DE2437136A1

DE2437136A1 - Vorrichtung fuer die gesteuerte verbrennung von verbrennbaren gasen

Info

Publication number: DE2437136A1
Application number: DE2437136A
Authority: DE
Inventors: Eugene C Mcgill; Robert D Reed
Original assignee: John Zink Co
Current assignee: Zinklahoma Inc
Priority date: 1974-04-15
Filing date: 1974-08-01
Publication date: 1975-10-30
Also published as: CA1013251A; JPS50136737A; GB1433985A; NL167761B; US3892519A; FR2267520B1; IT1018731B; JPS5426734B2; NL167761C; FR2267520A1; NL7410403A

Description

"Vorrichtung für die gesteuerte Verbrennung von verbrennbaren Gasen"

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Verbrennen von Gasen. Genauer gesagt bezieht sie sich auf die Verbrennung von Gasen, die hochexplosiv sind, wenn sie im richtigen Verhältnis mit Luft vermischt werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Ausbildung eines Wasserverschlußsystems, das zwischen der eintretenden Gasleitung und dem Verbrennungsbereich angeordnet ist, wo das Gas auf eine eintretende Luftzufuhr trifft. Der Zweck dieses Wasserverschlusses besteht darin, die Bildung einer durchgehenden Gassäule von dem Einlassrohr zu der Verbrennungszone zu verhindern, durch die eine Explosionswelle oder -flammenfront

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A --; J

Patentanwälte Dipl.-!ng. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2,THERESIENSTRASSE 33 · Telefon: 2812 02 - Telegramm-Adresse: Lipatli/ München Bayer. Vereinsbank München, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring, Ktp.-Nr. 882495 · Posfschedc-IConfo: München Nr. 163397

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

nach hinten entlang dieser Gassäule und in die Gasleitung und zurück zu der Gasquelle verlaufen könnte.

In der Technik sind Beispiele für Vorrichtungen bekannt, die zur Bildung von Wasserverschlußanlagen konstruiert worden sind. Einige dieser Beispiele sind in den nachfolgenden USA-Patentschriften beschrieben: 3 231 252, 3 331 194, 3 606 985 und andere. Bei diesen lässt man Gas durch eine Flüssigkeit in Form einer Reihe voneinander getrennter Blasen strömen, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Blasen jeweils ein Flüssigkeitszwischenraum besteht, und nicht als eine durchgehende Strömung in Form eines Gasstrahls oder einer Gassäule. Wenn nur eine einzige Tauchrohrvorrichtung vorgesehen ist, durch die das Gas strömt, besteht bei maximaler Gasströmung die Gefahr, dass das Gas bei seinem Durchgang von dem Tauchrohr durch das Wasser zu der Oberfläche eine durchgehende Gassäule bildet, durch die eine Explosion im Gegenstrom zu der Gasströmungsrichtung nach unten und schliesslich zu der Gasquelle fortschreiten kann. Mit hochexplosiven Gasen, die durch den Verschluss strömen, und wenn sich von der Flüssigkeitsoberfläche stromabwärts eine Zündungsquelle, wie zum Beispiel eine Zündflamme befindet, kann sich die Flammenfront im Gegenstrom zu der Gasströmung bewegen, wenn sich eine ununterbrochene Gasströmung durch die Flüssigkeit befindet, um die Gasquelle zu erreichen. Wenn jedoch jeweils ein Flüssigkeitszwischenraum zwischen aufeinanderfolgenden Gasblasen besteht, die durch die Flüssigkeit hindurchgehen, kann die Flammenfront nicht den Flüssigkeitszwischenraum durchqueren, und die Verbrennung des Gases wird auf den Raum begrenzt, der sich stromabwärts von der Flüssigkeitsoberfläche befindet.

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Eine Eigenschaft von Flüssigkeitsverschlüssen gemäss dem Stand der Technik besteht darin, dass die Gase, die in Richtung auf die Flüssigkeit durch rohrförmige Teile strömen, an ein rohrförmiges Eintrittsteil an einer Stelle über dem Flüssigkeitsspiegel gelangen müssen. Dies beruht darauf, dass Flüssigkeit selbsttätig ihren Spiegel bildet und falls sich ein rohrförmiger Gaseintritt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet, strömt die Flüssigkeit in einer derartigen Menge zurück in das rohrförmige Teil, dass durch das Ablaufen von Flüssigkeit ein Flüssigkeitsverschluss über dem rohrförmigen Eintrittsteil verhindert wird.

