EP0684428A2 - Device for injecting air into the combustion space of a flare burner and flare burner - Google Patents
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- EP0684428A2 EP0684428A2 EP95107841A EP95107841A EP0684428A2 EP 0684428 A2 EP0684428 A2 EP 0684428A2 EP 95107841 A EP95107841 A EP 95107841A EP 95107841 A EP95107841 A EP 95107841A EP 0684428 A2 EP0684428 A2 EP 0684428A2
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23G7/08—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases using flares, e.g. in stacks
- F23G7/085—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases using flares, e.g. in stacks in stacks
Definitions
- the invention relates to an injector, in particular for drawing in ambient air and blowing it into the combustion chamber of a torch burner according to the preambles of patent claims 1 and 4.
- the invention also relates to a torch burner according to the preamble of patent claim 16.
- the aim of the present invention is to provide an injector and a torch burner of the type mentioned at the outset, in which the delivery and mixing performance is optimized with comparatively large volume flows of the air with comparatively small volume flows of the propellant fluid by making the wall friction in the mixing area as possible reduced and an almost complete pulse of the propellant fluid is achieved in the intake air.
- the aim of the invention is to achieve an optimal and rapid mixing of air and propellant fluid with the least possible loss of momentum transfer from the propellant fluid to the air over the shortest possible path.
- a structurally particularly preferred embodiment which also leads to a particularly short overall length with optimal mixing performance, is defined by the features of the characterizing part of claim 3.
- the flow dead spaces according to the invention have the advantage that the spray jets trigger a backflow in the wall area, so that an intensive mixing of the propellant fluid with the inflowing air takes place around each individual spray jet.
- the air throughput and the mixture intensity can be improved by the measures according to claim 7.
- the arrangement of the injection openings for the propellant fluid in a shielded flow dead space also reduces the sound radiation to the outside in an advantageous manner.
- the wall friction of the spray jets generated by the propellant fluid can be minimized.
- air is drawn in essentially in the direction of a backflow against the main flow direction and is absorbed by the driving fluid from the wall side.
- the ring tube is preferably placed on the mixing area of the flow channel, not only allowing optimal mixing over a short distance, but also unimpeded, low-loss suction of air from a large part of the environment.
- the flow rate should not be increased either by convergence of the flow channel or the flow rate reduced by divergence of the flow channel. This results in an optimal and particularly low-loss mixing effect.
- a diffuser area downstream of the mixing area has proven to be advantageous.
- the vacuum in the mixing area is further increased and the insensitivity to pressure fluctuations in the air is increased.
- ratios of the throughput of ambient air to propellant fluid between 10 and 25 are possible.
- the diffuser area is also particularly advantageous to divide the diffuser area into at least two sections with the aid of baffles arranged in the direction of flow, since this improves the flow-retarding and pressure-building effect of the diffuser area, which in particular increases the widening angle of the diffuser and reduces the diffuser length.
- the crosswind sensitivity of the torch burner is significantly reduced.
- the low weight and small dimensions of the injector according to the invention facilitate installation and reduce the attacking wind forces and weight forces in the area of the combustion chamber located at a great height at the end of the chimney-like exhaust pipe, in which the actual combustion only takes place at minimal load, however, during the flaring of large amounts of flare gas there only an intensive mixing of flare gas and air / propellant fluid mixture takes place while the combustion takes place above the outlet opening.
- a windshield can improve cross wind sensitivity especially in the partial load range. Through optimized suction of the air from the environment, the throughput is improved even when a large number of injectors are arranged in a confined space.
- the noise emission of the torch burner is significantly reduced by the low-noise design of the injectors.
- the completeness of the combustion is promoted and thus the soot formation is reduced.
- water vapor As the driving fluid because it e.g. is already available in ethylene plants and still has a certain influence on the soot suppression process via the water gas reaction. Due to the staggered arrangement of the injectors, the mixture jets entering the combustion chamber act as a barrier for the flare gas supplied through the exhaust pipe. They are therefore mixture-promoting and there is an improvement in the combustion processes with regard to freedom from soot and burnout.
- the injectors according to the invention can be arranged in the cylindrical part of the torch burner. However, it is preferred to arrange them in a flared combustion chamber provided at the top of the exhaust pipe.
- the injectors are arranged at least perpendicular to the lateral surface of the conical combustion chamber and upwards at an angle of 30 to the central axis of the combustion chamber, this contributes to improving the homogeneous mixing of the combustion air into the flare gas with a suitable setting of the injector angle.
- the swirl distribution improves the combustion in that cold torch gas layers in the centrifugal field are carried to the outside because of their higher density, where they can come into intensive contact with the combustion air supplied there. With alternating swirls per circumference provided with injectors, the homogeneous mixing of the combustion air with the flare gas is further promoted.
- FIG. 9 shows the upper end of a torch burner 11, through which flue gas 32, which is arranged vertically outdoors and has a vertical central axis 34, flows upward in the direction of the arrows 38.
- flue gas 32 which is arranged vertically outdoors and has a vertical central axis 34
- an upwardly widening frustoconical peripheral wall 33 is attached to the circular cylindrical part below, the lower cross section of which is congruent with the adjacent upper cross section of the circular cylindrical part of the discharge pipe 32.
- the exhaust pipe 32 opens into the surrounding atmosphere 40.
- injectors 12 are arranged in two spaced-apart horizontal planes 41, 42 at uniform peripheral intervals, as will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 8.
- Pipelines 43 feed the injectors 12 with propellant steam, which has a pressure of 9 bar and a temperature of 450 ° C., for example.
- the injectors suck in ambient air in the direction of the curved arrows in FIG. 9 and blow it in perpendicularly to the peripheral wall 33 into the interior of the exhaust pipe 32, where it intersects with the flare gas 38.
- the combustible mixture of flare gas and combustion air supplied by the injectors 12 can thus be ignited by an ignition device (not shown) and the flare gas can be flared in the desired manner through the outlet cross-sectional area 39 into the atmosphere 40.
- the interior of the conically widening peripheral wall 33 thus represents a combustion chamber 13 from the lowest level 41, where combustion air is supplied.
- a first embodiment of an injector 12 comprises an annular tube 21 with a circular cross section and interior 49, which is placed on the upper annular inlet end 29 of the wall 26 of a flow channel 16 and is fastened there, for example by welding.
- the annular input end face 29 is located somewhat radially within the diameter 45 of the circular cross section of the ring tube 21, which runs parallel to the central axis 44 of the injector 12.
- At an angle of 45 to the diameter 45 with respect to the circular central axis 46 of the ring tube 21 are around the central axis 44 in the annular tube 21 there are injection openings 17 through which the driving steam supplied through the pipeline 43 can be introduced into the flow channel 16 in the direction of the arrows shown in the injection openings 17.
- the flow channel wall 26 Starting from the front face 29, the flow channel wall 26 initially tapers like a nozzle until finally in the cross-sectional plane 47 the generators of the wall run parallel to the central axis 44, which at the same time corresponds to the main flow direction 36 indicated by an arrow.
- An area is thus formed with a circular-cylindrical wall 26 'which is concentric with the central axis 44.
- the part which tapers like a nozzle could also be designed as a truncated cone, to which the wall 26 'adjoins.
- the diffuser area 18 could also be in the form of a truncated cone, i.e. be formed with rectilinear generators.
- the mixing tube 19 adjoins the annular tube 21 concentrically with the central axis 34, which consists of a convexly converging region 19 'and an area 19' 'having a wall 26' parallel to the central axis 44, and a diffuser region 18.
- the injector 12 With the outlet end face 20 in front, the injector 12 is inserted into suitable bores 50 in the peripheral wall 33 according to Fig. 9 and fastened there by welding.
- the upper horizontal plane of the ring tube 21 in Fig. 1 forms an air suction opening 15 through which, according to the curved arrows in Fig Fig. 9 is drawn in after the installation in the torch burner 11 ambient air.
- a wall piece 25 extends between the radially outer edge 27 of the injection openings 17 and the input end face 29 of the flow channel wall 26, the length of which in the circumferential direction should be somewhat larger than the diameter of the injection openings 17.
