FI63382B - Braennare foer svavelvaetegas - Google Patents

Description

RSr^l [el (11)kuulutu*julkaisu

lJ UTLAGGNINQSSKRIFT 00 0 OZ

C (45)Patu r.tti myönnetty 10 C6 1033

Patent meddelat —/ (51) Kv.ik.Vci.3 C 01 B 17/04-, B 01 J 12/02 // F 23 D 13/00 SUOM I — FI N LAN D (21) P»t*nttll*lwmu« — Pat«Maraekfitn« 751^90 (22) HakamitpAM — An*öfcn(npd*f 22. 05- 75 (23) AlkupUvt—GiMftiatsdag 22.05.75 (41) Tullut fulklaukal — Mlvlt offantHg 23.11.76 tantti. J» rekltCurlhallitu· NlhtivlWp.™ |. kuuL|u.to»n pvm.- och registMftyrdMn ' ' Aiwekm uttagd och utl.*krtft»n pubUcurud 28.02.83 (32)(33)(31) Pyydetty «tuotkuu»—Begird prlorltut (71) Opytno-Konstruktorskoe Bjuro Energotekhnologicheskikh Protsessov Khimicheskoi Promyshlennosti, Scherbakovskaya ulitsa 3, Moskva, USSR(SU) (72) Mark Yakovlevich Khinkis, Moskva, Jury Nikolaevich Fedorov, Moskva,

Samuil Veniaminovich Levitin, Moskva, USSR(SU) ' (74) Oy Roister Ah (54) Rikkivetykaasun poltin - Brännare för svavelvätegas Tämä keksintö liittyy niiden kaasupoltinlaitteiden alaan, joilla poltetaan rikkivetykaasut, joita syntyy joko jalostettaessa rikkipitoisia öljytuotteita öljynjalostamoissa tai puhdistettaessa luonnonkaasua, joka sisältää rikkivetyä ja muita rikkiyhdisteitä, ja tarkemmin määriteltynä rikkivetykaasun polttimiin.

Po. keksintöä voi parhaiten käyttää hyväksi kaasu- ja kivi-öljyteollisuudessa, nimittäin niiden tehtaiden polttokammioissa, joissa valmistetaan rikkiä rikkivetykaasuista.

Rikkivetykaasun poltto tehtaissa, joissa valmistetaan alku-ainerikkiä, tapahtuu seuraavan reaktion perusteella: 2H2S + 02 = S2 + 2H20 (1) kun taas lämpötuotantolaitoksissa rikkivedyn täydellinen palaminen tapahtuu seuraavan reaktion mukaisesti: 2H2S + 302 = 2S02 + 2H20 (2)

Vertaamalla näitä kahta reaktiota keskenään nähdään, että niissä laitoksissa, joissa valmistetaan rikkiä rikkivetykaasuista, tapahtuu palamisprosessi suuremmalla ilmavajauksella, so. hapetusta 2 63382 varten syötetyn ilman määrä on kolmas osa siitä mikä tarvitaan rikkivedyn täydelliseen palamiseen reaktion 2 mukaisesti. Tämä erikoisuus asettaa tietyt vaatimukset rikkivedyn ja ilman sekoituksen laadulle. On yleisesti tunnettua, että polttoaineen palamisprosessi muodostuu kahdesta vaiheesta: kaasun ja ilman sekoitusvaiheesta, jossa muodostuu kaasuilmaseos, ja palamisvaiheesta, jossa kaasu-ilmaseos palaa polttokammiossa.

Sekoitusjärjestelyn osalta voidaan kaasunpolttolaitteet jakaa ulkosekoitus- ja esisekoituspolttimiin. Ensimmäiseen lajiin kuuluvat polttimet, jotka johtavat pelkän kaasun polttokammioon, johon ilma johdetaan erikseen. Toiseen lajiin kuuluvat polttimet, joiden sisälle on sijoitettu sekoitus ja polttokammio vastaanottaa oikein sekoitetun kaasu-ilmaseoksen. On huomattava, että sekoitus-prosessit yleensä rajoittavat palamisnopeutta. Tämä liittyy erityisesti sekoitusten palamiseen suurella ilmavajauksella. Myös rikki-vetykaasun ulkosekoituspoltin on tunnettu. Se käsittää lieriömäisen ilmansyöttökammion, jonka sisällä on samankeskinen putki, jolla on levitetty pää rikkivetykaasun viemiseksi palotilaan. Polttoilma syötetään pyöreään tilaan, jonka muodostaa kaksi samankeskistä putkea, ja se virtaa näiden välissä olevan, pyöreän kulkutien kautta.

