WO2008020299A2 - Einrichtung zum versprühen von schlämmen in brennöfen - Google Patents

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WO2008020299A2
WO2008020299A2 PCT/IB2007/002367 IB2007002367W WO2008020299A2 WO 2008020299 A2 WO2008020299 A2 WO 2008020299A2 IB 2007002367 W IB2007002367 W IB 2007002367W WO 2008020299 A2 WO2008020299 A2 WO 2008020299A2
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bores
openings
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Alexander Flacher
Werner Voramwald
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Holcim Technology Ltd.
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/44Details; Accessories
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • B05B7/0458Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid with one inner conduit of liquid surrounded by an external conduit of gas upstream the mixing chamber the gas and liquid flows being perpendicular just upstream the mixing chamber

Definitions

  • the invention relates to the use of a lance for spraying pumpable sludges in furnaces, in particular rotary kilns for clinker production.
  • Atomizing devices have already become known in various designs.
  • DE 27 33 131 shows a device for atomising liquid or doughy waste in incinerators.
  • the combustion attributable to leading waste material is guided through a central tube in the direction of an orifice, this central tube being surrounded by a further tube, in which a gaseous propellant is conducted under pressure, wherein the annular space between the central tube and the tube surrounding the central tube at the Mouth of the lance is closed by a welded ring and wherein the inner tube in the region of the sealing ring has tangentially drilled openings.
  • the axes of the apertures are aligned to set the flow of the waste to be atomized in rotation.
  • oxidizing gases which may possibly contain solid particles, can be blown onto the surface of metal baths.
  • a central tube is provided which is again surrounded by a further tube, wherein in the region of the mouth openings are provided on the inner tube, which establish a connection between the annular space between the outer and inner tube and the inner of the inner tube.
  • No. 5,188,296 shows a lance for atomizing liquid, viscous masses, wherein here too an inner tube surrounded by an outer tube is provided for transporting the material to be atomized, and the inner tube communicates with the outer tube via bores.
  • the invention now aims to improve a use of the type mentioned in that the lance used is characterized by a particularly simple construction and high wear resistance with reduced tendency to blockage, which are sprayed with different solids sludge without significant modification in a way which ensures rapid burnout of combustible fractions of the sludge in kilns.
  • the invention essentially consists in that the lance a central channel for sludge and surrounding the central channel, at the Mouth side has closed annular channel and that the mantle of the central channel at a distance from the mouth has substantially radial openings or holes, wherein all axes of the bores or openings of the inner tube of the inner tube at a common point of the axis of the central channel to cut.
  • pressurized media can now be introduced via an annular channel surrounding the central channel, it is possible to ensure the desired consistency by introducing gases and / or liquid media at the lance orifice, with a substantially radial or inclined position in the jacket of the central channel provided openings a corresponding beam design, and in particular a spray or atomization depending on the particular consistency can be achieved.
  • the material of this annular disc and the lance, in particular in the region of the mouth can be selected correspondingly high temperature stable and is itself subjected to mechanical wear only to an extremely small extent, since the sludge are discharged through the central channel.
  • the axes of the holes or openings in the jacket of the central channel are now preferably arranged so that they form an acute angle with the axis of the central channel, so that here additionally a directed component to the discharge end or the mouth of the lance to the axial Component adds beam forming.
  • the acute angle makes it possible to make the corresponding division of the jet into correspondingly finer droplets in the region of the mouth, the formation being advantageously made such that the point of intersection of the axes lies in the region of the mouth of the lance.
  • the axes of the apertures distributed over the axis of the central channel can intersect this axis of the central channel.
  • all axes of the holes or openings of the jacket of the inner tube intersect each other in a common point of the axis of the central channel, whereby an intensive beam separation and thus a correspondingly intensive beam splitting or atomization takes place.
  • the training may be such that the channels are formed by concentric tubes, wherein preferably the angle enclosed by the axes of the openings or bores of the shell angle is less than 180 °, in particular between 75 ° and 90 °, is selected ,
  • the distance (a) of the apertures (8) from the nozzle orifice is 50 to 150% of the clear diameter (b) of the central channel.
  • the invention also relates in particular to the use of such a lance for the spraying of pumpable sludges in rotary kilns for clinker production, since the selected lance in a particularly suitable form meets the requirements for wear resistance and temperature resistance.
  • 1 denotes the mouth of a lance 2.
  • the lance 2 has a central channel 3, which is formed by a tube 4.
  • the tube 4 is concentrically surrounded on the outside by another tube 5, so that between the outer shell of the tube 4 and the inner shell of the tube 5, an annular space 6 is formed, can be entered via which pressure medium.
  • the annular space 6 is the front side tightly closed by an annular disc 7.
  • the jacket of the tube 4 has holes 8, the axes 9 intersect the axis 10 of the central channel and enclose an angle of about 90 ° with each other.
  • the intersection of the axes 9 with the axis 10 is located substantially in the plane of the mouth 1, so that here an intensive fragmentation of the jet and a sputtering can be achieved even with highly viscous sludges.
  • the circumference of the inner tube 4 may of course be provided a larger number of holes or openings, wherein the clear width c of the annular channel, ie the radius difference is greater than the inside diameter of the holes 8, so over the annulus 6 a correspondingly high amount a pressure medium without sensitive pressure losses directed to the central beam can come into effect.
  • An intensive atomization is ensured by the appropriate choice of the distance a of the openings of the shell of the mouth. This distance a should be about 50 to a maximum of 150% of the diameter b of the nozzle. An obstruction of the lance is probably when the diameter b is chosen to be larger than the maximum solid particle size.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Lanze zum Versprühen von pumpfähigen Schlämmen in Brennöfen, insbesondere Drehrohröfen für die Klinkerherstellung, wobei die Lanze einen zentralen Kanal für Schlämme und einen den zentralen Kanal umgebenden, an der Mündungsseite geschlossenen Ringkanal aufweist, und der Mantel des zentralen Kanals in Abstand von der Mündung Durchbrechungen bzw. Bohrungen aufweist, deren Achsen mit der Achse des zentralen Kanals einen spitzen Winkel einschließen, wobei alle Achsen der Bohrungen bzw. Durchbrechungen des Mantels des inneren Rohres einander in einem ge- meinsamen Punkt der Achse des zentralen Kanals schneiden.

