DE2410847B2 - Verwendung eines Ultraschallzerstäubers für die Zerstäubung von Schwefel - Google Patents
Verwendung eines Ultraschallzerstäubers für die Zerstäubung von SchwefelInfo
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Description
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 SO2-Gehalt von 14 bis
Vol.-%, in besonderen Fällen von maximal 16 bis 17Vol.-°/o, im praktischen Dauerbetrieb erreicht, obwohl bei Verbrennung von Schwefel mit Luft die
theoretische SO2-Konzentration 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 Verdüsungseffekt vermindert wird und somit die Voraussetzungen
für eine vollständige Verbrennung des Schwefels nicht mehr gegeben sind In derartigen Fallen traten in den
der Schwefelverbrennung nachgeschalteten Anlageteilen Schwefelsublimatbildungen 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
SCVGase für die Weiterverarbeitung benötigt, so ist ein
erheblicher Aufwand erforderlich, da man auf Grund der Viskosität des flüssigen Schwefels, die bei etwa
150° C ihr Minimum hat, die getrocknete Luft auf etwa
2000C vorerhitzen und auf etwa 1 bis 3 atü komprimieren muß. Zur Zerstäubung werden hierbei etwa 0,5 bis
0,8 Nm3 Luft je 1 kg Schwefel je nach Vordruck und Tröpfchengröße benötigt Auch mit diesen Zerstäubungsdüsen wurden keine wesentlich höheren SO2-Gehalte in den Verbrennungsgasen erreicht, da die
Zerstäubung nicht wesentlich besser ist als bei
Aus der US-PS 24 81 620 ist die Zerstäubung eines flüssigen Brennstoffs mit Hilfe des Magnetcstriktionseffektes bekannt. Durch elektromagnetische Schwingungen mitteis zwei Spulen wird das an einem Ende
eingespannte Rohr, durch das der flüssige Brennstoff der Düse zufließt, zu mechanischen Ultraschallschwingungen in der Rohrlängsachse erregt. Diese Schwingungen sind am Rohrende am stärksten und haben zur
Folge, daß der Brennstoffstrahl in feine Tröpfchen
zerrissen wird. Die Ultraschallenergie wird demnach
unmittelbar von dem schwingenden Rohr auf das durchfließende öl übertragen. Die in einem Schwefelverbrennungsofen herrschenden hohen Temperaturen
in Verbindung mit den Ultraschallschwingungen wür
den langsam zu einer Zerstörung der Spulenwicklungen
führen, durch welche die Düse und das Rohr zu Schwingungen erregt wird.
Die DE-PS 11 78 407 beschreibt die Verwendung
eines von der Heizölzerstäubung bekannten Brenners
zur Verbrennung von flüssigem Schwefel. Mit Hilfe
dieses Brenners wird der flüssige Schwefel von einem mit hoher Drehzahl rotierenden Becher in Form feiner
Tröpfchen abgeschleudert und dann in einem Luftstrom verbrannt. Es handelt sich hierbei um einen mechani
sehen Zerstäuber, dessen mechanisch bewegtes Teil den
hohen Ofentemperaturen ausgesetzt ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Schwefel, der auch stark z. B. durch Feststoffe verunreinigt sein
kann, bei Zulässigkeit größtmöglicher Belastungs-
vollständige Verbrennung des Schwefels gewährleistet
die Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, bestehend aus einem beheizten Zuführungskanal für das zu
zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung des Zuführungskanals angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer, einer
Leitung für die Zuführung des Betriebsmittels und einem Umlenkkörper für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes aus der Leitung in die Resonanzkammer,
für die Zerstäubung von flüssigem Schwefel in
Schwefelverbrennungsöfen.
Derartige mit einem Ultraschallgenerator arbeitende Zerstäuber sind bei Ultraschallölbrennern an sich
bekannt und wurden für die Zerstäubung von Abfallschwefelsäure von der Anmelderin vorg=schlagea Es
wurde nun gefunden, daß ein Ultraschallzerstäuber bei der Schwefelzerstäubung die genannten Aufgaben
erfüllt, die von den bisher verwendeten Schwefelzerstäuberdüsen in ihrer Gesamtheit nicht vereint werden
konnten. Durch Versuche wurde bestätigt, daß trotz der
bekanntertraßen grundverschiedenen technischen Voraussetzungen
bei der Verbrennung von Heizöl einerseits und Schwefel andererseits bei Verwendung einer
modifizierten Ultraschallbrennerdüse in Schwefelverbrennungsgasen extrem hohe SC>2-Gehalte von über
19Vol.-% bei vollständiger Verbrennung erreicht werden können.