- a flow dead space 22 preferably emerges outward from the injection openings 17, so that the motive steam emerging from the injection openings 17 first enters the dead space 22 and only from there into the air flow indicated by the air intake opening 15 from above in the direction of the arrows reached.
- baffles 30 are arranged distributed over the circumference, which run with their planes parallel to the main flow direction 36 and can be attached all around radially on the inside to a streamlined body 31 arranged concentrically to the central axis 44.
- the initial speed of the spray jets 23 in the order of magnitude of 600 m / s drops to 200 m / s in the mixing area 19 and is approximately 70 m / s at the outlet end face 20.
- FIG. 2 shows an embodiment in which, compared to FIG. 1, a mixing region 19 is arranged with a continuously circular cylindrical wall 26 ′ concentric with the circular ring tube 21 and the central axis 44.
- the walls 26 'of the preferred mixing area 19 meet approximately perpendicularly to the lower tangent of the circular cross section of the ring tube 21.
- the angle 0 is shown exaggeratedly large; it preferably has a size between 5 and 20 °.
- the central axis 44 'of the diffuser area 18 is not aligned with the central axis 44 of the mixing area 19, but is angled at a small angle of 15 to 20 relative to the latter.
- the connection face 37 of the mixing region 19 is not arranged vertically, but rather at approximately half the angle 0 to the central axis 44.
- the corresponding inlet end face of the diffuser area 18 has half the angle 0 to its central axis 44 '.
- the angle of the diffuser area 18 according to FIG. 2 has the sense that when this injector 12 is attached to a torch burner according to FIG. 9, the mixing area 19 can also be oriented approximately horizontally if the diffuser area 18 widens conically as shown in FIG. 9 Circumferential wall 33 is inserted.
- Fig. 3 shows that the ring tube 21 can also have a semicircular cross section, which is placed on the wall 26 'of the circular-cylindrical mixing area 19 running parallel to the central axis 44, that the flat peripheral wall area 21 "of the ring tube 21 with the wall 26' in 3, so that in the embodiment according to FIG. 3 radial protrusion of the ring tube 21 outwards beyond the mixing region 19 is avoided.
- annular tube 21 provided with a fully circular cross section is composed of straight tube sections 21 'to form a polygonal arrangement.
- the angle 0 of this embodiment to the wall 26 'or to the central axis 44 is also between 5 and 20 ° in the embodiment according to FIG. 5.
- the distance a of the central axis of the injection opening 17 from the wall 26 ' corresponds to the thickness b of the wall 26'.
- the annular tube 21 provided with a circular cross section, the mixing region 19 and the diffuser region 18 have the same central axis 44.
- Ring arrangements of injection openings 17 are provided in axially superimposed planes 24, 24 ', which run perpendicular to the central axis 44 and thus define spray jets entering the mixing region 19 at different angles to the central axis 44.
- the axes of the injection openings 17 can run perpendicular to the tangent to the cross section of the ring tube 21 at the point where the opening in question is located. However, it is preferred if these axes are inclined somewhat in the direction of the wall 26 in such a way that the spray jets 23 have a smaller angle to the central axis 44 than when they exit vertically. However, the angle in question must remain different from zero.
- a further embodiment is illustrated on the right of the central axis 44 in FIG. 8, in which bores 53 are provided directly under the ring tube 21 in the circular cylindrical wall and are distributed uniformly over the entire circumference.
- recesses 53 ', 53 "and 53'” can also be provided in the upper end face 29 of the flow channel wall 26, which is approximately semicircular either in a radial view according to FIG. 8a 8b are designed triangularly or trapezoidally according to FIGS. 8, 8c.
- additional air intake openings 53, 53 ', 53 "and / or 53'" are arranged as shown to the right of the central axis 44 in FIG. 8 (where one embodiment of the additional air intake openings 53 in solid lines and a further embodiment (53 ') in dashed lines is shown) or in FIGS. 8a, 8b and 8c, additional outside air is sucked in, which mixes with the air-propellant mixture flowing back in the flow channel 16 and increases the total air throughput.
- level profile which has not yet been fully balanced there, is indicated schematically in level 51.
- level 51 At the connection end face 37 for the diffuser area 18, however, there is already a largely uniform speed profile 52 over the entire cross section of the flow channel 16. In the diffuser area 13, only the speed of the air flow mixed with motive steam is then reduced to such a value as is desired for blowing into the combustion chamber 13 according to FIG. 9.
- the ring tube 21 can be circular or polygonal.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Injektor insbesondere zum Ansaugen von Umgebungsluft und Einblasen in den Verbrennungsraum eines Fackelbrenners nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 4. Außerdem hat die Erfindung einen Fackelbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16 zum Gegenstand.The invention relates to an injector, in particular for drawing in ambient air and blowing it into the combustion chamber of a torch burner according to the preambles of
Es ist bereits bekannt, Umgebungsluft und ein Treibfluid in einer in der Regel gerade verlaufenden Mischstrecke eines rohrförmigen Leitungsabschnittes dadurch miteinander zu vermischen, daß von dem mit deutlich höherer Geschwindigkeit strömenden Treibfluid die Umgebungsluft angesaugt wird und auf der Mischstrecke eine Vermischung stattfindet.It is already known to mix ambient air and a propellant fluid in a generally straight mixing section of a tubular line section in that the ambient air is sucked in by the propellant fluid flowing at a significantly higher speed and mixing takes place on the mixing section.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Injektor und einen Fackelbrenner der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei denen die Förder- und Mischleistung bei vergleichsweise großen Volumenströmen der Luft mit vergleichsweise geringen Volumenströmen des Treibfluids dadurch optimiert wird, daß die Wandreibung in dem Mischbereich möglichst reduziert und eine nahezu vollständige Impulsabgabe des Treibfluids an die angesaugte Luft erzielt wird. Mit anderen Worten will die Erfindung auf einer möglichst kurzen Wegstrecke eine optimale und schnelle Durchmischung von Luft und Treibfluid unter möglichst verlustarmer Impulsübertragung vom Treibfluid auf die Luft erreichen.The aim of the present invention is to provide an injector and a torch burner of the type mentioned at the outset, in which the delivery and mixing performance is optimized with comparatively large volume flows of the air with comparatively small volume flows of the propellant fluid by making the wall friction in the mixing area as possible reduced and an almost complete pulse of the propellant fluid is achieved in the intake air. In other words, the aim of the invention is to achieve an optimal and rapid mixing of air and propellant fluid with the least possible loss of momentum transfer from the propellant fluid to the air over the shortest possible path.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 vorgesehen. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen entnimmt man dem Anspruch 2. Wesentlicher Erfindungsgedanke ist es also, daß die Ausdehnung des Strömungstotraumes im Bereich der Einblasöffnungen insbesondere zwischen Einblasöffnungen und Strömungskanalwand größer als der Querschnitt der Einblasöffnungen ist.To achieve this object, the features of the characterizing part of
Eine baulich besonders bevorzugte Ausführungsform, die außerdem zu einer besonders kurzen Baulänge bei optimaler Mischleistung führt, ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 3 definiert.A structurally particularly preferred embodiment, which also leads to a particularly short overall length with optimal mixing performance, is defined by the features of the characterizing part of claim 3.
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Weiterbildung sind in den Patentansprüchen 4 bis 7 angegeben.Preferred embodiments of this development are specified in claims 4 to 7.
Erfindungsgemäß wird also eine erhebliche Reduzierung der Reibungsverluste der angesaugten Umgebungsluft dadurch erzielt, daß die Mündung des Einlaufs gerundet ist und auf diese Weise Strömungsablösungen weitestgehend vermieden werden. Die erfindungsgemäßen Strömungstoträume bringen den Vorteil, daß die Sprühstrahlen dort eine Rückströmung im Wandbereich auslösen, so daß eine intensive Vermischung des Treibfluids mit der einströmenden Luft rund um jeden einzelnen Sprühstrahl stattfindet. Der Luftdurchsatz und die Mischungsintensität können durch die Maßnahmen nach Anspruch 7 verbessert werden.According to the invention, a considerable reduction in the frictional losses of the ambient air drawn in is achieved in that the mouth of the inlet is rounded and flow separations are largely avoided in this way. The flow dead spaces according to the invention have the advantage that the spray jets trigger a backflow in the wall area, so that an intensive mixing of the propellant fluid with the inflowing air takes place around each individual spray jet. The air throughput and the mixture intensity can be improved by the measures according to claim 7.
