DE1107872B

DE1107872B - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von brennbare Feststoffe enthaltenden Gasen mit geringem Heizwert

Info

Publication number: DE1107872B
Application number: DED29498A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Willi Flasskamp; Dipl-Ing Gerd Wellensiek
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1958-12-02
Filing date: 1958-12-02
Publication date: 1961-05-31
Also published as: GB929881A; US3106955A; FR1242056A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von brennbare Feststoffe enthaltenden Gasen mit geringem Heizwert Bei der Durchführung einiger Verfahren fallen Reaktionsgase mit geringem Heizwert an, die nicht ohne weiteres für Heizzwecke verwendet werden können. In derartigen Gasen können auch abgetrennte brennbare Feststoffe und Wasserdampf enthalten sein. So erhält man z. B. bei bestimmten Arten der Bußherstellung ein Restgas mit geringem Heizwert, in dem trotz der Anwendung von Zyklonen, Filtervorrichtungen u. dgl. noch geringe Bußmengen vorhanden sind. Neben Ruß kann in dem heißen Restgas auch Wasserdampf enthalten sein, z. B. dann, wenn im Verlauf des Herstellungsprozesses ein direktes Abschrecken des Gas-Ruß-Gemisches mit Wasser erfolgt. Der Bußgehalt eines derartigen Restgases kann etwa in den Grenzen zwischen 0,05 und 1 g/ms liegen, der Gehalt an Wasserdampf kann bis zu 50'"/a betragen. Der Heizwert eines derartigen Gases beträgt etwa 400 bis 650 kcal/m3 feuchten Gases.
Um ein solches Gas für Heizzwecke nutzbar zu machen, kann man so vorgehen, daß man das Gas bis unterhalb des Taupunktes abkühlt. Dadurch kann man zwar das jetzt kondensierte Wasser leicht entfernen, gleichzeitig schlägt sich aber der Ruß in den Kühlern nieder und ruft in diesen oft erhebliche Störungen hervor. Das bei dem sich anschließenden Auswaschprozeß anfallende Umlaufwasser muß von den Bußteilchen befreit werden. Der dabei gewonnene Ruß ist minderwertig und stellt ein unerwünschtes Abfallprodukt dar.
Es wurde nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von brennbare Feststoffe, insbesondere Ruß, und Wasserdampf enthaltenden Gasen mit geringem Heizwert gefunden, bei der die geschilderten Nachteile nicht auftreten. Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das zu verbrennende Gas am geschlossenen Ende eines langgestreckten Verbrennungsraumes mit kreisförmigen Querschnitten tangential mit einer oberhalb der unteren Zündgrenze liegenden Temperatur und die Luft durch radial gerichtete Öffnungen eingeführt werden, so daß die Feststoffe durch die Fliehkraft nach außen geschleudert werden und im glühenden Zustand eine Randzone bilden, die der Wärmeabgabe des brennenden Gaskerns an die Wandungen entgegenwirkt.
Die neue Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist verhältnismäßig einfach und besteht im wesentlichen aus einem aus hochfeuerfesten Steinen gebildeten zylindrischen Verbrennungsraum und Gaseintritts- und Lufteintrittsöffnungen am einen sowie einer Auslaßöffnung am anderen Ende des Verbrennungsraumes. Sie ist gekennzeichnet durch einen aus einer Hauptverbrennungskammer und einem sich unmittelbar an diese anschließenden, etwa ebenso langen, vorzugsweise gegen die Auslaßöffnung hin sich verengenden Nachverbrennungsraum bestehenden Verbrennungsraum und radial gerichtete, spiralförmig gegeneinander versetzte Lufteintrittsöffnungen in der Wand des Hauptverbrennungsraumes.
Aus der USA.-Patentschrift 1618 808 ist eine Vorrichtung bekannt, in der fester, pulverisierter Brennstoff verbrannt werden soll; im Gegensatz zu dieser bekannten Ausführung mit tangential einlaufenden, nebeneinanderliegenden und über die ganze Brennraumlänge verteilten Schlitzen zur Verbrennungsluftzuführung sind bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Schlitze spiralförmig lediglich über einen bestimmten Brennkammerteil und so angeordnet, daß die Luft senkrecht zur Brennkammerachse eintritt.
