DE1667429B1

DE1667429B1 - FURNACE FOR THE PRODUCTION OF SULFUR DIOXIDE

Info

Publication number: DE1667429B1
Application number: DE19671667429
Authority: DE
Inventors: Bogdanow Leoni Alexandrowitsch; Slepnew Wiktor Arsenijewitsch; Kaznelson Benzion Dawydowitsch; Dorman Efim Isaakowitsch; Michajlow Fe Konstantinowitsch; Saxonow Gennadij Markowitsch; Person Leonid Mattwejewitsch; Chwastunow Wlad Nikolajewitsch; Kawokin Michai Porfirijewitsch; Bogdanow Boris Radionowitsch; Lastotschkin Ju Wasilijewitsch
Original assignee: TSNI I PK KOTLOTURBINNIJ I IM
Current assignee: TSNI I PK KOTLOTURBINNIJ I IM
Priority date: 1967-09-28
Filing date: 1967-09-28
Publication date: 1971-07-29

Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Gewinnung von Schwefeldioxid, das durch Verbrennen von Schwefel und schwefelhaltiger Rohstoffe in einem Luftstrom erhalten und bekanntlich in der chemischen Industrie zur Herstellung von Schwefeltrioxid und Schwefelsäure verwendet wird.The invention relates to a furnace for the production of sulfur dioxide, by burning sulfur and raw materials containing sulfur in a stream of air obtained and known in the chemical industry for the production of sulfur trioxide and sulfuric acid is used.

Besonders verbreitet sind gegenwärtig Düsenöfen, die in Form einer zylindrischen Kammer ausgeführt sind und in denen Schwefel mit Hilfe von Regelschieber-Brennvorrichtungen verbrannt wird; die Brennkammerbelastung (Wärmespannung) derartiger Öfen beträgt nur 50 bis 100 - 103 kcal h . In vervollkommneteren Anlagen z. B. der schwedischen Firma »Celleco« wird die Luft durch Düsen eingeführt, und am Ausgang aus dem Ofen ist eine katalysatorhaltige Nachbrennvorrichtung angeordnet; hierdurch steigt die Brennkammerbelastung auf 1 -10s kcal .At present, nozzle furnaces that are in the form of a cylindrical chamber and in which sulfur is made with the help of slide valve combustion devices is burned; the combustion chamber load (thermal stress) of such furnaces is only 50 to 100 - 103 kcal h. In more perfected systems e.g. B. the Swedish "Celleco" company, the air is introduced through nozzles, and at the exit from the furnace a catalyst-containing afterburning device is arranged; this increases the Combustion chamber load to 1 -10s kcal.

