EP1870638A1 - Anlage zur Verbrennung von unerwünschten Gasen - Google Patents

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EP1870638A1
EP1870638A1 EP06012880A EP06012880A EP1870638A1 EP 1870638 A1 EP1870638 A1 EP 1870638A1 EP 06012880 A EP06012880 A EP 06012880A EP 06012880 A EP06012880 A EP 06012880A EP 1870638 A1 EP1870638 A1 EP 1870638A1
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    • F23J2213/00Chimneys or flues
    • F23J2213/40Heat insulation fittings

Definitions

  • the invention relates to a plant for the combustion of undesirable gases, in particular of hydrocarbons.
  • GSG Equipment Safety Act
  • BetrSichV Industrial Safety Ordinance
  • TRbF Technical Rules for Flammable Liquids
  • a method applicable to emission reduction is combustion in a combustion chamber, which, however, must be connected to the hydrocarbon source, for example the tank to be cleaned, which in the past has been applicable only to tank systems with large continuous exhaust air volumes, where the construction of a stationary combustion chamber is economical makes sense.
  • German Utility Model 202004006411.1 a plant for the combustion of hydrocarbons is proposed, with the economically meaningful way, smaller tanks can be cleaned. It is a modular system with a combustion chamber with burner, temperature and oxygen measurement, a safety distance, a fuel gas fan and a combustion air fan.
  • a fail-safe controller installed in a container monitors the system after it has been set up.
  • the object of the invention is to reduce the workload before commissioning.
  • the object is achieved by the measures mentioned in claim 1. According to the invention, it is not intended to transport the individual modules separately, to assemble them on site and to connect them to one another in terms of function, but to pre-assemble them and to deliver them ready for use to the place of use. This eliminates the installation effort, the highly qualified personnel needed, and accordingly significantly shorter assembly times are necessary. The safety inspection on site is eliminated.
  • the entire preassembled unit can be adapted to the standard dimensions of conventional trade containers, so that existing transport structures can be used. It is thus created by a mobile system that can be transported to the respective site and can be easily established on site.
  • a further measure for solving the heat problem is the targeted cooling of a hot gas arc arranged behind the combustion chamber, to which a part diverted from the combustion air is supplied via a pipe system as cooling air.
  • the hot gas arc is double-walled, from the space between the two walls, the heat can be dissipated through the air flowing through targeted and effective.
  • the flow rate can be adjusted by a control valve manually or fed back depending on measurement parameters.
  • a contact protection preferably in the form of perforated plates, is provided for hot parts.
  • the burner itself in order to burn efficiently even with small amounts of gas without further intervention and without structural changes, is additionally provided with a gas lance, which supports clean combustion with small amounts of gas.
  • FIGURE 1 shows a perspective view of the structure according to the invention.
  • the entire unit 10 is transportable, it is constructed on a base plate 12.
  • the rectangular base plate 12 has in the region of its four corners feet 14, which allow under-grip of the base plate, for example with a forklift.
  • This modular design ensures easy transport, quick and easy on-site installation, speedy commissioning and safe operation.
  • On the base plate 12 is constructed with external vertical profiles 16 which point from the edge of the base plate 12 upwards, and with the vertical profiles 16 above connecting horizontal profiles 18, an outer frame which protects the cage-like mounted on the base plate elements.
  • the combustion path for the gases has a gas fan 20 having a port 22 to which the connecting hoses or pipes are connected from the tanks to be cleaned, as shown below in the functional description.
  • the gas-air mixture is fed to a gas burner 32 via a gas line 24, which is shown only schematically in its individual components and has pneumatically actuated shut-off flaps 26 and a detonation fuse 28.
  • combustion air is applied to the gas burner 32 via a combustion air fan 30.
  • a combustion chamber 34 Connected to the gas burner 32 is a combustion chamber 34, at the end of which a box 36 with a double-walled cooling jacket is provided.
  • the box 36 also referred to as a hot gas arc, directs the hot gas into a chimney 38.
  • This chimney 38 has on its underside a flange 40 which is sealingly in contact with a counterflange 42 at the top of the box 36 in operation.