Die Anordnung der Einblasöffnungen für das Treibfluid in einem abgeschirmten Strömungstotraum setzt auch die Schallabstrahlung nach außen in vorteilhafter Weise herab.The arrangement of the injection openings for the propellant fluid in a shielded flow dead space also reduces the sound radiation to the outside in an advantageous manner.
Die Ausführungsformen nach Anspruch 4 haben folgende Vorteile:
- Der Ansaugquerschnitt durch die Eckbereiche des Polygons vergrößert und damit der Durchsatz an Umgebungsluft gesteigert wird, wobei wenigstens eine Einblasöffnung im Bereich der Mitte jedes Rohrschusses vorgesehen sein soll, weil dort die größte Nähe zum Zentrum des Umgebungsluftstromes vorliegt. Hierdurch wird die homogene Beaufschlagung und Vermischung des Treibfluids mit der Luft wesentlich begünstigt. Als Einblasöffnungen für das Treibfluid aus dem Ringrohr dienen im einfachsten Fall und baulich besonders vorteilhaft zylindrische Bohrungen. Eingesetzte Düsen können den Wirkungsgrad der Sprühstrahlen erhöhen. Durch Verwendung von Laval-Düsen wird eine maximale Umsetzung von Druckenergie des Treibfluids in der Förderung der Luft dienende Bewegungsenergie der Sprühstrahlen erzielt. Bei Anordnung der Einblasöffnungen in mehreren Ebenen wird eine Verbesserung der homogenen Einmischung und Impulsübertragung der Sprühstrahlen auf die Luft erzielt. Entsprechend könnte auf dem erfindungsgemäßen Ringrohr ein zweites Ringrohr angeordnet sein, wodurch ebenfalls zwei axial beabstandete Ringe von Einblasöffnungen für das Treibfluid zur Verfügung gestellt werden können. Insbesondere bei mehreren übereinander angeordneten Einblasöffnungs-Ebenen kann die Richtung der Achsen der Einblasöffnungen von der Senkrechten zur Tangente an den Querschnitt des Ringrohres am Ort der betreffenden Einblasöffnung mehr in Richtung zur Wand hin abweichen, damit die Sprühstrahlen keinen zu großen Winkel mit der Mittelachse einschließen.
- The intake cross section through the corner areas of the polygon is increased and thus the throughput of ambient air is increased, with at least one injection opening being provided in the area of the center of each pipe section because the closest proximity to the center of the ambient air flow is present there. As a result, the homogeneous application and mixing of the propellant fluid with the air is significantly favored. In the simplest case and structurally particularly advantageous, cylindrical bores serve as blowing openings for the driving fluid from the ring tube. The nozzles used can increase the efficiency of the spray jets. By using Laval nozzles, a maximum conversion of pressure energy of the propellant fluid in the promotion of the air-serving kinetic energy of the spray jets is achieved. If the injection openings are arranged on several levels, an improvement in the homogeneous mixing and impulse transmission of the spray jets into the air is achieved. Correspondingly, a second ring pipe could be arranged on the ring pipe according to the invention, whereby two axially spaced rings of injection openings can also be provided for the propellant fluid. In particular when there are several superimposed injection opening levels, the direction of the axes of the injection openings can deviate from the vertical to the tangent to the cross section of the ring tube at the location of the injection opening in question towards the wall, so that the spray jets do not form too large an angle with the central axis.
Durch weitestgehende Vermeidung des Wandkontaktes kann eine Minimierung der Wandreibung der vom Treibfluid erzeugten Sprühstrahlen erzielt werden. In besonders vorteilhafter Weise wird in dem Bereich, wo der Wandkontakt der Sprühstrahlen vermieden wird, im Sinne einer Rückströmung Luft im wesentlichen entgegen der Hauptströmungsrichtung angesaugt und von der Wandseite her vom Treibfluid aufgenommen.By largely avoiding wall contact, the wall friction of the spray jets generated by the propellant fluid can be minimized. In a particularly advantageous manner, in the area where the spray jets are avoided from the wall, air is drawn in essentially in the direction of a backflow against the main flow direction and is absorbed by the driving fluid from the wall side.
Bevorzugt ist das Ringrohr auf den Mischbereich des Strömungskanals aufgesetzt, wobei nicht nur eine optimale Durchmischung auf kurzer Strecke, sondern auch eine ungehinderte, verlustarme Ansaugung von Luft aus einem Großteil der Umgebung ermöglicht wird. Bevorzugt ist es allerdings, wenn die vorzugsweise parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Wände des Mischbereiches unter einem Winkel von 90 auf die Tangente an den Querschnitt des Ringrohres an der Berührungsstelle von Wand und Ringrohr auftreffen.The ring tube is preferably placed on the mixing area of the flow channel, not only allowing optimal mixing over a short distance, but also unimpeded, low-loss suction of air from a large part of the environment. However, it is preferred if the preferred Walls of the mixing area running parallel to the main flow direction meet the tangent to the cross section of the ring tube at the point of contact of the wall and ring tube at an angle of 90.
Besonders bevorzugt sind die Ausführungsformen nach den Patentansprüchen 5 und 6. So soll im Mischbereich weder durch Konvergenz des Strömungskanals eine Strömungsgeschwindigkeitserhöhung noch durch Divergenz des Strömungskanals eine Strömungsgeschwindigkeitsreduzierung erfolgen. Dadurch wird ein optimaler und besonders verlustarmer Mischeffekt erzielt.The embodiments according to patent claims 5 and 6 are particularly preferred. In the mixing region, the flow rate should not be increased either by convergence of the flow channel or the flow rate reduced by divergence of the flow channel. This results in an optimal and particularly low-loss mixing effect.
Zur Erhöhung des Durchsatzes an Luft bei konstantem Durchsatz des Treibfluids erweist sich ein dem Mischbereich nachgeschalteter Diffusorbereich als vorteilhaft. Hierdurch wird weiterhin der Unterdruck im Mischbereich erhöht und die Unempfindlichkeit gegenüber Druckschwankungen der Luft gesteigert. Bei einer Anordnung mit nachgeschaltetem Diffusor sind Verhältnisse des Durchsatzes von Umgebungsluft zu Treibfluid zwischen 10 und 25 möglich.In order to increase the throughput of air with constant throughput of the propellant fluid, a diffuser area downstream of the mixing area has proven to be advantageous. As a result, the vacuum in the mixing area is further increased and the insensitivity to pressure fluctuations in the air is increased. In an arrangement with a downstream diffuser, ratios of the throughput of ambient air to propellant fluid between 10 and 25 are possible.
Von besonderem Vorteil ist weiter die Unterteilung des Diffusorbereichs in mindestens zwei Sektionen mit Hilfe von in Strömungsrichtung angeordneten Leitblechen, da hierdurch die strömungsverzögernde und druckaufbauende Wirkung des Diffusorbereiches verbessert wird, wodurch insbesondere der Erweiterungswinkel des Diffusors vergrößert und die Diffusorlänge verringert werden kann.It is also particularly advantageous to divide the diffuser area into at least two sections with the aid of baffles arranged in the direction of flow, since this improves the flow-retarding and pressure-building effect of the diffuser area, which in particular increases the widening angle of the diffuser and reduces the diffuser length.
