WO2019120744A1 - Montagekit mit mehrstrombrennervorrichtung und wenigstens zwei distanzelementen sowie verfahren und verwendung - Google Patents

Montagekit mit mehrstrombrennervorrichtung und wenigstens zwei distanzelementen sowie verfahren und verwendung Download PDF

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WO2019120744A1
WO2019120744A1 PCT/EP2018/080741 EP2018080741W WO2019120744A1 WO 2019120744 A1 WO2019120744 A1 WO 2019120744A1 EP 2018080741 W EP2018080741 W EP 2018080741W WO 2019120744 A1 WO2019120744 A1 WO 2019120744A1
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WO
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mounting
burner device
stream
spacer element
gas
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/080741
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English (en)
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Inventor
Karl-Heinz Jass
Ralf Abraham
Andre Lente
Original Assignee
Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/466—Entrained flow processes
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1846—Partial oxidation, i.e. injection of air or oxygen only

Definitions

  • the invention relates to a mounting kit with multi-stream burner device and at least two spacer elements and a corresponding method for mounting or adjusting the multi-stream burner device.
  • the invention relates to a device and a method according to the preamble of the respective claim.
  • Multi-stream burners can be adjusted, for example, by varying the cross-section and thus the passage of a respective feed.
  • Multi-stream burners can be provided in particular as a pipe in a pipe arrangement, with one or more gas passage columns, in particular annular gaps.
  • the cross section or an annular gap can then be adjusted by displacing one of the tubes axially relative to the other tube (s).
  • Spaltjustage ie by adjusting the gap width, in particular to adjust in particular the exit velocity of a respective gas or pretend as accurately as possible.
  • gas or gas mixture also denotes a burner fluid, which optionally may also have liquid and / or solid constituents, but can be treated and fed like a gas.
  • the publication EP 0 095 103 A1 describes a three-stream burner with a pipe in a pipe arrangement with variable gap width at the outlet at the tip of the burner, wherein the gap width by means of a comparatively complex apparatus comprising a servomotor, a threaded nut and a worm wheel is adjustable.
  • a sealing of the respective supplied gas stream with respect to the environment by means of sealing rings arranged in grooves.
  • This burner is designed for operation at comparatively high pressure (in the range of 40 bar), with appropriate pressure-tightness requirements.
  • the sealing rings are provided redundantly several times and fixed in the annular grooves.
  • the publication EP 0 108 503 A2 describes a burner with a tube in a tube arrangement with a plurality of annular gaps, wherein the width of at least one annular gap can be adjusted by an axial relative movement.
  • the publication DE 1 152 783 describes a burner with axially displaceably mounted in the longitudinal direction central nozzle.
  • the respective displacement mechanism requires a certain amount of design and equipment and not least also carries the risk that a motor drive or a corresponding control is prone to error or fails. Therefore, there are already alternative, more robust, simpler arrangements.
  • the publication EP 0 127 273 A2 describes a burner arrangement with a centric outlet and with three annular gaps arranged concentrically around it, wherein the gas composition can be adjusted by varying the volume flows through at least two of the annular gaps.
  • variability can be achieved in a comparatively simple manner by providing two of the annular gaps redundantly for the same gas mixture.
  • a relative movement between two pipe sections is not required.
  • a seal of relatively moving parts need not be done.
  • this arrangement is not adjustable in a particularly flexible manner, in particular not with respect to the exit speeds.
  • additional equipment can be required in the form of an additional annular gap or an additional gas control system.
  • the object of the invention is to provide a device and a method with the features described above are available, which in a simple, cost-effective and safe way, a variation of the operating state of burners can be realized.
  • a mounting kit comprising a multi-stream burner device configured to provide a mixture of at least two media streams for POX processes each with at least one medium from the group: gas, gas mixture, gaseous or liquid or pulverulent fuel; in particular for oxidation processes in synthesis gas production, wherein the multi-stream burner device is adapted to set at least one parameter from the group: composition of the mixture, exit velocity of the respective media stream from the multi-stream burner device, volume flow of the respective media stream; wherein the multi-stream burner device comprises at least two gas supply sections positioned relative to each other defining at least one width-wise or cross-sectionally variable gas passage for the mixture, the multi-stream burner device having at least two mounting sections at which the gas supply sections are positionable relative to each other, particularly longitudinally (x ), and the front side are sealable, wherein the mounting kit further comprises: at least two spacer elements of different thickness with sealing function respectively configured for sealing the Gaszutypicalrabitese to each other at the front, and further comprises a table for a correlation of the
  • the group of parameters may further include as an additional parameter: gap width change, gap surface or gap surface change, exit velocity of the respective media flow as a function of the load state, in particular at full load. Volume flows can also be regulated outside the burner by control valves.
  • the kit according to the invention also allows an axial displacement of concentrically arranged tubes of a burner relative to each other in a simple and robust manner, in particular without complex specific production engineering or design requirements for burner parts.
  • the two or more tubes from which a particular concentrically constructed burner can be usually connected by flanges. Between the two flanges, a sealing ring ensures tightness.
  • different spacer elements preferably in the form of ring-joint seals, can be used according to the invention.
  • a thicker spacer element can cause a displacement of an inner tube in such a way that is accompanied by a broadening of an outlet ring gap.
  • a plurality of spacer elements or sealing rings can be used in arrangement one above the other.
  • the inventive manner of the annular gap adjustment has the particular advantage of a very low expenditure on equipment and the elimination of seals on moving parts.
  • a longitudinal direction is to be understood a direction in which the Gaszuiverabitese can be positioned relative to each other and in which extend the Gaszuiverabitese substantially.
  • the longitudinal direction may coincide with a position line of the respective Gaszuiverabiteses.
  • a radially extending standard flange can be used, which can optionally be reworked, in particular a rotationally symmetrical flange with bushings for fasteners such. Screws.
  • Each media stream may e.g. consist of: free oxygen-containing gas (pure O 2 or air or a mixture of both), fuel (gaseous and / or liquid and / or dusty), and optionally moderator gas (e.g., steam, CO 2 or N 2).
  • free oxygen-containing gas pure O 2 or air or a mixture of both
  • fuel gaseous and / or liquid and / or dusty
  • moderator gas e.g., steam, CO 2 or N 2
  • the oxidation may be a partial or complete oxidation.
  • gas is preferably used, e.g. for the terms 'gas passage' and 'gas supply section'. Nonetheless, this terminology not only concerns gases, but also, in general, the media and media streams described here.
  • Gaszureterabitesen is at least one relatively displaceable to the other, wherein the other can be fixedly mounted without necessarily be displaced.
  • the table specifies a correlation of the respective spacer element or its thickness with the exit velocity, for example in relation to a volume flow / flow rate predetermined by the process (eg full-load flow), in particular based on a manual or automated computer-assisted readable matrix.
  • a volume flow / flow rate predetermined by the process eg full-load flow
  • the adjustment is particularly simple and manual interpretation also directly unambiguous understandable.
  • the table provides a correlation of the exit velocity with the additional parameter regarding the gas passage or the gap width at the outlet end.
  • process parameters can also be correlated directly with the relative position. The adjustment is possible in a particularly direct manner, in particular by reference to a respective POX process.
  • the table specifies a correlation of all parameters of the group.
  • the adjustment can take place in a particularly direct, simple manner with regard to a multiplicity of process parameters.
  • the correlation may also be with respect to new, additional spacers that have not yet been tabulated but are to be newly added to the mounting kit, e.g. to expand the field of application or to allow procedural variants.
  • the correlation can in particular be based on the following relationships:
  • the diameter di of the corresponding gas feed section at the gas outlet is e.g. in the range of 55 to 65mm.
  • the correlation may also be for angles a of e.g. 20 °, 25 ° or 40 °.
  • the correlation is based on a variation of x19.
  • the correlation may in particular be based on at least one of the following three factors, namely cleavage area factor, load factor, speed factor, calculated here by way of example for a thickness of the spacer element in the range from 14 to 24 mm:
  • Inner diameter gas supply section di 50mm
  • Angle gas supply section a 30 °;
  • Thick spacer x19 20mm
  • Gap width d1 6mm
  • the cleavage area factor fA characterizes a relative change of the cleavage surface as a function of a thickness variation of the spacer element.
  • the load factor (at constant speed) fLast indicates a relative change in the output of the burner as a function of a thickness variation of the spacer element.
  • the speed factor (at constant load) fv denotes a relative change in the outflow velocity as a function of a thickness variation of the spacer element.
  • fA ((d1-Dx19 sin a) 2 cos a + di (d1-Dx19 sin a)) /
  • x19 wahi is the thickness of the newly selected spacer element , which is used for setting as a replacement of a previously mounted spacer element.
  • an angle ⁇ for the inclination of the inner conical surface (gas supply portion further inward) relative to the center axis of the burner can be defined, and an angle g for the inclination of the outer conical surface (further outward gas supply portion) with respect to the center axis of the burner.
  • At least one of the spacer elements is a sealing ring for gas-tight sealing of the corresponding Gaszuternrabiteses to the environment, in particular up to a pressure difference of 40 to 80bar (pressure range especially for POX processes) or even up to 100bar, in particular a sealing ring made of metal.
  • a sealing ring for gas-tight sealing of the corresponding Gaszuternrabiteses to the environment, in particular up to a pressure difference of 40 to 80bar (pressure range especially for POX processes) or even up to 100bar, in particular a sealing ring made of metal.
  • At least one of the spacer elements is a sealing ring with two opposing radially extending sealing surfaces or end-side abutment sections. Flier screw a comparatively high position accuracy can be ensured.
  • At least one end-side abutment section with a sealing surface for receiving or arranging the spacer element is formed on the respective mounting section.
  • At least one of the spacer elements is a sealing ring in the form of a ring joint seal.
  • a ring-joint seal is to be understood a ring-like sealing element which can achieve a sealing effect, for example by pressing in a corresponding form-fitting contour, not least by a combination of positive and non-positive, in particular in conjunction with a wedge effect.
  • the ring-joint seal has a stretched, elongated rectangular cross section with rounded and / or chamfered corners.
  • the cross-sectional geometry may be octagonal.
  • the cross-sectional contour may also be oval, at least in sections over the circumference.
  • ring joint seals of comparatively large thickness up to the range of cm
  • Dieken variation of individual ring joint seals of the kit for example in the range of 5 to 10 mm.
  • At least two of the gas supply sections taper towards the outlet end, in particular concentrically and coaxially with each other, in particular at an angle to the central longitudinal axis of the multi-flow burner device in the range of 25 to 45 °.