  • the flanges 40 and 42 are connected to each other with a hinge 44, so that when the fixation between the two flanges is released, the chimney can be folded down.
  • the chimney 38 In its working position, the chimney 38 is additionally fixed with a holder 52, which is connected to a holding element 50, which is attached to the chimney, and thus provides additional security.
  • This structure with holder 52 can also be designed as a lifting mechanism for the folded fireplace from its transport position in the upright working position.
  • the box 36 which is traversed by the hot exhaust gas after combustion, is provided with a double wall.
  • a cooling air duct 46 leads from the combustion air fan 30 into the space between the two walls of the box 36, from where it exits into the open or into the chimney after flowing through the intermediate space.
  • the chimney 38 is, as also seen in Fig. 1, folded down. In this state, the entire system can be transported, for example, on a truck and brought to the site. Since the plant 10 serves to storage tanks of the mineral oil industry, in which a hydrocarbon / air mixture is to clean, by the with Hydrocarbonated indoor atmosphere is burned, it is necessary to transport the plant each to their place of use.
  • the installation 10 When the installation 10 has reached its place of use, it is turned off, and the then necessary installation effort is reduced to a minimum. It only has to be connected by means of a pipe connection or hose connection of the gas connection 22 with the tank to be cleaned, in which case naturally high demands are placed on the tightness.
  • the system 10 must be connected to a monitoring unit, not shown here, which can also be designed as a portable module and includes a measuring cabin for the operator to allow the control of the system and the monitoring of the operating parameters.
  • a monitoring unit not shown here, which can also be designed as a portable module and includes a measuring cabin for the operator to allow the control of the system and the monitoring of the operating parameters.
  • the chimney 38 is folded from the horizontal to the vertical and secured by a mutual fixation of the two flanges 40 and 42 in its working position.
  • the fireplace is designed to a height of about 5 m.
  • the gas as a rule consisting of hydrocarbons-enriched air, can be sucked in by commissioning the gas fan 20 and supplied to the gas burner 32 via the gas line 24.
  • pneumatically actuated in the gas line Shutters 26 and a detonation fuse 28 is provided.
  • the gas burner 32 the combustion of the supplied gas in the combustion chamber 34 is made via a combustion air fan, which supplies ambient air to the burner as a fan, the hot exhaust gases enter the rear end of the combustion chamber 34 in a box 36, in which one of the Horizontal is located in the vertical deflecting hot air arc.
  • the high heating of the box 36 is reduced by a double-walled design.
  • With the cooling air line 40 which connects the space between the two walls of the box 36 with the combustion air fan 30, a part of the air to be supplied to the gas burner can be branched off at ambient temperature and blown between the walls to remove heat.
  • the entire system is designed so that all electrical and hot components are more than 0.8 m above the ground and thus above the explosion zone area, which provides additional security.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Anlage zur Verbrennung von Restgasen in Tankanlagen. Dabei wir ein kompakter Aufbau der Anlage (10) erreicht, um sie als Gesamtmodul leicht transportierbar zu machen. Zu diesem Zweck wird der Kamin (38) der Anlage abklappbar ausgeführt, und es werden Kühlungsmaßnahmen vorgesehen, um Ausfälle durch Überhitzung aufgrund der engen Bauweise zu vermeiden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Verbrennung von unerwünschten Gasen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen.
  • Bei der Befüllung von Lagerbehältern, bei dem Umfüllen von Tankinhalten und bei der Inspektion und Reinigung von Lagertanks wird mit Kohlenwasserstoffen beladene Tankatmosphäre an die Umgebung abgegeben. Aus Gründen der Luftreinhaltung, geregelt in den einschlägigen gesetzlichen Vorschriften, in Deutschland zum Beispiel in der TA Luft, und aus Vorsorgegründen gegen schädliche Umwelteinwirkung gemäß § 5 Abs. 1 Nr. 2 BImSchG ist die Abgabe der Kohlenwasserstoffe nicht statthaft.
