DE19806823A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Verbrennung vanadiumhaltiger Brennstoffe - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Verbrennung vanadiumhaltiger BrennstoffeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung
vanadiumhaltiger Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des An
spruchs 1 und ein Verfahren zur Verbrennung vanadiumhalti
ger Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Vanadiumhaltige Brennstoffe fallen als Rückstände bei der
Erdölverarbeitung an. Diese Rückstände werden in Feuerungs
anlagen verbrannt, wobei Vanadium und Verbindungen davon
sowie andere wiederverwertbare Bestandteile der Rückstände
als Schlacke und Asche anfallen, die vorteilhafterweise
weiter aufbereitet werden können. Gleichzeitig kann die bei
der Verbrennung freiwerdende Wärme rückgewonnen werden.
Bei dieser Verbrennung wird in der Regel ein vanadiumhalti
ges Brennstaub-Luftgemisch sowie Verbrennungsluft einer Ro
tationsbrennkammer über Zuführungen aufgegeben. Hierbei hat
sich gezeigt, daß bei den fahrbaren Feuerraumtemperaturen
spontan flüssige Schlacke gebildet wird, welche zu nachtei
ligen Schlackenanbackungen im Bereich der Zuführdüsen des
Brennstaub-Luftgemisches und der Verbrennungsluft führen.
Auch wurde festgestellt, daß die Bildung der flüssigen
Schlacke offensichtlich durch mineralischen Bestandteile
des Brennstoffs wie V, Ni, Fe etc. bedingt ist und durch
Änderung der Verfahrensparameter wenig oder nicht verhin
dert werden kann.
Ausgehend von diesen Problemen liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, die überraschend hohe Reakti
vität von vanadiumhaltigen Erdölvergasungsrückständen zur
Aufbereitung und Gewinnung von Vanadium zu nutzen und eine
Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verbrennung vanadium
haltiger Brennstoffe zu schaffen, welche eine besonders ef
fiziente Rückgewinnung von Vanadium und eine Heißgaserzeu
gung ermöglichen.
Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch
die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.
Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrich
tung und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen bean
sprucht.
Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden,
die überraschenderweise außerordentlich schnelle Zündung
und kurze Ausbrandzeit vanadiumhaltiger Brennstoffe, was auf
eine katalytische Wirkung der metallischen Bestandteile
bzw. von Vanadium-Oxiden zurückgeführt wird, für die Ver
brennung der Rückstände und Rückgewinnung des Vanadiums aus
den Erdölvergasungsrückständen in einer Staubfeuerung zu
nutzen.
Zur Vermeidung der nachteiligen Verschlackung der Zuführ
düsen, insbesondere des Brennstaub-Luftgemisches, ist gemäß
einer "ersten" Vorrichtungsvariante vorgesehen, den Staub
brenner als Kopfbrenner mit einer kegelstumpfartigen
Deckelwand auszubilden und in der Decke außermittig eine vor
gebbare Anzahl Staubdüsen, welche lanzenartig ausgebildet
sind, anzuordnen. Über diese Staubdüsen wird der Brennstaub
auf Sekanten unter einem vorgebbaren Winkel zur Längsachse
der Brennkammer in die feuerfest ausgekleidete Brennkammer
eingeblasen. Direkt nach dem Austritt aus den Staubdüsen
wird keine Sekundär-Verbrennungsluft zugeführt, weshalb es
zu nahstöchiometrischen bis stark unterstöchiometrischen
Verhältnissen in dieser ersten Verbrennungszone, z. B. mit
λ = 0,2 bis 1,0, kommt.
Die Anordnung der Staubdüsen bzw. Staublanzen im Deckel der
Brennkammer verhindert bei dieser Variante ein Zusetzen der
Düsen mit Schlacke. Es ist vorteilhaft, daß die Staubaus
trittsgeschwindigkeit zur Änderung der Zündfront des Stau
bes in einem vorgebbaren Abstand zur Düse verändert werden
kann. Zweckmäßigerweise betragen die Geschwindigkeiten des
zugeführten Brennstaubs zwischen 10 und 45 m/sec, vorzugs
weise 20 m/sec.
In Versuchen wurde festgestellt, daß die Reaktivität des
vanadiumhaltigen Brennstoffes maßgeblich vom Vanadium- und
Sauerstoffgehalt der Rückstände abhängig ist. Bei einem ge
ringeren Vanadium- und Sauerstoffgehalt ist es vorteilhaft,
die langsamere Reaktionsgeschwindigkeit durch eine bessere
Vermischung des Brennstaubs und der Luft zu kompensieren.
Vorrichtungsmäßig kann eine derartige Vermischung durch
Drall-Einrichtungen in dem vorzugsweise ringförmigen Ver
brennungsluftkanal des Kopfbrenners bzw. Deckenbrenners
realisiert werden.
