DE2040827C2

DE2040827C2 - Verbrennungsvorrichtung für hochviskose flüssige Brennstoffe

Info

Publication number: DE2040827C2
Application number: DE2040827A
Authority: DE
Inventors: Kunio Iwakuni Furutachi; Nobuo Okayama Itami; Yoji Ichihara Kitaoka; Hideo Mineshima; Masanobu Sakata; Kazuhiko Ichihara Shibayama; Yoshitada Tamano Tomoyasu
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1970-05-08
Filing date: 1970-08-17
Publication date: 1982-05-13
Also published as: NL159179B; CH513363A; JPS5550241B1; DE2040827A1; SE364353B; GB1322374A; US3779691A; PL76696B1; FR2059054A5; HU167806B; NL7013809A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung für hochviskose flüssige Brennstoffe mit einer waagerechten Verbrennungskammer, in die längsseitig, geneigt zur Wand, eine eine Brennstoffdüse umschließende Primärlu.^zuführung mündet und an der eine dieser in Strömungsrichtucg nach^ischaltete Sekundärluftzuführung vorgesehen ist

Schweröl oder Teer, das in herkömmlicher Weise als flüssiger Brennstoff verwendet wird, wird mit Hilfe von Luft oder Wasserdampf zerstäubt, um leichter zu brennen. Zum Zerstäuben wird der Brennstoff vorgeheizt, um seine Viskosität auf ein für die Zerstäubung geeignetes Maß zu verringern (im allgemeinen niederiger als 4OcSt). Beim Gebrauch von hochviskosen brennbaren Stoffen, wie zum Beispiel bei niedrigeren Copolymer-Nebenprodukten, kann jedoch keine für du. oben beschriebenen Brenner vom herkömmlichen Typ geeignete Viskosität durch Heizen erreicht werden, und bei sehr starkem Heizen werden die Stoffe gekrackt, um Kohlenstoff auszuscheiden, bevor die Viskosität sich auf ein geeignetes Maß verringert Die Brennstoffe dieser Art können nicht genügend zerstäubt werden, um mit herkömmlichen Brennern vollständig verbrannt zu werden. Da es einige Zeit braucht, einen zerstäubten Brennstoff mit großen Teilchen zu entzünden, können die Flammen schwer gehalten werden. Auch ist eine sehr große Verweilzeit erforderlich, um einen Brennstoff mit großen Teilchen vollständig in einem Ofenraum zu verbrennen, und daher werden große Verbrennungsöfen benötigt. Dies ist in der Praxis nicht vorteilhaft. Eine unvollständige Verbrennung hat die Erzeugung von Kohlenstoffrückständen zur Folge, die sich ablagern und an den Ofenwänden sammeln, wodurch sie die kontinuierliche Verbrennung verhindern.

Entsprechend den oben beschriebenen Gründen wurde es bisher für sehr schwer gehalten, große Mengen solcher Brennstoffe als Wärmequelle für kommerzielle Heizkessel zu verbrennen.

Bei der aus der DE-AS 10 15 17t bekannten Verbrennungsvorrichtung für schwer verbrennbare flüssige Stoffe, von der die Erfindung ausgeht, tritt der Brennstoff unzerstäubt aus der Brennstoffdüse und der diese umschließenden Primärluftzuführung aus. Er wird durch tangentiale Einleitung der Luft auf einer großen Fläche der Brennkammerwand zu einem dünnen, zusammenhängenden Brennstoffband ausgebreitet und dort erst verdampft Es ist also nicht nötig, ihn vor dem Eintritt in die Brennstoffdüse zu erwärmen. Die Vorrichtung eignet sich deshalb wie die erfinHungsge mäße für Schweröl, das sich nicht bis zur Zerstäubungs temperatur erhitzen läßt, ohne daß Spaltung eintritt Um die Vorrichtung in Betrieb zu nehmen, ist allerdings eine Vorheizung nötig. Nachteilig ist auch, daß die Verbrennungskammer lang sein muß, weil der unzer stäubte Brennstoff erst in der Kammer verdampfen inuß, bevor er sich entzünden kann.

Im Hinblick darauf hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine solche Verbrennungsvorrichtung für hochviskose flüssige Brennstoffe zu schaffen, die eine vollständige Verbrennung der Brennstoffe mit einer wesentlich kleineren Verbrennungskammer ermöglicht

Die Aufgabe löst sie mit den im Anspruch angegebenen

Mitteln.