Zur Zerstäubung von 1 kg Schwefel werden 0,07 bis 0,40, vorzugsweise 0,1 bis 03 Nm3 trockene Luft mit
einem Druck von etwa 0,5 bis 1,0 atü benötigt. Der
Regelbereich erstreckt sich von 10 bis 100% der Vollast,
wobei die Zerstäubungsqualität und damit auch die Verbrennungsdaten 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 Schallzerstäuberdüse, die mit einer Schallfrequenz von mindestens 3000 Hz arbeitet, wird
der flüssige Schwefel so fein zerstäubt und mit dem Treibgas und Sekundärluft so intensiv vermischt, daß
auch bei 19 Vol.-% SO2 im Verbrennungsgas und darüber eine vollständige Verbrennung gewährleistet
ist
Die Frequenz des Ultraschaiifeldes liegt zweckmäßigerweise zwischen 3 und 100OkHz, insbesondere
zwischen 20 und 100 kHz. Durch die Zerstäubung entstehen Schwefeltröpfchen im Bereich zwischen 10-3
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 Einwirkung sehr fein zerteilt wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht in der Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, bestehend
aus einem beheizten Zuführungskanal fin das zu zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung
des Zuführungskanals angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer, einer
Leitung für die Zuführung des Betriebsmittels und einem Umlenkkörper für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes
aus der Leitung in die Resonanzkammer, wobei die Austrittsöffnung des Zuführungskanals
zentral im Ultraschallgenerator, insbesondere axial im Umlenkkörper angeordnet ist, für die Zerstäubung von
flüssigem Schwefel in Schwefelverbrennungsöfen.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist die Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, bestehend
aus einem beheizten Zuführungskanal für das zu zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung
des Zuführungskanals angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer, einer
, Leitung für die Zuführung des Betriebsmitteis und einem Umlenkkörper für die Umlenkung des Betriebsmjttelstromes
aus der Leitung in die Resonanzkammer, wobei ein Außenrohr und ein in dem Außenrohr axial
verstellbares Innenrohr vorgesehen sind und sich der Zuführungskanal im Innenrohr oder im Ringrauni
zwischen Außen- und Innenrohr befindet, für die
ίο Zerstäubung von flüssigem Schwefel in Schwefelverbrennungsöfen.
Die Wandung des Zuführungskanals für den flüssigen Schwefel kann als mit Dampf beheizbarer Doppelmantel
ausgebildet sein. Durch die Dampfbeheizting wird
gewährleistet, daß der Schwefel mit einer Temperatur von etwa 140 bis 1600C, insbesondere mit etwa 1500C,
die Zerstäuberdüse verläßt Eine andere Beheizung, insbesondere eine elektrische Beheizung des Schwefelzuführungskanals
ist ebenfalls möglich.
Der Ultraschallzerstäuber kann in der Stirnwand des Schwefelverbrennungsofens angeordnet sein, die Sekundärluftstutzen
können am Ofenmantel angeordnet sein, und in einem Abstand des 1- bis 7-fachen, insbesondere des 1,5- bis 3-fachen Ofen Ofendurchmesser
von der Stirnwand entfernt kann eine Feuerraumverengung eingezogen sein. 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 Verbrennungsofen ergibt.
Anhand der nachstehenden Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäß verwendete Ultraschall-Zerstäuberdüse,
F i g. 1 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäß verwendete Ultraschall-Zerstäuberdüse,
F i g. 2 einen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäß verwendeten Ultraschall-Zerstäuberdüse
und
F i g. 3 einen Axialschnitt durch den Schwefelverbrennungsofen in schematischer Darstellungsweise.
F i g. 3 einen Axialschnitt durch den Schwefelverbrennungsofen in schematischer Darstellungsweise.