  • This provides a good sensitivity of a variation in the cross-sectional area of the gas passage depending on a length variation of the longitudinal position of the respective gas supply portion.
  • the angle can optionally also be greater than 45 °, in particular to specify a certain inflow direction, or to effect a certain type of mixing. The larger the angle, the stronger the effect of relative axial displacement.
  • the length of the conical section in the x-direction may be selected with regard to a particular application, in particular with respect to the diameter of the gas supply sections.
  • the conical length is for example at least five times the exit gap width, in particular also with regard to an optimization of the airfoil.
  • the mounting portions extend radially, in particular orthogonal to the longitudinal direction, wherein at the respective mounting portion at least one radially oriented, front-side abutment portion for stationary mounting of the respective spacer element is formed.
  • At least one of the abutment sections has a form-fitting contour, in particular in the form of a groove, which form-fitting contour is set up for at least partially receiving the respective spacer element.
  • This allows a positioning of the spacer element and optionally also a holder for the spacer element at a predefined (radial) position, in particular at a precise predetermined location, in particular at a location with optimized for a sealing function contact surface.
  • the form-fitting contour or groove can taper inwardly, with opposite conical sealing surfaces (bevelled side walls or bevelled lateral flanks, in particular geometrically corresponding to lateral flanks of the spacer element). This provides a good sealing effect.
  • the form-fitting contour or groove can also have an end-side contact pressure and sealing surface, optionally also in combination with conical sealing surfaces. An end-side contact surface can ensure a high positional accuracy, especially with comparatively flat ring seals.
  • the spacer elements may comprise or be formed by so-called ring-joint seals.
  • the cross-sectional geometry of the form-fitting contour and the cross-sectional geometry of the respective spacer element can be matched to one another.
  • the cross-sectional geometry of the form-fitting contour can be formed as a negative shape of the spacer element.
  • At least one of the abutment sections has a form-fitting contour, which extends in a radial plane, in particular in a rotationally symmetrical configuration.
  • the respective mounting portion or at least one / the end-side abutment portion is rotationally symmetrical.
  • at least one of the spacer elements is rotationally symmetrical.
  • at least one of the gas supply sections and / or the outlet side end is rotationally symmetrical about a central longitudinal axis. This results in each case advantages in terms of sealing and positioning.
  • the respective mounting portion has at least one screw connection, in particular with fastening means or screws which can be preloaded in the longitudinal direction.
  • This provides in each case a robust, reliable and resilient connection or coupling, which can also be set exactly, in particular with respect to the longitudinal direction.
  • the respective mounting section has fastening means, in particular holes, openings and / or internal threads, which fastening means are arranged rotationally symmetrical about one or more end abutment sections for stationary mounting of the respective spacer element.
  • an end-side abutment portion is further radially outwardly spaced in a radial position corresponding to the radial position of an inner shoulder of the corresponding gas supply portion or at most 25% of the inner diameter of the gas supply portion thereof, more preferably at most 10%. This also ensures a high accuracy in adjusting the gap width. Any stresses or deformations in the mounting section or flange do not or at most only have a very weak effect on the overlap length of the gas supply sections.
  • the respective mounting portion is accessible from a front side, which is arranged opposite to the front side, to which the respective gas supply sections or the respective spacer element can be (de-) mounted. As a result, the assembly and support is facilitated.
  • the correlation is given by the following equation for determining a cleavage area factor fA:
  • the multi-stream burner apparatus has three gas supply sections and is configured to provide a mixture of at least three media streams, the mounting kit comprising at least three or four spacer elements of different thickness.
  • the first gas supply section viewed from the inside can be adjustable, or the second gas supply section viewed from the inside, or both the first and the second gas supply section.
  • at least two different spacer elements are each assigned to one of the mounting sections.
  • the aforementioned object is also achieved according to the invention by a method for mounting or adjusting a multi-stream burner device configured to provide a mixture of at least two media streams for POX processes, in particular using a mounting kit described above, wherein at least two gas supply sections of the multi-stream burner device that can be positioned relative to each other relative to each other be positioned by their mounting portions are mounted together, and thereby at least one variable in width or in cross-section variably adjustable gas passage is defined, wherein the relative positioning at least one parameter from the following group is set: composition of the mixture, exit velocity of the respective media stream from the Multi-stream burner device, volume flow of the respective media stream, gas passage or gap width at an outlet end of the multi-stream burner device; wherein at least one spacer element selected from a group of at least two spacer elements of different thickness based on a correlation of the respective spacer element with at least one of the parameters, and is fixed between the mounting portions such that thereby the width or the cross section of the adjustable gas passage is defined.
  • the correlation is given by the following equation for determining a cleavage area factor:
  • a computer program product for determining at least one factor from the group: slit area factor fA, load factor fLast, speed factor fv; for adjusting a multi-flow burner device of a mounting kit described above, wherein a correlation of the respective factor is determined in dependence on a variation of the thickness of a spacer element of the mounting kit, in particular based on the following equation:
  • the aforementioned object is also achieved according to the invention by a method for determining at least one factor from the group: slit area factor fA, load factor fLast, speed factor fv; in setting a multi-flow burner device (10) of a mounting kit as described above, wherein a correlation of the respective factor is determined in dependence on a thickness variation of a spacer element of the mounting kit, in particular based on the following equation:
  • a mounting kit comprising: a multi-stream burner device configured to provide a mixture of at least two media streams for POX processes, further comprising at least two spacer elements of different thickness with sealing function, in particular using a mounting kit described above, for mounting the A multi-stream burner device or for setting at least one parameter from the group: Composition of at least one mixture of at least two media streams, exit velocity of a respective media stream, volume flow of the respective media stream, additional parameters relating to a gas passage or a gap width at an outlet end of the multi-stream burner device, wherein the gas passage means of the corresponding spacer element is adjusted by the spacer element frontally between two radial mounting sections of the multi-stro mbrennervorraum installed and fixed, in particular is braced.
  • the aforementioned object is also achieved according to the invention by using a plurality of annular joint seals with different, respectively relative to each other and with respect to at least one parameter of a sealed multi-flow burner device predefined thickness each as one of several alternative spacers for setting the parameter in a previously described assembly kit or in a previously described method.
  • FIG. 1A, 1 B respectively in a schematic side view of a
  • Multi-stream burner device for a mounting kit according to an embodiment
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a mounting kit according to a
  • FIG. 3 in a schematic representation in detail, rotated by 90 ° clockwise, a burner outlet a
  • a multi-stream burner apparatus according to an embodiment
  • FIG. 4 shows a further embodiment in a view according to FIG. 1 A.
  • FIG. 1A shows a multi-flow burner device 10 with a burner tip 10.1, a first gas supply section 11 with mounting section 11.1 with frontal contact section 11.11, in particular sealing surface, and with a second Gaszuternrabites 12 with mounting portion 12.1 and frontal ganabrough 12.11, in particular sealing surface, and with an inlet 12.2 ,
  • the respective Gaszutrabites 11, 12 are media G1, G2, Gn supplied, which can mix at the burner tip.
  • Fastening means 18, in particular biasing means in the form of screws, are arranged as close as possible radially outward next to an inner shoulder 12.3, so that a spacer element 19 with ring seal can be clamped in an exact manner between the corresponding abutment sections.
  • the spacer element 19 is designed in particular as a so-called ring-joint seal and has a first and second end-side abutment portion 19.1, 19.2, in particular in each case completely formed as a sealing surface for double-sided end-side sealing.
  • a first width d1 or a second width d2 of a gas passage 15 can be adjusted.
  • the relative position can be defined by means of the spacer element.
  • the corresponding Gaszutrabites 11, 12 has a flow-effective inner diameter di, which remains constant during relative positioning.
  • the multi-stream burner device 10 extends along a central longitudinal axis M.
  • Fig. 1B shows an arrangement with a wider gap d2.
  • the spacer element 19 has been replaced by a further spacer element 19 a, 19 b of a mounting kit 1, wherein by means of the further spacer element 19 a, 19 b of the
  • Operating mode of the multi-stream burner device 10 is defined, in particular by the gap width with a Ausström für or other parameters are correlated, as explained in more detail below.
  • the channels of the burner can be narrowed or extended at the burner mouth. This is done in some arrangements by means of stepless drives, which is mechanically very complex.
  • the adjustment can be achieved in a satisfactory manner by a displacement in the axial direction of one of the two tapered tubes.
  • the gap width at the lower burner increases by an axial displacement of the inner tube 11 from d1 to d2.
  • FIG. 2 shows a mounting kit 1 comprising a table 3 and the previously described multi-stream burner device 10 and further spacer elements 19a, 19b of different thickness x19, each with a ring seal or designed as a ring seal or in function as a ring seal.
  • a control device 20 in particular comprising a logic unit
  • the indicated by the double arrow correlation between the individual parameters P1, ..., Pn and the thickness x19 or the spacer element can be done.
  • a display unit 30, in particular comprising a logic unit the respective context can be displayed to a user.
  • the correlation does not necessarily have to be made by calculation, but can also be represented in tabular form, without a recalculation taking place, in particular in previously used, previously known distance elements.
  • the mounting kit 1 can be extended by further spacer elements for other applications, for which further spacer elements calculation can be useful.
  • the following may be mentioned as exemplary parameters: composition of the (gas) mixture P1, exit velocity v of the gas P2, volume flow Q (t) of the respective gas P3, gas passage cross-section (area) or gap width P4, as well as further nth parameters Pn.
  • FIG. 3 shows the view E from FIG. 1 B or from FIG. 4 rotated by 90 ° in detail, wherein individual parameters are described in more detail.
  • the gas passage 15 formed at the burner tip in the form of a gap having a uniform width is defined by the distance or the overlap x1, x2 of the gas supply sections in the longitudinal direction.
  • the surface area A of the gas passage can be determined via the diameter, or the variation DA of the cross-sectional area content (shown here with respect to a longitudinal direction) caused by an offset ⁇ x or by a thickness variation Dx19 in the longitudinal direction
  • a thickness variation Dx19 does not correspond to a gap width variation Dd.
  • the thickness variation ⁇ x19 corresponds to the offset Dx, since ends of the Gaszureterabitese can be positioned relative to each other depending on the thickness of the spacer element.
  • a correlation may also be based on the following equation for determining a cleavage area factor f A:
  • a load factor fLast (at constant speed) can be defined, which corresponds to the cleavage area factor.
  • a speed factor fv (at constant load) can be defined, which corresponds to the reciprocal of the cleavage area factor.
