Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zur Verbrennung von staubhaltigen gasförmigen Stoffen.

Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt und. werden in unterschiedlichsten Bauformen in zahlreichen Industrien eingesetzt. Diese Erfindung befasst sich insbesondere mit einer Vorrichtung, die für die Verbrennung von Gasen, wie sie beispielsweise in chemischen Anlagen oder Vergasungsprozessen erzeugt werden, die auch staubhaltig sein können, geeignet ist. Dazu gehört auch die Verbrennung von Gasen aus Anfahrbzw. Abfahrvorgängen solcher Anlagen, sowie von großen Gasmengen, wie sie bei Anlagenstörungen anfallen können. Vorrichtungen dieser Art sollen eine Ableitung unverbrannter Prozessgase und die damit verbundenen erhöhten Emissionen in die Atmosphäre vermeiden.

Solche Vorrichtungen werden zumeist als Fackeln ausgeführt, die auch als „Notfackeln" bezeichnet werden. Solche Fackeln werden beispielsweise in Form von offenen, sogenannten Stabfackeln verwendet, die das Gas in der Regel über einen Fackelkopf verbrennen, wobei sich dabei eine einzige Flamme ausbildet. Zur besseren Abführung der Verbrennungsgase bzw. zur sicheren Verdünnung mit Luft, werden solche Stabfackeln gezielt in die Höhe gebaut, um bestimmte Ableitungshöhen sowie auch den notwendigen Schutz vor der Strahlungswärme zu gewährleisten .

Andere Ausführungsformen sind beispielsweise Bodenfackeln, die insbesondere im Bereich der Petrochemie Einsatz finden. Wie bereits oben beschrieben, werden Notfackeln in der Regel auch bei der Druckentlastung von Reaktoren eingesetzt, die brennbare Gase über chemische oder thermische Prozesse erzeugen. Solche Reaktoren müssen insbesondere bei Anfahr- und Abfahrvorgängen über Fackelsysteme gefahren werden, weil die Qualität der Gase in solchen Phasen nicht der üblichen Verwendung zugeführt werden können, sondern gezielt verbrannt werden müssen. Bei solchen Gasen handelt es sich oftmals um ungereinigte Prozessgase, die beispielsweise noch Staub oder Öl- bzw. Teeranteile enthalten können. Solche Verunreinigungen verhindern oftmals die Verbrennung unter definierten Bedingungen in Brennkammern und machen die Verwendung von Fackeln notwendig. Eine ähnliche Situation ist in der Regel auch bei Störungen oder Ausfällen solcher Reaktoren gegeben, wobei in diesen Fällen zumeist sehr große und wechselnde Gasmengen verbrannt werden müssen. Aus diesem Grund können auch in diesem Fall nur Fackelsysteme zum Einsatz kommen.

In DE 3932751 C2 wird eine Abgasfackel beschrieben, die für die Druckentlastung von Elektroniederschachtöfen, beispielsweise bei der Herstellung von Calciumcarbid, eingesetzt wird.

Aufgrund der oftmals Undefinierten Gasqualitäten und den teilweise stark unterschiedlichen Gasmengen, haben sich in der Regel offene Fackeln durchgesetzt, die das Gas in einer offenen Flamme verbrennen, wobei die Zuführung der Verbrennungsluft automatisch aus der Umgebung erfolgt.

Der Nachteil solcher offenen Fackeln besteht in den Undefinierten Verbrennungs-Bedingungen. So ist es beispielsweise nicht möglich, ein definiertes Verhältnis von Brennstoff und Sauerstoff einzustellen, das sogenannte Lambda. Das führt da- zu, dass oftmals an der Flammenspitze unvollständige Verbrennungsprozesse zu verzeichnen sind, was sich beispielsweise durch Ruß- und Schadstoffemissionen äußert. Dieses Problem wird zumeist auch durch zu starke Abkühlung von Flammenbereichen, beispielsweise durch ungünstige Windbedingungen, verstärkt. Dadurch resultieren Verbrennungstemperaturen, die zu niedrig sind, um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten. Weiterhin wird dadurch auch die Verweilzeit des Gases in der Flamme reduziert, was ebenfalls unvollständige Verbrennung und erhöhte Emissionen von Schadstoffen zur Folge hat.

Insgesamt besteht daher das Problem, dass Fackeln Undefinierte Verbrennungsbedingungen aufweisen, die zu erhöhten Emissionen von Schadstoffen führen. Emissionsmessungen bzw. Emissionsüberwachende Maßnahmen lassen sich an offenen Fackeln mangels definierten Meßraums nicht realisieren. Weiterhin führen offene Fackeln zu erhöhter Sichteinschränkungen in der Nachbarschaft von Industrieanlagen.

