DE2812160A1

DE2812160A1 - Vorrichtung zum verbrennen von niederdruckgasen

Info

Publication number: DE2812160A1
Application number: DE19782812160
Authority: DE
Inventors: Robert D Reed
Original assignee: John Zink Co
Current assignee: Zinklahoma Inc
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1978-03-20
Publication date: 1978-10-12
Also published as: NL7802983A; CA1103574A; JPS5816083B2; IT7848597A0; JPS53124334A; GB1576979A; US4217088A; IT1102136B; FR2385984B1; FR2385984A1

Description

ο

Vorrichtung zum Verbrennen von Niederdruckgasen

Die Erfindung betrifft die Verbrennung von niederen Druck aufweisenden Gasen, so Abgasen, insbesondere zum Zwecke der Verwertung ihrer Verbrennungswärme.

Die Erfindung betrifft bevorzugt die Verbrennung von sehr geringen Druck aufweisenden Gasen, welche infolge ihres Druckes und ihrer Geschwindigkeit nicht in der Lage sind, ausreichende Mengen von Verbrennungsluft anzusaugen.

Bekannt sind verschiedenartige Vorrichtungen zur Verbrennung von Gasen in einem Ofen oder in einer Verbrennungskammer. Derartige Vorrichtungen führen das Gas mit Drücken zu, welche so hoch sind, dass das Gas mit 30 m pro Sekunde oder mehr aus den Öffnungen austritt. Auf diese Weise besteht ausreichende Geschwindigkeit des Gases, um sicherzustellen, dass ausreichende Luft für die Vei— brennung mitgerissen und angesaugt wird. Gas der vorliegend in Betracht zu ziehenden Art und des in Betracht zu ziehenden Druckes kann eine Strömungsgeschwindigkeit besitzen, welche selten grosser ist als 7,5 m pro Sekunde. Das Ansaugen der Luft mit Gas erfolgt nach dem Quadrat der Geschwindigkeit.

Es wurde bisher keine zufriedenstellende Lösung gefunden, um sehr geringen Druck aufweisende Gase in Öfen zu verbrennen.

In Ölraffinerien und in petrochemischen und chemischen Werken fallen Abgase an, welche reich an Brennstoff sind, welche jedoch nicht als Brennstoff verwendet werden können, da sie Drücke auf-

809841/0704 _₄_

weisen, welche unterhalb den für das einwandfreie Abbrennen erforderlichen Drücken liegen.

Aus verschiedenen Gründen ist es entweder unmöglich oder mit Energieverschwendung verbunden, diese Gase in ihrem Druck zu erhöhen, um sie für bekannte Gasbrenner verwendbar zu machen. Gase als auch Brennstoffe werden verwendbar, wenn sie geeignete Drücke besitzen und wenn sie in die Atmosphäre entladen werden, um Strömungsgeschwindigkeiten herbeizuführen, welche sich der kritischen Geschwindigkeit bzw. Schallgeschwindigkeit nähern. Auf diese Weise können die Bedingungen für das Abbrennen gasförmiger Brennstoffe in der oben genannten Industrie erfüllt sein.

Bekannt sind eine Anzahl von Einrichtungen, die sich der Entladung gasförmigen Fluids bedienen, so von Dampf oder Luft, um das Brennstoff enthaltende Gas anzusaugen bzw. mitzureissen, derart, dass das Gas beschleunigt wird und eine geeignete Vermischung der Luft mit dem Dampf-Gas als auch turbulente Verwirbelungen zum Zwecke zufriedenstellender Verbrennung erreicht werden. Bei Geräten bekannter Art besteht indessen keine Begrenzung hinsichtlich der Drücke, mit welchen der Dampf oder die Luft verwendet wird. Auch sind die Einrichtungen zum Ansaugen und zum Mitreissen von Niederdruckgasen verhältnismässig teuer.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Verbrennung von sehr geringen Druck aufweisenden brennbaren Gasen zu schaffen.