Zur Zuführung von Sekundärluft in die Brennkammer kann eine
gestufte Luftzuführung über mehrere, vorzugsweise über zwei
Luftdüsen, vorgesehen sein. Speziell geformte Klappen in
den Luftdüsen ermöglichen eine Veränderung der Austrittsge
schwindigkeit der Verbrennungsluft bei unterschiedlichen
Massenströmen. Auf diese Weise kann das Asche-/Schlacke
verhältnis variiert werden. Außerdem wirkt sich die Aus
trittsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft auf den Ausbrand
aus, so daß über die Austrittsgeschwindigkeit der Verbren
nungsluft auch der Ausbrand gesteuert werden kann.
Gemäß einer "zweiten" Vorrichtungsvariante wird ebenfalls
ein Kopfbrenner in einer Decke oder einem Deckel eines
Brennraums angeordnet. Der Brennraum kann in der ersten und
zweiten Vorrichtungs- und Verfahrensvariante in einer aus
gemauerten Brennkammer ausgebildet sein. Der Kopfbrenner
wird dann in einer Decke der feuerfest ausgekleideten
Brennkammer angeordnet.
Der Kopfbrenner kann auch als Sturz- oder Deckenbrenner be
zeichnet werden.
Es ist vorteilhaft, daß die feuerfeste Auskleidung der zy
lindrischen Brennkammer als Zündhilfe und ein Doppelmantel
zur Vorwärmung von Verbrennungsluft dient. Die Verbrennung
wird innerhalb eines kleinen Brennkammervolumens weitgehend
abgeschlossen, so daß ein Abhitzekessel, welcher der feuer
fest ausgekleideten Brennkammer nachgeschaltet ist, ein ge
ringeres Volumen aufweisen kann, als wenn keine ausgemauer
te Brennkammer zur Verfügung stehen würde. Die bei dieser
Lösung erreichbaren investitionstechnischen Vorteile sind
daher offenkundig.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Kopfbrenner einen Start
brenner aufweist, der vorzugsweise mit Gas oder Öl betrie
ben wird und ein Ringspalt für das vanadiumhaltige Brenn
staub-Luftgemisch konzentrisch um den Startbrenner angeord
net ist.
Die Verbrennung mit einem Kopfbrenner in einer feuerfest
ausgekleideten Brennkammer wird bei Temperaturen im Bereich
von 1100°C bis 1650°C, vorzugsweise bei 1200°C
durchgeführt. Hierbei wurde festgestellt, daß die vanadium
haltigen Rückstände in einem sicheren Abstand vor dem Kopf
brenner zünden und, begünstigt durch die feuerfesten Wände
der ausgemauerten Brennkammer, ein Volumen höchster Ver
brennungsintensität gebildet wird. Dadurch kann ein nahezu
vollständiger und schneller Abbrand des Brennstoffs er
reicht werden, was sich anlagentechnisch vorteilhaft auf
das Nachreaktionsvolumen eines ersten Zuges eines nachge
schalteten Abhitzekessels auswirkt. Das bei der Verbrennung
gebildete Rauchgas und die flüssigen Schlacken gelangen in
den Abhitzekessel, in welchem die Schlacke auf Temperaturen
unterhalb der Erstarrungstemperatur von etwa 800 bis
900°C abgekühlt wird und vorteilhafterweise größten
teils als feinster Staub mit dem Rauchgas ausgetragen wer
den kann.
Für den Fall, daß Schlacke anfällt, ist es zweckmäßig, den
Abhitzekessel, insbesondere den ersten Zug, mit einem
Schlackenaustrag zu versehen, so daß an den feuerfesten
Wänden der Brennkammer niedergeschlagene Schlacketröpfchen,
welche in den Abhitzekessel fallen, ausgetragen werden
können.
In einer "dritten" Vorrichtungsvariante ist ein Brennraum
mit vorgeschaltetem Kopfbrenner in einem Abhitzekessel an
geordnet. Der Kopfbrenner ist in der Decke des ersten Zuges
des Abhitzekessels eingebaut. Eine Zündhilfe braucht bei
dieser Vorrichtungs- und Verfahrensvariante nicht zur
Verfügung zu stehen. Es ist deshalb verfahrensmäßig vorge
sehen, den Kopfbrenner zur Erzielung höherer Verbrennungs
temperaturen mit geringerem Luftüberschuß zu fahren. Der
Luftüberschuß bewegt sich im Bereich von λ = 1,05 bis
1,4, vorzugsweise bei λ = 1,1. Wenn die Verbrennung bei
Temperaturen von 1600 bis 1800°C durchgeführt wird,
kann hierbei ein guter Ausbrand erreicht werden.
