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Die Erfindung betrifft einen Emulsionsbrenner zum Verbrennen von Schlamm und mit festen Teilchen beladenen Flüssigkeiten, insbesondere von Rückständen bei der Kohlenwasserstoffraffination, mit einer
Frontalkammer, die an einem Ende eines Zentralkörpers angeordnet ist, welcher mit längsverlaufenden
Speisekanälen für die getrennte Zuführung der Komponenten einer aus einem flüssigen Brennstoff, einem
Schlamm oder einer mit festen Teilchen beladenen Flüssigkeit mit einem Druckfluid zum Zerstäuben des
Schlammes oder der beladenen Flüssigkeit gebildeten Emulsion versehen ist, wobei die Frontalkammer nach dem
Brennerausgang zu durch eine mit dem Zentralkörper verbundene Haube mit einer axial durchgehenden
Austrittsöffnung für die Emulsion begrenzt ist und vor der Haube eine gegenüber dem Zentralkörper feststehende
Düsennadel angebracht ist.
Es sind bereits Emulsionsbrenner bekannt, bei denen eine innige Vermischung eines flüssigen Brennstoffes wie Heizöl, eines Brenngases, im allgemeinen Luft oder ein Dampf mit oder ohne Zusatz von festen Teilchen, und einer zusätzlichen Flüssigkeit erzielt wird, die im wesentlichen aus mit löslicher oder unlöslichen Stoffen versetztem Wasser besteht, die mit bestimmten Verbrennungsprodukten reagieren können.
Insbesondere sind Brenner bekannt, bei denen die Emulsion unmittelbar an der Spitze des Brenners selbst in einer Mischkammer erzielt wird, wobei das Proportionsverhältnis der verschiedenen Bestandteile der Emulsion durch ein einziges, längs der Brennerachse bewegliches Steuerglied geregelt wird. Ferner sind auch Brennerköpfe mit mehreren parallelen bzw. koaxialen Zuführungskanälen für Brennstoff und Zerstäubungsmittel und einer vorgeschalteten gemeinsamen Mischkammer an sich allgemein üblich. Auch die Anordnung von Abdeckhauben ist an sich bekannt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine andere Type von Brenner, bei der unter Beibehaltung des Prinzips der
Bildung einer Emulsion insbesondere aus einem Brennstoff, einem Druckfluid und einem Gas oder einem Dampf dank einer Modifikation im Brenneraufbau die Möglichkeit gegeben ist, Schlamm oder Flüssigkeiten zu verbrennen, die mit Feststoffteilchen verschiedener Grösse unter Einschluss eines Teilchendurchmessers von einigen mm beladen sind.
Dabei zielt die Erfindung innerhalb dieses Anwendungsgebietes darauf ab, ein
Verschmutzen des Brenners durch die Feststoffteilchen im Schlamm zu vermeiden und damit die Gefahr einer
Explosion auszuschalten, die sich bei einem längeren Verweilen von im Schlamm selbst oder in der Brennstoffinischung enthaltenden flüchtigen Produkten insbesondere dann ergeben kann, wenn dieser Schlamm den Rückstand einer Raffinerie bildet. Ausserdem soll die Erfindung zu einem einfach aufgebauten und preisgünstig herstellbaren Gerät führen, dass ohne mechanisch bewegte Teile auskommt und damit besonders robust und leicht zu warten ist.