Ein Nachteil der bekannten Öfen besteht darin, daß zur Durchführung des Brennvorgangs eine Kammer großer Abmessungen erforderlich ist, aber bei Teilbelastung sich die Gemischbildung verschlechtert. Da aus Betriebsgründen eine unvollständige Verbrennung im gesamten Belastungsbereich unzulässig und ein Betrieb bei minimalem aerodynamischem Widerstand wirtschaftlich ist, werden Öfen von großen Außenmaßen erstellt und in der Regel mit erhöhtem Luftüberschuß betrieben. Als weitere Nachteile der bekannten Öfen sind zu nennen: große Wärmespeicherfähigkeit, welche die Anlaufzeit des Ofens verlängert; hohe Instandsetzungskosten; schwierige Automatisierung des Ofens infolge bedeutender Wärmeträgheit; erhöhte Korrosionswirkung der Verbrennungsprodukte infolge beträchtlicher Schwefeltrioxid-Bildung.A disadvantage of the known ovens is that they have to be carried out the firing process requires a large chamber, but with partial loads the mixture formation worsens. Since for operational reasons an incomplete Combustion is impermissible in the entire load range and operation at a minimum aerodynamic resistance is economical, furnaces are of large external dimensions created and usually operated with increased excess air. As other disadvantages of the known ovens are to be mentioned: large heat storage capacity, which the start-up time of the furnace extended; high repair costs; difficult automation of the Furnace due to significant thermal inertia; increased corrosive effect of the combustion products due to the considerable formation of sulfur trioxide.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Beseitigung der genannten Nachteile durch Entwicklung eines Ofens zur Gewinnung von Schwefeldioxid mit hoher Brennkammerbelastung, welcher eine vollständige Verbrennung der schwefelhaltigen Rohstoffe im weiten Belastungsbereich bei minimalem Luftüberschuß ermöglicht.The object on which the invention is based is to eliminate the disadvantages mentioned by developing a furnace for the production of sulfur dioxide with a high combustion chamber load, which ensures complete combustion of the sulfur-containing Raw materials in a wide load range with minimal excess air made possible.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Ofen zur Gewinnung von Schwefeldioxid durch Verbrennung von Schwefel oder schwefelhaltigen Rohstoffen in einem Luftstrom, bestehend aus einer zylindrischen, mit Tangentialdüsen zur Luftzufuhr versehenen Verbrennungskammer sowie Einrichtungen zur Verstärkung der Schwefelverbrennung, Aufrechterhaltung der erforderlichen SO,-Konzentration und wesentlichen Verringerung der Ofenaußenmaße, (A) die zur Primärluftzufuhr dienenden Tangentialdüsen tangential zum Kreisumfang der Kammer in der zu ihrer Längsachse senkrechten Ebene angeordnet sind und mindestens eine Längstrennwand sowie je eine Drosselklappe zur Absperrung der durch die Trennwand gebildeten Kanäle aufweisen, (B) ebenfalls in senkrechter Ebene zur Kammerlängsachse im vorderen Kammerteil an ihrem Umfang Einspritzdüsen angebracht sind, (C) im Gebiet der Sekundärluftzufuhr die Kammer eine kombiniert aeromechanische Verengung aufweist.This object is achieved in that in a furnace for extraction of sulfur dioxide by burning sulfur or raw materials containing sulfur in an air stream, consisting of a cylindrical, with tangential nozzles for air supply equipped combustion chamber as well as facilities for intensifying the sulfur combustion, Maintain the required SO, concentration and reduce it significantly the outer dimensions of the furnace, (A) the tangential nozzles used for the primary air supply are tangential arranged to the circumference of the chamber in the plane perpendicular to its longitudinal axis and at least one longitudinal partition as well as one butterfly valve each to shut off of the channels formed by the partition, (B) also in a vertical position In the plane to the longitudinal axis of the chamber in the front part of the chamber, injection nozzles on its circumference are attached, (C) in the area of the secondary air supply the chamber one combined having aeromechanical constriction.

DieDrosselklappewirdzweckmäßigerweise schwenkbar ausgeführt und im Lufteingang der Düse angebracht. Außerdem ist es günstig, die Kammerverengung durch eine Ringwand, die in ihrer Ebene liegende Kanäle zur zusätzlichen Luftzuführung aufweist, auszuführen.The throttle valve is expediently designed to be pivotable and in the Air inlet attached to the nozzle. It is also beneficial to narrow the chamber through an annular wall, the ducts lying in their plane for additional air supply has to perform.

Zwar wird die Primärluft im oberen Ofenteil eines in der deutschen Patentschrift 1043 296 beschriebenen Ofens bereits tangential und die Sekundärluft im unteren Ofenteil in einem oder mehreren Strömen eingeführt. Jedoch fehlen bei dieser Ofenbauart die völlig neuartigen und ausschlaggebenden erfindungsgemäßen Merkmale (A) und (C). Hinsichtlich der erfindungsgemäß durch die Ringwand gebildeten Kammerverengung ist hervorzuheben, daß die Sekundärluft, die durch die Ringwand eingeführt wird, letztere gleichzeitig kühlt. Die Kombination der regelbaren tangentialen Zufuhr der Primärluft mit der Verengung und der in dieser zugeführten Sekundärluft erhöht die Wärmebelastung des Ofens in einer unerwartet starken Weise, wogegen die partielle tangentiale Zufuhr der Primärluft eine Erhöhung des Regelgrades bzw. der Regeltiefe des Verbrennungsprozesses sowie die Wirtschaftlichkeit der Anlage bei Teilbelastungen in ebenfalls überraschendem Umfang bewirkt.It is true that the primary air in the upper part of the furnace is in the German Patent 1043 296 already described furnace tangentially and the secondary air introduced in the lower part of the furnace in one or more streams. However, they are missing of this type of furnace the completely new and decisive according to the invention Features (A) and (C). With regard to that formed according to the invention by the annular wall Chamber constriction should be emphasized that the secondary air passing through the annular wall is introduced, the latter cools at the same time. The combination of the controllable tangential Supply of the primary air with the constriction and the secondary air supplied in this increases the heat load on the furnace in an unexpectedly strong way, whereas the partial tangential supply of the primary air an increase in the degree of control or the Control depth of the combustion process as well as the economic efficiency of the system Partial loads also caused a surprising amount.

