DE2357011C3 - Brenner mit Zentrifugalzerstäubung flüssiger Industrieabfälle - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Brenner mit Zentrifugalzerstäubung flüssiger Industrieabfall gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Brenner ist aus der US-Patentschrift 24 74 020 bekannt.

Mit dem bekannten Brenner können zufriedenstellende Resultate erwartet werden beim Verbrennen von höherwertigen Brennstoffen. Er ist demgemäß auch bestimmt zur Verbrennung von dickem Rückstandsöl oder anderen flüssigen Brennstoffen mit hohem Heizwert. Wenn es darum geht, Industrieabfälle stark schwankender Zusammensetzung und mit niedrigem und dabei ebenfalls stark schwankendem Heizwert zu verbrennen, kann es zum Erlöschen der Flamme und generell zu Schwierigkeiten des Betriebs kommen. Eine Verbrennung von heizwertarmen Industrieabfällen mit einem unter der Grenze der möglichen selbständigen Verbrennung liegenden Heizwert ist gar nicht möglich.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Brenner mit Zentrifugalzerstäubung, der zur Verbrennung von heizschwachen flüssigen Industrieabfällen, z. B. Erdölschlamm oder sonstigen Abfällen oder künstlich flüssig gemachten heizwertarmen Industrieabfällen dient. Bei diesen Anwendungsfällen tragen die Abfälle oft auch noch feste Beimengungen wie Tonteilchen, Zunder, Sand, Petrolkoksteilchen usw. mit sich. Erschwerte Verbrennungsbedingungen sind auch dann gegeben, wenn selbst nicht brennbare Abfälle wie Ablaugen, Lösungen, Abfälle mit toxischen Farbstoffen usw. thermisch unschädlich gemacht werden sollen und hierzu durch Verbrennung oxydiert werden sollen.

Gewöhnlich wird in diesem Fall die Verbrennung zusammen mit vollwertigem flüssigem Brennstoff durchgeführt, was wirtschaftlich unbefriedigend ist. Außerdem bleibt die Regelung der Verbrennung problematisch, wenn nicht der vollwertige Brennstoff in großem Überschuß zugesetzt wird.

Soweit es um die Verbrennung von suspendierten festen Brennstoffen geht, ζ B. einer Wasser-Kohle-Suspension, so sind die Probleme um so größer, je gröber das Brenngemisch dispergiert ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brenner mit Zentrifugalzerstäubung der eingangs genannten Art zu schaffen, der auch unter den vorstehend geschilderten schwierigen Betriebsbedingungen betriebsfähig ist, d. h. eine zuverlässige Zündung sowie Aufrechterhaltung der Flamme sowie eine hohe Verbrennungsgüle auch dann ermöglicht, wenn die Abfälle einen niedrigen und stark veränderlichen Heizwert infolge veränderlichen Gehaltes an Wasser und mechanischen Beimengungen aufweisen und auch wenn sie von hoher Viskosität sind.

Die gestellte Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Die sich hierbei ergebenden neuen Wirkungen sind in der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels näher erläutert.

An sich ist aus der deutschen Patentschrift 6 79 083 ein Brenner mit einem an einer rotierenden Hohlwelle befestigten, zum Verbrennungsraum hin öffnenden Becher bekannt, wobei in der Hohlwelle ein als Zündbrenner dienendes Gaszuführungsrohr verläuft und in der Nähe des Bodens des Bechers mündet. Hier handelt es sich jedoch nicht um einen Zerstäuberbecher, sondern um einen Vergaserbecher, in dem hochwertiger Brennstoff — Heizöl — vergast wird, bevor es zu einer Abschleuderung der Brennstoff teilchen von der Becherkante kommen kann. Auch wird hier das Brennöl nicht auf die Innenfläche des Bechers geleitet, sondern tritt in Axialrichtung in den Innenraum des Bechers ein. Eine solche Ausbildung ist für die vorliegende vorausgesetzten Betriebsbedingungen ungeeignet.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispieli, anhand der Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 den Längsschnitt durch einen Rotationszerstäubungsbrenner;

Fig. 2 den Schnitt 11-11 aus F ig. 1.

Der Zentrifugalzerstäubungsbrenner hat eine Hohlwelle 1, die im Gehäuse 2 auf Lagern 3 und 4 montiert ist. Die Welle 1 wird über eine Riemenscheibe 5 und einen Keilriementrieb 6 vom Elektromotor 7 angetrieben. Im Inneren der Hohlwelle 1 verläuft ein Rohr 8, das die zu verbrennenden Abfälle auf die Innenfläche eines schalenartigen Zerstäuberbechers 9 leitet, der auf dem der Feuerung zugewandten Ende der Welle 1 aufgesetzt ist.

Um das Gehäuse 2 und um den Zerstäuberbecher 9 befindet sich ein sich kegelförmig verjüngender Ringkanal 10, der die Luft für die Verbrennung der Kante des Zerstäuberbechers 9 zuführt.

