DE2410847A1

DE2410847A1 - Vorrichtung zur verbrennung von schwefel

Info

Publication number: DE2410847A1
Application number: DE2410847A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Kerner; Friedrich Dipl Ing Mahler; Heinrich Peters
Original assignee: Davy Powergas GmbH
Current assignee: Davy McKee AG
Priority date: 1974-03-07
Filing date: 1974-03-07
Publication date: 1975-09-11
Also published as: FI58318B; FR2263038B1; DE2410847B2; SE7502164L; FI58318C; DE2410847C3; JPS5837246B2; FR2263038A1; GB1496387A; FI750460A; JPS50125991A; SE405719B

Description

Davy Powergas GmbH

Köln 41

Aachener Straße 958

Vorrichtung zur Verbrennung von Schwefel

Zur Herstellung SO₂-haltiger Gase sind verschiedene Verfahren bekannt. Erfolgt die SO₂-Gaserzeugung durch Schwefelverbrennung, so wurden bisher bei Verwendung von Zerstäubungsdüsen für den flüssigen Schwefel Gase mit einem SC^-Gehalt von 14-15 Vol.-%, in besonderen Fällen von maximal 16-17 Vol.-%, im praktischen Dauerbetrieb erreicht, obwohl bei Verbrennung von Schwefel mit Luft die theoretische S0₂-Könzentration im Gas bei 20,8 Vol.-% SO₂ liegt.

Bei Verwendung von Zerstäubungsdüsen, die mittels Flüssigkeitsdruck arbeiten, müssen zur Erreichung einer guten Zerstäubung Düsen mit kleinen Bohrungen verwendet werden, die den Nachteil haben, daß der Regelbereich der Durchsatzleistung sehr gering ist, und leicht zu Verstopfungen neigen. Bei derartigen Düsen muß der Reinheitsgrad des Schwefels über 99,5 % betragen; ferner zeigte der praktische Dauerbetrieb, daß zur Erreichung einer vollständigen Schwefelverbrennung die Mischung zwischen Luft und feinsten Schwefeltröpfchen ausschlaggebend ist. Es konnten im Dauerbetrieb keine extrem hohen Schwefel/Luft-Verhältnisse gefahren werden, da bei geringfügigen Verstopfungen bzw. Lastminderungen der Vexdüsungseffekt; vermindert wird und-somit die.-.Voraussetzungen für eine vollständige Verbrennung des Schwefels

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nicht mehr gegeben sind. In derartigen Fällen traten in den der Schwefelverbrennung nachgeschalteten Anlageteilen Sc hwefelsublimatbildungen auf.

Bei'Verwendung von mit gasförmigen Zerstäubungsmitteln betriebenen Zerstäubungseinrichtungen sind der Einfluß des Reinheitsgrades des Schwefels und die LastSchwankungen nicht von so großer Bedeutung. Als Zerstäubungsmittel kann man Niederdruckdampf oder komprimierte Luft verwenden. Werden trockene SO₃-GaSe für die Weiterverarbeitung benötigt, so ist ein erheblicher Aufwand erforderlich, da man auf Grund der Viscosität des flüssigen Schwefels, die bei etwa 15O°C ihr Minimum hat, die getrocknete Luft auf etwa 200 C vorerhitzen und auf etwa 1 bis 3 atü komprimieren muß. Zur Zerstäubung werden hierbei etwa 0,5 - 0,8 Nm Luft je 1 kg S je nach Vordruck und Tröpfchengröße benötigt. Auch mit diesen Zerstäubungsdüsen wurden keine wesentlich höheren SO^-Gehalte in den Verbrennungsgasen erreicht, da die Zerstäubung nicht wesentlich besser ist als bei Druckzerstäuberdüsen mit kleinen Bohrungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Schwefel, der auch stark z.B. durch Feststoffe verunreinigt sein kann, bei Zulässigkeit größtmöglicher Belastungsschwankungen so fein zu zerstäuben, daß bei hohen Schwefel/Luft-Verhältnissen im Dauerbetrieb eine vollständige Verbrennung des Schwefels gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Schwefelzerstäubung ein Ultraschallzerstäuber verwendet wird, der aus einem beheizten Zuführungskanal für den flüssigen Schwefel, einem nahe der Mündung des Zuführungskanals angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ring-

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förmigen Resonanzkammer, einer Leitung für die Zuführung des Treibgases (Betriebsmittel für Ultraschallerzeugung) und einem Umkehrkörper für die Umlenkung des Treibgases in die Resonanzkammer besteht.