Rikkivetykaasun syöttöputki on varustettu siivilällä ulos-menopäänsä kohdalla. Siivilä sijaitsee putken akselin päällä ja se on kiinnitetty pyörivälle akselille. Siivilän kiinnitys on sellainen, että pyöreä tila muodostuu kaasunsyöttöputken ja siivilän kehän välissä rikkivetykaasun kauttakulkua varten. Siivilää voi liikuttaa pituussuunnassa automaattisen laitteen avulla, kun polttimen teho vaihtelee rikkivetykaasun suhteen. Rikkivetykaasusekoituksen muodostuminen ilmavajauksella ( - 0,33) SC^ksi polttamiseen näh den tapahtuu polttokammiossa. Siksi on polttokammion tilavuutta suurennettava, mikä pienentää ominaislämmön kehittymistä tilavuus-yksikköä kohden, so. polttokammion kuumennusta.

Käyttämällä esisekoituspolttimia vältetään tämä haitta ja tehdään mahdolliseksi polttokammion suuri kuumennus.

Aikaisemmin tunnetaan myös esikuumennuspoltin rikkivetykaasun polttoa varten. Tunnettu poltin sisältää putken, jolla syötetään ilmaa rikkivetykaasun polttamiseksi ja jossa injektori sijaitsee putken akselia pitkin ja sen suuttimen kautta syötetään rikki-vetykaasua suurella nopeudella. Kaasuvirta imee mukaansa ilmaa ja 3 63382 tämän seurauksena ilma tulee esisekoitetuksi kaasu-ilmaseoksen muodostamiseksi ruiskutuspolttokammiossa, jota rajoittavat injektorin pää ja ilman syöttöputken sisäpinta. Seos kulkee sitten rengaskam-mioon lopullista sekoitusta varten. Rengaskansiosta seos, jolla on kiertävä liike, ohjataan pyöreään rakoon polttokammion päässä, jonka kammion sisäseinämät on tehty tulenkestävästä keraamisesta aineesta. Näin valmistettu kaasu-ilmaseos purkautuu suurella nopeudella pyöreästä raosta. Sytytysvyöhyke muodostuu kaasu-ilmaseoksen purkauspäässä. Polttokammion sisäpinta on maljamainen, minkä johdosta kehittyy palamistuotteiden uudelleenkiertovirtoja, jotka varmistavat kuumien palamistuotteiden jatkuvan syötön polttimen suulle, mikä johtaa sytytysvyöhykkeen vakavointiin, erityisesti polttimen sivulla. Palaminen tapahtuu polttokammiossa.

