[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fackelbrenner mit einem zentralen Gaskanal,
eine das obere Ende des Gaskanals im Abstand umgebenden Windschürze, innerhalb der
Windschürze angeordneten Pilotbrennern und mit einer Zufuhreinrichtung für Atmungs-
und Entlösungsgas.
[0002] Derartige Fackelbrenner sind seit langem bekannt. Derartige Fackelbrenner werden
sowohl bei der Erdöl- und Ergasförderung, als auch bei der Raffinierung und Verarbeitung
von Kohlenwasserstoffprodukten verwendet. Sie dienen im Regelfall dazu, das beim Fördernungs-
und Produktionsprozeß anfallende und nicht verarbeitungsfähige Gas kontrolliert abzufackeln.
[0003] Dabei wird insbesondere durch den zentralen Gaskanal auströmendes Fackelgas (Erdgas),
welches relativ hochkalorig ist, verbrannt. Desweiteren fallen jedoch beim Verarbeitungs-
und Produktionsprozeß auch andere niederkalorige Gase an, die zum Beispiel aus Vorratstanks
abdampfen und als Atmungs- oder Entlösungsgas, oftmals auch im Hinblick auf ihre Zusammensetzung
als Sauergas bezeichnet werden.
[0004] Diese Gase bestehen hauptsächlich aus einem Gemisch aus Luft, Kohlenwasserstoffen
und/oder aus Schwefelwasserstoff. Andere Gase sind nur in Spuren darin vorhanden.
Diese Gemische haben keinen sehr hohen Brennwert, müssen jedoch, um eine unnötige
Belastung der Umwelt zu vermeiden, ebenfalls abgefackelt werden. Aus diesem Grund
sind zusätzlich zu dem zentralen Gaskanal auch weitere Zufuhreinrichtungen für derartige
Atmungs- und Entlösungsgase vorgesehen.
[0005] In der Praxis hat man hierzu im wesentlichen die zwei folgenden Wege beschritten.
Gemäß einer bekannten Modifikation wird ein Entgasungsrohr außerhalb des zentralen
Gaskanals nach oben in den Mündungsbereich des zentralen Gaskanals geführt und dort
gegebenenfalls durch die Pilotbrenner gezündet und abgefackelt. Gemäß einer anderen
bekannten Ausführungsform wird das Gas einfach in den zentralen Gaskanal geleitet
und in diesem nach oben geführt, wobei sich jedoch aufgrund des niedrigen Brennwertes
und des relativ großen Querschnittes des zentralen Gaskanals Entzündungsprobleme für
derartiges Entlösungsgas ergeben, wobei auch sehr hohe Ausbrandverluste auftreten.
Als Ausbrandverlust bezeichnet man dabei den relativen Anteil der nicht verbrannten
Kohlenwasserstoffe und des Schwefelwasserstoffs im Abgas und zwar entweder bezogen
auf die Gesamtabgasmenge oder aber bezogen auf den vorher im Entlösungsgas vorhandenen
Kohlenwasserstoff- bzw. Schwefelwasserstoff-Anteil.
[0006] Der möglichst vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in derartigen Gasen
wird deshalb eine relativ große Bedeutung beigemessen, weil Kohlenwasserstoffe in
sehr starkem Maße als sogenannte "Treibhausgase" wirken und den in der Öffentlichkeit
bereits viel diskutierten Treibhauseffekt noch wesentlich stärker bengünstigen als
das mengenmäßig dominierende Kohlendioxid.
[0007] Schwefelwasserstoff ist eine relativ giftige und unangenehm riechende Substanz, so
daß diese Eigenschaften ausschlagebend dafür sind, daß auch eine möglichst vollständige
Verbrennung des H₂S-Anteils angestrebt wird.
[0008] Darüber hinaus soll außerdem das Entstehen anderer schädlicher Abgase wie Kohlenmonoxid
und Stickoxide möglichst vermieden werden.
[0009] Die bekannten Fackelbrenner haben in Bezug auf die Verbrennung von Entlösungsgas
relativ hohe Ausbrandverluste, verbrennen also die brennbaren Bestandteile nur sehr
unvollständig. Außerdem entstehen bei der Verbrennung relativ hohe Temperaturen, wobei
auch die Bildung von Kohlenmonoxid und Stickoxiden nicht ganz ausgeschlossen ist.
Die Entstehung von Schwefeldioxid ist aufgrund der Verbrennung des im Entlösungsgas
enthaltenen Schwefelwasserstoffes unvermeidlich, ebenso wie die Entstehung von Kohlendioxid.
[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Fackelbrenner
mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, welcher geringere Ausbrandverluste
aufweist und darüber hinaus auch wenig schädliche Abgase erzeugt.
