DE2226621B2 - Zerstaeubungsbrenner - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf sinen Zerstäubungsbrenner mit den Gattungsmerkmalen des Hauptanspruches.

Bei einem derartigen Brenner zum Verbrennen von minderwertigen, 2. B. als Abfallprodukte anfallenden Brennstoffen verschiedener Art soll die erzeugte Flamme in weiten Bereichen regelbar sein und ihr Abwandern auf ein Mindestmaß beschränkt werden (CH-PS 4 29 002). Hierzu dienen mindestens zwei konzentrisch ineinander angeordnete zylindrische Brennersysteme, die an ihrem einen Ende über Düsen in eine gemeinsame zylindrische Mischkammer münden, wobei jedes Brennersystem zwei konzentrisch ineinander angeordnete, getrennt druckgespeiste und einzeln in die Mischkammer mündende Leitungen für den Brennstoff einerseits bzw. für ein Oxydations- oder Zerstäubungsmittel andererseits aufweist. Das eine, mit

z. B. einem zu verbrennenden Schlamm oder einer anderen zur verbrennenden Flüssigkeit sowie mit einem Zerstäubungsmittel beaufschlagte Brennersystem ist von einem zweiten, ebenfalls mit einer brennbaren Flüssigkeit und einem Zerstäubungsfluid bzw. einem Oxydationsmittel beaufschlagten Brennersystem umgeben, deren Speisekanäle in die konisch zulaufende Haube münden. Mit diesem bekannten Zerstäubungsbrenner können jedoch keine grobkörnigeren Schlämme verbrannt werden, weil sich aufgrund der geringen öffnungsweiten der Zweigkanäle im Bereich der Brennerdüse Verstopfungen nicht vermeiden lassen, die dann Anlaß zu Explosionen sein können.

Zum Verbrennen von Kohlenschlamm ist eine Brenneranlage bekannt (GB-PS 10 96 551), bei der ein vorgetrockneter und ggf. zerkleinerter Anteil des Kohleschlammes zusammen mit Luft durch einen radial äußeren langgestreckten Speisekanal ohne düsenförmige Verjüngung in einen Verbrennungsraum gefördert wird. Ein weiterer Anteil des Kohleschlammes gelangt aus einem Sinkscheider durch einen von dem Speisekanal für den Kohlenstaub umgebenen Zentralkanal in die Verbrennungszone, wobei in diesem Zentralkanal neben dem Speisekanal für den Kohlenschlamm weitere Speisekanal für einen flüssigen Brennstoff sowie für Luft angeordnet sind. Das Mündungsende dieses Zentralkanals ragt über das Müridungsende des Speisekanals für den vorgetrockneten Kohlenstaub hinaus. Eine Mischung des Kohleschlammes mit dem öl und der Luft zu einer Emulsion vor ihrem Austritt in den Verbrennungsraum ist bei dieser Brenneranlage nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, in einem Brenner der eingangs genannten Art Schlämme mit unterschiedlichen Korngrößen ihrer Feststoffpartikeln bis zu einigen Millimetern ohne die Gefahr von Verstopfungen des Brenners und dadurch bedingten Explosionen verbrennen j:u können.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Die gesonderte Zuführung einer Feinschlammfraktion und ihr Vermischen mit dem flüssigen Brennstoff und dem Zerstäubungsmittel, vorzugsweise Druckluft, in einer unmittelbar vor der Düsenöffnung angeordneten Emulsionskammer schließt einmal Verstopfungen der Düse durch grobe Partikeln aus und verhindert ferner, daß durch eine vorzeitige Vermischung des Schlammes mit dem Brennstoff eventuell im Schlamm enthaltene flüchtige Bestandteile zu Explosionen führen, was gerade be: verstopften Brennern bekannter Art u. U. eintreter kann. Der bei der Kohlenwasserstoffraffination anfallende grobkörnige Anteil des Schlammes und bestimm· te Mengen an Zerstäubungsfluid werden durch radia äußere gesonderte Kanäle in den äußeren Ringraurr eingeführt, in diesem innig vermischt und durch eine ringförmige Austragsöffnung in Form eines die aus dei Emulsionskammer austretende Emulsion umgebender Kranzes in den Brennraum ausgestoßen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind ir den Unteransprüchen unter Schutz gestellt. Dies« beziehen sich einerseits auf eine Verbesserung dei Zerstäubung des feinkörnigen Schlammes und dei flüssigen Brennstoffes der der Emubionskammer sowii des grobkörnigen Schlammes in dem Ringraum sowi< auf die vorteilhafte Möglichkeit, neben einem flüssiger Brennstoff im zentralen Teil des Brenners auch nocl eine weitere zu verbrennende Flüssigkeit in di< Emulsionskammer einzuleiten.