  • the thickness variation takes place in a section which is aligned at an angle a of the gas supply section with respect to the longitudinal direction x.
  • the indicated position line L corresponds to a first position of the inner Gaszuiverabiteses 11 relative to the second Gaszuaterabites 12, with a gas passage 15 having a first gap width d1.
  • the second gap width d2 is larger, namely increased by the amount Dd, when using a thicker spacer element.
  • the geometric dependence results from the angle of inclination a of the gas supply section.
  • the inner diameter and thus the cross-sectional area of the corresponding Gaszunchiteses changes in the conical section as a function of the longitudinal position (x).
  • a multi-flow burner device 100 with three gas supply sections 11, 12, 13 is shown, thus also comprising a third gas supply section 13. This results in a further mounting section 13.1, on which further spacer elements 19c, 19d can be arranged.
  • the kit 1 has, for example, at least four spacer elements 19a, 19b, 19c, 19d.
  • 19a, 19b, 19c, 19d further spacer element, in particular with ring seal
  • control device in particular comprising a logic unit 30 display unit, in particular comprising a logic unit
  • gap width d1 first width or width of a first gas passage, in particular gap width d2 second width or width of a further gas passage, in particular gap width
  • G1 first gas / fluid / medium or gas mixture
  • P1 first parameter in particular composition of the (gas) mixture

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Montagekit (1) mit Mehrstrombrennervorrichtung (10) eingerichtet zum Bereitstellen eines Gemisches aus wenigstens zwei Medienströmen, und eingerichtet zum Einstellen wenigstens eines Parameters (P1, P2, P3, P4, Pn) aus der Gruppe: Zusammensetzung des Gemisches, Austrittsgeschwindigkeit des jeweiligen Medienstroms aus der Mehrstrombrennervorrichtung, Volumenstrom des jeweiligen Medienstroms; wobei die Mehrstrombrennervorrichtung wenigstens zwei relativ zueinander positionierbare Gaszuführabschnitte (11, 12) aufweist, welche wenigstens einen in der Breite oder im Querschnitt (A) variabel einstellbaren Gasdurchlass (15) definieren, und wenigstens zwei Montageabschnitte (11.1, 12.1) aufweist, an welchen die Gaszuführabschnitte relativ zueinander positionierbar und stirnseitig abdichtbar sind, wobei das Montagekit umfasst: wenigstens zwei Distanzelemente (19, 19a, 19b) unterschiedlicher Dicke (x19) mit Dichtfunktion jeweils eingerichtet zum stirnseitigen Abdichten der Gaszuführabschnitte (11, 12) aneinander, und eine Tabelle (3) für eine Korrelation des jeweiligen Distanzelementes oder dessen Dicke mit wenigstens einem der Parameter. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Montieren oder Einstellen einer entsprechenden Mehrstrombrennervorrichtung.

Description

MONTAGEKIT MIT MEHRSTROMBRENNERVORRICHTUNG UND WENIGSTENS ZWEI DISTANZELEMENTEN SOWIE VERFAHREN UND VERWENDUNG
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Montagekit mit Mehrstrombrennervorrichtung und wenigstens zwei Distanzelementen sowie ein entsprechendes Verfahren zum Montieren oder Einstellen der Mehrstrombrennervorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen Patentanspruchs.
Bei Prozessen der partiellen Oxidation (POX) insbesondere von Brennstoffen müssen in vielen Fällen unterschiedliche Medien/Fluide/Gase zugeführt werden, die ein Gemisch bilden sollen, wobei auch eine Einflussnahme auf die Zusammensetzung des Gemisches und/oder auf den Volumenstrom möglich sein soll. Für die verwendeten Brenner wird oft gefordert, dass die Kapazität oder die abgegebene Leistung in einem möglichst breiten Bereich einstellbar ist. Die verwendeten Brenner weisen dann beispielsweise zwei oder drei Gas- Zuführungen auf, jeweils für ein Gasgemisch oder ein Gas/Medium/Fluid, welche Zuführungen insbesondere an der Brenner-Spitze zusammengeführt werden bzw. dort münden. Derartige Brenner werden hier als Mehrstrom- Brenner bezeichnet.
Bei POX-Prozessen müssen unterschiedliche Parameter beachtet werden, insbesondere durch den Brenner vorgegebene Parameter. Beispielsweise hat die Geschwindigkeit, mit welcher die Medien/Fluide/Gase aus dem Brenner in den jeweiligen Reaktor austreten, einen großen Einfluss auf das Strömungsbild und die Flammenausbildung und damit auch auf den POX-Prozess. Eine Justage des Brenners soll also z.B. eine unzureichende Vermischung von 02- haltigem Medium (z.B. Luft, reiner Sauerstoff 02, mit 02 angereicherte Luft) mit dem Brennstoff, oder ein Verlöschen der Flamme aufgrund zu hoher Strömungsgeschwindigkeiten („Ausblasen“), oder eine unzureichende Zerstäubung insbesondere bei Verwendung flüssiger Brennstoffe verhindern.
Figure imgf000004_0001
Wünschenswert ist daher eine Brenner-Anordnung, bei welcher eine Justage möglichst vieler Parameter optional möglich ist, ohne den Aufbau der Anordnung zu komplex zu gestalten.
Mehrstrom-Brenner können beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass der Querschnitt und damit der Durchlass einer jeweiligen Zuführung variiert wird. Mehrstrom-Brenner können insbesondere als Rohr in Rohr-Anordnung bereitgestellt werden, mit einem oder mehreren Gasdurchlass-Spalten, insbesondere Ringspalten. Der Querschnitt bzw. ein Ringspalt kann dann dadurch eingestellt werden, dass eines der Rohre gegenüber dem/den anderen Rohren axial verlagert wird. Bei dieser Art und Weise der Justage kann von Spaltjustage gesprochen werden, also von einem Einstellen der Spaltbreite, insbesondere um insbesondere die Austrittsgeschwindigkeit einer jeweiligen Gasart einzustellen bzw. auf möglichst exakte Weise vorzugeben.
Üblicherweise werden Gase dosiert zugeführt. Bei diversen POX-Prozessen werden jedoch nicht nur gasförmige, sondern auch flüssige oder staubförmige Brennstoffe zugeführt. Strenggenommen müsste daher von optional partikelbeladenen Fluiden gesprochen werden. Im Folgenden wird mit dem Begriff Gas oder Gasgemisch auch ein Brennerfluid bezeichnet, welches optional auch flüssige und/oder feste Bestandteile aufweisen kann, sich jedoch wie ein Gas behandeln und zuführen lässt.
Schwierigkeiten bei aktuellen Brenner-Anordnungen insbesondere mit einem oder mehreren einstellbaren Spalten/Ringspalten bestehen darin, einen einfachen, robusten Aufbau bereitzustellen, welcher auch auf einfache und robuste, aber dennoch möglichst exakte Weise einstellbar ist. Aktuelle Herausforderungen bei der Auslegung von Brennern können auch wie folgt beschrieben werden.
Auch bei erprobten Brennern können Nach-Justierungen erforderlich sein, insbesondere wenn sie unter neuartigen Einsatzbedingungen eingesetzt
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werden, z.B. mit anderen Brennstoffen, bei veränderten Größenverhältnissen (up-scaling oder down-scaling), oder bei geändertem Reaktordruck, oder anderen Leistungs-/Lastbereich (insbesondere Teillastbereich oder Überlastbereich). In all diesen Fällen ist es hilfreich, wenn insbesondere auch auf die Austrittsgeschwindigkeit eines oder mehrerer Medien/Fluide/Gase Einfluss genommen werden kann, insbesondere ohne dass hierfür die Mengenströme geändert werden müssen, denn die Mengenströme sind oftmals durch die gewünschte Leistung und Stöchiometrie vorgegeben.
Bei vorbekannten Brennern wird eine Justage oftmals dadurch ermöglicht, dass einzelne Komponenten des Brenners in axialer Richtung relativ zueinander positioniert werden können.
Die Veröffentlichung EP 0 095 103 A1 beschreibt einen Dreistrom-Brenner mit einer Rohr in Rohr-Anordnung mit variabler Spaltbreite am Auslass an der Spitze des Brenners, wobei die Spaltbreite mittels einer vergleichsweise aufwändigen Apparatur umfassend einen Stellmotor, eine Gewindemutter und ein Schneckenrad einstellbar ist. Eine Abdichtung des jeweiligen zugeführten Gasstromes gegenüber der Umgebung erfolgt mittels in Nuten angeordneten Dichtungsringen. Dieser Brenner ist für den Betrieb bei vergleichsweise hohem Überdruck vorgesehen (im Bereich von 40 bar), mit entsprechenden Anforderungen an die Druckdichtigkeit. Die Dichtungsringe sind mehrfach redundant vorgesehen und in den Ringnuten fixiert.
Die Veröffentlichung EP 0 108 503 A2 beschreibt einen Brenner mit einer Rohr in Rohr-Anordnung mit mehreren Ringspalten, wobei sich die Breite wenigstens eines Ringspalts durch eine axiale Relativbewegung einstellen lässt.
Die Veröffentlichung DE 1 152 783 beschreibt einen Brenner mit in Längsrichtung axial verlagerbar gelagerter Zentraldüse.
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Der jeweilige Verlagerungsmechanismus erfordert einen gewissen konstruktiven bzw. apparativen Aufwand und birgt nicht zuletzt auch das Risiko, dass ein motorischer Antrieb oder eine entsprechende Steuerung fehleranfällig ist oder versagt. Daher gibt es bereits auch schon alternative, robustere, einfachere Anordnungen.
Die Veröffentlichung EP 0 127 273 A2 beschreibt eine Brenner-Anordnung mit einem zentrischen Auslass und mit drei konzentrisch darum angeordneten Ringspalten, wobei die Gaszusammensetzung dadurch eingestellt werden kann, dass die Volumenströme durch wenigstens zwei der Ringspalte variiert werden. Gemäß dieser Veröffentlichung kann eine Variabilität dadurch auf vergleichsweise einfache Weise erzielt werden, dass zwei der Ringspalte redundant für das gleiche Gasgemisch vorgesehen werden. Eine Relativbewegung zwischen zwei Rohrabschnitten ist nicht erforderlich. Eine Abdichtung von relativ zueinander bewegten Teilen muss nicht erfolgen. Jedoch ist diese Anordnung nicht auf besonders flexible Weise einstellbar, insbesondere nicht bzgl. der Austrittsgeschwindigkeiten. Ferner kann zusätzlicher apparativer Aufwand in Form eines zusätzlichen Ringspalts oder einer zusätzlichen Gasregelstrecke erforderlich sein.