Falls sich keine stabile Flamme bilden sollte, ist es von
Vorteil, den zentral angeordneten Startbrenner mit geringe
rer Last als Stützbrenner zu verwenden.
Aufgrund der hohen Verbrennungstemperaturen entsteht bei
dieser Vorrichtungsvariante ebenfalls flüssige Schlacke.
Die Schlackentröpfchen werden in dem Rauchgas fein verteilt
und erkalten im Flugstrom durch einen Strahlungswärmeaus
tausch mit den Begrenzungswänden des Abhitzekessels. Das
vanadiumhaltige Brenngut wird somit nahezu vollständig als
staubförmige Schlacke ausgetragen. Eine Abführung von er
starrten Schlacken, welche in der Regel aufwendig ist, kann
daher entfallen.
Zweckmäßigerweise wird rezirkuliertes Rauchgas über Düsen
in der Kesseldecke und konzentrisch zum Decken- bzw. Sturz
brenner senkrecht eingedüst. Schlackentröpfchen an den Wän
den des Abhitzekessels werden durch das eingedüste rezirku
lierte Rauchgas abgewiesen und Anbackungen an den Wänden
des Abhitzekessels verhindert. Vor Eintritt in Rohrbündel,
welche insbesondere in einem dritten Zug des Abhitzekessels
angeordnet sind, wird das Rauchgas und die darin enthaltenen
Schlackebestandteile auf unter 500°C abgekühlt, um eine
Korrosion, insbesondere aufgrund von Vanadiumoxiden, spe
ziell von Vanadiumpentoxid, zu vermeiden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung wei
ter erläutert; in dieser zeigen in einer stark schemati
sierten Darstellung:
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine "erste" Va
riante einer Brennkammer und eines Kopfbrenners
mit kegelstumpfartig ausgeführtem Deckel und
Staublanzen nach Linie A-A gemäß Fig. 2;
Fig. 2 eine teilgeschnittene Draufsicht auf die Brenn
kammer gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine "zweite"
Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer Brennkammer, einem Kopfbrenner und
einem nachgeschalteten Abhitzekessel (aus
schnittsweise dargestellt);
Fig. 4 eine Draufsicht nach Pfeil IV gemäß Fig. 3;
Fig. 5 eine schematisierte Darstellung eines Abhitze
kessels;
Fig. 6 eine "dritte" Variante mit einem Kopfbrenner in
der Decke eines Abhitzekessels ohne Ausmaue
rung;
Fig. 7 eine Draufsicht nach Pfeil VII gemäß Fig. 6,
und
Fig. 8 einen vertikalen Schnitt durch eine Modifikation
einer Vorrichtung nach Fig. 3.
Eine "erste" Variante der Vorrichtung zur Verbrennung vana
diumhaltiger Brennstoffe gemäß Fig. 1 zeigt eine Brennkam
mer 4 mit einem kegelstumpfartig ausgeführten Deckel oder
einer Decke 14, einen Startbrenner 3, eine Staublanze 5,
die in einer geneigten Deckenwand 15
angeordnet ist. Im unteren Bereich ist ein Rauchgasaustritt
13 vorhanden. Die Brennkammer 4 weist eine feuerfeste Aus
kleidung 22 und einen Doppelmantel 23 auf, in welchem Ver
brennungsluft vorgewärmt wird. Der ausgemauerte Doppelman
tel dient als Zündhilfe.
Fig. 1 und Fig. 2 verdeutlichen, daß die Staublanze 5
durch ihre Anordnung eine Einblasung von vanadiumhaltigem
Brennstaub-Luftgemisch auf einer Sekante 33 ermöglicht,
welche in einem Winkel von etwa 50° zu einer Längsachse
24 ausgebildet ist. In der Brennkammer 4 sind zwei Luft
düsen 30 angeordnet, durch welche Sekundärluft tangential
zugeführt wird. Aus der Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 2
geht hervor, daß vor den zwei untereinander angeordneten
Luftdüsen 30 Abweisernasen 36 ausgebildet sind, in deren
Bereich Wasserrohre 34 verlaufen. Im Bereich der Luftdüsen
30 sind Klappen 31 zur Beeinflussung der Luftzuführung an
geordnet.
Die in einem Brennraum 9 der Brennkammer 4 gebildeten
Schlacken und Rauchgase werden über den Rauchgasaustritt 13
einem nachgeschalteten Abhitzekessel 6 zugeführt (siehe
Fig. 5).
Fig. 3 und 4 zeigen eine "zweite" Variante einer Vorrich
tung mit feuerfest ausgekleideter Brennkammer 4 mit einem
Brennraum 9 und einer Decke 14 mit einem Kopfbrenner 2 als
Staubbrenner.
