Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von flüssigen, wasserhaltigen Abfallstoffen Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Verbrennen von flüssigen, wasserhaltigen Abfallstoffen, sowie eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei welchem konzentrische Ströme von Heizöl und Abfallstoffen durch eine Gasstrom zerstäubt und in zerstäubtem Zu stand verbrannt werden und ist dadurch gekennzeichnet, dass man einen Strom der zu verbrennenden flüssigen, wasserhaltigen Abfallstoffe axial ins Zentrum einer vom zerstäubten Heizölstrom gespeisten Flamme leitet, da rin den Wasseranteil verdampft und den brennbaren Anteil verbrennt, wobei man ein Verhältnis von Brenn barem zu Wasser von wenigstens 2:1 einhält.
Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine aus drei koaxialen Rohren bestehende Brennerlanze, von denen das innerste für die wasserhaltigen Abfallstoffe bestimmt ist und am feuer- seitigen Ende sich erweiternd in einer scharfen Kante endigt, an welcher das Heizöl aus dem mittleren Rohr austritt und durch den aus dem äussersten Rohr aus tretenden Gasstrom zerstäubt und in den Feuerraum ge tragen wird, durch eine in den Konturen der Erwei terung des innersten Rohres und der Mündung des mitt leren Rohres angepasste Lippe für den austretenden Gasstrom und durch Mittel,
um den Gasstrom zu ver- wirbeln.
Aus verschiedenen koaxialen Rohren aufgebaute Brenner sind bereits bekannt. In der amerikanischen Patentschrift Nr. 2 368 373 ist ein aus 3 koaxialen Roh ren bestehender Brenner beschrieben, bei dem das in nerste Rohr für Pressluft, das mittlere Rohr für Öl- und das äusserste Rohr für die Dampfzufuhr bestimmt ist. Die vereinigte Wirkung der Luft und des Dampfs sorgen für die Atomisierung des Öls.
Die amerikanische Patentschrift Nr. 2 239 025 zeigt einen besonders für die Verbrennung von gebrauchtem Motoröl geeigneten Brenner, der aus 4 koaxial inein- andergebauten Düsen besteht. Durch die innerste Düse wird das Öl, durch die nächste Düse Pressluft, durch die zweitäusserste Düse angesaugte Zusatzluft und durch die äusserste Düse Dampf zugeführt. Die einzelnen Düsenmündungen sind Längsweg gegeneinander versetzt.
Das Ganze ist in einem Rohr montiert, das durch Saug- wirkung mit weiterer Zusatzluft beliefert wird und eine Zündkerze zur Zündung der Mischung aufweist. Die Vernebelung des Öls wird durch die kombinierte Wir kung der Luft und des Dampfs bewirkt.
Der Brenner gemäss der deutschen Patentschrift Nr. 714 160 isst für Verbrennung von Schweröl unter Anheizung mit Leichtöl bestimmt. Es besteht aus drei koaxialen, drehbaren, in einem vierten festmontierten Rohr angeordneten Rohren. Durch das innerste Rohr wird Leichtöl zugeführt, das zweite und das vierte, äus- serste Rohr dienen der Zufuhr der Luft und das dritte Rohr für den Zusatz des Schweröls und Zusatzluft. Die Ölvernebelung erfolgt durch die Rotation der drei in neren Rohre für das Leichtöl und durch Luftzerstäu- bung für das Schweröl.
Im Brenner gemäss der deutschen Patentschrift Nr. <B>1</B>164 013 ist ein Leichtölbrenner für Druckzerstäubung in einem Schwerölbrenner für Dampfzerstäubung kon zentrisch angeordnet. Das Rohr für das Leichtöl ist im Zentrum, dann folgt gegebenenfalls ein Isolationsrohr und das Dampfrohr, zuäusserst das Schwerölrohr, wobei das Schweröl mit dem Dampf kurz vor der eigentlichen Mündung in Berührung kommt.