Kun polttokammioon syötetään etukäteen valmistettua seosta, tapahtuu palamisreaktio käytännössä hetkessä. Etukäteen valmistettu kaasu-ilmaseos saa aikaan olosuhteet, joiden takia liekki voi työntyö polttimen sisälle, mistä seuraa polttimen käyttökelvottomuus. Liekin läpitunkeutumisen estämiseksi on varmsitettava se, että kaa-suseoksen nopeuden aksiaalinen komponentti on suurempi kuin liekin etenemisnopeus. Kuitenkin rengaskammiosta ulos virtaavan kaasu-ilmaseoksen suurempi aksiaalinen nopeus saa aikaan suuremman hydraulisen vastuksen, josta seuraisi suurempi sähkövoiman kulutus palamiseen syötetyn ilman tämän suuremman hydraulisen vastuksen voittamiseksi, mikä suurentaa käyttökustannuksia. Sitä paitsi injektorin suutin on suunniteltu rikkivetykaasun muuttumatonta koostumusta varten, ja jos tämä koostumus vaihtelee, ei suutin pystyisi varmistamaan rikkivetykaasun ja ilman oikeaa sekoitusta. Tehon vaihdellessa syötetyn rikkivetykaasun suhteen ei polttokammiokaan kykene aikaansaamaan oikeaa sekoitusta ilman että muutetaan injektorin suut-timen halkaisijaa. Rengaskammio, joka sijaitsee injektorin edessä, poistaa nämä haitat osaksi, mutta ei kokonaan. Polttokammioon tulee siksi syötetyksi huonompaa etukäteen valmistettua seosta. Tämä pakottaisi suurentamaan polttokammion reaktiotilavuutta, ja siten pienempään polttokammion kuumennukseen, tai, jos käytetään kammion käytettävissä olevaa reaktiovolyymiä, rikkivedyn palamisreaktio ei ehtisi toteutua täydellisesti valmistettaessa alkuainerikkiä reaktion 1 mukaisesti. Lisäksi rikkivetykaasu sisältää jopa 2 tilavuus-%:n verran hiilivetyjä, joiden täydellinen palaminen edellyttää, 4 63382 että ilman määrä on vähintään stökiometrinen. Kun niiden palamis-ilmaa ei ole tarpeeksi, muodostuu koksimaisia epätäydellisen palamisen tuotteita, jotka huonontavat rikin laatua ja antavat vihertävän värin valmistetulle rikille. Hiilivetyjen täydellisen palamisen varmistamiseksi käytetään lisäpoltinta polttokammion päätypin-nan keskellä, ja tämä laite on osa rikkivetykaasun polttimesta.

Laite koostuu kahdesta samankeskisestä putkesta; keskiputki syöttää luonnonkaasua ja putkien välistä, pyöreää välystä käytetään ilman syöttöä varten. Hakijan mielestä luonnonkaasun pienten määrien polttaminen vähäpätöisen lisäilmamäärän kanssa ehkäisee koksin ja hiilimustan muodostumista.

Edellä kuvatun laitteen huono puoli on monimutkaisessa rakenteessa, luonnonkaasun lisäpolttimen käytössä ja siinä, että pol-tinta ei voi käyttää vakaasti rikkivetykaasun koostumuksen vaihdellessa ja tehon vaihdellessa kaasun suhteen.

Laaja käytännön sovellutus saavutetaan esisekoittavilla polttimilla, jotka kykenevät aikaansaamaan rikkivetykaasun poltto-prosessin kaasukapasiteetin ja kaasun koostumuksen vaihdellessa ja joissa käytetään rikkivetykaasun epäkeskitettyä syöttöä useiden reikien kautta ilmavirtaan, jolle kierukka antaa pyörreliikkeen.

Tämä varmistaa kaasun ja ilman oikean sekoituksen ja parantaa polttokammion kuumennusta. Parantunut kaasun sekoitus aikaansaa kuitenkin olosuhteet, jotka ovat omiaan aiheuttamaan liekin tunkeutumisen polttokammiosta sekoituskammioon, jos esiintyy kaasuilmaseok-sen alhaisia purkausnopeuksia polttimen alentuneella kuormituksella. Kun kaasu-ilmaseoksen purkausnopeudet toisaalta ovat hyvin suuret silloin, kun polttimen kuormitus on suurentunut, saattaa tapahtua liekin erotus, so. syntyneen palamattoman seoksen tunkeutuminen tekniseen laitteeseen.

Kaikkein täydellisin on esisekoittava poltin, jossa käytetään periaatteena rikkivetykaasun suihkupurkausta pyörreilmavir-taan. Tämä tunnettu poltin käsittää esisekoituskammion, joka on varustettu kierukalla, joka vie ilman kammioon, ja reiällisen putken, joka syöttää epäkeskitetysti rikkivetykaasua esisekoituskammion koko pituudella.

Jälkimmäinen putki sijaitsee pitkin esisekoituskammion akselia. Sekoituskammio loppuu seinämän purkausaukon lieriömäiseen vesijäähdytteiseen tilaan palamiskammion seinämässä.

5 63382

Edellä kuvatun laitteen huono puoli on se, että veden syötön katketessa tai häiriön esiintyessä vesijäähdytteisessä osassa tunkeutuu liekki polttimeen, jolloin tämä tulee käyttökelvottomaksi.

