DE3446788C2

DE3446788C2 -

Info

Publication number: DE3446788C2
Application number: DE19843446788
Authority: DE
Inventors: Christian 5276 Wiehl De Mantsch
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1988-06-23
Also published as: DE3446788A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von zerstäubtem, salzhaltigem Abwasser und verdüstem Zusatzbrennstoff mit verdrallter Verbrennungsluft bei Temperaturen zwischen 1000° und 1300°C mittels eines in eine gekühlte Brennkammer trichterförmig mündenden Flammenverdampfungsbrenners sowie einen Flammenverdampfungsbrenner mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 2 zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for burning atomized, saline wastewater and atomized Additional fuel with swirled combustion air Temperatures between 1000 ° and 1300 ° C using a opening in a cooled combustion chamber in a funnel shape Flame evaporation burner and one Flame evaporation burner with the characteristics of Preamble of claim 2 for performing the Procedure.

Ein derartiges Verfahren und ein derartiger Brenner gehen aus dem Prospekt "Steinmüller - Verbrennung flüssiger Rückstände/Salzrückgewinnung", P-7809-05-07 hervor. In diesem Flammenverdampfungsbrenner zur Verbrennung von flüssigen Rückständen, insbesondere salzhaltigem Abwasser, wird der flüssige Rückstand bzw. das Abwasser mittels eines geeigneten Zerstäubungsmediums zerstäubt, wahlweise flüssiger oder gasförmiger Zusatzbrennstoff eingedüst und verdrallte Verbrennungsluft zugemischt.Such a method and such a burner can be found in the brochure "Steinmüller - combustion of liquid residues / salt recovery", P-7809-05-07. In this flame evaporation burner for the combustion of liquid residues, in particular saline wastewater, the liquid residue or the wastewater is atomized by means of a suitable atomizing medium, optionally liquid or gaseous additional fuel is injected and swirled combustion air is mixed in.

Der genannte Flammenverdampfungsbrenner ist unmittelbar an der Wand einer gekühlten Brennkammer befestigt. Die Brennermündung öffnet sich trichterförmig zur Brennkam mer hin. In der Brennerachse befindet sich eine Zer stäuberlanze für die Eindüsung des salzhaltigen Abwas sers mittels des Zerstäubungsmediums. Um diese Zerstäuberlanze werden von innen nach außen, d. h. in radialer Richtung ringförmig wahlweise flüssiger oder gasförmiger Zusatzbrennstoff und verdrallte Verbren nungsluft eingeführt.The flame evaporation burner mentioned is immediate attached to the wall of a cooled combustion chamber. The The mouth of the burner opens in a funnel shape towards the burning chamber always there. There is a Zer in the burner axis dust lance for the injection of the saline waste water sers by means of the atomizing medium. Around Atomizer lances are turned from the inside out. H. in radial direction either liquid or additional gaseous fuel and swirled combustion air introduced.

Nach Mischung des Zusatzbrennstoffs mit der Verbren nungsluft entzündet sich das Brennstoffgemisch an der heißen, trichterförmigen Brennermündung. Da gleichzeitig über die Zerstäuberlanze salzhaltiges Abwasser in Rich tung Brennkammer zerstäubt wird, zirkulieren aufgrund unterschiedlicher Druckzustände heißes Rauchgas und der überschüssige Luft- bzw. Sauerstoffanteil der verdrallten, gesamten Verbrennungsluft aus den äußeren Bereichen der Flamme in Richtung Brennerachse, die sich mit dem zerstäubten Abwasser intensiv vermischen. Dieser Vorgang wird unterstützt durch relativ heißes, aber durch Salze stark verunreinigtes, aus der gekühlten Brennkammer in die Flamme zirkulierendes Rauchgas. In der sich um die Brennerachse ausbildenden Kernzone verdampft aufgrund des Wärmeangebots zunächst der Wasseranteil des Abwassers, danach zündet und verbrennt dessen brennbarer Rückstand, wobei in dieser Kernzone Temperaturen von 1000° bis 1300°C auftreten.After mixing the additional fuel with the cremation air, the fuel mixture ignites at the hot, funnel-shaped burner mouth. Because at the same time over the atomizer lance saline wastewater in Rich combustion chamber is circulated due to different pressure conditions hot flue gas and the excess air or oxygen content of the swirled, all combustion air from the outside Areas of flame in the direction of the burner axis which are mix intensively with the atomized waste water. This Operation is supported by relatively hot, however heavily contaminated by salts, from the cooled Combustion chamber flue gas circulating in the flame. In the core zone forming around the burner axis evaporates due to the heat supply Water content of the wastewater, then ignites and burns its combustible residue, being in this Core zone temperatures of 1000 ° to 1300 ° C occur.

