DE2425850C3 - Zyklonreaktor zur Verfeuerung industrieller Abwässer - Google Patents

Description

Aus der SU-PS 2 19 7 35 ist bereits ein /vklonreaklor tier im Oberbegriff des Patentanspruchs I beschriebe nen Art bekannt Oben ist die Kammer mit einem Deckel versehen; im Bereich der Brenner ist eine J<> Ausmauerung mn feuerfesten Steinen und im Bereich der radial ausgerichteten Abwasser/erstäubcrdiiscn eine Siamplauskleidung vorgesehen. Unterhalb der Ebene der 'Abwasser/erstäuberdüsen. in deren Bereich die eigentliche Arbeitskammer liegt, ist die Kammer 4i von einem mit einem runden Loch versehenen Boden abgeschlossen, durch das die Verbrennungsprodukte ynd die Schmelze abgeleitet werden.

Der von den Brennern in die Brennkammer eingeleitete erste luftanteil dient nicht nur zum ■" Verbrennen des Brennstoffes, sondern auch der im Abwasser enthaltenen Bestandteile. Der Brennstott verbrennt im Bereich der Brenner, so daß die erhitzten Verbrennungprodukte samt dem l.ufisauerstoffüber jchuß in die Arbeitskammer strömen, in die das ;, Abwasser durch die Zerstäuberdüsen gesprüht wird Dabei verdunsten die Abwasseriropien und /ersetzen »ich. die organischen Begleitstoffe oxidieren zu unschädlichen (rasen, und die leichlschmcl/enden mineralischen Begleitstoffe. die nun nicht mehr an das Wasser wi gebunden sind, werden im Gaswirbel gegen die Arbeilskammerwandung geschleudert, schmelzen, [husßCn als flüssige dünne Schicht nach Unten, gelangen äürcfrciäs Bödeniöch in den Gasabzug und werden dann durch einen Auslauf aus dem Reaktor herausgeführU

Das Bödehlöcih wirkt als Wirbler, wodurch die verschiedenen Stoffe im Dampf'Gas-Luft-Gemisch im Zykfonrcakior innig vermischt und die organischen Bcgleitstaffc nuchverbrannl 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-Vurmischer 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 Abwasser/erstäuuerdüscn werden aus wirtschaftlichen Gründen Kliehkraft/crstäuber verwendet.

Die bekannten Zyklonreaktoren bieten verschiedene Vorteile; 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 Bestand teile und bei höherer Verbrennungswärme derselben die Luftüberschußzahl über 2 liegen. Hierbei versagen Ciasbrenner mit (ias I uft-Vormischer, weil die Klamme abreißt.

Außerdem sind bei dem bekannten /yklomeaktor. wenn höhere Konzentrationen an brennbaren Bestand teilen im Abwasv r verarbeitet werden sollen, die Verhaltnisse für die Gemischbildung und die Verbren nung ilcr brennbaren Bestandteile wegen der fehlenden Vormischung von zerstäubtem Abwasser und Luft, die fur die Verbrennung der brennbaren Beimengungen erforderlich ist. schlecht. Line sichere Verbrennung von industriellen Abwassern mit einer Verbrennungswärme von mehr als 3350 k|l ist nicht möglich. Außerdem set/cn bei dem bekannten /yklunreaktor die leicht schmelzenden mineralischen Begleitsloffe an der Innenwand der Arbeitskammer an. so daß die Abscheidung der mineralischen Bestandteile bezogen auf das /vklonrciktorvoiiimcn verhältnismäßig schlecht ist

Aus der Dl OS _': 22 711 im e. bekam«, flussigen Abfall mittels Luft. Dampl oder Stickstoff als Trägcrgas im Gegenstrom in eine f lamme zu sprühen. Wie jedoch bereits in der Würdigung des Standes der Technik in der Sl'PS 2 14 7 Γ> Misgefiihrt. !'rennt clic (lamme bei direkter I inspnihting unbeständig. auiVrilcm ist hierbei die Brcnn/one verhältnismäßig groß

Aus »Wasser und Abwasser«. Heft 2. I¹IhK. Seiten 40 bis 4H. insbesondere Abbildung 2 auf Seite 47. ist schließlich ein Brenner zum Verbrennen giftiger Abgase bekannt, bei dem das Abwasser zusammen mit Luft, /ersiaiibimgsmedium (Dampf) und Heizöl der Brenner üuse zugeführt wird. Die Brennerdüse (Seile 42. Abbildung 1) ist von einem Rohrstuck umschlossen, an dessen Auslaßende dem aus der Brennerdüse ausstro tuenden Gemisch Luft /ugi fuhrt wird Derartige Brenner lassen suh als Brenner fur ilen aus der SlI PS 2 14 7 Γι bekannten /yklomeaktor verwenden.

Der im kennzeichnenden Tcn des Patentanspruchs 1 beschriebenen I rfindung hegt daher die Aufgabe zugrunde, den galiungsgemäßen Zyklonreaklor su auszubilden, daß industrielle Abwasser auch mit hoher konzentration an organischen Und mineralischen Bestandleilen vollständig verfeuert und die mineralischen Bestandteile bei möglichst geringem Brennstoffaufwand mit hohem Wirkungsgrad, also mit hohem Anteil an Geschmolzenemi abgeschieden werden.

