DE2210773A1

DE2210773A1 - Verfahren zum Verbrennen von Schwefel und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Publication number: DE2210773A1
Application number: DE19722210773
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Tarnos Perret (Landes); Vidon, Bruno, Suresnes, Hauts-de-Seine (Frankreich). P
Original assignee: Pechiney Ugine Kuhlmann SA
Current assignee: Pechiney Ugine Kuhlmann SA
Priority date: 1971-03-10
Filing date: 1972-03-07
Publication date: 1972-10-05
Also published as: NO137007B; AT315206B; IT948671B; FR2128992A5; US3879530A; DE2210773C3; DE2210773B2; IL38868A; NL7203008A; IL38868A0; NL165711B; FI57922C; ES400580A1; FI57922B; NL165711C; ZA721306B; BR7201333D0; BE779901A; JPS5641562B1; NO137007C

Description

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PATENTANWÄLTE *" *" ' ^V

DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN

D -24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54

6. März 1972 Th.W./Al.

Anmelder: Firma PECHINEY UGINE ICUHLMANN, Paris 8, rue du General Foy 10, Frankreich

Verfahren zum Verbrennen von Schwefel und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft die Verbrennung von Schwefel, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Herstellung von Schwefelsäure.

Bei den am häufigsten für die Verbrennung von Schwefel verwendeten Vorrichtungen bringt man den Schwefel im flüssigen Zustand in eine mechanische Pulverisierungs- bzw. Zerstäubungsvorrichtung ein, der eine sogenannte Brennkammer folgt. Die Schwefeltröpfchen werden im Innenraum der Kammer verdampft, und der erzeugte Schwefeldampf wird verbrannt.

Die mechanische Zerstäubung wird dadurch erreicht, daß flüssiger Schwefel unter Druck durch eine kalibrierte Mündung von kleinem Durchmesser, auch Düse bzw. Vergaserdüse genannt, geleitet wird. Um eine häufige Verstopfung der Düse durch feste und häufig im flüssigen Schwefel vorliegende Partikel zu vermeiden, verzichtet man darauf, Mündungen mit sehr kleinem Durchmesser zu verwenden, und man gibt sich somit mit einer relativ groben Zerstäubung bzw. Pulverisierung zufrieden. Die Schwefeltröpfchen werden dann

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also nur langsam verdampfen, so daß man der Brennkammer entsprechend beträchtliche Abmessungen geben muß; man beschränkt sich also zumeist darauf, daß in einer Kammer mit einem Volumen von 1m eine Schwefelmenge in der Größenordnung von 100 kg pro Stunde verbrannt werden kann.

Zur Beschleunigung der Verdampfung des Schwefels hat man schon vorgeschlagen, in der Brennkammer turbulente Bewegungen zu erzeugen, indem dem an der Düse ankommenden flüssigen Schwefel eine Drehbewegung mitgeteilt wird oder indem Hindernisse im Innenraum der Kammer vorgesehen werden.

Ein anderes zur Verbrennung von Schwefel bekanntes Verfahren besteht darin, daß Schwefel durch komprimierte Luft pulverisiert bzw. zerstäubt wird und daß man die so erzeugte Mischung durch eine fluidisierte Lage bzw. Schicht aus hitzebeständigem Material leitet.

Man hat auch schon vorgeschlagen, den Schwefel in einem fluidisieren Bett zu verdampfen, indem die bei der Verbrennung eines Teils des Schwefels entstehenden Wärmeeinheiten verwendet werden und indem die dabei erzeugten Dämpfe in einer unabhängigen Kammer verbrannt werden.

Wenn man die Verbrennung des S_chwefels in einem Raum unter Druck durchführen miß, wie es bei den unter Druck durchgeführten Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure der Fall ist, sucht

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man aus verständlichen wirtschaftlichen Gründen einfache und ein kleinstmö'gliches Volumen aufweisende Vorrichtungen.

Gewisse vorbekannte Verfahren wurden vorgeschlagen für die Verbrennung von flüssigen Kohlenwasserstoffen (Brennstoff) oder Gasen (natürliches Gas, Butan, Propan usw.)· Sie bestehen darin, daß eine schnelle Verdampfung des zerstäubten Brennmittels durch Wärmeaustausch zwischen einer axialen heißen Zone mit niedrigem Druck, die stromab vom Brennmaterialstrom bzw. vom Injektor des Brennmittels liegt, und den Tröpfchen des BrennmaterialsStroms, die axial und schräg oder seitlich in bezug auf die Brennkammerachse geführt werden. Derartige Verfahren sind nicht direkt auf die Verbrennung von Schwefel unter Druck anwendbar, da die physikalischen Eigenschaften des flüssigen Schwefels zu denen der Kohlenwasserstoffe stark unterschiedlich ist und da die Verbrennungswärme eindeutig höher liegt; insbesondere sind der Dampfdruck des Schwefels und somit seine Flüchtigkeit sehr viel niedriger als die von beispielsweise Hausbrennstoff, und seine Viskosität und Dichte erlauben keine Zerstäubung in feine Tröpfchen unter gleichen Bedingungen wie bei Kohlenwasserstoffen.