Von besonderem Vorteil ist die Anwendung der Erfindung bei einem Fackelbrenner nach Anspruch 8. Bei dieser Anwendung wird die Seitenwindempfindlichkeit des Fackelbrenners wesentlich herabgesetzt. Ferner erleichtern geringes Gewicht und kleine Abmessungen des erfindungsgemäßen Injektors den Einbau und reduzieren die angreifenden Windkräfte und Gewichtskräfte im Bereich des in großer Höhe am Ende des kaminartigen Abzugsrohrs angeordneten Verbrennungsraums, in welchem die eigentliche Verbrennung jedoch nur bei Minimallast stattfindet, während beim Abfackeln größerer Fackelgasmengen dort nur eine intensive Vermischung von Fackelgas und Luft/Treibfluid-Gemisch stattfindet, während die Verbrennung oberhalb der Austrittsöffnung erfolgt. Ein Windschild kann die Seitenwindempfindlichkeit besonders im Teillastbereich noch verbessern. Durch optimierte Ansaugung der Luft aus der Umgebung wird der Durchsatz auch bei Anordnung von sehr vielen Injektoren auf engstem Raum verbessert. Die Lärmemission des Fackelbrenners wird durch die lärmarme Ausführung der Injektoren deutlich reduziert. Außerdem wird die Vollständigkeit der Verbrennung gefördert und somit die Rußbildung reduziert.Of particular advantage is the use of the invention in a torch burner according to claim 8. In this application, the crosswind sensitivity of the torch burner is significantly reduced. Furthermore, the low weight and small dimensions of the injector according to the invention facilitate installation and reduce the attacking wind forces and weight forces in the area of the combustion chamber located at a great height at the end of the chimney-like exhaust pipe, in which the actual combustion only takes place at minimal load, however, during the flaring of large amounts of flare gas there only an intensive mixing of flare gas and air / propellant fluid mixture takes place while the combustion takes place above the outlet opening. A windshield can improve cross wind sensitivity especially in the partial load range. Through optimized suction of the air from the environment, the throughput is improved even when a large number of injectors are arranged in a confined space. The noise emission of the torch burner is significantly reduced by the low-noise design of the injectors. In addition, the completeness of the combustion is promoted and thus the soot formation is reduced.
Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Fackelbrenners sind durch die Ansprüche 9 und 10 gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the torch burner according to the invention are characterized by claims 9 and 10.
Vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Wasserdampf als Treibfluid, weil er z.B. in Ethylen-Anlagen ohnehin zur Verfügung steht und über die Wassergasreaktion noch einen gewissen Einfluß auf den Rußunterdrückungsvorgang hat. Durch die versetzte Anordnung der Injektoren wirken die aus ihnen in den Verbrennungsraum eintretenden Gemischstrahlen als Sperrgitter für das durch das Abzugsrohr zugeleitete Fackelgas. Sie sind somit mischungsfördernd, und es erfolgt eine Verbesserung der Verbrennungsvorgänge in bezug auf Rußfreiheit und Ausbrand.It is advantageous to use water vapor as the driving fluid because it e.g. is already available in ethylene plants and still has a certain influence on the soot suppression process via the water gas reaction. Due to the staggered arrangement of the injectors, the mixture jets entering the combustion chamber act as a barrier for the flare gas supplied through the exhaust pipe. They are therefore mixture-promoting and there is an improvement in the combustion processes with regard to freedom from soot and burnout.
Grundsätzlich können die erfindungsgemäßen Injektoren im zylindrischen Teil des Fackelbrenners angeordnet werden. Bevorzugt ist jedoch ihre Anordnung in einem oben am Abzugsrohr vorgesehenen, sich konisch erweiternden Verbrennungsraum.In principle, the injectors according to the invention can be arranged in the cylindrical part of the torch burner. However, it is preferred to arrange them in a flared combustion chamber provided at the top of the exhaust pipe.
Wenn die Injektoren mindestens senkrecht zur Mantelfläche des konischen Verbrennungsraumes und bis zu einem Winkel von 30 zur Mittelachse des Verbrennungsraums nach oben gerichtet angeordnet sind, trägt dies zur Verbesserung der homogenen Einmischung der Verbrennungsluft in das Fackelgas bei geeigneter Einstellung des Injektorwinkels bei.If the injectors are arranged at least perpendicular to the lateral surface of the conical combustion chamber and upwards at an angle of 30 to the central axis of the combustion chamber, this contributes to improving the homogeneous mixing of the combustion air into the flare gas with a suitable setting of the injector angle.
Die Drallerteilung verbessert die Verbrennung dadurch, daß kalte Fackelgasschichten im Zentrifugalfeld aufgrund ihrer höheren Dichte in die Randzone nach außen getragen werden, wo sie intensiv mit der dort zugeführten Verbrennungsluft in Kontakt kommen können. Bei wechselsinnigem Drall pro mit Injektoren versehenem Umfang wird die homogene Vermischung der Verbrennungsluft mit dem Fackelgas weiter begünstigt.The swirl distribution improves the combustion in that cold torch gas layers in the centrifugal field are carried to the outside because of their higher density, where they can come into intensive contact with the combustion air supplied there. With alternating swirls per circumference provided with injectors, the homogeneous mixing of the combustion air with the flare gas is further promoted.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
- Fig. 1 eine schematische axiale Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines Injektors gemäß der Erfindung,
- Fig. 2 eine entsprechende, noch stärker schematisierte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors,
- Fig. 3 einen stark schematisierten Schnitt nur durch den Mischbereich einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors,
- Fig. 4 eine schematische Schnittansicht des mit einem polygonalen Ringrohr versehenen Mischbereiches einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors,
- Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt nach Linie V-V in Fig.4,
- Fig. 6 einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Injektors mit zwei Ringanordnungen von Einblasöffnungen,
- Fig. 7 eine Teildraufsicht des Gegenstandes der Fig. 6 bei teilweise aufgebrochenem Ringrohr,
- Fig. 8 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform zur Erläuterung der Wirkungen eines erfindungsgemäßen Injektors, wobei links und rechts der Mittelachse verschiedene Ausführungsformen dargestellt sind, die
- Fig. 8a, 8b und 8c verschiedene weitere Ausführungsformen für die Ausbildung und Anordnung der Zusatzluftansaugöffnungen, und
- Fig. 9 einen Axialschnitt durch den oberen Bereich eines Fackelbrenners, an welchem Injektoren nach einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele angeordnet sind.
- 1 is a schematic axial sectional view through a first embodiment of an injector according to the invention,
- 2 shows a corresponding, even more schematic sectional view of a further embodiment of an injector according to the invention,
- 3 shows a highly schematic section only through the mixing area of a further embodiment of an injector according to the invention,
- 4 shows a schematic sectional view of the mixing region provided with a polygonal ring tube of a further embodiment of an injector according to the invention,
- 5 shows an enlarged section along line VV in FIG. 4,
- 6 shows an axial section of a further embodiment of an injector according to the invention with two ring arrangements of injection openings,
- 7 is a partial plan view of the object of FIG. 6 with a partially broken ring tube,
- 8 shows a sectional view of a further embodiment to explain the effects of an injector according to the invention, different embodiments being shown on the left and right of the central axis
- Fig. 8a, 8b and 8c various other embodiments for the formation and arrangement of the additional air intake openings, and
- 9 shows an axial section through the upper region of a torch burner, on which injectors are arranged according to one of the preceding exemplary embodiments.
Fig. 9 zeigt das obere Ende eines Fackelbrenners 11, durch dessen vertikal im Freien angeordnetes, eine vertikale Mittelachse 34 aufweisendes Abzugsrohr 32 Fackelgas in Richtung der Pfeile 38 aufwärts strömt. Im oberen Endbereich des Abzugsrohres 32 ist eine sich nach oben erweiternde kegelstumpfförmige Umfangswand 33 an den darunter kreiszylindrischen Teil angesetzt, deren unterer Querschnitt mit dem angrenzenden oberen Querschnitt des kreiszylindrischen Teils des Abzugsrohrs 32 kongruent ist. Im Bereich des größten oberen Querschnitts 39 mündet das Abzugsrohr 32 in die umgebende Atmosphäre 40.FIG. 9 shows the upper end of a
Entlang des Umfanges der Umfangswand 33 sind in zwei im Abstand übereinanderliegenden Horizontalebenen 41, 42 in gleichmäßigen peripheren Abständen erfindungsgemäße Injektoren 12 angeordnet, wie sie im folgenden anhand der Fig. 1 bis 8 im einzelnen beschrieben werden.Along the circumference of the
Durch Rohrleitungen 43 werden die Injektoren 12 mit Treibdampf beschickt, der beispielsweise einen Druck von 9 bar und eine Temperatur von 450 ° C aufweist. Hierdurch saugen die Injektoren in Richtung der gekrümmten Pfeile in Fig. 9 Umgebungsluft an und blasen diese senkrecht zur Umfangswand 33 in das Innere des Abzugsrohres 32 ein, wo sie sich mit dem Fackelgas 38 kreuzt. Durch eine nicht dargestellte Zündvorrichtung kann somit das brennbare Gemisch von Fackelgas und durch die Injektoren 12 zugeführter Verbrennungsluft entzündet werden und das Fackelgas in der erwünschten Weise durch die AustrittsQuerschnittsfläche 39 hindurch in die Atmosphäre 40 abgefackelt werden.