Keiner dieser beschriebenen Brenner ist für wasser haltige Altstoffe geeignet.
Es ist auch schon ein Schlammbrenner für feststoff- haltigen Ölschlamm beschrieben worden. Dieser besteht aus einer gas- oder dampfbetriebenen ringförmigen Re sonanzkammer, in welche der Ölschlamm durch ein im Zentrum angeordnetes, mit dem Kammerende bündiges Rohr zugeführt und durch die schwingenden Gase oder Dämpfe zerstäubt wird. Nach den von der Erfinderin gemachten Erfahrungen ist dieser Brenner für die Ver- brennung mehr als 5 % Wasser enthaltende Ölprodukte ungeeignet.
Eine in Altölverbrennungsanlagen benützte Vorrich- tung zur Verbrennung von wasserhaltigem Öl besteht aus einer schnellrotierenden, in einer Feuerkammer an- geordneten Kreisplatte, mit welcher das wasserhaltige Öl vernebelt wird. Diese Anlage ist unseres Wissens die einzige, mit welcher auch wasserhaltige Öle verbrannt werden können.
Es fallen heutzutage an vielen Orten wasserhaltige Öle an, d. h. Öle mit einem Wassergehalt von über 5 %, die sich nur unter Schwierigkeiten wieder verwerten las sen. Bei der Revision von Haustankanlagen müssen grosse Mengen von Schlamm- und wasserhaltigen Ölen beseitigt werden.
In Garagen müssen nebst verbrauchten Motorenölen, Emulsionen von Bohr- und Schleifölen, sowie schleifmittelhaltige Öle, die in normalen Brennern nicht verwertet werden können, abgestossen werden. In vielen Betrieben sind ferner wasserhaltige Emulsionen zu beseitigen, die wegen der Güte der eingesetzten Emulga- toren nicht gebrochen und somit nicht mehr in ihre Be standteile zerlegt werden können. Auch Bohröle und Schwerölschlämme werfen grosse Probleme bei der Be seitigung auf.
Die Vernichtung oder Verwertung aller dieser was serhaltigen Öle ohne Hinterlassung störender Neben produkte ist daher ein vordringliches Bedürfnis. Sie ist auch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung; eine Aufgabe, welche bis jetzt nicht mit Hilfe von nichtrotie rende Teile aufweisenden Brennern gelöst werden konnte.
Die Grundidee der Erfindung liegt in der Lehre, die flüssigen wasserhaltigen Abfallstoffe in die Achse eines durch einen Gasstrom zerstäubten Ölstroms in die Flamme zu leiten, wo das wasserhaltige Öl zusammen mit einem wasserfrelen Ölstrom zerstäubt, der Wasser anteil verdampft und der brennbare Anteil verbrannt wird.
Vorzugsweise soll der Gasstrom rotierend und turbulent sein und die Ölströme einschliessen und durch dringen. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung soll unter dem Begriff Heizöl ein Öl mit weniger als 5 % Wassergehalt verstanden werden.
Die wasserhaltigen Abfallstoffe können beispiels- weise aus Ölschlamm, ölhaltigen Emulsionen oder aus ölhaltigem Kautschuk- oder Kunststofflatex oder aus Wasser mit gelösten Giftstoffen bestehen. Das Heizöl, das die Grundflamme unterhalten soll,
kann aus leich tem oder mittelschwerem Öl mit einem Stockpunkt von Null C oder weniger oder aus Altöl ohne Fremdparti- kelanteil oder aus Schweröl mit einem Stockpunkt von über 30 C bestehen. Bei Speisung der Grundflamme mit Leicht- oder Mittelöl kann Pressluft für den Gas- Strom benützt werden. Für Alt- und Schweröl wird Heissdampf benötigt, wobei das Öl zweckmässigerweise vorgewärmt werden soll.
