DE2410847C3

DE2410847C3 - Verwendung eines Ultraschallzerstäubers für die Zerstäubung von Schwefel

Info

Publication number: DE2410847C3
Application number: DE2410847A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 5030 Hermuelheim Kerner; Friedrich Dipl.- Ing. 5000 Koeln Mahler; Heinrich 5023 Loevenich Peters
Original assignee: DAVY INTERNATIONAL AG 6000 FRANKFURT
Current assignee: Davy McKee AG
Priority date: 1974-03-07
Filing date: 1974-03-07
Publication date: 1979-12-20
Also published as: SE405719B; JPS50125991A; SE7502164L; FI58318C; DE2410847A1; GB1496387A; JPS5837246B2; DE2410847B2; FR2263038B1; FI750460A; FR2263038A1; FI58318B

Description

Zur Herstellung SC>2-haltiger Gase sind verschiedene Verfahren bekannt. Erfolgt die SO2-Gaserzeugung durch Schwefelverbrennung, so wurden bisher bei Verwendung von Zerstäubungsdüsen für den flüssigen Schwefel Gase mit einem SO₂-Gehalt von 14 bis 15Vol.-%, in besonderen Fällen von maximal 16 bis 17Vol.-°/o, im praktischen Dauerbetrieb erreicht, obwohl bei Verbrennung von Schwefel mit Luft die theoretische SO₂-Konzentration im Gas bei 20,8 Vol.-% SO₂ liegt.

Bei Verwendung von Zerstäubungsdüsen, die mittels Flüssigkeitsdruck arbeiten, müssen zur Erreichung einer guten Zerstäubung Düsen mit kleinen Bohrungen verwendet werden, die den Nachteil haben, daß der Regelbereich der Dufehsatzleistung sehr gering ist, und leicht zu Verstopfungen neigen. Bei derartigen Düsen muß der Reinheitsgrad des Schwefels über 99,5% betragen; ferner zeigte der praktische Dauerbetrieb, daß zur Erreichung einer vollständigen Schwefelverbrennung die Mischung zwischen Luft und feinsten Schwefeltröpfchen ausschlaggebend ist. Es konnten im Dauerbetrieb keine extrem hohen Schwefel/Luft Verhältnisse gefahren werden, da bei geringfügigen Verstopfungen bzw. Lastminderungen der Verdüsungseffekt vermindert wird und somit die Voraussetzungen für eine vollständige Verbrennung des Schwefels nicht mehr gegeben sind. In derartigen Fällen traten in den der Schwefelverbrennung nachgeschalteten Anlageteilen Schwefelsublimatbildungen auf.

Bei Verwendung von mit gasförmigen Zerstäubungsmitteln betriebenen Zerstäubungseinrichtungen sfnd der Einfluß des Reinheitsgrades des Schwefels und die Lastschwankungen nicht von so großer Bedeutung. Als Zerstäubungsmittel kann man Niederdruckdampf oder komprimierte Luft verwenden. Werden trockene SOrGase für die Weiterverarbeitung benötigt, so ist ein

is erheblicher Aufwand erforderlich, da man auf Grund der Viskosität des flüssigen Schwefels, die bei etwa 150⁰C ihr Minimum hat, die getrocknete Luft auf etwa 200⁰C vorerhitzen und auf etwa 1 bis 3 atü komprimieren muß. Zur Zerstäubung werden hierbei etwa 0,5 bis 0,8 Nm³ Luft je 1 kg Schwefel je nach Vordruck und Tröpfchengröße benötigt Auch mit diesen Zerstäubungsdüsen wurden keine wesentlich höheren SO2-Gehalte in den Verbrennungsgasen erreicht, da die Zerstäubung nicht wesentlich besser ist als bei

Druckzerstäuberdüsen mit kleinen Bohrungen.

Aus der US-PS 24 81 620 ist die Zerstäubung eines flüssigen Brennstoffs/sit Hilfe des Magneiostriktionseffektes bekannt Durch elektromagnetische Schwingungen mittels zwei Spulen wird das an einem Ende eingespannte Rohr, durch das der flüssige Brennstoff der Düse zufließt, za mechanischen Ultraschallschwingungen in der Rohrlängsachse erregt Diese Schwingungen sind am Rohrende am stärksten und haben zur Folge, daß der Brennstoffstrahl in feine Tröpfchen zerrissen wird. Die Ultraschallenergie wird demnach unmittelbar von dem schwingenden Rohr auf das durchfließende öl übertragen. Die in einem Schwefelverbrennungsofen herrschenden hohen Temperaturen in Verbindung mit den Ultraschalfschwingungen vvürden langsam zu einer Zerstörung der Spulenwicklungen führen, durch welche die Düse und das Rohr zu Schwingungen erregt wird.