Die vorbekannten Anordnungen, mit oder ohne axiale Relativbewegung, sind recht komplex im Aufbau oder lassen sich nicht auf einfache Weise gemäß spezifischer Betriebszustände exakt genug einstellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den eingangs beschrieben Merkmalen zur Verfügung zu stellen, womit auf einfache, kostengünstige und sichere Weise eine Variation des Betriebszustands von Brennern realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Montagekit umfassend eine Mehrstrombrennervorrichtung eingerichtet zum Bereitstellen eines Gemisches aus wenigstens zwei Medienströmen für POX-Prozesse jeweils mit
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wenigstens einem Medium aus der Gruppe: Gas, Gasgemisch, gasförmiger oder flüssiger oder staubförmiger Brennstoff; insbesondere für Oxidationsprozesse bei der Synthesegasherstellung, wobei die Mehrstrombrennervorrichtung eingerichtet ist zum Einstellen wenigstens eines Parameters aus der Gruppe: Zusammensetzung des Gemisches, Austrittsgeschwindigkeit des jeweiligen Medienstroms aus der Mehrstrombrennervorrichtung, Volumenstrom des jeweiligen Medienstroms; wobei die Mehrstrombrennervorrichtung wenigstens zwei relativ zueinander positionierbare Gaszuführabschnitte aufweist, welche wenigstens einen in der Breite oder im Querschnitt variabel einstellbaren Gasdurchlass für das Gemisch definieren, wobei die Mehrstrombrennervorrichtung wenigstens zwei Montageabschnitte aufweist, an welchen die Gaszuführabschnitte relativ zueinander positionierbar sind, insbesondere in Längsrichtung (x), und stirnseitig abdichtbar sind, wobei das Montagekit ferner umfasst: wenigstens zwei Distanzelemente unterschiedlicher Dicke mit Dichtfunktion jeweils eingerichtet zum stirnseitigen Abdichten der Gaszuführabschnitte aneinander, und ferner eine Tabelle für eine Korrelation des jeweiligen Distanzelementes oder dessen Dicke mit wenigstens einem der Parameter umfasst, insbesondere mit der Austrittsgeschwindigkeit und/oder mit einem zusätzlichen Parameter betreffend einen Gasdurchlass (Gasdurchlassquerschnitt) oder eine Spaltbreite an einem auslassseitigen Ende (Brennerspitze) der Mehrstrombrennervorrichtung. Dies liefert eine technische Lehre zum Einstellen eines gewünschten Parameters, insbesondere der Austrittsgeschwindigkeit bei vorgegebenem Volumenstrom, auf einfache Weise, und liefert auch diesbezügliche Komponenten.
Die Gruppe der Parameter kann als zusätzlichen Parameter ferner umfassen: Spaltbreitenänderung, Spaltfläche bzw. Spaltflächenänderung, Austrittsgeschwindigkeit des jeweiligen Medienstroms als Funktion des Lastzustandes, insbesondere bei Volllast. Volumenströme können dabei auch außerhalb des Brenners durch Regelventile geregelt werden.
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Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Kit auch eine axiale Verschiebung von konzentrisch zueinander angeordneten Rohren eines Brenners relativ zu einander auf einfache und robuste Weise, insbesondere ohne aufwändige spezifische fertigungstechnische oder konstruktive Anforderungen an Brennereinzelteile.
Die zwei oder mehr Rohre, aus denen ein insbesondere konzentrisch aufgebauter Brenner bestehen kann, werden üblicherweise durch Flansche miteinander verbunden. Zwischen den beiden Flanschen sorgt ein Dichtungsring für Dichtigkeit. Erfindungsgemäß können je nach Anforderungen unterschiedliche Distanzelemente, bevorzugt in Form von Ring-Joint- Dichtungen, zum Einsatz kommen.
Erfindungsgemäß kann durch die Verwendung unterschiedlich dicker Distanzelemente bzw. Dichtungen eine axiale Verschiebung vordefinierten Ausmaßes von wenigstens zwei durch die Flansche miteinander verbundenen Rohren erzielt werden. Die Verwendung eines dickeren Distanzelementes kann eine Verschiebung eines inneren Rohres derart bewirken, dass damit eine Verbreiterung eines Austrittsringspalts einhergeht. Dabei können auch mehrere Distanzelemente bzw. Dichtungsringe in Anordnung übereinander verwendet werden.
Diese Maßnahmen können sowohl für einen 2-Strom-Brenner als auch für einen 3-Strom-Brenner oder einen Brenner mit weiteren Ringkanälen angewendet werden.
Die erfindungsgemäße Art und Weise der Ringspaltjustierung hat insbesondere den Vorteil eines sehr geringen apparativen Aufwands und des Wegfalls von Dichtungen an bewegten Teilen.
Als Längsrichtung ist dabei eine Richtung zu verstehen, in welcher die Gaszuführabschnitte relativ zueinander positioniert werden können und in
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welcher sich die Gaszuführabschnitte im Wesentlichen erstrecken. Die Längsrichtung kann mit einer Positionslinie des jeweiligen Gaszuführabschnittes zusammenfallen.
Als Montageabschnitt kann z.B. ein sich radial erstreckender standardisierter Flansch verwendet werden, welcher optional nachbearbeitet werden kann, insbesondere ein rotationssymmetrischer Flansch mit Durchführungen für Befestigungsmittel wie z.B. Schrauben.
Als Medium ist dabei ein für den POX-Prozess vorgesehenes Gas oder ein Gemisch mehrerer Gase, Fluide oder auch beigemischter (staubartiger) Feststoffe zu verstehen. Jeder Medienstrom kann z.B. bestehen aus: freien Sauerstoff enthaltendes Gas (reiner 02 oder Luft oder einem Gemisch aus beidem), Brennstoff (gasförmig und/oder flüssig und/oder staubförmig), und wahlweise Moderatorgas (z.B. Dampf, C02 oder N2).
Die Oxidation kann eine partielle oder vollständige Oxidation sein.
Im Folgenden wird bevorzugt die Terminologie„Gas“ verwendet, z.B. bei den Begriffen„Gasdurchlass“ und„Gaszuführabschnitt“. Diese Terminologie betrifft gleichwohl nicht nur Gase, sondern auch ganz allgemein die hier beschriebenen Medien und Medienströme.
Von den Gaszuführabschnitten ist wenigstens einer relativ verlagerbar zum anderen, wobei der andere fix montiert sein kann, ohne notwendigerweise verlagerbar sein zu müssen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel gibt die Tabelle eine Korrelation des jeweiligen Distanzelementes oder dessen Dicke mit der Austrittsgeschwindigkeit vor, beispielsweise in Bezug auf einen durch den Prozess vorgegebenen Volumenstrom/Durchfluss (z.B. Volllast-Durchfluss), insbesondere anhand einer manuell oder automatisiert rechnerunterstützt
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auslesbaren Matrix. Hierdurch wird die Justage besonders einfach und bei manueller Ausführung auch direkt unzweideutig verständlich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel gibt die Tabelle eine Korrelation der Austrittsgeschwindigkeit mit dem zusätzlichen Parameter betreffend den Gasdurchlass oder die Spaltbreite am auslassseitigen Ende vor. Hierdurch können auch Prozess-Parameter direkt mit der Relativposition korreliert werden. Das Einstellen ist auf besonders direkte Weise möglich, insbesondere durch Bezugnahme auf einen jeweiligen POX-Prozess.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel gibt die Tabelle eine Korrelation aller Parameter der Gruppe vor. Hierdurch kann die Justage hinsichtlich einer Vielzahl von Prozessparametern auf besonders direkte, einfache Weise erfolgen. Die Korrelation kann wahlweise auch hinsichtlich neuer, zusätzlicher Distanzelemente erfolgen, die noch nicht tabellarisch erfasst waren, dem Montagekit jedoch neu hinzugefügt werden sollen, z.B. um das Anwendungsgebiet zu erweitern oder verfahrenstechnische Varianten zu ermöglichen. Die Korrelation kann insbesondere basierend auf folgenden Zusammenhängen erfolgen:
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x19 Dicke des Distanzelementes
d1 Breite des Gasdurchlasses
□d Variation der Breite bzw. Dicke
A Querschnittsflächeninhalt
DA Variation des Flächeninhaltes
v Austrittsgeschwindigkeit
a Winkel bzw. Neigung des Gasdurchlasses
Q(t) Volumenstrom Der Durchmesser di des entsprechenden Gaszuführabschnittes am Gasauslass liegt dabei z.B. im Bereich von 55 bis 65mm. Die Korrelation kann auch für Winkel a von z.B. 20°, 25° oder 40° vorgegeben sein. Die Korrelation erfolgt basierend auf einer Variation von x19. Die Korrelation kann insbesondere basierend auf wenigstens einem der folgenden drei Faktoren erfolgen, nämlich Spaltflächenfaktor, Lastfaktor, Geschwindigkeitsfaktor, hier beispielhaft berechnet für eine Dicke des Distanzelementes im Bereich von 14 bis 24mm:
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Als Eingangsgrößen können beispielsweise definiert werden:
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Innendurchmesser Gaszuführabschnitt di = 50mm;
Winkel Gaszuführabschnitt a = 30°;
Dicke Distanzelement x19 = 20mm;
Spaltbreite d1 = 6mm;
Der Tabelle kann entnommen werden, dass für eine Dicke des Distanzelementes von 20mm bei einer Brennerlast von 100% die Auslegungsgeschwindigkeit am Austritt des Ringspalts vorliegt, was gleichbedeutend mit einem Geschwindigkeitsfaktor von 100% ist.
Dabei kennzeichnet der Spaltflächenfaktor fA eine relative Änderung der Spaltfläche in Abhängigkeit einer Dickenvariation des Distanzelementes.
Der Lastfaktor (bei konstanter Geschwindigkeit) fLast kennzeichnet eine relative Änderung des Outputs des Brenners in Abhängigkeit einer Dickenvariation des Distanzelementes.
Der Geschwindigkeitsfaktor (bei konstanter Last) fv kennzeichnet eine relative Änderung der Ausströmgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer Dickenvariation des Distanzelementes.
Die Korrelation ist bevorzugt durch folgende Gleichung zur Bestimmung eines Spaltflächenfaktors fA vorgegeben: fA = ((d1 - Dx19 sin a)2 cos a + di (d1 - Dx19 sin a)) /
(d12 cos a + di d1 ) mit Dx19 = x19 - x19wahi
fLast = fA
fv = 1 / f A
Dabei ist x19wahi die Dicke des neu ausgewählten Distanzelementes, welches für das Einstellen als Ersatz eines bisher montierten Distanzelementes verwendet wird.