Es soll ferner eine Vorrichtung geschaffen werden, welche die Antriebskraft oder Energie zur Verbrennung von Niederdruckgasen

809841/0704 ~⁵~

vermittelt, wobei nicht nur das Gas in die Verbrennungszone transportiert sondern auch Luft für die Verbrennung in den Flammbereich angesogen werden soll. Es soll ferner eine chemische Einwirkung im Gas vollzogen werden können, um die Schwierigkeiten der Verbrennung auf ein Mindestmaß herabzusetzen, d.h. es soll eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes möglich sein. Es soll also die Konversion von Dampf-Kohlenwasserstoff auf CO und H durchgeführt werden, wie dies auf dem Gebiet der Brennstoffverbrennung bekannt ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist an einer herkömmlichen Brennkammer bzw. an einem Ofen angeordnet und durchsetzt eine in diesem angeordnete Wandöffnung. Ein Brennerrohr bestimmter Länge und bestimmten Durchmessers ist axial innerhalb der Öffnung gehaltert. Entlang der Mittelachse des Brennerrohres oder Gasrohres befindet sich ein Rohr kleineren Durchmessers, welches als Dampfrohr zum Zuleiten von Dampf ausgebildet ist. Das Dampf rohr ist an dem im wesentlichen in der Ebene des Brennerrohrendes befindlichen Ende im wesentlichen geschlossen, wobei mehrere Öffnungen unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Achse und unter Abstand am Umfang in dieses Ende gebohrt sind. Wenn Dampf in das Dampfrohr eingeleitet wird, dann treten mehrere Dampfstrahl en hoher Geschwindigkeit aus den Öffnungen entlang der Oberfläche eines Kegels des Dampfrohres aus. Dieser Kegelwinkel entspricht im wesentlichen dem vorbestimmten Winkel der Öffnungen.

An dem teilweise in die Öffnung der Ofenwand eingeführten Ende des Brennerrohres ist ein nach innen gerichtet sich erstreckender Flansch bestimmter radialer Breite ausgebildet. Dieser Flansch dient dazu, das in Längsrichtung sich bewegende Gas in das Brennerrohr einzu-

8 ü 9 8 4 1 /070A

-Q-

leiten, wobei ein Umlenk- und Verdichtungseffekt hervorgerufen wird. Das Gas wird nach innen in Richtung der Brennerachse geleitet und berührt die nach aussen strömenden Dampfstrahlen unter einem bevorzugten Winkel. Als Folge davon kann eine wirksame Mitnahme und Beschleunigung als auch eine Durchmischung des Gases mit dem Dampf vollzogen werden, dahingehend, dass eine konische Schicht oder Wand von Dampf und Gas aus dem Ende des Brennerrohres austritt und durch die Wandöffnung bzw. mittlere Öffnung in den Ofen eintritt.

Die unter hoher Geschwindigkeit strömende Wand oder Schicht von Dampf und Gas saugt Luft durch den Ring der mittleren Ofenöffnung an, welche das Brennerrohr umgibt. Die Luft wird mitgerissen und turbulent mit dem Dampf und dem Gas vermischt, wodurch eine vollständige und rauchlose Verbrennung nach der durch eine bekannte Zündeinrichtung vollzogenen Zündung erreicht wird.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht des Brennerrohres in einer Öffnung der Ofenwand; und

Fig. 2 und 3 geben in axialer Schnittansicht und in Draufsicht die Vorrichtung nach der Erfindung wieder.

In Fig. 1 der Zeichnung ist in Seitenansicht der Brenner 10 gemäss der Erfindung dargestellt. Der Brenner 10 ist axial in eine Öffnung 14 in der Wand 12 eines Ofens bzw. einer Brennkammer eingeführt, wobei mit Bezugszahl 17 das Volumen bzw. der Raum innerhalb des Ofens benannt ist. Das Ende des Brenners 10 ist unter einem vorbe-

8 0 9 8 A1/070A

stimmten Abstand 21 eingeführt, welcher einen Bruchteil der Dicke der Wand 12 des Ofens bildet. Der Brenner wird von einer Platte 20 gehalten, welche parallel zur vorderen Wand des Ofens verläuft und die Halterung für den Brenner darstellt. Die Platte 20 weist auch Öffnungen (nicht dargestellt) auf, welche zum gesteuerten Durchlass von Verbrennungsluft 18 dienen. Die Verbrennungsluft 18 wird durch den Ofenzug in die Öffnung 14 nach oben gezogen.

