DE3325065A1

DE3325065A1 - Verfahren zur verbrennung von petrolkoksstaub

Info

Publication number: DE3325065A1
Application number: DE19833325065
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 5270 Gummersbach Grethe
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1983-07-12
Filing date: 1983-07-12
Publication date: 1985-01-24
Also published as: GB2143939A; IT8421790A0; NL8402208A; BE900133A; IT8421790A1; IT1174577B; US4602575A; DE3325065C2; FR2549201A1; GB2143939B; GB8417544D0; ES534213A0; ES8504373A1; LU85460A1

Description

L. + C. Steinmüller GmbH 5270 Gummersbach, den 8.07.1983 Postfach 10 08 55/10 08 65 Pa 8315

Kl./Al.

Patentanmeldung

"Verfahren zur Verbrennung von Petrolkoksstaub"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Petrolkoksstaub in einer Brennerflamme mit einer intensiven internen Rückzirkulationszone.

In der Petrochemie fallen Rückstände, z. B. Petrolkoks, an, die einen sehr hohen Heizwert besitzen und sich daher für eine Ausnutzung der in diesen Rückständen enthaltenen thermischen Energie anbieten. Neben dem hohen Heizwert von ca. 32 MJ/kg ist Petrolkoks durch einen geringen Aschegehalt von ca. 0,5 bis 5 Gew.-% gekennzeichnet. Trotz des hohen Heizwertes und des geringen Aschegehaltes ist der Petrolkoks aufgrund relativ kleiner Elemente an flüchtigen Bestandteilen zündunwillig. Es sind daher Maßnahmen insbesondere in verbrennungstechnischer Hinsicht zu treffen, die ein sicheres Zünden sicherstellen und anschließend eine stabile Verbrennung gewährleisten.

Für das Verbrennen von Petrolkoksstaub können, wie

Untersuchungen gezeigt haben, Brenner zum Einsatz kommen, mit denen Voraussetzungen für die Zündung des Petrolkoksstaubes und eine anschließende stabile Verbrennung möglich ist. Das entscheidende Kriterium bei den verwendeten Brennern ist das Vorhandensein einer sogenannten internen Rückzirkulationszone der Brennerflamme, über die die Zündenergie geliefert wird.

Der Petrolkoks kann in Staubform ähnlich wie Kohlenstaub verbrannt werden, wobei in Bezug auf die Lieferung der Zündenergie zwei Wege beschritten werden können. Der erste Weg besteht in der Bereitstellung der Zündenergie über die interne Rückzirkulationszone durch einen Fremdenergieträger, z. B. Erdgas. Der zweite Weg besteht in der Lieferung der Zündenergie durch den Petrolkoksstaub selbst, wobei allerdings in der sich ausbildenden Rückzirkulationszone spezielle zündtechnische Voraussetzungen geschaffen werden müssen, um den Petrolkoksstaub zu zünden. Allerdings sind aber auch Maßnahmen vorzusehen, die nach dem Zünden eine stabile und vollständige Verbrennung gewährleisten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Petrolkoksstaub in Brennern herkömmlicher Bauart in einer der Brennerflamme zugeordneten internen Rückzirkulationszone stabil zu verbrennen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Petrolkoksstaub in den Bereich der intensiven internen Rückzirkulationszone zugegeben wird, welche die Zündenergie für den zu verbrennenden Petrolkoksstaub bereitstellt.

Nach einer ersten Verfahrensmethode wird die Zündenergie zum Zünden des Petrolkoksstaubes von einer Gasflamme bereitgestellt, so daß der gesamte Verbrennungsprozeß fortlaufend durch den Fremdenergieträger Gas gestützt wird.

Eine zweite Verfahrensmethode besteht darin, den sogenannten Fremdenergieträger entfallen zu lassen und den Petrolkoksstaub selbst als Zündenergieträger zu verwenden. Hierbei ist allerdings eine Verbrennung in der die Zündenergie liefernden Rückzirkulationszone zu wählen, die das stabile Verbrennen im Primärbereich gewährleistet. Die Erfindung sieht hierzu vor, Die Verbrennung in der Rückzirkulationszone unterstöchiometrisch zu betreiben, d. h. die Sekundärluftmenge und die Sekundärluftgeschwindigkeit werden reduziert. Mit diesen Maßnahmen ist zunächst der Zündvorgang sicher einzuleiten. Sorge zu tragen ist darüber hinaus für die stabile und vollständige Verbrennung der Sekundärzone der Flamme. Die Erfindung sieht in diesem Bereich daher weiter vor, die zur vollständigen und stabilen Verbrennung notwendige Verbrennungsluftmenge zuzuführen, die als sogenannte Stufenluft in der DE-PS 29 08 427 beschrieben und in einem Brenner gemäß der DE-PS 29 08 448 angewendet wird.

Durch Verbrennungsversuche mit verschiedenen Petrolkoksarten wurde herausgefunden, daß in der Primärzone der Koksflammen eine deutlich geringere Menge des Verbrennungssauerstoffs mit dem Verbrennungsgut reagiert als bei Kohlenstaubflammen. Deshalb kann eine geringere Menge der sekundären Verbrennungsluft in die Primärzone zugegeben werden, wodurch eine Erhöhung der Temperaturen auf den zur Zündung des Petrolkoksstaubes erforderlichen Wert

eintritt. Durch die Verringerung der Sekundärluft-Austrittsgeschwindigkeit wird diese Temperaturerhöhung unterstützt. Durch diese Maßnahmen wird eine unterstöchiometrische Verbrennung im Bereich der inneren Rückzirkulationszone mit einer Luftverhältniszahl von etwa 0,6 eingestellt, die eine stabile Zündung des Petrolkoksstaubes gewährleistet.

