DE2548110A1 - Verfahren und einrichtung zum verbrennen von schwer brennbaren oder schwer entzuendbaren, fliessfaehigen stoffen und von zum teil aus unbrennbaren stoffen bestehenden fliessfaehigen stoffgemischen - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zum Verbrennen von schwer brennbaren oder schwer entzUndbaren, fließfähigen Stoffen und von zum Teil aus unbrennbaren Stoffen bestehenden fließfähigen Stoffgemischen Dle Erfindung bezieht sich auf eln Verfahren und eine Einrichtung zum Verbrennen von schwer brennbaren, oder schwer entzUndbaren, fiießfähigen Stoffen und von zum Tell aus unbrennb-aren Stoffen bestehenden, fließfähigen Stoffgemischen.
• Als solche Stoffe oder Stoffgemlsche kommen hauptsächlich Abfallstoffe tn Betracht, welche Im Sinne des Umweltschutzes verbrannt und auf diese Weise unschädlich gemacht werden sollen. Solche schwer brennbare Stoffe oder Stoffgemasche sind beispielsweise die bet der Mlneralöiverarbeltung anfallenden ÖIschlämme, die unter Umständen auch Sand enthalten; bei verschiedenen Arbeitsverfahren anfallende Schmteröle, z.B. Bohröl, das sind stark verschmutzte und mit verschledenen mineraltschen unbrennbaren Stoffen und auch Wasser vermischte Öle; Abfallschmierfette; nur wenig Öl enthaltende ÖIwasseremulslonen; Klärschlamm, der hauptsächlich aus Wasser und brennbaren organischen Stoffen besteht; unbrauchbar gewordene Stoffe, wle Lösungsmlttel, z,B. Nltroverdunnung für Farben, Farbwaschmittel, nicht mehr verwendbare Farben, phenolhaltiges Wasser und viele andere, z.B. bel chemischen Prozessen sich als Abfall ergebende schwer brennbare Stoffe oder Stoffgemtsche.
• Es bildet bekanntlich ein noch nicht befriedigend gelöstes Problem, solche als Abfall in große Mengen anfallende Stoffe oder Stoffgemlsche im Sinne des Umweltschutzes durch Verbrennen unschädlich zu machen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Elnrichtung zu schaffen, mit welcher die vollständige Verbrennung solcher Stoffe bzw. Stoffgemlsche auch dann möglich ist, wenn die brennbaren Antelle so gering sind, daß eine Verbrennung mit bekannten Brennerdüsenausgeschlossen ist. Es Ist mit Hilfe dleses Verfahrens bzw.
• dieser Einrichtung auch möglich, solche nur als Abfall anzusehende Stoffgemische, wenn sie einen gewlssen Mlndestanteil an brennbaren Stoffen nicht unterschrelten, durch Erzeugung von Wärme einer nutzbringenden Verwertung zuzuführen.
• Das Verfahren bzw. die Einrichtung nach der ErfIndung ermöglichen es auch, Kohlen- oder Koksstaub, z.B. auch Schwefel-Koksstaub, wle er In Raffinerien anfällt, der schwer entzundbar ist, zu verbrennen, Indem dieser mit öl oder Wasser zu einer fließfähigen pastenförmigen Masse vermischt wird, wobei ebenfalls die entstehende Wärme nutzbrlngend verwertbar ist.
• Das Verfahren gemäß er Erfindung besteht darln, daß die fließfähigen Stoffe bzw. Stoffgemische zumindest während eines Teiles der Betriebszeit mit einem leicht entzündlichen Brennstoff gemeinsam aus einer DUse in einen Raum zum Ausströmen gebracht und entzündet werden, in welchem sich ein durch einen Hartmann'schen Schwlngungsgenerator erzeugtes Schall- oder Ultraschal lfeld beftndet.