Die Brennkammer 4 ist im Bereich ihrer Austrittsöffnung 19
für Schlackentröpfchen und Rauchgas auf einem Deckel bzw.
einer Decke 16 eines Abhitzekessels 6 angeordnet. Der Kopf
brenner 2 weist einen mittig angeordneten Startbrenner 3
sowie eine ringförmige Düse 17 für Verbrennungsluft 7 und
eine innere ringförmige Düse 18 auf, wobei der Düse 18 über
eine Zuführung 8 das Brennstaub-Luftgemisch zugeführt wird.
In der äußeren ringförmigen Düse 17 für die in einem Dop
pelmantel 23 vorgewärmte Verbrennungsluft 7 ist eine Ein
richtung 12 angeordnet, welche zu einer stärkeren oder
minderen Vermischung und Drallbildung zwischen Luft und
Brennstoff in Abhängigkeit von dem Vanadium- und Sauer
stoffgehalt des Brennstoff eingestellt werden kann. Der
Deckel 14 der Brennkammer 4 ist in diesem Ausführungsbei
spiel flach ausgebildet und weist Flammenwächter 29 auf.
Der Kopfbrenner 2 gemäß Fig. 3 führt zu einer außerordent
lich schnellen Zündung des Brennstoff-Luftgemisches und zu
kurzen Ausbrandzeiten. Die Verbrennung wird innerhalb des
Brennraums 9, welcher ein relativ kleines Volumen aufweist,
weitgehend abgeschlossen, und auch der Nachreaktionsraum
des Abhitzekessels 6 kann ein relativ geringes Volumen auf
weisen.
Fig. 5 zeigt einen Abhitzekessel 6 mit einem ersten, zweit
en und dritten Zug 6.1, 6.2 und 6.3. Die Decke 16 des Ab
hitzekessels 6 ist in Fig. 5 nur angedeutet. In den ersten
Zug 6.1 des Abhitzekessels 6 gelangt ein Gemisch von Rauch
gas und Schlacketröpfchen über die Austrittsöffnung 19
(siehe Fig. 3). Um zu verhindern, daß die Schlacke sich an
Begrenzungswänden 27 des Abhitzekessels 6 niederschlägt und
zu festen Anbackungen führt, wird über Düsen 26, welche
gemäß Fig. 3 konzentrisch um die Austrittsöffnung 19 im
Deckel 16 des Abhitzekessels 6 ausgebildet sind, rezirku
liertes Rauchgas eingeblasen. Das rezirkulierte Rauchgas
schützt die Wände des Abhitzekessels 6 vor Schlackeabset
zungen. Die kreisförmige konzentrische Anordnung der Düsen
26 geht auch aus Fig. 4 hervor. Im unteren Bereich des er
sten Zuges 6.1 ist eine Austragsöffnung 21 für die Ent
aschung bzw. den Schlackeaustrag vorgesehen.
Der Abhitzekessel 6 weist Rohre im ersten und zweiten Zug
6.1 und 6.2 auf und arbeitet nach dem Niederdruck-Verdampf
system. Im dritten Zug 6.3 sind Rohrbündel 38 und bodensei
tig eine Austragsöffnung 32 für mit Schlackenasche belade
nes Rauchgas angeordnet.
Fig. 6 und 7 zeigen eine "dritte" Vorrichtungsvariante, bei
welcher ein Kopf- bzw. Deckenbrenner 2 in der Decke 16 eines
Abhitzekessels 6 angeordnet ist. Der Deckenbrenner 2 ist
mittig in der Decke 16 oberhalb des ersten Zuges 6.1 des
Abhitzekessels angeordnet. Der Deckenbrenner 2 weist einen
mittig angeordneten Startbrenner 3 auf. Das Brennstaub-Luft
gemisch wird über die Zuführung 8 und eine ringförmige Düse
18 in einen Brennraum 9 im Bereich des ersten Zuges 6.1
eingeblasen. Der Deckenbrenner 2 entspricht bis auf die Zu
führung vorgewärmter Verbrennungsluft 7 dem Deckenbrenner
gemäß Fig. 3. Der Deckenbrenner 2 wird jedoch mit einem ge
ringeren Luftüberschuß gefahren, um höhere Verbrennungstem
peraturen von ca. 1600 bis 1800°C und ebenfalls einen
guten Ausbrand zu erreichen.
Bei der Verbrennung im Brennraum 9 des ersten Zugs 6.1 des
Abhitzekessels 6 entsteht Rauchgas und aufgrund der hohen
Verbrennungstemperaturen zunächst flüssige Schlacke. Diese
befindet sich als fein verteilte Tröpfchen im Rauchgas und
erkaltet durch Strahlungswärmeaustausch mit Membranwänden
bzw. Begrenzungswänden 27 des Abhitzekessels 6. Auf diese
Weise wird die Schlacke staubförmig mit dem Rauchgas ausge
tragen. Eine Abführung fester Schlacke ist nicht erforder
lich. Die Begrenzungswände 27 werden im Prinzip von durch
strömten Rohren gebildet, die in entsprechenden Sammlern 35
zusammengeführt sind.
