DE2337283A1

DE2337283A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbrennen von abgasen

Info

Publication number: DE2337283A1
Application number: DE19732337283
Authority: DE
Inventors: Klaus Heinrich Hemsath; Arvind Chhotalal Thekdi
Original assignee: Midland Ross Corp
Current assignee: Midland Ross Corp
Priority date: 1972-07-24
Filing date: 1973-07-23
Publication date: 1974-02-07
Also published as: US3838974A; GB1428043A; DE2337283C3; CA977620A; IT990697B; BR7305083D0; FR2228196B1; FR2228196A1; ES192344U; ES192344Y; AU5668273A; JPS5127893B2; JPS4945437A; DE2337283B2

Description

Patentanwalt« Dr. O. Loesenbeck

■ν lic* ι üipl.-lng. Stracke

Dipi.-Ing. Loesenbeck 41 ftielefeli Heriorfer Straft· 17

MIDLAND-ROSS CORPORATION, 55, Public Square, Cleveland,

Ohio 44-113, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von Abgasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verbrennen von aus einem Schornstein kommenden Abgasen.

Industrieabgase, die die üblichen Luftverschmutzungen wie Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Äthere, Ruß und andere brennbare Stoffe enthalten, werden häufig angetroffen. Diese Abgase können grob in zwei Arten unterteilt werden. Die erste Art Abgas enthält relativ unbedeutende Mengen an brennbaren Verunreinigungen, und es ist ein ausreichender Vorrat an Sauerstoff für die Verbrennung der Verunreinigungen vorhanden. Verbrennungseinrichtungen für diese Art von Abgasen sind handelsüblich.

Die andere Art von Abgasen enthält vornehmlich eine Mischung von Brennstoffen (Kohlenwasserstoffen, Rußpartikeln u.dgl.) sowie andere inerte Gase. Der Sauerstoffgehalt derartiger Abgase ist relativ gering. Wenn eine Zündquelle, wie beispielsweise eine Vormischdüse oder ein Brenner, der bei stöchiometrischem Verhältnis von Luft zu Brennstoff arbeitet, in dem Abgasstrom angeordnet wird, kann das Abgas nicht kontinuierlich brennen, da es an Sauerstoff fehlt. Die bislang bekannten Verbrennungseinrichtungen können die Verbrennung derartiger Abgase nicht vollenden. Es wird somit die Umwelb

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mit Abgasen belastet, die noch große Mengen an Verunreinigungen enthalten.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, eine Verbrennungseinrichtung sowie ein Verbrennungsverfahren für industrielle Abgase zu schaffen, bei denen der darin befindliche Betrag an Brennstoffen erheblich variiert. Insbesondere geht es um die Verbrennung von Reichgasen.

Die Erfindung besteht im wesentlichen in einem Verbrennungssystem für die Verbrennung von Abgasen, die variierende Mengen an Brennstoffen beinhalten. Es sind dabei Mittel vorgesehen, um die den Abgasen augefügte Verbrennungsluft zu steuern, wenn diese verbrennbare Rückstände beinhalten, und es sind ferner Mittel vorgesehen, um.die Temperatur der brennenden Abgase abzufühlen. Wird eine vorbestimmte Temperatur überschritten, wird zusätzlich Luft hinzugefügt, um die Temperatur des Gases zu reduzieren. Fällt jedoch die Temperatur unter einen vorbestimmten Punkt, wird die Brennleistung des Brenners erhöht und die Zufuhr von zusätzlicher Luft wird beendet, um eine einwandfreie Verbrennung zu erreichen und eine gute wirtschaftliche Brennstoffausnutzung zu erreichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verbrennen von Abgasen, die eine bestimmte Menge brennbarer Materie enthalten und die aus einem Schornstein kommen, vorgesehen, bei dem erfindungsgemäß ein Luftstrom, der eine Geschwindigkeit.größer als die Austrittsgeschwindigkeit der Abgase hat, im wesentlichen vertikal um die austretenden Abgase herum gerichtet wird, wobei die Abgase und der Luftstrom in eine Kammer geleitet werden, die ein oberes offenes Ende hat, wobei ferner entweder der Kammer Wärme zugeführt wird, wenn die Temperatur der Gase in der Kammer als unterhalb der Reaktionstemperatur der Gase liegend erfühlt wird, oder aber die Luftmenge erhöht wird, wenn die Temperatur als <

