DE1902504C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Einsprühen einer wässrigen Aufschwemmung pulverförmiger Additive in den Feuerraum von Kesselanlagen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einsprühen einer wäßrigen Aufschwemmung pulverförmiger Additive, z. B. Magnesiumoxid, in den Feuerraum von Kesselanlagen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Additive wie z. B. Magnesiumoxid, Dolomit od. dgl. Magnesium- oder andere Verbindungen werden in Feuerungen zugesetzt, um bei der Verbrennung entstehende Säuren bzw. saure Bestandteile in den Abgasen zu neutralisieren. Weiterhin kann man mit diesen Zusätzen das Abbinden von Schwefelverbindungen wie z. B. SO3 und das Lösen von haftenden "5 Substanzen auf Kesselrohren und dergleichen erreichen, wodurch auch eine Korrosionsverminderung eintritt.

Es ist bereits bekannt, pulverförmiges Magnesiumoxid in trockener Form mittels Druckluft in den jeweiligen Feuerungsraum einzublasen. Nachteilig ist dabei, daß der bereitstellbare Vorrat von Magnesiumoxidpulver im Vergleich zu der insbesondere bei größeren Feuerungen notwendigen Menge des einzubringenden Magnesiumoxides klein ist, da Magnesiumoxidpulver hygroskopisch ist und zum Zusammenbakken und zur Brückenbildung neigt. Die verwendete Luft muß daher auch trocken und ölfrei sein, da sie sonst das Verklumpen des Magnesiumoxidpulvers weiter begünstigen würde. Außerdem kann diese Luft das Brennstoff-Luft-Verhältnis der Feuerung ungünstig beeinflussen.

Bei einer mit Heizöl betriebenen Feuerung ist bekannt, einen Teilstrom des Heizöles abzuzweigen und mit Dolomitmeh! zu vermischen. Diese Mischung wird dann mit dem Heizölhaiiptstrom wieder zugeführt und in den ölbrenner geleitet. Ein schwerwiegender Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Brennerdüsen im Laufe der Zeit durch die erosiven Eigenschaften der Mehl- bzw. Pulverteilchen ausge schliffen werden, wodurch die Feuerungsverhältnisse verschlechtert und die Brenner schließlich unbrauchbar werden. Außerdem können sich bei diesem Verfahren die Filter der ölmeßgeräte zusetzen, welche vor den Brennern in der Regel eingebaut sind.

Man kennt auch bereits ein Verfahren, bei dem kalzinierter Magnesit in wäßriger Aufschwemmung in den Feuerraum eingespritzt wird, wobei dies jeweils während einer in bestimmten Abständen vorgenommenen Reinigungsphase erfolgt (vgl. Energie 1963, Nr. 10, Seite 421/422). Das Einsprühen des Magnesit-Schlammes dauert dabei etwa 10 Minuten. Nachteilig ist bei diesem Verfahren insbesondere, daß anschließend alle schlammführenden Leitungen mit Frischwasser durchspült und gereinigt werden müssen, um ein Absetzen des Magnesits in den Rohrleitungen zu verhindern.

Wie eingangs schon erwähnt, dienen die Additive u. a. zur Neutralisation der bei der Verbrennung entstehenden sauren Bestandteile in den Abgasen. Dies kann jedoch mit dem vorerwähnten Verfahren nicht bzw. nur während der vergleichsweise kurzen Einsprühphase erreicht werden. Außerdem ist die zur Durchführung dieses vorbekannten Verfahrens notwendige Vorrichtung vergleichsweise aufwendig und kompliziert.

Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Einsprühen von Additiven, z. B. von Magnesiumoxid od. dgl. in einen Feuerraum zu schaffen, mit dem bzw. mit der die Abgase möglichst weitgehend neutralisiert und die Korrosion in der Kesselanlage zumindest vermindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß die Einsprühung kontinuierlich in den Bereich der Brennerflammen erfolgt.

Durch die Einführung der Aufschwemmung z. B. mit Magnesiumoxid od. dgl. in die Brennerflamme ohne Unterbrechung können vorteilhafterweise zum einen klebrige Ansätze an den Heizflächen vermieden werden und andererseits ist dadurch auch eine laufende Neutralisation der sauren Abgasbestandteüe möglich.