Der Erfindung liegt somit grundsätzlich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die insbesondere für die Verbrennung von Schwefel geeignet sind.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Verbrennung von flüssigem Schwefel, welches

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unter einem Druck durchführbar ist, der atmosphärischen Druck bis zu einem Druck von 12 bar und vorzugsweise bis zu einem Druck von etwa 6 bar übersteigt.

Weiterhin soll ein Verfahren zur Verbrennung von flüssigem Schwefel vorgeschlagen werden, welches die direkte Erzeugung einer Gasmischung erlaubt, welche für die Herstellung von Vitriolsäure bzw. Schwefelsäure geeignet ist, deren Konzentration an Schwefeldioxyd also zwischen 4 und 15 $> und vorzugsweise zwischen 11 und 13 $ liegt.

Außerdem soll bei dem vorzuschlagenden Verfahren der Unterschied zwischen dem Druck der primären Verbrennungsluft und dem in der Brennkammer herrschenden Druck nicht größer als 2 bar sein und vorzugsweise unter 1 bar liegen.

Weiterhin soll durch die Erfindung außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen werden, welche die Erreichung eines S_chwefeldurchsatzes bzw. einer Schwefelleistung ermöglicht, die pro Volumeneinheit der Brennkammer beträchlich erhöht ist.

Außerdem soll die vorzuschlagende Vorrichtung einfach im Aufbau und leicht in der Wartung bzw. Unterhaltung sein.

Diese verschiedenen Aufgaben und auch weitere werden im einzelnen in der nachfolgenden Beschreibung hervorgehoben.

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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verbrennung von Schwefel, bei dem man flüssigen Schwefel unter Druck im zerstäubten Zustand in eine Brennkammer injiziert, und zwar gemeinsam mit einem zur Verbrennung geeigneten Primärgas, und sie kennzeichnet sich dadurch, daß die Pulverisierung bzw. Zerstäubung des Sphwefels zunächst mechanisch durchgeführt wird, indem ein Strom aus flüssigem Schwefel durch eine Öffnung mit kleinem Durchmesser geleitet wird, und zwar im primären Gasstrom, daß danach eine mechanische Zerstäubung durchgeführt wird, indem die die Mündung verlassende Mischung in eine verengte bzw. schmale Zone geleitet wird, die koaxial zu der Achse liegt, welche durch die Mündung und die zylindrische Brennkammer definiert ist, daß dem primären Brennmittel eine Turbulenzbewegung vor seinem Durchlaß durch die genannte verengte Zone mitgeteilt wird, daß die die zuletztgenannte Zone verlassende Mischung in einen Raum der Brennkammer eingeführt wird, welcher durch eine konische Wand begrenzt ist, die mit der erwähnten Kammer eine gemeinsame Achse hat und einen der Frontteile dieser Kammer bildet, daß die Injektion bzw. das Einführen der erwähnten Mischung im Bereich der Spitze der konischen Wand durchgeführt wird und daß ein sekundärer Brennmittelstrom entlang den Seitenwandungen der Kammer eingeführt wird, und zwar jenseits des konischen Räume in bezug auf die Fließrichtung der Mischung.

Der Druck der Gasmischung in der Brennkammer wird gemäß der Erfindung zwischen atmosphäresehen Druck und 12 bar und vor-

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_ 6 zugsweise zwischen atmosphärischen Druck und 6 bar gehalten.

Der flüssige S_chwefel wird in den Zerstäuber bei einer Temperatur zwischen 145 und 155° Celsius eingeführt.

Die Differenz zwischen dem Druck der verwendeten Primärluft und dem Druck des Gases in der Brennkammer übersteigt nicht 2 bar und liegt vorzugsweise unter 1 bar.

Die Menge der primären Brennluft ist wenigstens gleich der Luftmenge, die einer stöchiometrischen Verbrennung des Schwefels in Schwefeldioxyd entspricht, während die sekundäre Luftmenge so berechnet wird, daß die gewünschte Verdünnung bzw. Verteilung des S_chwefeldioxyds in der Gasmischung erreicht wird, welche die Brennkammer verläßt.

Somit wird also die Konzentration an Schwefeldioxyd der die Brennkammer verlassenden Gasmischung zwischen 4 und 15 1> und vorzugsweise zwischen 11 und 13 ^ auf das Volumen bezogen aufrechterhalten .

Für die Bedürfnisse der vorliegenden Erfindung paßt Luft als primäres und sekundäres und zur Verbrennung geeignetes Mittel.