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über der Reaktionstemperatur der Gase liegend erfühlt wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen vertikalen, teilweise schematisierten Querschnitt durch eine Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittdarstellung gemäß Schnitt 2-2 der Fig. 1.

In allgemeinen Worten kann die Erfindung wie folgt zusammengefaßt werden. Einem Schornstein, der industrielle Abgase emittiert, die verschiedene Mengen von brennbarer Materie enthalten, ist eine Doppelkammervorrichtung zugeordnet. Die erste Kammer endet am Austrittsende des Schornsteins in eine ringförmige verengte Durchtrittsöffnung, so daß Luft mit hoher Geschwindigkeit längs zum Schornstein gerichtet wird. Diese Luft wirkt wie eine Luftpumpe, die den Austritt der Abgase begünstigt. Diese Gase treten dann in die zweite Kammer ein, in der eine Mehrzahl von Brenner angeordnet ist. In der zweiten Kammer befindet sich ein Thermoelement, das die Temperatur der Abgase abfühlt. Eine vorbestimmte Temperatur >;ird dadurch eingestellt, daß entgegengesetzt zu dem Botrat: an Brennstoff und Luft, der zu den Brennern in der zeiten Kammer gefördert wird, die von der ersten Kammer

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ausgesandte Luftmenge variiert wird. Auf diese Weise kann eine konstante [Temperatur trotz der Variationen in der "brennbaren Materie innerhalb des Abgases erreicht werden.

Es wurde festgestellt, daß im Hinblick auf die Explosion eines Gasgemisches, das brennbare Materie, wie beispielsweise Kohlenwasserstoff, inerte Gase und Luft enthält, dann, wenn der Sauerstoffgehalt des Gemisches geringer als 3 % ist, das Gemisch nicht lediglich durch Erhöhung seiner Temperatur verbrennen kann. Solche Gemische werden als über der oberen Verbrennungsgrenze liegend angesehen und man nennt sie im allgemeinen sogenannte Reichgase.

Für die einwandfreie und wirksame Verbrennung von Reichgasen ist es erforderlich, Luft mit der brennbaren Materie in diesen Gasen zu mischen und die Temperatur des Luft-Abgasgemisches sollte auf eine Höhe angehoben werden, wo die Reaktionsgeschwindigkeiten außerordentlich groß sind. Somit sind das Hinzufügen von Luft, das tüchtige Mischen der Luft mit den Abgasen und das Erwärmen der Abgase zur Verbrennungstemperatur die drei wichtigsten Erfordernisse für die Verbrennung von Reichgasen. Im Falle sehr reicher Gase, die brennbare Materie mit einem Heizwert über etwa 356kcal/nr haben, ist es erforderlich, Überschußluft zusätzlich zur Verbrennungsluft zuzuführen, um die Temperatur der Verbrennung sprodukte auf eine praktikable Verbrennungstemperatur, die zwischen 815° C ^urL(i 982° G liegt, zu reduzieren. Die Menge an Überschußluft hängt natürlich von der ausgewählten Verbrennungstemperatur ab, sowie von den Heizwerten der Abgase und dem Sauerstoffgehalt der Abgase. Durch die Kontrolle der Verbrennungstemperatur wird auch die feuerfeste Verkleidung der Einrichtung geschützt.