Der in den Feuerungsraum einzubringende Teilstrom der Aufschwemmung kann mit Hilfe eines zweckmäßigerweise gegen die mitgeführten Additive chemisch neutralen Injektorstromes in den Feuerungsraum eingeführt werden, vorzugsweise mit Hilfe eines Dampfstromes. Dabei soll der Iniektorstrom sowohl

bezüglich der Verbrennungsvorgänge als auch bezüglich des einzuführenden Stoffes neutral sein, um eine ungehinderte Verbrennung in dem Feuerungsraum und eine gute Zuführung des einzubringender Stoffes zu ermöglichen. Diese Bedingungen wurden _z. B. von s Wasserdampf erfüllt, welcher bei Feuerungen von Dampfkesseln in einfacher Weise bereit gestellt werden kann.

Zweckmäßig ist es, wenn dem lnjektorstrom, welcher die Aufschwemmung in den Feuerungsraum einführt, ein Hilfsstrom beigegeben wird, der insbesondere im Bereich unterhalb des Injektorstromes in den Feuerungsraum einstror.it. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Einströmung verbessert und weitgehend verhindert, daß ein Teil der Aufschwemmung in Tropfenform aus dem lnjektorstrom ausfällt, bevor die Aufschwemmung weit genug in den Feuerungsraum eingebracht ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, weiche vor allem dadurch gekennzeichnet ist, daß am Ende von Zufuhrleitungen zu dem oder den Feuerungsräumen Einblasedüsen für die Aufschwemmung von Trägerflüssigkeit mit Magnesiumoxidpulver od. dgl. vorgesehen sind, an deren Eintritt eine Zufuhr von Trägergas in den Strom der Aufschwemmung vorgesehen ist. Das Trägergas bewirkt dabei durch seine Strömungsgeschwindigkeit einen Unterdruck, der die Aufschwemmung mitreißt. Als Trägergas kann dabei vorteilhaft Wasserdampf Verwendung finden, da es u. a. bei der Einschränkung der Rußbildung mitwirken kann.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren erfindungswesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in schematisierter Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht einer Einblasedüse sowie

F i g. 3 in schematischer Darstellung die Anordnung einer Einblasedüse relativ zu einem Brenner.

In F i g. 1 erkennt man einen Mischbehälter 1, welcher mit einem Rührwerk 2 als Mischeinrichtung ausgestattet ist. Der Antrieb des Rührwerkes 2 erfolgt mit einem Motor 3. Dieser Mischbehälter 1 dient zur Aufnahme einer Trägerflüssigkeit 4 und von vorzugsweise pulverförmigen Additiven wie z. B. Magnesiumoxidpulver, Wasser od. dgl. Flüssigkeit 4 und Pulver werden durch das Rührwerk 2 miteinander vermischt und während des Betriebes in dem Mischungszustand gehalten.

Im unteren Bereich des Mischbehälters 1 beginnt eine Ringleitung 5, welche die Beförderung der Aufschwemmung aus Magnesiumoxidpulver und Trägerflüssigkeit innerhalb eines Kreislaufes ermöglicht. Für die Beförderung ist in der Ringleitung 5 eine Pumpe 6 angeordnet, welche durch Ventile 7 gesichert ist.

Von der Ringleitung 5 zweigen Zufuhrleitungen 8 ab, welche zu den jeweiligen Feuerungsräumen führen. Außerdem sind noch Abzweigungen 9 vorgesehen, welche z. B. zu einer Reservefeuerung führen können. Die Ringleitung 5 mündet wieder in den Mischbehälter 1 und zwar in dessen oberen Bereich.

Mit Hilfe der Pumpe 6 und der Ringleitung 5 kann die aus Trägerflüssigkeit und Magnesiumoxidpulver od. dgl. bestehende Aufschwemmung während des Betriebes der Anlage dauernd in einem Kreislauf umgewälzt werden. Dadurch wird ein Absetzen des Pulvers aus der Aufschwemmung vermieden. Gleichzeitig steht ein dauernder Strom der Aufschwemmung für den Bedarf der Feuerungsräume zur Verfugung und kann über die Zufuhrleitungen unmittelbar aus der Ringleitung 5 entnommen werden. Störungen durch Pulverablagerungen und -Verstopfungen können daJurch vermieden werden.