B¹Ur den Fachmann versteht es sich, daß die Erfindung die Möglichkeit gibt, die Zusammensetzung der die Brennkammer verlassenden Mischung, beispielsweise im Hinblick auf die Zusammen-

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Setzung der Schwefelsäure, einzuregeln, indem einfach die Menge des sekundären Brennmittels variiert wird, welches etwa in Form von Luft in die Brennkammer eingeführt wird. Zur Erzielung einer automatischen Funktionsweise ist offensichtlich ,eine Unterordnung zwischen den Werten der erwähnten Zusammensetzung und der erwähnten Menge möglich.

Die Funktion der konischen Wand, die unmittelbar stromab von der Injektionszone liegt, und zwar hinter der vorher erwähnten verengten Zone, ist eine zweifache: einerseits erzeugt sie eine Depressionszone oder eine Unterdruckzone stromab von der Injektionszone gesehen, was zur Erzeugung einer feinen und innigen sowie gut brennbaren Mischung vorteilhaft ist,und andererseits erlaubt sie, daß das sekundäre Brermzaittel im Bereich bzw. in der Nachbarschaft der Seitenwand© eier Brennkammer geführt werden kann.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht aus einem Zerstäuber für flüssigen Schwefel, einem Einlaß für das primäre Brennmittel und einer Brennkammer von im allgemeinen zylindrischer Form, wobei der Zerstäuber in der Achse und an einem der Enden der Kammer liegt, und die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer an der Seite des erwähnten Endes durch eine konische Wand gebildet wird, deren Spitze in Richtung auf das Äußere der Kammer zeigt, daß die Mittel zum Einspritzen des flüssigen Schwefels im Bereich der erwähnten Spitze in der Achse der Kammer ange-

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ordnet sind und einen mechanischen Zerstäuber mit einer Injektionsleitung aufweisen, die axial im Innenraum eines Rohrs befestigt ist, welches teilweise verschlossen bzw. abgedichtet ist durch ein Diaphragma an der Kammerseite, daß das Rohr Mittel aufweist, mit denen dem primären Brennmittel eine Drehbewegung mitgeteilt wird, welches somit im Innenraum des Rohrs zirkuliert, und daß Mittel vorgesehen sind, um sekundäres Brennmittel in die Brennkammer im Bereich von deren Seitenwandungen und hinter der konischen Wand einzuführen.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung besteht der Injektor aus einem doppelten Zerstäubungssystem, welches durch einen mechanischen Zerstäuber gebildet wird, dem ein pneumatischer Zerstäuber nachfolgt, wobei dieser mechanische Zerstäuber eine grobe Dispersion des flüssigen S_chwefelstrahls aufgrund von dessen Durchführung durch eine Düse hervorruft und wobei der pneumatische Zerstäuber die grobe Dispersion in eine feine Dispersion umwandelt, indem die grobe Dispersion, die mit der primären Verbrennungsluft vermischt ist, durch ein Diaphragma geleitet wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die primäre Verbrennungsluft, welche die pneumatische Zerstäubung der groben Dispersion aus flüssigem Schwefel, die durch den mechanischen Zerstäuber erzeugt wird, sicherstellt, zu einer Drehbewegung veranlaßt.

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Bei einer möglichen Ausführungsform wird die Drehbewegung der primären Verbrennungsluft hervorgerufen durch Flügel, die in dem den mechanischen Zerstäuber umgebenden Rohr geneigt angeordnet sind und die grobe Dispersion aus flüssigem Schwefel in der Primärluft in Richtung auf das Diaphragma führen, welches die pneumatische Zerstäubung der groben Dispersion in eine feine Dispersion bewirkt. Es sei übrigens noch darauf hingewiesen, daß das aus Flügeln bestehende System auch durch jedes andere Mittel ersetzt.werden könnte, welches in gleicher Weise die Möglichkeit gibt, dem primären luftstrom eine Drehbewegung oder eine turbulente Bewegung mitzuteilen.

In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 einen Axialschnitt durch einen Schwefelbrenner,

Figur 2 einen Axialschnitt durch die Schwefelin^ektoreinheit in vergrößertem Maßstab,

Figur 3 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Figur 1 gemäß der Schnittlinie III-III und

Figur 4 einen im vergrößertem Maßstab dargestellten Schnitt entsprechend der S_chnittlinie IY-IV in Figur 1.

