combustion chamber (3) is ensured via air supply openings (17), the combustion air being automatically introduced via the air supply openings through the draft thermals prevailing in the pre-combustion chamber. sucks.
  • the dosage is done for example by adjustable slats or blinds.
  • the combustion temperature (18) in the pre-combustion chamber (3) is automatically controlled in the apparatus shown, wherein the combustion temperature (18) acts as a control variable on the natural gas control valve (19).
  • the combustion temperature (18) can also act as a control variable on a servomotor (20) which controls the metering of air via the combustion air openings (17), for example by setting blinds or louvers.
  • the ignition of the synthesis gas via redundant pilot burner (23) and (24) or (25) and 26) ensured, for example, operated with natural gas (14) and in their continuous operation, for example by means of temperature measurements monitored.
  • the combustion temperature (27) in the main combustion chamber (1) is controlled by the combustion temperature (27) acts as a control variable on the servomotor (28), the dosage of the Combustion air into the main combustion chamber (2) via the combustion air supply openings (29), for example by a ⁇ position of blinds or louvers, regulates.
  • This discharge opening can also be used as de ⁇ finierter measuring space for exhaust gas measurements or continuous exhaust gas analysis.

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Abstract

Eine Vorrichtung dient zur Verbrennung von staubhaltigen, gasförmigen Stoffen (1) mit Hilfe von mehreren Fackeln. Zur Verbesserung der Eigenschaften wird vorgeschlagen, die Fackeln (11, 21, 22) in einem in mindestens zwei Teilbrennräume (2, 3) unterschiedlicher Volumenanteile unterteilten geschlossenen Brennraum zu installieren, wobei die gasförmigen Stoffe diesen Brennräumen über getrennte Rohrleitungen (4, 6) und über Überdruckarmaturen (5, 7) zugeleitet werden, wobei der Ansprechdruck der Überdruckarmatur (5) vor dem Brennraum (3) mit dem kleineren Volumeninhalt einen niedrigeren Ansprechdruck aufweist als die Überdruckarmatur (7) vor dem Brennraum (2) mit dem größeren Volumeninhalt und das mindestens einer der beiden Brennräume zusätzlich eine Vorrichtung zur Verbrennung fossiler Brennstoffe (15) aufweist.

Description

Vorrichtung zur Verbrennung von gasförmigen Stoffen
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zur Verbrennung von staubhaltigen gasförmigen Stoffen.
Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt und. werden in unterschiedlichsten Bauformen in zahlreichen Industrien eingesetzt. Diese Erfindung befasst sich insbesondere mit einer Vorrichtung, die für die Verbrennung von Gasen, wie sie beispielsweise in chemischen Anlagen oder Vergasungsprozessen erzeugt werden, die auch staubhaltig sein können, geeignet ist. Dazu gehört auch die Verbrennung von Gasen aus Anfahrbzw. Abfahrvorgängen solcher Anlagen, sowie von großen Gasmengen, wie sie bei Anlagenstörungen anfallen können. Vorrichtungen dieser Art sollen eine Ableitung unverbrannter Prozessgase und die damit verbundenen erhöhten Emissionen in die Atmosphäre vermeiden.
Solche Vorrichtungen werden zumeist als Fackeln ausgeführt, die auch als „Notfackeln" bezeichnet werden. Solche Fackeln werden beispielsweise in Form von offenen, sogenannten Stabfackeln verwendet, die das Gas in der Regel über einen Fackelkopf verbrennen, wobei sich dabei eine einzige Flamme ausbildet. Zur besseren Abführung der Verbrennungsgase bzw. zur sicheren Verdünnung mit Luft, werden solche Stabfackeln gezielt in die Höhe gebaut, um bestimmte Ableitungshöhen sowie auch den notwendigen Schutz vor der Strahlungswärme zu gewährleisten .