Um Anbackungen zu verhindern, wird rezirkuliertes Rauchgas
über einen Ringkanal 28 (Fig. 3) und in der Kesseldecke 16
angeordnete Düsen 26 eingeblasen. Die Schlacketröpfchen
werden dadurch von den Wänden des Abhitzekessels 6 abgewie
sen. In dem Abhitzekessel 6 erfolgt eine Abkühlung von
Rauchgas und Schlacketröpfchen auf < 500°C.
Indem nach der "dritten" Verfahrens- und Vorrichtungsva
riante gemäß Fig. 6 und 7 keine feuerfest ausgemauerte
Brennkammer mehr erforderlich ist, entstehen erhebliche
Vorteile. So wird wegen der geringen Speichermasse der
Feuerung im ersten Zug 6.1 ein schnelles An- und Abfahren
möglich. Es wird keine lange Aufheizzeit benötigt. Die Vor
richtung kann ohne lange Nachkühlzeit außer Betrieb gesetzt
werden. Bei Notabschaltungen müssen keine thermischen Schä
den durch fehlende Kühlung befürchtet werden. Die Brenner
last kann sehr schnell geändert werden. Brennereinstell
versuche können rasch und zügig durchgeführt werden. Be
harrungszeiten sind kurz und erlauben einen schnellen Ab
schluß der Einstellarbeiten. Der gesamte Aufbau der Vor
richtung ist erheblich vereinfacht, was sich kostendämpfend
auswirkt und den Gebrauchswert erhöht. Es sind keine Flä
chen vorhanden, an denen sich flüssige Schlacke nieder
schlagen und herunterlaufen kann.
In Fig. 8 ist in einem Vertikalschnitt eine Modifikation
der Brennkammer 4 und des Deckenbrenners 2 nach Fig. 3 ge
zeigt.
Übereinstimmende Elemente und Anordnungen sind daher mit
gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 3.
Die Modifikation betrifft im wesentlichen eine zweifache
Ringdüse 17, 17', die im wesentlichen koaxial um den
Startbrenner 3 und die das Brennstaub-Luftgemisch zufüh
rende Ringdüse 18 vorgesehen ist. In den Ringdüsen 17, 17'
für die vorgewärmte Verbrennungsluft sind Dralleinrichtun
gen 12 und im oberen Bereich steuerbare Klappen 41 vorhan
den.
Die im Doppelmantel 23 vorgewärmte Verbrennungsluft kann
bei dieser Modifikation über entsprechend regelbare Klap
pen 42 ganz oder teilweise zur Beschickung der Ringdüsen
17, 17' geleitet werden.
Es ist aber auch möglich über die entsprechenden Klappen 42
die vorgewärmte Verbrennungsluft über eine Luftdüse 30, be
abstandet zum Kopfbrenner, etwa tangential in den Brennraum
9 einzublasen.
Claims (29)
1. Vorrichtung zur Verbrennung von vanadiumhaltigen
Brennstoffen,
mit einem Startbrenner (3),
mit einer Zuführung (8) für ein Brennstaub-Luftge misch und
mit einem Brennraum (9) mit Rauchgasaustritt (13) und Schlackenabzug (11),
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens der Startbrenner (3) und die Zuführung (8) für das Brennstaub-Luftgemisch in einem Kopfbren ner (2) vorgesehen sind,
daß der Kopfbrenner (2) dem Brennraum (9) vorgeord net, insbesondere als Deckenbrenner ausgelegt ist,
daß die Zuführung (8) mindestens eine Staubdüse (5) aufweist, und
daß Kopfbrenner (2) und Orientierung der Staubdüse(n) (5) so ausgelegt sind, um ein Rückströmen flüssiger Schlackepartikel zum Kopfbrenner zu verhindern.
mit einem Startbrenner (3),
mit einer Zuführung (8) für ein Brennstaub-Luftge misch und
mit einem Brennraum (9) mit Rauchgasaustritt (13) und Schlackenabzug (11),
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens der Startbrenner (3) und die Zuführung (8) für das Brennstaub-Luftgemisch in einem Kopfbren ner (2) vorgesehen sind,
daß der Kopfbrenner (2) dem Brennraum (9) vorgeord net, insbesondere als Deckenbrenner ausgelegt ist,
daß die Zuführung (8) mindestens eine Staubdüse (5) aufweist, und
daß Kopfbrenner (2) und Orientierung der Staubdüse(n) (5) so ausgelegt sind, um ein Rückströmen flüssiger Schlackepartikel zum Kopfbrenner zu verhindern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Startbrenner (3) mittig und die Staubdüse(n) (5) lanzenartig in der Deckenwand (15) des Kopfbren ners (2) angeordnet sind, und
daß der Brennraum (9) von einer Brennkammer (4) mit einer feuerfesten Auskleidung (22) gebildet ist.
