DE2550196C2 - Verfahren zur vollständigen Verbrennung von Gasen mit schwachem Heizwert sowie Verbrennungskammer zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vollständigen Verbrennung von Gasen mit schwachem Heizwert, wie Reduktionsabgasen von Gasen mit starkem Heizwert und Nebenprodukten aus der Verkokung von Kohle, die bei hoher Temperatur und bei einem Druck anfallen, der in der Nähe des atmosphärischen Druckes liegt, in einer Verbrennungskammer unter Zuführung von Primärluft und Sekundärluft, wobei die Primärluft in unterstöchiometrischer Menge vorliegt, sowie eine Verbrennungskammer zur Durchführung des Verfahrens.

Die Nebenprodukte einer Steinkohlenpyi olysevorrichtung, wie z. B. aus einem Drehofen oder einem Ofen mit drehbarem Boden oder Drehrost, fallen in gasförmigem Zustand unter Mitnahme von feinen festen Erzeugnissen wie Ruß oder Steinkohlenstaub und kondensierbaren Erzeugnissen wie Steinkohienteere

ι J und Benzole an.

In dem herkömmlichen Pyrolyseverfahren unterwirft man im allgemeinen diese Nebenprodukte einer Abkühlung, welche genügt, um eine vollständige Kondensation zu erreichen, was ermöglicht, in einer Karbonisationsanlage den notwendigen Unterdruck zur Absaugung von Nebenprodukten mittels bekannter Vorrichtungen, wie Extraktstoff-Lüfter zu schaffen. Wenn man hingegen diese Nebenprodukte unmittelbar am Abgang des Pyrolyseofens verbrennen will, stößt man auf große Schwierigkeiten, einerseits bei der Überführung der Gase des Pyrolyseofens in den Verbrennungsofen and andererseits bei der Gewährleistung einer vollständigen Verbrennung der Teilchen in der Suspension.

Ein Verfahren und eine Verbrennungskammer der eingangs genannten Art ist durch das US-Patent 29 20 689 bekannt. Die Verbrennungsluft wird dabei in Abhängigkeit von der Temperatur am Auslaß der Verbrennungskammer durch einen Ventialtor zugeführt und geteilt in primäre bzw. sekundäre Luft, die über Ventile verschiedenen Einlassen zugeführt wird.

Primär- und Sekundärluft entsprechen zusammen im wesentlichen der stöchiometrischen Luftmenge.

In das, im unteren Teil der vertikalen Verbrennungskammer vom Umfang her zugeführte Gas wird die Primärluft im Abstand von der Gaszuführung in kompakten Strahlen eingeblasen, wodurch sich eine langsame Vermischung der beiden Medien und Entwicklung der Flamme ergibt. Die als Düsen ausgebildeten Einlasse für Sekundärluft sind daher erst in beträchtlichem Abstand oberhalb derjenigen für Primärluft angeordnet. Die aus den Düsen mit großer Geschwindigkeit ausströmende Sekundärluft ruft eine hohe Turbulenz in der Kammerströmung hervor.
M Diese Verbrennungskammer weist als wesentlichsten Nachteil die Bildung einer turbulenten Flamme von hoher Intensität auf, was die Verwendung von kostspieligen feuerfesten Materialien erforderlich macht und besondere Vorsichtsmaßnahmen gegen die Explosionsrisiken, durch beispielsweise Aufrechterhaltung einer Pilotflamme. Im übrigen sind die stöchiometrischen Proportionen für Gase, deren Heizwert variieren kann, schwer aufrecht zu erhalten, da zahlreiche schwache gasförmige Nebenerzeugnisse von industriellen Verfahren bei hoher Temperatur spaltbare Bestandteile enthalten, wie dies bei RuB und höheren Kohlenwasserstoffen der Fall ist.

Aus der FR-PS 8 78 455 ist außerdem ein Gasbrenner mit einer zentralen Gaszuführungsdüse bekannt, um die Μ herum zwei Gruppen von Luftdüsen angeordnet sind, die jeweils auf einen in einem Mischraum liegenden Punkt der Brennerachse ausgerichtet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine

Verbrennungskammer der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine totale Verbrennung ohne Explosionsrisiko oder Beschädigung des Materials gewährleistet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 3 angegebenen Merkmale.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine vollständige Verbrennung des Gases einschließlich des darin enthaltenen Rußes und der höheren Kohlenwasserstoffe gewährleistet Dieses Ergebnis ist interessant, iu da bekannterweise die spaltbaren Erzeugnisse sehr schwer vollständig verbrennen, wenn sie mit einem hohen gasförmigen Ballast vermischt sind. Die Verbrennung wird praktisch ohne Turbulenz erreicht

Man kann die gasförmigen Nebenerzeugnisse, die ii natürlich schmutzig und umweltverseuchend sind, verbrennen, so lange man in ihrem Umlauf einen verwertbaren Unterdruck schafft und die Wärme in Anlagen mit bemerkenswert wenig Verschmutzung und sogar ohne Verschmutzung wiedergewinnen.