Description

Einrichtung zum Versprühen von Schlämmen in Brennöfen
Die Erfindung bezieht, sich auf die Verwendung einer Lanze zum Versprühen von pumpfähigen Schlämmen in Brennöfen, insbesondere Drehrohröfen für die Klinkerherstellung.
Für den wirtschaftlichen Betrieb von Drehrohröfen, insbesondere für die Klinkerherstellung, gewinnt der Einsatz von alternativen Brennstoffen immer größere Bedeutung. Stückige alterna- tive Brennstoffe, wie beispielsweise Altreifen, können hierbei über Transportbänder und am Umfang des Drehrohrofens angeordnete Klappen bzw. Rutschen in den Ofen eingebracht werden. Bei stückigem Gut gestaltet sich die Dosierung dann einfach, wenn der Brennwert des alternativen Brennstoffs weitestgehend bekannt ist und die Dosierung durch einfaches Wiegen der jeweils einzusetzenden Menge erfolgt. Bedingt durch unterschiedliche Stückgutgrößen entstehen allerdings mehr oder minder ausgeprägte Unregelmäßigkeiten der jeweils pro Zeiteinheit eingebrachten Menge.
Alternative Brennstoffe können aber nun in besonders vorteilhafter Weise auch als pumpfähige Schlämme vorliegen. Das Einbringen derartiger Schlämme über Sprühdüsen hat allerdings zur Folge, dass derartige Sprühdüsen relativ rasch zu einem Verlegen und Verkleben führen und einem hohen Verschleiß unterworfen sind. Wenn mittels derartiger Einrichtungen alternative Brennstoffe in das Innere eines Drehrohrofens eingetragen werden sollen, ist darüber hinaus auch die Wahl des Materials auf entsprechend temperaturfeste Materialien beschränkt, wobei neben der Hitzebeständigkeit auch noch eine entsprechende mechanische Verschleißbeständigkeit gewährleistet sein muss.
Zerstäubungsvorrichtungen sind in den verschiedensten Ausbildungen bereits bekannt geworden. Beispielsweise zeigt die DE 27 33 131 eine Vorrichtung zum Zerstäuben von flüssigen oder teigigen Abfallstoffen in Verbrennungsöfen. Zu diesem Zweck ist im Wesentlichen vorgesehen, dass der der Verbrennung zuzu- führende Abfallstoff durch ein zentrales Rohr in Richtung einer Mündung geführt wird, wobei dieses zentrale Rohr von einem weiteren Rohr umgeben ist, in welchem ein gasförmiges Treibmittel unter Druck geführt wird, wobei der Ringraum zwischen dem zentralen Rohr und dem das zentrale Rohr umgebenden Rohr an der Mündung der Lanze durch einen angeschweißten Ring verschlossen ist und wobei das Innenrohr im Bereich des Dichtrings tangential gebohrte Öffnungen aufweist. Die Achsen der Öffnungen sind so ausgerichtet, dass sie den Strom des zu zer- stäubenden Abfallstoffs in Rotation versetzen.
Aus der GB 888,634 ist eine Lanze bekannt geworden, mit welcher oxidierende Gase, die ggf. Feststoffpartikel enthalten können, auf die Oberfläche von Metallbädern geblasen werden können. Auch hier ist ein zentrales Rohr vorgesehen, welches wieder von einem weiteren Rohr umgeben ist, wobei im Bereich der Mündung Durchbrechungen am Innenrohr vorgesehen sind, die eine Verbindung zwischen dem Ringraum zwischen Außen- und Innenrohr und dem inneren des Innenrohrs herstellen.
Die US 5,188,296 zeigt eine Lanze zum Zerstäuben von flüssigen, viskosen Massen, wobei auch hier ein von einem Außenrohr umgebenes Innenrohr zum Transport des zu zerstäubenden Materials vorgesehen ist und das Innenrohr mit dem Außenrohr über Bohrungen kommuniziert.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Verwendung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die verwendete Lanze sich durch eine besonders einfache Konstruktion und hohe Verschleißbeständigkeit bei gleichzeitig verringerter Verstopfungsneigung auszeichnet, mit welcher Schlämme mit unterschiedlichem Feststoffanteil ohne wesentliche Modifikation in einer Weise versprüht werden können, welche einen raschen Ausbrand von brennbaren Anteilen der Schlämme in Brennöfen gewähr- leistet. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im Wesentlichen darin, dass die Lanze einen zentralen Kanal für Schlämme und einen den zentralen Kanal umgebenden, an der Mündungsseite geschlossenen Ringkanal aufweist und dass der Mantel des zentralen Kanals in Abstand von der Mündung im Wesentlichen radiale Durchbrechungen bzw. Bohrungen aufweist, wobei alle Achsen der Bohrungen bzw. Durchbrechungen des Man- tels des inneren Rohres einander in einem gemeinsamen Punkt der Achse des zentralen Kanals schneiden.