Ik·! dem L-rfindirngsgeniäUen Zyklonreaklor ist nicht nur ein besseres Sauersioffangebot für die eingestäubten Abwasserleilchen er/iülbiir. weil diese unniiltelbiir in einen l.ufistrom eingebracht werden, sondern mich 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, dall in dem erfmdungsgemäßen Zyklonre^klor Abwasser mit verschiedenartigen organischen Bestandteilen verbrannt werden können, beispielsweise Alkoholen, -Säuren, Ketonen, Aldehyden. Phenolen, Amiden, org-inischen Schwefel-, Chlor-, Phosphor- und Natriumverbindungen und ihren Begleiisalzen. Dabei können industrielle Abwasser mit verschiedensten Konzentrationen zwischen kleinsten bis zu einer Verbrennungswärme von 7100 k|/l entsprechenden Werten bei stabiler Verbrennung, mageren Lufl-Brennsioff-Gemischen und wirksamer Abscheidung der mineralischen Beglciistoffe. bezogen auf das Arbeitsvolumen des Zyklonrc.iktors. verbrannt werden. Eine Behinderung des Brennvorganges durch die Bestandteile des Wassers ist ausgeschlossen. ü

Versuchsweise wurden eine Losung von 25"/» Aceton in Wasser mit 7100 k|/l Verbrennungswärme in einer Versuchsanlage mit 0.25 m Vh Durchsalz und das Abwasser einer Kaprolaktamfabrik mn organischen, clementorganischen sowie mineralischen Bestandteilen «1 und einer Verbrennungswärme von 7100 k|/l in einer anderen Versuchsanlage mn 4 m'h Durchsalz verbrannt, wobei die hohe Zuverlässigkeit des Zvklonrcaktors bestätigt wurde

Die I rfiiidung wird im folgenden anhand der in der r> Zeichnung dargestellten Ausfiihiungsbcispiele naher erläutert. Is zeigt

I 1 j;. I den schcnialischen Querschnitt eines Zyklon reaklors;

I 1 g. 2 den Schmu Il Il in 1 ig 1: w

I 1 g. i. 4. 5 und b Querschnitte des Zvklonreaklors in I lohe der Abwasserzerstaiiberdiisen bei leweils anderer Anordnung Jer Abwasscr/erslauberdusen und der den zweiten I.uftanteil zuführenden Rohre.

Der Zvklonrcaklor besieht aus einer siehenden 4Ί zylindrischen Kammer I (IΊ11 I). Im Oberteil der Kammer I sind Brenner 2 (F ig I. 2) von bekannter Bauweise tangential angeordnet. Durch die Brenner wird tier Brennstoff und der er .te I.uftanteil zur Verbrennung des Brennstoffs in die Kammer I v> eingeführt. Der Boden } (I ig. 1) der Kammer I weist ein Loch 4 auf. durch das die Kammer 1 mit einem Ciasziig 5 kommunizieri. linien ist im Ciaszug 5 ein Auslauf 6 fur die Salzschmelze vorgesehen

Unterhalb der Brenner 2 sind in einer l.bene quer v> durch die Kammer I Zerstäuberdüsen 7 fur das Abwasser angeordnet, die koaxial in Rohren (im folgenden als l.ufulusen bezeichnet) 8 zur Zufuhr eines bei der Verteuerung der Abwasser zu verbrauchenden /weilen l.uftanteils angeordnet sind. Dabei kann die ωι gegenseitige Anordnung der Abwasserzerstäuberdüsen 7 und der l.uftdüsen 8 je nach den Begleitstoffen der zu verfeuernden Abwässer verschieden sein.

F i g. 3 zeigt die Anordnung der Abwasserzerstäuberdüsen 7 und Lufldüsen. 8 bei der Verfeüerürig von M Abwässern nur mit organischen Begleilstoffen in Könzeniratiöneni deren untere Grenze einer Verbrennungswarme von 2500 bis 2900 kJZI und mehr entspricht.

Die AbivasserzerstäuL.rdüsen 7 sind im Inneren di;r Luftdüsen 8 angeordnet und entgegen dem Strom des /weiten Luftanieils gerichtet, was eine feine Zerstäubung des Abwassers und innige Durchsetzung von Tropfen und Dämpfen mit Luft zur Folge hat.

F ι g. 4 zeigt die Anordnung der Abwasserzerstäuberdüsen 7 in den Lufidüsen 8 bei der Verfeuerung von Abwässern mit organischen Begleitstoffen in Konzentrationen, deren untere Grenze einer Verbrennungswärme von 2500 bis 2900 k|/I und mehr entspricht, sowie mit leichtschmelzenden mineralischen Begieit stoffen. Die Richtung der Abwasserzerstäuberdüsen 7 in den Luftdüsen 8 stimmt mit dem Richtungssinn des Stromes des zweiten Luftanteils überein, was eine innige Vermischung der Abwasseriropfen mit der Luft und die größtmögliche Abscheidung von Mineralstoffen innerhalb des Zyklonreaktors bewirkt.