Für die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Weiterhin sollte eine geschlossene Fackel entwickelt werden, in der definierte Verbrennungsbedingungen für unterschiedlichste Gasmengen und Gasqualitäten gewährleistet werden können. Die Vorrichtung sollte auch für die Verbrennung von Gasen aus unter Druck stehenden Räumen, beispielsweise Reaktoren, oder Industrieöfen geeignet sein.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zu Verbrennung von ggf. staubhaltigen gasförmigen Stoffen mit Hilfe von mehreren Fackeln gelöst, wobei die Fackeln in einem in mindestens zwei vorzugsweise miteinander kommunizierenden oder miteinander verbindbaren Teilbrennräumen unterschiedlicher Volumeninhalte unterteilten Brennraum angeordnet sind. Die gasförmigen Stoffe werden diesen Teilbrennräumen über getrennte Rohrleitungen durch Überdruckarmaturen zugeleitet, wobei der Ansprechdruck der Überdruckarmatur vor dem Teilbrennraum mit dem kleineren Volumeninhalt (Anfahr- und Abfahr-Kammer) einen niedrigeren Ansprechdruck aufweist, als die Überdruckarmatur vor dem Teilbrennraum mit dem größeren Volumeninhalt (Hauptfackel- Kammer) . Dadurch wird erreicht, dass bei geringen Gasmengen zunächst der kleine Teilbrennraum mit gasförmigen Stoffen beaufschlagt wird. Es hat sich gezeigt, dass dadurch gerade bei Gasen mit niedrigem Heizwert, zum Beispiel im Falle von Anfahr- oder Abfahrvorgängen, die Mindest-

Verbrennungstemperatur leichter eingehalten werden kann. Um dies weiter zu erleichtern, ist der kleine Teilbrennraum vorzugsweise mit einer Vorrichtung zur Verbrennung fossiler Brennstoffe ausgestattet, über die beispielsweise mit zusätzlicher Verbrennung von Erdgas eine gewollte Mindest- Verbrennungstemperatur erreicht und konstant gehalten werden kann. Die offene Kommunikation zwischen den Brennräumen erleichtert die Einhaltung der Prozessbedingungen und die Überwachung der Verbrennungsqualität.

Der Teilbrennraum mit dem größeren Volumeninhalt weist am oberen Ende eine Öffnung für die Ableitung der Verbrennungsgase auf. Diese Öffnung kann beispielsweise auch in Form eines Kamins ausgebildet werden. Dort kann z. B. mit einer gezeigten Sensorik die Qualität der Gesamtabgase kontrolliert werden . Für die optimale Funktion der Vorrichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Fackel im Teilbrennraum mit dem kleineren Volumeninhalt unterhalb der Fackel im Teilbrennraum mit dem größeren Volumeninhalt angeordnet wird.

Zur Gewährleistung einer ausreichenden Verweilzeit der Ver- ^■ brennungsgase bei ausreichend hoher Verbrennungstemperatur über der Flammenspitze, ist ein ausreichend großer Teilbrennraum notwendig. Eine Möglichkeit, diesen trotzdem möglichst klein zu halten besteht darin, die Flammenlänge durch Aufteilung der sonst üblichen Einzelflamme auf mehrere Fackelköpfe und damit auch mehrere einzelne Flammen zu verteilen. Daher weisen die Fackeln eine bestimmte Anzahl von Fackelköpfen auf , wobei der Quotient gebildet aus der Anzahl der insgesamt vorhandenen Fackelköpfe geteilt durch die aller Teilbrennräume zugeführten Heizleistung in MW, vorzugsweise 0,1 bis 2 und weiter bevorzugt 0,5 bis 1 beträgt.

Die Zuführung der Verbrennungsluft in die Teilbrennräume erfolgt durch die natürliche Sogwirkung der Fackeln, wobei die Teilbrennräume unterhalb der installierten Fackelköpfe eine oder mehrere Öffnungen für die Zuführung der Verbrennungsluft aufweisen .

Wie bereits weiter oben beschrieben ist zur Gewährleistung einer ausreichenden Verweilzeit der Verbrennungsgase bei ausreichend hoher Verbrennungstemperatur über der Flammenspitze ein ausreichend großer Teilbrennraum notwendig. Der Quotient gebildet aus dem Gesamtvolumen aller Teilbrennräume in Kubikmeter geteilt durch die aller Teilbrennräume zugeführten Heizleistung in MW beträgt 1 bis 85 und bevorzugt 3 bis 50. Zur besonders sicheren Zündung der zugeleiteten- gasförmigen Stoffe weist jede Fackel mindestens zwei Zündbrenner auf, die mit fossilen Brennstoffen, beispielsweise Erdgas, ständig betrieben und in Ihrem Dauerbetrieb überwacht werden. Eine Ausbildung mit nur einem Zündbrenner ^' ist aber auch möglich.