Im folgenden weiden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Brenners anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. ILs zeigt

Fig. I eine teilgeschnittene Seitenansicht einer ersten Brennerausführung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den vorderen zentralen Teil des Brenners nach Fig. 1;

F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden Längsschnitt durch eine andere Brennerausführi?r:g.

Der in den Fig. I und 2 dargestellte Zerstäubungs- ,₀ brenner besitzt einen Brennerkopf I mit einem rückwärtigen Rohransatz 2, in dem achsparallele Speiseleitungen 3,4 und 5 für verschiedene, gleichzeitig zu verbrciinendc Fluide angeordnet sind. In Fig. 1 ist · nur die Speiseleitung 3 voll ausgezogen dargestellt, ₎₅ während die beiden anderen Speiseleitungen 4 und 5 in strichpunktierter: Linien schematisch angedeutet sind. Alle Speiseleitungen 3, 4 und 5 sind direkt mit dem Brennerkopf I verbunden und treten auf der anderen Seite des Rohransatzes 2 durch eine Abschlußplatte 6 ai's, die am Rohransatz 2 durch Schrauben 7 befestigt ist. Die Speiseleilungen 3, 4 und 5 sind außerhalb" des Brenners mn — nicht dargestellten - Einspeisestationen für den flüssigen Brennstoff, vorzugsweise Heizöl, die zu verbrennenden Schlämme unterschiedlicher _:.₅ Partikelgröße, z. B. den Rückständen einer Erdölraffinerie, verbunden. Der Rohransatz 2 besitzt ferner einen seitlichen Anschluß 9 zum Einspeisen eines Gases, insbesondere Luft oder Dampf, das in der weiter unten beschriebenen Weise einen Teil des eingeführten y₀ Schlammes zerstäubt.

Um den Rohransatz 2 ist ein Mantelrohr 10 vorgesehen und mit dem Brennerkopf 1 einseitig befestigt, das zusammen mit einem auf dem Rohransatz 2 aufgezogenen Endstopfen 12 einen Ringraum 11 begrenzt. Dieser Ringraum 11 wird über einen Anschluß 13 mit einem gasförmigen Zerstäubungsfluid beaufschlagt, das entweder Wasserdampf oder das gleiche wie dem Brenner über den Anschluß 9 zugeführte Gas sein kann und zur Zerstäubung des grobkörnigen Schlammanteils am Brennerausgang dient. Dieses Mantelrohr 10 begrenzt zusammen mit einem äußeren weiten Rohr 15 einen nach rückwärts durch einen Stopfen 17 abgeschlossenen Ringkanal 16, der über eine Zuleitung 18 mit großen Mengen eines Gases zur _4<i Unterhaltung der Brennerflamme beaufschlagt wird. Im Bereich des Brennerkopfes 1 weist das durch äußere Laschen 20 und Schrauben 21 an einem Traggerüst 22 befestigte Rohr 15 eine öffnung 19 von großem Durchmesser auf.