Im Falle von"Brandprozessen, die ein Ansteigen der Abgase bewirken, können die Abgaszusammensetzung, das Abgasvolumen

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uad die Abgastemperatur in der Zeit beträchtlich variieren. Für eine maximale Brennstoffwirtschaftlichkeit müssen die Luftzufuhr und die Brennstoffzufuhr zur "Verbrennungseinrichtung sehr sorgfältig und unabhängig voneinander gesteuert werden.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Verbrennungsvorrichtung 10 vorgesehen, in der aus einem Schornstein 12 kommende Abgase verbrannt werden können. Der Schornstein 12 hat eine feuerfeste Verkleidung 14 an seiner Innenseite. Um den Schornstein 12 herum und über ihm ist ein Gehäuse 16 angeordnet, das eine untere Kammer sowie eine obere Kammer 20 aufweist. Das Gehäuse 16 ist ebenfalls mit einer feuerfesten Verkleidung 21 ausgekleidet. Die untere Kammer 18 endet am oberen Ende des Schornsteins 12 und sie hat einen ringförmigen verengten Kanal 22 als Verbindung zur oberen Kammer 20. Die untere- Kammer 18 hat ferner eine Einlaßöffnung 24 für eine Luftleitung 26.

Die obere Kammer 20 ist mit tangentialen Brennern 28 versehen, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, die in öffnungen 30 der feuerfesten Verkleidung 21 angeordnet sind. Den Brennern 28 sind Brenngasleitungen J2 sowie Luftitungen·34 zugeordnet. Die Luftleitungen 26 und 34 stehen in Verbindung mit einer Luftsteuereinrichtung 36.

Im oberen Bereich der oberen Kammer 20 ist ferner ein Thermoelement 38 angeordnet, das über eine Leitung 40 mit einem Temperaturmeß- und -aufzeichengerät 42 verbunden ist. Das Temperaturmeßgerät 42 wiederum ist über eine Leitung 44 mit der Luftsteuereinrichtung 36 verbunden.

Im Betriebszustand werden Reichgase von dem Schornstein 12 in die obere Kammer 20 emittiert. Anfänglich findet eine Feuerung mittels der Brenner 28 statt, um die erförderliche Verbrennungswärme für die Abgase zu schaffen. Gleichzeitig wird eine Luftmenge über die Luftleitung 26 in die untere

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Kammer 18 gespeist, die durch den Kanal 22 um das Auslaß ende des Schornsteines herum weiterströmt. Diese Luft, deren Geschwindigkeit größer ist als die Austrittsgeschwindigkeit der Abgase, wirkt bei ihrem Austritt aus dem Kanal 22 wie eine Luftpumpe, wodurch die Emission der Abgase aus dem Schornstein 12 begünstigt wird. Darüber hinaus sorgt die aus dem Kanal 22 kommende Luft für ein gleichförmiges Mischen der Gase in der oberen Kammer 20.

Die brennbaren Produkte entzünden sich in der oberen Kammer 20 und die Verbrennungstemperatur wird durch das Thermoelement 58 abgetastet. Das Meßinstrument 42 gibt eine vorbestimmte Temperatur für die Verbrennung vor und steuert die Luftmenge, die zu der unteren Kammer 18 und der oberen Kammer 20 in Abhängigkeit dieser Temperatur gefördert wird. Ist die Temperatur niedrig, wird zusätzlich Luft zu den Brennern 28 gespeist, um die Temperatur zu erhöhen und eine vollständige Verbrennung der Abgase zu gewährleisten. Als Brenner können solche verwendet werden, bei denen die Brennstoffzufuhr in proportionaler Beziehung zu der Verbrennungsluftzufuhr steht. Wenn die Temperatur zu groß wird,, wird die Luftzufuhr zu den Brenner gestoppt und die Temperatur wird dadurch gesteuert, daß Luft durch die Luftleitung 26 in die Kammer 18 gefördert wird. Solange, wie die Temperatur auf dem vorbestimmten Punkt durch die Zufuhr von Luft zu den Abgasen aufrechterhalten werden kann, brauchen die Brenner 28 nicht betätigt zu werden. Dies bedeutet offensichtlich, daß die Abgase eine ausreichende Menge von Brennstoffen haben, um in unabhängiger Weise die Verbrennung zu stützen. Wenn der Betrag an brennbaren Stoffen in. den Abgasen so hoch ist, daß die vorgegebene Temperatur überschritten wird, wird ein überschüssiger Luftbetrag durch die Leitung 26 hinzugefügt, um die Temperatur der verbrennenden Abgase herabzusenken. Auf diese Weise ist eine Verbrennungseinrichtung geschaffen, die zu einer vollständigen Verbrennung der aus einem Schornstein emittierten