Wegen der Erfordernisse hinsichtlich einer Verringerung der Luftverschmutzung ist es oft notwendig, hochexplosive Gasmischungen zu verbrennen, wie zum Beispiel Kohlenstoffdisulf id und Luft oder Äthylenoxyd und Luft. Ferner;werden diese Gase auch in Vermischung mit Sauerstoff verwendet. Die normalen, mit einer Zündflamme ausgerüsteten Brenner können in diesem Fall nicht verwendet werden, da sich aus der Art des Verbrennungsgases eine heftige Explosionswirkung in der gesamten Brennanlage ergeben könnte.

Diese Gasmischungen können jedoch sicher von der Flüssigkeits— oberfläche in dem Flüssigkeitsverschluss verbrannt werden, falls der Durchgang der Gase durch die Flüssigkeit in Form einer Reihe von einzelnen Blasen stattfindet. Bei der erfindungsgemassen Vorrichtung ist eine Konstruktion mit Öffnungen für die Gasströmung vorgesehen, durch die der Zustand der Gasströmung durch die Flüssigkeit in Form von Blasen geschaffen wird, sowie eine Einrichtung für den Schutz des strömenden Gases vor der durch die

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Flamme erzeugten hohen Temperatur. Ferner sind Gaseintrittsteile wesentlich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Verschlussflüssigkeit vorgesehen.

Die vorliegende Vorrichtung kann gefahrlos für das Verbrennen von explosiven Gasen entweder mit Zubehörgeräten oder in Verbindung mit einem feuerfest ausgekleideten, senkrecht emporstehenden Gebilde verwendet werden, das durch den Einzug von entsprechender Verbrennungsluft die Verbrennungsprodukte wesentlich über der Bodenhöhe ausstösst. Die ausgestossenen Verbrennungsgase sind Produkte einer vollständigen Verbrennung. Bei der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann eine entsprechende Zündeinrichtung zur Zündung der Gase verwendet werden, wenn diese die Flüssigkeitsoberfläche verlassen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Schaffung einer Anlage für die gefahrlose Verbrennung und Zündung hochexplosiver Gase, indem das Gas durch einen Wasserverschluss mit grosser waagerechter Querschnittsfläche geleitet wird, wo das Gas gezwungen wird, durch eine grosse Vielzahl kleiner Löcher hindurchzugehen, und dann nach oben durch die Wassersäule als eine Reihe von durch Wasser voneinander getrennten Gasblasen nach oben zu gelangen. Der Gasdurchgang ist als ein Paar konzentrischer Ringräume ausgebildet, wobei das Gas nach oben durch den äusseren Raum, über eine Barriere und durch den inneren Raum nach unten gelangt, von wo es durch eine Vielzahl von Gasströmungsöffnungen an dem unteren Ende der Wasserkammer in den Boden der Wasserkammer strömt. Anstelle von Wasser kann natürlich auch jede andere geeignete Flüssigkeit verwendet werden.

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Ein grosser Wasservorrat mit gesteuertem Pegel ist vorgesehen, um das Wasser in dem Wasserverschluss auffüllen zu können, das normalerweise durch die Vermischung mit dem durchgehenden Gas verdampft und auch aufgrund der Hitze der Flamme über der Oberfläche verdampft wird. Ferner tritt ein Wasserverlust infolge der Blasenbildung und der Wirbelbildung in dem Wasser selbst auf. Die Ausbildung des Wasserverschlusses sieht Teile zur Herabsetzung der Wir bei bildung vor. Diese bestehen aus zwei Leitteilen, von denen das eine ein waagerechter Ring mit bestimmter radialer Breite und einer grossen Mittelöffnung ist, durch die der Hauptteil des Gases geleitet wird. Die Mittelöffnung wird durch ein überhängendes Blech aus durchlöchertem Metall bedeckt, durch dessen Löcher das Gas hindurchgehen muss, um nach oben durch,das Wasser an seine Oberfläche zu gelangen.

