DE2425850B2 - Zyklonreaktor zur Verfeuerung industrieller Abwässer - Google Patents

Description

Aus der SU-PS 2 19 735 ist bereits ein Zyklonreaktor der im Oberbegriff des Patentanspruchs I beschriebenen Art bekannt. Oben ist die Kammer mit einem Deckel versehen; im Bereich der Brenner ist eine Ausmauerung mit feuerfesten Steinen und im Bereich der radial ausgerichteten Abwasserzerstäuberdüsen eine Stampfauskleidung vorgesehen. Unterhalb der Ebene der Abwasserzerstäuberdüsen, in deren Bereich die eigentliche Arbeitskammer liegt, ist die Kammer von einem mit einem runden Loch versehenen Boden abgeschlossen, durch das die Verbrennungsprodukte und die Schmelze abgeleitet werden.

Der von den Brennern in die Brennkammer eingeleitete erste Luftanlcil dient nicht nur /um Verbrennen des Brennstoffes, sondern auch der im Abwasser enthaltenen Bestandteile. Der Brennstoff verbrennt im Bereich der Brenner, so daß die erhitzten Verbrennungprodukte samt dem Luftsauerstoffüberschuß in die Arbeitskammer strömen, in die das Abwasser durch die Zerstäuberdüsen gesprüht wird. Dabei verdunsten die Abwassertropfen und zersetzen sich, die organischen Begleitstoffe oxidieren zu unschädlichen Gasen, und die leichtschmelzenden mineralischen Begleitstoffe, die nun nicht mehr an das Wasser gebunden sind, werden im Gaswirbcl gegen die Arbeitskammerwandung geschleudert, schmelzen, fließen als flüssige dünne Schicht nach unten, gelangen durch das Bodenloch in den Gasabzug und werden dann durch einen Auslauf aus dem Reaktor herausgeführt.

Das Bodenloch wirkt als Wirbler, wodurch die verschiedenen Stoffe im Dampf-Gas-Luft-Gemisch im Zyklonreaktor innig vermischt und die organischen Begleitstoffe nnchverbrannt werden. Die gasförmigen Rückstände der verbrannten Stoffe werden in die Abgasreinigung bzw. Wärmerückgewinnung geleitet und dann in die Atmosphäre ausgestoßen.

Bei Gasheizung werden Brenner mit Gas-Luft-Vormischer bzw. wegen der für solche Brenner kennzeichnenden extrem kurzen Brennzone mit unvollständiger Mischung, bei ölheizung wegen der hinreichend feinen Zerstäubung gemeinsame Anschlüsse für Brennstoff und Luft verwendet. Als Abwasserzerstäuberdüsen werden aus wirtschaftlichen Gründen Fiiehkraftzerstäubcr verwendet.

Die bekannten Zyklonreaktoren bieten verschiedene Vurteile: so sind sie kompakt gebaut und ermöglichen bei langen Betriebszeiten eine wirksame Abscheidung der im Abwasser enthaltenen organischen und mineralischen Bestandteile. Da jedoch die gesamte für die Verbrennung von Brennstoff und brennbaren Anteilen des Abwassers benötigte Luft den im Oberteil der Kammer angeordneten Brennern zugeführt wird, muß bei höheren Konzentrationen der brennbaren Bestandteile und bei höherer Verbrennungswärme derselben die Luftüberschußzahl über 2 liegen. Hierbei versagen Gasbrenner mit Gas-Luft-Vormischer, weil die Flamme abreißt.

Außerdem sind bei dem bekannten Zyklonreaktor, wenn höhere Konzentrationen an brennbaren Bestandteilen im Abwasser vc-arbeitet werden sollen, die Verhältnisse für die Gemischbildung und die Verbrennung der brennbaren Bestandteile wegen der fehlenden Vormischung von zerstäubtem Abwasser und Luft, die für die Verbrennung der brennbaren Beimengungen erforderlich ist, schlecht. Eine sichere Verbrennung von industriellen Abwässern mit einer Verbrennungswärme von mehr als 3350 kj/l ist nicht möglich. Außerdem setzen bei dem bekannten Zyklonreaktor die leichtschmelzenden mineralischen Begleitstoffe an der Innenwand der Arbeitskammer an. so daß die Abscheidung der mineralischen Bestandteile bezogen auf das Zyklonreaktorvolumen verhältnismäßig schlecht ist.