Die DE-PS 11 78 407 beschreibt die Verwendung eines von der Heizölzerstäubung bekannten Brenners zur Verbrennung von flüssigem Schwefel. Mit Hilfe dieses Brenners wird der flüssige Schwefel von einem mit hoher Drehzahl rotierenden Becher in Form feiner Tröpfchen abgeschleudert und dann in einem Luftstrom verbrannt Es handel: sich hierbei um einen mechanisehen Zerstäuber, dessen mechanisch bewegtes Teil den hohen Ofentemperaturen ausgesetzt ist

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Schwefel, der auch stark z. B. durch Feststoffe verunreinigt sein kann, bei Zulässigkeit größtmöglicher Belastungs-

Schwankungen so fein zu zerstäuben, daß bei hohen Schwefel/Luft-Verhältnissen im Dauerbetrieb eine

vollständige Verbrennung des Schwefels gewährleistet

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch

die Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, beste' hend aus einem beheizten Zuführungskanal für das zu zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung des Zuführungskanals angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer, einer Leitung für die Zuführung des Betriebsmittels und einem Umlenkkörper für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes aus der Leitung in die Resonanzkammer, für die Zerstäubung von flüssigem Schwefel in

Schwefelverbrennungsöfen,

Derartige mit einem Ultraschallgenerator arbeitende Zerstäuber sind bei Ultraschallölbrennern an sich bekannt und wurden für die Zerstäubung von Abfallschwefelsäure von der Anmelderin vorgeschlagen. Es wurde nun gefunden, daß ein Ultraschallzerstäuber bei der Schwefelzerstäubung die genannten Aufgaben erfüllt, die von den bisher verwendeten Schwefelzerstäuberdüsen in ihrer Gesamtheit nicht vereint werden konnten. Durch Versuche wurde bestätigt, daß trotz der bekanntermaßen grundverschiedenen technischen Voraussetzungen bei der Verbrennung von Heizöl einerseits und Schwefel andererseits bei Verwendung einer modifizierten Ultraschallbrennerdüse in Schwefelverbrennungsgasen extrem hohe SQrGehalte von über 19 VoI.-% bei vollständiger Verbrennung erreicht werden können.

Zur Zerstäubung von 1 kg Schwefel werden 0,07 bis 0,40, vorzugsweise 0,1 bis 03 Nm³ trockene Luft mit einem Druck von etwa 0,5 bis 1,0 atü benötigt Der Regelbereich erstreckt sich von 10 bis 100% der Vollast, wobei die Zerstäubungsqualität und damit auch die Verbrennungsdaten im wesentlichen unverändert bleiben. Der flüssige Schwefel wird dem Zuführungskanal mit geringem Überdruck zugeleitet, so daß er die Austrittsöffnung etwa drucklos verläßt Die kleinste lichte Weite des Schwefelzuführungskanals beträgt 3 bis 9 mm, so daß selbst stark mit Feststoffen verunreinigter Schwefel verarbeitet werden kann. Bei diesen Betriebsbedingungen der Schallzerstäuberdüse, die mit einer Schallfrequenz von mindestens 3000 Hz arbeitet, wird der flüssige Schwefel so fein zerstäubt und mit dem Treibgas und Sekundärluft so intensiv vermischt, daß auch bei 19Vol.-°/o SO2 im Verbrennungsgas und darüber eine vollständige Verbrennung gewährleistet ist

Die Frequenz des Ultraschallfeldes liegt zweckmäßigerweise zwischen 3 und 1000 kHz, insbesondere zwischen 20 und 100 kHz. Durch die Zerstäubung entstehen Schwefeltröpfchen im Bereich zwischen 10~³ und2 · 10-' mm.