Die Vorrichtung für dieses Verbrennungsverfahren soll vorzugsweise in einer Kegelfläche angeordnete Rohrmündungen aufweisen. Die Lippe des den Gasstrom führenden Zerstäuberrohres soll zweckmässigerweise so ausgestaltet sein, dass der Gasstrom die Mündungen der beiden Ölrohre beschlägt.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung soll anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert werden. Es stellen dar: Fig. 1 den Brenner, mit Ausnahme des zentralen Rohres, im Schnitt gezeichnet.
Fig. 2 den Brennerkopf der Fig. 1, im Schnitt, und bei stärkerer Vergrösserung.
Der Brenner ist aus dem Lanzenteil 1 und dem Kopf 2 aufgebaut. Die Lanze umfasst, von innen nach aussen, die Rohre 3, 4 und 5 mit zugehörigen Versorgungsan schlüssen 6, 7 und B. Das Rohr 3 wird mit den wasser haltigen Abfallstoffen, das Rohr 4 mit dem Heizöl und das Rohr 5 mit dem Gasstrom beliefert. Das Rohr 5 ist das eigentliche tragende Element.
Der Brennerkopf 2 (siehe Fig.2) weist eine Ver schraubung 9 am feuerseitigen Ende des Rohrs 5 auf, die eine verstellbare Lippenöffnung 10 zur Beeinflus sung der Verwirbelung durch den Gasstrom und damit auch der Flammenform erlaubt. In einer in der Ver schraubung 9 ausgesparten Kammer ist ein Wirbelkör per 11 angeordnet, der dem Gasstrom eine Rotationsbe- wagugg aufzwingt und mixt dem Rohr 4 verschraubt ist. Das Rohr 3 endet feuerseitig in einer erweiterten Kam mer 12 mit scharfem Rand 13.
Die Lippe der Ver schraubung 9, das angeschärfte Ende des Rohres 4 und die Kante 13 sollten zweckmässigerweise in einer Kegel fläche mit beliebigem Öffnungswinkel liegen.
Das folgende Beispiel soll die Erfindung genauer er läutern.
<I>Beispiel</I> Ein Steilrohrkessel mit einer Stundenleistung von 12 To Dampf bei 9 atü wird mit Hilfe eines in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Brenners nach Erreichen des Betriebszustandes während 2 gleichen Zeitabständen gemäss Tabelle befeuert. Bei beiden Betriebsarten wird die gleiche Menge Saftdampf von 2,5 atü nach überhit- zung in einem Vorwärmer zur Zerstäubung verwendet.
Das Rohr 3 wird mit einer Ölemulsion und das Rohr 4 mit Schweröl gespiesen.
EMI0002.0118
Betriebsart <SEP> Schweröl- <SEP> Emulsions- <SEP> Ölmenge <SEP> in <SEP> Gesamtöl- <SEP> Dampfmenge <SEP> Dampf- <SEP> <B>V <SEP> Z3</B>
<tb> menge <SEP> (kg) <SEP> menge <SEP> (kg) <SEP> Emulsion <SEP> (kg) <SEP> menge <SEP> (kg) <SEP> (kg <SEP> H20) <SEP> temp.
