Mobile thermische Nachverbrennungsanlage für ein verbrennbares Abgasgemisch

Abstract

 Bei dieser mobilen thermischen Nachverbrennungsanlage für ein verbrennbares Abgasgemisch, bestehend aus einer in Längsrichtung aufeinanderfolgenden baugruppenartigen Anordnung von Brenner (n) (I) für Heizöl, Hochtemperaturbrennkammer (2), Niedertemperaturbrennkammer (4), Kamin (5) mit Wärmeaustauschvorrichtungen für die Einsatzstoffe sowie den erforderlichen Zuführungsleitungen erfolgt die Aufheizung und Verbrennung der Einsatzprodukte mittels in Brenner (n) (1) generierter Stützflamme (n) in den Brennkammern (2) und (4).
Zwecks gefahrloser und kostengünstiger Umwandlung von in Raffinerien oder petrochemischen Betrieben anfallenden Abgasen wird durch einen Mantelraum das aufstromseitig tangential zugeführte Abgasgemisch mittels axialer Leitschaufeln zur Drallerzeugung der Brennkammer (4) in Abstromrichtung über eine zwischengeschaltete ringförmige Mischdüse (3) zugeführt, 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, gegensinnigen Drall geführten Zusatzluft beaufschlagt und die in der Mischdüse (3) in einer Scherströmung zusammengeführten Einsatzströme treten am aufstromseitigen Ende der Brennkammer (4) peripher ein.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine mobile thermische NachverbrennungsanLage für ein verbrennbares Abgasgemisch der im Oberbegriff des Patentanspruches L bezeichneten Art.

[0002] 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 L 079 954 bekannt geworden.

[0003] Aus der FR-OS 24 04 L73 ist eine AnLage zur Verbrennung verbrennbarer Abgase bekannt mit einem zylindrischen Gehäuse, 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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 Verbrennungswärme und durch Konditionierung der einzusetzenden Abgase der Verbrauch der einzusetzenden Zusatzenergie wie Heizöt, Erdgas oder dgt. so gering wie mögtich gehalten wird.

[0007] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch getöst, daß die Merkmate a) bis c) des Kennzeichens des Patentanspruches L verwirklicht sind.

[0008] 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, Nebet oder dgt. enthatten. Auch diese BegLeitstoffe müssen, bevor sie in einer thermischen Verbrennung umgewandelt werden, zunächst in den gasförmigen Zustand übergeführt werden, was zu einer Erhöhung der erforderLichen Verweilzeit und des Bedarfs an Zusatzenergie führt. Hieraus ergibt sich die Aufgabe, diese Begteiter zunächst abzutrennen und gesondert aufzuheizen.

[0009] 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.

[0010] Zur Lösung dieser weiteren Aufgabe können nach einer yorteiLhaften 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.

[0011] 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 Aerosolbestandteile 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.

[0012] 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 to in dem FLießschema der Figur t bezeichnete schematisch dargesteLLte Flüssigkeitsabscheidung bzw. die Druckdifferenz zwischen der Brennkammer und den AnströmeLementen 8 mit den Einströmdüsen 9 nach Figur 2 bewirkt.

[0013] In Brenner (n) L wird durch Einsatz von Zusatzenergie nämLich Verbrennung von HeizöL EL oder dgL. mit auf beispielsweise 180 1C vorgewärmter Luft L4 heißes Rauchgas L7 erzeugt, weLches zur Aufheizung der AbgasbestandteiLe dient.

[0014] In das heiße Rauchgas L7 in Brennkammer 2 werden die aus dem Abgasgemisch 16 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.

[0015] 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 eingeteitet. Die Temperatur in der Brennkammer 4 beträgt beispieLsweise 850 1C.

[0016] Die die Brennkammer 4 verlassenden Rauchgase 17 dienen zur Wärmerückgewinnung mittels in den Kamin 5 eingebauter Wärmetauscher LL, L2 und L3. In dieser Wärmerückgewinnung wird beispiesweise das zu verbrennende kaLte Abgas L6 durch das Rauchgas auf 700 1C und die ÖLverbrennungsluft L4 auf L80 1C aufgewärmt. Das Rauchgas kühlt sich dabei auf beispieLsweise 230 bis 250 1C ab.

[0017] 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.

[0018] Das Wärmerückgewinnungssystem ist beispielsweise als Wärmetauscherturm ausgebildet, der kippbar ausgeführt sein kann und gleichzeitig als Kamin 5 genutzt wird.

[0019] 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 L200 und 2000 1C betrieben, die Brennkammer 4 vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 800 und L400 1C.

[0020] In dem FLießschema der Figur L 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

LO FLüssigkeitsabscheidung bzw. Abscheidung von AerosoLbestandteiLen

LL Wärmetauscher für Abgas

L2 Wärmetauscher für ZusatzLuft

L3 Wärmetauscher für VerbrennungsLuft

L4 VerbrennungsLuft für Zusatzenergie (HeizöL oder Erdgas)

L5 ZusatzLuft

L6 Abgas

L7 Rauchgas

L8 Zusatzenergie (HeizöL oder Erdgas)

[0021] 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

LL Wärmetauscher für Abgas

L2 Wärmetauscher für Zusatzluft

L3 Wärmetauscher für VerbrennungsLuft

L4 VerbrennungsLuft

L5 Zusatzluft

L6 Abgas

L7 Rauchgas

L8 Zusatzenergie (Heizöl oder Erdgas)

20 Zusatzluftführung

2l Abgaszuführung

22 Ausmauerung

[0022] 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.

[0023] 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.

Ansprüche

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 (L6) beaufschlagt wird, nach oben umgelenktem Kamin (5) sowie Zuführungen für die Zusatzenergie (L8), für VerbrennungsLuft (L4), für Zusatz Luft (L5) sowie für das zu verbrennende Abgasgemisch (L6) mit Wärmeaustauschvorrichtungen (LL, L2, L3) für die Vorwärmung der VerbrennungsLuft, der Zusatz Luft sowie des Abgasgemisches (L6) 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 (L6) mittels axialer LeitschaufeLn zur DraLLerzeugung der Brennkammer (4) in Abstromrichtung über die zwischengeschaltete ringförmige Mischdüse (3) zugeführt.,

b) die Mischdüse (3) wird über einen weiteren ringförmigen EinstromkanaL (7) mit der am abstromseitigen Ende von Brennkammer (4) tangential zugeführten, über axiale LeitschaufeLn mit einem, bezogen auf den DraLL des Abgasgemisches (L6), 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.

Zeichnung