Der in F i g. 2 vergrößert dargestellte Brennerkopf 1 ist rückwärtig mit dem Rohransatz 2 verbunden, in dem die Speiseleitungen 3, 4 und 5 verlaufen. Die in den hinteren Teil des Brennerkopfes 1 eingeschraubte Speiseleitung 3, 8 ist mit flüssigem Brennstoff, z. B. Heizöi beaufschlagt, der durch einen axialen Speisekanal 23 im Brennerkopf 1 in eine Emulsionskammer 24 strömt. Die Emulsionskammer 24 wird nach vorn von einer auf eine Schulter 25a am Brennerkopf 1 aufgeschraubte Haube 25 abgeschlossen.

in die Emulsionskammer 24 mündet außerdem ein den Brennerkopfanschluß an die Speiseleitung 4 durchquerender Speisekanal 26, über den feinkörniger Schlamm in die Emulsionskammer eingeführt und dieser mit dem flüssigen Brennstoff vermischt wird. Zum 6j innigen Vermischen des Brennstoffes mit dem feinkörnigen Schlamm in der Emulsionskammer 24 sind schraubenlinienförmig): Rippen 27 an der Mündung des Kanals 26 in die Emulsionskammer vorgesehen die den ausströmenden Schlamm in eine Wirbelbewegung versetzen. Durch zusätzliches Einspeisen eines Zerstäubungsfluides, z. B. Luft oder Dampf, wird die Mischung aus Heizöl und Schlamm fein verteilt emulgiert. Das über den Anschluß 9 zugeführte Zersläubungslluid gelangt durch geneigte Speisekanäle 28 in die Emulgierkainmer 24, die an ihrer Mündung weitere schraubenünienförmige Rippen 29 aufweisen. Die so gebildete Emulsion strömt aus der Emulsionskammer durch eine Düsenöffnung 30 in der Haube 25 in den Brennraum. In der Düsenöffnung 30 befindet sich eine Düsennadel 31 mit seitlichen Schlitzen 32, die durch ein Miindungsstück 33 in der Emulsionskammer 24 festgelegt ist. Dieses Mündungsstück 33 stützt sich an einer Schulter 33/? des Brennerkopfes 1 ab und weist einen Verteiler bildende sehraubenlinienförmigc Ringen 33,7 auf.

Eine grobkörnige Schlammfraktion, deren Fcststol'fpartikel mit einer Körnung von einigen Millimetern die von der Düsennadel 31 und der Düsenöffnung 30 begrenzte Abströmöffnung zusetzen wurden, wird über die Speiseleitung 5 in dem Rohransatz 2 zugeführt und strömt über geneigte Speisekanäle 34 in einen Ringraum 35, der von der Außenseite der Haube 25 und von einem Deckel 14 begrenzt wird. An der Mündung dieser Speisekanäle 34 sind ebenfalls Leitrippen 36 angeordnet, die dem Grobschlamm im Ringraum 35 eine Wirbelbewegung verleihen. Der Grobschlamm wird im Ringraum 35 durch ein Zerstäubungsfluid, Druckluft oder Dampf, zerstäubt, das aus dem Ringkanal 11 über Kanäle 37 im Brennerkopf zugeführt und durch Leitrippen 38 ebenfalls in eine Wirbelbewegung versetzt wird. Der mit dem Druckfluid innig vermischte Grobschlamm tritt durch einen ringförmigen Schlitz 39 zwischen dem Deckel 14 und der Haube 25 als ein die zerstäubte Emulsion aus der Emulsionskammer 24 vollständig umgebender Kranz auf. Die Verbrennung des zerstäubten feinkörnigen und grobkörnigen Schlammes zusammen mit dem Brennstoff wird durch die in großen Mengen aus dem Ringraum 16 abströmende Luft unterhalten. Die aus der Emulsion entstehende Flamme erhält eine Führung durch eine leicht kegelförmige Hülle aus dem durch den ringförmigen Schlitz 39 austretenden zerstäubten Grobschlamm.

Die Ausführung nach Fig.3 entspricht in ihrer Grundkonzeption der Brennerausführung nach den Fig. 1 und 2. Die Speiseleitung 3 für den flüssigen Brennstoff ist jedoch durch zwei getrennte Speiseleitungen 3a und 36 ersetzt, die sich vor den radialen Schlitzen 32 in einer Zwischenkammer 3c vereinigen. Die Speiseleitung 3a wird mit dem flüssigen Brennstoff und die Speiseleitung 3b mit einer anderen durch Verbrennung zu vernichtenden Flüssigkeit, z. B. einem flüchtigen oder gefährlichen Medium, wie Benzin, Azeton, od. dgl. beaufschlagt. Beide Flüssigkeiten werden in der Zwischenkammer 3c innig vermischt und außerhalb der Brennerdüse gleichzeitig mit dem emulgierten Stehlamm gezündet, so daß jede Explosionsgefahr ausgeschaltet ist. Derartige Explosionsgefahren können insbesondere dann auftreten, wenn ein derartiges leicht flüchtiges Medium getrennt und unter Beimischung eines Oxydationsmittels der Brennerspitze zugeführt wird. Bei ausreichend großem Energieinhalt dieses zu vermischenden Mediums kann auf den flüssigen Brennstoff verzichtet werden. Die Gefahr von Explosionen und von Verstopfungen der Brennerdüse wird bei den beschriebenen Brennerausführungen insbesondere bei Beauf-

