DE4116741C2 - Verfahren zur Verbrennung mehrerer Gasströme unterschiedlicher Zusammensetzung in einem Brenner und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Verbren­ nung mehrerer Gasströme unterschiedlicher Zusammensetzung in einem Brenner mit den im Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1 angegebenen Merkmalen und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE 38 06 379 C2 bekannt. Mit dieser bekannten Lösung ist es möglich, die Gasströme ohne großen regelungstechni­ schen Aufwand kontinuierlich auch bei einem Umschaltvorgang von einem Gasstrom auf einen anderen zu verbrennen, wobei durch die Einleitung der einzelnen Gasströme mit einem je­ weils gleichen Enthalpiestrom gewährleistet ist, daß beim Umschaltvorgang die Brennerflamme nicht verlöscht, d. h. das Angebot an brennbaren Substanzen pro Zeiteinheit bleibt im Brenner konstant, ohne daß in der Brennereinstellung Ände­ rungen vorgenommen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines gattungsgemä­ ßen Verfahrens und einer Vorrichtung zur Durchführung die­ ses Verfahrens, mit welchen die Gasströme mit noch geringe­ rem regelungstechnischen Aufwand ohne Veränderung der Bren­ nereinstellung kontinuierlich auch bei einem Umschaltvor­ gang von einem Gasstrom auf einen anderen verbrannt werden können.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs bezeich­ neten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Regelung der jeweiligen Durchflußmenge derart erfolgt, daß die Durchströmungsquerschnitte der als Hubventil ausgebildeten Durchflußregelgeräte für die Gasströme immer dasselbe Ver­ hältnis zueinander aufweisen und die Durchflußregelgeräte hinsichtlich der k_v-Werte, die die Durchflußmenge des je­ weiligen Gases unter Einheitsbedingungen als Funktion des Hubes angeben, aufeinander abgestimmt sind.

Dabei ist der k_v-Wert der Volumendurchflußwert in m³/h durch ein Drosselstellglied bei dem jeweiligen Hub unter Einheitsbedingungen, die durch den Druckabfall am Stellven­ til, Dichte und kinematische Zähigkeit des durchströmenden Mediums festgelegt sind. Diese Stoffkennwerte gelten für Wasser zwischen 5°C und 30°C mit genügender Genauigkeit, das des­ halb im allgemeinen zur Messung verwendet wird. Der Ein­ heitsdurchfluß ist dann (bei fester Durchflußrichtung) nur noch eine Funktion des Hubes h. Die Kennlinie k_v = f (h) ist die sogenannte Ventilkennlinie (siehe auch DE-Buch Lueger Lexikon der Technik, Band 13, 1968, Seite 555).

Mit diesem Verfahren läßt sich gegenüber der bekannten Lö­ sung der regelungstechnische Aufwand noch verringern. Dabei ist eine Verbindung der Durchflußregelgeräte so vorgesehen, daß die Durchströmungsquerschnitte immer das gleiche Ver­ hältnis aufweisen, d. h. der Quotient der Flächen ist in je­ dem Stellbereich gleich groß. Unter Abstimmung der k_v-Werte der Durchflußregelgeräte ist so gewährleistet, daß diese unter Berücksichtigung von Vordruck und Heizwert des Gases gleiche Energieströme durchlassen. Dazu ist weder eine Druckanpassung noch eine Regelung der Gasdurchsätze notwen­ dig, vielmehr ist für eine Veränderung der Durchflußmenge zur Einstellung einer anderen Brennerleistung lediglich ei­ ne Änderung des einen Durchströmungsquerschnittes nötig, wobei dann automatisch der Druchströmungsquerschnitt des anderen Durchflußregelgerätes in festem Verhältnis mitver­ ändert wird.

Mit der Vorrichtung wird die gestellte Aufgabe dadurch ge­ löst, daß die Durchströmungsquerschnitte der Durchflußre­ gelgeräte über ein gemeinsames Regelsignal immer dasselbe Verhältnis zueinander aufweisen und die Durchflußregelgerä­ te hinsichtlich der k_v-Werte aufeinander abgestimmt sind.

Durch diese Ausbildung wird auf besonders einfache Weise mit sehr geringem regelungstechnischen Aufwand ein einheit­ licher Enthalpiestrom für jeden Gasstrom erreicht. Das Ver­ hältnis der Durchströmungsquerschnitte ändert sich für die unterschiedlichen Gasströme nicht. Wird also ein größerer Gasdurchsatz eines Gasstromes eingestellt, so wird automa­ tisch ein entsprechender Gasdurchsatz für den anderen Gas­ strom vorgegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur ein vereinfachtes Verfahrensfließbild einer Anlage zum Verbrennen verschiedener Gasarten.