Die als Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung stellt einen Schwefelbrenner dar. Dieser besteht aus einer Brennkammer von im wesentlichen zylindrischer Form, deren Seitenwände 2 durch eine Füllung 3 aus hitzebeständigem Material wärmeisoliert

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sind, wobei die erwähnte Füllung die Kammer 1 nach außen hin thermisch isoliert. Hinter der Kammer 1 (Figur 1) befindet sich eine konische Wand 5, welche den Boden der Kammer begrenzt. Bei einer praktisch verwirklichten Ausführungsform ist dieser konische Teil in der hitzebeständigen Masse 3 ausgeformt. Die Injektionsmittel, welche allgemein mit der Bezugsziffer 6 versehen sind und nachfolgend im einzelnen beschrieben werden, münden in die Spitze der Konusfläche 5 ein. Dieser Konus 5 öffnet sich in Richtung auf die Brennkammer 1. Die Mittel 6 bewirken zugleich die Injektion von zerstäubtem Schwefel und von primärer Verbrennungsluft. Der flüssige Schwefel wird durch einen Kanal 7 eingeführt. Primärluft wird über den Rohransatz eingeführt.

Die Rohrstücke 9 sind für die Zufuhr von Sekundärluft in die Kammer 1 vorgesehen. Beim gewählten Ausführungsbeispiel sind insgesamt sechs Rohrstücke vorgesehen, wie aus Figur 3 hervorgeht. Zu beachten ist die besondere Anordnung der Rohrstücke 9» die schräg in die Kammer 1 einmünden, und zwar in der Nähe bzw. Nachbarschaft der Seitenwände 2 und stromab vom konischen Teil 5 im Sinne des fluiden Stromes gesehen. Außerdem sind in der Darstellung nach Figur 1 Röhren 10 dargestellt, die für eine zusätzliche Zufuhr von Sekundärluft vorgesehen sind und in die Kammer 1 weiter stromab einmünden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Röhren 10 ebenfalls in sechsfacher Ausfertigung vorgesehen. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel durchlaufen die Kanäle 9,10 für die Sekundärluft die

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Füllmasse 3.

Das Brennergehäuse wird durch die äußeren Seitenwände 4 und durch die Frontwände bestimmt. Am Ausgang des Brenners wird die Frontwand 11 von einer Öffnung 12 durchlaufen, die einen freien Durchgang für Brenngas läßt, welches SO₂ enthält. Weiterhin ist ein Dampfkessel bzw. Wasserdampferzeuger 13 am Brennerausgang vorgesehen, welcher die Ausnutzung der Wärme des am erwähnten Ausgang ankommenden Gases ermöglicht.

Am Brennereingang befindet sich ein Doppelmantel bzw. eine doppelte Schale. Eine erste Frontwand 14 verläuft dabei zwischen den Seitenwänden 4 und endet im Bereich des Ausgangs des Injektors 6. Eine zweite Wand 15, die im wesentlichen parallel zur Wand 14 verläuft, erstreckt sich zwischen den 7erMngerungen 16 der Wände 4 und dem Eingangsende des Injektors 6„ Die Wände 14, 15 und 16 begrenzen so eine geschlossene Zone, in die Primärluft über das Rohrstück 8 eingeführt wird. Man erkennt in der Figur 1 auch Öffnungen 17,18, die mit Hilfe von S_cheiben dicht verschlossen werden können und jeweils zur Untersuchung bzw. Inspektion des Injektors 6 und der Brennkammer 1 dienen.

Der Injektor 6 wird jetzt im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 4 beschrieben. Er besteht im wesentlichen aus einer axialen Leitung 7 für den Einlaß von flüssigem Schwefel. Diese Leitung 7 endet in einer Düse 19» welche eine grobe mechanische Zerstäubung des Schwefels am rrimärluftstrojii erzeugt,

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Die Leitung 7 ist in gewissem Abstand von einem Rohr 20 umgeben, welches mit Öffnungen 21 für die Einfuhr von Primärluft in den Injektor versehen ist. Wie man aus der Figur 2 ersehen kann, stehen die Öffnungen 21 mit der Zone in kommunizierender Verbindung, welche durch die Wände 14,15 begrenzt wird und in der die Primärluft eingeführt wird. Das Rohr 20 wird an seinem stromauf gelegenen Ende durch eine Frontwand 22 abgeschlossen, welche die Leitung 7 dicht umschließt. Im Bereich dieses Endes ist die Wand 15 mit dem Rohr 20 über eine geschweißte Blechkonstruktion verbunden, die allgemein mit der Bezugsziffer 23 bezeichnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel nach mustergültigem Konzept geht deutlich aus der Darstellung hervor.

An seinem anderen Ende hat das Rohr 20 eine Einschnürung bzw. Einengung oder ein Diaphragma 24, welches die feine mechanische Zerstäubung des Schwefels sicherstellt. Dieses Diaphragma 24 schließt sich an den Eingang des konischen Teils 5 an, der vorher beschrieben wurde. Man erkennt auch, daß die Isoliermasse 3 den konischen Teil umgibt. Die Wand 14 schließt sich an dieses Ende des Rohrs 20 über eine Blechkonstruktion 25 an. Im übrigen ist die Anordnung der das Diaphragma 24 umgebenden Zone so wie in der Zeichnung dargestellt. Eine freie Zone 26, die im wesentlichen eine Ringform hat, umgibt das Rohr 20 und ist selbst eingeschlossen in die hitzebeständige Masse 3. Es sei darauf hingewiesen, daß Kühlmittel, wie etwa eine von einem flüssigen Kühlmittel, wie etwa Wasser, durchflossen Kühlschlange, das Rohr rechts vom Zerstäuber 19 umgeben und sich in die Zone 26 er-

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strecken können. Diese Kühlschlange ist in der Zeichnung nicht dargestellt, um deren Übersichtlichkeit und Klarheit nicht zu stören.

Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die Leitung 7 stromab hinter den Öffnungen 21 Flügel 27 trägt, deren Anzahl beim gewählten Ausführungsbeispiel vier beträgt. Ihre Anordnung ergibt sich deutlich aus der Figur,4. Diese Flügel bringen die Primärluft in eine Drehbewegung im Inneren des Rohrs 20.

Bei der beschriebenen Vorrichtung besorgt der Injektor 6 für den flüssigen Schwefel gleichzeitig die Zerstäubung des flüssigen Schwefels und die Einfuhr von primärer Verbrennungsluft. Der mechanische Zerstäuber 19 könnte aus einer einfachen zylindrischen Mündung oder vorzugsweise aus einer Röhre bestehen, welche den liquiden Strom zu einer vollen Konusform zerstreut, deren Winkel an der Spitze bis zu 120° gehen kann. Der flüssige Schwefel gelangt unter Druck durch die Leitung 7 in den Zerstäuber. Das Innere des Rohrs 20 wird mit großer Geschwindigkeit von primärer Verbrennungsluft durchlaufen, die durch das Rohrstück 8 zugeführt wird. Die primäre Luft trifft im Innenraum des Rohrs 20 auf das aus den Flügeln 27 bestehende System, die in bezug auf die Achse geneigt sind und welche der Luft eine Drehbewegung mitteilen. Das Diaphragma 24, welches den Durchmesser des Ausgangsquerschnitts des Rohrs 20 begrenzt, erhöht noch einmal die Geschwindigkeit des Gasstroms.

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Um eine ordnungsgemäße und schnelle Verbrennung des flüssigen Schwefels zu erreichen, muß er zu Tröpfchen von einer solchen Feinheit dispergiert werden, daß die Verdampfung vor dem Ausgang der gammer vollständig ist. Der zu verwendende Typ des Zerstäubers und der Durchmesser der Tropfen hängen neben anderen physikalischen Eigenschaften von der Viskosität der Flüssigkeit ab; die Tropfen sind um so kleiner, je niedriger die Viskosität ist. Der S_chwefel wird somit vorteilhaft auf eine Temperatur gebracht, bei der seine Viskosität minimal ist, also etwa auf eine Temperatur zwischen 145 und 155° Celsius.

Eine pneumatische Zerstäubung, bei der die Zerteilung des Flüssigkeitsstrahls hervorgerufen wird durch die Differenz der Geschwindigkeit zwischen der Zerstäubungsluft und der Geschwindigkeit der Flüssigkeit, würde zur Erzielung des geforderten Dispersionsgrades zu einer relativ großen und zumindest 5 bar betragenden Druckdifferenz führen, so daß die zugehörigen Energiekosten dieses Verfahren als wenig vorteilhaft erscheinen lassen würden. Eine mechanische Zerstäubung, bei der die Flüssigkeit bzw. das liquide Medium unter Druck in einer Düse verdrängt wird, ergibt nicht ausreichend feine Tröpfchen; sie bringt im übrigen auch noch weitere Nachteile mit sich, und zwar: ein Mangel an Anpassungsfähigkeit bei der Regelung der Schwefelmenge und wesentliche Risiken aufgrund von Ansätzen und Ablagerungen, welche eine häufige Reinigung und ständig Eingriffe erforderlich machen. Nach der Erfindung werden durch die Kombination . dieser beiden Zerstäubungsarten die erwähnten Nachteile ausge-

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schaltet. Mit der gemischten Zerstäubung schafft man mechanisch eine grobe Dispersion, die pneumatisch auf den erforderlichen Feinheitsgrad verbessert und erhöht wird. In diesem System hat die Schwefeldüse einen ausreichend großen Durchgangsquerschnitt, so daß man Ablagerungen und dgl. nicht zu befürchten hat; die Qualität der endgültigen Zerstäubung bleibt schließlich die wie bei der pneumatischen Zerstäubung, jedoch sind die Druckdifferenz und der Energieverbrauch beträchtlich niedriger, als wenn nur eine pneumatische Zerstäubung zur Anwendung gelangen würde, die den gleichen Dispersionsgrad ergibt. Anstatt 5 bar zu erreichen, wird sie unter normalen Betriebsbedingungen nicht über 1 bar hinauslaufen.