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Für einen denkbaren Sonderfall, dass konische Abschnitte des jeweiligen Gaszuführabschnittes nicht parallel zu einander verlaufen, kann die Formel in zwei beispielhaften Fällen unterschiedlich anzuwenden sein. Beispielsweise kann ein Winkel ß für die Neigung der inneren konischen Fläche (weiter innen liegender Gaszuführabschnitt) gegenüber der Mittelachse des Brenners definiert werden, und ein Winkel g für die Neigung der äußeren konischen Fläche (weiter außen liegender Gaszuführabschnitt) gegenüber der Mittelachse des Brenners.
Fall 1 : Befindet sich die Spitze der inneren konischen Fläche in
Strömungsrichtung vor einer Geraden, die orthogonal zu einer Geraden mit der mittleren Neigung des Strömungskanals und durch die Spitze der äußeren konischen Fläche verläuft, ist die oben genannte Formel mit a = g zu verwenden.
Fall 2: Befindet sich die Spitze der inneren konischen Fläche in
Strömungsrichtung hinter der Geraden, die orthogonal zu einer Geraden mit der mittleren Neigung des Strömungskanals und durch die Spitze der äußeren konischen Fläche verläuft, ist die oben genannte Formel mit a = ß zu verwenden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist wenigstens eines der Distanzelemente ein Dichtungsring eingerichtet zum gasdichten Abdichten des entsprechenden Gaszuführabschnittes gegenüber der Umgebung, insbesondere bis zu einer Druckdifferenz von 40 bis 80bar (Druckbereich speziell für POX-Prozesse) oder sogar bis 100bar, insbesondere ein Dichtungsring aus Metall. Dies ermöglicht die funktionale Verknüpfung von Abdichtung und relativer Positionierung auf einfache Weise.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist wenigstens eines der Distanzelemente ein Dichtungsring mit zwei gegenüberliegenden sich radial erstreckenden Dichtflächen bzw. stirnseitigen Anlageabschnitten. Flierdurch kann eine vergleichsweise hohe Positionsgenauigkeit sichergestellt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist am jeweiligen Montageabschnitt wenigstens ein stirnseitiger Anlageabschnitt mit Dichtfläche zur Aufnahme oder Anordnung des Distanzelementes ausgebildet. Hierdurch kann die Montage vereinfacht und eine vergleichsweise hohe Positionsgenauigkeit sichergestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist wenigstens eines der Distanzelemente ein Dichtungsring in Ausgestaltung als Ring-Joint-Dichtung. Hierdurch kann bei zufriedenstellender Positions-Genauigkeit auch eine gute Dichtwirkung erzielt werden. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere mittels einer Ring-Joint- Dichtung die Doppelfunktionalität„relative Positionierung + Abdichten“ auf sehr zuverlässige Weise sichergestellt werden kann. Die Ausgestaltung als Ring- Joint-Dichtung liefert zudem den Vorteil, dass eine Variation wenigstens eines der Parameter in einem breiten Spektrum möglich ist, insbesondere bei guter Exaktheit.
Als Ring-Joint-Dichtung ist dabei ein ringartiges Dichtungselement zu verstehen, welches beispielsweise durch Verpressen in einer korrespondierenden Formschlusskontur einen Dichteffekt erzielen kann, nicht zuletzt durch eine Kombination aus Form- und Kraftschluss, insbesondere in Verbindung mit einer Keilwirkung. Die Ring-Joint-Dichtung weist insbesondere einen gestreckten, länglichen Rechteckquerschnitt mit abgerundeten und/oder abgefasten Ecken auf. Wahlweise kann die Querschnittsgeometrie oktogonal sein. Wahlweise kann die Querschnitts-Kontur auch oval sein, zumindest abschnittsweise über den Umfang. Im Gegensatz zu Flachringdichtungen können Ring-Joint-Dichtungen mit vergleichsweise großer Dicke (bis in den Bereich von cm) mit vergleichsweise großer Dieken-Variation einzelner Ring- Joint-Dichtungen des Kits bereitgestellt werden, beispielsweise im Bereich von 5 bis 10mm.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel laufen wenigstens zwei der Gaszuführabschnitte zum auslassseitigen Ende hin konisch zu, insbesondere konzentrisch und koaxial zueinander, insbesondere mit einem Winkel zur Mittenlängsachse der Mehrstrombrennervorrichtung im Bereich von 25 bis 45°. Dies liefert eine gute Sensibilität einer Variation der Querschnittsfläche des Gasdurchlasses in Abhängigkeit einer Längenvariation bzw. Variation der Längsposition des jeweiligen Gaszuführabschnittes. Der Winkel kann wahlweise auch noch größer als 45° sein, insbesondere um eine bestimmte Einströmrichtung vorzugeben, oder um eine bestimmte Art der Durchmischung zu bewirken. Je größer der Winkel, desto stärker der Effekt einer relativen axialen Verschiebung.
Die Länge des konischen Abschnitts in x-Richtung kann in Hinblick auf eine jeweilige Anwendung gewählt werden, insbesondere in Bezug auf den Durchmesser der Gaszuführabschnitte. Die konische Länge beträgt beispielsweise mindestens das Fünffache der Austrittsspaltweite, insbesondere auch in Hinblick auf eine Optimierung des Strömungsprofils.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Montageabschnitte radial, insbesondere orthogonal zur Längsrichtung, wobei am jeweiligen Montageabschnitt wenigstens ein radial ausgerichteter, stirnseitiger Anlageabschnitt zur ortfesten Lagerung des jeweiligen Distanzelementes ausgebildet ist. Hierdurch können die Montage vereinfacht und die Positionsgenauigkeit erhöht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist wenigstens einer der Anlageabschnitte eine Formschlusskontur insbesondere in Form einer Nut auf, welche Formschlusskontur eingerichtet ist zur zumindest teilweisen Aufnahme des jeweiligen Distanzelementes. Dies ermöglicht ein Positionieren des Distanzelementes und wahlweise auch eine Halterung für das Distanzelement an einer vordefinierten (Radial-)Position, insbesondere an einer exakt
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vorgegebenen Stelle, insbesondere an einer Stelle mit für eine Dichtfunktion optimierter Anlagefläche.
Die Formschlusskontur bzw. Nut kann nach innen konisch verlaufen, mit gegenüberliegenden konischen Dichtflächen (abgeschrägte Seitenwände bzw. abgeschrägte Lateralflanken, insbesondere geometrisch korrespondierend zu Lateralflanken des Distanzelementes). Dies liefert einen guten Abdichteffekt. Wahlweise kann die Formschlusskontur bzw. Nut auch eine stirnseitige Anpress- und Abdichtfläche aufweisen, wahlweise auch in Kombination mit konischen Dichtflächen. Eine stirnseitige Anpressfläche kann insbesondere bei vergleichsweise flachen Ringdichtungen eine hohe Positionsgenauigkeit sicherstellen. Insbesondere können die Distanzelemente so genannte Ring- Joint-Dichtungen umfassen oder dadurch gebildet sein. Die Querschnittsgeometrie der Formschlusskontur und die Querschnittsgeometrie des jeweiligen Distanzelementes können aufeinander abgestimmt sein. Die Querschnittsgeometrie der Formschlusskontur kann als Negativ-Form des Distanzelementes ausgebildet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist wenigstens einer der Anlageabschnitte eine Formschlusskontur auf, welche sich in einer radialen Ebene erstreckt, insbesondere in rotationssymmetrischer Ausgestaltung. Hierdurch kann die Dichtwirkung besonders homogen übertragen werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der jeweilige Montageabschnitt oder zumindest ein/der stirnseitige Anlageabschnitt rotationssymmetrisch ausgebildet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist wenigstens eines der Distanzelemente rotationssymmetrisch ausgebildet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zumindest einer der Gaszuführabschnitte und/oder das auslassseitige Ende rotationssymmetrisch um eine Mittenlängsachse ausgebildet. Hierdurch ergeben sich jeweils Vorteile hinsichtlich Abdichtung und Positionierung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der jeweilige Montageabschnitt wenigstens eine Schraubverbindung auf, insbesondere mit in Längsrichtung vorspannbaren Befestigungsmitteln oder Schrauben. Dies liefert jeweils eine robuste, zuverlässige und belastbare Verbindung bzw. Kupplung, die auch exakt eingestellt werden kann, insbesondere bzgl. der Längsrichtung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der jeweilige Montageabschnitt Befestigungsmittel, insbesondere Löcher, Öffnungen und/oder Innengewinde auf, welche Befestigungsmittel rotationssymmetrisch um einen/den stirnseitigen Anlageabschnitt zur ortfesten Lagerung des jeweiligen Distanzelementes angeordnet sind. Hierdurch kann jeweils vollumfänglich eine gute Dichtwirkung sichergestellt und eine Relativposition exakt eingestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein/der stirnseitige Anlageabschnitt in einer Radialposition entsprechend der Radialposition eines Innenabsatzes des entsprechenden Gaszuführabschnittes oder maximal 25% vom Innendurchmesser des Gaszuführabschnittes davon weiter radial nach außen beabstandet, insbesondere maximal 10%. Hierdurch lässt sich auch eine hohe Genauigkeit beim Einstellen der Spaltbreite sicherstellen. Irgendwelche Spannungen oder Verformungen im Montageabschnitt bzw. Flansch wirken sich nicht oder allenfalls nur sehr schwach auf die Überlappungslänge der Gaszuführabschnitte aus.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der jeweilige Montageabschnitt von einer Stirnseite zugänglich, die gegenüber von der Stirnseite angeordnet ist, zu welcher hin der jeweilige Gaszuführabschnitte oder das jeweilige Distanzelement (de-)montierbar ist. Hierdurch wird die Montage und Abstützung erleichtert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Korrelation durch folgende Gleichung zur Bestimmung eines Spaltflächenfaktors fA vorgegeben:
fA = ((d1 - Dx19 sin a)2 cos a + di (d1 - Dx19 sin a)) /
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(d12 cos a + di d1 )