Das Innere der sich konisch erweiternden Umfangswand 33 stellt somit ab der untersten Ebene 41, wo Verbrennungsluft zugeführt wird, einen Verbrennungsraum 13 dar.The interior of the conically widening
In den folgenden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszahlen entsprechende Bauelemente wie in Fig. 9.In the following figures, the same reference numbers denote corresponding components as in FIG. 9.
Nach Fig. 1 umfaßt eine erste Ausführungsform eines Injektors 12 ein Kreisringrohr 21 mit kreisförmigem Querschnitt und Innenraum 49, welches auf die obere kreisringförmige Eingangsstirnseite 29 der Wand 26 eines Strömungskanals 16 aufgesetzt und dort beispielsweise durch Schweißen befestigt ist. Die ringförmige Eingangsstirnseite 29 befindet sich etwas radial innerhalb des parallel zur Mittelachse 44 des Injektors 12 verlaufenden Durchmessers 45 des kreisförmigen Querschnitts des Ringrohres 21. Etwa unter einem Winkel von 45 zum Durchmesser 45 bezogen auf die kreisförmige Mittelachse 46 des Ringrohres 21 sind rund um die Mittelachse 44 im Ringrohr 21 Einblasöffnungen 17 vorgesehen, durch welche in Richtung der in den Einblasöffnungen 17 gezeigten Pfeile der durch die Rohrleitung 43 zugeführte Treibdampf in den Strömungskanal 16 eingeleitet werden kann.1, a first embodiment of an
Ausgehend von der Eingangsstirnseite 29 verjüngt sich die Strömungskanalwand 26 zunächst düsenartig bis schließlich in der Querschnittsebene 47 die Erzeugenden der Wand parallel zur Mittelachse 44 verlaufen, die gleichzeitig der durch einen Pfeil angedeutete Hauptströmungsrichtung 36 entspricht. So wird ein Bereich mit einer kreiszylindrischen, zur Mittelachse 44 konzentrischen Wand 26' gebildet. Die Wand 26' erstreckt sich in Hauptströmungsrichtung 36 weiter bis zu einer Anschlußstirnseite 37, an die ein Diffusor 48 angesetzt ist. Der sich düsenartig verjüngende Teil könnte auch als Kegelstumpf ausgebildet sein, an den sich die Wand 26' anschließt. Ebenso könnte auch der Diffusorbereich 18 nach Art eines Kegelstumpfes, d.h. mit geradlinigen Erzeugenden ausgebildet sein.Starting from the
Auf diese Weise schließen sich in Hauptströmungsrichtung 36 an das Ringrohr 21 konzentrisch zur Mittelachse 34 ein Mischbereich 19, der aus einem konvex konvergierenden Bereich 19' und einem eine zur Mittelachse 44 parallele Wand 26' aufweisenden Bereich 19" besteht, und ein Diffusorbereich 18 an. Mit der Austrittsstirnfläche 20 voran wird der Injektor 12 in geeignete Bohrungen 50 in der Umfangswand 33 nach Fig. 9 eingesetzt und dort durch Schweißen befestigt. Die in Fig. 1 obere Horizontalebene des Ringrohrs 21 bildet eine Luftansaugöffnung 15, durch die gemäß den gekrümmten Pfeilen in Fig. 9 nach dem Einbau in den Fackelbrenner 11 Umgebungsluft angesaugt wird.In this way, in the
Nach Fig. 1 erstreckt sich zwischen dem radial äußeren Rand 27 der Einblasöffnungen 17 und der Eingangsstirnseite 29 der Strömungskanalwand 26 noch ein Wandstück 25, dessen Länge in Umfangsrichtung etwas größer als der Durchmesser der Einblasöffnungen 17 sein soll.According to FIG. 1, a
Aufgrund der beschriebenen Anordnung entsteht vorzugsweise nach außen anschließend an die Einblasöffnungen 17 ein Strömungstotraum 22, so daß der aus den Einblasöffnungen 17 austretende Treibdampf zunächst in den Totraum 22 und erst von diesem aus in die durch die Luftansaugöffnung 15 von oben in Richtung der Pfeile angedeutete Luftströmung gelangt.Because of the arrangement described, a flow
Besonders wichtig für eine einwandfreie Übertragung des Impulses des mit hoher Geschwindigkeit durch die Einlaßöffnungen 17 eintretenden Treibdampfes ist nicht nur der Strömungstotraum 22, sondern auch der mit parallel zur Mittelachse 44 verlaufenden Wänden 26' versehene Teil 19" des Mischbereiches 19.Not only the
In den Diffusor 48 sind über den Umfang verteilt vier Leitbleche 30 angeordnet, die mit ihren Ebenen parallel zur Hauptströmungsrichtung 36 verlaufen und rundum radial innen an einem konzentrisch zur Mittelachse 44 angeordneten Stromlinienkörper 31 befestigt sein können.In the
Die Anfangsgeschwindigkeit der Sprühstrahlen 23 in der Größenordnung von 600 m/s sinkt im Mischbereich 19 auf 200 m/s ab und beträgt an der Austrittsstirnfläche 20 ca. 70 m/s.The initial speed of the
Bevorzugte Werte für die in Fig. 1 gezeigten Parameter bzw. deren Verhältnisse sind wie folgt:
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der gegenüber Fig.1 ein Mischungsbereich 19 mit einer durchgehend kreiszylindrischen, zum kreisförmigen Ringrohr 21 und zur Mittelachse 44 konzentrischen Wand 26' angeordnet ist. Nach Fig. 2 stoßen die Wände 26' des bevorzugten Mischungsbereiches 19 annähernd senkrecht auf die untere Tangente des kreisförmigen Querschnittes des Ringrohres 21.FIG. 2 shows an embodiment in which, compared to FIG. 1, a mixing
Wichtig bei dieser Ausführungsform ist nicht nur der deutliche Abstand a der Einblasöffnungen 17 von der Wand 26', sondern auch der Winkel 0, unter welchem die durch den aus den Einblasöffnungen 17 austretenden Treibdampf erzeugten Sprühstrahlen 23 relativ zur Mittelachse 44 bzw. den Erzeugenden der Wand 26' verlaufen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Winkel 0 übertrieben groß dargestellt; er hat bevorzugt eine Größe zwischen 5 und 20°.Important in this embodiment is not only the clear distance a of the
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Ausführungsform nach Fig.2 besteht darin, daß die Mittelachse 44' des Diffusorbereiches 18 nicht mit der Mittelachse 44 des Mischbereiches 19 ausgerichtet ist, sondern um einen kleinen Winkel von 15 bis 20 gegenüber dieser abgewinkelt ist. Um einen möglichst kontinuierlichen Strömungsübergang zu erhalten, ist die Anschlußstirnseite 37 des Mischungsbereiches 19 nicht senkrecht, sondern etwa unter dem halben Winkel 0 zur Mittelachse 44 angeordnet. Ebenso weist die entsprechende Eintrittsstirnfläche des Diffusorbereiches 18 den halben Winkel 0 zu ihrer Mittelachse 44' auf.Another important feature of the embodiment according to FIG. 2 is that the central axis 44 'of the
Die Abwinklung des Diffusorbereiches 18 nach Fig. 2 hat den Sinn, daß beim Anbau dieses Injektors 12 an einen Fackelbrenner nach Fig. 9 der Mischbereich 19 auch dann annähernd horizontal ausgerichtet sein kann, wenn der Diffusorbereich 18 in eine sich gemäß Fig. 9 konisch erweiternde Umfangswand 33 eingesetzt ist.The angle of the
Fig. 3 zeigt, daß das Ringrohr 21 auch einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen kann, welches so auf die parallel zur Mittelachse 44 verlaufende Wand 26' des kreiszylindrischen Mischbereiches 19 aufgesetzt ist, daß der flache Umfangswandbereich 21" des Ringrohres 21 mit der Wand 26' in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise fluchtet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird also ein radiales Vorstehen des Ringrohres 21 nach außen über den Mischungsbereich 19 vermieden.Fig. 3 shows that the
Gemäß den Fig. 4 und 5 ist ein mit vollkreisförmigem Querschnitt versehenes Ringrohr 21 aus geradlinigen Rohrschüssen 21' zu einer polygonartigen Anordnung zusammengesetzt. Insgesamt sind acht Rohrschüsse 21' zu einer Achteckanordnung zusammengesetzt. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 weist jeder Rohrschuß 21' nur in der Mitte eine Einblasöffnung 17 auf.4 and 5, an