Dadurch, dass eine einfache Lanzenkonstruktion gewählt wird, bei der eine gesonderte, und in der Regel auch einem hohen Ver- schleiß unterworfene Düse entfallen kann, gelingt es, Schlämme mit variablen Viskositäten ohne umfangreiche Modifikationen sicher einzubringen, wobei der zentrale Kanal einer derartigen Lanze lediglich so bemessen sein muss, dass ein Verklemmen von im Schlamm enthaltenen Feststoffen bzw. ein Verstopfen in der lichten Weite dieses mittleren Kanals mit Sicherheit vermieden wird. Aufwändige Umlenk- oder —leiteinrichtungen, wie sie bei Düsen üblicherweise vorgesehen sind, entfallen in diesem zentralen Kanal, sodass der sichere Transport des Schlammes zur Mündung gewährleistet ist. Dadurch, dass nun über einen den zentralen Kanal umgebenden Ringkanal Druckmedien eingebracht werden können, gelingt es durch Einbringen von Gasen und/oder flüssigen Medien an der Lanzenmündung die gewünschte Konsistenz sicherzustellen, wobei eine wesentlich radiale oder zur Achse geneigte Stellung der im Mantel des zentralen Kanals vorgesehenen Durchbrechungen eine entsprechende Strahlgestaltung, und insbesondere ein Sprühstrahl oder ein Zerstäuben in Abhängigkeit von der jeweiligen Konsistenz erzielt werden kann. Es wird somit insgesamt eine überaus einfach bauende Lanze gewählt, bei welcher lediglich der außenliegende Ringkanal durch eine Ringscheibe verschlossen ist. Das Material dieser Ringscheibe sowie der Lanze, insbesondere im Bereich der Mündung, kann entsprechend hochtemperaturstabil gewählt werden und ist selbst nur in äußerst geringem Maß mechanischem Verschleiß unterworfen, da ja die Schlämme über den zentralen Kanal ausgetragen werden. Die Achsen der Bohrungen bzw. Durchbrechungen im Mantel des zentralen Kanals sind nun bevorzugt so angeordnet, dass sie mit der Achse des zentralen Kanals einen spitzen Winkel einschließen, sodass hier zusätzlich noch eine gerichtete Kom- ponente zum Austragsende bzw. der Mündung der Lanze zur axialen Komponente strahlbildend hinzukommt. Der spitze Winkel erlaubt es im Bereich der Mündung die entsprechende Zerteilung des Strahles in entsprechend feinere Tröpfchen vorzunehmen, wobei die Ausbildung mit Vorteil so getroffen ist, dass der Schnittpunkt der Achsen im Bereich der Mündung der Lanze liegt. Prinzipiell können die Achsen der Durchbrechungen über die Achse des zentralen Kanals verteilt diese Achse des zentralen Kanals schneiden. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass alle Achsen der Bohrungen bzw. Durchbrechungen des Mantels des inneren Rohres einander in einem gemeinsamen Punkt der Achse des zentralen Kanals schneiden, wodurch eine intensive Strahlzerlegung und damit eine entsprechend intensive Strahlzerteilung bzw. Verdüsung erfolgt.
In besonders einfacher Weise kann die Ausbildung so getroffen sein, dass die Kanäle von konzentrischen Rohren gebildet sind, wobei vorzugsweise der von den Achsen der Durchbrechungen bzw. Bohrungen des Mantels eingeschlossene Winkel kleiner als 180°, insbesondere zwischen 75° und 90°, gewählt ist. Mit einer derartigen Bemessung lassen sich auch dick- bzw. zähflüssige Schlämme sicher zerteilen, wobei die für die Zerteilung erforderliche Energie, wie sie durch das Druckmedium im äußeren Kanal aufgebracht wird, dann mit hoher Sicherheit eingetragen werden kann, wenn die Ausbildung so getroffen wird, dass der Abstand (a) der Durchbrechungen (8) von der Düsenmündung 50 bis 150% des lichten Durchmessers (b) des zentralen Kanals beträgt. Eine derartige Ausbildung gewährleistet die sichere Zerteilung des Schlammes an der Durchmündung solange durch entsprechende Dimensionierung des freien Querschnittes der Druckfluidzufuhr relativ zur Größe der Durchbrechungen ein zu hoher Druckverlust vermieden wird. Die Erfindung bezieht sich im Speziellen aber auch auf die Verwendung einer derartigen Lanze für das Versprühen von pumpfähigen Schlämmen in Drehrohröfen für die Klinkerherstellung, da die gewählte Lanze in besonders geeigneter Form den Anfor- derungen an die Verschleißbeständigkeit und die Temperaturbeständigkeit entspricht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 die Mündung einer Lanze 2 bezeichnet. Die Lanze 2 verfügt über einen zentralen Kanal 3, welcher von einem Rohr 4 gebildet ist. Das Rohr 4 ist außen konzentrisch von einem weiteren Rohr 5 umgeben, sodass zwischen dem Außenmantel des Rohres 4 und dem Innenmantel des Rohres 5 ein Ringraum 6 ausgebildet ist, über welchen Druckmedium eingetragen werden kann. Der Ringraum 6 ist stirnseitig durch eine Ringscheibe 7 dicht geschlossen. Der Mantel des Rohres 4 weist Bohrungen 8 auf, deren Achsen 9 die Achse 10 des mittleren Kanals schneiden und einen Winkel von etwa 90° miteinander einschließen. Der Schnittpunkt der Achsen 9 mit der Achse 10 befindet sich im Wesentlichen in der Ebene der Mündung 1, sodass hier eine intensive Zerteilung des Strahls und ein Zerstäuben auch bei hochviskosen Schlämmen erzielt werden kann.
Über den Umfang des Innenrohrs 4 kann naturgemäß eine größere Anzahl von Bohrungen bzw. Durchbrechungen vorgesehen sein, wobei die lichte Weite c des Ringkanals, d.h. die Radiusdifferenz, größer ist als die lichte Weite der Bohrungen 8, sodass über den Ringraum 6 eine entsprechend hohe Menge eines Druckmediums ohne empfindliche Druckverluste auf den zentralen Strahl gerichtet zur Wirkung kommen kann. Eine intensive Zerstäubung ist durch die geeignete Wahl des Abstandes a der Durchbrechungen des Mantels von der Mündung gewährleistet. Dieser Abstand a soll etwa 50 bis maximal 150% des Durchmessers b der Düse betragen. Eine Verstopfung der Lanze ist un- wahrscheinlich wenn der Durchmesser b größer als die maximale Feststoffpartikelgröße gewählt wird.