Der Brenner 10 weist ein äusseres Rohr 30 auf, welches die Wandung des Brennersystems bildet. Das entfernte, in die Öffnung 14 eingesetzte Ende ist teilweise geschlossen, wozu ein ringförmiger, nach innen sich erstreckender Flansch 32 vorbestimmter radialer Abmessung dient. Die Innenkante des Flansches ist abgeschrägt, so dass der durch die Pfeile 52 angedeutete Gasstrom, welcher parallel zu den Wänden und zur Achse des Rohres 30 in Richtung des Flansches 32 verläuft, nach innen gekrümmt in Richtung der Achse gemäss den Pfeilen 56 umgelenkt wird. Das nahe Ende 31 des Brennerrohres 30 ist durch eine Platte 33 geschlossen. Ein Seitenrohr 24 ist am Brennerrohr 30 befestigt und ist an den Gasvorrat von geringem Druck angeschlossen. Das Gas strömt gemäss Pfeil 54 durch das Rohr 24.

Entlang der Achse des Brennerrohres 30 ist ein Dampfrohr 22 ausgebildet, welches sich durch die Platte 33 nach oben bis zum Flansch 32 erstreckt. Dieses Dampfrohr wird durch radiale Stege oder Schenkel 50 getragen und im wesentlichen innerhalb des Brennerrohres 30 zentriert.

Das Dampfrohr 22 besitzt eine Düse 40, welche am oberen Ende, also entgegengesetzt zum geschlossenen Ende, befestigt ist. In die

809841/0704 ~⁸~

28121SÖ

Düse sind mehrere Öffnungen 46 unter einem vorbestimmten Winkel 45 bezüglich der Achse des Dampfrohres und des Brennerrohres gebohrt. Der unter Druck stehende Dampf innerhalb des Dampfrohres strömt gemäss Pfeil 48 und tritt aus den Öffnungen 46 in Form einzelner Dampfströme 46' aus. Diese bilden eine konische Begrenzung oder Wand 16 von Dampf, wie in Fig. 1 wiedergegeben ist. Die konische Wand besitzt im wesentlichen den gleichen Winkel 45 bezüglich der Achse und erstreckt sich weiter in die Öffnung und in den Raum 1 7 der Verbrennungskammer.

Das geschlossene Ende der Düse 40 am Dampf rohr 22 ist vorzugsweise als konische Fläche 44 abgedreht. Die Fläche 44 ist im wesentlichen senkrecht zu den Öffnungen 46. Infolge dieses Schrägendes wird auch die gesteuerte Strömung von Gas in die Dampfstrahlen unterstützt.

Bei Inbetriebnahme wird das Gas von sehr geringem Druck gemäss Pfeil 54 über das Rohr 24 in den ringförmigen Raum 58 eingeleitet, welcher sich innerhalb des Brennerrohres 30 und ausserhalb des Dampfrohres 22 mit seiner Düse 40 befindet. Die Gasströmung vei— läuft in Längsrichtung entlang den Pfeilen 52. Im Bereich des durch den Flansch 32 eingeschnürten Endes erhält die Gasströmung eine nach innen gerichtete Krümmung 56, derart, dass eine bessere Schneidung mit den Dampfstrahlen 46' geschieht, welche von den Öffnungen 46 austreten. Die Dampfstrahlen schliessen die Gasmoleküle ein und beschleunigen diese, wobei eine innige, turbulente Durchmischung von Dampf und Gas in der ringförmigen Öffnung zwischen dem Flansch 32 und der Düse 40 geschieht.