• Ein Hartmann'scher Schwingungsgenerator besteht bekanntlich aus einer Düse, aus welcher mit entsprechend hoher Geschwindigkeit Druckluft oder eln Druckgas in eine als Resonator oder Oszillator dienenden Höhlung mit bestimmten Abmessungen einströmt, wodurch die umgebende Luft in Schall-oder Ultraschallschwingungen versetzt wird. Das im Bereiche dleses Schwingungsfeldes aus der Düse austretende, zu verbrennende Material wird in mikroskopisch felne Teilchen zerstäubt und gleichzeitig mit der umgebenden Luft und auch mit der zum Betriebe dieses Schwingungsgenerator dienenden Luft, dle als Verbrennungsluft dient, oder dem zum Betrlebe verwendeten Druckgas innigst vermischt.
• Dadurch, daß der schwer brennbare Stoff bzw. das zu verbrennende Stoffgemisch gemeinsam mit einem leicht entzUndlochen Stoff in das Schwingungsfeld elnströmt, ist durch den leicht entzündlichen Stoff die Zündung und die Verbrennung des an sich schwer verbrennbaren Stoffes oder Stoffgemisches auf alle Fälle gewährlelstet.
• Die Beimengung des leicht entzündlichen Stoffes kann schon vor dem Ausströmen aus der Düse erfolgen. Es kann aber auch der leicht entzündliche Brennstoff unabhängig von dem zu verbrennenden Stoffgemisch In das Schwingungsfeld elngeführt und so mit Ihm erst im Schwingungsfeld vermischt werden, wo das Gemisch auch entzündet wird.
• Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Einrichtung zur Durchführung des geschilderten Verfahrens.
• Diese besteht aus einer Düse zur Zerstäubung des zu verbrennenden Stoffes oder Stoffgemisches, die einen Hartmann'-schen Schwingungsgenerator enthält, einer Zündeinrichtung, einer Hauptbrennkammer und einer zwischen der Zerstäuberdüse und der Hauptbrennkammer liegenden Vorbrennkammer, welche mit feuerfesten und wärmespelchernden Wandungen versehen ist.
• Diese Vorbrennkammer soll zweckmäßig einen quer zur Durchströmrichtung gemessenen Querschnitt besitzen, welcher nur einen Bruchteil, z.B. eln Viertel der entsprechenden Querschnittsfläche der anstoßenden Hauptbrennkammer ausmacht.
• Durch die wärmespeichernde Wirkung der Wandung einer solchen Vorbrennkammer wird der unmittelbar an die Zerstäubungsdüse anschileßende Raum dauernd durch Strahlung auf einer hohen Temperatur von z.B. 10000 bis 13000 C gehalten. Dadurch werden die durch das Schwingungsfeld felnst zerstäubten brennbaren Teilchen sofort erhitzt, was die Entflammung und Verbrennung sehr erleichtert. Insbesondere ermöglicht die Vorbrennkammer das Verbrennen von Stoffen oder Stoffgemischen, welche neben brennbaren Anteilen auch relativ viel Wasser enthalten, wie dies bei Abfallölen, z.B. Bohröl, ferner bei Klärschlamm, säurehaltigem Wasser und ähnlichen Abfallstoffgemischen, in weitem Maße der Fall Ist. Durch die in der Vorbrennkammer herrschende Temperatur wird das fein zerstäubte Wasser sofort verdampft und so die Voraussetzung dafür geschaffen, daß das z.B. in einer Wasserölemulslon enthaltene Öl od. dgl. verbrannt werden kann.
• Bel besonders schwer entzündlichen Stoffen oder Stoffgemischen wird die Initialzündung in der Vorbrennkammer dadurch erzielt, daß man zuerst nur den Zusatzbrennstoff, z.B. Lelchtöl, der Zerstäuberdüse zuführt und dlesen Zusatzbrennstoff mit Hilfe des Schwingungsgenerators zerstäubt und dann in der Vorbrennkammer mittels einer Zündvorrichtung entflammt. Erst wenn durch dleses brennende Öl die Auskleldung der Zündkammer genügend hoch erhitzt ist, führt man auch das zu verbrennende Stoffgemisch in die Zerstäuberdüse eln. Sobald sich eln stabiler Brennzustand ergeben hat, stellt man die Zufuhr des Zusatzbrennstoffes wieder ab, sodaß nur das zu verbrennende Stoffgemlsch In die Zerstäuberdüse einströmt.