Für den Betrieb des Ultraschallgenerators wird nur ein Bruchteil der Luftmenge benötigt, die zur Zerstäubung der gleichen Menge Schwefel in der Luft-Zerstäuberdüse erforderlich ist Das Betriebsmittel strömt mit sehr hoher Geschwindigkeit längs der Umkehrkörpen, in die vorzugsweise ringförmige Resonanzkammer und wird dort zu Ultraschallschwingungen angeregt Die energiereichen Schallwellen werden gebündelt auf den zu zerstäubenden Schwefelstrahl geleitet, der unter deren Einwirkung sehr fein zerteilt wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht in der Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, bestehend aus einem beheizten Zuführungskanal für das zu zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung des Zuführungskanals angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer, einer Leitung für die Zuführung des Betriebsmittels und einem Umlenkkörper für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes aus der Leitung in die Resonanzkammer, wobei die Austrittsöffnung des Zuführungskanals zentral im Ultraschallgenerator, insbesondere axial im Umlenkkörper angeordnet ist für die Zerstäubung von flüssigem Schwefel in Schwefelverbrennungsöfen.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist die Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, bestehend aus einem beheizten Zuführungskanal für das zu zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung des Zuführungskanals angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer, einer Leitung für die Zuführung des Betriebsmittels un4 einem Umlenkkörper für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes aus der Leitung in die Resonanzkammer, wobei ein Außenrohr und ein in dem Außenrohr axial verstellbares Innenrohr vorgesehen sind und sich der Zuführungskanal im Innenrohr oder im Ringraum zwischen Außen- und Innenrohr befindet, für die Zerstäubung von flüssigem Schwefel in Schwefelverbrennungsöfen.

Die Wandung des Zuführungskanals für den flüssigen Schwefel kann als mit Dampf beheizbarar Doppelmantel ausgebildet sein. Durch die Dampfbeheizung wird gewährleistet, daß der Schwefel mit einer Temperatur von etwa 140 bis 160"C, insbesondere mit etwa 150⁰C, die Zerstäuberdüse verläßt Eine andere Beheizung, insbesondere eine elektrische Beheizung des Schwefelzuführungskanals ist ebenfalls möglich.

Der Ultraichallzerstäuber kann in der Stirnwand des Schwefelverbrennungsofens angeorcciwt sein, die Sekundärluftstutzen können am Ofenmantti angeordnet sein, und in einem Abstand des 1- bis 7-fachen, insbesondere des 1,5- bis 3-fachen Ofen Ofendurchmesser von der Stirnwand entfernt kann eine Feuerraumverengu'ig eingezogen sein. Der Verbrennungsofen hat im allgemeinen zylindrische Form und ist vorzugsweise horizontal angeordnet Zweckmäßigerweise befindet sich der Ultraschallzerstäuber mittig in der Ofenstirnwand und sind die Sekundärluftstutzen nahe der Ofenstirnwand tangential gerichtet angeordnet Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Ultraschallzerstäubers und der Feuerraumverengung bildet sich im Ofenraum axial eine Strömung von der Feuerraumverengung zur Ofenstirnwand und am Umfang des Ofenraumes eine von der Stirnwand zur Verengung gerichtete Gasströmung aus. Hierdurch wird die vollständige Verbrennung des Schwefels in einem vergleichsweise kleinen Ofenvolumen erzielt wodurch sich eine Verringerung der Ofendimension im Vergleich zu üblichen Verbrennungsofen ergibt.

Anhand der nachstehenden Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäß verwendete Ultraschall-Zerstäuberdüse,

F i g. 2 einen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäß verwendeten Ultraschall-Zerstäuberdüse und
F i g. 3 einen Axialschnitt durch den Schwefelverbrennungsofen in schematischer Darstellungsweise.

Nach F i g. 1 besteht die Zerstäuberdüse aus einem dampfbeheizten Innenrohr 1 mit dem am vorderen Ende angeordneten Umkehrkcrper 2 und einem dampfbeheizten Außenrohr 4, an dessen verstärktem Ende sich der Resonanzkammerkopf 5 befindet Das Innenrohr 1 wird mittels eines mit Bohrungen 3a versehenen Halteringes 3 gegenüber dem Außenrohr 4 geführt Die Zuführung des Betriebsmittels über die Ultraschallerzeugung erfolgt durch den Ringkanal 6 zu der Umlenkfläche 2b in die Resonanzkammer 5a. Der zu zerstäubende flüssige Schwefel wird durch die zentrale Bohrung 7 des dampfbeheizten Innenrohres I zugeführt und tritt drucklos an der Austrittsöffnung 2a des Umlenkkörpers 2 in das von der Resonanzkammer 5a erzeugte UltraschallNd ein.