Zusätzlich kann jede Fackel mit mindestens einer elektrischen Zündvorrichtung ausgestattet werden.

Insgesamt kann die Vorrichtung so ausgelegt werden, dass die Verweilzeit der Verbrennungsgase von der Flammenspitze der einzelnen Flammen bis zum, Verlassen der Teilbrennräume durch die Verbrennungsgasöffnung vorzugsweise mindestens 0,3 Sekunden beträgt. Damit können die derzeit geltenden höchsten gesetzlichen Anforderungen aus dem Bundesimmissionsschutzgesetz für Abfallbehandlungsanlagen ohne spezielle weitere Maßnahmen erfüllt werden.

Wie bereits ausführlich erläutert, ist die Einhaltung des richtigen Verhältnisses von Brennstoff zu Verbrennungsluft von entscheidender Bedeutung. Die Einstellung der Verbren- nungsluftmenge erfolgt vorzugsweise durch verstellbare Durchgangsquerschnitte an den Verbrennungsluft-Öffnungen der einzelnen Teilbrennräume, beispielsweise Jalousien oder Lamellen mit Stellantrieben. Dabei dient vorzugsweise die Temperatur in den jeweiligen Teilbrennräumen als Steuergröße für die Regelung der jeweiligen Verbrennungsluftmenge im betreffenden Teilbrennraum.

Wie bereits dargelegt, ist die Einhaltung einer MindestVerbrennungstemperatur wichtig für die Minimierung von Emis- sionen. Daher ist vorzugsweise der kleinere Teilbrennraum mit 002227

- 7 - einer Vorrichtung zur Verbrennung fossiler Brennstoffe ausgestattet, mit deren Hilfe durch zusätzliche Verbrennung von beispielsweise Erdgas eine Mindest-Verbrennungstemperatur im Teilbrennraum einstellbar ist. Dabei wird die zugeführte Menge an fossilen Energieträgern vorzugsweise über die Brennraumtemperatur als Steuergröße geregelt.

Zum Schutz des Werkstoffes, beispielsweise des Stahlmantels der Brennräume, sind diese vorzugsweise mit feuerfestem Material ausgekleidet.

Die Überdruckarmaturen in den Gas-Zuleitungen in die Brennräume können vorzugsweise in Form zweier hintereinander angeordneter Klappen ausgebildet werden. Dabei kann es sich beispielsweise um gewichts- oder federbelastete Überdruckklappen handeln, die bei Absinken des anstehenden Gasdrucks wieder automatisch schließen. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, dass zwischen den beiden hintereinander angeordneten Klappen eine kontinuierliche Spülung durch Zuleitung von Inert-Gas, beispielsweise von Stickstoff erfolgt.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnung näher auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung, für Gase mit mehreren Fackeln.

Bei der Darstellung handelt es sich um eine Fackelanlage, die beispielsweise für die Druckentlastung von Reaktoren oder Industrieöfen geeignet ist. Hierbei kann es sich insbesondere um solche Reaktoren oder Industrieöfen handeln, in denen brennbare Gase, beispielsweise Synthesegas in chemischen beziehungsweise thermischen Prozessen hergestellt werden. Die Zuführung solcher Gase zur Fackelanlage erfolgt bei (1) .

Die Fackelanlage besitzt einen Brennraum, der in Teilbrennräume unterteilt ist, nämlich einen Hauptbrennraum (2) und einen Vorbrennraum (3) .

Der Vorbrennraum (3) dient der Verbrennung von kleineren und insbesondere Heizwert-schwachen Gasmengen, wie sie üblicherweise beim An- und Abfahren von Reaktoren oder Industrieöfen anfallen.

Um sicherzustellen, dass kleine Gasmengen zunächst nur in den Vorbrennraum (3) gelangen, ist dieser in der Synthesegas- Zuführung (4) mit einer Überdruckarmatur (5) ausgestattet, die beispielsweise in Form von zwei hintereinander angeordneten Druckhalteklappen ausgebildet ist.

Der Hauptbrennraum (2) ist in seiner Synthesegas-Zuführung (6) ebenfalls mit einer Überdruckarmatur (7) ausgestattet, die ebenfalls vorzugsweise in Form von zwei hintereinander angeordneten Druckhalteklappen ausgebildet ist. Diese Überdruckarmatur (7) ist jedoch mit einem höheren Ansprechdruck versehen, als die Überdruckarmatur (5) . Dadurch wird gewährleistet, dass kleinere Gasmengen automatisch bevorzugt in den Vorbrennraum (3) geleitet werden, während bei Anfall großer Gasmengen der Hauptbrennraum (12) mit Synthesegas beaufschlagt wird.