[0011] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zufuhreinrichtungen für das Entlösungsgas
nahe der Innenwand des Zentralkanales angeordnete Rohre sind, deren Durchmeser klein
gegen den Durchmesser des zentralen Kanales ist und deren Zahl höchstens gleich der
Zahl der Pilotbrenner ist, wobei ihre Austrittsöffnungen unterhalb der Pilotbrenner
liegen.
[0012] Diese Gestaltung des Fackelbrenners hat zur Folge, daß die schon relativ niederkalorigen
Entlösungsgase ohne weitere Verdünnung unmittelbar in den Bereich der Pilotbrennerflamme
geführt werden und dort schnell und weitgehend vollständig verbrennen. Es treten am
Austritt der Rohre praktisch keine nennenswerten Verdünnungen der Gase mehr auf, und
die brennbaren Bestandteile werden direkt einem Flammenbereich zugeführt, so daß sie
auch relativ schnell zünden.
[0013] Im Ergebnis erhält man so eine fast vollständige Verbrennung aller brennbaren Bestandteile
bei relativ niedrigen Temperaturen, weil der Gasstrom in mehrere Teilgasströme aufgeteilt
ist und jedem Pilotbrenner nur ein Teil des Gases zugeführt wird. Die niedrigen Temperaturen
verhindern, daß Stickoxide oder Kohlenmonoxid in nennenwertem Umfang im Abgas entstehen.
[0014] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Austrittsöffnungen
der Rohre durch einen Schnitt entlang einer zur Rohrachse geneigten Ebene gebildet.
Es sind also keine speziellen Düsen erforderlich, welche den aus den Rohren austretenden
Gasstrom lenken. Wenn die Ebene der Austrittsöffnungen schräg zur Rohrachse liegt,
ist es zweckmäßig und vorteilhaft, diese teilweise auch seitlich von der Rohrachse
weg gerichteten Austrittsöffnungen zur Innenwand des Gaskanales hin zu richten. Das
Gas streicht dann entlang des verbleibenden Teiles der Innenwand nach oben unmittelbar
vor die Mündung des Pilotbrenners, der ebenfalls in diesen Bereich mündet. Dabei ist
der Abstand der Austrittsöffnung eines solchen Rohres zur Austrittsöffnung des zentralen
Kanales ist damit relativ gering. Auch der Durchmesser der Rohre für das Entlösungsgas
ist relativ klein gegenüber dem Durchmesser des zentralen Gaskanals. Zweckmäßigerweise
werden alle Rohre als zylindrische Rohre ausgebildet. Die Windschürze ist im wesentlichen
ein einfacher oder auch doppelwandiger Zylindermantel, der den oberen Bereich des
zentralen Gaskanals im Abstand umgibt. Eine derartige Windschürze sorgt für günstige
Strömungsverhältnisse an der Austrittsöffnung des zentralen Gaskanals und dient gleichzeitig
als Sichtblende, so daß das Abfackeln von Entlösungsgas und die Flammen der Pilotbrenner
von außerhalb im allgemeinen nicht zu sehen sind.
[0015] Die Pilotbrenner sind dabei im Zwischenraum zwischen der Windschürze und dem oberen
Ende des zentralen Gaskanals angeordnet und mit ihrer Mündung zur Achse des zentralen
Gaskanals hin gerichtet.
[0016] Die Austrittsöffnungen der Rohre für das Entlösungsgas münden vorzugsweise relativ
dicht unterhalb des oberen Endes des zentralen Gaskanals und damit auch unmittelbar
unter den Mündungen der Pilotbrenner. Die Pilotbrenner sind in gleichmäßigen Abständen
entlang des Umfanges des zentralen Gaskanals verteilt, z. B. drei Pilotbrenner in
Winkelabständen von 120°. Jedem dieser Pilotbrenner ist vorzugsweise ein Rohr für
Entlösungsgas zugeordnet, welches die gleiche Winkelposition wie der zugehörige Pilotbrenner
hat und an der Innenwand des zentralen Gaskanals nach oben geführt ist. Das Entlösungsgas
wird somit direkt und unverdünnt in den Flammenbereich des Pilotbrenners geführt.
[0017] Zweckmäßigerweise ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen,
daß der Verteiler ein Doppelzylinder ist, in dessen Zwischenraum axial oder radial
von außen mindestens ein Hauptentgasungsrohr mündet, während von der zylindrischen
Innenwand des Verteilers aus die einzelnen Rohre für das Entlösungsgas abzweigen.