Andere Ausführungsformen sind beispielsweise Bodenfackeln, die insbesondere im Bereich der Petrochemie Einsatz finden. Wie bereits oben beschrieben, werden Notfackeln in der Regel auch bei der Druckentlastung von Reaktoren eingesetzt, die brennbare Gase über chemische oder thermische Prozesse erzeugen. Solche Reaktoren müssen insbesondere bei Anfahr- und Abfahrvorgängen über Fackelsysteme gefahren werden, weil die Qualität der Gase in solchen Phasen nicht der üblichen Verwendung zugeführt werden können, sondern gezielt verbrannt werden müssen. Bei solchen Gasen handelt es sich oftmals um ungereinigte Prozessgase, die beispielsweise noch Staub oder Öl- bzw. Teeranteile enthalten können. Solche Verunreinigungen verhindern oftmals die Verbrennung unter definierten Bedingungen in Brennkammern und machen die Verwendung von Fackeln notwendig. Eine ähnliche Situation ist in der Regel auch bei Störungen oder Ausfällen solcher Reaktoren gegeben, wobei in diesen Fällen zumeist sehr große und wechselnde Gasmengen verbrannt werden müssen. Aus diesem Grund können auch in diesem Fall nur Fackelsysteme zum Einsatz kommen.
In DE 3932751 C2 wird eine Abgasfackel beschrieben, die für die Druckentlastung von Elektroniederschachtöfen, beispielsweise bei der Herstellung von Calciumcarbid, eingesetzt wird.
Aufgrund der oftmals Undefinierten Gasqualitäten und den teilweise stark unterschiedlichen Gasmengen, haben sich in der Regel offene Fackeln durchgesetzt, die das Gas in einer offenen Flamme verbrennen, wobei die Zuführung der Verbrennungsluft automatisch aus der Umgebung erfolgt.
Der Nachteil solcher offenen Fackeln besteht in den Undefinierten Verbrennungs-Bedingungen. So ist es beispielsweise nicht möglich, ein definiertes Verhältnis von Brennstoff und Sauerstoff einzustellen, das sogenannte Lambda. Das führt da- zu, dass oftmals an der Flammenspitze unvollständige Verbrennungsprozesse zu verzeichnen sind, was sich beispielsweise durch Ruß- und Schadstoffemissionen äußert. Dieses Problem wird zumeist auch durch zu starke Abkühlung von Flammenbereichen, beispielsweise durch ungünstige Windbedingungen, verstärkt. Dadurch resultieren Verbrennungstemperaturen, die zu niedrig sind, um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten. Weiterhin wird dadurch auch die Verweilzeit des Gases in der Flamme reduziert, was ebenfalls unvollständige Verbrennung und erhöhte Emissionen von Schadstoffen zur Folge hat.
Insgesamt besteht daher das Problem, dass Fackeln Undefinierte Verbrennungsbedingungen aufweisen, die zu erhöhten Emissionen von Schadstoffen führen. Emissionsmessungen bzw. Emissionsüberwachende Maßnahmen lassen sich an offenen Fackeln mangels definierten Meßraums nicht realisieren. Weiterhin führen offene Fackeln zu erhöhter Sichteinschränkungen in der Nachbarschaft von Industrieanlagen.
Für die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Weiterhin sollte eine geschlossene Fackel entwickelt werden, in der definierte Verbrennungsbedingungen für unterschiedlichste Gasmengen und Gasqualitäten gewährleistet werden können. Die Vorrichtung sollte auch für die Verbrennung von Gasen aus unter Druck stehenden Räumen, beispielsweise Reaktoren, oder Industrieöfen geeignet sein.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zu Verbrennung von ggf. staubhaltigen gasförmigen Stoffen mit Hilfe von mehreren Fackeln gelöst, wobei die Fackeln in einem in mindestens zwei vorzugsweise miteinander kommunizierenden oder miteinander verbindbaren Teilbrennräumen unterschiedlicher Volumeninhalte unterteilten Brennraum angeordnet sind. Die gasförmigen Stoffe werden diesen Teilbrennräumen über getrennte Rohrleitungen durch Überdruckarmaturen zugeleitet, wobei der Ansprechdruck der Überdruckarmatur vor dem Teilbrennraum mit dem kleineren Volumeninhalt (Anfahr- und Abfahr-Kammer) einen niedrigeren Ansprechdruck aufweist, als die Überdruckarmatur vor dem Teilbrennraum mit dem größeren Volumeninhalt (Hauptfackel- Kammer) . Dadurch wird erreicht, dass bei geringen Gasmengen zunächst der kleine Teilbrennraum mit gasförmigen Stoffen beaufschlagt wird. Es hat sich gezeigt, dass dadurch gerade bei Gasen mit niedrigem Heizwert, zum Beispiel im Falle von Anfahr- oder Abfahrvorgängen, die Mindest-
Verbrennungstemperatur leichter eingehalten werden kann. Um dies weiter zu erleichtern, ist der kleine Teilbrennraum vorzugsweise mit einer Vorrichtung zur Verbrennung fossiler Brennstoffe ausgestattet, über die beispielsweise mit zusätzlicher Verbrennung von Erdgas eine gewollte Mindest- Verbrennungstemperatur erreicht und konstant gehalten werden kann. Die offene Kommunikation zwischen den Brennräumen erleichtert die Einhaltung der Prozessbedingungen und die Überwachung der Verbrennungsqualität.