Po. keksinnön tehtävänä on kehittää rikkivetykaasun poltin, joka olisi tehty siten, että on varmistettu mahdollisimman pienet painehäviöt, on estetty liekin irtoaminen polttimen suulta poltti-men sytytyksen vakavoinnin johdosta ja liekin tunkeutuminen esise-koituskammioon on estetty. Tähän on päästy siten, että rikkivetykaasun polttimessa, joka sisältää esisekoituskammion, joka on varustettu kierukalla ilman syöttämiseksi kammioon, ja putken, joka sijaitsee esisekoituskammion akselia pitkin rikkivetykaasun hajautettua syöttöä varten esisekoituskammioon, jota seuraa palamiskam-mion seinämän läpivienti, jossa on kartiomainen osa rikkivetykaasun ja ilman lopullista sekoitusta varten, jota osaa seuraa lieriömäinen tila ja sitä kartiomainen diffusööri, joka alentaa kaasu-ilmaseoksen nopeuden osan poistoaukossa, on keksinnön mukaisesti molempien kartiomaisten osien pituus vähintään sama kuin diffu-söörin suuremman pohjan halkaisija ja lieriömäisen osan pituus on kaksi...kolme kertaa sen halkaisija ja halkaisija taas on noin 41...45 % difuusöörin suuremman pohjan halkaisijasta.

Jos lieriömäisen kammion läpimitta on isompi kuin 45 % dif-fussörin suuremman pohjan läpimitasta, saavutetaan kaasu-ilmaseok-sen vakaa palamisalue ainoastaan kuorman sellaisen vaihtelun rajoissa, joka on 80...100 % nimelliskuormasta, koska kuorman pienennys johtaa kaasu-ilmaseoksen alhaisiin purkausnopeuksiin ja liekin tunkeutumiseen esisekoituskammioon. Mikäli lieriön halkaisija-ölisi pienempi kuin 41 % diffusöörin suuremman pohjan läpimitasta, niin suuri vastapaine, jonka aikaansaa jyrkkä ero läpiviennin kartiomai-sen osan ja diffusöörin välillä, ei salli polttimen saavuttaa haluttua tehoa. Kun lieriömäisen kammion halkaisijan ja diffusöörin suuremman pohjan halkaisijan suhde on yhtä kuin 41...45 % ja lieriömäisen kammion pituus on pienempi kuin sen kaksi halkaisijaa, tapahtuu vakaa palaminen ainoastaan kuorman sellaisen vaihtelun alueella, joka on 50...100 % nimelliskuormasta; lisäksi kuorman pieneneminen aiheuttaa liekin tunkeutumisen esisekoituskammioon. Kun lieriömäisen kammion pituus on suurempi kuin kolme halkaisijaa, tapahtuu vakaa palaminen vain sellaisen kuorman vaihtelun alueella, joka on 20...70 % nimelliskuormasta ja suurempi kuorma voi johtaa 6 63382 liekin erotukseen; kokeilla on osoitettu, että sekä kaula- että diffusööriosan pituuden tulisi olla vähintään yhtä kuin diffusöö-rin suuremman pohjan halkaisija.

Kun läpiviennin lieriömäisen kammion halkaisija on yhtä kuin läpiviennin pohjan pienempi halkaisija ja 41...45 % diffusöö-rin suuremman pohjan halkaisijasta ja sen pituus on yhtä kuin lieriömäisen kammion kaksi - kolme halkaisijaa, auttaa tämä valmistetun oikean kaasu-ilmaseoksen nopeuskentän tasoitusta ja estää kokonaan liekin tunkeutumisen esisekoituskammioon.

Läpiviennin muoto auttaa paluuvirtojen alueen aikaansaamisessa, joka varmistaa kuumien palamistuotteiden jatkuvan syötön polttimen pohjaan ja joka toimii automaattisena syttymisvakautta-jana. Näitä virtoja muodostuu sekä liekin alkupään ympärille polt-tokammion vuorauksen viereen että liekin keskiosassa.

Tämä estää liekkierotuksen tehoa nostettaessa ja aikaansaa hiilivetyjen täydellisen palamisen ilman että tarvitaan mitään li-säpoltinta.