Diese und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung und ein besseres Verständnis der Grundgedanken und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen

Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch eine Ausführungsform des Wasserverschlussteils der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt und

Fig. 2 einen senkrechten Querschnitt durch die gesamte Verbrennungsvorrichtung einschliesslich des in Fig. 1 gezeigten Wasserverschlussteils zeigt.

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In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist eine Wasserverschlussanlage für den Durchgang von Gas in eine Verbrennungskammer gezeigt. Sie ist mit der allgemeinen Bezugszahl 10 bezeichnet und umfasst eine äussere zylindrische Wand 12 und eine kreisförmige Bodenplatte 14 mit einem Rohr 16 in der Achse des Zylinders für die Einführung des Gases. Eine zweite waagerechte Platte 40 ist in Abstand über der Bodenplatte 14 angeordnet. Die Platte 40 trägt eine zylindrische Hülle 37, die an der Platte 40 angeschweisst ist und das eintretende Gas zwingt, nach oben durch den Ringraum 31 zwischen der Wand 37 und der äusseren Wand in Richtung der Pfeile 21 und 22 zu strömen. Eine zweite zylindrische Wand 38 ist an der Platte 40 angeschweisst und so in Abstand von der zylindrischen Wand 37 angeordnet, dass sie einen zweiten Ringraum 33 bildet, durch den die eintretenden Gase, die durch den Ringraum 31 nach oben geströmt sind, nun nach unten und durch eine um den Umfang am Boden der Wand 38 nahe an der Platte 40 ausgebildete Reihe von Löchern 36 hindurchgehen.

Ein Tank 52 für Flüssigkeit, die der Einfachheit halber hier als Wasser beschrieben wird, ist durch ein Rohr 56 an die Vorrichtung angeschlossen. Das Rohr 56 verläuft von unten durch die Bodenplatte 14 und ist an einer Stelle 60 in die Platte 40 eingeschweisst. Das Wasser wird in dem Tank 52 auf einem Pegel 62 gehalten und gleicht daher im Inneren der Innenwand 38 selbsttätig den Pegel 61 an den Pegel 62 an. Das Wasser steigt ferner in dem Raum zwischen den beiden Wänden 38 und 37 auf den Pegel 61 an, wenn kein Gas strömt.

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Das Gas strömt in Richtung der Pfeile 18, 20, 21, 22 und 23. Das in das Wasser auf einer bestimmten Tiefe unter der Oberfläche des Wassers einströmende Gas wird durch zwei Leitteile gesteuert von denen das eine, 25, die Form eines flachen Ringes mit einer Mittelöffnung 67 hat, der auf Füssen 28 auf einer bestimmten Höhe über der Bodenplatte 40 getragen wird. Ferner ist eine zweite kreisförmige Platte mit grösserem Durchmesser als die Öffnung 67 in der Platte 25 vorgesehen. Diese obere Platte 30 weist eine Vielzahl kleiner Öffnungen 32 auf, die über ihre Fläche verteilt sind. Die Platte 30 wird durch Füsse 34 über der ringförmigen Platte 25 getragen. Der Wasserpegel 61 wird auf einer bestimmten Höhe über der Höhe der Platte 30 gehalten, so dass da's in Richtung der Pfeile 23 strömende Gas in Richtung auf die Mitte des Wasserraumes entlang den Pfeilen 24 und nach oben durch die Löcher entlang den Pfeilen 64 strömt, bis es durch den Wasserspiegel 61 hervorbricht und nach oben innerhalb der zylindrischen Wand durch den Raum 66 gelangt.

Es ist wichtig, dass das strömende Gas immer unterhalb einer Temperatur gehalten wird, bei der es selbsttätig zünden und verbrennen würde, und da in dem Raum 66 heisses Gas und Verbrennungsflammen enthalten sind, ist der Raum zwischen der Wand 46 und der zylindrischen Wand 38 mit einer keramischen Isolierung 44 und, falls dies bevorzugt wird, mit einer dünnen Schicht von einer Isolierung 42 aus Keramikwolle gefüllt. Diese Kombination oder eine sonstige geeignete Isolierungskombination dient dazu, das eintretende Gas auf einer genügend tiefen Temperatur zu halten, so dass es nicht sofort verbrennt, sondern in den

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Raum 33 zwischen der Wand 38 und der Wand 37 strömt und durch die Leitteile und nach oben durch die Flüssigkeit in Form von durch Wasser getrennten Blasen strömt.

