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Brennkammer zum Verbrennen von in flüssigen Medien enthaltenen oder feuchten feinkörnigen Substanzen oder von Rückständen oder feuchten
Brennstoffen
Es ist bereits bekannt, z. B. die bei der Zellstoffherstellung anfallende Ablauge mit Wasserdampf als Zerstäubungsmittel in eine Brennkammer einzudüsen und in einem Heissluft-Gegenstrom zu verbrennen. Der Ablauf und das Ergebnis der Verbrennung sind wegen der Reaktionsträgheit der Lauge sehr wesentlich vom Strömungsverlauf der Verbrennungsluft und des entstehenden Rauchgases abhängig. Diese Abhängigkeit wurde bei den bisherigen Konstruktionen nicht ausreichend berücksichtigt, so dass solche Brennkammern verbrennungstechnisch nur mässigen Ansprüchen genügen.
In den hiebei vorzugsweise prismatischen Feuerraum, aus dem das Rauchgas nach unten in den nachgeschalteten Zug abströmt, wird die Verbrennungsluft durch die Decke über 2 bis 4 zur
Vorderwand parallele Düsenreihen von oben her in zueinander parallelen Strahlen und die Lauge über mehrere durch die Vorderwand und die Seitenwände eingeführte Zerstäuberdüsen eingeblasen. Diese letzteren Düsen werden dabei derart angeordnet und ausgerichtet, dass sich bei ungehinderter kegelförmiger Ausbreitung der Einzelstrahlen eine annähernd gleichmässige Verteilung der zerstäubten Lauge über den Kammerquerschnitt in der Nähe der Kammerdecke ergeben wüde.
Da aber die ursprünglich parallelen Luftstrahlen in der Kammer zu einer oder mehreren ungleichmässig über den Kammerquerschnitt verteilten Luftsträhnen zusammenfliessen und zwischen diesen Strähnen heisses Rauchgas aus einem Gebiet fortgeschrittener Verbrennung zurückströmt, sind die von den einzelnen Tröpfchen der zerstäubten Lauge im Feuerraum zurückgelegten Wege und angetroffenen Zünd-und Verbrennungsbedingungen sehr unterschiedlich. So ist für den in eine Luftsträhne eingedüsten Laugenanteil eine verzögerte, bis in den nachgeschalteten Rauchgasabzug verschleppte Verbrennung zu erwarten, während der in einem heissen Rückstrom mitgeführte Laugenanteil innerhalb der Kammer vollständig ausbrennt.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese Unterschiede im Brennweg und die damit verknüpfte Unsicherheit in der Auslegung und Betriebsweise solcher Brennkammern zu vermeiden und eine Einrichtung zu schaffen, in der die Abmessungen des Feuerraums die Zusammensetzung und Menge der Brennstoffe und die Länge des Rückzirkulationswirbels so aufeinander abgestimmt sind, dass eine optimale Verbrennung erreicht wird.
Das Verfahren zum Verbrennen von in flüssigen Medien enthaltenen oder feuchten feinkörnigen Substanzen oder von Rückständen oder feuchten Brennstoffen in einer Brennkammer von rechteckigem Querschnitt und vorzugsweise prismatischem Längsschnitt in der das flüssige Medium bzw. der Brennstoff und die Verbrennungsluft im Gegenstrom geführt werden, besteht gemäss der Erfindung darin, dass die Verbrennungsluft über mindestens je eine Düsenreihe in der Kammerdecke beiderseits der mittleren Längsebene in an sich bekannter Weise schräg gegen die hiezu parallele Vorder- bzw.
Rückwand zuströmt und entlang dieser Wände abwärts strömt und einen doppelten Rückzirkulationswirbel erzeugt oder die Verbrennungsluft nur über eine oder mehrere gegen die Rückwand gerichtete Düsenreihen zuströmt und an dieser Wand abwärts strömt und einen einfachen
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Rückzirkulationswirbel erzeugt und dass das flüssige Medium oder die feuchte Substanz bzw. die
Rückstände oder der feuchte Brennstoff in das Rückstromgebiet zwischen den beiden Wandströmen der
Verbrennungsluft bzw. nahe der Vorderwand von unten her in die Kammer eingedüst wird. Auf diese
Weise wird in der Kammer eine Strömungsform mit ausgeprägtem räumlich fixiertem Rückstromgebiet durch die Anordnung der Luftdüsen herbeigeführt und die gesamte Lauge in dieses Gebiet eingedüst.