Diese Anlage weist eine Gaszuführleitung 1, z. B. für H₂- Abgas, eine Gaszuführleitung 2, z. B. für Erdgas, und eine Luftzuführleitung 3 auf. In der Gaszuführleitung 1 ist ein Absperrorgan 4 und in der Gaszuführleitung 2 ein Absperror­ gan 5 angeordnet. Diese Absperrorgane 4, 5 sind als Doppel­ absperrarmaturen mit Kolbenventilen ausgeführt.

Hinter dem Absperrorgan 4 in der Gaszuführleitung 1 und hinter dem Absperrorgan 5 in der Gaszuführleitung 2 ist je­ weils eine als Regelschieber ausgebildete Absperreinrich­ tung 6, 7 angeordnet. Dabei sind die Regelschieber 6, 7 über ein Gestänge 8 derart miteinander verbunden, daß je­ weils nur ein Regelschieber 6 oder 7 geöffnet ist, während der andere Regelschieber 7 oder 6 geschlossen ist.

Über eine Pumpe 9 wird Luft in die Luftzuführleitung 3 aus der Umgebung gefördert. Die Zuführleitungen 1, 2, 3 münden über je ein Durchflußregelgerät 10, 11, 12 in eine gemein­ same Leitung 13, welche in einen Brenner 14, z. B. für einen Hochtemperaturerhitzer, geführt ist.

In einem vorgeschalteten Prozeß, auf den es hier nicht nä­ her ankommt, werden Abgase unterschiedlicher Zusammen­ setzung, z. B. H₂-Abgas und Erdgas produziert, die vor der Abgabe in die Umgebung verbrannt werden sollen. Dazu wird das H₂-Abgas über die Gaszuführleitung 1 und das Erdgas über die Gaszuführleitung 2 in die Anlage gefördert.

Soll nun zunächst der Wasserstoff verbrannt werden, so ist das Absperrorgan 4 geöffnet, während das Absperrorgan 5 ge­ schlossen ist. Gleichzeitig ist über das Gestänge 8 der Re­ gelschieber 6 geöffnet und der Regelschieber 7 geschlossen. Der Wasserstoff wird über die Armaturen 4, 6 durch das Durchflußregelgerät 10 gefördert. Gleichzeitig wird durch die Pumpe 9 und das Durchflußregelgerät 12 Luft in die Lei­ tung 13 gepumpt. Dabei sind die Durchströmungsquerschnitte der Durchflußregelgeräte 10, 12 so eingestellt, daß ein stöchiometrisches Wasserstoff-Luft-Gemisch in der Leitung 13 entsteht. Über die Leitung 13 gelangt das Gemisch in den Brenner 14, in welchem es verbrannt wird.

Soll nun Erdgas verbrannt werden, so wird das Absperrorgan 5 und über das Gestänge 8 der Regelschieber 7 geöffnet und der Regelschieber 6 geschlossen. Anschließend wird das Ab­ sperrorgan 4 geschlossen, so daß kein weiteres H₂-Abgas in die Anlage eintreten kann.

Durch diesen Umschaltvorgang wird dem Brenner 14 ohne Un­ terbrechung kontinuierlich Gas zugeführt. Dabei ist die Durchflußmenge des Erdgases über das Durchflußregelgerät 11 so eingestellt, daß das sich in der Leitung 13 bildende Erdgas-Luft-Gemisch den gleichen Enthalpiestrom aufweist, wie das zuvor eingeleitete Wasserstoff-Luft-Gemisch.

Dies wird dadurch erreicht, daß die jeweilige Durchflußmen­ ge derart geregelt wird, daß die jeweiligen Durchströmungs­ querschnitte der Durchflußregelgeräte 10, 11 immer dasselbe Verhältnis aufweisen und die Durchflußregelgeräte 10, 11 hinsichtlich der k_v-Werte aufeinander abgestimmt sind.