Hierdurch lässt sich eine direkte Korrelation einer Änderung der Dicke x19 mit einem von mehreren Betriebsmodi vorgeben. Dies erleichtert das Einstellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Mehrstrombrennervorrichtung drei Gaszuführabschnitte auf und ist eingerichtet zum Bereitstellen eines Gemisches aus wenigstens drei Medienströmen, wobei das Montagekit wenigstens drei oder vier Distanzelemente unterschiedlicher Dicke umfasst. Hierdurch kann eine breite Variation ermöglicht werden, insbesondere auch bei 3-Strom- Brennern. Dabei kann der von innen gesehen erste Gaszuführabschnitt verstellbar sein, oder der von innen gesehen zweite Gaszuführabschnitt, oder sowohl der erste als auch der zweite Gaszuführabschnitt. Dabei sind jeweils wenigstens zwei unterschiedliche Distanzelemente jeweils einem der Montageabschnitte zugeordnet.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Montieren oder Einstellen einer Mehrstrombrennervorrichtung eingerichtet zum Bereitstellen eines Gemisches aus wenigstens zwei Medienströmen für POX-Prozesse, insbesondere unter Verwendung eines zuvor beschriebenen Montagekits, wobei wenigstens zwei relativ zueinander positionierbare Gaszuführabschnitte der Mehrstrombrennervorrichtung relativ zueinander positioniert werden, indem deren Montageabschnitte aneinander montiert werden, und dadurch wenigstens ein in der Breite oder im Querschnitt variabel einstellbarer Gasdurchlass definiert wird, wobei beim relativen Positionieren wenigstens ein Parameter aus der folgenden Gruppe eingestellt wird: Zusammensetzung des Gemisches, Austrittsgeschwindigkeit des jeweiligen Medienstroms aus der Mehrstrombrennervorrichtung, Volumenstrom des jeweiligen Medienstroms, Gasdurchlass oder Spaltbreite an einem auslassseitigen Ende der Mehrstrombrennervorrichtung; wobei wenigstens ein Distanzelement aus einer Gruppe von wenigstens zwei Distanzelementen unterschiedlicher Dicke basierend auf einer Korrelation des jeweiligen Distanzelementes mit wenigstens einem der Parameter ausgewählt wird und
Figure imgf000019_0001
zwischen den Montageabschnitten derart fixiert wird, dass dadurch die Breite oder der Querschnitt des einstellbaren Gasdurchlasses definiert wird. Hierdurch ergeben sich zahlreiche zuvor genannte Vorteile. Insbesondere kann das Einstellen oder Montieren vereinfacht werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Korrelation durch folgende Gleichung zur Bestimmung eines Spaltflächenfaktors vorgegeben:
fA = ((d1 - Dx19 sin a)2 cos a + di (d1 - Dx19 sin a)) /
(d12 cos a + di d1 )
Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt eingerichtet zum Bestimmen wenigstens eines Faktors aus der Gruppe: Spaltflächenfaktor fA, Lastfaktor fLast, Geschwindigkeitsfaktor fv; zum Einstellen einer Mehrstrombrennervorrichtung eines zuvor beschriebenen Montagekits, wobei eine Korrelation des jeweiligen Faktors in Abhängigkeit einer Variation der Dicke eines Distanzelementes des Montagekits bestimmt wird, insbesondere basierend auf der folgenden Gleichung:
fA = ((d1 - Dx19 sin a)2 cos a + di (d1 - Dx19 sin a)) /
(d12 cos a + di d1 )
Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Faktors aus der Gruppe: Spaltflächenfaktor fA, Lastfaktor fLast, Geschwindigkeitsfaktor fv; beim Einstellen einer Mehrstrombrennervorrichtung (10) eines zuvor beschriebenen Montagekits, wobei eine Korrelation des jeweiligen Faktors in Abhängigkeit einer Variation der Dicke eines Distanzelementes des Montagekits bestimmt wird, insbesondere basierend auf der folgenden Gleichung:
fA = ((d1 - Dx19 sin a)2 cos a + di (d1 - Dx19 sin a)) /
Figure imgf000020_0001
(d12 cos a + di d1 ), insbesondere mittels eines zuvor beschriebenen Computerprogrammproduktes. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung eines Montagekits umfassend: eine Mehrstrombrennervorrichtung eingerichtet zum Bereitstellen eines Gemisches aus wenigstens zwei Medienströmen für POX-Prozesse, ferner umfassend wenigstens zwei Distanzelemente unterschiedlicher Dicke mit Dichtfunktion, insbesondere Verwendung eines zuvor beschriebenen Montagekits, zum Montieren der Mehrstrombrennervorrichtung oder zum Einstellen wenigstens eines Parameters aus der Gruppe: Zusammensetzung wenigstens eines Gemisches aus wenigstens zwei Medienströmen, Austrittsgeschwindigkeit eines jeweiligen Medienstroms, Volumenstrom des jeweiligen Medienstroms, zusätzlicher Parameter betreffend einen Gasdurchlass oder eine Spaltbreite an einem auslassseitigen Ende der Mehrstrombrennervorrichtung, wobei der Gasdurchlass mittels des entsprechenden Distanzelementes eingestellt wird, indem das Distanzelement stirnseitig zwischen zwei radialen Montageabschnitten der Mehrstrombrennervorrichtung eingebaut und fixiert, insbesondere verspannt wird. Hierdurch ergeben sich zahlreiche zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Mehrzahl von Ring-Joint-Dichtungen mit unterschiedlicher, jeweils relativ zueinander und in Bezug auf wenigstens einen Parameter einer abzudichtenden Mehrstrombrennervorrichtung vordefinierter Dicke jeweils als eines von mehreren alternativen Distanzelementen zum Einstellen des Parameters in einem zuvor beschriebenen Montagekit oder bei einem zuvor beschriebenen Verfahren. Hierdurch ergeben sich zahlreiche zuvor genannte Vorteile.
Figure imgf000021_0001
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschrei- bung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen, sowie aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt
Fig. 1A, 1 B jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine
Mehrstrombrennervorrichtung für ein Montagekit gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 in schematischer Darstellung ein Montagekit gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 in schematischer Darstellung im Detail, im Uhrzeigersinn um 90° gedreht, einen Brennerauslass einer
Mehrstrombrennervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Ansicht gemäß Figur 1 A.
Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen.
Die Fig. 1A zeigt eine Mehrstrombrennervorrichtung 10 mit einer Brennerspitze 10.1 , einem ersten Gaszuführabschnitt 11 mit Montageabschnitt 11.1 mit stirnseitigem Anlageabschnitt 11.11 , insbesondere Dichtfläche, und mit einem zweiten Gaszuführabschnitt 12 mit Montageabschnitt 12.1 und stirnseitigem Anlageabschnitt 12.11 , insbesondere Dichtfläche, und mit einem Einlass 12.2.
Dem jeweiligen Gaszuführabschnitt 11 , 12 werden Medien G1 , G2, Gn zugeführt, die sich an der Brennerspitze vermengen können.
Befestigungsmittel 18, insbesondere Vorspannmittel in Form von Schrauben, sind möglichst nahe radial außen neben einem Innenabsatz 12.3 angeordnet,
Figure imgf000022_0001
so dass ein Distanzelement 19 mit Ringdichtung auf exakte Weise zwischen den entsprechenden Anlageabschnitten verspannt werden kann. Das Distanzelement 19 ist insbesondere als so genannte Ring-Joint-Dichtung ausgebildet und weist einen ersten und zweiten stirnseitigen Anlageabschnitt 19.1 , 19.2 auf, insbesondere jeweils vollständig ausgebildet als Dichtfläche für beidseitiges stirnseitiges Abdichten.
Durch Veränderung der Relativposition in x-Richtung zwischen den Gaszuführabschnitten 11 , 12 kann eine erste Breite d1 oder eine zweite Breite d2 eines Gasdurchlasses 15 eingestellt werden. Die Relativposition kann mittels des Distanzelementes definiert werden. Der entsprechende Gaszuführabschnitt 11 , 12 weist einen strömungswirksamen Innendurchmesser di auf, welcher beim relativen Positionieren konstant bleibt. Die Mehrstrombrennervorrichtung 10 erstreckt sich entlang einer Mittenlängsachse M.
Die Fig. 1 B zeigt eine Anordnung mit breiterem Spalt d2. Das Distanzelement 19 wurde durch ein weiteres Distanzelement 19a, 19b eines Montagekits 1 ersetzt, wobei mittels des weiteren Distanzelementes 19a, 19b der
Betriebsmodus der Mehrstrombrennervorrichtung 10 definiert wird, insbesondere indem die Spaltbreite mit einer Ausströmgeschwindigkeit oder weitere Parameter korreliert werden, wie im Folgenden näher erläutert.
Zum Einstellen des Betriebsmodus können die Kanäle des Brenners am Brennermund verengt oder erweitert werden. Dies wird in einigen Anordnungen mittels stufenloser Antriebe durchgeführt, was mechanisch sehr aufwändig ist. Insbesondere bei Brennern, bei denen einer oder mehrere Ringspalte am Brennermund zur Brennerachse hin angewinkelt sind, kann das Einstellen auf zufriedenstellende Weise erreicht werden durch eine Verschiebung in axiale Richtung eines der beiden konisch zulaufenden Rohre. Unter Bezugnahme auf fig. 1A, 1 B vergrößert sich die Spaltbreite beim unteren Brenner (Fig. 1 B) durch eine axiale Verschiebung des inneren Rohrs 11 von d1 auf d2. Effekt: die
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Strömungsgeschwindigkeit des äußeren Mediums am Brenneraustritt wird sich verringern.
Die Fig. 2 zeigt ein Montagekit 1 umfassend eine Tabelle 3 und die zuvor beschriebene Mehrstrombrennervorrichtung 10 sowie weitere Distanzelemente 19a, 19b unterschiedlicher Dicke x19, jeweils mit Ringdichtung bzw. ausgebildet als Ringdichtung bzw. in Funktion als Ringdichtung. Mittels einer Steuerungseinrichtung 20, insbesondere umfassend eine Logikeinheit, kann die durch den Doppelpfeil angedeutete Korrelation zwischen den einzelnen Parametern P1 , ..., Pn und der Dicke x19 bzw. dem Distanzelement erfolgen. Mittels einer Anzeigeeinheit 30, insbesondere umfassend eine Logikeinheit, kann der jeweilige Zusammenhang einem Benutzer dargestellt werden. Die Korrelation muss nicht notwendigerweise durch Berechnung erfolgen, sondern kann auch tabellarisch dargestellt sein/werden, ohne dass eine Neuberechnung erfolgt, insbesondere bei bereits verwendete, vorbekannten Distanzelementen. Das Montagekit 1 kann jedoch um weitere Distanzelemente für weitere Anwendungsfälle erweitert werden, für welche weiteren Distanzelemente eine Berechnung sinnvoll sein kann. Als beispielhafte Parameter können genannt werden: Zusammensetzung des (Gas-)Gemisches P1 , Austrittsgeschwindigkeit v des Gases P2, Volumenstrom Q(t) des jeweiligen Gases P3, Gasdurchlassquerschnitt(-sfläche) oder Spaltbreite P4, sowie weitere n-te Parameter Pn.