<SEP> C
<tb> Schweröl <SEP> allein, <SEP> 966 <SEP> - <SEP> - <SEP> 966 <SEP> 9790 <SEP> 206 <SEP> 10,13
<tb> Schweröl <SEP> + <SEP> Emulsion2 <SEP> 1024 <SEP> 308 <SEP> 31 <SEP> 1055 <SEP> 10600 <SEP> 225 <SEP> 10,05
<tb> 1 <SEP> Bunker <SEP> CD-Öl <SEP> mit <SEP> maximal <SEP> 5 <SEP> % <SEP> Wassergehalt <SEP> und <SEP> Stockpunkt <SEP> von <SEP> 28 <SEP> C <SEP> kg <SEP> <U>ve</U>rdampftes <SEP> <U>W</U>asser
<tb> 3 <SEP> VZ <SEP> = <SEP> Verbrennungszahl <SEP> ( <SEP> )
<tb> 2 <SEP> Emulsion <SEP> mit <SEP> etwa <SEP> 10 <SEP> % <SEP> Anteil <SEP> an <SEP> Emulgator <SEP> und <SEP> Mineralöl <SEP> (Whiteoil) <SEP> kg <SEP> verbranntes <SEP> Öl Es hat sich gezeigt, dass bei diesem Brenner, wie auch mit allen anderen bekannten,
nur Öl mit höch- stens 5 % Wasser für die Grundflamme verwendet wer- den kann. Bei einem höheren Wassergehalt des für die Grundflamme eingesetzten Öls kann die Flamme nicht aufrechterhalten werden.
Es können dagegen beim kombinierten Betrieb Emulsionen mit einem Wasseranteil bis 95 % und mehr zur Verbrennung eingesetzt werden.
Bei einem Ölanteil von über 6 % kann bei Mineralölemulsionen die zur Verdampfung des Wassers aufzuwendende Wärme menge kompensiert werden. Es wird eine praktisch rauchlose Verbrennung erreicht. Kesselkorrosion durch Emulsionsanteile kann in bekannter Weise durch Ein spritzen von Mangesiumoxydpulver in die Flamme ver hindert werden.
Anstelle von Emulsionen lassen sich nach der vor liegenden Erfindung auch wasser- und schlammartige Rückstände von Haustankreinigungen anstandslos ver brennen. Der Brenner eignet sich schliesslich auch zur Verbrennung von Öl mit Schmutzpartikeln, deren Grösse dem Durchmesser des Rohres 3 nahekommt.
In allen diesen Fällen erfolgt die Inbetriebnahme des Brenners vorerst mit dem Grundöl allein. Wenn eine stabile Flamme erreicht ist, was nur einige Minuten be ansprucht, wird je nach Bedürfnis das wasserhal tige Öl in einem Verhältnis von Gesamtöl zu Wasser von wenigstens 2:1 eingespiesen. Es sind dazu nur mi- nime Öldrücke nötig, wobei beispielsweise 2 m Niveau differenz zwischen Tankauslass und Brennerhöhe be reits genügt.
Method and device for incinerating liquid, water-containing waste materials The object of this invention is a method for incinerating liquid, water-containing waste materials, as well as a device suitable for carrying out the method.
The invention relates to a method in which concentric flows of fuel oil and waste materials are atomized by a gas flow and burned in atomized condition and is characterized in that a flow of the liquid, water-containing waste materials to be burned is axially in the center of a flame fed by the atomized fuel oil flow conducts, since the water portion evaporates and the combustible portion burns, keeping a ratio of combustible to water of at least 2: 1.
The device for carrying out the method is characterized by a burner lance consisting of three coaxial tubes, the innermost of which is intended for the water-containing waste materials and which widens at the fire-side end in a sharp edge at which the fuel oil exits the central tube and is atomized by the gas flow emerging from the outermost tube and carried into the combustion chamber, through a lip adapted to the contours of the expansion of the innermost tube and the mouth of the middle tube for the exiting gas flow and by means
to swirl the gas flow.
Burners made up of various coaxial tubes are already known. In American Patent No. 2,368,373, a burner consisting of 3 coaxial pipes is described in which the pipe in the nerste is intended for compressed air, the middle pipe for oil and the outermost pipe for the supply of steam. The combined action of the air and the steam ensure that the oil is atomized.
The American patent specification No. 2 239 025 shows a burner which is particularly suitable for the combustion of used engine oil and which consists of 4 coaxial nozzles. The oil is fed through the innermost nozzle, compressed air through the next nozzle, additional air drawn in through the second outermost nozzle and steam through the outermost nozzle. The individual nozzle openings are offset from one another longitudinally.