Derartige mit einem Ultraschallgenerator arbeitende Zerstäuber sind bei Ultraschallölbrennern an sich bekannt und wurden für die Zerstäubung von Abfallschwefelsäure von der Anmelderin vorgeschlagen. Es wurde nun gefunden, daß ein Ultraschallzerstäuber bei der Schwefelzerstäubung die genannten Aufgaben erfüllt, die von den bisher verwendeten Schwefelzerstäubungsdüsen in ihrer Gesamtheit nicht vereint werden konnten. Durch Versuche wurde bestätigt, daß trotz der bekanntermaßen grundverschiedenen technischen Voraussetzungen bei der Verbrennung von Heizöl einerseits und Schwefel andererseits bei Verwendung einer modifizierten Ultraschallbrennerdüse in.Schwefelverbrennungsgasen extrem hohe SO2-Gehalte und über 19 Vol.-% bei vollständiger Verbrennung erreicht werden können.

Zur Zerstäubung von 1 kg Schwefel werden 0,07 - 0,40 , vorzugsweise 0,1 - 0,3 Nm trockene kalte Luft mit einem Druck von etwa 0,5 - 1,0 atü benötigt. Der Regelbereich erstreckt sich von 10 bis 100% der Vollast, wobei die Zerstäubungsqualität und damit auch die Verbre'inungsdaten im wesentlichen unverändert bleiben. Der flüssige Schwefel wird dem Zuführungskanal mit geringem Überdruck zugeleitet, so daß er die Austrittsöffnung etwa drucklos verläßt. Die kleinste lichte Weite des Schwefelzuführungskanals beträgt 3 bis 9 mm, so daß selbst stark mit Feststoffen verunreinigter Schwefel verarbeitet werden kann. Bei diesen Betriebsbedingungen der Ultraschallzerstäuberdüse, die mit einer Schall frequenz von mindestens 3000 Hz arbeitet, wird, der flüssige Schwefel so fein zerstäubt und mit dem Treibgas

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und Sekundärluft so intensiv vermischt, daß auch bei 19 Vol.-% SOj im Verbrennungsgas und darüber eine vollständige Verbrennung gewährleistet ist.

Die Frequenz des Ultraschallfeldes liegt zweckmäßigerweise zwischen 3 und 1000 kHz, insbesondere zwischen 20 und 100 kHz. Durch die Zerstäubung entstehen Schwefeltröpfchen im Bereich zwischen 10 und 2 · 10" ^ mm.

Für den Betrieb des Ultraschallgenerators wird nur ein Bruchteil der Luftmenge benötigt, die zur Zerstäubung der gleichen Menge Schwefel in der Luft-Zerstäuberdüse erforderlich ist. Das Betriebsmittel strömt mit sehr hoher Geschwindigkeit längs des Umkehrkörpers in die vorzugsweise ringförmige Resonanzkammer und wird dort zu Ultraschallschwingungen angeregt. Die energiereichen Schallwellen werden gebündelt auf den zu zerstäubenden Schwefelstrahl geleitet, der unter deren Einfluß sehr fein zerteilt wird.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ultraschallgenerator von der Austrittsöffnung des Zuführungskanals für den flüssigen Schwefel umgeben. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Austrittsöffnung des Zuführungskanals für den flüssigen Schwefel zentral im Ultraschallgenerator, insbesondere axial im Umlenkkörper angeordnet.