Der Teilbrennraum mit dem größeren Volumeninhalt weist am oberen Ende eine Öffnung für die Ableitung der Verbrennungsgase auf. Diese Öffnung kann beispielsweise auch in Form eines Kamins ausgebildet werden. Dort kann z. B. mit einer gezeigten Sensorik die Qualität der Gesamtabgase kontrolliert werden . Für die optimale Funktion der Vorrichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Fackel im Teilbrennraum mit dem kleineren Volumeninhalt unterhalb der Fackel im Teilbrennraum mit dem größeren Volumeninhalt angeordnet wird.
Zur Gewährleistung einer ausreichenden Verweilzeit der Ver-■ brennungsgase bei ausreichend hoher Verbrennungstemperatur über der Flammenspitze, ist ein ausreichend großer Teilbrennraum notwendig. Eine Möglichkeit, diesen trotzdem möglichst klein zu halten besteht darin, die Flammenlänge durch Aufteilung der sonst üblichen Einzelflamme auf mehrere Fackelköpfe und damit auch mehrere einzelne Flammen zu verteilen. Daher weisen die Fackeln eine bestimmte Anzahl von Fackelköpfen auf , wobei der Quotient gebildet aus der Anzahl der insgesamt vorhandenen Fackelköpfe geteilt durch die aller Teilbrennräume zugeführten Heizleistung in MW, vorzugsweise 0,1 bis 2 und weiter bevorzugt 0,5 bis 1 beträgt.
Die Zuführung der Verbrennungsluft in die Teilbrennräume erfolgt durch die natürliche Sogwirkung der Fackeln, wobei die Teilbrennräume unterhalb der installierten Fackelköpfe eine oder mehrere Öffnungen für die Zuführung der Verbrennungsluft aufweisen .
Wie bereits weiter oben beschrieben ist zur Gewährleistung einer ausreichenden Verweilzeit der Verbrennungsgase bei ausreichend hoher Verbrennungstemperatur über der Flammenspitze ein ausreichend großer Teilbrennraum notwendig. Der Quotient gebildet aus dem Gesamtvolumen aller Teilbrennräume in Kubikmeter geteilt durch die aller Teilbrennräume zugeführten Heizleistung in MW beträgt 1 bis 85 und bevorzugt 3 bis 50. Zur besonders sicheren Zündung der zugeleiteten- gasförmigen Stoffe weist jede Fackel mindestens zwei Zündbrenner auf, die mit fossilen Brennstoffen, beispielsweise Erdgas, ständig betrieben und in Ihrem Dauerbetrieb überwacht werden. Eine Ausbildung mit nur einem Zündbrenner' ist aber auch möglich.
Zusätzlich kann jede Fackel mit mindestens einer elektrischen Zündvorrichtung ausgestattet werden.
Insgesamt kann die Vorrichtung so ausgelegt werden, dass die Verweilzeit der Verbrennungsgase von der Flammenspitze der einzelnen Flammen bis zum, Verlassen der Teilbrennräume durch die Verbrennungsgasöffnung vorzugsweise mindestens 0,3 Sekunden beträgt. Damit können die derzeit geltenden höchsten gesetzlichen Anforderungen aus dem Bundesimmissionsschutzgesetz für Abfallbehandlungsanlagen ohne spezielle weitere Maßnahmen erfüllt werden.