daß der Startbrenner (3) mittig und die Staubdüse(n) (5) lanzenartig in der Deckenwand (15) des Kopfbren ners (2) angeordnet sind, und
daß der Brennraum (9) von einer Brennkammer (4) mit einer feuerfesten Auskleidung (22) gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Staubdüse(n) (5) unter einem Winkel zwischen
35° und 65°, vorzugsweise zwischen 48° und
51°, zu einer Längsachse (24) und insbesondere ei
ner Radialen (25) der Brennkammer (4) angeordnet ist/sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kopfbrenner (2) kegelstumpfartig ausgebildet
ist und der Neigungswinkel zwischen seiner Deckenwand
(15) und seiner Längsachse (24) zwischen 20° und
60° liegt, vorzugsweise etwa 45° beträgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Wandung (22) der Brennkammer (4) axial be abstandet mindestens zwei Luftdüsen (30) für weitge hend tangentiale Einströmung von Sekundärluft vorgesehen sind, und
daß die Verlängerung der Längsachse(n) der Staubdü se(n) (5) in den Bereich zwischen den zwei Luftdüsen (30) orientiert ist.
daß in der Wandung (22) der Brennkammer (4) axial be abstandet mindestens zwei Luftdüsen (30) für weitge hend tangentiale Einströmung von Sekundärluft vorgesehen sind, und
daß die Verlängerung der Längsachse(n) der Staubdü se(n) (5) in den Bereich zwischen den zwei Luftdüsen (30) orientiert ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennraum (9) in einer Brennkammer (4) ausge bildet ist, welcher eine feuerfeste Auskleidung (22) und einen Doppelmantel (23) zur Vorwärmung von Ver brennungsluft (7) aufweist, und
daß das vanadiumhaltige Brennstaub-Luftgemisch und die vorgewärmte Verbrennungsluft (7) über ringförmige, ko axial zum Startbrenner (3) angeordnete Düsen (18, 17) im Kopfbrenner (2) dem Brennraum (9) zuführbar sind.
daß der Brennraum (9) in einer Brennkammer (4) ausge bildet ist, welcher eine feuerfeste Auskleidung (22) und einen Doppelmantel (23) zur Vorwärmung von Ver brennungsluft (7) aufweist, und
daß das vanadiumhaltige Brennstaub-Luftgemisch und die vorgewärmte Verbrennungsluft (7) über ringförmige, ko axial zum Startbrenner (3) angeordnete Düsen (18, 17) im Kopfbrenner (2) dem Brennraum (9) zuführbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennkammer (4) ein Abhitzekessel (6) nachge schaltet ist, und
daß der Abhitzekessel (6), welcher vorzugsweise drei Züge (6.1, 6.2, 6.3) aufweist, eine Austragsvorrich tung (21) für feste Schlacken, insbesondere in dem er sten Zug (6.1), aufweist.
daß der Brennkammer (4) ein Abhitzekessel (6) nachge schaltet ist, und
daß der Abhitzekessel (6), welcher vorzugsweise drei Züge (6.1, 6.2, 6.3) aufweist, eine Austragsvorrich tung (21) für feste Schlacken, insbesondere in dem er sten Zug (6.1), aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kopfbrenner (2) in einer Decke (16) eines Ab hitzekessels (6) angeordnet ist, und
daß der Brennraum (9) im Bereich des ersten Zuges (6.1) des Abhitzekessels (7) vorgesehen ist.
daß der Kopfbrenner (2) in einer Decke (16) eines Ab hitzekessels (6) angeordnet ist, und
daß der Brennraum (9) im Bereich des ersten Zuges (6.1) des Abhitzekessels (7) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Decke (16) des Abhitzekessels (6, 6.1) Dü sen (26) zur Zuführung von rezirkuliertem Rauchgas an geordnet sind, und
daß die Düsen (26) insbesondere auf Begrenzungswände (27) des Abhitzekessels (6) gerichtet sind.
daß in der Decke (16) des Abhitzekessels (6, 6.1) Dü sen (26) zur Zuführung von rezirkuliertem Rauchgas an geordnet sind, und
daß die Düsen (26) insbesondere auf Begrenzungswände (27) des Abhitzekessels (6) gerichtet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Zuführung (37, 30) der Verbrennungsluft (7)
und/oder der Zuführung (8) des Brennstaub-Luftgemi
sches, Klappen- oder Dralleinrichtungen (12, 31, 41,
42) vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von dem
Vanadiumgehalt und der Reaktionsgeschwindigkeit des
Brennstaub-Luftgemisches einstellbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Startbrenner (3) gas- oder ölbetrieben ausge
bildet und zusätzlich als Stützbrenner einsetzbar ist.