• Da die Temperatur in der Vorbrennkammer dauernd sehr hoch Ist, entsteht, auch wenn nur eln geringer Prozentsatz Öl in einer zugeführten Ölwasseremulsion vorhanden Ist, eine kontinuierliche Flamme, wobel die Flammgase rasch in die Hauptbrennkammer weiter strömen, wo sie völlig ausbrennen, wonach die Rauchgase und der Wasserdampf durch den Schornstein abgeführt werden. Die Verbrennungswärme kann durch Anordnung von Heizschlangen tm Hauptbrennraum zur Warmwassererzeugung oder andere Zwecke ausgenützt werden.
• Nach der gleichen Methode können auch Kohlenstauböl- bzw.
• Kohlenstaub-Wasser-Gemische in der Einrichtung verbrannt werden.
• Nachstehend ist anhand der Zelchnung ein AusführungsbeT-spiel einer Verbrennungseinrichtung nach der Erfindung näher erläutert: Es zeigen: Fig. 1 eine Anlage Im lotrechten Längsmittelschnitt und die Fig. 2 eine Zerstäuberdüse im axialen Längsmittelschnitt in größerem Maßstabe.
• Dle Verbrennungseinrichtung besteht aus drei Hauptteilen, nämlich einen Brennerteil 1, einer Vorbrennkammer 2 und el-ner Hauptbrennkammer 3.
• In einem Gehäuse ist in einem zentralen Rohr 5 eine Brennerlanze 6 eingebaut, welche an der Rückseite des Gehäuses 4 herausragt. An diesem herausragenden Ende sind folgende Anschlüsse vorgesehen: eln zentraler Anschluß 7 für den regelbaren Zufluß der zu verbrennenden Materialien, ein regelbarer Anschluß 8 flir einen flüssigen (oder gasförmigen) Zusatzbrennstoff und eine Zuleitung 9 für Druckluft oder ein Druckgas oder Druckdampf zum Betrieb eines Hartmann'schen Schwingungsgenerators. Aus der Fig. 2 sieht man die entsprechenden konzentrischen Leitungskanäle 7', 8', 9' der Brennerlanze 6. Der Kanal 7' und der Kanal 8' münden in den Mischraum 10, wo sich durch den Hartmann'schen Schwingungsgenerator ein Schall- oder Ultraschallschwingungsfeld ausbildet, welches die weitgehende Zerstäubung und Mischung der zugeführten Materialien bewirkt. Der Hartmann'sche Schwingungsgenerator besteht aus einer radial nach Innen gerichteten Rlngdüse 12, die an den Zufuhrkanal 9' anschließt und einer dieser Ringdüse gegenüber legenden Rlngnut 13, welche als Resonator bzw.
• Oszillator dient und die zusammen mit der Düse 12 den Hartmann'schen Schwingungsgenerator bildet.
• In das die Brennerlanze 6 umgebende Rohr 5 mündet von unten eln Kanal 15 ein, der von einem nicht dargestel 1-ten Ventilator geförderte Verbrennungsluft dem Mlschraum 10 zuführt. Die zum Betriebe des Hartmann'schen Schwlngungsgeneratorsverwendete, Im Kanal 9' zufl ießende Druckluft wird ebenfalls als Verbrennungsluft verwendet.
• Zum Zünden des im Mischraum 10 entstehenden Gemisches dient eine Zündvorrichtung 17 beliebiger bekannter Bauart.
• An den Misch- und Zündraum 10 schließt sich eine Vorbrennkammer 19 an, deren Durchmesser etwas größer ist, als der Durchmesser des Rohres 5. Diese Vorbrennkammer 19 ist mit feuerfestem Material, z.B. Magnesltsteinen 20, ausgekleidet und diese Auskleldun 9 20 Ist noch von einem Mantel 21 aus feuerfestem, wärmespeichernden Material, z.B. feuerfestem Beton umgeben. Das Ganze ist von einem Stahlblechmantel 22 umhüllt, der von einer Tragkonstruktion 23 getragen wird. Dle beschriebene Wandung bewirkt eine Speicherung der In der Vorbrennkammer entstehenden Wärme, sodaß die Vorbrennkammer 19 Immer eine hohe Innentemperatur besitzt.
