MOBILE THERMAL AFTER-BURNING INSTALLATION FOR A COMBUSTIBLE WASTE GAS MIXTURE

Abstract: 1. Mobile thermal after-burning installation for a combustible waste gas mixture which possibly contains particles of dust or soot, condensable fractions or condensed liquid fractions, comprising a unit assembly arrangement, consecutive in the longitudinal direction, of burner(s) (1) for auxiliary energy such as fuel oil, natural gas or the like, high-temperature combustion chamber (2), low-temperature combustion chamber (4) with respective annular cylindrical jacket spaces surrounding the combustion chambers, annular gap-shaped inflow duct (6), adjoining the jacket space of the high-temperature combustion chamber (2) on the outflow side, of an annular mixing nozzle (3), which receives the waste gas mixture (16) to be burnt through the inflow duct (6), upwardly deflected chimney (5) and supply means for the auxiliary energy (18), for combustion air (14), for auxiliary air (15) and for the waste gas mixture (16) to be burnt, with heat exchange devices (11, 12, 13) for the preheating of the combustion air, of the auxiliary air and of the waste gas mixture (16) for the heating and combustion by means of support flame(s) generated in burner(s) (1) in the high-temperature combustion chamber (2) and in the low-temperature combustion chamber (4), characterized by the following features : a) the feed pipe (16) for the waste gas mixture leads tangentially on the upstream side into the jacket space of the high-temperature combustion chamber (2) and feeds the waste gas mixture through arcuate vanes to the interposed annular mixing nozzle (3) to generate a spin in the outflow direction, b) the feed pipe (15) for the auxiliary air leads tangentially on the outflow side into the jacket space of the low-temperature combustion chamber (4) and feeds the auxiliary air through arcuate vanes, to generate an opposite spin referred to the spin of the waste gas stream, and a further annular inflow duct (7) to the mixing nozzle (3), c) the mixing nozzle (3), in which the feed flows are united in a shear flow, is arranged peripherally from the low-temperature combustion chamber (4) on the upstream side.

Description: Mobile thermische Nachverbrennungsantage für ein verbrennbares Abgasgemisch Die Erfindung betrifft eine mobile thermische Nachverbrennungsanlage für ein verbrennbares Abgasgemisch der im Oberbegriff des Patentanspruches l bezeichneten Art. Ein Verfahren zur gemeinsamen Verbrennung von fluiden Brennstoffen unterschiedlicher Art in zwei hintereinandergeschalteten Brennkammern unter Beaufschlagung mit gegensinnig verdrallten tangential zugeführten Luftströmen ist beispielsweise aus der SU-PS 1 079 954 bekannt geworden. Aus der FR-OS 24 04 173 ist eine Anlage zur Verbrennung verbrennbarer Abgase bekannt mit einem zylindrischen Gehause, mit einer darin angeordneten ersten Brennkammer, in die Brennstoff wie Heizöl, Erdgas oder dergleichen und Verbrennungsluft eingeführt werden, und mit einer in Längsrichtung an die erste Brennkammer anschliessenden zweiten Brennkammer, ferner mit zwei ringzylinderförmigen Mantelräumen zwischen den Brennkammern und dem Gehäuse, von denen der eine tangential mit Verbrennungsluft und der andere tangential mit den zu verbrennenden Abgasen beaufschlagt wird und aus denen die Luft bzw. die Abgase durch entsprechende Öffnungen in die Brennkammern eingeleitet werden. In den Produktionsanlagen von Raffinerien und petrochemischen Anlagen fallen in gewissen Zeitabständen zwangsweise Abgase an, die entstehen bei Reinigungsarbeiten vor Reparaturen wie Abbeizvorgängen in Kolonnen, Apparaten und Kühlern, Restentspannungsvorgängen bei Anlagenteilen und Apparaten sowie Regenerierprozessen z. B. bei der Wiederaufarbeitung von inaktiv gewordenen Katalysatoren. Als Begleitsubstanzen können diese Abgase aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, geruchsintensive