Nach F i g. 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 3a versehenen
Halteringes 3 gegenüber dem Außenrohr 4 geführt Die Zuführung des Betriebsmittels über die U'traschallerzeugung
erfolgt durch den Ringkanal 6 zu der Umlenkfläche 2b 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 la des Umlenkkörpers 2 in das von der Resonanzkammer 5a
erzeugte Ultraschallfeld ein.
Nach Fig.2 besteht die Zerstäuberdüse aus einem
dampfbeheizten Außenrchr 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 4 verschoben werden. Der Resonanzkammerkopf 5
enthält die Resonanzkammer 5a, die mit der Umlenkflächc 2b des Umkehrkörpers 2 zusammenwirkt. Der
Umkehrkörper 2 hat einen zentralen Schaft, der durch Gewinde 2/in die Halterung 2ceingeschraubt ist, die mit
Bohrungen 2c/ versehen ist. Der Umkehrkörper 2 ist durch das Gewinde 2/° 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 Umkehrfläche 2b in die Resonanzkammer 5a. Der zu zerstäubende flüssige Schwefel wird durch den
Ringkanal 7, die Bohrungen 3a und die als Ringspalt ausgebildete Austrittsöffnung 2a in das von der
Resonanzkammer 5a erzeugte Ultraschallfeld geleitet.
F i g. 3 zeigt einen horizontalen Schwefelverbrennungsofen 11, an dessen Stirnwand 11a zentral eine
Ultraschall-Zerstäuberlanze 12 angebaut ist. Die Zer Stäuberlanze ist mit Zuführungsstutzen 12a bzw. t2b füi
Luft und Schwefel sowie mit Zu- und Abführungsstutzer für Heizdampf 12c bzw. 12t/ versehen. In den
s Ofenmantel lic/sind nahe der Stirnwand 11 a tangentia
Ie Sekundärluftstutzen 13 angeordnet. Im Ofenraum is
ein Einschnürungsring lic in einem Abstand von dei
Stirnwand 11a eingesetzt, der dem 2,5-fachen Ofen raumdurchmesser entspricht.
ίο Die Sekundärluft erzeugt eine tangentiale, gegen der
Einschnürungsring lic gerichtete Strömung, die eine rückzirkulierende Gasströmung mit hoher Turbulens
hervorruft. Der von dem Ultraschallzerstäuber 12 gebildete Schwefelnebel wird mit den rückzirkulieren
den Gasen verdampft und verbrannt. In dem Ofenraurr Hc/ hinter dem Einschnürungsring lic erfolgt die
Nachverbrennung eventuell noch vorhandener Schwefeldämpfe, die sich beim Durchtritt durch der
Einschnürungsring Hc mit Verbrennungsluft intensiv
vermischt haben.
Claims (3)
1. 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 (51), einer Leitung (6) für die Zuführung
des Betriebsmittels und einem Umlenkkörper (2) für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes aus der
Leitung (6) in die Resonanzkammer (5*), für die Zerstäubung von flüssigem Schwefel in Schwefelverbrennungsöfen.
2. Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, bestehend aus einem beheizten Zuführungskanal (7) für
das zu zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung des Zuführungskanals (7) angeordneten
Ultraschaligenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer (5*), einer Leitung (6) für die Zuführung
des Betriebsmittels und einem Umlenkkörper (2) für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes aus der
Leitung (6) in die Resonanzkammer (5*), wobei die Austrittsöffnung (2«) des Zuführungskanals (7)
zentral im Ultraschallgenerator, insbesondere axial im Umlenkkörper (2) angeordnet ist, für die
Zerstäubung von flüssigem Schwefel in Schwefelverbrennungsöfen.
3. 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 (S'X einer Leitung (6) für die Zuführung
des Betriebsmittels und einem Umlenkkörper (2) für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes aus der
Leitung (6) in die Resonanzkammer (5·), wobei ein Außenrohr (4) und ein in dem Außenrohr axial
verstellbares Innenrohr (1) vorgesehen sind und sich der Zuführungskanal (7) im Innenrohr (1) oder im
Ringraum zwischen Außen- und Innenrohr befindet, für die Zerstäubung von flüssigem SchwefeJ in
Schwefelverbrennungsöfen.
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