Innerhalb der Hohlwelle 1 verläuft neben dem Rohr 8 für die Zuführung des zu verbrennenden Abfalls eine Leitung 11 für Zündbrennstoff, an deren Ende ein Zerstäubungsmundstück 15 sitzt. An ihrem außenlicgcnden Ende sitzt ein pneumatischer Stellantrieb 13, der auf eine lange Düsennadel 14 wirkt, die innerhalb der Leitung 11 bis zum Zerstäubungsmundstück 15 durchgeht. Der Zündbrennstoff wird über einen Stutzen 12

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zugeführt.

Die Zündbrennstoffleitung 11 ind das Rohr 8 zur Zuführung des brennbaren Abfalls sind von einem Mantel 16 umschlossen, der innerhalb der Hohlwelle 1 liegt und fest an einer Konsole 17 befestigt ist Für die Zuführung von Luft zum Zerstäubungsmundstück 15 ist ein Stui/xn 18 vorgesehen, der an den Mantel 16 angeschlossen ist, wobei der Mantel 16 die Luft zum Mundstück 15 leitet.

Zwischen der rotierenden Hohlwelle 1 und dem unbeweglichen Mantel 16 bleibt ein Spalt, der auf der der Feuerung gegenüberliegenden Seite mit einer Labyrinthdichtung 19 geschlossen ist, zu deren unbeweglicher Hälfte ein Stutzen 20 zur Zuführung von Kühl- und Verdrängungsluft in diesen Spalt führt. In der Wand der Hohlwelle 1 sind mehrere Öffnungen 21 für den Austritt der Kühl- und Verdrängungsluft ausgeführt, die in das Innere des Gehäuses 2 überströmt und die Lager 3 und 4 umspült.

Im Betrieb des Brenners wird der zu verbrennende flüssige heizwertarme Industrieabfall, wie der Pfeil »A« zeigt, dem Rohr 8 zugeführt, aus dem er auf die Innenfläche des Zerstäuberbechers 9 gelangt. Alle Durchgänge für den /u verbrennenden Abfall sind auf ein störungsfreies Durchlassen fester Einschlüsse (bis 6 mm Größe) ausgelegt, um das Sieben des zu verbrennenden Abfalls zu vereinfachen und in einigen Fällen überhaupt entbehrlich zu machen.

Der Elektromotor 7 treibt über den Keilriementrieb 6 und die Riemenscheibe 5 die Hohlwelle 1 und damit den Zerstäuberbeeher 9 mit hoher Drehzahl an. Der zu verbrennende Abfall, der auf seine Innenfläche gelangt, zerfließt darauf unter der Wirkung der Fliehkräfte als ein dünner, mehr oder weniger gleichmäßiger Film und rutscht zur Kante des Zerstäuberbechers 9 ab. Dort wird er abgeschleudert und dehnt sich als dünne Schicht oder Film stark aus, wird dünner und zerreißt beim Zusammenstoß mit der Verbrennungsluft aus der Ringluftleilung 10 in kleine Tropfen.

Die Verbrennungsluft wird dem Ringkanal 10 von einem Gebläse über einen Lufterhitzer (nicht eingezeichnet) in Richtung des Pfeils ß zugeführt und ist auf die Kante der» Zerstäuberbechers 9 gerichtet.

Wesentlich bei der Verbrennung von flüssigen Industrieabfällen mit einem niedrigen und stark veränderlichen Heizwert bis hinunter zur theoretischen unteren Grenze der möglichen selbständigen Verbrennung und erst recht von Gemischen, die selbständig überhaupbt nicht brennen können, ist das Zerstäubungsmundstück 15, welches eine in Abhängigkeit vom Zustand der zu verbrennenden Abfälle geregelte Zündflamme längs der Achse des Zerstäubungskegels der zu verbrennenden lndustrieabfällc unterhalt. Die Wirkung ergibt sich aus folgendem.

In F i g. 1 sind gestrichelt die Flugbahnen der Tropfen, die sich bei der Zerstäubung des zu verbrennenden Abfalls ergeben, eingezeichnet. Die Flugbahnen aller Tropfen beginnen unter der Wirkung der Fliehkräfte in radialer Richtung und werden dann unter Einwirkung der auftreffenden Verbrennungsluft abgelenkt. |e (>o kleiner die Tropfen sind, desto stärker ändern sich ihre Flugbahnen, d. h. es kommt zu einer Windscheidung der Tropfen nach ihrer Größe. Die Flugbahn der kleinsten Tropfen ist mit (."bezeichnet,

die Flugbahn der mittleren Tropfen mit D und die Flugbahn der größeren Tropfen mit E.

Es ist zu sehen, daß die kleinsten Tropfen von ihrer ursprünglichen radialen Richtung besonders stark abgelenkt werden und der Längsachse des Zerstäubungskegels besonders nahe fliegen. Da diese kleinsten Tropfen sich auch am leichtesten entzünden, wird die Zündung und Aufrechterhaltung der Verbrennung schon mit einer verhältnismäßig kleinen Zündflamme, die mit den Pfeilen F angedeutet ist, und einem entsprechend geringen Verbrauch an Zündbrennstoff gelingen.