  • Insbesondere bei der Inspektion und Reinigung von Tanks in der Mineralölindustrie werden Nachverbrennungen oder gleichwertige Maßnahmen zur Emissionsminderung gefordert. Die bei der Tankreinigung anfallenden brennbaren Gase werden in der Regel ohne energetische Nutzung verbrannt.
  • Unter Abschnitt 5.4.8.1 a.2.2 der TA Luft: "Anlagen zum Abfackeln von brennbaren gasförmigen Stoffen, die nicht aus Abfallbehandlungsanlagen stammen" werden folgende Anforderungen formuliert:
  • Brennbare gasförmige Stoffe, die aus betrieblichen Gründen ohne energetische Nutzung verbrannt werden sollen, sind einer Abgasreinigungseinrichtung zuzuführen. Diese Abgasreinigung kann über eine thermische oder katalytische Nachverbrennung erfolgen. Für diese Anlagen gelten hinsichtlich der Emissionsminderung vereinfachte Anforderungen:
    • Für Schwefeloxide, Stickstoffoxide und Kohlenmonoxid werden keine Grenzwerte definiert.
    • Für Kohlenwasserstoffe, jeweils bezogen auf den Gesamtkohlenstoff, wird ein Emissionsminderungsgrad von mindestens 99,9 oder eine Massenkonzentration von < 20 g/m3 gefordert.
    • Die Einhaltung der geforderten Emissionsminderung hinsichtlich der organischen Stoffen ist in Abstimmung mit den Genehmigungsbehörden nachzuweisen.
    • Ausbrandtemperatur ist kontinuierlich zu messen und aufzuzeichnen
  • Lagertanks und daran angeschlossenen Anlagen sind in der Regel in explosionsgefährdeten Bereichen angeordnet. Daher sind das Gerätesicherheitsgesetz (GSG), die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) und die Technischen Regeln brennbare Flüssigkeiten (TRbF), hier insbesondere die TRbF 20 zu beachten.
  • Ein für die Emissionsminderung anwendbares Verfahren ist die Verbrennung in einer Brennkammer, die jedoch an die Kohlenwasserstoffquelle, zum Beispiel den zu reinigenden Tank angeschlossen sein muss, was in der Vergangenheit nur bei Tankanlagen mit großen kontinuierlichen Abluftmengen anwendbar war, wo der Aufbau einer stationären Brennkammer ökonomisch sinnvoll ist. Es ist jedoch wünschenswert, auch bei einzelnen und kleineren Tanks, z.B. Lagertanks in der Mineralölindustrie, die bei der Reinigung der Tanks diskontinuierlich anfallenden Abgase unmittelbar vor Ort zu verbrennen.
  • In dem deutschen Gebrauchsmuster 202004006411.1 wird eine Anlage zur Verbrennung von Kohlenwasserstoffen vorgeschlagen, mit der auf ökonomisch sinnvolle Weise auch kleinere Tanks gereinigt werden können. Es handelt sich dabei um eine modular aufgebaute Anlage mit einer Brennkammer mit Brenner, Temperatur- und Sauerstoffmessung, einer Sicherheitsstrecke, einem Brenngasventilator und einem Verbrennungsluftventilator.
  • Eine in einem Container installierte fehlersichere Steuerung überwacht nach deren Aufbau die Anlage.
  • Es ist jedoch notwendig, zur Inbetriebnahme die einzelnen Komponenten der Anlage zu verbinden, um den.Betrieb starten zu können. Neben dem damit verbundenen Arbeitsaufwand ist der stets neu vorzunehmende Aufbau zeitintensiv, da er an die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften hohe Anforderungen stellt und jeweils eine neue Sicherheitsabnahme entsprechend den örtlichen Vorschriften, in Deutschland beispielsweise durch den TÜV erforderlich macht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Arbeitsaufwand vor Inbetriebnahme zu verringern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die in Anspruch 1 genannten Maßnahmen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die einzelnen Module nicht getrennt zu transportieren, vor Ort zusammenzusetzen und funktionsgemäß miteinander zu verbinden, sondern diese vormontiert und bereits einsatzbereit an den Einsatzort anzuliefern. Damit fällt der Montageaufwand, der hochqualifiziertes Personal benötigt, weg, und entsprechend sind auch deutlich geringere Montagezeiten notwendig. Auch die Sicherheitsabnahme vor Ort entfällt.