Eine solche Strömungsform ergibt sich z. B. bei der Luftzufuhr über zwei in der Kammerdecke symmetrisch zur mittleren Längsebene angeordnete Düsenreihen, wenn die austretenden Luftstrahlen unter einem Winkel von 5 bis 300 gegen die benachbarte Vorder- bzw. Rückwand gerichtet sind. Dabei erhält man an diesen Wänden je einen über die Kammerbreite gleichmässig verteilten Abwärtsstrom und zwischen diesen Wandströmen einen ausgedehnten Doppelwirbel mit einem zur Decke hin gerichteten mittleren Rückstrom heissen Verbrennungsgases. Es kann aber das Verfahren auch in der Weise durchgeführt werden, dass die Verbrennungsluft nur entlang der Rückwand abwärts und der heisse
Rückstrom mit der eingedüsten Lauge an der Vorderwand aufwärts geführt werden.
In beiden Fällen gelangt der Brennstoff erst in der Nähe der Feuerraumdecke in den Verbrennungsluftstrom. In dem vorgeschalteten Abschnitt wird der wässerige Anteil der Lauge verdampft und die verbleibende
Trockensubstanz gezündet. Nach dieser Aufbereitung des im Anfangszustand sehr reaktionsträgen
Brennstoffes ist für seine vollständige Verbrennung im Heissluftstrom nur ein verhältnismässig kurzer
Weg erforderlich.
Der Winkel der Luftdüsen zur Vorder- bzw. Rückwand beträgt 5 bis 30 und die Länge des doppelten bzw. einfachen Rückzirkulationswirbels ist mit diesem Winkel veränderbar. Es wurde festgestellt, dass bei einem Winkel der Luftdüsen zur Vorder- bzw. Rückwand von 10 der Rückzirkulationswirbel eine Länge entsprechend dem einfachen Abstand von Vorder- und Rückwand hat. Bei einem Winkel von 250 beträgt diese Länge das 1, 8-fache des Abstandes. Zwischenwerte lassen sich durch lineare Interpolation gewinnen. Bei Einstellwinkeln unterhalb von 5 ist bereits ein Umschlagen der Strömung in eine unsymmetrische oder nicht stabile Form zu erwarten. Einstellwinkel von über 300 sind unpraktisch, weil dann der Rückzirkulationswirbel schon wieder kürzer wird.
Die angegebenen Verhältnisse und Winkel gelten streng nur für die in den Fig. 3 und 4 skizzierten Brennkammerformen und für ein Verhältnis von Feuerraumquerschnitt zu Luftdüsenaustrittsquerschnitt von zirka 18. Bei sehr abweichender Form oder Querschnittsverhältnissen ist es sicher zweckmässig, diese Werte durch einen Modellversuch zu kontrollieren.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüsen zur Vorder- bzw. Rückwand im Bereich von 5 bis 300 schwenkbar angeordnet und die Länge des doppelten bzw. einfachen Rückzirkulationswirbels mit diesem einstellbaren Winkel veränderbar ist. Es wird weiterhin erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Länge des Rückzirkulationswirbels durch Vergrössern oder Verkleinern des Verhältnisses von Feuerraumquerschnittsflächen zu Luftdüsenquerschnittsflächen durch querschnittsbeeinflussende Einbauten (schwenkbare Leitbleche, Jalousien od. ähnl.) vergrösserbar oder verkleinerbar ist.
Weiterhin wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Richtung der aus den Düsen an der Kammerdecke, austretenden Verbrennungsluft durch bewegliche Leitelemente verstellbar ist.