Die gleichen Merkmale fehlen auch dem aus der USA.-Patentschrift 3 314 766 bekannten Ofen. Dagegen wird in der französischen Patentschrift 1096 283 lediglich die Möglichkeit der partiellen Luftzufuhr in den Reaktionsraum mit Hilfe von Injektoren (47, 48, 49) gezeigt; dies liegt auf der Hand und wird dort auch gar nicht als erfinderisch angesehen, wogegen die erfindungsgemäße regelbare partielle Luftzufuhr mittels Tangentialdüsen keineswegs naheliegend ist.The furnace known from US Pat. No. 3,314,766 is also absent from the same features. In contrast, the French patent specification 1096 283 only shows the possibility of partial air supply into the reaction space with the aid of injectors (47, 48, 49); this is obvious and is not regarded there as inventive at all, whereas the controllable partial air supply according to the invention by means of tangential nozzles is by no means obvious.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel an Hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 den Ofen im Längsschnitt, F i g. 2 denselben im senkrechten Schnitt nach 1-I der F i g. 1, F i g. 3 eine Tangentialdüse mit zwei Längstrennwänden und Düsen im Längsschnitt.An exemplary embodiment is shown below with reference to the schematic Drawings explained in more detail. It shows F i g. 1 the furnace in longitudinal section, F i g. 2 the same in the vertical section according to 1-I of FIG. 1, Fig. 3 a tangential nozzle with two longitudinal partitions and nozzles in a longitudinal section.

Der Ofen besteht aus der waagerechten zylindrischen Verbrennungskammer 1, den Tangentialdüsen 2, den Zerstäubern 3 und der Ringwand 4. The furnace consists of the horizontal cylindrical combustion chamber 1, the tangential nozzles 2, the atomizers 3 and the annular wall 4.

Die zwei Zerstäuber 3 (F i g. 2) sind im Vorderteil der Verbrennungskammer 1 an deren Umfang unter den Düsen 2 derart angeordnet, daß der durch diese zerstäubte geschmolzene schwefelhaltige Rohstoff dem Strom der durch die Düsen 2 eingedrückten Luft zugeführt wird. Die Zerstäuber 3 können in der Wandung der Kammer 1 auch axial angeordnet werden.The two atomizers 3 (FIG. 2) are arranged in the front part of the combustion chamber 1 on its periphery below the nozzles 2 in such a way that the molten sulfur-containing raw material atomized by them is fed to the flow of air forced in through the nozzles 2. The atomizers 3 can also be arranged axially in the wall of the chamber 1.

Die beiden Tangentialdüsen 2 sind ebenfalls am Umfang des Vorderteils der Verbrennungskammer 1 oberhalb der Zerstäuber 3 angeordnet; jede der Düsen ist mittels der zwei Längstrennwände 5 in die Kanäle 6 aufgeteilt. Die durch die Längstrennwände 5 gebildeten Kanäle 6 können durch die schwenkbaren Drosselklappen 7, die im Lufteingang der Düse 2 angeordnet sind, unabhängig voneinander abgesperrt werden. Die Anzahl der Kanäle 6 bzw. Drosselklappen 7 in jeder Düse 2 kann verschieden sein.The two tangential nozzles 2 are also arranged on the periphery of the front part of the combustion chamber 1 above the atomizers 3; each of the nozzles is divided into the channels 6 by means of the two longitudinal partition walls 5. The channels 6 formed by the longitudinal partition walls 5 can be shut off independently of one another by the pivotable throttle flaps 7 which are arranged in the air inlet of the nozzle 2. The number of channels 6 or throttle valves 7 in each nozzle 2 can be different.

Die Ringwand 4 (F i g. 1) ist im Austrittsteil der zylindrischen Kammer 1 eingebaut und weist eine zentrale Öffnung 8 zum Ausströmen der Gase und die Kanäle 9 in der Ebene der Ringwand 4 zur zusätzlichen Luftzufuhr auf. Diese Luftzufuhr kann ebenfalls durch Tangentialdüsen (in den Zeichnungen nicht gezeigt) oder auf eine andere bekannte Weise erfolgen. Die Ringwand 4 kann in Form von zwei Scheiben mit einem Zwischenraum, der auch zum Abkühlen der Wandungen der Ringwand 4 dienen soll, ausgeführt werden.The annular wall 4 (FIG. 1) is installed in the outlet part of the cylindrical chamber 1 and has a central opening 8 for the gases to flow out and the channels 9 in the plane of the annular wall 4 for additional air supply. This air supply can also take place through tangential nozzles (not shown in the drawings) or in some other known manner. The annular wall 4 can be designed in the form of two disks with an intermediate space which is also intended to serve to cool the walls of the annular wall 4.