Die Fig. 3 zeigt die Ansicht E aus Fig. 1 B bzw. aus Fig. 4 um 90° gedreht im Detail, wobei einzelne Parameter näher beschrieben werden.
Der an der Brennerspitze gebildete Gasdurchlass 15 in Form von einem Spalt mit einheitlicher Breite wird durch den Abstand bzw. die Überlappung x1 , x2 der Gaszuführabschnitte in Längsrichtung definiert. Über den Durchmesser ist der Flächeninhalt A des Gasdurchlasses bestimmbar, bzw. die durch einen Versatz □x bzw. durch eine Dickenvariation Dx19 in Längsrichtung hervorgerufene Variation DA des Querschnittsflächeninhaltes (hier dargestellt in Bezug auf eine
Figure imgf000024_0001
Positionslinie L durch den Spalt bzw. entlang des Spaltes), bzw. die Variation□ d der Spaltbreite. Aufgrund der Konizität entspricht eine Dickenvariation Dx19 nicht einer Spaltbreitenvariation Dd. Je kleiner die Konizität, desto schwächer ist der Effekt der Dickenvariation Dx19 auf die Spaltbreite d. Die Dickenvariation □x19 entspricht dabei dem Versatz Dx, da sich Enden der Gaszuführabschnitte in Abhängigkeit der Dicke des Distanzelementes relativ zueinander positionieren lassen.
Insbesondere kann eine Korrelation auch basierend auf folgender Gleichung zur Bestimmung eines Spaltflächenfaktors fA erfolgen:
fA = ((d1 - Dx19 sin a)2 cos a + di (d1 - Dx19 sin a)) /
(d12 cos a + di d1 )
Dabei kann ein Lastfaktor fLast (bei konstanter Geschwindigkeit) definiert werden, welcher dem Spaltflächenfaktor entspricht. Der Lastfaktor gibt an, mit welcher Last der Brenner betrieben werden kann, wenn die Austrittsgeschwindigkeit bei verstelltem Spalt konstant gehalten werden soll. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich die Durchflüsse proportional zur Last verändern, also dass bei z.B. 40% Brennerlast auch 40% der 02-Menge, die bei Normallast (=100%) gefahren wird, auf den Brenner gegeben wird. Üblicherweise wird bei Brennern oder Reaktoren von„Normallast“ (100% Last) oder „Teillast“ (< 100% Last) gesprochen. Der Lastfaktor kann daher die Bezugsgrundlage der Berechnung klarer verdeutlichen.
Ferner kann ein Geschwindigkeitsfaktor fv (bei konstanter Last) definiert werden, welcher dem Kehrwert des Spaltflächenfaktors entspricht.
Die Dickenvariation erfolgt in einem Abschnitt, welcher in einem Winkel a des Gaszuführabschnittes in Bezug auf die Längsrichtung x ausgerichtet ist.
Die angedeutete Positionslinie L (Strichpunktlinie) entspricht dabei einer ersten Position des inneren Gaszuführabschnittes 11 relativ zum zweiten Gaszuführabschnitt 12, mit einem Gasdurchlass 15 mit einer ersten Spaltbreite
Figure imgf000025_0001
d1. In der dargestellten Relativposition der Gaszuführabschnitte 11 , 12 relativ zueinander ist die zweite Spaltbreite d2 größer, nämlich um den Betrag Dd vergrößert, bei Verwendung eines dickeren Distanzelementes. Bei der gewählten konischen Anordnung wird die Breitenvariation (Dd = d2 - d1 ) definiert durch die Dickenvariation des Distanzelementes in Längsrichtung (Versatz Dx bzw. Dx19). Aufgrund der Konizität ist die Breitenvariation Dd kleiner als der Versatz Dx. Die geometrische Abhängigkeit ergibt sich aus dem Neigungswinkel a des Gaszuführabschnittes. Der Innendurchmesser und damit die Querschnittsfläche des entsprechenden Gaszuführabschnittes ändert sich im konischen Abschnitt als Funktion der Längsposition (x).
In Fig. 4 ist eine Mehrstrombrennervorrichtung 100 mit drei Gaszuführabschnitten 11 , 12, 13 gezeigt, also auch umfassend einen dritten Gaszuführabschnitt 13. Dadurch ergibt sich ein weiterer Montageabschnitt 13.1 , an welchen weitere Distanzelemente 19c, 19d angeordnet werden können. Am zweiten Gaszuführabschnitt 12 ist dafür ein entsprechender korrespondierender zusätzlicher Flansch bzw. Montageabschnitt 12.5 vorgesehen. Das Kit 1 weist als z.B. mindestens vier Distanzelemente 19a, 19b, 19c, 19d auf. Bezüglich weiterer Details, insbesondere Ansicht E, wird auf die vorhergehende Figurenbeschreibung verwiesen.
Figure imgf000026_0001
Bezugszeichenliste:
I Montagekit
3 Tabelle
10; 100 Mehrstrombrennervorrichtung
10.1 auslassseitiges Ende bzw. Brennerauslass (Brennerspitze)
I I erster Gaszuführabschnitt
11.1 Flansch bzw. Montageabschnitt
11.11 stirnseitiger Anlageabschnitt, insbesondere Dichtfläche
12 zweiter bzw. weiterer Gaszuführabschnitt
12.1 Flansch bzw. Montageabschnitt
12.11 stirnseitiger Anlageabschnitt, insbesondere Dichtfläche
12.2 Einlass
12.3 Innenabsatz des entsprechenden Gaszuführabschnittes
12.5 zusätzlicher Flansch bzw. Montageabschnitt
13 dritter bzw. weiterer Gaszuführabschnitt
13.1 Flansch bzw. Montageabschnitt
15 (erster) Gasdurchlass, insbesondere Spalt
18 Befestigungsmittel, insbesondere Vorspannmittel
19 Distanzelement, insbesondere mit Ringdichtung
19a, 19b, 19c, 19d weiteres Distanzelement, insbesondere mit Ringdichtung
19.1 erster stirnseitiger Anlageabschnitt, insbesondere Dichtfläche
19.2 zweiter stirnseitiger Anlageabschnitt, insbesondere Dichtfläche
20 Steuerungseinrichtung, insbesondere umfassend eine Logikeinheit 30 Anzeigeeinheit, insbesondere umfassend eine Logikeinheit
A erste oder zweite Querschnittsfläche bzw. Flächeninhalt des jeweiligen Gasdurchlasses (Gasdurchlassquerschnitt)
□A Variation des Querschnittsflächeninhaltes
□d Variation der Spaltbreite
d1 erste Breite bzw. Breite eines ersten Gasdurchlasses, insbesondere Spaltbreite
Figure imgf000027_0001
d2 zweite Breite bzw. Breite eines weiteren Gasdurchlasses, insbesondere Spaltbreite
di Innendurchmesser des entsprechenden Gaszuführabschnittes am Auslass
fA Spaltflächenfaktor
fLast Lastfaktor (bei konstanter Geschwindigkeit)
fv Geschwindigkeitsfaktor (bei konstanter Last)
G1 erstes Gas/Fluid/Medium oder Gasgemisch
G2 zweites Gas/Fluid/Medium oder Gasgemisch
Gn drittes bzw. n-tes Gas/Fluid/Medium oder Gasgemisch
L Positionslinie durch den Spalt bzw. entlang des Spaltes
M Mittenlängsachse der Mehrstrombrennervorrichtung
P1 erster Parameter, insbesondere Zusammensetzung des (Gas-)Gemisches
P2 zweiter Parameter, insbesondere Austrittsgeschwindigkeit des Gases P3 dritter Parameter, insbesondere Volumenstrom des jeweiligen Gases P4 dritter Parameter, insbesondere Gasdurchlassquerschnitt(-sfläche) oder Spaltbreite
Pn n-ter Parameter
Q(t) Volumenstrom
v Austrittsgeschwindigkeit x1 erste Überlappung von Gaszuführabschnitten in Längsrichtung
x2 weitere (zweite) Überlappung von Gaszuführabschnitten
x19 Dicke bzw. Längserstreckung des Distanzelementes
□x, Dx19 Versatz durch Dickenvariation in Längsrichtung x Längsrichtung (Breitenvariation)
y Querrichtung
z Höhenrichtung
Figure imgf000028_0001
a Winkel bzw. Neigung des Gaszuführabschnittes oder Gasauslasses in Bezug auf die Längsrichtung x

Claims

Patentansprüche:
1. Montagekit (1 ) umfassend eine Mehrstrombrennervorrichtung (10; 100) eingerichtet zum Bereitstellen eines Gemisches aus wenigstens zwei Medienströmen für POX-Prozesse jeweils mit wenigstens einem Medium (G1 , G2, Gn) aus der Gruppe: Gas, Gasgemisch, gasförmiger oder flüssiger oder staubförmiger Brennstoff; insbesondere für Oxidationsprozesse bei der Synthesegasherstellung, wobei die Mehrstrombrennervorrichtung eingerichtet ist zum Einstellen wenigstens eines Parameters (P1 , P2, P3, P4, Pn) aus der Gruppe: Zusammensetzung des Gemisches, Austrittsgeschwindigkeit des jeweiligen Medienstroms aus der Mehrstrombrennervorrichtung, Volumenstrom des jeweiligen Medienstroms; wobei die Mehrstrombrennervorrichtung wenigstens zwei relativ zueinander positionierbare Gaszuführabschnitte (11 , 12) aufweist, welche wenigstens einen in der Breite oder im Querschnitt (A) variabel einstellbaren Gasdurchlass (15) für das Gemisch definieren,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Mehrstrombrennervorrichtung wenigstens zwei Montageabschnitte (11.1 , 12.1 ) aufweist, an welchen die Gaszuführabschnitte relativ zueinander positionierbar sind, insbesondere in Längsrichtung, und stirnseitig abdichtbar sind, wobei das Montagekit ferner umfasst: wenigstens zwei Distanzelemente (19, 19a, 19b) unterschiedlicher Dicke (x19) mit Dichtfunktion jeweils eingerichtet zum stirnseitigen Abdichten der Gaszuführabschnitte (11 , 12) aneinander, und ferner eine Tabelle (3) für eine Korrelation des jeweiligen Distanzelementes oder dessen Dicke mit wenigstens einem der Parameter umfasst, insbesondere mit der Austrittsgeschwindigkeit (v) und/oder mit einem zusätzlichen Parameter betreffend einen/den Gasdurchlass (15) oder eine Spaltbreite (d 1 , d2) an einem auslassseitigen Ende (10.1 ) der Mehrstrombrennervorrichtung.