Je nach Höhe der Temperaturen der um die Flamme an die Flammenwurzel durch äußere Rückzirkulationen zurückströmenden Rauchgase kann im Fall zu niedriger Temperaturen nach der Erfindung durch Verlängerung des Brennerkelches die Einmischung zu kalter Rauchgase, welche die verfügbare Zündenergie herabsetzen, in die Flammenwurzel verhindert werden.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren ist die Erfindung nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Brenners mit einer Flamme mit interner Rückzirkulationszone,

Fig. 2 im Schnitt einen für das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbaren Brenner mit entsprechender Luft- und Brennstoffzufuhr.

Mit dem aus Kernluftrohr 2, Brennstoff- und Tragluftteil 1 und Mantelluftteil 3 bestehenden Brenner (s. Fig. 1) wird eine Teilverbrennungszone (Primärzone) 6 erzeugt, deren Luftzahl ca. bei dem 0,6-fachen der Stöchiometrie liegt.

Der Brenner ist so ausgebildet, daß durch bestimmte Maßnahmen (Drall der Mantelluft, konisch erweiterte Brennermündung, geschlossene Kernluft) im Innern der Flamme eine Zone intensiver Rückströmung 5 aus einem Gebiet bereits fortgeschrittener Verbrennung erzeugt wird. Hierdurch wird das Brennstoff-Luftgemisch rasch aufgeheizt und gezündet.

Die für den Restausbrand eforderliche Luft wird als Restluft (Stufenluft) 4 über einige Düsen am Umfang so eingeblasen, daß sie erst nach Ausbildung der Primärflamme die Sekundärflamme oder auch die Nachverbrennungszone 7 mit Sauerstoff versorgt. Die Stufenluftdüsen sind hierfür in einem Teilkreis angeordnet der dem doppelten Mantelluftrohrdurchmesser entspricht. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Stufenluft 4 erst nach einer Strecke von etwa ein bis zwei Mantelluftrohrdurchmessern die eigentliche Flamme stromab der Brennermündung erreicht.

In der Fig. 2 sind der Brennstoff- und Verbrennungsluftfluß in Verbindung mit einem Brenner gezeigt, bei dem die Zündenergie für den zu verbrennenden Petrolkoksstaub aus einer mit Fremdenergie betriebenen Stützflamme mit interner Rückzirkulationszone 5 geliefert wird. Zur Erzeugung der Stützflamme dient die im Kernluftrohr 2 befindliche Gaslanze 9. Das Anfahren der Petrolkoksstaubverbrennung erfolgt mit dem Start der Gasstützflamme unter Zufuhr der gesamten Sekundär- 3 und Stufenluft 4. Danach wird der Petrolkoksstaub zusammen mit der Primärluft, welches zusammen als Tragluft 1 bezeichnet wird, der Verbrennung zugeführt.

Bei Verbrennung ohne fremden Zündenergieträger kann ebenfalls das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 eines

Brenners benutzt werden. Hierbei wird jedoch die Gaslanze 9 nur zur Initialzündung der Petrolkoksstaubverbrennung benutzt. Die Reduzierung von Menge und Geschwindigkeit der Sekundärluft 3 führen zu der oben beschriebenen stabilen Zündung und vollständigen Verbrennung des Petrolkoksstaubes.

Durch die Rückzirkulation relativ kalter Rauchgase zum Primärbereich 5 der Flamme kommt es zu einer Absenkung der Temperaturen im Primärbereich. Die Herabsenkung der Temperatur beeinflußt ihrerseits wiederum die Zündwilligkeit des Petrolkokses, so daß Maßnahmen vorzusehen sind, die dies verhindern. Ein Lösungsweg besteht nach der Erfindung z. B. darin, die Brennerkelchtiefe zu vergrössern, so daß die die Zündenergie liefernde Primärzone in den Brennerkelch nahezu vollständig eingebettet ist, wodurch die Negativeinflüsse durch rückströmendes kaltes Rauchgas entfallen.

Je nach Art des Verarbeiten des Rohöls kann der Petrolkoks Schadstoffe, wie z. B. Vanadium, enthalten, die bei der Verbrennung in Dampferzeugern zu korrosiven Verbindungen führen und darüber hinaus, wenn sie mit dem Rauchgas den Dampferzeuger verlassen, die Umwelt in erheblichem Maße belasten. Diese negativen Vorgänge können bei Verwendung des beschriebenen Ausführungsbeispiels eines Brenners durch Zugabe von vanadiumeinbindenen Additiven zur Verbrennung über die Stufenluft 4 weitgehend vermieden werden.

Claims

L. + C. Steinmüller GmbH 5270 Gummersbach, den 8.07.1983 Postfach 10 08 55/10 08 65 Pa 8315

Kl./Al.

Patentansprüche

( 1./Verfahren zum Verbrennen von Petrolkoksstaub in einer Brennerflamme mit einer intensiven internen Rückzirkulationszone, dadurch gekennzeichnet, daß der Petrolkoksstaub in den Bereich der intensiven Rückzirkulationszone zugegeben wird, welche die Zündenergie für den zu verbrennenden Petrolkoksstaub bereitstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g ekennze ichnet, daß die Bereitstellung der Zündenergie im Bereich der intensiven internen Rückzirkulationszone durch eine Gasflamme oder durch eine unterstöchiometrische Verbrennung von Petrolkoksstaub erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Bereitstellung der Zündenergie in einer internen Rückzirkulationszone über die unterstöchiometrische Verbrennung von Petrolkoksstaub die Sekundärluftmenge und -geschwindigkeit reduziert werden.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die interne Rückzirkulationszone durch Vergrößerung der Brennerkelchtiefe in Achsrichtung der Brennerflamme erweitert wird.