Die Zufuhrleitungen 8 sind mit Hilfe von Absperrorganen 10 in ihrem Durchflußquerschnitt regelbar bzw. absperrbar. Dabei sind die Absperrorgane 10 unmittelbar an der Abzweigung der Zufuhrleitungen 8 von der Ringleitung 5 angeordnet. Dadurch wird vermieden, daß sich bei geschlossenem Absperrorgan 10 vor diesem Magnesiumoxidpulver od. dgl. ablagern kann.

Weiterhin erkennt man im Verlaufe der Zufuhrleitungen 8 ein Kontrollgerät 11 und ein Handventil 12, womit u. U. ein Absperren der Zufuhrleitungen 8 durchgeführt werden kann.

Für eine Feuerungsanlage ist es wichtig, daß die Menge des zugeführten Magnesiumoxides od. dgl. in einer bestimmten Relation zu dem verbrauchten Brennstoff steht. Dabei ist es jedoch nicht erforderlich, daß das Magnesiumoxid kontinuierlich zugeführt wird. Es kann vielmehr in Intervallen in den Feuerungsraum eingebracht werden, da es dort eine Zeitlang wirksam ist. Die Absperrorgane 10 können deshalb bei ölfeuerungen in vorteilhafter Weise durch die ölmengenzähler gesteuert werden. Diese Zähler geben nach dem Durchfluß einer gewissen ölmenge jeweils einen Impuls an das zu der jeweiligen Feuerung gehörende Absperrorgan 10, wodurch dieses für eine gewisse Zeit iang geöffnet wird.

An dem Mischbehälter 1 ist ein Schwimmer 13 zum Einhalten einer Mindesthöhe des Standes der Trägerflüssigkeit 4 vorgesehen. Dieser Schwimmer 13 steuert über Kontakte 14 ein Ventil 15 in der Zuflußleitung 16 für die Trägerflüssigkeit 4. Es sei erwähnt, daß als Trägerflüssigkeit insbesondere Wasser in Frage kommt. Durch den Verbrauch der Aufschwemmung in den Feuerungsräumen sinkt ihr Spiegel im Mischbehälter 1 ab. Bei der Mindesthöhe des Standes der Trägerflüssigkeit 4 wird das Ventil 15 geöffnet und es strömt neue Flüssigkeit in den Mischbehälter 1 ein. Dadurch sinkt die Konzentration der Aufschwemmung etwas ab. Da jedoch wie bereits erwähnt das Magnesiumoxid über eine längere Dauer in der Feuerung nachwirken kann, ist es unerheblich, ob zunächst etwas mehr und im weiteren Verlauf des Betriebes etwas wenigei Magnesiumoxid über die Zufuhrleitungen 8 in die Feuerungen eingebracht wird. Nach einer gewissen Zeit kann dann wieder Magnesiumoxidpulver über einen vorzugsweise verschließbaren Einfülltrichter 17 an dem Mischbehälter 1 nachgefüllt werden. Diese Nachfüllmenge kann in vorteilhafter Weise recht groß sein, wodurch die Zeiträume zwischen den einzelnen Nachfüllungen verhältnismäßig groß gewählt werden können. Über eine längere Betriebsdauer gesehen kann man durch dieses Verfahren die Menge des Magnesiumoxid-Zusatzes genügend genau in Relation zum verbrauchten Brennstoff bringen.

Eine zusätzliche Regulierung der Magnesiumoxid-Zufuhrmenge kann man auch noch mit Hiife des Ventils 12 erreichen, indem dieses bei der Zufuhr einer höher konzentrierten Aufschwemmung etwas mehr geschlossen und bei Abnahme der Konzentration des Magnesi-

umoxides in der Aufschwemmung etwas mehr geöffnet wird.

Am Beginn der Ringleitung 8 im unteren Bereich des Mischbehälters 1 erkennt man noch einen Saugkorb 26, der frei im Rührstrom angebracht ist und zwar etwas oberhalb des Behälterbodens. Dadurch befindet sich der Saugkorb 26 nach mehreren Richtungen hin frei im Wirkungsbereich des Rührstromes, wodurch eine dauernde Spülung und Reinigung und damit ein Freihalten von Magnesiumoxidpulver erreicht wird.