Durch die gekennzeichnete Ausbildung der Brenn-

stoffdüse wird erreicht, daß die Brennstoffteilchen bis zu einem gewissen Durchmesser zerstäubt und sofort verbrannt werden. Der Rest lagert sich an der Wand der Verbrennungskammer ab, wobei die Ablagerung und Verbrennung durch die Luftzirkulation unterstützt wird, die die Sekundärluft erzeugt Die Temperatur an der Innenwandoberfläihe der Kammer wird höher gehalten als die Zündtemperatur und die Verbrennungstemperatur der Brennstoffe. Der in die Kammer eingeleitete Brennstoff wird sofort durch die Strahlungshitze der Wände auf die Verbrennungstemperatur aufgeheizt und während der Ausbreitung mit Luft vermischt die mit ihm zusammen eingeblasen wird, der Brennstoff wird dadurch teilweise bereits in einer primären Verbrennung im Verbrennungsraum verbrannt Der Rest des Brennstoffes, der nicht im Verbrennungsraum verbrannt wird und sich an der Kammerwand ablagert wird durch die Wand weiter erhitzt so daß der Brennstoff vollständig durch Oberflächenverbrennung verbrennt Je höher die Temperatur der Oberfläche ist und je größer die Strömungsgeschwindigkeit der Luft ist, um so größer wird die Verbrennungsgeschwindigkeit.

In der Verbrennungskammer wird die Luft in eine primäre und eine sekundäre Luft geteilt Die primäre Luft wird an derseiben Stelle wie der Brennstoff mit hoher Geschwindigkeit und unter einem mittleren Winkel gegen die horizontale Ebene in die Kammer geschickt Die sekundäre Luft wird von der entgegengesetzten Wand in der Nähe des Kammerbodens in der Richtung in die Kammer geschickt daß das Verbren nungsgas in der Kammer mit hoher Geschwindigkeit zirkuliert. Die Luft streicht mit hoher Geschwindigkeit über den an der Kammerwand haftenden Brennstoff, was ein Ansteigen der Oberflächenverbrennungstemperatur des Brennstoffs und eine Verringerung der

Kammergröße zur Folge hat.

Um die Kammerwand auf einer hohen Temperatur zu halten, ist am Auslaß eine Barriere vorgesehen, um eine ausreichende Verweilzeit für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes einzuhalten. Bei einer wie oben beschrieben konstruierten Verbrennungsvorrichtung kann die Verbrennungstemperatur gut eingehalten werden bis die Verbrennung vollständig beendet ist und es entsteht kein Ruß, solange genügend Luft zugeführt

wird. Das vollständig verbrannte Verbrennungsgas mit hoher Temperatur wird durch einen Kanal in einen Wärmeaustauscher eines Heizkessels geführt

In bezug auf den Stand der Technik ist noch nachzutragen, daß durch die DE-AS 10 38 698 eine s Verbrennungsvorrichtung mit einer Sekundärluftzuführung bekannt ist, die an einem der Primärluftzuführung gegenüberliegenden Wandungsteil angeordnet ist Durch die Anordnung wird eine gegenläufige Luftströmung in dei Verbrennungskammer erzeugt Die ι ο Strömung zirkuliert allerdings nicht um die Kammerachse und dient auch nicht zum Zwecke, unverbrannten Brennstoff an der Kammerwand niederzuschlagen. Der Brenner ist gasbeheizt

Barrieren am Auslaß, durch die die Verweilzeit der Verbrennungsgase in der Kammer erhöht wird, sind an sich auch bekannt so z. B. durch die Zeitschrift» Öl- und Gasfeuerung« 1964, Jahrgang 9, Seite 316, Abb. 5. Die Barriere dient dazu, den Wärmeübergang von den Verbrennungsgasen auf das zu beheizende Medium zu verbessern. Die Barriere am Auslaß der Verbrennungskammer, wie die Erfindung sie vorsieht, schirmt dagegen das Innere der Verbrennungsvorrichtung von der Oberfläche des nachgeschalteten, aufzuheizenden Teiles ab, im Regelfall einem Wärmetauscher. Dadurch kann die Temperatur hoch gehalten und gut so gesteuert werden, daß sie über der Zündungstemperatur des Brennstoffs liegt und daß der Brennstoff, der sich an der Innenwand anlegt verbrennt, ohne einen Kohlenstoffrückstand zu hinterlassen. ω