Das zu verbrennende, brennbaren Feststoff enthaltende Schwachgas wird mit hoher kinetischer Energie tangential in die Hauptverbrennungskammer eingeführt, deren Temperatur oberhalb der unteren Zündgrenze des Gases liegt. Ein Gebläse drückt die Verbrennungsluft in das Gehäuse und -von hier in die Hauptverbrennungskammer. Wie bereits erwähnt, wird dabei erreicht, daß glühende Festteilchen infolge der Fliehkraft eine die Gasverbrennung im Kern einhüllende Randzone bilden, die die Wärmeabgabe an die Wandung verhindert und somit im Kern eine so hohe Temperatur hält, daß die Wasserdampf enthaltenden Schwachgase von geringem Heizwert verbrennen können. Die hohe Wandtemperatur wirkt außerdem fördernd auf die H.,0-Spaltung.
Um die Restverbrennung im Nachverbrennungsraum zu fördern, kann dieser schwach konisch ausgebildet sein, und zwar gegen die Auslaßöffnung zu sich verjüngend. Besonders wirkungsvoll ist es, zusätzlich in der Nähe der Auslaßöffnung einen als Temperaturstau dienenden Ring aus hochfeuerfestem Material anzuordnen, dessen Durchlaßöffnung z. B. ein Drittel bis ein Viertel des benachbarten Querschnittes des Nachverbrennungsraumes beträgt.
Zum Aufheizen kann ein Anschluß für hochwertigen Brennstoff, z. B. Ferngas, in der Restgaszufuhrleitung vorgesehen werden. Es empfiehlt sich außerdem, einen Zündbrenner einzubauen, der bei einer unfreiwillig unterbrochenen Verbrennung das Restgas wieder entzündet.
Der Erfindungsgedanke soll an Hand der Zeichnungen noch besser erläutert werden; er beschränkt sich jedoch nicht auf die hier wiedergegebene, bevorzugte Ausführungsform.
Fig.1 stellt einen Längsschnitt durch die Verbrennungsvorrichtung dar; Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der strichpunktierten Linie 2-2 in Fig. 1.
Die Hauptverbrennungskammer ist mit 11, der sich unmittelbar anschließende Nachverbrennungsraum mit 12 und die diese beiden Räume umgebenden Wände aus hochfeuerfestem Material sind mit 13 und 14 bezeichnet. Die Verbrennungsvorrichtung ist stromaufwärts durch die Wand 15 verschlossen und trägt stromabwärts die Auslaßöffnung 16.
Durch den Stutzen 17 wird das Ruß enthaltende Restgas, das mit einer Temperatur von etwa 200 bis 300° C anfällt, tangential in die Kammer 11 eingeführt. Ein Gebläse (nicht gezeichnet) drückt die Verbrennungsluft durch den Stutzen 18 in das Gehäuse 19.
In dem die tangentiale Gaszufuhr 17 umschließenden Teil der Kammerwand 13 sind, spiralförmig gegeneinander versetzt, die radialen Schlitze 20 angeordnet, durch die die Verbrennungsluft in die Kammer 11 eintritt. Die Länge der einzelnen Schlitze beträgt etwa ein Viertel der Länge der Kammer 11; sie sind auf drei Viertel des Umfangs verteilt.
Der Nachverbrennungsraum 12, der etwa die gleiche Länge wie die Hauptverbrennungskammer 11 hat, verengt sich gegen die Auslaßöffnung 16 hin. In der Nähe der Auslaßöffnung 16 befindet sich der den Querschnitt des Raumes verengende Ring 21. Sein Querschnitt beträgt etwa ein Drittel des an dieser Stelle vorhandenen Querschnitts des konisch zulaufenden Nachverbrennungsraumes 12.