  • Die gesamte vormontierte Einheit kann dabei den Normmaßen üblicher Handelscontainer angepasst werden, so dass auf bestehende Transportstrukturen zurückgegriffen werden kann. Es wird also dadurch eine mobile Anlage geschaffen, die zu dem jeweiligen Einsatzort transportiert werden kann und unproblematisch vor Ort aufgebaut werden kann.
  • Ein sich bei der Zuordnung der einzelnen Baugruppen auf engem Raum ergebendes Problem ist dabei die abzuführende Wärme, die notgedrungen bei der Verbrennung der Kohlenwasserstoffe entsteht. Da die Komponenten nicht weit auseinander gezogen werden können, ist die gegenseitige Aufheizung ein unerwünschter Nebeneffekt. Zur Abführung der bei der Verbrennung entstehenden Wärme ist ein Abluftkamin vorgesehen, der aus den genannten Gründen eine Höhe von etwa mindestens 5 m haben sollte. Um die Gesamteinheit dennoch transportfähig mit den üblichen Transportmitteln und auf den üblichen Straßen zu halten, ist der Kamin abklappbar ausgeführt und kann zu Transportzwecken in eine horizontale Lage versetzt werden.
  • Dazu kann ihm entweder eine Seilwinde oder alternativ ein Hebelwerk zugeordnet werden, so dass kein besonderes Werkzeug mitgeführt zu werden braucht.
  • Eine weitere Maßnahme zur Lösung des Hitzeproblems ist die gezielte Kühlung eines hinter der Brennkammer angeordneten Heißgasbogens, dem ein von der Verbrennungsluft abgezweigter Teil über ein Rohrsystem als Kühlluft zugeführt wird. Der Heißgasbogen ist doppelwandig ausgeführt, aus dem Raum zwischen den beiden Wandungen kann die Wärme durch hindurchströmende Luft gezielt und wirksam abgeführt werden. Die Strömungsmenge kann dabei durch eine Regelklappe manuell oder rückgekoppelt in Abhängigkeit von Messparametern eingestellt werden.
  • Zur weiteren effektiven Hitzeabschirmung und auch zur Sicherheit des Personals ist bei heißen Teilen ein Berührungsschutz, vorzugsweise in Form von Lochblechen, vorgesehen.
  • Der Brenner selbst, um auch bei geringen Gasmengen ohne weitere Eingriffe und ohne Aufbauänderungen effizient zu verbrennen, ist zusätzlich mit einer Gaslanze versehen, die bei kleinen Gasmengen die saubere Verbrennung unterstützt.
  • Im Folgenden wird der Aufbau anhand der Zeichnung erläutert.
  • Die einzige Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Aufbaus.
  • Die gesamte Einheit 10 ist transportabel, sie ist auf einer Grundplatte 12 aufgebaut. Die rechtwinklige Grundplatte 12 besitzt im Bereich ihrer vier Ecken Füße 14, die ein Untergreifen der Grundplatte beispielsweise mit einem Gabelstapler ermöglichen. Durch diesen modularen Aufbau kann ein einfacher Transport, eine schnelle und einfache Installation am Einsatzort, eine zügige Inbetriebnahme und ein sicherer Betrieb gewährleistet werden. Auf der Grundplatte 12 ist mit äußeren Vertikalprofilen 16, die vom Rand der Grundplatte 12 nach oben weisen, und mit die Vertikalprofile 16 oben verbindenden Horizontalprofilen 18 ein Außenrahmen aufgebaut, der käfigartig die auf der Grundplatte montierten Elemente schützt.