Zweckmäßigerweise wird dabei der Verteiler derart gestaltet, daß im Abstand von dem
oberen Ende des zentralen Gaskanals eine Manschette den zentralen Gaskanal im Abstand
konzentrisch umgibt, so daß zwischen der Innenwand der Manschette und der Außenwand
des zentralen Gaskanals ein ringförmniger Zwischenraum gebildet wird. In axialer Richtung
wird dieser Zwischenraum durch passende flache Ringe verschlossen.
[0018] In radialer Richtung weist die Manschette eine Anschlußöffnung für den Anschluß eines
Hauptentgasungsrohres für Entlösungsgas auf. Der zentrale Gaskanal weist dann im Bereich
der Manschette, vorzugsweise in gleichen Winkelabständen Austrittsöffnungen für das
Entlösungsgas auf, an welcher die bereits erwähnten Rohre angeschlossen sind, die
dann das Entlösungsgas den ihnen zugeordneten Pilotbrennern zuführen. Das Hauptentgasungsrohr
könnte jedoch auch im Bereich des unteren Ringes axial in einen derartigen Verteilerraum
geführt werden. Zusätzlich kann die Manschette auch eine Öffnungsklappe für Kontrollzwecke
aufweisen.
[0019] Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Achse
eines Pilotbrenners und die Achse des zugehörigen Rohres auf einen gemeinsamen Punkt
vor der Austrittsöffnung des Pilotbrenners und vor der Austrittsöffnung des Rohres
konvergieren. Dieser Punkt liegt vorzugsweise im Flammenkern des Pilotbrenners.
[0020] Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung
werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines Fackelbrenners und
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Fackelbrennerkopf.
[0021] In Fig. 1 erkennt man den Fackelbrennerkopf 20, der aus dem oberen Ende eines zentralen
Gaskanals 1, einer dieses obere Ende im Abstand konzentrisch umgebenden Windschürze
2 und im Innern der Windschürze in gleichmäßigen Abständen um das Ende des zentralen
Gaskanals herum angeordneten Pilotbrennern 3 besteht. Das obere Ende des zentralen
Gaskanals kann in geeigneter Weise als Düse ausgestaltet werden, um den austretenden
Fackelgasstrom und die entstehende Flamme in geeigneter Weise zu formen.
[0022] Außer dem Brennerkopf 20 erkennt man in Fig. 1 auch noch ein seitlich außerhalb des
zentralen Kanals 1 aufwärts führendes Hauptentgasungsrohr 9, welches in radialer Richtung
in die Manschette 11 mündet.
[0023] Die Manschette 11 bildet die Außenwand eines doppelwandigen Hohlzylinders, der als
Verteiler 6 für Entlösungsgas und dergleichen dient. Die Innenwand des Verteilers
6 wird durch einen Abschnitt des zentralen Gaskanals 1 gebildet. Der Zwischenraum
zwischen der Manschette 11 und dem zentralen Kanal 1 wird in axialer Richtung durch
dichtend angebrachte Ringscheiben verschlossen. Im oberen Bereich des Verteilers 6
sind innen unter Winkelabständen von jeweils 120° drei Durchgangsöffnungen im zentralen
Gaskanal 1 vorgesehen, von welchen aus Rohre 4 entlang der Innenwand des Gaskanals
1 das aus dem Verteiler 6 austretende Entlösungsgas nach oben an die Mündung des zentralen
Gaskanals 1 leiten. In Fig. 1 ist nur eines dieser Rohre beispielhaft dargestellt,
während zusätzlich die Verteileröffnung im zentralen Gaskanal für ein weiteres Rohr
4 dargestellt ist.
[0024] Das obere freie Ende der Rohre 4 ist derart abgeschrägt, daß die längere Seite des
Rohres zur Achse des zentralen Gaskanals hin gerichtet ist, so daß sichergestellt
wird, daß das austretende Gas vorwiegend entlang des verbleibenden Abschnittes der
Innenwand des Gaskanals 1 nach oben in den Flammenbereich des Pilotbrenners 3 strömt.
Das freie Ende der Rohre 4 kann im übrigen in beliebiger Weise als Düse ausgebildet
werden. Eine gewisse Düsenwirkung läßt sich auch durch Zusammenwirken der bezüglich
der Achse des Rohres 4 schräg verlaufenden Austrittsöffnung 5 mit einem konisch einwärts
geneigten Rand des oberen Endes des zentralen Gaskanals erzielen.
[0025] In den vorliegenden Skizzen sind alle Teile im wesentlichen nur schematisch dargestellt,
und es versteht sich, daß die detaillierte strömungsgünstige Ausgestaltung aller Komponenten
entsprechend dem Wissen des einschlägig vorgebildeten Fachmannes vorgenommen werden
kann.