Von Nachteil dabei ist, daß die in der Flamme ablaufen den Verbrennungsreaktionen aufgrund der Brennkammerküh lung nicht optimal verlaufen, was u. a. zu einer Erhö hung des Anteils an unverbrannten Kohlenwasserstoffen führt. Hinzu kommt ferner, daß die salzhaltigen Abwässer in den überwiegendsten Fällen auch Alkalimetalle enthal ten, welche eine inhibierende Wirkung auf die Verbren nungsreaktion ausüben und die Stabilität der Flamme negativ beeinflussen. Um diesem Nachteil zu begegnen, versucht man, eine höhere Zusatzbrennstoffmenge als üblich durchzusetzen. Weitere Nachteile ergeben sich aus der Unterbringung der Flammenüberwachung und des Zünd brenners im Brennerkasten, bei der die Aufnahmekanäle für die Flammenüberwachung und für den Zündbrenner durch die Luftdralleinrichtung geführt sind, die den erzeugten Luftdrall stören und dessen Wirkung für den folgenden Mischvorgang erheblich abschwächen. Dadurch wird die schon durch die Flammeninstabilität bzw. durch die variable Flammenform erschwerte Flammenüberwachung noch empfindlicher. Das hat zur Folge, daß der Einsatz von zwei, das IR- bis UV-Spektrum erfassende Geräteeinheiten für die Flammenüberwachung erforderlich ist, wodurch sich die Investitionskosten nicht unerheblich verteuern.The disadvantage here is that they run in the flame the combustion reactions due to the combustion chamber not run optimally, which u. a. to an increase The proportion of unburned hydrocarbons leads. In addition, there is the saline wastewater in the most prevalent cases also contain alkali metals which have an inhibiting effect on the burn exercise reaction and the stability of the flame influence negatively. To counter this disadvantage one tries to use a higher amount of additional fuel than enforce as usual. There are further disadvantages the housing of the flame monitoring and the ignition burner in the burner box with the recording channels for flame monitoring and for the pilot burner the air swirl device are guided, the generated Air swirl disturb and its effect on the following Reduce the mixing process considerably. This will make the already by the flame instability or by the variable flame shape made flame monitoring even more difficult more sensitive. As a result, the use of two device units that record the IR to UV spectrum is required for flame monitoring, whereby the investment costs become significantly more expensive.

Aus der DE-OS 19 10 450 ist ein Gerät zum Verbrennen von Schlamm mit hohem Wassergehalt und geringen brennbaren Anteilen bekannt, das aus einem becherartigen, axial verschiebbaren, rotierenden Schlammverteiler, einem konzentrisch um den Schlammverteiler angeordneten Brenner für einen Zusatzbrennstoff, beispielsweise für Öl oder Gas, in Form einer ringförmigen Lavaldüse mit einer oder mehreren radialen Bohrung als Brennstoffeinlaß und einer kreiszylindrischen Brennermündung besteht. In diesem Gerät verteilt der Zerstäubungsbecher den Schlamm in einem Nebel etwa in Form eines Hohlzylinders beispielsweise achsparallel zu der ringförmigen Zusatzbrennstoffflamme, in die die Schlammteilchen eindringen und entsprechend der Wärmeeinwirkung und Reaktionszeit umgesetzt werden. Bei diesem Gerät ist wegen seiner über ihre gesamte Länge zylindrischen Brennermuffel eine Stabilisierung der Flamme schwierig erreichbar.From DE-OS 19 10 450 is a device for burning Mud with a high water content and low flammability Shares known that from a cup-like, axial sliding, rotating sludge distributor, one arranged concentrically around the sludge distributor Burner for an additional fuel, for example for Oil or gas, in the form of an annular Laval nozzle one or more radial bore as Fuel inlet and a circular cylindrical Burner mouth exists. In this device the Atomizing cup the mud in a fog about in Shape of a hollow cylinder, for example, parallel to the axis the annular auxiliary fuel flame into which the Mud particles penetrate and according to the Exposure to heat and reaction time are implemented. At this device is because of its entire length cylindrical burner ring stabilizing the Flame difficult to reach.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art und einen Flammenverdampfungsbrenner zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei denen eine Verringerung des Anteils an Zusatzbrennstoff unter Erhöhung des Ausbrands des Abwassers, eine Verminderung der Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und eine Verbesserung der Stabilität der Brennerflamme sichergestellt wird.The invention has for its object a method of the generic type and one Flame evaporation burner to carry out the Specify procedures where a reduction in Share of additional fuel while increasing the burnout of wastewater, a decrease in the amount of unburned hydrocarbons and an improvement the stability of the burner flame is ensured.