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung als Beispiele anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform der Erfindung; F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1;

Fig.3 einen vergrößerten Schnitt einer Brennstoffdüse; und

Fig.4 einen vergrößerten Schnitt einer anderen Ausführungsform einer Brennstoffdüse. *&

In F i g. 1 und 2 ist eine Verbrennungskammer 1 vollständig von einer isolierenden feuerfesten Wand 2 umgeben, und eine Brennstoffdüse 10 ist an einer Seite der Wand abwärts gerichtet vorgesehen. An der gegenüberliegenden Seite der Wand befindet sich eine Sekundärhjftblasdüse 12. Fig.3 zeigt den Aufbau der Brennstoffdüse 10; in einem Primärluftblasrohr 9 sind konzentrische Rohre 17 und 18 vorgesehen, und Brennstoff wird durch das zentrale Rohr 17 eingeleitet und von der Düse 19 in den Ofen zugeführt Durch den Spalt zwischen den Rohren 17 und 18 wird hochkomprimierter Wasserdampf oder Luft als Zerstäubungsmittel transportiert und aus einer Düse 20 gesprüht.

Der Druck in dem Rohr 18 für ein hochkomprimiertes Gas wird höher al«, der Druck in der Kammer 1 gewählt Der Brennstoff wird hauptsächlich infolge der relativen Geschwindigkeit des von der Düse 19 versprühten Brennstoffs und des von der Düse 20 versprühten Zerstäubungsmittels zerstäubt.

Wenn der durch das Rohr 17 zugeführte Brennstoff auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, um die Viskosität zu verringern, sollte vorgesorgt werden, daß er während des Durchgangs durch das Rohr 17 nicht abgekühlt wird. Deshalb wird als hochkomprimiertes Gas, das durch das Rohr 18 strömt, hochkomprimierter Wasserdampf bevorzugt, um die Temperatur des Brennstoffs, der durch das Rohr 17 strömt, aufrechtzuerhalten. Wenn es nicht notwendig ist, den Brennstoff auf einer hohen Temperatur zu halten, kann kalte hochkomprimierte Luft zum Zerstäuben des Brennstoffs zugeführt werden. Das hochkomprimierte Gas wird von der Düse 20 in einer solchen Richtung gesprüht, daß es die Sprührichtung des Brennstoffs von der Düse 19 kreuzt um den Impuls des hochkomprimierten Gases wirkungsvoll für die Zerstäubung des Brennstoffs auszunützen

Primärluft für die Verbrennung wird von einer ringförmigen Düse 16 durch ein Rohr 9 versprüht Die Luft wird in einer Richtung eingeblasen, die die Richtung des hauptsächlich von der Düse 20 mit Hilfe des hochkomprimierten Gases versprühten Brennstoffes kreuzt um diesen am wirkungsvollsten weiter zu zerstäuben. Die Sprühgeschwindigkeit "wird zum Beispiel zwischen 70 und 200 m/s gewählt

Die Zündung am Beginn des Vorgangs wird durch Erhitzen der Kammer 1 mit einer geeigneten Vorrichtung durchgeführt Die zirkulierende Strömung des Kammergäses wird durch die gegenläufige Wirkung der eingesprühten Strömungen von &: * Rohren 9 und 12 beschleunigt, und der Brennstoff wirii vollständig in der Kammer und an der Oberfläche der feuerfesten Wand verbrannt Brennstoffteilchen mit einem kleineren als einem vorbestimmten Durchmesser werden in der Strömung 13 vollständig verbrannt, bevor sie die Wände 14 und 15 erreichen, während Teilchen mit einem größeren Durchmesser verteilt werden und sich an den Wänden 14 und 15 anlagern, wo sie durch die Hitze der Wände schnell verdampft werden und einer Strömung mit hoher Geschwindigkeit ausgesetzt werden, um mit einer sehr hohen Verbrennungsgeschwindigkeit verbrannt zu werden. Wenn die Kammerwand durch die Verbrennungshitze des Brennstoffs auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten wird, wird der Brennstoff, der sich an der Wand anlagen, verbrannt, ohne einen Kohlenstoffrückstand zu erzeugen. Wenn weiter die Temperatur in der Kammer sehr hoch gehalten wird, wenn eine gemessene VtrweiL'eit und genügend Sauerstoff in der Kammer vorhanden sind, wird kein Rauch und Ruß erzeugt.