Der erfindungsgemäße Ofen wird wie folgt betrieben: Der in den Ofen durch die Tangentialdüsen 2 eingeblasene Luftstrom erzeugt im Inneren der Verbrennungskammer 1 einen Wirbelstrom. Gleichzeitig mit dem Lufteinblasen wird mittels der Zerstäuber 3 geschmolzener Schwefel oder schwefelhaltiger Rohstoff eingespritzt, der im Luftstrom unter Bildung von Schwefeldioxid verbrennt. Die Verbrennungsgase treten aus der Kammer 1 durch die Öffnung 8 der Ringwand 4 hinaus, wo der noch nicht verbrannte Anteil des Schwefelrohstoffs infolge der Zufuhr zusätzlicher Luft durch die Kanäle 9 der Ringwand 4 nachverbrennt.The furnace according to the invention is operated as follows: The one in the furnace Air flow blown in through the tangential nozzles 2 is generated inside the combustion chamber 1 an eddy current. At the same time as the air is blown in, the atomizer is used 3 molten sulfur or sulphurous raw material injected into the air stream burns with the formation of sulfur dioxide. The combustion gases come out of the Chamber 1 through the opening 8 of the annular wall 4, where it has not yet burned Proportion of sulfur raw material as a result of the supply of additional air through the channels 9 of the annular wall 4 is afterburned.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Ofens sind folgende: (a) Durch die neuartige Gestaltung der Tangentialdüsen 2 wird eine vollständige Verbrennung im gesamten Bereich der Betriebsbelastungen des Ofens gewährleistet. Beim Teillastbetrieb des Ofens wird zwecks Erhaltung einer hohen Geschwindigkeit der in die Kammer einströmenden Luft ein Teil der Kanäle 6 abgeschaltet.The advantages of the oven of the invention are as follows: (a) By the novel design of the tangential nozzles 2 is a complete combustion guaranteed over the entire range of operational loads on the furnace. During partial load operation of the furnace is used to maintain a high velocity of the flow into the chamber Air shut off part of the channels 6.

(b) Durch die mit den Luftkanälen 9 versehene Ringwand 4 wird deren Abkühlung und die Nachverbrennung des nicht verbrannten Schwefelteils gewährleistet.(b) The annular wall 4 provided with the air ducts 9 becomes the latter Cooling and the afterburning of the unburned sulfur part is guaranteed.

(c) Im erfindungsgemäßen Ofen wird die Brennkcal auf etwa 5 - 10s m°#, gesteigert, wodurch man eine Verringerung des Rauminhalts der Anlage auf ein Dreißigstel und der Investitionen auf ein Zwanzigstel erreicht. Die Anlaufzeit des Ofens vermindert sich mindestens um das Fünffache. Darüber hinaus steigt die Betriebssicherheit der Anlage, während die Reparaturkosten hundertmal geringer werden.(c) In the furnace according to the invention, the calories are burned to about 5 - 10 s m ° #, increased, thereby reducing the volume of the system to a Thirtieth and the investment reached to one twentieth. The start-up time of the Furnace is reduced by at least five times. In addition, operational reliability increases of the system, while the repair costs are a hundred times lower.

Claims

Claims: 1. Furnace for the production of sulfur dioxide by combustion of sulfur or sulfur-containing raw materials in an air stream consisting of a cylindrical combustion chamber provided with tangential nozzles for air supply as well as facilities for enhancing sulfur combustion, maintaining the required SO concentration and significant reduction in the external dimensions of the furnace, d a d u r c h e k e n n - indicates that (A) those used for the primary air supply Tang entialdüsen (2) tangential to the circumference of the chamber (1) in the direction of its longitudinal axis vertical plane are arranged and at least one longitudinal partition (5) as well as each a throttle valve (7) for shutting off the channels formed by the partition (5) (6), (B) also in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the chamber in the front Chamber part on its periphery injection nozzles (3) are attached, (C) in the area of Secondary air supply to the chamber (1) a combined aeromechanical constriction (8) having.

2, furnace according to claim 1, characterized in that the throttle valve (7) is designed to be pivotable and is mounted in the air inlet of the nozzle (2).

3. Oven according to claim 1 and 2, characterized in that an annular wall (4) with in their plane lying channels (9) is installed for additional air supply.