Ein zusätzlicher Vorteil des Zerstäubimgsystems nach der Erfindung besteht in der möglichen Einteilung der- Tropfsndurchmesser als Funktion des Zerstäubungswinkels: am Umfang befinden sich die kleineren Tröpfchen, während die größeren Tropfen im Bereich der Kammerachse verbleiben. Die Tropfen werden somit einer um so höheren Temperatur unterworfen, je größer ihr Durchmesser ist, was eine vollständige "Verdampfung über eine kurze Kammerlange ermöglicht.

Am Ausgang des Injektors wird die aus Primärluft und dispergiertem Schwefel bestehende Mischung in eine turbulente Bewegung gebracht und wird aufgrund dieser Bewegung an der konischen Wand entlang verlaufen. Die Depressiongszone bzw. die Zone mit niedrigem Druck, die sich hierbei im axialen Teil

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der Kammer und vor dem Injektor ergibt, wird von sehr heißen Brenngasen ausgefüllt. Sie strahlt in Richtung auf die aus Schwefel und luft bestehende Mischung und ruft die Verdampfung dee flüssigen Schwefels sowie eine Erhitzung dieser Mischung bis auf Entflannrtungstemperatur bzw. Selbstentzündungstemperatur hervor.

Die Aufteilung der gesamten Brennluft in Primärluft, die dem Brenner zugeführt wird_;und Sekundärluft, die entlang den Seitenwänden der Kammer zugeführt wird, ist nicht schwierig. Vorzugsweise entspricht die luftmenge, die als Primärluft zur Anwendung gelangt, einer stöchiometrischen Verbrennung des Schwefels in Schwefeldioxyd. Die Menge der Sekundärluft wird so berechnet, daß die gewünschte Konzentration an SO₂ in der endgültigen Gasmischung erzielt wird. Man kann die Primärluftmenge um 5 bis 10 % erhöhen, indem in gleichem Maße die Sekundärluftmenge verringert wird, ohne daß dies für eine gute Funktion der Vorrichtung von Nachteil wäre. Es ist indessen zweckentsprechend, die Menge der Sekundärluft, welche die Seitenwände der Kammer und die konische Wand bestreicht, ausreichend groß zu halten, um die erwähnten Wände gegen eine übermäßige Erhitzung aufgrund der Flammenstrahlung zu schützen. Ein Teil der Sekundärluft kann auch in der Kammer stromab von der Flamme ankommen.

Die vorher beschriebene Vorrichtung zur Verbrennung von flüssigem Schwefel ermöglicht die E_rzielung wesentlich erhöhter Leistungen an Schwefeldurchsatz. Diese Leistungen hängen offensichtlich

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von dem Druck ab, der in der Kammer herrscht: Bei einem Kammerdruck von beispielsweise 4,5 bar liegen die Leistungen zwischen

650 und 900 kg pro Stunde und pro m Kammervolumen. Die Funktionsweise der Vorrichtung ist äußerst anpassungsfähig, und man kann die Menge an flüssigem Schwefel um mehr oder um weniger als 50 £ in bezug auf die Normalleistung variieren, ohne Unregelmäßigkeiten zu beobachten. Außerdem arbeitet die erfindungs-f gemäße Vorrichtung sehr wirtschaftlich.: Die für die Kompression der Verbrennungsluft verbrauchte Energie liegt wenig höher als die, welche für die Kompression dieser Luft von atmosphärischem Druck auf Kammerdruck gebraucht würde, da die Druckdifferenz zwischen der Primärluft, die nur einen Teil der Verbrennungsluft ausmacht, und dem Gas im Innenraum der Kammer von geringer Bedeutung ist und vorteilhaft unter 1 bar liegt. Der Aufbau der Vorrichtung ist einfach,und ihre Unterhaltung bzw. ihr Betrieb bringt nur in Ausnahmefällen einen Produktionsstillstand mit sich.

Die Erfindung wurde vorher anhand einer Vorrichtung beschrieben, die nur einen einzelnen Injektor aufweist. Es könnten jedoch auch ohne weiteres mehrere Injektoren zur Anwendung gelangen, die dann vorzugsweise identischen Aufbau haben. Bei einer praktischen Ausführungsform wurden insgesamt drei Injektoren verwendet, die im Winkel von 120° zueinander um die Vorrichtungsachse angeordnet sind. In diesem Fall muß man eine Anzahl von entsprechenden konischen Teilen im Boden der Brennkammer vorsehen, die sonst im übrigen ihre zylindrische Form beibehält.

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Außerdem verwendet man bei drei im Winkel von 120° zueinander versetzt angeordneten Injektoren drei konische Zonen, deren Achsen in gleicher Weise um Jeweils 120° um die zentrale Achse der Brennkammer versetzt sind. Die übrigen Teile einer solchen Yorrichtung mit mehreren Injektoren sind identisch mit den Teilen einer Yorrichtung, die mit einem Injektor arbeitet und vorher erläutert wurde.