Als Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird verfahrensmäßig vorgeschlagen, daß der Zusatzbrennstoff und die Verbrennungsluft in einer kreiszylindrischen, ungekühlten Vorbrennkammer gemischt und verbrannt werden und daß anschließend im Austrittsbereich der Vorbrennkammer das Abwasser in die Flamme zerstäubt wird.As a solution to the problem of the invention procedurally suggested that the additional fuel and the combustion air in a circular cylindrical, uncooled pre-combustion chamber can be mixed and burned and that subsequently in the exit area of the Pre-combustion chamber the wastewater is atomized into the flame.

Für den Flammenverdampfungsbrenner zur Durchführung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der Brenner stromauf seiner Mündung eine kreiszylindrische zur Brennerachse koaxiale und zur Brennkammer hin auf einen bestimmten Durchtrittsquerschnitt sich konische verjüngende, ungekühlte Vorbrennkammer aufweist, in die bis unmittelbar vor ihren engsten Durchtrittsquerschnitt die das Abwasser und ggf. dessen Zerstäubungsmedium führende Zerstäuberlanze hineinragt.For the flame evaporation burner to carry out the Process is proposed that the burner upstream its mouth is circular cylindrical to the burner axis coaxial and towards the combustion chamber towards a certain one Passage cross-section tapered, has uncooled pre-combustion chamber in which up immediately before their narrowest cross section the wastewater and possibly its atomizing medium Atomizer lance protrudes.

Durch die durch die erfindungsgemäße Anordnung der Vorbrennkammer hervorgerufene Flammenstufung wird erreicht, daß die durch die Verbrennung freigesetzte Wärme eine Verringerung der Temperaturbelastung der gekühlten Brennkammer bewirkt. Gleichzeitig sind die beiden Flammen, die Zusatzbrennstoff-Flamme und die Hauptflamme, hinsichtlich ihrer Stabilität voneinander unbeeinflußt, ein Umstand, der auch von einer vorteilhaften Verringerung der Zusatzbrennstoffmenge und einer Reduzierung des Anteils an unverbrannten Kohlenwasserstoffen begleitet ist. Darüber hinaus wird in einem weiteren Vorteil erreicht, daß durch Abwassersalze hervorgerufene Verschmutzungen am Brennermund des Flammenverdampfungsbrenners nicht auftreten und so dessen einwandfreien Betrieb nicht behindern.Due to the arrangement of the invention Pre-combustion chamber evoked flame gradation achieved that the released by the combustion Heat a reduction in the temperature load of the cooled combustion chamber. At the same time they are two flames, the auxiliary fuel flame and the Main flame, in terms of their stability from each other unaffected, a circumstance that also by one advantageous reduction in the amount of additional fuel and a reduction in the proportion of unburned Hydrocarbons is accompanied. Beyond that achieved in a further advantage that by Waste water salts caused pollution on Burner mouth of the flame evaporation burner not occur and so its proper operation is not hinder.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfüh rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. The invention is based on an Ausfüh approximately example with reference to the drawing explained.

Gemäß der in der Zeichnung wiedergegebenen Darstellung befindet sich zwischen dem Flammenverdampfungsbrenner 1 und seiner trichterförmigen Mündung 3 in der Wand der gekühlten Brennkammer 2 die Vorbrennkammer 4. Sie besteht aus einer kreiszylindrischen und zur Brennerkammer 2 hin auf einen bestimmten Durchtrittsquerschnitt 5 sich konisch verjüngenden, ausgemauerten Stahlmantel, an dessen ringförmigem Zylinderdecke 6 der Flammenverdampfungsbrenner 1 befestigt ist. Die Vorbrennkammer 4 ist ihrerseits über das Konusteil mit der Mündung 3 der gekühlten Brennkammer 2 verbunden. Die Kammer 4 ist innen mit feuerfesten Steinen ausgemauert, ihre Innenabmessungen sind durch die Art, den Heizwert und die Menge der zu verbrennenden Medien bestimmt.According to the illustration shown in the drawing, the pre-combustion chamber 4 is located between the flame evaporation burner 1 and its funnel-shaped mouth 3 in the wall of the cooled combustion chamber 2 . It consists of a circular-cylindrical, masonry steel jacket tapering conically towards the burner chamber 2 to a specific passage cross section 5 , to the annular cylinder ceiling 6 of which the flame evaporation burner 1 is fastened. The pre-combustion chamber 4 is in turn connected to the mouth 3 of the cooled combustion chamber 2 via the cone part. The chamber 4 is lined with refractory bricks on the inside, its internal dimensions are determined by the type, the calorific value and the amount of media to be burned.