F i g. 5 zeigt die Abwasserzerstäuberdüsen 7 in den Lufidusen 8, wie sie an der Auslrittsebene der leizteren und zu ihrer Achse parallel in Richtung des Stromes des zweiten Luftanteils angeordnet sind. Diese Anordnung benutzt man bei der Verfeuerung von Abwässern mit organischen Begleitsloffen in Ko~ -entrationen. die einer geringeren Verbrennungswärme als 25O(; bis 2400 k. J/1 entsprechen, und mit leichtschmelzenden mineralischen Begleilstoffen in höheren Konzentralionen. Bei dieser Ausfuhrungsform braucht den Luf.Jüsen 8 keine Luft zugeführt zu werden. Die angegebene Anordnung der Abwasserzerstäuberdüsen 7 begünstigt die Abscheidung der mineralischen Begleitstoffe besonders gut.

I 1 fz. b zeigt die Anordnung der Abwasserzerstauberdüsen 7 an der Austrittsebene der Luftdüsen 8. wobei die Abwasserzerstäuberdüsen 7 radial gerichtet sind Diese Ausfuhrungsform verwendet man bei der Verteuerung von Abwassern mit ausschließlich ■ rganischen Begleitstoffen in Konzentrationen, du einer geringeren Verbrennungswärme als 2500 bis 2900 k.J/l entsprechen. Der Strom des zweiten Luftanteils kann hier abgestellt 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 de; I iifidiisen 8 bzw. der Abwasserzerstäuberdüsen 7 richtet man sich nach den erforderlichen Leistungswerten fur den Zyklonreaktor.

Die Kammer 1 des Zyklonreaktors ist innen enisprcchend ausgekleidet.

Dabei verwendet man eine Ziegelausfütterung, wenn es sich um die Verfeuerung von Abwässern mit einem geringen Gehalt an leichtschmelzenden mineralischen [5egleitstoffen nebsi organischen handelt bzw. wenn diese fehlen oder in geringen Mengen während der Verfeuerung entstehen. Zur Verringerung der Ausmauerungsdicke gebraucht man Luftmäntel aus Stahl.

Zur Verfeuerung von Abwässern mit einem Salzgehalt bzw leichtschmelzenden mineralischen Beimengungen, die während der Verfeuerung entstanden sind. verwende! man Zyklonreaktoren mit Stampfauskleidungen. Für solche Auskleidungen sieht man eine Wasser-Durchfluß oder -Verdampfungskühlung vor.

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

Der Zyklonreaktor arbeitet wie folgt;

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

zu dem Querschnitt, in dem die Luftdüscn 8 und die Abwasscfzcrsläuberdüscn 7 liegen, vollendet. In die erhitzten Verbrennungsproduktc hinein wird das durch die Zerstäuberdüsen 7 kommende und vom Strom des zweiten Luftaiitcils mitgerissene Abwasser versprüht. wobei der zweite Luftanteil durch die Ltiftdüsen 8 geblasen wird. Bei der Vermischung des zweiten Luftanleils mit den Verbrennungsprodukt des Brennstoffes verdunsten die Abwasserlropfen und oxidieren die brennbaren Begleitstoffe durch den Sauerstoff des zweiten Luflanteils. Die durch das Loch 4 strömenden Vcrbrenniingsprodukte werden weiter innig vermischt, was zur Nachverbrennung der brennbaren Bcglcitstoffe beitrügt.

Die geschmolzenen Sal/lcilchcn werden an den Wänden der Kammer I abgeschieden und gelungen zusammen mit den Vcibrennungsproclukicn durch das Loch 4 in den Gasztig S, aus dem die Schmelze dann durch den Auslaufe abgelassen wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Zyklonreaktor zur Verfeuerung industrieller · Abwässer, die organische oder organische und mineralische Bestandteile enthalten, mit einer stehenden zylindrischen Kamruer mit in ihrem Oberteil tangential angeordneten Brennern zur Zufuhr von Brennstoff und einem ersten Luftanteil zur Kammer und darunter in einer Querebene angeordneten Abwasserzerstäuberdüsen, da- iu durch gekennzeichnet, daß die Abwasserzerstäuberdüsen (7) im Inneren von einen zweiten Luftanteil zuführenden Rohren (Luftdüsen 8) und im wesentlichen koaxial zu diesen angeordnet sind.

2. Zyklonreaktor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserzersläuberdüsen

(7) entgegen dem Strom des zweiten Luftanteils gerichtet sind.

3. Zyklonreaktor nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserzersläuberdüsen J?n (7) mit der·' Strom des zweiten Luftanteils gerichtet sind.

4. Zyklonriaklor nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasser/erstäuberdüsen

(7) an der \ustrittsebene der den zweiten Luftanteil Ji zuführenden Rohre (8) parallel zur Rohrachse angeordnet sind.

5. Zyklonreaktor nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserzerstäuberdüsen

(7) an der Austnitsebene der den /weiten Luftanteil m> zuführenden Rohre (8) angeordnet und radial zur Kammer (H gerichtet sind.