Yhdistämällä kapeneva, lieriömäinen ja levenevä osa voidaan tehdä tasaiset liitoskohdat poikkileikkausten muutosten kohdalle kaasu-ilmaseoksen kulkutielle, mistä seuraa paikallisen hydraulisen vastuksen kertoimen pieneneminen ja siten hydraulisten menetysten pieneneminen ja käyttökustannusten aleneminen.

Po. keksinnön muut tavoitteet ja edut käyvät paremmin ilmi sen toteutusmuodon seuraavasta, yksityiskohtaisesta kuvauksesta, joka annetaan esimerkkinä oheiseen piirustukseen viitaten, joka esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista poltinta osaksi pitkit-täisläpileikkauksena.

Rikkivetykaasun poltin sisältää esisekoituskammion 1, joka on varustettu kierukalla 2 ilman syöttämiseksi kammioon, ja putken 3 rikkivetykaasun syöttämiseksi säteettäisesti pitkin esisekoi-tuskammiota 1. Putki 3 sijaitsee pitkin kammion 1 akselia ja kaasun säteettäinen syöttö tapahtuu reikien 4 kautta. Esisekoituskam-mio 1 loppuu läpiviennin 5 kohdalla, joka sisältää kartiomaisen osan 6 rikkivetykaasun ja ilman lopullista sekoitusta varten, joka kartio muuttuu lieriömäiseksi kammioksi 7, joka loppuu kartiomaisen diffusöörin 8 kohdalla kaasu-ilmaseoksen nopeuden alentamiseksi läpiviennin 5 ulosmenpäässä. Sekä kartiomaisen osan 6 että diffusöörin 8 pituus on vähintään sama kuin diffusöörin 8 suuremman 7 63382 pohjan halkaisija. Lieriömäisen kammion 7 halkaisija on yhtä kuin kartiomaisen osan 6 pohjan pienempi halkaisija ja se on 41...45 % diffusöörin 8 suuremman pohjan halkaisijasta. Lieriömäisen kammion 7 pituus on yhtä kuin sen kaksi - kolme halkaisijaa.

Keksinnön mukainen poltin toimii seuraavalla tavalla.

Rikkivetykaasua syötetään putken 3 kautta ja kaasun ulosme-noreikien 4 kautta esisekoituskammioon 1, johon myös syötetään ilmaa kierukan 2 avulla, joka antaa ilmavirralle pyörreliikkeen. Esi-sekoituskammiosta 2 kaasu-ilmaseos tulee viedyksi palamiskammioon 9 läpiviennin 5 kautta. Rikkivetykaasun ja ilman lopullinen sekoitus tapahtuu kartiomaisessa osassa 6. Seos menee sitten lieriömäiseen kammioon 7, jossa nopeuskenttä tasoittuu. Tämän jälkeen seos saavuttaa diffusöörin 8, jossa kaasu-ilmaseoksen nopeus alenee läpiviennin 5 ulosmenopäässä. Tämä poltin kykenee toimimaan vakaasti kuormitusvaihtelujen ja rikkivetykaasun koostumuksen suurella alueella. Lisäksi läpiviennin 5 lieriömäinen kammio 7 sen lisäksi, että se auttaa valmistetun oikean kaasu-ilmaseoksen nopeuskentän tasoituksessa, estää myös täysin liekin tunkeutumisen esisekoituskammioon. Läpiviennin 5 muoto vaikuttaa osaltaan paluuvirtojen vyö-hykeen muodostumiseen, joka varmistaa kuumien palamistuotteiden jatkuvan syötön liekin pohjaan ja joka suorittaa automaattisen vakauttajan tehtävän. Paluuvirtoja muodostuu sekä liekin ulkopuolisella ympäryssivulla sen rajan ja vuorauksen välissä että happi-polttimen sisäpuolisessa keskiosassa. Tämä estää liekkierotuksen suuremmalla teholla, varmistaa hiilivetyjen täydellisen palamisen ilman luonnonkaasun ja ilman ylimääräistä syöttöä. Läpiviennin 5 tasaisesti yhdistetyistä osista on seurauksena pienempi paikallinen vastuskerroin ja siten pienemmät painehäviöt ja alhaisemmat käyttökustannukset.