Der Winkel 0 dieser Ausführungsform zur Wand 26' bzw. zur Mittelachse 44 liegt auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zwischen 5 und 20°. Der Abstand a der Mittelachse der Einblasöffnung 17 von der Wand 26' entspricht der Dicke b der Wand 26'.The angle 0 of this embodiment to the wall 26 'or to the central axis 44 is also between 5 and 20 ° in the embodiment according to FIG. 5. The distance a of the central axis of the injection opening 17 from the wall 26 'corresponds to the thickness b of the wall 26'.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 besitzen das mit einem kreisförmigen Querschnitt versehene Ringrohr 21, der Mischbereich 19 und der Diffusorbereich 18 die gleiche Mittelachse 44. Im Gegensatz zu den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind hier jedoch im unteren inneren Quadranten des Kreisringrohres 21 zwei Ringanordnungen von Einblasöffnungen 17 in axial übereinanderliegenden Ebenen 24, 24' vorgesehen, die senkrecht zur Mittelachse 44 verlaufen und somit unter unterschiedlichen Winkeln zur Mittelachse 44 in den Mischbereich 19 eintretende Sprühstrahlen definieren.In the embodiment according to FIGS. 6 and 7, the
Die Achsen der Einblasöffnungen 17 können im einfachsten Fall senkrecht zur Tangente an den Querschnitt des Ringrohres 21 an der Stelle, wo sich die betreffende Öffnung befindet, verlaufen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn diese Achsen etwas in Richtung der Wand 26 geneigt sind, derart, daß die Sprühstrahlen 23 einen geringeren Winkel zur Mittelachse 44 als bei senkrechtem Austreten aufweisen. Der betreffende Winkel muß jedoch von Null verschieden bleiben.In the simplest case, the axes of the
Rechts der Mittelachse 44 ist in Fig.8 eine weitere Ausführungsform veranschaulicht, bei der unmittelbar unter dem Ringrohr 21 in der kreiszylindrischen Wand zur Außenatmosphäre führende Bohrungen 53 vorgesehen sind, die über den gesamten Umfang gleichmäßig verteilt sind.A further embodiment is illustrated on the right of the central axis 44 in FIG. 8, in which bores 53 are provided directly under the
Statt dieser Bohrungen können nach den Fig. 8a, 8b bzw. 8, 8c auch Ausnehmungen 53', 53" bzw. 53'" in der oberen Stirnseite 29 der Strömungskanalwand 26 vorgesehen sein, welche entweder nach Fig. 8a in radialer Ansicht annähernd halbkreisförmig, nach Fig. 8b dreieckförmig oder nach Fig. 8, 8c trapezförmig ausgestaltet sind.Instead of these bores, according to FIGS. 8a, 8b and 8, 8c, recesses 53 ', 53 "and 53'" can also be provided in the upper end face 29 of the
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Injektors 12 wird im folgenden anhand von Fig. 8 beschrieben.The mode of operation of the
Nach Fig. 8 bildet der beispielsweise durch 13 bis 16 Einblasöffnungen 17 mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 600 m/s einströmende Treibdampf Sprühstrahlen 23, die zunächst in die erfindungsgemäß vorgesehenen Strömungstoträume 22 eintreten und aus diesen in den eigentlichen Mischbereich 19 gelangen. Aufgrund des deutlichen Abstandes der Einblasöffnungen 17 von der Umfangswand 26' des Mischbereiches 19 herrscht im Wandbereich eine leichte Rückströmung, weil der statische Druck der Gesamtströmung in Hauptströmungsrichtung 36 längs des Mischbereiches 19 zum Diffusorbereich 18 hin steigt. Durch hohe turbulente Reibung bei großen Differenzgeschwindigkeiten erfolgt hier bereits eine erste wirkungsvolle Durchmischung von Treibdampf und Luft, und zwar nicht nur an der zur Wand gerichteten Seite der Sprühstrahlen 23, sondern auch auf der zur Mittelachse 44 weisenden Seite der Sprühstrahlen 23.According to FIG. 8, the motive steam that flows in, for example, through 13 to 16
Es werden also die extrem schnellen Dampfstrahlen schnell mit der angesaugten Luft vermischt. Die Luft wird auf höhere Geschwindigkeit in Richtung der Hauptströmung beschleunigt und die Sprüh- bzw. Treibstrahlen 23 infolge der Wechselwirkung entsprechend verzögert. Die Verzögerung durch Impulsabgabe von den Sprühstrahlen auf die Luft gelingt auf der vergleichsweise kurzen Mischstrecke 19.So the extremely fast steam jets are quickly mixed with the intake air. The air is accelerated to a higher speed in the direction of the main flow and the spray or drive
Bei Anordnung von Zusatzluftansaugöffnungen 53, 53', 53" und/oder 53'" gemäß der Darstellung rechts von der Mittelachse 44 in Fig. 8 (wo eine Ausführungsform der Zusatzluftansaugöffnungen 53 in ausgezogenen Linien und eine weitere Ausführungsform (53') in gestrichelten Linien wiedergegeben ist) bzw. in Fig. 8a, 8b und 8c wird zusätzlich Außenluft angesaugt, die sich mit dem im Strömungskanal 16 rückströmenden Luft-Treibdampf-Gemisch vermengt und den gesamten Luftdurchsatz erhöht.If additional
In der Ebene 51 ist schematisch das dort noch nicht ganz ausgeglichene Geschwindigkeitsprofil angedeutet. An der Anschlußstirnseite 37 für den Diffusorbereich 18 liegt dann aber bereits ein weitgehend vergleichmäßigtes Geschwindigkeitsprofil 52 über dem gesamten Querschnitt des Strömungskanals 16 vor. Im Diffusorbereich 13 wird dann nur noch die Geschwindigkeit des mit Treibdampf vermischten Luftstromes auf einen solchen Wert herabgesetzt, wie er für das Einblasen in den Verbrennungsraum 13 nach Fig. 9 erwünscht ist.The level profile, which has not yet been fully balanced there, is indicated schematically in
Bevorzugte Dimensionierungen der einzelnen Bauelemente sind unter Bezugnahme auf Fig. 8 wie folgt:
Alle Bauelemente des Injektors 12 mit Ausnahme des abgewinkelten Diffusorbereiches 18 nach Fig. 2 sind konzentrisch zu seiner Mittelachse 44. Das Ringrohr 21 kann kreis- oder polygonförmig sein.All components of the
- 11 Fackelbrenner11 torch burners
- 12 Injektor12 injector
- 13 Verbrennungsraum13 combustion chamber
- 14 Treibfluid (Treibdampf)14 propellant fluid
- 15 Luftansaugöffnung15 air intake opening
- 16 Strömungskanal16 flow channel
- 17 Einblasöffnung17 injection opening
- 18 Diffusorbereich18 diffuser area
- 19 Mischbereich19 mixing area
- 19' verjüngender Teil19 'tapered part
- 19" paralleler Teil19 "parallel part
- 20 Austrittsstirnfläche20 exit face
- 21 Ringrohr21 ring tube
- 21' Rohrschuß21 'Pipe shot
- 21" flacher Umfangswandbereich21 "flat peripheral wall area
- 22 Strömungstotraum22 Current dead space
- 23 Sprühstrahlen23 sprays
- 24 Ebene24 level
- 24' Ebene24 'level
- 25 Wandstück25 wall piece
- 26 Strömungskanalwand26 flow channel wall
- 26' Wand des Mischbereiches26 'Wall of the mixing area
- 27 Rand27 edge
- 28 konvex gekrümmtes Wandstück28 convexly curved wall piece
- 29 Eingangsstirnseite29 entrance face
- 30 Leitblech30 baffle
- 31 Stromlinienkörper31 streamlined body
- 32 Abzugsrohr32 exhaust pipe
- 33 Umfangswand33 peripheral wall
- 34 Mittelachse34 central axis
- 35 Richtung35 direction
- 36 Hauptströmungsrichtung36 main flow direction
- 37 Anschlußstirnseite37 connection face
- 38 Pfeile38 arrows
- 39 Querschnitt39 cross section
- 40 Atmosphäre40 atmosphere
- 41 horizontale Ebene41 horizontal plane
- 42 horizontale Ebene42 horizontal plane
- 43 Rohrleitung43 pipeline