Die Zerstäuberlanze 7 des Flammenverdampfungsbrenners 1 ist koaxial verlängert und ragt in die Vorbrennkammer 4 bis unmittelbar vor ihren engsten Durchtrittsquerschnitt 5. Sie ist außenseitig gegen die in der Vorbrennkammer 4 herrschenden hohen Temperaturen durch eine glatte, kera mische und temperaturbeständige Umhüllung geschützt. Im Rohrinnern der Lanze 7 erfolgt die Zufuhr des salzhaltigen Abwassers und des Zerstäubungsmediums, das das Abwasser an der an der Lanzenspitze angeordneten Düse 8 zerstäubt. Als Zerstäubungsmedium ist vorwiegend Wasserdampf vorgesehen, der gleichzeitig auch die Kühlung der Lanze von innen übernimmt. Die Einbringung des wahlweisen flüssigen oder gasförmigen Zusatzbrennstoffs erfolgt über eine um die Zerstäuberlanze 7 angeordnete ringförmige Eindüsvorrichtung 9, die der Verbrennungsluft über die die Eindüsvorrichtung 9 ringförmig umschließenden Austrittsöffnungen 10 der Luftdralleinrichtung 11. Die Aufnahmekanäle 12, 13 für Flammenüberwachung 14 und Zündbrenner 15 durchdringen nicht die Luftdralleinrichtung, sondern münden frei in die Vorbrennkammer 4, so daß eine unempfindliche und bezüglich des zu überwachenden Spektrums eine konventionelle und optimale Flammenüberwachung sowohl für die Zusatzbrennstoffflamme 16 als auch für die mit Abwasser beschickte Hauptflamme 17 gewährleistet ist. Dadurch, daß die Aufnahmekanäle 12, 13 in die Vorbrennkammer 4 verlegt sind, kann die Luftdrall einrichtung 11 ungestört voll ausgenutzt werden. In der ungekühlten Vorbrennkammer 4 erfolgt durch die Eindüsung und durch die Verdrallung die unmittelbare Vermischung des Zusatzbrennstoffs mit der Verbrennungs luft nach deren Eintritt in die Kammer. Aufgrund der durch die Form der Vorbrennkammer und durch die Gasströ mung hervorgerufenen, örtlich unterschiedlichen Druck verhältnisse rezirkulieren heiße und salzfreie Rauchgase in das Zusatzbrennstoff-Luft-Gemisch und entzünden dieses zu einer ungewöhnlich stabilen Flamme. Für den Fall, daß heizwertarmer bzw. schwer brennbarer Zusatz brennstoff zum Einsatz kommt, kann zur Unterstützung der Verbrennung und der Flammenstabilität der Zündbrenner 15 als Pilotbrenner mitbetrieben werden. Die eingebrachte Menge an Zusatzbrennstoff bringt in Abhängigkeit ver schiedenster Faktoren, z. B. des Heizwertes, des Flamm punktes, im allgemeinen 40% der gesamten, vom Zu satzbrennstoff und Abwasser eingebrachten Wärmemenge auf.The atomizer lance 7 of the flame evaporation burner 1 is extended coaxially and projects into the pre-combustion chamber 4 until just before its narrowest passage cross section 5 . It is protected on the outside against the high temperatures prevailing in the pre-combustion chamber 4 by a smooth, ceramic and temperature-resistant coating. The saline wastewater and the atomizing medium, which atomizes the wastewater at the nozzle 8 arranged at the tip of the lance, are supplied in the interior of the pipe of the lance 7 . Water vapor is mainly used as the atomizing medium, which at the same time also cools the lance from the inside. The optional liquid or gaseous additional fuel is introduced via an annular injection device 9 arranged around the atomizer lance 7, which supplies the combustion air via the outlet openings 10 of the air swirl device 11 which surround the injection device 9 in a ring shape. The receiving channels 12 , 13 for flame monitoring 14 and pilot burner 15 do not penetrate the air swirl device, but open freely into the pre-combustion chamber 4 , so that an insensitive and with regard to the spectrum to be monitored, conventional and optimal flame monitoring both for the additional fuel flame 16 and for those with waste water charged main flame 17 is guaranteed. The fact that the receiving channels 12 , 13 are moved into the pre-combustion chamber 4 , the air swirl device 11 can be fully utilized without being disturbed. In the uncooled pre-combustion chamber 4 , the direct mixing of the additional fuel with the combustion air takes place after its entry into the chamber by the injection and by the swirl. Due to the locally different pressure conditions caused by the shape of the pre-combustion chamber and the gas flow, hot and salt-free smoke gases recirculate into the additional fuel-air mixture and ignite it to form an unusually stable flame. In the event that low calorific value or difficult to combustible additional fuel is used, the pilot burner 15 can also be operated as a pilot burner to support the combustion and the flame stability. The amount of additional fuel brought in depends on various factors such. B. the calorific value, the flash point, generally 40% of the total amount of added fuel and wastewater to heat.