schlagung mit leicht flüchtige Bestandteile enthaltenden Substanzen durch die Vermischung der einzelnen Komponenten erst unmittelbar vor ihrem Austritt aus dem Brenner vermieden.

Je nach der Art der zu verbrennenden Stoffe kann die erforderliche Luftmenge erheblich variieren. Sie wird jedoch vorzugsweise so gewählt, daß 80% der Gesamtluftmenge als reine Verbrennungsluft über den Ringraum 16, 15% zur vorherigen Zerstäubung des grobkörnigen Schlammes durch den Ringkanal 11 und 5% zur Bildung der Emulsion in der Kammer 24

herangezogen werden. Diese Luftanteile dienen dann gleichzeitig als pneumatisches Transportmittel und zur Zerstäubung der aufbereiteten Schlammfraktionen. Der aufgrund seiner fest installierten Einzelteile äußerst robuste Zerstäubungsbrenner ermöglicht eine einfache Regelung des Verbrennungsvorganges durch einfache Einwirkung auf den Druck und den Durchsatz der verschiedenen Fluide. Je nach der Art der abzubauenden Substanzen kann der Druck des Zerstäubungsfluides zwischen 0,4 und 1,0 Bar variieren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I. Zerstäubungsbrenner zum Verbrennen von Schlamm, insbesondere aus der Kohlenwasserstoffraffination, mit mehreren längsverlaufenden Speisekanälen für die getrennte Zufuhr von Schlamm, flüssigem Brennstoff und einem Zerstäubungsfluid, mit einer am vorderen Ende des Brenners in einer Haube angeordneten Düsenöffnung und mit einem außen an die Haube angrenzenden, kranzförmig ausmündenden Ringraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisekanäle (23, 28) für den flüssigen Brennstoff und für das Zerstäubungsfluid sowie weitere Speisekanäle (26) für feinkörnigen Schlamm in eine von der Haube (25) und einem Brennerkopf (1) begrenzte Emulsionskammer (24) münden, in der eine der Düsenöffnung (30) zugeordnete Dü^nnadel (31) fr:st angeordnet ist, und daß zusätzlich Speisekanäle (34) für grobkörnigen Schlamm vorgesehen sind, die zusammen mit Kanälen (37) für ein Zerstäubungsfluid in den äußeren, von der Haube (25) und einem Deckel (14) begrenzten Ringraum (35) münden.
2. 2. Zerstäubungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Emulsionskammer (24) und im Ringraum (35) an der Mündung der Speisekanäle für den Schlamm und für das Zerstäubungsfluid schraubenlinienförmige Rippen (27,38) angeordnet sind.
3. 3. Zerstäubungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14) von einem weiten Rohr (15) umgeben ist, das eine Zuleitung (118) für Brenngas oder Verbrennungsluft aufweist.
4. 4. Zerstäubungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulsionskammer (24) unmittelbar eine Zwischenkammer (3c) zum Mischen des flüssigen Brennstoffes mit einem flüssigen verbrennbaren Stoff vorgeschaltet ist.
5. 5. Zerstäubungsbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringkanal (16) innerhalb des Rohres (15) mit 80% der Verbrennungsluftmenge beaufschlagt ist und daß 15% der Verbrennungsluftmenge als Zerstäubungsfluid für den grobkörnigen Schlamm sowie 5% der Verbrennungsluftmenge als Zerstäubungsfluid für den feinkörnigen Schlamm und den flüssigen Brennstoff vorgesehen sind.