Zur Erläuterung des Unterschiedes zwischen dem bisher bekannten und dem neuen Verfahren sind in Fig. 1 bis 5 die charakteristischen Düsenanordnungen und die damit erzielten Strömungsformen gegenübergestellt.
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Die Anordnung der Düsen in der zur Vorderwand parallelen Längsebene ist aus Fig. 2 ersichtlich.
Die parallel zu den Längswänden in die Brennkammer einmündenden Luftstrahlen fliessen gemäss dem Verlauf der eingezeichneten Stromlinien zu einer einzigen Strähne zusammen, die sich an die Vorderwand und an eine der beiden Seitenwände--8 oder 9--anlegt. In dem von dieser Strähne nicht erfassten Gebiet entsteht ein ausgedehnter Rückzirkulationswirbel mit einem vorzugsweise an der Rückwand-10-aufwärts gerichteten Rückstrom. In dieser unsymmetrischen Strömung sind die Anfangsbedingungen für den Reaktionsablauf der in den Rückstrom bzw. in die Luftsträhne eingedüsten Lauge extrem unterschiedlich.
Dabei brennt der unmittelbar in die Luftsträhne gelangende Laugenanteil wegen der verzögerten Zündung auch bei überhöhtem Luftüberschuss nicht vollständig oder erst in unzulässig grosser Entfernung stromabwärts der Brennkammer aus.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren sind die aus den Düsenreihen-3 und 4-austretenden Luftstrahlen nach Fig. 3 gegen die Rückwand-10-bzw. gegen die Vorderwand --2-- gerichtet.
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Dabei entsteht die dargestellte symmetrische Strömungsform mit dem mittleren, die eingedüste Lauge mitführenden Rückstrom, der im oberen Teil der Brennkammer in die an den Wänden abwärts fliessenden Teilströme der Verbrennungsluft einbezogen wird. Ausserdem hat die Schräglage der Luftdüsen zur Folge, dass sich die Einzelstrahlen an den Wänden in der zur Zwischenebene senkrechten Richtung ausbreiten und dadurch zu einem über die Wandbreite gleichmässig verteilten Strom zusammenfliessen. Dabei unterbleibt die bei wandparallelem Zustrom gemäss Fig. 2 auftretende Einschnürung der von einer Seitenwand abgelösten Abwärtsströmung.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit nur einer gegen die Rückwand-10-gerichteten Düsenreihe - -3--. Die Lauge wird hiebei in das an die Vorderwand angrenzende Rückstromgebiet eingedüst. Die Schräglage der Decke begünstigt den Rückstrom in der äusseren zum Mündungsbereich der Luftdüsen führenden Zone.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit einem zu kurzen Rückzirkulationswirbel.
Das Verfahren nach Fig. 3 und 4 eignet sich auch zum Verbrennen von feuchten feinkörnigen Substanzen, z. B. Kohleschlamm, die innerhalb des heissen Rückstroms getrocknet und gezündet und bei der Vermischung mit der vorgewärmten Luft verbrannt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennkammer mit rechteckigem Querschnitt und vorzugsweise prismatischem Längsschnitt zum Verbrennen von in flüssigen Medien enthaltenen oder feuchten feinkörnigen Substanzen oder von Rückständen oder feuchten Brennstoffen in der das flüssige Medium bzw. der Brennstoff und die Verbrennungsluft im Gegenstrom geführt werden und die Verbrennungsluft über mindestens je eine Düsenreihe in der Kammerdecke beiderseits der mittleren Längsebene schräg gegen die hiezu parallele Vorder- bzw.
Rückwand zuströmt, entlang, dieser Wände abwärts strömt und einen doppelten Rückzirkulationswirbel erzeugt und das flüssige Medium oder die feuchte Substanz bzw. die Rückstände oder der feuchte Brennstoff in das Rückstromgebiet zwischen den beiden Wandströmen der Verbrennungsluft bzw. nahe der Vorderwand von unten her in die Kammer eindüsbar ist,
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bis 300 schwenkbar angeordnet und die Länge des doppelten bzw. einfachen Rückzirkulationswirbels mit diesem einstellbaren Winkel veränderbar ist.
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