Die Rohrleitungsverbindung zwischen den jeweils hintereinander angeordneten Druckhalteklappen bei (5) und bei (7) werden, über die Rohrleitungsverbindung (8) beziehungsweise (9) stän- dig mit einem Inert-Gas, beispielsweise Stickstoff (10) gespült werden. Damit können natürliche Leckraten solcher Armaturen sicher toleriert werden, ohne dass es zu unerwünschten Synthesegas-Rückströmungen oder zu Eintritt von Luftsauerstoff in gasführende Systeme kommt.

Wie bereits erwähnt, gelangen kleinere Synthesegasmengen wegen des niedrigeren Ansprechdrucks der Überdruckarmatur (5) zunächst in den Vorbrennraum (3) , wo sie über die Fackel (11) verbrannt werden. Die sichere Zündung des Synthesegases erfolgt über redundante Zündbrenner (12) und (13), die mit einem unabhängig verfügbaren Brennstoff, beispielsweise Erdgas (14) ständig betrieben und in ihrem Dauerbetrieb, beispielsweise mittels Temperaturmessungen, überwacht werden.

Bei den eher geringen Gasmengen, die in den Vorbrennraum (3) gelangen, handelt es sich in der Regel um Anfahr- und Abfahr- Gase, die zumeist recht geringe Heizwerte aufweisen oder im Extremfall gar nicht brennbar sind. Um eine umweltgerechte Verbrennung auch solcher Gasqualitäten zu ermöglichen, sollte eine Mindest-Verbrennungstemperatur (beispielsweise größer 1000 °C) bei einer Mindestverweilzeit (beispielsweise von mindestens 0,3 Sekunden) sichergestellt werden.

Um die Mindest-Verbrennungstemperatur auch bei heizwertschwachen Gasen erreichen zu können, ist der Vorbrennraum vorzugsweise mit einer einem Zusatzbrenner (15) ausgestattet, der beispielsweise mit Erdgas (16) betrieben wird.

Die im Vorbrennraum (3) benötigte Verbrennungsluft wird über Luftzuführungsöffnungen (17) gewährleistet, wobei die Verbrennungsluft durch die im Vorbrennraum herrschende Zug- Thermik über die Luftzuführungsöffnungen automatisch ange- saugt wird. Die Dosierung erfolgt beispielsweise durch verstellbare Lamellen oder Jalousien.

Die Verbrennungstemperatur (18) im Vorbrennraum (3) wird bei der gezeigten Vorrichtung automatisch geregelt, wobei die Verbrennungstemperatur (18) als Steuergröße auf die Erdgas- Regelarmatur (19) wirkt. Gleichzeitig kann die Verbrennungstemperatur (18) auch als Steuergröße auf einen Stellmotor (20) wirken, der die Luftdosierung über die Verbrennungsluftöffnungen (17), beispielsweise durch Einstellung von Jalousien oder Lamellen steuert.

Bei Einströmung größerer Synthesegasmengen über die Synthesegaszuführung (3) steigt der Vordruck im Zuführungssystem weiter an. Dadurch öffnet sich neben der Überdruckarmatur (5) zusätzlich die für einen höheren Ansprechdruck ausgelegte Überdruckarmatur (7) , wodurch dann zusätzlich auch der Hauptbrennraum (2) mit Synthesegas beaufschlagt wird. In diesem Fall handelt es sich nicht mehr um Anfahr- oder Abfahrgase, sondern um heizwertreiches Synthesegas, das beispielsweise bei Störungen in großen Mengen im Hauptbrennraum (2) über eine oder mehrere Fackeln, im dargestellten Beispiel über zwei Fackeln (21) und (22) verbrannt wird.

Auch im Hauptbrennraum (2) wird die Zündung des Synthesegases über redundante Zündbrenner (23) und (24) beziehungsweise (25) und 26) sichergestellt, die beispielsweise mit Erdgas (14) betrieben und in ihrem Dauerbetrieb, beispielsweise mittels Temperaturmessungen, überwacht werden.

Die Verbrennungstemperatur (27) im Hauptbrennraum (1) wird geregelt, indem die Verbrennungstemperatur (27) als Steuergröße auf den Stellmotor (28) wirkt, der die Dosierung der Verbrennungsluft in den Hauptbrennraum (2) über die Verbren- nungsluftzuführungsöffnungen (29) , beispielsweise durch Ein ^¬ stellung von Jalousien oder Lamellen, regelt.

Die Abführung der gesamten Verbrennungsgase erfolgt über die Ableitungsöffnung (30), die beispielsweise als Kamin ausgeführt werden kann. Diese Ableitungsöffnung kann auch als de ^¬ finierter Meßraum für Abgasmessungen oder kontinuierliche Abgasanalytik verwendet werden.