Schwefelwasserstoffverbindungen, geruchsintensive Stickstoffverbindungen u. dgl. enthalten. Derartige Abgasgemische enthalten einen oder mehrere Vertreter aus der Gruppe aliphatischer, gesättigter oder ungesättigter, oder aromatischer Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Ammoniak neben wechselnden Mengen Stickstoff, Kohlendioxid, Sauerstoff, Argon, Wasserdampf sowie ggf. Staub-, Russpartikel oder auch kondensierte Flüssigkeitsbestandteile. Hieraus ergab sich das Bedürfnis für eine mobile thermische Nachverbrennungsanlage, die in Raffinerien oder petrochemischen Betrieben eingesetzt werden kann und mit Hilfe derer anfallende Abgase gefahrlos und kostengünstig umgewandelt werden können. Der Erfindung Liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemässen Art derart auszubilden, dass durch Rückgewinnung der Verbrennungswär.e und durch Konditionierung der einzusetzenden Abgase der Verbrauch der einzusetzenden Zusatzenergie wie Heizöl, Erdgas oder dgl. so gering vie nögLich gehaLten wird. Diese Aufgabe wird gemass der Erfindung dadurch geLost, dass die erk-ate ar bis c) des Kennzeichens des Patentanspruches L ver'airkLicht sind In den durch thermische Verbrennung umzuwandelnden Abgasen sind bei den in Betracht kommenden Anwendungen der vorliegenden Vorrichtung häufig noch aerosolbildende Bestandteile wie z. B. feine Flüssigkeitströpfchen, Nebel oder dgl. enthalten. Auch diese Begleitstoffe bussen, bevor sie in einer thermischen Verbrennung umgewandelt werden, zunächst in den gasföruigen Zustand übergeführt werden, uas zu einer Erhöhung der erforderlichen VerweiLzeit und des Bedarfs an Zusatzenergie fuhrt. Hieraus ergibt sich die Aufgabe, diese BegLeiter zunächst abzutrennen und gesondert aufzuheizen. Handelt es sich bei den aerosolbildenden Bestandteilen um Wasser, so ist es ebenfalls zweckmässig, dieses vor Beaufschlagung der Brennkammer 4 abzutrennen, wodurch ein weitgehend vorgetrocknetes Abgasgemisch in die Brennkammer 4 gelangt. Zur Lösung dieser weiteren Aufgabe können nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäss Patentanspruch 2 die aerosolbildenden Bestandteile, beispielsweise kondensierte FlüssigkeitsanteiLe, Staub- oder Russpartikel dadurch abgetrennt und zwecks Aufheizung und anschliessender Verbrennung in die Brennkammer 2 geleitet werden, dass im Mantelraum der Brennkammer 2 schaufelförmige in Abstromrichtung gesehen konkave Anströmelemente 8 in bestimmter Anordnung über die Umfangsfläche verteilt vorgesehen sind, die mit durch die Brennkammerwandung in die Brennkammer 2 führenden Einströmdüsen 9 in Verbindung stehen. Das mit Aerosolen (Flüssigkeitströpfchen oder Feststoffe) behaftete Abgas wird tangential dem Mantelraum von Brennkammer 2 zugeführt. Der Mantelraum ist der Raum zwischen Brennkammer 2 und einem Aussenzylinder. Das Abgas bewegt sich im Mantelraum spiralenförmig um Brennkammer 2. Die AerosoLe werden deshalb, abhängig vom Durchmesser und ihrer Schwebegeschwindigkeit, in Richtung Aussenzylinder getrieben. Gegen die spiralförmige Strömung des Gases sind im rechten Winkel zur Strömungsrichtung Abscheidebleche angebracht, die als Anströmelemente 8 bezeichnet sind. Diese Anströmelemente 8 sind gegen die Strömungsrichtung geneigt und stehen in mehreren Reihen hintereinander, so dass die Gase zwangsweise umgelenkt werden. Aerosole, die im Gasstrom mitgetragen werden, werden somit durch die Anströmelemente 8 aufgrund der Gasumlenkung abgeschieden. Diejenigen Aerosolbestandteile, die sich am Aussenzylinder aufgrund der Zentrifugalkraft aufkonzentriert haben, werden durch die Anströmelemente vom Aussenzylinder "abgestreift", da die Anströmelemente mit dem Aussenzylinder bündig abschliessen. Zwischen dem Mantelraum und dem Brennkammerraum entsteht ein erhebliches Druckgefälle dadurch, dass ein Druckverlust zwischen Mantelraum und Brennkammerraum aufgrund