The whole thing is mounted in a pipe that is supplied with additional air by suction and has a spark plug to ignite the mixture. The atomization of the oil is brought about by the combined effect of air and steam.
The burner according to the German patent specification No. 714 160 is intended for the combustion of heavy oil under heating with light oil. It consists of three coaxial, rotatable tubes arranged in a fourth fixed tube. Light oil is supplied through the innermost pipe, the second and fourth, outermost pipes are used to supply the air and the third pipe for adding the heavy oil and additional air. The oil is atomized by rotating the three inner tubes for the light oil and by air atomization for the heavy oil.
In the burner according to German Patent No. <B> 1 </B> 164 013, a light oil burner for pressure atomization is arranged concentrically in a heavy oil burner for steam atomization. The pipe for the light oil is in the center, followed by an insulation pipe and the steam pipe, first of all the heavy oil pipe, with the heavy oil coming into contact with the steam shortly before the actual mouth.
None of these burners described is suitable for waste materials containing water.
A sludge burner for oil sludge containing solids has also been described. This consists of a gas- or steam-powered ring-shaped resonance chamber into which the oil sludge is fed through a tube located in the center and flush with the end of the chamber and is atomized by the vibrating gases or vapors. According to the experience made by the inventor, this burner is unsuitable for the combustion of oil products containing more than 5% water.
A device used in waste oil incineration plants for burning water-containing oil consists of a rapidly rotating circular plate arranged in a fire chamber, with which the water-containing oil is atomized. As far as we know, this system is the only one with which water-based oils can also be burned.
Nowadays there are hydrous oils in many places, i. H. Oils with a water content of over 5% that can only be recycled with difficulty. When overhauling house tank systems, large amounts of sludge and water-containing oils must be removed.
In garages, in addition to used motor oils, emulsions of drilling and grinding oils, as well as oils containing abrasives that cannot be used in normal burners, must be repelled. In many companies, water-based emulsions must also be removed, which due to the quality of the emulsifiers used cannot be broken and thus no longer broken down into their constituent parts. Drilling oils and heavy oil sludge also pose major problems when it comes to disposal.
The destruction or recycling of all of these water-containing oils without leaving behind troublesome by-products is therefore an urgent need. It is also the object of the present invention; a task which up to now could not be solved with the help of non-rotating parts having burners.
The basic idea of the invention is based on the teaching of guiding the liquid water-containing waste into the axis of an oil flow atomized by a gas flow in the flame, where the water-containing oil is atomized together with an anhydrous oil flow, the water portion evaporates and the combustible portion is burned.
The gas flow should preferably be rotating and turbulent and should enclose and penetrate the oil flows. In connection with this invention, the term heating oil should be understood to mean an oil with less than 5% water content.
The water-containing waste materials can consist, for example, of oil sludge, oil-containing emulsions or oil-containing rubber or plastic latex or water with dissolved toxins. The heating oil that is supposed to maintain the basic flame,
can consist of light or medium-weight oil with a pour point of zero C or less, or of used oil with no foreign particles, or of heavy oil with a pour point of over 30 C. If the basic flame is fed with light or medium oil, compressed air can be used for the gas flow. For old and heavy oil, superheated steam is required, whereby the oil should be preheated appropriately.
The device for this combustion process should preferably have pipe mouths arranged in a conical surface. The lip of the atomizer tube carrying the gas flow should expediently be designed in such a way that the gas flow steams up the mouths of the two oil tubes.
The device according to the invention will be explained, for example, with reference to the drawing. It shows: Fig. 1 the burner, with the exception of the central tube, drawn in section.
FIG. 2 shows the burner head of FIG. 1, in section, and with greater magnification.
The burner is made up of the lance part 1 and the head 2. The lance comprises, from the inside to the outside, the pipes 3, 4 and 5 with associated Versorgungsan connections 6, 7 and B. The pipe 3 is supplied with the water-containing waste, the pipe 4 with the fuel oil and the pipe 5 with the gas flow . The tube 5 is the actual load-bearing element.