12. Verfahren zur Verbrennung vanadiumhaltiger Brennstoffe
aus der Erdölaufbereitung,
bei dem die vanadiumhaltigen Brennstoffe als Brenn staub-Luftgemisch einer Vorrichtung mit Brenner, ins besondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, zugeführt werden,
bei dem das Brennstaub-Luftgemisch in einem Brennraum verbrannt wird, und
das entstehende Rauchgas abgezogen und die Schlacken ausgetragen werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Brennstaub-Luftgemisch einem Kopfbrenner (2) als Staubbrenner zugeführt wird,
daß das Brennstaub-Luftgemisch mit kurzen Ausbrandzei ten und einer einstellbaren Zündfront verbrannt wird,
und daß mindestens die Einströmrichtung des Brenn staub-Luftgemisches und die Zuführung von Verbren nungsluft so eingestellt wird,
daß ein Rückströmen flüssiger Schlackepartikel zum Kopfbrenner weitgehend verhindert wird.
bei dem die vanadiumhaltigen Brennstoffe als Brenn staub-Luftgemisch einer Vorrichtung mit Brenner, ins besondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, zugeführt werden,
bei dem das Brennstaub-Luftgemisch in einem Brennraum verbrannt wird, und
das entstehende Rauchgas abgezogen und die Schlacken ausgetragen werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Brennstaub-Luftgemisch einem Kopfbrenner (2) als Staubbrenner zugeführt wird,
daß das Brennstaub-Luftgemisch mit kurzen Ausbrandzei ten und einer einstellbaren Zündfront verbrannt wird,
und daß mindestens die Einströmrichtung des Brenn staub-Luftgemisches und die Zuführung von Verbren nungsluft so eingestellt wird,
daß ein Rückströmen flüssiger Schlackepartikel zum Kopfbrenner weitgehend verhindert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Brennstaub-Luftgemisch unmittelbar nach dem Austritt in den Bereich des Kopfbrenners keine Ver brennungsluft zugeführt wird,
so daß in diesem Bereich eine Verbrennungszone mit nahstöchiometrischen bis unterstöchiometrischen Ver hältnissen von λ ca. 0,2 bis 1,0 eingestellt wird.
daß dem Brennstaub-Luftgemisch unmittelbar nach dem Austritt in den Bereich des Kopfbrenners keine Ver brennungsluft zugeführt wird,
so daß in diesem Bereich eine Verbrennungszone mit nahstöchiometrischen bis unterstöchiometrischen Ver hältnissen von λ ca. 0,2 bis 1,0 eingestellt wird.
14. Verfahren einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Brennstaub-Luftgemisch aus dem Kopfbrenner (2)
auf einer Sekante (33) unter einem vorgebbaren Winkel
zu einer Längsachse (24) und einer Radialen eines
Brennraumes (9) zugeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbrennungsluft im wesentlichen tangential
und/oder gestuft mit axialem Versatz dem Brennraum zu
geführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Brennstaub-Luftgemisch in den Brennraum (9) einer Brennkammer (4) eingeblasen wird, und
daß durch eine feuerfeste Auskleidung (22) der Brenn kammer (4) eine Zündhilfe bei der Verbrennung und ein Volumen höchster Verbrennungsintensität gebildet wird.
daß das Brennstaub-Luftgemisch in den Brennraum (9) einer Brennkammer (4) eingeblasen wird, und
daß durch eine feuerfeste Auskleidung (22) der Brenn kammer (4) eine Zündhilfe bei der Verbrennung und ein Volumen höchster Verbrennungsintensität gebildet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Brennstaub-Luftgemisch bei Temperaturen zwi
schen 1100°C und 2000°C mit einer hohen Zünd
willigkeit und einer Zündfront im Bereich von etwa
10 mm bis 600 mm, vorzugsweise im Bereich von 100 bis
400 mm, vor dem Kopfbrenner (2) bzw. einer Düse des
Brennstoff-Luftgemisches verbrannt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12, 16, 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbrennung in der Brennkammer (4) mit einer feuerfesten Auskleidung (22) bei Temperaturen um 1200°C durchgeführt wird,
daß ein Gemisch aus Rauchgas und Schlacke- bzw. Asche tröpfchen gebildet wird,
daß das Gemisch nach kurzer Verweilzeit und weitgehend ausgebrannt aus der Brennkammer (4) in einen Abhitze kessel (6) eingeleitet wird,
daß in den Abhitzekessel (6) im Bereich eines ersten Zuges (6.1) rezirkuliertes Rauchgas eingeblasen und entlang von Begrenzungswänden (27) geführt wird, und
daß die flüssigen Schlackebestandteile ausgetragen werden.