In Fig. 1 ist also die Ausbildung eines Wasserverschlusses gezeigt, der eine grosse Querschnittsfläche und genügend senkrechte Höhe aufweist, um einen Wasserverschluss aufrechtzuerhalten. Ferner ist eine grosse Wasseroberfläche vorgesehen, durch die das Gas in Form von Blasen nach oben gelangen kann, um zu gewährleisten, dass kein durchgehender Gasstrahl oder keine durchgehende Gassäule auftritt. Durch die Vorrichtung wird eine Vielzahl kleiner Blasen gebildet, die die Wirbelbildung des Wassers herabsetzen. Eine derartige Wirbelbildung könnte das Durchbrechen grösserer Gassäulen durch die Oberfläche des Wassers begünstigen. Bei der gezeigten Vorrichtung muss das Gas durch den kleinen Querschnitt der einzelnen Öffnungen 32 hindurchgehen und wird dadurch in Blasen aufgeteilt, so dass das eintretende Gas jederzeit durch eine Wasserschranke von der Flamme getrennt ist.

Eine angemessene Wasserzufuhr ist vorgesehen, um in der Wasserverschlussvorrichtung eine bestimmte Wasserhöhe aufrechtzuerhalten.

Ferner ist eine ausreichende Wärmeisolierung über dem Bereich vorgesehen, in dem das Gas durch den Wasserverschluss strömt, so dass das Gas nicht auf Verbrennungs- und Explosionstemperatur erhitzt wird.

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In Fig. 2 ist ein Brennerturm gezeigt, der mit der allgemeinen Bezugszahl 70 bezeichnet ist und einen äusseren senkrechten Zylinder 72 umfasst, der auf einem Flansch 75 auf dem Boden aufliegt. Die in Fig. 1 beschriebene Wasserverschlussvorrichtung 10 ist am unteren Ende des Brennerturms 70 eingebaut, wobei ein Ringraum 87 zwischen dem Wasserverschluss 10 und der äusseren Wand des Turms besteht. Luft gelangt in den Boden des Turms durch mehrere Öffnungen 74. Die Wasserverschlussvorrichtung kann von der Aussenwand des Turms durch angeschweisste Stützen 76 oder sonstige geeignete Mittel getragen werden.

Die Luft gelangt in den Boden des Turms durch eine Reihe von Öffnungen 74 und nach oben durch den Ringraum 87, wie die Pfeile 89 andeuten, über die Oberseite des Wasserverschlusses 10 in Richtung der Pfeile 90. Hier trifft die Luft auf die in Richtung der Pfeile 92 aufsteigende Gassäule. Hier findet eine Vermischung von Luft und Gas statt, und das entstehende Gemisch wird durch die Flamme 50 der Zündflammenvorrichtung 48 gezündet. Das verbrennende Gas strömt nach oben in Richtung der Pfeile 93 durch einen Teil des Brennerturms, der mit keramischen Teilen 88 ausgekleidet ist. Die in dem Brennerturm enthaltenen heissen Gase entwickeln einen Zug oder unteratmosphärischen Druck über der Vorrichtung 10 und bewirken dadurch das Einströmen von Luft. Die verbrennenden Gase werden vollständig verbrannt und gelangen durch das obere Ende des Brennerturms (nicht gezeigt) an die Aussenluft.

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Die Wasserzufuhr kann in zweckmässiger Weise in Form eines ringförmigen Tanks 78 vorgesehen werden, der an der Aussenwand 72 des Turms in Nähe seines unteren Endes angeschweisst ist; Das Wasser tritt durch den Einlass 80 durch eine Steueröffnung 79 in der Aussenwand des Tanks ein. Ein Rohr 81 ist in dem Boden des Tanks eingeschweisst und ist in senkrechter Richtung so bemessen, dass es eine angemessene Wasserhöhe gewährleistet, und dass die Wasserhöhe auf oder nahe an der Höhe des oberen Endes des Überlaufrohres 81 gehalten wird. Ein Rohr 56 ist in den Boden des Tanks geschweisst und verläuft in die Wasserverschlussanordnung 10, wie das Rohr 56 in Fig. 1 . Durch das Rohr 16 strömt das Gas in die Vorrichtung in Richtung des Pfeiles 18.