Am Ende der Zufuhrleitungen 8 zu den Feuerungsräumen sind Einblasedüsen 18 für die Aufschwemmung von Trägerflüssigkeit mit Magnesiumoxidpulver od. dgl. vorgesehen. Eine derartige Einblasedüse 18 ist in F i g. 2 genauer dargestellt. Diese besitzt an ihrer Eintrittsseite ein T-förmiges Injektorstück 19, in welches von der einen Seite entsprechend dem Pfeil Pf ί die Aufschwemmung aus Trägerflüssigkeit und Magnesiumoxid zufließt; von der anderen Seite her ist ein Rohr 20 durch eine Dichtung 21 eingeführt. Dieses Rohr 20 dient zur to Zufuhr eines Trägergases, welches aufgrund seiner Strömungsgeschwindigkeit einen Unterdruck erzeugt und die Aufschwemmung mitreißt. Als Trägergas kann in vorteilhafter Weise z. B. Wasserdampf Verwendung finden. Das Rohr 20 mündet in das eigentliche Einführrohr 22, durch welches die Aufschwemmung mit Hilfe des Trägergases in den jeweiligen Feuerungsraum entsprechend dem Pfeil P(I eingeführt wird. Die Einblasedüse 18 ist von einem etwa konzentrischen Mantelrohr 23 umgeben. Dieses Mantelrohr 23 besitzt nur in Strömungsrichtung am Austritt der Düse 18 eine etwa ringförmige öffnung 24. Der Raum zwischen dem Mantelrohr 23 und der Düse 18 besitzt einen Anschluß 25 für einen weiteren Zustrom eines Trägergases, z. B. Dampf. Dieser zusätzliche Hilfsstrom, welcher insbesondere unterhalb der Mündung der eigentlichen Einblasedüse 18 mündet, verhindert ein Abtropfen der Aufschwemmung an dieser Stelle. Dieser Hilfsstrom dient dazu, die Einführung des Magnesiumoxidpulvers in den Feuerungsraum zu verbessern, indem er eine zusätzliche Saugwirkung an der Mündung der Düse 18 erzeugt.

Es hat sich gezeigt, daß die Zuführung des Magnesiumoxidpulvers zusammen mit Wasser als Trägerflüssigkeit eine bessere Verbrennung insbesondere der schwer löslichen Kohlenwasserstoffe ergibt. Vorteilhaft ist dabei, daß das Wasser in der Feuerung dissoziiert werden kann und seine Bestandteile gegebenenfalls an den chemischen Reaktionen teilnehmen können.

Dies wird vor allem dadurch erreicht, daß der von dem Kreislauf abgezweigte Teilstrom der Aufschwemmung in einen Bereich hoher Temperatur, insbesondere in den Bereich der Brennerflammen, des jeweiligen Feuerraumes befördert wird. Dort ist eine Dissoziation des als Trägerflüssigkeit dienenden Wassers gut zu erreichen. Insbesondere die dabei auftretenden H-Ionen können sich mit beim Verbrennungsprozeß entstehendem freien Kohlenstoff (Ruß) verbinden, so daß dieser Kohlenstoff als Katalysator bei einer SO₃-Bildung nicht mehr zur Verfügung steht.

In Fig.3 erkennt man, daß die Einblasedüsen 18 an den Feuerungsräumen derart ausgerichtet sind, daß ihre Mündungen in den Bereich hoher Temperatur, insbesondere in den Bereich der Brennerflammen F weisen, wo eine Temperatur von etwa 1000 Grad Celsius bis 1200 Grad Celsius herrschen kann. Dort ergibt sich eine gute Dissoziation des Wassers, ohne daß die mitgeführten Additive bei dieser Temperatur geschädigt werden. Der Druck des Injektorstromes ist dabei in den Einblasedüsen 18 so gewählt, daß die Aufschwemmung über die Entfernung a von der Einblasedüsenmündung bis in den Bereich hoher Temperatur beförderbar ist. Man erkennt, daß die Einblasedüsen 18 etwa im rechten Winkel zur Richtung der von ihnen beaufschlagten Brennerflammen F angeordnet sind. Dabei ist die jeweilige Mündung der Einbiasedüsen 18 etwa in den dicht bei den Brennermündungen befindlichen Bereich gerichtet, so daß die Aufschwemmung aus Additiven und Wasser auch bei kleiner Flamme in den Bereich hoher Temperatur gelangt.