der Geschwindigkeitsdifferenz auftritt. Dadurch wird an den Anströmelementen 8 eine Strömung vorzugsweise der hier angereicherten Aerosolbestandtei le durch die Einströmdüsen 9 in die Brennkammer 2 bewirkt. Durch diese Druckdifferenz erfolgt ein Absaugen der am Anströmelement gesammelten Aerosole, die über die Einströmdüse 9 in die heissen Verbrennungsgase eingemischt werden. Die Uberführung der Flüssigkeitsteilchen oder der aerosolbildenden Bestandteile in der Abgasströmung aus dem Brennkammer 2 umgebenden Mantelraum in die Brennkammer 2 bzw. die Abtrennung von Wasserbestandteilen wird durch die mit 10 in dem Fliessschema der Figur l bezeichnete schematisch dargestellte Flüssigkeitsabscheidung bzw. die Druckdifferenz zwischen der Brennkammer und den Anströmelementen 8 mit den Einströmdüsen 9 nach Figur 2 bewirkt. In Brenner (n) l wird durch Einsatz von Zusatzenergie nämlich Verbrennung von Heizöl EL oder dgl. mit auf beispielsweise l80 1C vorgewärmter Luft 14 heisses Rauchgas 17 erzeugt, welches zur Aufheizung der Abgasbestandteile dient. In das heisse Rauchgas 17 in Brennkammer 2 werden die aus dem Abgasgemisch L6 durch ggf. im Mantelraum der Brennkammer 2 angeordnete Anströmelemente 8 in Verbindung mit in Brennkammer 2 führenden Einströmdüsen 9 abgetrennten Flüssigkeitsanteile eingeleitet, verdampft und ggf. mitverbrannt. In der Mischdüse 3 wird das ggf. von Flüssigkeitsanteilen oder sonstigen aerosolbildenden Bestandteilen befreite mit einem Drall beaufschlagte restliche Abgasgemisch mit auf beispielsweise L50 1C vorgewärmter und gegensinnig verdrallter Verbrennungsluft L5 vermischt und in die Brennkammer 4 eingeleitet. Die Temperatur in der Brennkammer 4 beträgt beispielsweise 850 1C. Die die Brennkammer 4 verLassenden Rauchgase 17 dienen zur Wärmerückgewinnung mittels in den Kamin 5 eingebauter Wärmetauscher LL, 12 und 13. In dieser Wärmerückgewinnung wird beispielsweise das zu verbrennende kalte Abgas l6 durch das Rauchgas auf 700 1C und die Ulverbrennungsluft 14 auf 180 1C aufgewärmt. Das Rauchgas kühlt sich dabei auf beispielsweise 230 bis 250 1C ab. Beispielsweise durch Ausstattung der Anlage mit mehreren Einzelbrennern und durch eine über die Sauerstoffmenge im Rauchgas gesteuerte Kaskadenregelung der Luftversorgung der Brenner kann sichergestellt werden, dass ein Restsauerstoffgehalt von weniger als 5 Vol.-% im Rauchgas eingehalten wird. Das Wärmerückgewinnungssystem ist beispielsweise als Wärmetauscherturm ausgebildet, der kippbar ausgeführt sein kann und gleichzeitig als Kamin 5 genutzt wird. In der Mischdüse 3 können gefahrlos Abgase bei hohem Temperaturniveau mit Luftsauerstoff gemischt und der Verbrennung in Brennkammer 4 zugeführt werden. Durch den ringförmigen Einströmkanal 6 wird der Mischdüse das vorgewärmte Abgasgemisch mit einer Drallströmung zugeführt. Durch den ringförmigen Einströmkanal 7 wird mit gegenläufigem Drall die vorgewärmte Verbrennungsluft (Zusatzluft) zugegeben. Hierdurch erfolgt eine intensive Vermischung und in Abhängigkeit von den Geschwindigkeiten der Einsatzgase gelangt das zündfähige Abgas-Zusatzluft-Gemisch unter einem hohen Schergradienten in die Brennkammer 4. Die Brennkammern sind zweckmässig mit einer feuerfesten Ausmauerung 22 versehen. Die Brennkammer 2 wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 1200 und 2000 1C betrieben, die Brennkammer 4 vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 800 und 1400 1C. In dem Fliessschema der Figur 1 ist die Gesamtkonfiguration der vorgeschLagenen mobilen thermischen Nachverbrennungsanlage schematisch dargestelLt. Die verwendeten Bezugszeichen sind nachfolgend nochmals zusammengestellt: l Brenner 2 Hochtemperaturbrennkammer 3 Mischdüse 4 Niedertemperaturbrennkammer 5 Kamin 10 Flüssigkeitsabscheidung bzw. Abscheidung von Aerosolbestandteilen II Wärmetauscher für Abgas l2 Wärmetauscher für Zusatzluft l3 Wärmetauscher für