Es kommt hinzu, daß das Zerstäubungsmundstück 15 die Zündflamme ganz am Anfang des Zerstäubungskegels bildet, d. h. dort, wo bei einem heizwertarmen und verwässerten Abfall die zusätzliche Wärme zur Vortrocknung und Zündung besonders notwendig ist.

Durch die Nutzbarmachung der Erscheinung der Windscheidung der Tropfen werden die kleinsten Tröpfchen innen ganz am Anfang des Zerstäubungskegels gezündet und die brennenden kleinen Tropfen wandern zur Hauptmasse des zerstäubten Abfalls hin, was bedeutet, daß die Zündwirkung einer ganz kleinen Zündflamme am Mundstück 15 verbessert und durch diesen Effekt mehrmals verstärkt wird.

Wie die Betriebserfahrungen gezeigt haben, gelingt es mit einer mehrfach kleineren Menge zusätzlichen Zündbrennstoffes heizwertarme und heizwertärmste Industrieabfälle zu zünden und eine kürzere Flamme zu erhalten, weil jetzt für die effektive Verbrennung die ganze Länge des Zerstäubungskegels benutzt wird. Bei der Verbrennung von 3 bis 3,5 t/h Abfall mit einem Heizwert an der Grenze der möglichen selbständigen Verbrennung wird die Flamme nicht langer als 2.6 bis 3,0 m sein, so daß es auch in einer kleineren Feuerung gelingt, eine hohe Verbrennungsgüte zu erreichen.

Die Größe der Zündflamme wird von einem den Feuerungsraum überwachenden Thermoelement gesteuert. Falls die Temperatur zu stark sinkt, z. B. unter 1200°C, bewegt der Stellantrieb 13 die Düsennadel 14 rückwärts und vergrößert die Zündflamme. Auf diese Weise wird eine die Verbrennungsgüte gewährleistende Temperatur aufrechterhalten. Diese Regelung wirkt bei guter Wirtschaftlichkeit zur Verbrennung von allen vorkommenden Industrieabfällen.

Auch die Wartung und eventuelle Reparaturen sind einfach durchzuführen. Es genügt, die Schrauben der Konsole 17 zu lösen, um den Mantel 16 mit seinen Einbauten herauszunehmen.

Im Betrieb des Brenners muß die Wärme von den Lagern 3 und 4 der Hohlwelle 1 abgeführt, sowie ein auch nur zufälliges und kurzzeitiges Eindringen erhitzter Heizgase in die Spalte und Hohlräume des Rotationszerstäubers verhindert und alle leeren Räume gelüftet werden, um die Möglichkeit der Ansammlung von explosionsgefährlichen Dämpfen auszuschließen. Dazu ist der Ringspalt zwischen der Innenfläche der Hohlwelle 1 und der Oberfläche des unbeweglichen Mantels 16 auf der der Feuerung gegenüberliegenden Seite mit der Labyrinthdichtung 19 geschlossen und mit einer Kühlluftquelle, z. B. mit dem Gebläse, das auch die Luft für die Verbrennung fördert, verbunden Diese Kühl- und Verdrängungsluft wird bei 20 eingeleitet und tritt aus dem erwähnten Ringspalt über die Öffnungen 21 teilweise aus, um die Lager 3 und 4 zu umspulen.

Hierzv: 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

23 57 Ol 1 Patentansprüche:

1. Brenner mit Zentrifugalzerstäubung flüssiger Industrieabfälle mit einem niedrigen und veränderlichen Heizwert, bestehend aus einer in einem Gehäuse auf Lagern montierten Hohlwelle, einem Zerstäuberbecher am feuerraumseitigen Ende dieser Hohlwelle, einem in der Hohlwelle angeordneten Rohr zur Zuführung der Industrieabfälle zur Innenfläche des Zerstäuberbechers und einem diesen umgebenden Ringkanal zur Verbrennungsluftzufuhr, gekennzeichnet durch eine Leitung (11) für Zündbrennstoff, die zusammen, mit dem Rohr (8) für die Industrieabfälle von einem innerhalb der Hohlwelle (1) fest montierten Mantel (16) umgeben ist, durch den die Luft für den Zündbrennstoff zugeführt wird, und von deren Mundstück (15) eine längs der Achse des Zerstäubungskegels der Industrieabfälle verlaufende regelbare Zündflamme ausgeht.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (16) innerhalb der Hohlwelle (1) mit einem Ringspalt montiert ist, der auf der dem Zerstäuberbecher (9) gegenüberliegenden Seite mit einer Labyrinthdichtung (19) geschlossen und mit einer Kühlluftquelle verbunden ist.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (1) mindestens eine öffnung (21) für den Durchgang der Kühlluft aus dem Ringspalt in das Gehäuse (2) für eine Umspülung der Lager (3,4) hat.