Es erweist sich als vorteilhaft wenn ein Teil der Sekundärluft durch Öffnungen zugeführt vrird, die so angeordnet sind, daß durch Beaufschlagen der Wände der Verbrennungskammer eine Kühlwirkung erzielt wird.

Auf diese Weise kann man hohe Verbrennungstemperaturen erreichen und es ist nicht nötig, die Verbrennungskammer mit kostspieligen feuerfesten Materialien auszuführen. Die Kombination des Beaufschlagens der Wände mit frischer Luft und das Fehlen von Turbulenz jo ist tatsächlich sehr günstig für die Aufrechterhaltung einer wenig erhöhten Wandtemperatur.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Verbrennungskammer bildet die Sekundärluft eine Art von Gewölbe, welches die Flamme umgibt und eine J5 vollkommene Verbrennung sichert

Es ist vorteilhaft, daß der Boden ferner zusätzliche, an der Peripherie angeordnete, senkrechte öffnungen für die Zuführung von Sekundärluft zum Beaufschlagen der senkrechten Wände aufweist, und daß der Boden einen Vorsprung besitzt der die am Umfang jedes Brenners angeordneten Düsen umgibt

Auf diese Weise erzielt man eine gute Abkühlung der Wand.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Verbrennungskammer im senkrechten Axialschnitt, welche aus einem einzigen Brenner besteht,

F i g. 2 den Boden einer anderen Verbrennungskammer mit d-ei Brennern.

Die nachstehende Beschreibung bezieht sich zunächst auf Fig. 1. Die Anlage umfaßt eine Verbrennungskammer mit senkrechten Wänden, die als Ganzes mit 1 bezeichnet ist, und die in ihrem oberen Teil mit einem Kamin 3 mit natürlichem Zug verbunden ist. Ein Brenner und die Zuführungen für die Luft sind in dem Boden 11 der Verbrennungskammer 1 angeordnet.

Eine Leitung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, führt die Gase mit niedrigem Heizwert durch die Düse 13 eines Brenners 12, der ein Rohr 14 für die Zuführung der Primärluft aufweist, die durch einen Ventilator 21 geliefert wird, dessen Menge durch eine Blende 15 gemessen und durch eine Schließklappe 16 t>5 geregelt wird, die von einem Thermoelement 17 gesteuert wird, das die Temperatur in dem oberen Teil der Kammer 1. an den sich der Kamin 3 anschließt, mißt.

Die Sekundärluft wird in die Kammer durch die schrägen Düsen 18 eingeführt, die unter einem Winkel α von etwa 40° in Richtung auf die Flamme des Brenners konvergieren. Die Düsen 18 werden mit Luft von einem Windkasten 19 gespeist, der selbst mittels eines Ventilators, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, oder durch eine durch ein Ventil steuerbare Abzweigung von der Primärluftzuführung gespeist wird.

In dem einen wie auch in dem anderen Fall wird die Sekundärluftfördermenge mittels eines Thermoelementes 20 gesteuert

Die Steuervorrichtungen gewährleisten eine solche Regelung, daß bei Einführung der Gase mit einer Temperatur zwischen 600 und 900° C eine Begrenzung der Primärluft auf höchstens 80% des stöchiometrischen Mengenverhältnisses und die Zuführung der Sekundärluft in Überschuß erreichbar ist so daß die Flammtemperatur zwischen 1000 und 1300°C liegt Für eine Einführungstemperatur von 750° liegt die Flammentemperatur bei 1100°C.

Ein an der Peripherie liegender Vorsprung 10 verbessert die Richtbarkeit der Sekundirluft

Eine andere Menge Sekundärluft kann der Verbrennungskammer 1 durch öffnungen 22 zugeführt werden, die über die Peripherie des Bodens 11 verteilt sind. Diese Öffnungen sind vertikal so angeordnet, daß die Luft die dort hindurch in die Verbrennungskammer einströmt die senkrechten Wände so beaufschlagt, daß diese abgekühlt werden. Die öffnungen 22 sind vorteilhaft regelbar. Vorzugsweise dringt die Luft unter der Wirkung des Unterdruckes, der in der Kammer herrscht ein. Abweichend davon kann man die Luft diesen Öffnungen mittels eines Ventilators oder durch eine Abzweigung von dem Windkasten 19 zuführen.