Das nachfolgend erläuterte und aufgeführte Beispiel soll die bei einem praktischen Anwendungsfall mit einem Schwefelbrenner nach den Figuren 1 bis 4 erreichten Resultate verdeutlichen:

i Die Brennkammer besitzt einen Durchmesser von 450 mm. Ihre Länge i zwischen dem Diaphragma am Ausgang des Injektors und dem gegen- : überliegenden Ende beträgt 1750 mm. Die konische Wand, die den j Injektor verlängert, zeigt einen Winkel von 30°.

' Der mechanische Zerstäuber hat eine Düse mit einer Auegangsmündung von 1,2 mm Durchmesser. Sie liegt 45 mm stromauf vom Dia-

; phragma. Die Rohrflügel, welche die Primärluft führen, sind : um 45° zur Achse geneigt. Das Diaphragma hat einen Durchmesser von 26 mm. Der Injektor nimmt eine Menge an flüssigem Schwefel I von 176 kg/h auf und eine Primärluftmenge von 756 kg/h auf, was einer stöchiometrischen Ygrbrennung des Sohwefels in S_chwefeldioxyd entspricht. Die Sekundärluftmenge beträgt 538 kg/h.

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Der Druck in der Brennkammer beträgt 4,5 bar absolut, während der Druck der Primärluft 5,3 bar beträgt. Die Druckdifferenz ist somit 0,8 bar. Die Temperatur in der Kammer liegt bei etwa 1150° Celsius.

Die Analyse des die Brennkammer verlassenden Gases zeigt, daß der Gehalt an SO₂ 12 # beträgt.

Das Fehlen von Flugfeuer am Ausgang der Vorrichtung spricht schon dafür, daß der Wirkungsgrad der Verbrennung hervorragend ist. Die Gewichtsbestimmung des verbrannten S_chwefels bestätigt diese Beobachtung; man findet nämlich weniger als 0,01 ppm.

Im Laufe dieses Versuchs hat man die Primärluftmenge variiert. Man hat sie um 5 bis auf 10 # erhöht. Dabei ist die Menge des unverbrannten Schwefels sehr niedrig geblieben, nämlich höchstens 0,03 ppm.

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbrennung von Schwefel, bei dem flüssiger Schwefel unter Druck im zerstäubten Zustand in eine Brennkammer zusammen mit einem brennbaren bzw. zur Verbrennung geeigneten Primärgas injiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung des Schwefels zunächst mechanisch durchgeführt wird, indem ein Strom aus flüssigem Schwefel im Primärgasstrom durch eine Mündung mit kleinem Durchmesser geleitet wird, daß dann eine pneumatische Zerstäubung durchgeführt wird, indem die die Mündung verlassende Mischung in eine verengte Zone koaxial zur Achse eingeleitet wird, welche durch die Mündung der zylindrichen Brennkammer bestimmt ist, daß dem erwähnten primären Brenngasstrom eine turbulente Bewegung vor seinem Durchgang durch die erwähnte verengte Zone mitgeteilt wird, daß die diese Zone verlassende Mischung in einen Raum der Brennkammer eingeleitet wird, der durch eine konische Wand begrenzt ist, deren Achse mit der der Brennkammer übereinstimmt und die einen der Frontteile der Kammer bildet, daß die Injektion der Mischung im Bereich der Spitze der konischen Wand durchgeführt wird und daß ein zur Verbrennung geeigneter Sekundärstrom entlang den

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» Lübeck (0451) 7 58 88, Privat: Dr. H. Wilden, Curau (04505) 210 ■ Dipl.-Ing. Th. Wilcken, Lübeck (0451) 2 51 5? Bank ι Commerzbank A. G., FiI. Lübeck, Kto.-Nr. 39 0187 Postscheck: Hamburg 1381 19

ORIGINAL INSPECTED

Seitenwänden der Kammer eingeführt wird, und zwar in bezug auf die Strömungsrichtung der Mischung hinter dem konischen Raum.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Schwefel bei einer Temperatur zwischen 145 und 155° Celsius eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Gasmischung in der Brennkammer zwischen atmosphärischen Druck und 12 bar und vorzugsweise zwischen atmosphärischen Druck und 6 bar gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Druck der verwendeten Primärluft und dem Druck des Gases in der Brennkammer nicht größer als 2 bar und vorzugsweise unter 1 bar gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der primären Verbrennungsluft zumindest gleich der luftmenge gewählt wird, die einer stöchiometrischen Verbrennung des Schwefels in S_chwefeldioxyd entspricht, und daß die Sekundärluftmenge so ermittelt ist, daß die gewünschte Lösung von Schwefeldioxyd in der gasförmigen Mischung erreicht wird, welche die Brennkammer verläßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an Schwefeldioxyd in der die Brennkammer verlassenden Gasmischung zwischen 4 $> und 5 # und vorzugsweise zwischen