Während der obere Teil des Turms über der Platte 86 weggelassen werden könnte und das durch den Raum 66 aufsteigende Gas an der Mündung der Wand 12 verbrannt werden könnte, wäre dies nicht vollständig zufriedenstellen wegen der Möglichkeit der Luftverschmutzung auf geringen Höhen. Daher bildet die Kombination des Wasserverschlusses und der Verbrennungsvorrichtung 10 mit einem anschliessenden ausgekleideten Turm 72 einen höheren Hochtemperaturdurchgang für die brennenden Gase zur Gewährleistung einer vollständigen Verbrennung. Ferner gewährleistet der Turm 70 die Zerstreuung von Verbrennungsprodukten auf grösserer Höhe, so dass eine Verteilung über eine weite Fläche und daher eine geringere Konzentration von Verschmutzungen an jeder Stelle auf Bodenhöhe stattfinden würde.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

. j Vorrichtung zur gesteuerten Verbrennung von brennbaren Gasen, gekennzeichnet durch

a) einen zylindrischen Flüssigkeitsbehälter (38, 40) und eine Einrichtung (52) mittels derer eine bestimmte Flüssigkeitshöhe
einer nicht brennbaren Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter aufrechterhalten wird, .

b) eine erste Wand (37) ausserhalb der Behälterwand (38), die einen ersten Ringraum (33) bildet, der den Flüssigkeitsbehälter für die Abwärtsströmung der brennbaren Gase umgibt,

c) eine Vielzahl von um den Umfang in der Wand des Behälters in Nähe seines Bodens ausgebildeten kleinen Öffnungen (36), die
mit dem ersten Ringraum (33) in Verbindung stehen,

d) innerhalb des Behälters über den Öffnungen aber unter der Oberfläche der Flüssigkeit angebrachte Leitteile (25, 30), die mindestens eine erste waagerechte Platte (30) mit einer Vielzahl
von kleinen Öffnungen (32) umfassen,

e) eine zylindrische Hülle (46) im Inneren des Behälters über der Flüssigkeitsoberfläche und eine Wärmeisolierung (44, 42) zwischen der Hülle und der Wand des Behälters, und

f) eine Einrichtung (16, 40, 12) für die Zufuhr des brennbaren
Gases an das obere Ende des Ringraums (33), und eine Einrichtung (48) für die Zündung des Gases über der Flüssigkeitsoberfläche.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Wand (12) ausserhalb der ersten Wand (37) vorgesehen ist, die einen zweiten Ringraum (31) bildet, der in Verbindung mit dem oberen Ende des ersten Ringraumes (33) steht, und dass das Gas dem unteren Ende des zweiten Ringraumes (31) durch Teile (16, 14, 40) zugeführt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine kreisförmige Platte (14) an den Boden der zweiten Wand (12) angeschweisst ist und in Abstand unter dem Boden (40) des Flüssigkeitsbehälters liegt, wobei der Raum zwischen der Platte (14) und denn Boden (40) in Verbindung mit dem zweiten Ringraum (31) steht, und dass ein Teil (16) für die Zufuhr von Gas in diesen Raum vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Leitteil (25) in Form einer ringförmigen Platte mit einem Aussendurchmesser vorgesehen ist, der grosser ist als der Durchmesser der ersten Platte (30), und die eine Mittelöffnung (26) von kleinerem Durchmesser als die erste Platte (30) aufweist, und dass das zweite Leitteil (25) zwischen der ersten Platte (30) und dem Boden des Flüssigkeitsbehälters angebracht ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorrats- und Zufuhrtank für die Flüssigkeit und eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Flüssigkeitshöhe in dem zylindrischen Flüssigkeitsbehälter und in dem Zufuhrtank auf der gleichen Höhe vorgesehen ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindrischer Turm (70) vorgesehen ist, der grösseren Durchmesser hat als die Brennvorrichtung (10), und diese umgibt, und dass der Turm so ausgebildet ist, dass Luft durch den Ringräum zwischen der Brennvorrichtung und dem Turm nach oben gelangen kann.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenfläche des Turms eine keramische Auskleidung (88) über der Brennvorrichtung (10) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufrechterhaltene Flüssigkeitshöhe der nicht brennbaren Flüssigkeit unterhalb der oberen Strömungshöhe der brennbaren Gase liegt.

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