Nach Fig.2 besteht die Zerstäuberdüse aus einem dampfbeheizten Außenrohr 4, in dem sich das dampfbeheizte Innenrohr 1 mit dem am vorderen Ende

angeordneten Resonanzkammerkopf 5 befindet. Das Innenrohr 1 wird mittels eines mit Bohrungen 3a versehenen Halteringes 3 gegenüber dem Außenrohr 4 geführt und kann mittels Verstellschraube im Außenrohr 4 verschoben werden. Der Resonanzkammerkopf 5 enthält die Resonanzkammer 5a, die mit der Umlenkfläche 2b des Umkehrkörpers 2 zusammenwirkt. Der Umkehrkörper 2 hat einen zentralen Schaft, der durch Gewinde 2fin die Halterung 2ceingeschraubt ist, die mit Bohrungen 2d versehen ist. Der Umkehrkörper 2 ist durch das Gewinde 2/Ίη der Halterung 2c und damit gegenüber der Resonanzkammer 5a verstellbar.

Das Betriebsmittel zur Ultraschallcrzeugung wird durch die zentrale Bohrung 6 zugeführt und gelangt längs der Umkehrfläche 2b in die Resonanzkammer 5a. Der zu zerstäubende flüssige Schwefel wird durch den Ringkanal 7, die Bohrungen 3a und die als Ringspalt ausgebildete Austrittsöffnung 2a in das von der Resonanzkammer 5a erzeugte Ultraschallfeld geleitet.

F i g. 3 zeigt einen horizontalen Schwefelverbrennungsofen 11, an dessen Stirnwand 11a zentral eine Ultraschall-Zerstäuberlanze 12 angebaut ist. Die Zerstäuberlanze ist mit Zuführungsstutzen 12a bzw. 12ü für Luft und Schwefel sowie mit Zu- und Abführungsstutzen für Heizdampf 12c bzw. i2d versehen. In dem Ofenmantel lidsind nahe der Stirnwand 11a tangentia-Ie Sekundärluftstutzen 13 angeordnet. Im Ofenraum ist ein Einschnürungsring lic in einem Abstand von der Stirnwand 11a eingesetzt, der dem 2,5-fachen Ofenraumdurchmesser entspricht.

Die Sekundärluft erzeugt eine tangential^ gegen den Einschnürungsring lic gerichtete Strömung, die eine rückzirkulierende Gasströmung mit hoher Turbulenz hervorruft. Der von dem Ultraschallzerstäuber 12 gebildete Schwefelnebel wird mit den rückzirkulierenden Gasen verdampft und verbrannt. In dem Ofenraum Hd hinter dem Einschnürungsring lic erfolgt die Nachverbrennung eventuell noch vorhandener Schwefeldämpfe, die sich beim Durchtritt durch den Einschnürungsring lic mit Verbrennungsluft intensiv vermischt haben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

I. Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, bestehend ws einem beheizten Zuführungskanal (7) für das zu zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung des Zuführungskanals (7) angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer (5*), einer Leitung (6) für die Zuführung des Betriebsmittels und einem Umlenkkörper (2) für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes aus der Leitung (6) in die Resonanzkammer (5»), für die Zerstäubung von flüssigem Schwefel in Schwefelverbrennungsöfen.

Z Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, bestehend aus einem beheizten Zuführungskanal (7) für das zu zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung des Zuführungskanals (7) angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer (5^a), einer Leitung (6) für die Zuführung des Betriebsmittels und einem Umlenkkörper (2) für die Umlenkung des Betriebsmittelstromes aus der Leitung (6) in die Resonanzkammer (5"), wobei die Austrittsöffnung (2') des Zuführungskanals (7) zentral im Ultraschallgenerator, insbesondere axial im Umlenkkörper (2) angeordnet ist, für die Zerstäubung von flüssigem Schwefel in Schwefelverbrennungsöfen.

3. Verwendung eines Ultraschallzerstäubers, bestehend aus einem beheizten Zuführungskanal (7) für das zu zerstäubende Medium und einem nahe der Mündung des Zuführungskanals (7) angeordneten Ultraschallgenerator mit einer ringförmigen Resonanzkammer (5^J), einer L eitungeO) für die Zuführung des Betriebsmittels und eir.em Umlenkkörper (2) für die Umlenkung des Betriebsmiti-istromes aus der Leitung (6) in die Resonanzkammer (5'), wobei ein Außenrohr (4) und ein in dem Außenrohr axial verstellbares Innenrohr (1) vorgesehen sind und sich der Zuführungskanal (7) im Innenrohr (1) oder im Ringraum zwischen Außen- und Innenrohr befindet, für die Zerstäubung von flüssigem Schwefel in Schwefelverbrennungsöfen.