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Abgase führt, unabhängig vom Betrag oder dem Prozentsatz der in den Gasen befindlichen brennbaren Stoffe.

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren sowie der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist somit eine Ausgestaltung gefunden, die Abgase verbrennt und dabei die Verbrennungstemperatur auf dem gleichen Wert hält. Ferner ist für eine Verbrennung von Reichgasen auf eine Art und Weise Sorge getragen, die eine sehr große Wirtschaftlichkeit in der Brennstoff ausnutzung bietet.

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Claims

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Patentansprüche

MJ Verfahren zum Verbrennen von Abgasen, die brennbare Materie enthalten und die aus einem Schornstein austreten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftstrom mit einer Geschwindigkeit größer als die Austrittsgeschwindigkeit der Abgase im wesentlichen vertikal um die austretenden Abgase herum gerichtet wird und die Abgase und der Luftstrom in eine nach oben offene Kammer geführt werden und entweder, wenn die Temperatur der Gase in der Kammer unterhalb der Reaktionstemperatur der Gase liegend erfühlt wird, der Kammer Wärme zugeführt wird oder aber, wenn die Temperatur als die Reaktionstemperatur der Gase überschreitend erfühlt wird, die Luftmenge erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer Wärme durch Verbrennungsgase zugeführt wird, die im wesentlichen in einer Richtung tangential zum Schornstein von einem Brenner abgegeben werden.
3. Vorrichtung zum Verbrennen von aus einem Schornstein emittierten Abgasen, gekennzeichnet durch die Kombination eines Gehäuses (16), das in kommunizierender Verbindung mit dem Schornstein steht und auf dessen oberem Bereich angeordnet ist, sowie eines ringförmigen Kanales (22), der den Schornstein umgibt und der in kommunizierender Verbindung mit dem unteren Bereich des Gehäuses (16) steht, einer Luftzuleitung (26) zum Zuführen von Luft in den Kanal (22) und das Gehäuse (16), mindestens einem Brenner (28) innerhalb des Gehäuses (16), einem Fühler (38) zum Erfühlen der Temperatur in dem Genauso (16), einer Kontrolleinrichtung (36), die in Verbindung mit dem Fühler (38) steht und mit der die durch den Kanal (22) geführte Luftmenge steuerbar ist und mit der auch die Luft- und/oder Brennstoffmenge, die dem Brenner zugeführt wird, steuerbar ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (16) eine Mehrzahl von tangentialen Brennern (28) unmittelbar über dem Austrittsende des Schornsteines (12) angeordnet sind.
5« Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) eine obere Kammer (20) sowie eine untere Kammer (18) aufweist, die durch- den ringförmigen Kanal (22) verbunden sind, und daß das Gehäuse (16) so mit dem Schornstein (12) verbunden ist, daß das Austrittsende des Schornsteines innerhalb oder am oberen Ende des ringförmigen Kanales (22) .· i liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 51 dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Brenner am unteren Ende der oberen Kammer (20) angeordnet ist bzw. sind.

7- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die iuftsteuereinrichtung (36) die Luftzufuhr durch den Kanal-(22) und die Luftzufuhr zu dem-Brenner bzw. den Brennern (28) steuert, und daß der bzw. die Brenner (28) solcher Bauart sind, daß sie Brennstoff in proportionaler Abhängigkeit zur zugeführten Luftmenge aufnehmen.

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