Aus der DE-OS 21 22 711 ist es bekannt, flüssigen Abfall mittels Luft, Dampf oder Stickstoff als Trägergas im Gegenstrom in eine Flamme zu sprühen. Wie jedoch bereits in der Würdigung des Standes der Technik in der SU-PS 2 19 735 ausgeführt, brennt die Flamme bei direkter Einsprühung unbeständig; außerdem ist hierbei die Brennzone verhältnismäßig groß.

Aus »Wasser und Abwasser«, Heft 2, 1968, Seiten 40 bis 48, insbesondere Abbildung 2 auf Seite 47, ist schließlich ein Brenner zum Verbrennen giftiger Abgase bekannt, bei dem das Abwasser zusammen mit Luft, Zerstäubungsmedium (Dampf) und Heizöl der Brennerdüse zugeführt wird. Die Brennerdüse (Seite 42, Abbildung 1) ist von einem Rohrstück umschlossen, an dessen Auslaßende dem aus der Brennerdüse ausströmenden Gemisch Luft zugeführt wird. Derartige Brenner lassen sich als Brenner für den aus der SU-PS 2 19 735 bekannten Zyklonreaktor verwenden.

Der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I beschriebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Zyklonreaktor so auszubilden, daß industrielle Abwasser auch mit hoher Konzentration an organischen und mineralischen Bestandteilen vollständig verfeuert und die mineralischen Bestandteile bei möglichst geringem Brennstoffaufwand mit hohem Wirkungsgrad, also mit hohem Anteil an Geschmolzenem, abgeschieden werden.

Hei dem erfindungsgeniäßen Zyklonreakior ist nicht nur ein besseres Suuerstoffungebot für die eingestäubien Abwasserieilchen er/ielbar. weil diese unmiiielbar in einen Luftstrom eingebracht werden, sondern auch eine Intensivierung der Zerstäubung, weil die die Luft zuführenden Rohre zugleich einen gewissen Injektoreffekt ausüben.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zyklonreaktors sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 5.

Untersuchungen zeigten, daß in dem erfindungsgemäßen Zyklonreaktor Abwässer mit verschiedenartigen organischen Bestandteilen verbrannt werden können, beispielsweise Alkoholen, Säuren, Ketonen, Aldehyden, Phenolen, Amiden, organischen Schwefel-, Chlor-, Phosphor- und Natriumverbindungen und ihren Begleitsalzen. Dabei können industrielle Abwässer mit verschiedensten Konzentrationen zwischen kleinsten bis zu einer Verbrennungswärme von 7100 kj/l entsprechenden Werten bei stabiler Verbrennung, mageren Luft-Brennstoff-Gemischen und wirksamer Abschei dung der mineralischen Begleitstoffe, bezogen auf das Arbeitsvolumen des Zyklonreaktors, verbrannt werden. Eine Behinderung des Brennvorganges durch die Bestandteile des Wassers ist ausgeschlossen.

Versuchsweise wurden eine Lösung von 25% Aceton in Wasser mit 7100 kj/l Verbrennungswärme in einer Versuchsanlage mit 0,25 mVh Durchsatz und das Abwasser einer Kaprolaktamfabrik mit organischen, elementorganischen sowie mineralischen Bestandteilen und einer Verbrennungswärme von 7100 kj/l in einer anderen Versuchsanlage mit 4 mVh Durchsatz verbrannt, wobei die hohe Zuverlässigkeit des Zyklonreaktors bestätigt wurde.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Querschnitt eines Zyklonreaktors;

Fig. 2 den Schnitt H-Il in Fig. 1;

F i g. 3,4,5 und 6 Querschnitte des Zyklonreaktors in Höhe der Abwasserzerstäuberdüsen bei jeweils anderer Anordnung der Abwasserzerstäuberdüsen und der den zweiten Luftanteil zuführenden Rohre.