2. Montagekit nach Anspruch 1 , wobei die Tabelle (3) eine Korrelation des jeweiligen Distanzelementes (19) oder dessen Dicke (x19) mit der Austrittsgeschwindigkeit (v) vorgibt, insbesondere anhand einer manuell oder rechnerunterstützt auslesbaren Matrix; und/oder wobei die Tabelle eine Korrelation der Austrittsgeschwindigkeit mit dem zusätzlichen Parameter betreffend den Gasdurchlass (15) oder die Spaltbreite (d1 , d2) am auslassseitigen Ende (10.1 ) vorgibt; und/oder wobei die Tabelle (3) eine Korrelation aller Parameter der Gruppe vorgibt.
3. Montagekit nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eines der
Distanzelemente (19) ein Dichtungsring eingerichtet zum gasdichten Abdichten des entsprechenden Gaszuführabschnittes (11 , 12) gegenüber der Umgebung ist, insbesondere bis zu einer Druckdifferenz von 100bar, insbesondere ein Dichtungsring aus Metall; und/oder wobei wenigstens eines der Distanzelemente (19) ein Dichtungsring mit zwei gegenüberliegenden sich radial erstreckenden Dichtflächen ist; und/oder wobei am jeweiligen Montageabschnitt (11.1 , 12.1 ) wenigstens ein stirnseitiger Anlageabschnitt (11.11 , 12.11 ) mit Dichtfläche zur Aufnahme oder Anordnung des
Distanzelementes (19) ausgebildet ist; und/oder wobei wenigstens eines der Distanzelemente (19) ein Dichtungsring in Ausgestaltung als Ring-Joint- Dichtung ist.
4. Montagekit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei der Gaszuführabschnitte (11 , 12) zum auslassseitigen Ende hin konisch zulaufen, insbesondere konzentrisch und koaxial zueinander, insbesondere mit einem Winkel (a) zur Mittenlängsachse (M) der Mehrstrombrennervorrichtung im Bereich von 25 bis 45°.
5. Montagekit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Montageabschnitte (11.1 , 12.1 ) radial erstrecken, insbesondere orthogonal zur Längsrichtung, und wobei am jeweiligen Montageabschnitt wenigstens ein radial ausgerichteter, stirnseitiger Anlageabschnitt (11.11 , 12.11 ) zur ortfesten Lagerung des jeweiligen Distanzelementes (19) ausgebildet ist.
6. Montagekit nach Anspruch 5, wobei wenigstens einer der Anlageabschnitte (11.11 , 12.11 ) eine Formschlusskontur insbesondere in Form einer Nut aufweist, welche Formschlusskontur eingerichtet ist zur zumindest teilweisen Aufnahme des jeweiligen Distanzelementes; und/oder wobei wenigstens einer der Anlageabschnitte eine Formschlusskontur aufweist, welche sich in einer radialen Ebene erstreckt, insbesondere in rotationssymmetrischer Ausgestaltung.
7. Montagekit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der jeweilige Montageabschnitt (11.1 , 12.1 ) oder zumindest ein/der stirnseitige Anlageabschnitt (11.11 , 12.11 ) des jeweiligen Montageabschnittes rotationssymmetrisch ausgebildet ist; und/oder wobei wenigstens eines der Distanzelemente (19, 19a, 19b) rotationssymmetrisch ausgebildet ist; und/oder wobei zumindest einer der Gaszuführabschnitte (11 , 12) und/oder das auslassseitige Ende (10.1 ) rotationssymmetrisch um eine/die Mittenlängsachse (M) der Mehrstrombrennervorrichtung ausgebildet ist; und/oder wobei der jeweilige Montageabschnitt (11.1 , 12.1 ) wenigstens eine Schraubverbindung aufweist, insbesondere mit in Längsrichtung vorspannbaren Befestigungsmitteln (18) oder Schrauben; und/oder wobei der jeweilige Montageabschnitt (11.1 , 12.1 ) Befestigungsmittel (18), insbesondere Löcher, Öffnungen und/oder Innengewinde aufweist, welche Befestigungsmittel rotationssymmetrisch um einen/den stirnseitigen Anlageabschnitt des jeweiligen Montageabschnittes zur ortfesten Lagerung des jeweiligen Distanzelementes angeordnet sind.
8. Montagekit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der jeweilige Montageabschnitt von einer Stirnseite zugänglich ist, die gegenüber von der Stirnseite angeordnet ist, zu welcher hin der jeweilige Gaszuführabschnitte oder das jeweilige Distanzelement (de-)montierbar ist.
9. Montagekit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korrelation durch folgende Gleichung zur Bestimmung eines Spaltflächenfaktors (fA) vorgegeben ist:
fA = ((d1 - Dx19 sin a)2 cos a + di (d1 - Dx19 sin a)) /
(d12 cos a + di d1 )
10. Montagekit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrstrombrennervorrichtung drei Gaszuführabschnitte aufweist und eingerichtet ist zum Bereitstellen eines Gemisches aus wenigstens drei Medienströmen, wobei das Montagekit wenigstens drei oder vier Distanzelemente unterschiedlicher Dicke umfasst.
11. Verfahren zum Montieren oder Einstellen einer Mehrstrombrennervorrichtung (10; 100) eingerichtet zum Bereitstellen eines Gemisches aus wenigstens zwei Medienströmen (G1 , G2, Gn) für POX- Prozesse, insbesondere unter Verwendung eines Montagekits (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei relativ zueinander positionierbare Gaszuführabschnitte (11 , 12) der Mehrstrombrennervorrichtung relativ zueinander positioniert werden, indem deren Montageabschnitte (11.1 , 12.1 ) aneinander montiert werden, und dadurch wenigstens ein in der Breite oder im Querschnitt (A) variabel einstellbarer Gasdurchlass (15) definiert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass beim relativen Positionieren wenigstens ein Parameter (P1 , P2, P3, P4, Pn) aus der folgenden Gruppe eingestellt wird: Zusammensetzung des Gemisches, Austrittsgeschwindigkeit des jeweiligen Medienstroms aus der Mehrstrombrennervorrichtung, Volumenstrom des jeweiligen Medienstroms, Gasdurchlass oder Spaltbreite an einem auslassseitigen Ende der Mehrstrombrennervorrichtung; wobei wenigstens ein Distanzelement (19) aus einer Gruppe von wenigstens zwei Distanzelementen (19a, 19b) unterschiedlicher Dicke (x19) basierend auf einer Korrelation des jeweiligen Distanzelementes mit wenigstens einem der Parameter ausgewählt wird und zwischen den Montageabschnitten (11.1 , 12.1 ) derart fixiert wird, dass dadurch die Breite oder der Querschnitt (A) des einstellbaren Gasdurchlasses (15) definiert wird.
12. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei die Korrelation durch folgende Gleichung zur Bestimmung eines Spaltflächenfaktors (fA) vorgegeben wird:
fA = ((d1 - Dx19 sin a)2 cos a + di (d1 - Dx19 sin a)) /
(d12 cos a + di d1 )
13. Computerprogrammprodukt eingerichtet zum Bestimmen wenigstens eines Faktors aus der Gruppe: Spaltflächenfaktor (fA), Lastfaktor (fLast), Geschwindigkeitsfaktor (fv); zum Einstellen einer Mehrstrombrennervorrichtung (10; 100) eines Montagekits nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Korrelation des jeweiligen Faktors in Abhängigkeit einer Variation der Dicke eines Distanzelementes des Montagekits bestimmt wird, insbesondere basierend auf der folgenden Gleichung:
fA = ((d1 - Dx19 sin a)2 cos a + di (d1 - Dx19 sin a)) /
(d12 cos a + di d1 )
14. Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Faktors aus der Gruppe: Spaltflächenfaktor (fA), Lastfaktor (fLast), Geschwindigkeitsfaktor (fv); beim Einstellen einer Mehrstrombrennervorrichtung (10; 100) eines Montagekits nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Korrelation des jeweiligen Faktors in Abhängigkeit einer Variation der Dicke eines Distanzelementes des Montagekits bestimmt wird, insbesondere basierend auf der folgenden Gleichung:
fA = ((d1 - Dx19 sin a)2 cos a + di (d1 - Dx19 sin a)) /
(d12 cos a + di d1 ), insbesondere mittels eines Computerprogrammproduktes nach dem vorhergehenden Anspruch.
15. Verwendung eines Montagekits (1 ) umfassend: eine
Mehrstrombrennervorrichtung (10; 100) eingerichtet zum Bereitstellen eines Gemisches aus wenigstens zwei Medienströmen für POX-Prozesse, ferner umfassend wenigstens zwei Distanzelemente (19, 19a, 19b) unterschiedlicher Dicke (x19) mit Dichtfunktion, insbesondere Verwendung eines Montagekit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Montieren der
Mehrstrombrennervorrichtung (10; 100) oder zum Einstellen wenigstens eines Parameters (P1 , P2, P3, P4, Pn) aus der Gruppe: Zusammensetzung wenigstens eines Gemisches aus wenigstens zwei Medienströmen, Austrittsgeschwindigkeit eines jeweiligen Medienstroms, Volumenstrom des jeweiligen Medienstroms, zusätzlicher Parameter betreffend einen
Gasdurchlass (15) oder eine Spaltbreite (d1 ) an einem auslassseitigen Ende (10.1 ) der Mehrstrombrennervorrichtung, wobei der Gasdurchlass (15) mittels des entsprechenden Distanzelementes eingestellt wird, indem das
Distanzelement (19) stirnseitig zwischen zwei radialen Montageabschnitten (11.1 , 12.1 ) der Mehrstrombrennervorrichtung eingebaut und fixiert, insbesondere verspannt wird.
16. Verwendung einer Mehrzahl von Ring-Joint-Dichtungen (19b) mit unterschiedlicher, jeweils relativ zueinander und in Bezug auf wenigstens einen Parameter einer abzudichtenden Mehrstrombrennervorrichtung vordefinierter Dicke jeweils als eines von mehreren alternativen Distanzelementen zum Einstellen des Parameters in einem Montagekit (1 ) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche oder bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche.
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