Zur Erreichung dieses Zieles ist ein Emulsionsbrenner zum Verbrennen von Schlamm und mit festen Teilchen beladenen Flüssigkeiten erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass rund um die Haube eine äussere Hülse einen Ringraum begrenzt, in den weitere im Zentralkörper vorgesehene Speisekanäle für die Zuführung von weiterem, mit grösseren Feststoffteilchen beladenem Schlamm und dem gleichen oder einem andern zerstäubenden Druckfluid münden, die diesen Schlamm aus dem Ringraum in Form eines die aus der Frontalkammer austretende Emulsion umgebenden Kranzes ausstossen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform für einen erfindungsgemäss ausgebildeten Brenner sind in der Frontalkammer und im Ringraum vor der Mündung der Speisekanäle für die Zuführung von Schlamm und Druckfluid schraubenlinienförmige Rippen angeordnet, die eine die Zerstäbungsbedingungen verbessernde Kreiselbewegung entstehen lassen.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die äussere Hülse vor der Frontalkammer mit einer weit offenen Hülle umgeben ist, die mit einer Zuleitung für die Zuführung eines dem Druckfluid für die Zerstäubung gleichen oder davon verschiedenen Brenn- oder Verbrennungsgases verbunden ist. Dieses Brenngas und das zerstäubende Druckfluid bestehen dabei vorzugsweise aus Druckluft, die zu 5% zur Zerstäubung von mit feinen Feststoffteilchen beladenem Schlamm, zu 15% zur Zerstäubung von mit grösseren Feststoffteilchen beladenem Schlamm und zu 80% zur Verbrennung dient.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele für einen erfindungsgemäss ausgebildeten Brenner veranschaulicht ; dabei zeigen in den Zeichnungen Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht für einen erfindunggemäss ausgebildeten Brenner, Fig. 2 einen in grösserem Massstab gehaltenen Längsschnitt durch den Kopf oder den vorderen Teil des Brenners von Fig. 1 und Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt durch eine Ausführungsvariante für den Brennerkopf gemäss Fig. 2.
Wie Fig. 1 zeigt, besitzt der dargestellte Brenner einen Zentralkörper --1--, der nach rückwärts, d. h. in den Zeichnungen nach rechts, entgegengesetzt zum Gebiet der Flammenerzeugung durch ein Hohlrohr--2-- verlängert ist, in dessen Innerem parallel zu seiner Achse Speiseleitungen--3, 4 und 5-- für verschiedene Fluide verlaufen, deren gleichzeitige Verbrennung sichergestellt werden soll. Dabei ist in Fig. 1 nur die Speiseleitung--3--in ausgezogenen Linien dargestellt, während die beiden andern Speiseleitungen--3 und 4--zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung lediglich durch strichpunktierte Linien schematisch angedeutet sind.
Alle Speiseleitungen--3, 4 und 5--sind auf einer Seite unmittelbar mit dem Zentralkörper - verbunden, und treten auf der andern Seite ausserhalb des Hohlrohres-2-durch eine Abschlussplatte --6-- hindurch aus, die mittels Schrauben --7-- hinten am Hohlrohr--2--befestigt ist.
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Ausserhalb des Brenners sind die verschiedenen Speiseleitungen-3, 4 und 5-mit in den Zeichnungen nicht dargestellten Speisestationen verbunden, die insbesondere die Versorgung des Brenners mit einem flüssigen Brennstoff wie Heizöl oder allgemein einem geeigneten flüssigen Kohlenwasserstoff und mit im Brenner zu verbrennendem Schlamm oder Flüssigkeit ermöglichen, die Feststoffteilchen verschiedener Grösse enthalten, die beispielsweise aus den Rückständen einer Erdölraffinerie stammen. Das Hohlrohr--2--besitzt ausserdem einen seitlichen Anschluss--9--, der die Einspeisung eines Brenngases insbesondere Luft oder Dampf ermöglicht, das in weiter unten im einzelnen erläuterter Weise die Zerstäubung eines Teiles des eingeführten Schlammes gewährleistet.
Rund um das Hohlrohr--2--weist der Brenner eine zylindrische Hülse -10- auf, die auf dem Zentralkörper--l--befestigt ist und gemeinsam mit dessen Aussenseite und ihrer eigenen Innenseite einen Ringraum--11--begrenzt. Am hinteren Ende des Brenners ist der Ringraum--11--durch einen Endstopfen-12--abgeschlossen, der dicht auf das Hohlrohr--2--aufgesetzt ist, und ausserdem steht er über einen Anschluss -13- mit einer Gasquelle für die Zuführung eines Gases in Verbindung, das vorzugsweise dem dem Brenner über dem Anschluss -9- zugeführten Gas gleich ist, aber auch davon verschieden und insbesondere Wasserdampf sein kann, wobei dieses Gas dazu dient, die Zerstäubung des restlichen zu verbrennenden Schlammes am Brennerausgang zu gewährleisten.