Der Zyklonreaktor besteht aus piner stehenden zylindrischen Kammer 1 (Fig. 1). Im Oberteil der Kammer 1 sind Brenner 2 (Fig. 1, 2) von bekannter Bauweise tangential angeordnet. Durch die Brenner wird der Brennstoff und der erste Luftanteil zur Verbrennung des Brennstoffs in die Kammer 1 eingeführt. Der Boden 3 (Fig. 1) der Kammer I weist ein Loch 4 auf, durch das die Kammer 1 mit einem Gaszug 5 kommuniziert. Unten ist im Gaszug 5 ein Auslaufe fürdieSalzixhmelze vorgesehen.

Unterhalb der Brenner 2 sind in einer Ebene quer durch die Kammer 1 Zerstäuberdüsen 7 für das Abwasser angeordnet, die koaxial in Rohren (im folgenden als Luftdüsen bezeichnet) 8 zur Zufuhr eines bei der Verfeuerung der Abwasser zu verbrauchenden zweiten Luftanteils angeordnet sind. Dabei kann die gegenseitige Anordnung der Abwasserzerstäuberdüsen 7 und der Luftdüsen 8 je nach den Begleitstoffen der zu verfeuernden Abwasser verschieden sein.

F i g. 3 zeigt die Anordnung der Abwasserzerstäuberdüsen 7 und Luftdüsen 8 bei der Verfeuerung von Abwässern nur mit 01 gesehen Begleitstoffen in Konzentrationen, deren untere Grenze einer Verbrennungswärme von 2500 bis 2900 k|/l und mehr entspricht.

Die Abwasserzersläuberdüsen 7 sind im inneren Ult Luftdüsen 8 angeordnet und entgegen dem Strum des zweiten Luftanteils gerichtet, was eine feine Zerstäubung des Abwassers und innige Durchsetzung von

=> Tropfen und Dämpfen mit Luft zur Folge hat.

F i g. 4 zeigt die Anordnung der Abwasserzersläuberdüsen 7 in den Luftdüsen 8 bei der Verfeuerung von Abwässern mit organischen Begleitstoffen in Konzentrationen, deren untere Grenze einer Verbrennungs-

ι··ι wärme von 2500 bis 2900 kj/l und mehr entsprich:, sowie mit leichischmelzenden mineralischen Begleitstoffen. Die Richtung der Abwasserzerstäuberdüsen 7 in den Luftdüsen 8 stimmt mit dem Richtungssinn des Stromes des zweiten Luftanteils überein, was eine innige Vermischung der Abwassertropfen mit der Luft und die größtmögliche Abscheidung von Mineralstoffen innerhalb des Zyklonreaktors bewirkt.

F i g. 5 zeigt die Abwasserzerstäuberdüsen 7 in den Luftdüsen 8, wie sie an der Austrittsebene der letzteren

>ü und zu ihrer Achse parallel in Richtung des Stromes des zweiten Luftanteils angeordnet sind. Dieso Anordnung benutzt man bei der Verfeuerung von Abwässern mit organischen Begleitstoffen in Konzentrationen, die einer geringeren Verbrennungswärme als 2500 bis

7', 2900 kj/l entsprechen, und mit leichtschmelzenden mineralischen Begleitstoffen in höheren Konzentrationen. Bei dieser Ausführungsform braucht den Luftdüsen 8 keine Luft zugeführt zu werden. Die angegebene Anord. ung der Abwasserzerstäuberdüsen 7 begünstigt die Abscheidung der mineralischen Begleitstoffe besonders gut.

F i g. 6 zeigt die Anordnung der Abwasserzerstäuberdüsen 7 an der Austrittsebene der Luftdüsen 8. wobei die Abwasserzerstäuberdüsen 7 radial gerichtet sind. Diese

Ji Ausführungsform verwendet man bei der Verfeuerung von Abwässern mit ausschließlich organischen Begleitstoffen in Konzentrationen, die einer geringeren Verbrennungswärme als 2500 bis 2900 kj/l entsprechen. Der Strom des zweiten Luftanteils kann hier abgestellt

■in sein. Bei der angegebenen Anordnung wird das Abwasser durch den Gasstrom fein versprüht, die organischen Begleitstoffe verbrennen restlos.