• Hinsichtlich -der Wirkungsweise der Zerstäuberdüse und der Vorbrennkammer wird auf die Ausführungen in der Beschrelbungselnleltung verwiesen.
• An die Vorbrennkammer schließt sich der Hauptbrennraum 24 an, welcher einen wesentlich größeren Durchmesser besitzt, sodaß der Querschnitt mindestens das Vierfache des Querschnittes der Vorbrennkammer ausmacht. Der Hauptbrennraum kann Teil einer Kesselanlage zur Erzeugung von Nutzwärme sein oder auch nur der vollständlgen Verbrennung im Sinne des Umweltschutzes dienen.

Claims (8)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e

   11. Verfahren zum Verbrennen von schwer brennbaren oder schwer entzündbaren, fließfähigen Stoffen und von zum Tell aus unbrennbaren Stoffen bestehenden flleßfählgen Stoffgemischen, dadurch gekennzelchnet, daß die flleßfähigen Stoffe bzw. Stoffgemische zumindest während eines Teiles der Betriebszeit mit einem leichtentzündlichen Brennstoff z.B. Lelchtöl gemeinsam aus einer Düse In einen Raum zum Ausströmen gebracht und entzündet werden, In welchem sich eln durch einen Hartmann'schen Schwingungsgenerator erzeugtes Schall- oder Ultraschal lschwlngungsfeld befindet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stoff bzw. Stoffgemlsch der lelcht entzündliche Brennstoff, z.B. Lelchtöl, In regelbarer Menge zugemischt und das so erhaltene Gemisch aus einer Düse In den Raum, In dem sich das Schall- oder Ultraschall-Schwingungsfeld befindet zum Ausströmen gebracht und entzündet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzelchnet, daß der leIcht entzündliche Brennstoff unabhängig von dem zu verbrennenden Stoff bzw. Stoffgemisch In das Schwingungsfeld elngefUhrt und erst durch dieses mit dem Stoffgemisch vermengt und das so erhaltene Gemisch entzündet wird.
4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Düse (6) zur Zerstäubung des zu verbrennenden Stoffes oder Stoffgemisches, die einen Hartmann'schen Schwlngungsgenerator enthält, einer Zündeinrichtung (17), einer Hauptbrennkammer (24) und einer zwischen der Zerstäuberdüse und der Hauptbrennkammer vorgesehenen Vorbrennkammer (19) besteht, die mit feuerfestem und wärmespeichernden Wandungen (20, 21) versehen ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbrennkammer (19) eine quer zur Zuströmrichtung gemessene Querschnittsfläche besitzt, die nur einen Bruchteil, z.B. ein Vlertel der Querschnittsfläche der Hauptbrennkammer (24) ausmacht.
6. 6. Einrichtung nacl Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbrennkammer eine Innere an sich bekannte feuerfeste Auskleldung (20), z.B. aus MagnesTtsteinen aufweist, welche nach außen durch eine Schicht (21) aus feuerfestem wärmespeichernden Material, z.B. Beton, verkleldet Ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 4 zur Durc-hführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Düse (6) mit drel Düsenöffnungen od-er Gruppen solcher Öffnungen aufweist, von denen eine (7') zum Ausströmen des zu verbrennenden Stoffes oder Stoffgemisches, eine (8'), vorzugsweise benachbarte, zum Ausströmen des leicht entzündlichen Brennstoffes, die dritte (9') zum Betrleb eInes Hartmann'schen Generators (12, 13) mittels elnes Druckgases (Luft- oder Brenngas) dient, welches Druckgas In eine als Resonator wirkende Höhlung (13) elnströmt und so eine Schallschweingung oder Ultraschallschwingung im Bereiche der ausströmenden fließfähigen Stoffe oder Stoffgemisches und des leicht entzündlichen Brennstoffes erzeugt.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei zuetnander konzentrlsche Ausströmöffnungen aufweist, wobel die zentrale Öffnung (7') für den zu verbrennenden Stoff oder das Stoffgemisch, die mittlere ringförmige Öffnung (8') für den leicht entzündbaren flüssigen oder gasförmigen Brennstoff und die äußere ringförmige Öffnung (9') für das Druckgas zum Betriebe des Schwingungsgenerators (12, 13) bestimmt ist.