Das Verbrennungsgas wird durch einen Kanal 4 zu einem Wärmeaustauscher 6 geführt, wo die Wärmerückgewinnung durchgeführt wird, und dann durch einen Schornstein 7 ausgelassen. Die Wand 2 der Verbrennungskammer 1 sollte auf einer Temperatur gehalten werden, bei der die Verbrennung über die ganze Oberfläche schnell genug durchgeführt wird, zum Beispiel auf 1000 bis 1200³C. Deshalb ist der Wärmeaustauscher 6 vollständig von der Kammer 1 getrennt und nur durch den Kanal 4 verbunden, um vollständig zu verhindern, daß nicht vollständig verbrannter Brennstoff in Berührung mit einer kalten WarJoberfläche des Wärmeaustauschers kommt. Die Barriere 3 ist vorgesehen, um die Verweilzeit des Verbrennungsgases in der Kammer soweit vie möglich zu verlängern und um zu verhindern, daß das Innere der Kammer durch die Hitzestrahlung zu dem Wärmeaustauscher 6 gekühlt wird. Um den versprühten Brennstorf in der Kammer so gleichförmig wie möglich zu verteilen, sind mehr als eine Brennstoffdüse in Längsrichtung angebracht, in diesem Beispie» werden drei Düsen verwendet.

Fig.4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Brennstoffdüse. In diesem Beispiel wird ein hochviskoser Brennstoff durch ein Rohr 21 geführt und durch ein Rohr 22 von einer ringförmigen Düse 23 versprüht. Ein hochkomprimiertes Gas zum Zerstäuben wird durch ein

Rohr 24 von einer ringförmigen Düse 25 eingeblasen. Gemäß dieser Ausführungsform kann ein hochviskoser Brennstoff als eine sehr dünne Schicht versprüht werden, und so kann eine vergleichsweise große Menge von Brennstoff durch eine einzige Düse gut zerstäubt werden. Die primäre Luft mit niedrigem Druck wird durch Rohre 26 und 27 von einer Düse 28 eingeblasen, ähnlich wie im Beispiel der F i g. 3, und die Zerstäubung wird durch die gegenläufige Wirkung zusammen mit dem Gas mit hohem Druck, das von der Düse eingesprüht wird, ausreichend gut durchgeführt.

Wenn nicht alle primäre Verbrennungsluft durch die

Düse 28 eingesprüht wird, wird der Rest der Luft durch einen Luftkanal 29 zugeführt und durch einen Luftkasten 30 und eine Brennereintrittsöffnung 31 in die Kammer t eingeleitet. Wenn nötig wird die Luft durch Leitbleche 32 in Zirkulation versetzt, und der versprühte Brennstoff wird schnell mit Luft vermischt.

Es können große Mengen von sehr hoch viskosen Brennstoffen, wie zum Beispiel'niedrigere Polymere, die bei der Polymerisation von Olefinen in der petrochemischen Industrie erzeugt werden, in einer Kammer von mäßiger Größe vollständig verbrannt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verbrennungsvorrichtung für hochviskose flüssige Brennstoffe mit einer waagerechten Verbrennungskammer, in die längsseitig, geneigt zur Wandung eine eine Brennstoffdüse umschließende Primärluftzuführung mündet und an der eine dieser in Strömungsrichtung nachgeschaltete Sekundärluftzuführung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffdüse (19) in der Primärluftzuführung (9) konzentrisch ein Zufuhrkanal (18) für ein Zerstäubungsmittel zugeordnet ist und die Sprührichtung der Brennstoffdüse (19), welche die Richtung der Primärluft kreuzt, gegenüber der Waagerechten mäßig geneigt ist, daß die Sekundärluftzuführung (12) an einem der Primärluftzuführung gegenüberliegenden Wandungsteil der Verbrennungskammer (1) derart angeordnet ist, daß durch gegenläufige Strömungen dieser Zuführungen eine zirkulierende Strömung erzeugbarist,und daß am Auslaß der Verbrennungskammer (1) eine die Verweiizeit der Verbrennungsgase erhöhende Barriere (3) vorgesehen ist.