[0026] In Fig. 1 ist weiterhin noch eine Zufuhrleitung 12 für einen der Pilotbrenner 3 mit
unteren und oberen Halterungen 13 zu erkennen. In der dargestellten Ausführungsform
ist die Windschürze 2 doppelwandig, was zu günstigen Störmungsverhältnissen beiträgt,
da sich die äußere Wand der Windschürze 2 im Betrieb des Fackelbrenners nur mäßig
erwärmt, so daß ein Saugeffekt durch aufströmende heiße Gase vor allem im Innern der
Windschürze auftritt und so in ausreichendem Maße Sauerstoff zur möglichst vollständigen
Verbrennung der Gase nachzieht.
[0027] In Fig. 2 erkennt man, daß entlang des Umfangs des Brennerkopfes in gleichmäßigen
Winkelabständen von 120° drei Pilotbrenner 3 angeordnet sind, denen jeweils ein eigenes
Rohr 4 für Entlösungsgas zugeordnet ist, welches unmittelbar unterhalb des Pilotbrenners
in der gleichen Winkelposition mündet. In Fig. 2 erkennt man, daß der obere Rand des
zentralen Gaskanales 1, was in Fig. 1 nicht dargestellt ist, etwas eingezogen ist,
so daß sich zusammen mit dem schrägen Anschnitt der Rohre 4 an der Austrittsöffnung
ein gewisser Düseneffekt für das unter relativ niedrigem Druck ausströmende Entlösungsgas
ergibt. Man erkennt weiterhin in Fig. 2 noch das Hauptentgasungsrohr 9 und den gestrichelt
eingezeichneten Verteiler 6, der äußere Zugangsklappen 14 zu Wartungs- und Überwachungszwecken
hat.
[0028] Mit einem so gestalteten Fackelbrenner erreicht man auch für die niederkalorigen
Entlösungsgase eine fast vollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen und Schwefelwasserstoff
mit einem niedrigen Gehalt von Schadstoffen im Abgas.
[0029] Die Ausbrandverluste liegen für Kohlenwasserstoffe unterhalb von 5 %, typischerweise
in der Größenordnunt von 3 % und für Schwefelwasserstoff unter 1 %.
Bezugszeichenliste
[0030]
- 1
- Gaskanal
- 2
- Windschürze
- 3
- Pilotbrenner
- 4
- Rohre
- 5
- Austrittsöffnung
- 6
- Verteiler
- 9
- Hauptentgasungsrohr
- 11
- Manschette
- 12
- Zufuhrleitung
- 13
- Halterungen
- 14
- Zugangsklappen
- 20
- Fackelbrennerkopf
1. Fackelbrenner mit einem zentralen Gaskanal (1) für Fackelgas, einer das obere Ende
des Gaskanals (1) im Abstand umgebenden Windschürze (2), innerhalb der Windschürze
angeordneten Pilotbrennern (3) und mit einer Zufuhreinrichtung für Atmungs- und Entlüftungsgas,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtungen nahe der Innenwand des zentralen Gaskanales (1) angeordnete
Rohre (4) sind, deren Durchmesser klein gegen den Durchmesser des Zentralkanals (1)
ist, deren Zahl höchstens gleich der Zahl der Pilotbrenner ist und deren Austrittsöffnungen
unterhalb der Pilotbrenner (3) münden.
2. Fackelbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (5) der Rohre (4) durch einen Schnitt entlang einer zur
Rohrachse geneigten Ebene gebildet sind.
3. Fackelbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (5) der Rohre (4) teilweise zur Wand des Zentralkanals
(1) gerichtet sind.
4. Fackelbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (5) der Rohre (4) im Bereich der Austrittsöffnung des
Zentralkanals (1) münden.
5. Fackelbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand zu den Austrittsöffnungen (5) am zentralen Gaskanal (1) ein Verteiler
(6) für die Verteilung von Gas zu den einzelnen Rohren (4) von einer Hauptentgasungsleitung
(9) aus vorgesehen ist.
6. Fackelbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (6) ein Doppelzylinder ist, in dessen Zwischenraum (8) axial oder
radial von außen mindestens ein Hauptentgasungsrohr (9) mündet, während die Rohre
(4) der Zufuhreinrichtung von der zylindrischen Innenwand (10) des Verteilers (6)
ausgehend entlang der Innenwand des zentralen Gaskanales (1) nach oben verlaufen.
7. Fackelbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Pilotbrenner (3) und die Achse der den Pilotbrennern zugeordneten
Rohre (4) auf einen Punkt vor der Austrittsöffnung des Pilotbrenners und vor der Austrittsöffnung
(5) der Rohre (4) konvergieren.