Verbrennungsluft 14 Verbrennungsluft für Zusatzenergie (Heizöl oder Erdgas) t5 Zusatzluft 16 Abgas 17 Rauchgas 18 Zusatzenergie (Heizöl oder Erdgas) In dem schematisierten Längsschnitt der Figur 2 ist eine thermische Nachverbrennungsanlage wie beschrieben und in den Ansprüchen definiert unter Einzeichnung der Hauptströmungslinien für das zu verbrennende Abgas, für die Zusatzluft sowie das entstandene Rauchgas dargestellt. Die verwendeten Bezugszeichen sind wie folgt nochmals zusammengestellt: l Brenner 2 Hochtemperaturbrennkammer 3 Mischdüse 4 Niedertemperaturbrennkammer 5 Kamin 6 Einströmkanal für Abgasgemisch 7 Einströmkanal für Zusatzluft 8 Anströmelemente 9 Einströmdüsen II Wärmetauscher für Abgas 12 Wärmetauscher für Zusatzluft 13 Wärmetauscher für Verbrennungsluft 14 Verbrennungsluft 15 Zusatzluft 16 Abgas 17 Rauchgas 18 Zusatzenergie (Heizöl oder Erdgas) 20 Zusatzluftführung 2l Abgaszuführung 22 Ausmauerung In der Figur 3 ist ein Längsschnitt der Brennkammer 2 mit den in dem Mantelraum angeordneten Anströmelementen 8 und den in die Brennkammer 2 führenden Einströmdüsen 9 gezeigt. In der Figur 4 sind als Ansicht "A" die über den Mantelraum angeordneten Anströmelemente 8 mit den Eintrittsöffnungen der Einströmdüsen 9 gezeigt. Figur 5 zeigt in einer anderen Ansicht als Schnitt "B' die Anströmelemente 8 und die Brennkammerwandung führenden Einströmdüsen 9.

Claims: Patentansprüche l. Mobile thermische Nachverbrennungsanlage für ein ggf. Staub-, Russpartikel, kondensierbare Anteile oder kondensierte Flüssigkeitsanteile enthaltendes verbrennbares Abgasgemisch, bestehend aus einer in Längsrichtung aufeinanderfolgenden baugruppenartigen Anordnung von Brenner (n) (l) für Zusatzenergie wie Heizöl, Erdgas oder dgl., Hochtemperaturbrennkammer (2), Niedertemperaturbrennkammer (4) jeweils mit die Brennkammern (2) und (4) umgebenden ringzylinderförmigen Mantelräumen, an den Mantelraum der Brennkammer (2) abstromseitig anschliessendem ringspaltförmigem Einströmkanal (6) einer ringförmigen Mischdüse (3), die durch den Einströmkanal (6) mit dem Abgasgemisch (16) beaufschlagt wird, nach oben umgelenktem Kamin (5) sowie Zuführungen für die Zusatzenergie (18), für Verbrennungsluft (14), für Zusatzluft (lS) sowie für das zu verbrennende Abgasgemisch (16) mit Wärmeaustauschvorrichtungen (11, 12, 13) für die Vorwärmung der Verbrennungsluft, der Zusatzluft sowie des Abgasgemisches (16) zur Aufheizung und Verbrennung mittels in Brenner (n) (l) generierter Stützflamme (n) in den Brennkammern (2) und (4), gekennzeichnet durch folgende Merkmale a) durch den Mantelraum von Brennkammer (2) wird das aufstromseitig tangential zugeführte Abgasgemisch (16) mitteLs axialer Leitschaufeln zur Drallerzeugung der Brennkammer (4) in Abstromrichtung über die zwischengeschaltete ringförmige Mischdu-se (3) zugeführt., b) die Mischdüse (3) wird über einen weiteren ringförmigen EinströmkanaL (7) mit der am abstromseitigen Ende von Brennkammer (4) tangential zugeführten, über axiale Leitschaufeln mit einem, bezogen auf den Drall des Abgasgemisches (16), gegensinnigen Drall geführten Zusatzluft (L5) beaufschlagt, c) die in der Mischdüse (3) in einer Scherströmung zusammengeführten Einsatzströme treten aufstromseitig von der Brennkammer (4) peripher in diese ein. 2. Nachverbrennungsanlage nach Anspruch L, dadurch gekennzeichnet, dass im Mantelraum der Brennkammer (2) zur Abtrennung von Flüssigkeitsanteilen oder sonstigen aerosolbildenden Bestandteilen aus dem Abgasgemisch (L6) schaufelförmige in Abstromrichtung gesehen konkave Anströmelemente (8) in bestimmter Anordnung über die Umfangsfläche verteiLt vorgesehen sind, die mit durch die Brennkammerwandung in die Brennkammer (2) führenden Einströmdüsen (9) in Verbindung stehen.

Inventors: KLEIN, WOLF-DIETER
Applicants: VEBA OEL ENTWICKLUNGS-GESELLSCHAFT MBH
Application year: 1986
Main classification: F23G7
IPC codes: F23G5, F23G7