An ihrem andern Ende, also in dem Gebiet, wo die zu verbrennenden Stoffe austreten, ist die Hülse-10-durch ein Formstück -14verlängert, dessen genaue Aufgabe unten in Verbindung mit Fig. 2 noch näher geschildert wird. Vervollständigt
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--10-- einen Ringraum --16-- begrenzt,Hülse--10--aufgesetzten Stopfen--17--abgeschlossen wird und über einen Anschluss -18- mit einer Quelle grosser Kapazität für ein die Unterhaltung der Brennerflamme gewährleistendes Brenngas in Verbindung steht. Etwa an der Stelle des Brennerkopfes, wo die zu verbrennenden Stoffe ausgestossen werden, weist die
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befestigt sind.
Fig. 2 veranschaulicht die Einzelheiten im Aufbau des Brennerkopfes und ermöglicht eine leichtere Erläuterung von dessen Funktionsweise. Auch in Fig. 2 erkennt man den Zentralkörper der rückwärtig mit dem Hohlraum--2--verbunden ist, innerhalb dessen die Speiseleitungen--3, 4 und 5- für die Zuführung der zu verbrennenden Stoffe zum Brenner verlaufen. Die insbesondere in den hinteren Teil des
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Speiseleitung--3--istLängskanal--23--so durchquert, dass er vorn am Zentralkörper--l--in dessen Zentrum in eine Frontalkammer-24--, die sogenannte Emulsionskammer, eintritt, die nach vorn zu durch eine auf eine Schulter -25a- am Zentralkörper -1- aufgeschraubte Haube -25- abgeschlossen ist.
In die Frontalkammer -24- mündet ausserdem ein den Zentralkörper--l--im Anschluss an die
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des eintretenden Schlammes bewirken, und zum andern dank der zusätzlichen Einspeisung eines Druckfluids, im allgemeinen Luft oder Wasserdampf, das die Mischung aus Heizöl und Schlamm zerstäubt und eine feinverteilte Emulsion entstehen lässt.
Das Druckfluid wird unmittelbar über den Anschluss --9-- am Hohlrohr --2--
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entstehende Emulsion tritt aus der Frontalkammer--24--durch die Haube--25--hindurch aus, die in ihrer Mitte eine Öffnung--30--aufweist, wobei die Qualität der Emulsion dadurch gewährleistet wird, dass in der Achse der Öffnung -30- eine Düsennadel -31- montiert ist, die seitliche Schlitze--32--aufweist und in der Frontalkammer -24- durch ein Mündungsstück--33--festgelegt ist, das einen Diffusor bildende schraubenlinienförmige Rinnen--33a--enthält und seinerseits an einer Schulter--33b-des Zentralkörpers--l--festgelegt ist.
Erfindungsgemäss ermöglicht der so geschaffene Brenner nicht nur die Verbrennung von Schlamm mit einem Gehalt an feinen Feststofteilchen, der in der oben erläuterten Weise in der Frontalkammer--24-emulgiert wird, sondern auch die Verbrennung von Schlamm, der Feststoffteilchen mit beachtlichen Durchmessern in der Grössenordnung einiger mm enthält und daher wegen der Gefahr eines sofortigen Verstopfens oder Verschmutzens des Brenners in der Frontalkammer--24--insbesondere an der Düsennadel - und der Austrittsöffnung-30-nicht in der gleichen Weise behandelt werden kann wie der zuvor erwähnte Schlamm mit Gehalt an feinen Feststoffteilchen.
Aus diesem Grunde wird der Schlamm der zweiten
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Kategorie über die Speiseleitung --5-- zugeführt und durchquert den Zentralkörper--l--in weiteren geneigten Kanälen--34--, die jedoch nicht mehr in der Frontalkammer--24--, sondern in einem Ringraum - münden, der zum einen durch die Aussenseite der Haube --25-- und zum andern durch die
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verbunden ist, die in den Zentralkörper-l-eingearbeitet sind und an deren Mündung Rippen-38angebracht sind.
Die so entstehende intensive Verwirbelung des Schlammes und des Druckfluids ermöglicht die Speisung des Brennerausganges durch einen ringförmigen Schlitz--39--hindurch, der zwischen dem Formstück -14- und der Haube--25--vorgesehen ist, mit einem Kranz von zerstäubter Mischung, der die Emulsion des aus der Frontalkammer --24-- austretenden andern Schlammes vollständig umgibt. Von da an kann der gesamte Schlamm entzündet werden, wobei die Verbrennung durch die mit grossem Durchsatz über den Anschluss --18- in den Ringraum--16-- (s.