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11 % und 13 #, bezogen auf das Volumen, gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegenseitige Unterordnung bzw. Abhängigkeit des Werts der Konzentration des Schwefeldioxyds in der Ausgangsmischung und des Werts der Sekundärluftmenge aufgebaut wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Luft als primäres und sekundäres Brennmittel zur Anwendung gelangt.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, bestehend aus einem Zerstäuber für flüssigen Schwefel, einem Einlaß für ein primäres Brennmittel und einer Brennkammer von im wesentlichen zylindrischer Form, wobei der Zerstäuber in der Achse der Kammer angeordnet ist und an einem der Kammerenden liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer an der Seite des erwähnten Endes durch eine konische Wand begrenzt ist, deren Spitze von der Kammer aus gesehen nach außen gerichtet ist, daß Mittel zur Injektion bzw. zum Einspritzen von flüssigem Schwefel im Bereich der erwähnten Spitze und in der Achse der Kammer angeordnet sind sowie einen mechanischen Zerstäuber mit einer Injektionsröhre bzw. -düse aufweisen, die axial im Innenraum eines Rohres befestigt ist, welches teilweise durch ein Diaphragma an der Kanmerseite abgedeckt ist, daß das Rohr Mittel aufweist, um eine Drehbewegung

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auf das primäre Brennmittel zu übertragen, welches im Innenraum des Rohres zirkuliert, und daß weiterhin Mittel vorgesehen sind, um ein sekundäres Brennmittel in die Kammer im Bereich von deren Seitenwänden und hinter der konischen Wand einzuführen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor aus einem doppelten Zerstäubersystern besteht, welches durch einen mechanischen Zerstäuber gebildet wird, dem ein pneumatischer Zerstäuber folgt, wobei der mechanische Zerstäuber eine grobe Zerstäubung des flüssigen Schwefelstrahls erzeugt, indem dieser durch eine Düse geleitet wird, und wobei der pneumatische Zerstäuber die grote Dispersion in eine feine Dispersion umwandelt, indec die grobe und mit primärer Verbrennungsluft vermischte Dispersion durch ein Diaphragma geleitet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor im wesentlichen aus einem Rohr besteht, welches koaxial zur Brennkammer liegt und dessen eines Ende einen eingeengten bzw. begrenzten Abschnitt bildet, der die Funktion des Diaphragmas ausübt und dem konischen Teil der Brennkammer gegenüberliegt, wobei das andere Ende des Rohrs dicht geschlossen ist und einen freien Durchlaß für eine Leitung zur Zufuhr von flüssigem Schwefel aufweist, daß die erwähnte Leitung sich in der Rohrachse erstreckt und in einer Injektordüse bzw. in einem Injektorrohr endet, welches bezüglich des erwähnten begrenzten Abschnitts stromauf gelegen ist, und daß das Rohr eine Anzahl

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von Mündungen für den Durchlaß von Primärluft aufweist, die bezüglich der Düse bzw. Röhre stromauf angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Flügel auf der Leitung zur Zufuhr von Schwefel angeordnet sind, und zwar im Innenraum des Injektorrohrs zwischen dem Bereich der Durchlaßmündungen für die Primärluft und dem Bereich der mechanischen Zerstäuberdüse, und daß die Flügel in bezug auf die Rohrachse geneigt angeordnet sind, um der Primärluft eine Rotationsbewegung mitzuteiler, und eine grobe Dispersion des flüssigen Schwefels in der Primärluft in Richtung auf das Diaphragma zu leiten, welches die pneumatische Zerstäubung der groben Dispersion in eine feine Dispersion durchführt.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzliche Mittel zur Einfuhr von Sekundärluft aufweist, die in die Brennkammer stromab von den primären Mitteln zur Einfuhr von Sekundärluft einmünden, die wiederum seitlich in die erwähnte Kammer einmünden.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer von einer hitzebeständigen Isolierniasse umgeben ist, die von den verschiedenen Mitteln zur Einfuhr von Sekundärluft durchlaufen wird, und daß der konische Teil, der den Boden der !Lämmer bildet, selbst in der erwähnten hitzebeständigen Masse liegt oder in dieser ausge-

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formt ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel des Konus, der den Boden der Kammer bildet, im Bereich von etwa 30° liegt.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit mehreren Injektoren ausgerüstet ist, daß eine den Injektoren entsprechende Anzahl von konischen Teilen vorgesehen ist, die je einem Injektor gegenüberliegend angeordnet sind und in eine gemeinsame Brennkammer einmünden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit drei Injektoren ausgerüstet ist, deren Achsen im Winkel von 120° um die Achse der Brennkammer herum zueinander versetzt sind.

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