  • Die Verbrennungsstrecke für die Gase weist einen Gasventilator 20 auf, der einen Anschluss 22 besitzt, an den die Verbindungsschläuche oder -rohre von den zu reinigenden Tanks, wie weiter unten in der Funktionsbeschreibung dargestellt, angeschlossen werden. Über eine in ihren Einzelkomponenten nur schematisch dargestellte Gasstrecke 24, die pneumatisch betätigte Absperrklappen 26 und eine Detonationssicherung 28 aufweist, wird das Gas-Luftgemisch einem Gasbrenner 32 zugeführt. Gleichzeitig wird über einen Verbrennungsluftventilator 30 der Gasbrenner 32 mit Verbrennungsluft beaufschlagt.
  • An den Gasbrenner 32 schließt sich eine Brennkammer 34 an, an deren Ende ein Kasten 36 mit doppelwandigem Kühlmantel vorgesehen ist. Der Kasten 36, auch als Heißgasbogen bezeichnet, lenkt das heiße Gas in einen Kamin 38. Dieser Kamin 38 besitzt an seiner Unterseite einen Flansch 40, der im Betriebszustand mit einem Gegenflansch 42 oben auf dem Kasten 36 abdichtend in Berührung steht. Die Flansche 40 und 42 sind mit einem Scharnier 44 miteinander verbunden, so dass, wenn die Fixierung zwischen den beiden Flanschen gelöst ist, der Kamin abgeklappt werden kann. In seiner Arbeitsstellung wird der Kamin 38 zusätzlich mit einem Halter 52 fixiert, der mit einem Halteelement 50, das am Kamin angebracht ist, verbunden ist und somit eine zusätzliche Sicherung bietet. Dieser Aufbau mit Halter 52 kann zugleich als Hebemechanismus für den abgeklappten Kamin aus seiner Transportstellung in die aufrechte Arbeitsstellung ausgelegt sein.
  • Der Kasten 36, der von dem heißen Abgas nach der Verbrennung durchströmt wird, ist mit einer Doppelwand versehen. Eine Kühlluftleitung 46 führt von dem Verbrennungsluftventilator 30 in den Zwischenraum zwischen den beiden Wandungen des Kastens 36, von wo sie nach Durchströmung des Zwischenraums ins Freie oder in den Kamin austritt.
  • Die Funktion der in der Zeichnung dargestellten Anlage 10 ist wie folgt:
  • Sämtliche Komponenten sind, wie dargestellt, auf der Grundplatte 12 fixiert, der Kamin 38 ist, wie ebenfalls in Fig. 1 zu sehen, abgeklappt. In diesem Zustand kann die gesamte Anlage beispielsweise auf einem Lastkraftwagen transportiert werden und an den Einsatzort gebracht werden. Da die Anlage 10 dazu dient, Lagertanks der Mineralölindustrie, in denen sich ein Kohlenwasserstoff-/Luftgemisch befindet, zu reinigen, indem die mit Kohlenwasserstoffanteilen versehene Innenatmosphäre verbrannt wird, ist es notwendig, die Anlage jeweils zu ihrem Einsatzort zu transportieren.
  • Wenn die Anlage 10 ihren Einsatzort erreicht hat, wird sie abgestellt, und der dann notwendige Installationsaufwand reduziert sich auf ein Minimum. Es muss lediglich mit Hilfe einer Rohrverbindung oder Schlauchverbindung der Gasanschluss 22 mit dem zu reinigenden Tank verbunden werden, wobei hier an die Dichtigkeit naturgemäß hohe Anforderungen zu stellen sind.
  • Außerdem muss die Anlage 10 mit einer hier nicht dargestellten Überwachungseinheit, die ebenfalls transportierbar als Modul ausgebildet sein kann und eine Messkabine für die Bedienungsperson enthält, verbunden werden, um die Steuerung der Anlage und die Überwachung der Betriebsparameter zu ermöglichen.
  • Der kritische Zusammenbau der Einzelkomponenten der Verbrennungsanlage jedoch muss nicht mehr vor Ort erfolgen.
  • Zur Inbetriebnahme wird der Kamin 38 von der Horizontalen in die Vertikale geklappt und durch eine gegenseitige Fixierung der beiden Flansche 40 und 42 in seiner Arbeitsstellung gesichert. Um eine ausreichende Abfuhr der bei der Verbrennung entstehenden Wärme zu erreichen, ist der Kamin auf eine Höhe von etwa 5 m ausgelegt.