Die Erfindung ermöglicht es, daß Magnesiumoxidpulver od. dgl. Additive mit Wasser zu einer Suspension aufgeschlämmt, diese dauernd in einem an den Abgabestellen vorbeiführenden Kreislauf umgewälzt wird und die Pulverteilchen im Wasser in der Schwebe gehalten werden und daß ein in seiner Menge auf den Bedarf der Feuerung abgestimmter Teilstrom der Aufschwemmung von dem Kreislauf abgezweigt und örtlich getrennt von der Brennstoffzufuhr in den jeweiligen Feuerungsraum eingebracht wird.

Dabei ist vorteilhaft, daß das als Trägerflüssigkeit dienende Wasser beim Einsprühen in einen Bereich hoher Temperatur gleichzeitig zur Verminderung der anfallenden Rußmenge beitragen kann, wodurch die Bildung von SO3 von vornherein eingeschränkt werden kann. Dadurch wird das Neutralisieren bzw. Alkalisieren der Abgase mit Hilfe der Additive vereinfacht.

Außerdem wird eine einfache und von Störungen durch Verstopfungen weitgehend unabhängige Bereitstellung und Zuführung von Magnesiumoxid- od. dgl. Additiven in Feuerungen erreicht, wodurch sich ein weiterer Vorteil der kombinierten Anwendung von Wasser und den Additiven ergibt.

Vorteilhaft ist auch, daß das Nachfüllen des Magnesiumoxides od. dgl. in wesentlich größeren Mengen und dadurch in größeren Zeitabschnitten vorgenommen werden kann, als es mit den bisher bekannten Verfahren möglich ist. Weiterhin ist die Bedienung vereinfacht und die Wartung der Zufuhreinrichtungen verringert. Ein weiterer Vorteil der Einblasung vorzugsweise mittels Dampf und zusammen mil Wasser besteht darin, daß die Magnesiumoxid-Pulverteilchen im Feuerungsraum fein verteilt und versprüh! werden, wodurch weniger Einblasestellen an jederr Feucrungsraum benötigt werden. Es hat sich gezeigt daß durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung eine günstige Beeinflussung sowohl dei Hoch- als auch der Tieftemperaturkorrosion erreichbai ist.

Es sei noch erwähnt, daß an der Vorrichtuni gegebenenfalls ein Zeitrelais od. dgl. angebracht seir kann, welches die Zeitintervalle für das Nachfüllen vor Magnesiumoxidpulver in den Mischbehälter 1 anzeigt.

Hierzu 2 Blatt Zcichnunueii

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einsprühen einer wäßrigen Aufschwemmung pulverförmiger Additive, z. B. Magnesiumoxid, in den Feuerraum von Kesselanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsprühung kontinuierlich in den Bereich der Brennerflammen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Feuerungsraum einzubringende Teilstrom der Aufschwemmung mit Hilfe eines zweckmäßigerweise gegen die Additive chemisch neutralen Injektorstromes in den Feuerungsraum eingeführt wird, vorzugsweise mit Hilfe eines Dampfstromes.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Injektorstrom, der die Aufschwemmung in den Feuerungsraum einführt, ein Hilfsstrom beigegeben wird, der insbesondere im Bereich unterhalb des Injektorstromes in den Feuerungsraum einströmt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende von Zufuhrleitungen (8) zu dem oder den Feuerungsräumen Einblasedüsen (18) für die Aufschwemmung von Trägerflüssigkeit mit Magnesiumoxidpulver od.. dgl. vorgesehen sind, an deren Eintritt eine Zufuhr von Trägergas in den Strom der Aufschwemmung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einblasedüse (18) eine Leitung (23; 25) für den Hilfsstrom vorgesehen ist, welche unterhalb der Mündung der eigentlichen Einblasedüse (18) mündet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasedüse (18) von einem etwa konzentrischen Mantelrohr (23) als Leitung für den Hilfsstrom umgeben ist und daß dieses Mantelrohr (23) lediglich in Strömungsrichtung am Austritt der Düse (18) eine vorzugsweise ringförmige Öffnung (24) besitzt und daß der Raum zwischen Mantelrohr (23) und Düse (18) einen Anschluß (25) für Dampf od. dgl. besitzt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasedüsen (18) etwa im rechten Winkel zur Richtung der von ihnen beaufschlagten Brennerflammen (79 angeordnet sind.

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