- 44 Mittelachse44 central axis
- 44' Mittelachse44 'central axis
- 45 Durchmesser45 diameter
- 46 Mittelachse46 central axis
- 47 Querschnittsebene47 cross-sectional plane
- 48 Diffusor48 diffuser
- 49 Innenraum49 interior
- 50 Bohrung50 hole
- 51 Ebene51 level
- 52 Geschwindigkeitsprofil52 speed profile
- 53 Zusatzluftansaugöffnungen53 additional air intake openings
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einblasöffnungen (17) so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie in einen am Innenumfang des Strömungskanals (16) vorgesehenen Strömungstotraum (22) münden und Sprühstrahlen (23) aus dem Strömungstotraum (22) in den Mischbereich (19) hineingerichtet sind.1. Injector (12), in particular for sucking in ambient air and blowing it into the combustion chamber (13) of a torch burner (11) by means of a pressurized fluid (14), in particular propellant vapor, with an air intake opening (15), one to the air intake opening (15 ) subsequent Flow channel (16) and in the flow direction after the air intake opening (15) on the circumference of the flow channel (16), preferably distributed over this propellant fluid injection openings (17) through which the propellant fluid (14) essentially in the flow direction, but with a movement component to Inside the flow channel (16) is blown into a mixing area (19) extending in the flow direction, where it mixes with the sucked-in air, the flow channel (16) being at a distance from the injection openings (17) in the flow direction extending diffuser area (18) to which an outlet opening (20) for the mixture of air and propellant fluid connects,
characterized,
that the injection openings (17) are designed and arranged such that they open into a flow dead space (22) provided on the inner circumference of the flow channel (16) and spray jets (23) are directed out of the flow dead space (22) into the mixing area (19).
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungskanalwand (26, 26') in Strömungsrichtung unmittelbar hinter den Einblasöffnungen (17) um ein kurzes Stück radial nach außen versetzt ist und ab dort vorzugsweise unter einem spitzen Winkel (0) von vorzugsweise 5 bis 20 ° zu dem aus den Einblasöffnungen (17) austretenden Treibfluid (14) in Strömungsrichtung verläuft, wobei der Abstand des radial äußeren Randes (27) der Einblasöffnungen (17) von der Strömungskanalwand (26) vorzugsweise größer als der Durchmesser der Einblasöffnungen (17) ist, und/oder daß die Einblasöffnungen (17) sich in einem sich von der Strömungskanalwand (26) in Richtung auf die Luftansaugöffnung (15) erstreckenden konvex gekrümmten Wandstück (25) befinden.2. Injector according to claim 1,
characterized,
that the flow channel wall (26, 26 ') is offset a short distance radially outward in the direction of flow immediately behind the injection openings (17) and from there preferably at an acute angle (0) of preferably 5 to 20 ° to that from the injection openings ( 17) emerging propellant fluid (14) runs in the direction of flow, the distance of the radially outer edge (27) of the injection openings (17) from the flow channel wall (26) preferably being greater than the diameter of the injection openings (17), and / or that the injection openings (17) are located in a convexly curved wall piece (25) extending from the flow channel wall (26) in the direction of the air intake opening (15).
dadurch gekennzeichnet,
daß die Luftansaugöffnung (15) am Innenraum eines mit dem Treibfluid (14) gespeisten Ringrohres (21) ausgebildet ist, welches auf die Eingangsstirnseite (29) des Mischbereichs (19) des Strömungskanals (16) aufgesetzt ist, und daß die Einblasöffnungen (17) in Strömungsrichtung im Anschluß an den engsten Querschnitt des Innenraums (49) des Ringrohres (21) im bzw. am Ringrohr (21) vorgesehen sind.3. Injector (12), in particular for sucking in ambient air and blowing it into the combustion chamber (12) of a torch burner (11) by means of a pressurized fluid (14), in particular by means of propellant steam, with an air intake opening (15), one to the air intake opening ( 15) adjoining flow channel (16) and in the flow direction after the air intake opening (15) on the circumference of the flow channel (16), preferably distributed over this propellant fluid injection openings (17) through which the propellant fluid (14) essentially in the flow direction, but with a movement component is blown towards the interior of the flow channel (16) into a mixing region (19) extending in the flow direction, where it mixes with the air drawn in, the flow channel (16) being at a distance from the injection openings (17) in the flow direction has a diffuser area (18) which extends in the direction of flow and to which an outlet opening ( 20) for the mixture of air and propellant fluid, in particular according to one of the preceding claims,
characterized,
that the air intake opening (15) is formed on the interior of an annular tube (21) fed with the propellant fluid (14), which is placed on the input end face (29) of the mixing region (19) of the flow channel (16), and that the injection openings (17) are provided in the flow direction following the narrowest cross section of the interior (49) of the ring tube (21) in or on the ring tube (21).
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ringrohr (21) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und/oder daß das Ringrohr (21) aus mehr als zwei, vorzugsweise wenigstens vier, eine rechteckige bis polygonale Luftansaugöffnung (15) bildenden zylindrischen Rohrschüssen (21') von vorzugsweise kreisrundem Querschnitt zusammengesetzt ist, wobei insbesondere jeder Rohrschuß (21') wenigstens eine in seinem dem Mischbereich (19) zugewandten Bereich angebrachte Einblasöffnung (17) aufweist, und/oder daß die Einblasöffnungen (17) als in der Wandung des Ringrohres (21) angeordnete zylindrische Bohrungen ausgebildet sind und/oder daß die Tangente an dem Querschnitt des sich von der Eintrittsstirnseite (29) des Mischbereiches (19) der Strömungskanalwand (26) zum Innenraum des Strömungskanals (16) erstreckenden Wandstückes (25) im Bereich der Stoßstelle zwischen der Eintrittsstirnseite (29) und des Ringrohres (21) mit der Erzeugenden der Strömungskanalwand (26) einen Winkel von 90 bis 40 ° einschließt.4. Injector according to claim 3,
characterized,
that the ring tube (21) has a circular cross section and / or that the ring tube (21) is composed of more than two, preferably at least four, cylindrical tube sections (21 '), which preferably have a circular cross section, forming a rectangular to polygonal air intake opening (15), wherein in particular each pipe section (21 ') has at least one blowing opening (17) provided in its area facing the mixing area (19), and / or that the blowing openings (17) are designed as cylindrical bores arranged in the wall of the ring pipe (21) and / or that the tangent to the cross-section of the wall section (25) extending from the entry end face (29) of the mixing region (19) of the flow channel wall (26) to the interior of the flow passage (16) in the region of the joint between the entry end face (29) and the Annular tube (21) with the generatrix of the flow channel wall (26) encloses an angle of 90 to 40 ° .