  • Nach dem Anschluss der Rohrleitung am Gasanschluss 22 kann durch Inbetriebnahme des Gasventilators 20 das Gas, in der Regel bestehend aus mit Kohlenwasserstoffen angereicherter Luft, angesaugt werden und über die Gasstrecke 24 dem Gasbrenner 32 zugeführt werden. Zur Sicherheit sind in der Gasstrecke pneumatisch betätigbare Absperrklappen 26 und eine Detonationssicherung 28 vorgesehen. Mit dem Gasbrenner 32 wird über einen Verbrennungsluftventilator, der als Gebläse Umgebungsluft dem Brenner zuführt, die Verbrennung des zugeführten Gases in der Brennkammer 34 vorgenommen, die heißen Abgase treten am hinteren Ende der Brennkammer 34 in einen Kasten 36 ein, in dem sich ein von der Horizontalen in die Vertikale umlenkender Heißluftbogen befindet. Die starke Erhitzung des Kastens 36 wird durch eine doppelwandige Ausführung verringert. Mit der Kühlluftleitung 40, die den Zwischenraum der beiden Wandungen des Kastens 36 mit dem Verbrennungsluftventilator 30 verbindet, kann ein Teil der dem Gasbrenner zuzuführenden Luft mit Umgebungstemperatur abgezweigt werden und zwischen die Wandungen geblasen werden, um Wärme abzutransportieren.
  • Mit Hilfe eines sich in der Kühlluftleitung 40 befindlichen Regelventils ist dabei das Ausmaß der Kühlung steuerbar.
  • Die gesamte Anlage ist so aufgebaut, dass alle elektrischen und heißen Bauteile mehr als 0,8 m über dem Boden sind und damit über dem Explosionszonenbereich liegen, was eine zusätzliche Sicherheit darstellt.
  • Durch die Erfindung wird eine vormontierte Anlage zur Tankreinigung durch Verbrennung der kohlenwasserstoffbelasteten Innenatmosphäre geschaffen, wobei die sich ergebenden Probleme der hohen Wännebelastung der Einzelkomponenten sowie des Platzbedarfes gelöst werden.

Claims (10)

  1. Anlage zur Verbrennung von unerwünschten Gasen, insbesondere Kohlenwasserstoffen,
    mit einer Brennkammer (34), einem daran angeschlossenen Gasbrenner (32), einem Brenngasventilator (20), und Überwachungseinrichtungen für den Ablauf der Verbrennung,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Komponenten auf einer Plattform (12) vormontiert angeordnet sind und funktionsfähig miteinander verbunden sind.
  2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (12) mit Eckbeschlägen für genormte Container ausgestattet ist und entsprechende Stützen (14) aufweist.
  3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennkammer (34) zur Abführung der Abgase ein Kamin (38) nachgeschaltet ist, wobei der Kamin (38) zu Transportzwecken abklappbar ausgeführt ist.
  4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kamin (38) auf der Plattform (12) eine Seilwinde zugeordnet ist, mit der er aus der im wesentlichen horizontalen Transportstellung in die vertikale Arbeitsstellung gebracht werden kann.
  5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kamin (38) auf der Plattform ein Hebelmechanismus zugeordnet ist, mit dessen Hilfe er aus der im wesentlichen horizontalen Transportstellung in die vertikale Arbeitsstellung gebracht werden kann.
  6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Rohrverbindung (46) ein Teilstrom der Verbrennungsluft einem hinter der Brennkammer (34) angeordneten Heißgasbogen (36) als Kühlluft zugeführt wird.
  7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasbogen (36) mit einem Doppelmantel ausgeführt ist, dem die Kühlluft zuführbar ist.
  8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrverbindung (46) zur Zufuhr eines Teilstroms der Verbrennungsluft zum Heißgasbogen (36) eine Regelklappe vorgesehen ist.
  9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den heißen Teilen jeweils ein Berührungsschutz zugeordnet ist.
  10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner mit einer zusätzlichen Gaslanze versehen ist.
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