Nach der bevorzugten Ausfuhrungsform ist vorgesehen, daß die Wandung des Zuführungskanals für den flüssigen Schwefel als mit Dampf beheizbarer Doppelmantel ausgebildet ist. Durch die Dampfbeheizung wird gewährleistet, daß der Schwefel mit einer Temperatur von etwa 14O-16O°C, insbesondere mit etwa 150 C, die Zerstäuberdüse verläßt. Eine andere Beheizung, insbesondere eine elektrische Beheizung des Schwefelzuführungskanals ist ebenfalls möglich.

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Die Zerstäuberdüse wird zweckmäßigerweise durch ein Außenrohr und ein in dem Außenrohr axial verstellbares Innenrohr gebildet, wobei der Schwefelzuführungskanal im Innenrohr oder im Ringraum zwischen Außen- und Innenrohr vorgesehen ist.

Der Schwefelverbrennungsofen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in der Ofenstirnwand ein Ultraschallzerstäuber und am Ofenmantel Sekundärluftstutzen angeordnet sind und in einem Abstand des 1- bis 7-fachen, insbesondere des 1,5- bis 3-fachen Ofendurchmessers von der Stirnwand entfernt eine Feuerraumverengung eingezogen ist. Der Verbrennungsofen hat im allgemeinen zylindrische Form und ist vorzugsweise horizontal angeordnet. Zweckmäßigerweise befindet sich der Ultraschallzerstäuber mittig in der Ofenstirnwand und sind die Sekundärluftstutzen nahe der Ofenstirnwand tangential gerichtet angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Ultraschallzerstäubers und der Feuerraumverengung bildet sich im Ofenraum axial eine Strömung von der Feuerraumverengung zur Ofenstirnwand und am Umfang des Ofenraumes eine von der Stirnwand zur Verengung gerichtete Gasströmung aus. Hierdurch wird die vollständige Verbrennung des Schwefels in einem vergleichsweise kleinen Ofenvolumen erzielt, wodurch sich eine Verringerung der Ofendimension im Vergleich zu üblichen Verbrennungsöfen ergibt.

Anhand der nachstehenden Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäß verwendete Ultraschall-Zerstäuberdüse,

Figur 2 einen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäß verwendeten Ultraschall-Zerstäuberdüse und

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Figur 3 einen Axialschnitt durch den Schwefelverbrennungsofen in schematischer Darstellungsweise.

Nach Figur 1 besteht die Zerstäuberdüse aus einem dampfbeheizten Innenrohr 1 mit dem am vorderen Ende angeordneten Umkehrkörper 2 und einem dampfbeheizten Außenrohr 4, an dessen verstärktem Ende sich der Resonanzkammerkopf 5 befindet. Das Innenrohr 1 wird mittels eines mit Bohrungen 3 a versehenen Halteringes 3 gegenüber dem Außenrohr 4 geführt. Die Zuführung des Betriebsmittels über die Ultraschallerzeugung erfolgt.durch den Ringkanal 6 zu der Umlenkfläche 2 b in die Resonanzkammer 5a. Der zu zerstäubende flüssige Schwefel wird durch die zentrale Bohrung 7 des dampfbeheizten Innenrohres 1 zugeführt und tritt drucklos an der Austrittsöffnung 2a des Umlenkkörpers 2 in das von der Resonanζkammer 5a erzeugte Ultraschallfeld ein.

Nach Figur 2 besteht die Zerstäuberdüse aus einem dampfbeheizten Außenrohr 4, in dem sich das dampfbeheizte Innenrohr 1 mit dem am vorderen Ende angeordneten Resonanzkammerkopf 5 befindet. Das Innenrohr 1 wird mittels eines mit Bohrungen 3a versehenen Halteringes 3 gegenüber dem Außenrohr 4 geführt und kann mittels Verstellschraube im Außenrohr verschoben werden. Der Resonanzkammerkopf 5 enthält die Resonanzkammer 5a, die mit der Umlenkfläche 2b des Umkehrkörpers 2 zusammenwirkt. Der Umkehrkörper 2 hat einen zentralen Schaft, der durch Gewinde 2f in die Halterung 2c eingeschraubt ist, die mit Bohrungen 2d versehen ist. Der Umkehrkörper 2 ist durch das Gewinde 2f in der Halterung 2c und damit gegenüber der Resonanzkammer 5a verstellbar.