Wie bereits ausführlich erläutert, ist die Einhaltung des richtigen Verhältnisses von Brennstoff zu Verbrennungsluft von entscheidender Bedeutung. Die Einstellung der Verbren- nungsluftmenge erfolgt vorzugsweise durch verstellbare Durchgangsquerschnitte an den Verbrennungsluft-Öffnungen der einzelnen Teilbrennräume, beispielsweise Jalousien oder Lamellen mit Stellantrieben. Dabei dient vorzugsweise die Temperatur in den jeweiligen Teilbrennräumen als Steuergröße für die Regelung der jeweiligen Verbrennungsluftmenge im betreffenden Teilbrennraum.
Wie bereits dargelegt, ist die Einhaltung einer MindestVerbrennungstemperatur wichtig für die Minimierung von Emis- sionen. Daher ist vorzugsweise der kleinere Teilbrennraum mit 002227
- 7 - einer Vorrichtung zur Verbrennung fossiler Brennstoffe ausgestattet, mit deren Hilfe durch zusätzliche Verbrennung von beispielsweise Erdgas eine Mindest-Verbrennungstemperatur im Teilbrennraum einstellbar ist. Dabei wird die zugeführte Menge an fossilen Energieträgern vorzugsweise über die Brennraumtemperatur als Steuergröße geregelt.
Zum Schutz des Werkstoffes, beispielsweise des Stahlmantels der Brennräume, sind diese vorzugsweise mit feuerfestem Material ausgekleidet.
Die Überdruckarmaturen in den Gas-Zuleitungen in die Brennräume können vorzugsweise in Form zweier hintereinander angeordneter Klappen ausgebildet werden. Dabei kann es sich beispielsweise um gewichts- oder federbelastete Überdruckklappen handeln, die bei Absinken des anstehenden Gasdrucks wieder automatisch schließen. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, dass zwischen den beiden hintereinander angeordneten Klappen eine kontinuierliche Spülung durch Zuleitung von Inert-Gas, beispielsweise von Stickstoff erfolgt.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnung näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung, für Gase mit mehreren Fackeln.
Bei der Darstellung handelt es sich um eine Fackelanlage, die beispielsweise für die Druckentlastung von Reaktoren oder Industrieöfen geeignet ist. Hierbei kann es sich insbesondere um solche Reaktoren oder Industrieöfen handeln, in denen brennbare Gase, beispielsweise Synthesegas in chemischen beziehungsweise thermischen Prozessen hergestellt werden. Die Zuführung solcher Gase zur Fackelanlage erfolgt bei (1) .
Die Fackelanlage besitzt einen Brennraum, der in Teilbrennräume unterteilt ist, nämlich einen Hauptbrennraum (2) und einen Vorbrennraum (3) .
Der Vorbrennraum (3) dient der Verbrennung von kleineren und insbesondere Heizwert-schwachen Gasmengen, wie sie üblicherweise beim An- und Abfahren von Reaktoren oder Industrieöfen anfallen.
Um sicherzustellen, dass kleine Gasmengen zunächst nur in den Vorbrennraum (3) gelangen, ist dieser in der Synthesegas- Zuführung (4) mit einer Überdruckarmatur (5) ausgestattet, die beispielsweise in Form von zwei hintereinander angeordneten Druckhalteklappen ausgebildet ist.
Der Hauptbrennraum (2) ist in seiner Synthesegas-Zuführung (6) ebenfalls mit einer Überdruckarmatur (7) ausgestattet, die ebenfalls vorzugsweise in Form von zwei hintereinander angeordneten Druckhalteklappen ausgebildet ist. Diese Überdruckarmatur (7) ist jedoch mit einem höheren Ansprechdruck versehen, als die Überdruckarmatur (5) . Dadurch wird gewährleistet, dass kleinere Gasmengen automatisch bevorzugt in den Vorbrennraum (3) geleitet werden, während bei Anfall großer Gasmengen der Hauptbrennraum (12) mit Synthesegas beaufschlagt wird.
Die Rohrleitungsverbindung zwischen den jeweils hintereinander angeordneten Druckhalteklappen bei (5) und bei (7) werden, über die Rohrleitungsverbindung (8) beziehungsweise (9) stän- dig mit einem Inert-Gas, beispielsweise Stickstoff (10) gespült werden. Damit können natürliche Leckraten solcher Armaturen sicher toleriert werden, ohne dass es zu unerwünschten Synthesegas-Rückströmungen oder zu Eintritt von Luftsauerstoff in gasführende Systeme kommt.