Die infolge der Zerstäuberlanze 7 und der Vorbrenn kammerwandung ringförmig ausgebildete Flamme 16 wird am Durchtritt 5 von der Vorbrennkammer 4 in die gekühlte Brennkammer 2 geleitet, in die nun das salzhaltige Ab wasser über die Lanze zerstäubt eingebracht wird. Dabei verdampft der Wasseranteil des Abwassers infolge des örtlich konzentrierten Wärmeangebots sehr rasch und ermöglicht so die Bildung der in der gekühlten Brennkammer 2 befindlichen, gleichfalls stabilen Hauptflamme 17 durch Verbrennung des brennbaren Abwasserrückstandes. Die Stabilität der Hauptflamme wird erzielt einerseits durch gezielte Einschnürung der Zusatzbrennstoffflamme 16, andererseits durch eine zweite Rezirkulationsströmung heißer, salzbeladener Rauchgase, die infolge der in der Brennkammer 2 vorliegenden und von der Gasströmung hervorgerufenen Druckzustände von außen, d. h. aus dem gekühlten Brennkammerraum kommend, in die mit salzhaltigem Abwasser beschickte Hauptflamme 17 eindringen.As a result of the atomizer lance 7 and the pre-combustion chamber wall, the ring-shaped flame 16 is passed at the passage 5 from the pre-combustion chamber 4 into the cooled combustion chamber 2 , into which the saline water is now atomized via the lance. The water content of the waste water evaporates very quickly as a result of the locally concentrated supply of heat and thus enables the formation of the equally stable main flame 17 located in the cooled combustion chamber 2 by burning the combustible waste water residue. The stability of the main flame is achieved on the one hand by deliberately constricting the additional fuel flame 16 , and on the other hand by a second recirculation flow of hot, salt-laden flue gases which, as a result of the pressure conditions present in the combustion chamber 2 and caused by the gas flow, come from outside, that is to say from the cooled combustion chamber space main flame 17 loaded with saline waste water penetrate.

Claims

1. A process for the combustion of atomized, saline wastewater and atomized additional fuel with swirled combustion air at temperatures between 1000 ° and 1300 ° C by means of a funnel-shaped flame evaporation burner, characterized in that the additional fuel and the combustion air in a circular, uncooled pre-combustion chamber are mixed and burned and that the waste water is then atomized into the flame in the outlet area of the pre-combustion chamber.

2. Flame evaporation burner for performing the method according to claim 1, which has a funnel-shaped mouth ( 3 ) in the wall of a cooled combustion chamber ( 2 ) and in the burner axis of which an atomizer lance ( 7 ) is arranged for the waste water, characterized in that the burner ( 1 ) upstream of its mouth ( 3 ) has a circular cylindrical, coaxial to the burner axis and towards the combustion chamber ( 2 ) towards a certain passage cross-section ( 5 ) tapered, uncooled pre-combustion chamber ( 4 ) into which the immediately before its narrowest passage cross-section ( 5 ) the wastewater and possibly its atomizing medium leading atomizer lance ( 7 ) protrudes.