Das bedeutet also, daß die Durchströmungsquerschnitte der Durchflußregelgeräte 10, 11 zwangsweise immer dasselbe Ver­ hältnis zueinander aufweisen, d. h. der Quotient der Flächen ist in jedem Stellbereich gleich groß. Dadurch ist gewähr­ leistet, daß ohne zusätzlichen regelungstechnischen Auf­ wand, auch bei Veränderung der Durchsatzmengen, jeweils der gleiche Enthalpiestrom in den Brenner eintritt, d. h. das Angebot an brennbaren Substanzen pro Zeiteinheit im Brenner bleibt konstant, ohne daß an der Brennereinstellung Ände­ rungen vorgenommen werden müssen. Dabei ist eine Kombina­ tion der Durchflußregelgeräte 10, 11, 12 günstig, bei der drei Ventile so miteinander gekoppelt und ausgelegt sind, daß jeweils das stöchiometrische Gas-Luftverhältnis vor­ liegt und gleiche Enthalpieströme gewährleistet sind.

Ohne Veränderung des Brenners 14 wird diesem somit kontinu­ ierlich der gleiche Enthalpiestrom zugeführt, ohne daß die Brennerflamme während des Umschaltvorganges erlöscht. Dazu sind im wesentlichen lediglich die Durchflußregelgeräte 10, 11 sowie 12 notwendig. Zur Erzeugung unterschiedlicher Wär­ meleistungen, d. h. unterschiedlicher Temperaturen im Bren­ ner 14, werden die Öffnungsquerschnitte der Durchflußregel­ geräte 10, 11, 12 mehr oder weniger geöffnet, so daß eine größere oder kleinere Gasmenge die Absperrorgane durchflie­ ßen kann. Das Verhältnis der Durchströmungsquerschnitte in den Durchflußregelgeräten 10, 11, 12 zueinander bleibt aber in jedem Verfahrenszustand erhalten bzw. bei gleichem Ver­ fahrenszustand gibt es in den Durchflußregelgeräten jeweils nur eine mit den anderen Absperrungen korrespondierende Stellung. Eine Druckanpassung bzw. Regelung der Gasdurch­ sätze ist nicht erforderlich. Es wird jeweils nur mit in den Leitungen 1 und 2 anstehenden Drücken gearbeitet, d. h. zur Erzeugung einer bestimmten Wärmeleistung wird durch entsprechendes Öffnen eines Durchflußregelgerätes 10, 11 ein bestimmter Enthalpiestrom eingestellt. Das andere Durchflußregelgerät ist dann zwangsweise so eingestellt, daß hierdurch derselbe Enthalpiestrom geführt wird.

In der Anlage können auch andere und mehr als zwei Gassor­ ten verbrannt werden. Voraussetzung für einen einwandfreien Betrieb der Anlage ist, daß die zu verbrennenden Gasströme jeweils nur geringe Schwankungen in der Zusammensetzung aufweisen, andernfalls würde sich der Regelaufwand der An­ lage vergrößern, da dann zunächst die jeweilige Gaszusam­ mensetzung gemessen werden müßte.

Claims (2)

1. Verfahren zur Verbrennung mehrerer Gasströme unterschiedli­ cher Zusammensetzung in einem Brenner, bei dem die Gasströ­ me abwechselnd dem Brenner einzeln kontinuierlich durch Regelung der jeweiligen Durchflußmenge über den Durchströ­ mungsquerschnitt eines Durchflußregelgerätes jeweils mit dem gleichen konstanten Enthalpiestrom zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der jeweiligen Durchflußmenge derart er­ folgt, daß die Durchströmungsquerschnitte der als Hubventil ausgebildeten Durchflußregelgeräte für die Gasströme immer daßelbe Verhältnis zueinander aufweisen und die Durchfluß­ regelgeräte hinsichtlich der k_v-Werte, die die Durchfluß­ menge des jeweiligen Gases unter Einheitsbedingungen als Funktion des Hubes angeben, aufeinander abgestimmt sind.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Gaszuführleitung (1, 2) für jeden Gasstrom mit je einer regelbaren Absperreinrichtung (6, 7), die derart mit­ einander gekoppelt sind, daß jeweils nur eine Absperrein­ richtung geöffnet ist, und mit einem in jeder Gaszuführlei­ tung (1, 2) angeordneten Durchflußregelgerät (10, 11) zur Einstellung des konstanten Enthalpiestromes des jeweiligen Gasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmungsquerschnitte der Durchflußregelgeräte (10, 11) über ein gemeinsames Regelsignal immer dasselbe Verhältnis zueinander aufweisen und die Durchflußregelgerä­ te (10, 11) hinsichtlich der k_v-Werte aufeinander abgestimmt sind.