Wie bereits erwähnt, gelangen kleinere Synthesegasmengen wegen des niedrigeren Ansprechdrucks der Überdruckarmatur (5) zunächst in den Vorbrennraum (3) , wo sie über die Fackel (11) verbrannt werden. Die sichere Zündung des Synthesegases erfolgt über redundante Zündbrenner (12) und (13), die mit einem unabhängig verfügbaren Brennstoff, beispielsweise Erdgas (14) ständig betrieben und in ihrem Dauerbetrieb, beispielsweise mittels Temperaturmessungen, überwacht werden.
Bei den eher geringen Gasmengen, die in den Vorbrennraum (3) gelangen, handelt es sich in der Regel um Anfahr- und Abfahr- Gase, die zumeist recht geringe Heizwerte aufweisen oder im Extremfall gar nicht brennbar sind. Um eine umweltgerechte Verbrennung auch solcher Gasqualitäten zu ermöglichen, sollte eine Mindest-Verbrennungstemperatur (beispielsweise größer 1000 °C) bei einer Mindestverweilzeit (beispielsweise von mindestens 0,3 Sekunden) sichergestellt werden.
Um die Mindest-Verbrennungstemperatur auch bei heizwertschwachen Gasen erreichen zu können, ist der Vorbrennraum vorzugsweise mit einer einem Zusatzbrenner (15) ausgestattet, der beispielsweise mit Erdgas (16) betrieben wird.
Die im Vorbrennraum (3) benötigte Verbrennungsluft wird über Luftzuführungsöffnungen (17) gewährleistet, wobei die Verbrennungsluft durch die im Vorbrennraum herrschende Zug- Thermik über die Luftzuführungsöffnungen automatisch ange- saugt wird. Die Dosierung erfolgt beispielsweise durch verstellbare Lamellen oder Jalousien.
Die Verbrennungstemperatur (18) im Vorbrennraum (3) wird bei der gezeigten Vorrichtung automatisch geregelt, wobei die Verbrennungstemperatur (18) als Steuergröße auf die Erdgas- Regelarmatur (19) wirkt. Gleichzeitig kann die Verbrennungstemperatur (18) auch als Steuergröße auf einen Stellmotor (20) wirken, der die Luftdosierung über die Verbrennungsluftöffnungen (17), beispielsweise durch Einstellung von Jalousien oder Lamellen steuert.
Bei Einströmung größerer Synthesegasmengen über die Synthesegaszuführung (3) steigt der Vordruck im Zuführungssystem weiter an. Dadurch öffnet sich neben der Überdruckarmatur (5) zusätzlich die für einen höheren Ansprechdruck ausgelegte Überdruckarmatur (7) , wodurch dann zusätzlich auch der Hauptbrennraum (2) mit Synthesegas beaufschlagt wird. In diesem Fall handelt es sich nicht mehr um Anfahr- oder Abfahrgase, sondern um heizwertreiches Synthesegas, das beispielsweise bei Störungen in großen Mengen im Hauptbrennraum (2) über eine oder mehrere Fackeln, im dargestellten Beispiel über zwei Fackeln (21) und (22) verbrannt wird.
Auch im Hauptbrennraum (2) wird die Zündung des Synthesegases über redundante Zündbrenner (23) und (24) beziehungsweise (25) und 26) sichergestellt, die beispielsweise mit Erdgas (14) betrieben und in ihrem Dauerbetrieb, beispielsweise mittels Temperaturmessungen, überwacht werden.
Die Verbrennungstemperatur (27) im Hauptbrennraum (1) wird geregelt, indem die Verbrennungstemperatur (27) als Steuergröße auf den Stellmotor (28) wirkt, der die Dosierung der Verbrennungsluft in den Hauptbrennraum (2) über die Verbren- nungsluftzuführungsöffnungen (29) , beispielsweise durch Ein¬ stellung von Jalousien oder Lamellen, regelt.