Die Anlage kann durch alle üblichen Zusatzvorrichtungen, wie z. B. Anlaßbrenner, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, durch Meßzellen für die Flammen und durch andere übliche Sicherheitsvorrichtungen vervollständigt werden.

Versuche haben ergeben, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Pyrolysegase von 75O°C eine unsichtbare Emission in die Atmosphäre am Kaminausgang auftrat, die sogar nicht mal in einem Wasserdampfstreifen in Erscheinung trat.

In diesem Fall hatten die Gase einen unteren Heizwert die Eigenwärme einbegriffen, von 10900 KJ/kg bei 750°C. Die Verbrennung in der Kammer rief in der Gaszuführung einen Unterdruck von etwa 2 mbar, bei einem Unterdruck in der Verbrennungskammer von 3 mbar hervor. Das Verbrennungsverfahr ;n war sehr stabil mit einer Primärluftförderung von 18 000m³/h, einer zentralen Sekundärförderung von 22 000 mVh und einer Sekundärluftföroerung an der Peripherie von 20 000 mVh.

In der F i g. 2 ist eine Variante der Vorrichtung gemäß F i g. 1 dargestellt, die aber drei Brenner 12 aufweist. Die Bezugszeichen sind dieselben wie in der F i g. 1.

Es ist ersichtlich, daß das Verfahren eine Steuerung ergibt, die im folgenden wiederholt werden soll:

- die Verbrennungsluftmenge wird als Funktion der Temperatur gesteuert, die im oberen Teil der Verbrennungskammer gemessen wird,

— die Aufteilung zwischen Primärluft und Sekundärluft im Brenn-r wird als Funktion der Flammentemperatur geregelt. (Praktisch wird es leichter sein, sie als Funktion der Strahlungstemperatur der Wände im Nievau des Brenners zu regeln, da sie als

Temperaturbild der Flammentemperatur aufgefaßt werden kann),

die Sekundärluft, welche die Wände beaufschlagt, kann zusätzlich zu den zwei vorerwähnten Regelungen durch Einwirkung auf die öffnungen im Boden geregelt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur vollständigen Verbrennung von Gasen mit schwachem Heizwert, wie Reduktionsabgasen von Gasen mit starkem Heizwert und Nebenprodukten aus der Verkokung von Kohle, die bei hoher Temperatur und bei einem Druck anfallen, der in der Nähe des atmosphärischen Druckes liegt, in einer Verbrennungskammer unter Zuführung von Primärluft und Sekundärluft, wobei die Primärluft in unterstöchiometrischer Menge vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einführung der Gase in die Verbrennungskammer mit einer Temperatur zwischen 600 und 900⁰C folgende Schritte vorgesehen sind:

in Höhe der Gaszuführung wird in die Verbrennungskammer Primärluft in einer Menge, die höchstens 80% des stöchiometrischen Mengenverhältnisses tsträgt, eingeführt,

in der Nähe der Flammenbasis wird die Sekundärluft mit einem solchen Oberschuß zu dem stöchiometrischen Mengenverhältnis eingeführt, daß die Temperatur der praktisch ohne Turbulenz verbrennenden Medien zwischen 1000 und 1300° C liegt,
am Ende der Verbrennungskammer werden die Abgase durch natürlichen Kaminzug abgezogen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Sekundärluft durch öffnungen derart zugeführt wird, daß die Wände der Verbrennungskammer durch Beaufschlagung abgekühlt werden.

3. Verbrennungskammer in vertikaler Ausrichtung, deren oberer Teil mit einem Kamin verbunden ist und der Mittel zur Rege, jng der von einem Ventilator gelieferten Verbrennungsluftmenge in Abhängigkeit von der Temperatur in ihrem oberen Teil zugeordnet sind, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Boden (11), in dem mindestens ein Brenner (12) vorgesehen ist, der eine Gaszuführungsdüse (13) und ein Rohr (14) zur Zuführung von Primärluft aufweist, durch an der Peripherie jedes Brenners angeordnete Düsen (18) zur Zuführung von Sekundärluft, die gegen einen über dem Brenner (12) liegenden Punkt ausgerichtet sind, und durch Mittel zur Regelung der Aufteilung der Verbrennungsluftmenge auf Primärluft und auf Sekundärluft in Abhängigkeit von der Flammentemperatur.

4. Verbrennungskammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Peripherie des Bodens (11), zusätzlich zu den an der Peripherie jedes Brenners (12) angeordneten Düsen (18), senkrechte öffnungen (22) zur Zuführung von Sekundärluft vorgesehen sind.

5. Verbrennungskammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (11) einen Vorsprung (10) aufweist, der die an der Peripherie jedes Brenners (12) angeordneten Düsen (18) umgibt.