Claims

Patentansprüche :
1. Verwendung einer Lanze zum Versprühen von pumpfähigen Schlämmen in Brennöfen, insbesondere Drehrohröfen für die Klinkerherstellung, wobei die Lanze einen zentralen Kanal (3) für Schlämme und einen den zentralen Kanal (3) umgebenden, an der Mündungsseite geschlossenen Ringkanal (6) aufweist und der Mantel des zentralen Kanals in Abstand von der Mündung im Wesentlichen radiale Durchbrechungen bzw. Bohrungen (8) aufweist, wobei alle Achsen (9) der Bohrungen bzw. Durchbrechungen (8) des Mantels des inneren Rohres (4) einander in einem gemeinsamen Punkt der Achse (10) des zentralen Kanals (3) schneiden.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt der Achsen (9) der Durchbrechungen bzw. Bohrungen (8) im Bereich der Mündung der Lanze liegt.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (3, 6) von konzentrischen Rohren (4, 5) gebildet sind.
4. Verwendung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Achsen (9) der Durchbrechungen bzw. Bohrungen (8) des Mantels eingeschlossene Winkel (α) kleiner als 180°, insbesondere zwischen 75° und 90°, gewählt ist.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) der Durchbrechungen (8) von der Düsenmündung 50 bis 150% des lichten Durchmessers (b) des zentralen Kanals (3) beträgt.
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