Die Abführung der gesamten Verbrennungsgase erfolgt über die Ableitungsöffnung (30), die beispielsweise als Kamin ausgeführt werden kann. Diese Ableitungsöffnung kann auch als de¬ finierter Meßraum für Abgasmessungen oder kontinuierliche Abgasanalytik verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Verbrennung von staubhaltigen gasförmigen Stoffen (1) mit Hilfe von mehreren Fackeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Fackeln (11), (21), (22) in einen in mindestens zwei Teilbrennräumen (2), (3) unterschiedlicher Volumeninhalte unterteilten geschlossenen Brennraum installiert sind, wobei die gasförmigen Stoffe diesen Brennräumen über getrennte Rohrleitungen (4), (6) und über Überdruckarmaturen (5), (7) zugeleitet werden, wobei der Ansprechdruck der Überdruckarmatur (5) vor dem Brennraum (3) mit dem kleineren Volumeninhalt einen niedrigeren Ansprechdruck aufweist als die Überdruckarmatur (7) vor dem Brennraum (2) mit dem größeren Volumeninhalt und dass mindestens einer der beiden Brennräume zusätzlich eine Vorrichtung zur Verbrennung fossiler Brennstoffe (15) aufweist.
2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbrennräume (2, 3) miteinander kommunizie¬ ren oder miteinander verbindbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Teilbrennraum (2) mit dem größeren Volumeninhalt am oberen Ende eine Öffnung (30) für die Ableitung der Verbrennungsgase aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fackel (11) im Teilbrennraum (3) mit dem kleineren Volumeninhalt unterhalb der Fackel (21, 22) im Brennraum (2) mit dem größeren Volumeninhalt angeordnet ist.
. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fackeln mehrere Fackelköpfe , die jeweils eigene Flammen ausbilden, aufweisen, wobei der Quotient gebildet aus der Anzahl der insgesamt vorhandenen Fackelköpfe geteilt durch die aller Brennräume zugeführten Heizleistung in MW, 0,1 bis 2 und bevorzugt 0,5 bis 1 beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der Verbrennungsluft in die Brennräume durch die natürliche Sogwirkung der Fackeln erfolgt, und dass die Brennräume unterhalb der installierten Fackelköpfe eine oder mehrere Öffnungen für die Zuführung der Verbrennungsluft aufweisen .
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft-Öffnungen verstellbare Durchgangsquerschnitte, beispielsweise verstellbare Jalousien oder Lamellen aufweisen, mit Hilfe derer die Verbrennungsluftmenge regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in den jeweiligen Teilbrennräumen als Steuergröße für die Regelung der Verbrennungsluftmenge in den betreffenden Teilbrennraum dient.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient gebildet aus dem Gesamtvolumen aller Teilbrennräume in Kubikmeter - Un geteilt durch die aller Teilbrennräume zugeführten . Heizleistung in MW 1 bis 85 und bevorzugt 3 bis 50 beträgt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Fackel mindestens zwei Zündbrenner aufweist, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Fackel mindestens eine elektrische Zündvorrichtung aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit der Verbrennungsgase von der Flammenspitze der einzelnen Flammen bis zum Verlassen der Brennräume durch die Öffnung zur Ableitung der Verbrennungsgase mindestens 0,3 Sekunden beträgt.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Teilbrennräume, vorzugsweise der Teilbrennraum mit dem kleineren Volumeninhalt, eine Vorrichtung zur Verbrennung fossiler Brennstoffe aufweist, mit deren Hilfe eine Mindest-Verbrennungstemperatur im Teilbrennraum gewährleistet einstellbar ist, wobei eine Regelung der zugeführten Menge an fossilen Energieträgern vorzugsweise mit der Brennraumtemperatur als Steuergröße erfolgt .
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennräume mit feuerfestem Material ausgekleidet sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckarmaturen in den Zuführungsleitungen zu den Teilbrennräumen in Form zweier hintereinander angeordneter Klappen ausgebildet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Klappen um Gewichts- oder Federbelastete Überdruckklappen handelt, die sich beim Absinken des anstehenden Gasdrucks selbsttätig schließen.
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden hintereinander angeordneten Klappen eine kontinuierliche Spülung durch Zuleitung von Inert-Gas, beispielsweise von Stickstoff, erfolgt .
PCT/EP2014/002227 2013-09-10 2014-08-13 Vorrichtung zur verbrennung von gasförmigen stoffen WO2015036081A1 (de)

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