— 9 —

809841 /0704

Die konische Wandung oder Fläche 16, welche durch die Vielzahl von Dampfstrahlen und das eingeschlossene Gas bei Strömung durch den Ringraum der Öffnung 14 der Ofenwand besteht, zieht Luft gennäss den Pfeilen 18 (Fig. 1 und 2) an. Diese Luft wird von der unter hoher Geschwindigkeit strömenden konischen Wandung von Dampf und Gas eingeschlossen und mitgenommen, derart, dass eine innige Durchmischung von Gas und Luft und Dampf vollzogen wird. Dieses Gemisch verbrennt schnell, rauchlos und vollständig.

Der Druck des Dampfes in der Leitung 22 muss nicht extrem hoch sein, sollte jedoch vorzugsweise wenigstens 0,3 bis 1 bar betragen, so dass die Geschwindigkeit des von den Öffnungen 46 austretenden Gases gross genug ist, um sicherzustellen, dass das Gas und die Luft angesogen und mitgenommen wird.

Es wird gemäss der Erfindung bevorzugt Dampf anstelle von der üblicherweise zum Ansaugen von Gas verwendeten Druckluft zur Anwendung gebracht, damit Dampf die Energie zur Durchmischung von Luft und Gas erzeugt. Dampf ist einfacher und auch billiger anzuwenden als Druckluft. Ein weiterer wesentlicher Punkt ist darin zu sehen, dass Dampf nicht nur die mechanische Energie für das Ansaugen von Luft, für das Einschliessen und für das Durchmischen mit Luft vermittelt, durch den Dampf wird darüber hinaus eine Vormischung mit Gas erreicht, derart, dass durch chemische Einwirkungen die vollständige und rauchlose Verbrennung unterstützt und hergestellt wird.

809841/0704

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zum Verbrennen von Niederdruckgasen, mit einer Verbrennungskammer und einem Brenner, welcher in eine Öffnung einer Wand der Verbrennungskammer eingeführt ist, dadurch gekennzeichnet,

a) dass der Brenner ein Brennerrohr (30) eines vorbestimmten Durchmessers und einer vorbestimmten Länge enthält, mittels welchem das Niederdruckgas zugeleitet wird, wobei am Flammenende des Brennerrohres ein ringförmiger, nach innen sich erstreckender Flansch (32) vorbestimmter radialer Breite angebracht ist, dass eine Vorrichtung (24) dem Brennerrohr zugeordnet ist, um das Gas in dieses einzuleiten,

b) dass axial innerhalb des Brennerrohres (30) ein Dampfrohr (22) angeordnet ist, welches sich durch das geschlossene Aussenende des Brennerrohres in dieses erstreckt und im Bereich des ringförmigen Flansches (32) endet,

c) dass mehrere Öffnungen (46) in das Ende des Dampfrohres (22) unter einem vorbestimmten Winkel zur Achse gebohrt sind, wobei sich die Öffnungen unter Abstand am Umfang in Radialebenen er-

809841 /0704

Deutsche Bank München. Kto.-Nr. 82/08050 (BLZ 70070010)

Postscheck München Nr. 163397-802

strecken, derart, dass bei Einleiten von Dampf verhältnismässig geringen Druckes Dampfstrahlen hoher Geschwindigkeit aus den Öffnungen austreten und eine konische Wand in der ringförmigen Öffnung des Wandkörpers der Verbrennungskammer bilden, wodurch auf diese Weise eine turbulente Durchmischung und Strömung mit dem Dampf in der konischen Wand und durch die Öffnung in die Verbrennungskammer vollzogen wird und die Dampf- und Gasstrahlen Verbrennungsluft in die Öffnung ansaugen, um eine Mischung mit Dampf und Gas zum Zwecke der Verbrennung des Gases herbeizuführen .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (50), mittels welcher das Dampfrohr (22) in axialer Position innerhalb des Brennerrohres (30) gehaltert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Öffnungen aufweisende Ende des Dampfrohres eine konische Aussenfläche (44) besitzt, und dass die Öffnungen (46) senkrecht zur konischen Fläche in diese eingebohrt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nach innen gerichtet sich erstreckende Flansch (32) an seiner stromaufwärts liegenden Ecke nach innen gerichtet abgeschrägt ist.

8098U/0704