The burner head 2 (see Figure 2) has a screw connection 9 at the fire-side end of the tube 5, which allows an adjustable lip opening 10 to influence the turbulence caused by the gas flow and thus also the shape of the flame. In a chamber recessed in the screw connection 9, a vortex body 11 is arranged which forces a rotary wagon onto the gas flow and mixes it and is screwed to the tube 4. The pipe 3 ends on the fire side in an enlarged chamber 12 with a sharp edge 13.
The lip of the screw connection 9, the sharpened end of the tube 4 and the edge 13 should expediently be in a conical surface with any opening angle.
The following example is intended to explain the invention in more detail.
<I> Example </I> A vertical tube boiler with an hourly output of 12 tons of steam at 9 atmospheres is fired with the aid of a burner shown in FIG. 1 of the drawing after reaching the operating state for 2 equal time intervals according to the table. In both operating modes, the same amount of juice vapor of 2.5 atm is used for atomization after overheating in a preheater.
The pipe 3 is fed with an oil emulsion and the pipe 4 with heavy oil.
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Operating mode <SEP> heavy oil <SEP> emulsion <SEP> oil quantity <SEP> in <SEP> total oil <SEP> steam quantity <SEP> steam <SEP> <B> V <SEP> Z3 </B>
<tb> amount <SEP> (kg) <SEP> amount <SEP> (kg) <SEP> emulsion <SEP> (kg) <SEP> amount <SEP> (kg) <SEP> (kg <SEP> H20) <SEP> temp.
<SEP> C
<tb> Heavy fuel oil <SEP> alone, <SEP> 966 <SEP> - <SEP> - <SEP> 966 <SEP> 9790 <SEP> 206 <SEP> 10.13
<tb> Heavy oil <SEP> + <SEP> Emulsion2 <SEP> 1024 <SEP> 308 <SEP> 31 <SEP> 1055 <SEP> 10600 <SEP> 225 <SEP> 10.05
<tb> 1 <SEP> bunker <SEP> CD oil <SEP> with <SEP> maximum <SEP> 5 <SEP>% <SEP> water content <SEP> and <SEP> pour point <SEP> of <SEP> 28 <SEP> C <SEP> kg <SEP> <U> ve </U> steamed <SEP> <U> W </U> water
<tb> 3 <SEP> VZ <SEP> = <SEP> Combustion number <SEP> (<SEP>)
<tb> 2 <SEP> emulsion <SEP> with <SEP> about <SEP> 10 <SEP>% <SEP> portion <SEP> of <SEP> emulsifier <SEP> and <SEP> mineral oil <SEP> (white oil) <SEP> kg <SEP> burnt <SEP> oil It has been shown that with this burner, as with all other known,
only oil with a maximum of 5% water can be used for the basic flame. If the oil used for the basic flame has a higher water content, the flame cannot be maintained.
In contrast, emulsions with a water content of up to 95% and more can be used for combustion in combined operation.
With an oil content of more than 6%, the amount of heat used to evaporate the water can be compensated for in mineral oil emulsions. A practically smokeless combustion is achieved. Corrosion of the boiler due to emulsion fractions can be prevented in a known manner by injecting magnesium oxide powder into the flame.
Instead of emulsions, according to the present invention, water- and sludge-like residues from house tank cleaning can be burned off without any problems. Finally, the burner is also suitable for burning oil with dirt particles whose size is close to the diameter of the pipe 3.
In all of these cases, the burner is initially started up with the base oil alone. When a stable flame is reached, which only takes a few minutes, the water-containing oil is fed in at a ratio of total oil to water of at least 2: 1, depending on the requirements. Only minimal oil pressures are necessary for this, whereby, for example, a 2 m level difference between the tank outlet and the burner height is sufficient.