Das Betriebsmittel zur Ultraschallerzeugung wird durch die zentrale Bohrung 6 zugeführt und gelangt längs der Umkehr-

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fläche 2b in die Resonanzkammer 5a. Der zu zerstäubende flüssige Schwefel wird durch den Ringkanal 7, die Bohrungen 3a und die als Ringspalt ausgebildete Austrittsöffnüng 2a in das von der Resonanzkammer 5a erzeugte Ultraschallfeld geleitet.

Figur 3 zeigt einen horizontalen Schwefelverbrennungsofen 11, an dessen Stirnwand 11a zentral eine Ultraschall-Zerstäuberlanze 12 angebaut ist. Die Zerstäuberlanze ist mit Zuführungsstutzen 12a bzw. 12b für Luft und Schwefel sowie mit Zu- und Abführungsstutzen für Heizdampf 12c bzw. 12d versehen. In dem Ofenmantel 11d sind nahe der Stirnwand 11a tangentiale Sekundärluftstutzen 13 angeordnet. Im Ofenraum ist ein Einschnürungsring 11c in einem Abstand von der Stirnwand 11a eingesetzt, der dem 2,5 -fachen Ofenraumdurchmesser entspricht.

Die Sekundärluft erzeugt eine tangentiale, gegen den Einschnürungsring 11c gerichtete Strömung, die eine rückzirkulierende Gasströmung mit hoher Turbulenz hervorruft. Der von dem Ultraschallzerstäuber 12 gebildete Schwefelnebel wird mit den rückzirkulierenden Gasen verdampft und verbrannt. In dem Ofenraum 11d hinter dem Einschnürungsring 11c erfolgt die Nachverbrennung eventuell noch vorhandener Schwefeldämpfe, die sich beim Durchtritt durch den Einschnürungsring 11c mit Verbrennungsluft intensiv vermischt haben.

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Claims

Davy Powergas GmbH

Köln 41

Aachener Straße 958

Patentansprüche

Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, bestehend aus einem beheizten Zuführungskanal (7) für das zu zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung des Zuführungskanals (7) angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer (5a), einer Leitung (6) für die Zuführung des Betriebsmittels und einem Umkehrkörper (2) für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes aus der Leitung (6) in die Resonanzkammer (5a)

nach Patent (Patentanmeldung P 22 50 521.1-41),

für die Zerstäubung von flüssigem Schwefel in Schwefelverbrennungsöfen.
2. Ausfuhrungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator (5,2) von der Austrittsöffnung (2a) des Zuführungskanals (7) für den flüssigen Schwefel umgeben ist.
3. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (2a) des Zuführungskanals (7) für den flüssigen Schwefel zeatral im Ultraschallgenerator,

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insbesondere axial im Umlenkkörper (2) angeordnet ist.
4. Ausführungsform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Zuführungskanals (7) für den flüssigen Schwefel als mit Dampf beheizbarer Doppelmantel ausgebildet ist.
5. Ausführungsform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Außenrohr (4) und ein in dem Außenrohr axial verstellbares Innenrohr (1), wobei der Schwefelzuführungskanal (7) im Innenrohr (1) oder im Ringraum zwischen Außen- und Innenrohr vorgesehen ist.
6. Schwefelverbrennungsofen unter Verwendung eines Ultraschallzerstäubers nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnwand (11a) des Ofens (11) ein Ultraschallzerstäuber (12) und am Ofenmantel (11b) Sekundärluftstutzen (13) angeordnet sind und in einem Abstand des 1- bis 7-fachen, insbesondere des 1,5- bis 3-fachen Ofendurchmessers von der Stirnwand (11a) entfernt eine Feuerraumverengung (11c) eingezogen ist.
7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallzerstäuber (12) mittig in der Ofenstirnwand (11a) und die Sekundürluftstutzen (13) nahe der Ofenstirnwand (11a) tangential gerichtet angeordnet sind.

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