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mischbereich (19) aus einem sich von seiner Eingangsstirnseite (29) in Strömungsrichtung konvex verjüngenden Teil (19') und einem in Strömungsrichtung anschließenden Teil (19") mit parallel zur Hauptströmungsrichtung (36) zur Mittelachse verlaufenden Wänden (26') besteht und daß vorzugsweise das Verhältnis des Durchmessers (Do) der kreisförmig ausgebildeten Luftansaugöffnung (15) des Ringrohres (21) zum kleinsten Durchmesser (DM) des Mischbereiches (19) 1,25 bis 2,5, vorzugsweise 1,7 bis 2,0, und/oder das Verhältnis des Durchmessers (D1) des Mischbereiches (19) an der Eingangsstirnseite (29) zum kleinsten Durchmesser (DM) des Mischbereiches (19) 1,10 bis 2,0, vorzugsweise 1,2 bis 1,4 beträgt und/oder das Verhältnis des größten Durchmessers (D2) des Diffusorbereiches (18) zum kleinsten Durchmesser (DM) des Mischbereiches (19) 1,5 bis 2,7, vorzugsweise 1,7 bis 2,2 beträgt und/oder das Verhältnis des Radius (Ro) des Querschnittes des Ringrohres (21) zum kleinsten Durchmesser (DM) des Mischbereiches (19) 0,15 bis 0,45, vorzugsweise 0,12 bis 0,25 beträgt und/oder daß die Erzeugenden der Wände (26') des Mischbereiches (19) in Strömungsrichtung von seiner Eingangsstirnseite (29) bis zur Anschlußstirnseite (37) für den Diffusorbereich (18) parallel zur Strömungsrichtung (36) bzw. Mittelachse verlaufen und daß sich an den Mischbereich (19) in Strömungsrichtung unmittelbar der Diffusorbereich (18) anschließt, wobei insbesondere der Winkel (0) zwischen den Erzeugenden der Wände (26') des Mischbereiches (19) und der Achse der Einblasöffnungen (17) 5 bis 20 beträgt, und/oder daß der Mischungsbereich (19) und vorzugsweise auch der Diffusorbereich (18) kreisförmige Querschnitte aufweisen.5. Injector according to one of the preceding claims,
characterized,
that the mixing area (19) consists of a part (19 ') which tapers convexly in the flow direction from its input end face (29) and a part (19 ") adjoining in the flow direction with walls (26') running parallel to the main flow direction (36) to the central axis and that preferably the ratio of the diameter (D o ) of the circular air intake opening (15) of the ring tube (21) to the smallest diameter (D M ) of the mixing area (19) 1.25 to 2.5, preferably 1.7 to 2, 0, and / or the ratio of the diameter (D 1 ) of the mixing area (19) on the input end face (29) to the smallest diameter (D M ) of the mixing area (19) 1.10 to 2.0, preferably 1.2 to 1 , 4 and / or the ratio of the largest diameter (D 2 ) of the diffuser area (18) to the smallest diameter (D M ) of the mixing area (19) is 1.5 to 2.7, preferably 1.7 to 2.2 and / or the ratio of the radius (Ro) of the cross section of the ring tube (21) z around the smallest diameter (D M ) of the mixing area (19) is 0.15 to 0.45, preferably 0.12 to 0.25 and / or that the generatrix of the walls (26 ') of the mixing area (19) in the direction of flow from it The entrance face (29) to the connection face (37) for the diffuser area (18) run parallel to the flow direction (36) or central axis and that the diffuser area (18) directly adjoins the mixing area (19) in the flow direction, the angle ( 0) between the generatrix of the walls (26 ') of the mixing area (19) and the axis of the injection openings (17) is 5 to 20, and / or that the mixing area (19) and preferably also the diffuser area (18) have circular cross sections.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Diffusorbereich (18) durch in Strömungsrichtung gerichtete, vorzugsweise in Radialebenen verlaufende Leitbleche (30) in Sektionen unterteilt ist, wobei vorzugsweise vier sich kreuzende, vorzugsweise auf einem Stromlinienkörper (31) angebrachte Leitbleche (30) vorgesehen sind, die das Innere des Diffusorbereiches (18) in vier gleiche Strömungsquerschnitte aufteilen, wobei die Leitbleche (30) sich insbesondere von der Diffusor-Anschlußstirnseite (37) mindestens bis zur halben Diffusorlänge erstrecken, und/oder daß der Diffusorbereich (18) winklig, und zwar vorzugsweise unter einem kleinen Winkel an den Mischbereich (19) anschließt und/oder daß das Durchsatzverhältnis von Umgebungsluft zu Treibfluid zwischen 10 und 25 liegt.6. Injector according to one of the preceding claims,
characterized,
that the diffuser area (18) is divided into sections by baffles (30) directed in the direction of flow and preferably running in radial planes, preferably four intersecting baffles (30), preferably arranged on a streamlined body (31), which provide the interior of the diffuser area Divide (18) into four equal flow cross-sections, the guide plates (30) extending in particular from the diffuser connection end face (37) at least to half the diffuser length, and / or that the diffuser region (18) is angled, and preferably at a small angle connects to the mixing area (19) and / or that the throughput ratio of ambient air to propellant fluid is between 10 and 25.
dadurch gekennzeichnet,
daß unmittelbar unterhalb der Einblasöffnungen (17) bzw. des Ringrohres (21) in der Strömungskanalwand (26) rundum die Mittelachse (44) herum Zusatzluftansaugöffnungen (53, 53', 53", 53"') vorgesehen sind, welche vorzugsweise axial mit den Einblasöffnungen (17) ausgerichtet sind.7. Injector according to one of the preceding claims,
characterized,
that directly below the injection openings (17) or the ring tube (21) in the flow channel wall (26) around the central axis (44) around additional air intake openings (53, 53 ', 53 ", 53"') are provided, which are preferably axially with the Blowing openings (17) are aligned.
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine Gruppe von Injektoren (12) in einer Horizontalebene (41; 42) über einen Umfang gleichmäßig verteilt und vorzugsweise mehrere Gruppen von Injektoren (12) in mehreren vertikal beabstandeten Horizontalebenen (41, 42) über mehrere axial versetzte Umfänge gleichmäßig verteilt vorgesehen sind und/oder daß die Injektoren (12) mindestens senkrecht zur Mantelfläche der konischen Umfangswand (33) des Verbrennungsraumes bis maximal 30 ° zur Mittelachse (34) nach oben gerichtet angeordnet sind und/oder daß die Achsen der Injektoren (12) in einer Radialebene des Abzugsrohres (32) liegen oder eine periphere Komponente aufweisen, so daß ein gewisser Drall des Fackelgases und der Verbrennungsluft erzeugt wird, wobei insbesondere der erzeugte Drall in aufeinanderfolgenden Horizontalebenen (41, 42) mit Injektoren (12) wechselsinnig ist, so daß am Austritt des Verbrennungsraumes (13) nahezu kein Gesamtdrall übrigbleibt.9. Torch burner according to claim 8,
characterized,
that at least one group of injectors (12) is evenly distributed over a circumference in a horizontal plane (41; 42) and preferably several groups of injectors (12) are provided in a plurality of vertically spaced horizontal planes (41, 42) evenly distributed over several axially offset circumferences and / or that the injectors (12) are arranged at least perpendicular to the circumferential surface of the conical peripheral wall (33) of the combustion chamber up to a maximum of 30 ° to the central axis (34) and / or that the axes of the injectors (12) in a radial plane of the Exhaust pipe (32) or have a peripheral component, so that a certain swirl of the flare gas and the combustion air is generated, the swirl generated in particular in successive horizontal planes (41, 42) with injectors (12), so that at the exit of the Combustion chamber (13) almost no total swirl remains.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Erweiterungswinkel des konischen Verbrennungsraumes (13) so gewählt ist, daß die mit der Kontinuitätsgleichung berechnete Strömungsgeschwindigkeit des Gesamtgemisches aus Fackelgas, Verbrennungsluft und Treibfluid unter der Annahme einer homogenen Mischung in jedem Querschnitt des konischen Verbrennungsraumes (13) nahezu konstant ist und/oder daß als Treibfluid gesättigter oder überhitzter Dampf verwendet wird, der vorzugsweise im Temperaturbereich von 130°C bis 300 °C und im Druckbereich von 2 bar bis 30 bar zur Anwendung kommt.10. Torch burner according to claim 8 or 9,
characterized,
that the expansion angle of the conical combustion chamber (13) is selected so that the flow velocity of the total mixture of flare gas, combustion air and propellant fluid, calculated with the continuity equation, assuming a homogeneous mixture in each cross section of the conical combustion chamber (13) is almost constant and / or that saturated or superheated steam is used as the driving fluid, which is preferably used in the temperature range from 130 ° C. to 300 ° C. and in the pressure range from 2 bar to 30 bar.
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