daß die Verbrennung in der Brennkammer (4) mit einer feuerfesten Auskleidung (22) bei Temperaturen um 1200°C durchgeführt wird,
daß ein Gemisch aus Rauchgas und Schlacke- bzw. Asche tröpfchen gebildet wird,
daß das Gemisch nach kurzer Verweilzeit und weitgehend ausgebrannt aus der Brennkammer (4) in einen Abhitze kessel (6) eingeleitet wird,
daß in den Abhitzekessel (6) im Bereich eines ersten Zuges (6.1) rezirkuliertes Rauchgas eingeblasen und entlang von Begrenzungswänden (27) geführt wird, und
daß die flüssigen Schlackebestandteile ausgetragen werden.
19. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Brennstaub-Luftgemisch in einem Brennraum (9) verbrannt wird, welcher in einem ersten Zug (6.1) ei nes Abhitzekessels (6) durch Anordnung des Kopfbren ners (2) in einer Decke (16) des Abhitzekessels (6) gebildet wird,
daß der Kopfbrenner (2) zur Erzielung höherer Verbren nungstemperaturen mit einem geringeren Luftüberschuß gefahren wird, wobei der Luftüberschuß im Bereich von λ 1,05 bis 1,4, insbesondere bei λ = 1,1, liegt,
daß die Verbrennung bei Temperaturen von ca. 1600°C bis 1800°C und-einem nahezu vollständigen guten Ausbrand durchgeführt wird,
daß Rauchgas und flüssige Schlacke gebildet wird, wel che an Rohrbündel-Heizflächen, insbesondere eines dritten Zuges (6.3) des Abhitzekessels (6) auf unter 900°C abgekühlt werden.
daß das Brennstaub-Luftgemisch in einem Brennraum (9) verbrannt wird, welcher in einem ersten Zug (6.1) ei nes Abhitzekessels (6) durch Anordnung des Kopfbren ners (2) in einer Decke (16) des Abhitzekessels (6) gebildet wird,
daß der Kopfbrenner (2) zur Erzielung höherer Verbren nungstemperaturen mit einem geringeren Luftüberschuß gefahren wird, wobei der Luftüberschuß im Bereich von λ 1,05 bis 1,4, insbesondere bei λ = 1,1, liegt,
daß die Verbrennung bei Temperaturen von ca. 1600°C bis 1800°C und-einem nahezu vollständigen guten Ausbrand durchgeführt wird,
daß Rauchgas und flüssige Schlacke gebildet wird, wel che an Rohrbündel-Heizflächen, insbesondere eines dritten Zuges (6.3) des Abhitzekessels (6) auf unter 900°C abgekühlt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die flüssigen Schlackebestandteile in dem Abhitze
kessel (6) unter die Erstarrungstemperatur der Schlacke
von etwa 800°C bis 900°C abgekühlt und als
feine Stäube mit dem Rauchgas ausgetragen werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbrennungsluft (7) in einem Doppelmantel
(23) der Brennkammer (4) vorgewärmt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12, 18, 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Brennstaub-Luftgemisch über eine den Start
brenner (3) umgebende ringförmige Düse (18) und die
Verbrennungsluft (7) über eine koaxial dazu liegende
ringförmige Düse (17) dem Brennraum (9) zugeführt
wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zündfront des Brennstaub-Luftgemisches über
eine Änderung der Staubaustrittsgeschwindigkeit ver
stellt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Geschwindigkeit, mit welcher das Brennstaub-
Luftgemisch aus dem Kopfbrenner austritt, auf 10 bis
45 m/s, vorzugsweise auf 20 m/s, eingestellt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbrennung, welche bei einem höheren Vana
diumanteil im Brennstaub-Luftgemisch beschleunigt ist,
über die Luftzuführung geregelt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem geringeren Vanadiumoxidgehalt des Brenn
stoffes das Brennstaub-Luftgemisch intensiver ver
mischt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem konstanten Volumenstrom des vanadium
haltigen Brennstaub-Luftgemisches die Austrittsge
schwindigkeit der Verbrennungsluft (7) variiert wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Austrittsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft
(17) an unterschiedliche Lastfälle angepaßt und der
Ausbrand sowie das Verhältnis Schlacke/Asche beein
flußt wird.
29. Verwendung einer Vorrichtung mit einem Kopfbrenner
nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Staubbrenner
zur Verbrennung vanadiumhaltiger Kohlenstoff-Brenn
stoffe, insbesondere vanadiumhaltiger Reststoffe aus
der Erdölvergasung.
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DE19806823A DE19806823C2 (de) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Vorrichtung und Verfahren zur Verbrennung vanadiumhaltiger Brennstoffe |
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