Das Aufheizen des Hauptverbrennungsraumes 11 kann mit Hilfe des Restgases erfolgen. Wie bereits erwähnt, empfiehlt es sich aber in vielen Fällen, zur Inbetriebnahme der Verbrennungsvorrichtung den Hauptverbrennungsraum 11 mit einem Gas mit höherem Heizwert, z. B. Ferngas, aufzuheizen. Zu diesem Zwecke ist die in die Gaszufuhrleitung 17 mündende Ferngasleitung 22 vorgesehen. Außerdem ist es zweckmäßig, in der Hauptverbrennungskammer eine Zündflamme 23 anzuordnen, die dazu dient, die Restgasverbrennung im Falle einer Unterbrechung fortzusetzen.
Man kann das neue Verfahren und die neue Vorrichtung u. a. auch für die Verbrennung von minderwertigem, nicht mehr verkaufsfähigem Ruß heranziehen. In der Beschreibungseinleitung ist ein Restgas mit einem Rußgehalt von beispielsweise 0,05 bis 1 g/m3 erwähnt. Bei der Verbrennung von Abfallruß kann man den Rußgehalt im Restgas stark erhöhen, ohne daß Störungen in bezug auf den Verbrennungsvorgang eintreten, wie besondere Versuche gezeigt haben. Damit ist eine Gelegenheit geschaffen, den für andere Zwecke nicht mehr brauchbaren Abfallruß nutzbringend zu verwerten.
Der Wärmeinhalt der heißen, den Nachverbrennungsraum verlassenden Verbrennungsgase kann in beliebiger Weise verwendet werden. So kann man die neue Verbrennungsvorrichtung z. B. an einen Dampfkessel oder eine Trocknungsanlage anbauen, um hier die Wärme auszunutzen. Da der vorher vorhandene Feststoff restlos verbrannt ist, treten keine Abscheidungen auf.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Verbrennung von brennbare Feststoffe, insbesondere Ruß, und Wasserdampf enthaltenden Gasen mit geringem Heizwert, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verbrennende Gas am geschlossenen Ende eines langgestreckten Verbrennungsraumes mit kreisförmigen Querschnitten tangential mit einer oberhalb der unteren Zündgrenze liegenden Temperatur und die Luft durch radial gerichtete Öffnungen eingeführt werden, so daß die Feststoffe durch die Fliehkraft nach außen geschleudert werden und im glühenden Zustand eine Randzone bilden, die der Wärmeabgabe des brennenden Gaskerns an die Wandungen entgegenwirkt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, im wesentlichen bestehend aus einem aus hochfeuerfesten Steinen gebildeten zylindrischen Verbrennungsraum und Gaseintritts-und Lufteintrittsöffnungen am einen sowie einer Auslaßöffnung am anderen Ende des Verbrennungsraumes, gekennzeichnet durch einen aus einer Hauptverbrennungskammer (11) und einem sich unmittelbar an diese anschließenden, etwa ebenso langen, vorzugsweise gegen die Auslaßöffnung (16) hin sich verengenden Nachverbrennungsraum (12) bestehenden Verbrennungsraum und radial gerichtete, spiralförmig gegeneinander versetzte Lufteintrittsöffnungen (20) in der Wand (13) des Hauptverbrennungsraumes (11).
3. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen in dem Nachverbrennungsraum (12) in der Nähe der Auslaßöflnung (16) angeordneten Ring (21) aus hochfeuerfestem Material mit einer Durchlaßöffnung, die z. B. ein Drittel bis ein Viertel des benachbarten Querschnitts des Nachverbrennungsraumes beträgt.
4. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch eine zusätzlich, z. B. in der Gaszufuhrleitung (17) angeordnete Zuleitung (22) für hochwertigen Brennstoff zum Aufheizen der Hauptverbrennungskammer (11).
5. Verbrennungsvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine im Hauptverbrennungsraum (11) angeordnete, an die Ferngasleitung angeschlossene Zündflamme (23) In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 476 721.