Fig. l) eingespeiste Luft unterhalten wird und die aus der Emulsion entstehende Flamme eine Führung durch eine leicht kegelförmige Hülle erhält, die durch den aus dem ringförmigen Schlitz --39-- austretenden zerstäubten Schlamm mit grossen Feststoffteilchen gebildet wird.
Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsvariante der Erfindung kehrt der grössere Teil der bereits bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 vorhandenen Merkmale wieder. Jedoch ist in diesem zweiten Falle die zur Zuführung des flüssigen Brennstoffes zum Brennerkopf dienende Speiseleitung--3--durch zwei getrennte
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Einspeisung eines geeigneten flüssigen Brennstoffes, während die Speiseleitung --3b-- für die Zuführung weiterer zu verbrennender Flüssigkeit, z. B. eines sehr flüchtigen oder gefährlich zu verbrennenden Stoffes wie Sprit, Azeton od. dgl. gedacht ist, der gleichzeitig mit dem Schlamm oder der mit Feststoffteilchen beladenen Flüssigkeit vernichtet werden soll.
Dieser Stoff wird dazu in der Zwischenkammer--3c--mit dem Brennstoff innig vermischt und unmittelbar danach gerade am Ausgang des Brenners gleichzeitig mit dem emulgierten Schlamm gezündet, so dass jegliche Explosionsgefahr ausgeschaltet ist, die sich dann ergeben könnte, wenn ein solcher Stoff getrennt und insbesondere unter Beimischung von Luft der Brennerspitze zugeführt wurde.
Angemerkt sei dazu noch, dass auch dieser Stoff selbst hinreichend brennbar sein kann, so dass er gegebenenfalls die Zuführung von Brennstoff über die Speiseleitung--3a--entbehrlich macht, die dann eingestellt werden kann.
In der oben dargestellten Weise erhält man einen Emulsionsbrenner, der die Verbrennung von Kohlenwasserstoffschlamm oder anderem Schlamm gestattet, der Feststoffteilchen erheblichen Durchmessers enthält, ohne dass sich die Gefahr einer Verschmutzung des Brenners ergibt, wobei gleichzeitig weitere Stoffe abgebaut werden können. Der erfindungsgemäss ausgebildete Brenner schaltet insbesondere jegliche Explosionsgefahr durch flüchtige Stoffe aus, die entweder in dem dem Brenner zugeführten Schlamm enthalten sind oder als zusätzliche Stoffe verbrannt werden sollen, da alle diese Stoffe an möglichst weit stromab gelegenen Stellen und insbesondere gerade vor der Brennstelle selbst zugeführt werden.
Die erforderliche Luftmenge kann je nach der Art der zu verbrennenden Stoffe erheblich variieren, sie wird jedoch vorzugsweise so gewählt, dass 80% davon als Verbrennungsluft in den Ringraum--16--, 15% davon zur Zerstäubung des
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gleichzeitig die Rolle eines pneumatischen Transportmittels und eines Zerstäubungsmittels zur feinen Verteilung des aufbereiteten Schlammes. Daraus folgt, dass der erfindungsgemäss ausgebildete Brenner sich besonders für die Verbrennung von Rückständen aus Erdölraffinerien eignet, wobei er praktisch deren vollständige Verbrennung ermöglicht.
Der erfindungsgemäss ausgebildete Brenner ist im übrigen besonders einfach gebaut, da er insbesondere keine mechanisch bewegten Teile enthält, was ihn robust und leicht zu betreiben macht, da die erforderlichen Regelungen durch Einwirkung auf den Druck und den Durchsatz für die verschiedenen Fluide im Brenner vorgenommen werden können. Der Druck für das gasförmige Fluid kann insbesondere je nach der Art der abzubauenden Stoffe zwischen 400 Millibar und 1 Bar variieren.
Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung können naturgemäss in verschiedenartiger Weise abgewandelt werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen ; so kann insbesondere der Zentralkörper--l--von den verschiedenen Fluiden auf andern Wegen mit anderer Verteilung und Orientierung durchströmt werden, und ebenso können die verschiedenen Speiseleitungen in anderer Weise angeschlossen werden.
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