Bei der Auswahl der Zahl der Brenner 2 (F i g. 1) und der Luftdüsen 8 bzw. der Abwasserzerstäuberdüsen 7

ti richtet man sich nach den erforderlichen Leistungswerten für den Zyklonreaktor.

Die Kammer 1 des Zyklonreaktors ist innen entsprechend ausgekleidet.

Dabei verwendet man eine Ziegelausfütterung, wenn es sich um die Verfeinerung von Abwässern mit einem geringen Gehalt an leichtschmelzenden mineralischen Begleitstoffen nebst organischen handelt bzw. wenn diess fthien oder in geringen Mengen während der Verfeuerung entstehen. Zur Verringerung der Atismauerungsdicke gebraucht man Luftmäntel aus Stahl.

Zur Verfeuerung von Abwässern mit einem Salzgehalt bzw. leichtschmelzenden mineralischen Beimengungen, die während der Verfeuerung entstanden sind, verwendet man Zyklonreaktoren mit Stampfausklei-

wi düngen. Für solche Auskleidungen sieht man eine Wasser-Durchfluß- oder -Verdampfungskühiung vor.

Zur Absicherung des Brennerbetriebs werden die Düsen der Brenner 2 ebenfalls mit Wasserkühlung ausgeführt.

h> Der Zyklonreaktor arbeitet wie folgt:

Den Brennern 2 werden der Brennstoff und der zu dessen Verbrennung erforderliche erste Luftanteil zugeführt. Die Verbrennung des Brennstoffes wird bis

/ti dein Querschnitt, in dem die Luftdüscn 8 und die Abwasserzerstäuberdüsen 7 liegen, vollendet. In die erhitzten Verbrennungsprodukte hinein wird das durch die Zerstäuberdüsen 7 kommende und vom Strom des zweiten Luftanteils mitgerissene Abwasser versprüht, wobei der zweite Luftanteil durch die Lufldüsen 8 geblasen wird. Bei der Vermischung des zweiten Luftanteils mit den Verbrennungsprodukten des Brennstoffes verdunsten die Abwassertropfen und oxidieren die brennbaren Begleitstoffe durch den Sauerstoff des zweiten Luftanteils. Die durch das Loch 4 strömenden Verbrennungsprodukte werden weiter innig vermischt, was zur Nachverbrennung der brennbaren Begleitstoffe beiträgt.

Die geschmolzenen Salzteilchen werden an den Wänden der Kammer 1 abgeschieden und gelangen zusammen mit den Verbrennungsprodukten durch das Loch 4 in den Gaszug 5, aus dem die Schmelze dann durch den Auslauf 6 abgelassen wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche

1. Zyklonreakior zur Verteuerung industrieller Abwässer, die organische oder organische und mineralische Bestandteile enthalten, mit einer stehenden zylindrischen Kammer mit in ihrem Oberteil tangential angeordneten Brennern zur Zufuhr von Brennstoff und einem ersten Luftanteil zur Kummer und darunter in einer Querebene angeordneten Abwasserzerstäuberdüsen, d a durch gekennzeichnet, daß die Abwasserzerstäuberdüsen (7) im Inneren von einen zweiten Luftanteil zuführenden Rohren (Luftdüsen 8) und im wesentlichen koaxial /u diesen angeordnet sind.

2. Zyklonreaktor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserzerstäuberdüsen (7) entgegen dem Strom des zweiten Luftanteils gerichtet sind.

3. Zyklonreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Abwasserzerstäuberdüsen (7) mit dem Strom des zweiten Luftanteils gerichtet sind.

4. Zyklonreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserzerstäuberdüsen (7) an der Austrittsebene der den zweiten Luftanteil zuführenden Rohre (8) parallel zur Rohrachse angeordnet sind

5. Zyklonreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserzerstäuberdüsen (7) an der Austrittsebene der den zweiten Luftanteil zuführenden Roiire (8) angeordnet und radial zur Kammer(l) gerichtet sind