DE2323382C3

DE2323382C3 - Brenner für Schwefelwasserstoffgas

Info

Publication number: DE2323382C3
Application number: DE2323382A
Authority: DE
Inventors: Willis Leroy Independence Mo. Shumaker
Original assignee: Standard Oil Co 60601 Chicago Ill
Current assignee: BP Corp North America Inc
Priority date: 1972-05-09
Filing date: 1973-05-09
Publication date: 1981-12-17
Also published as: JPS4969565A; FR2184340A5; JPS53758B2; IT985000B; CA986407A; GB1419895A; DE2323382A1; DE2323382B2; US3782884A

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für Schwefelwasserstoffgas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs !.

Durch die US-PS 17 79 647 ist ein Brenner für pulverisierten Brennstoff bekannt geworden, bei welchem die erweiterte Mündung des den Brennstoff zuführenden Rohres vor der offenen Innenseite einer Ringkammer liegt, in welche die Verbrennungsluft zugeführt wird. Das Verhältnis von zugeführtem Brennstoff einerseits zu Verbrennungsluft andererseits kann durch einen konzentrisch im offenen Ende des Gaszuführrohres angeordneten Gasableiter gesteuert werden, dessen kegelförmige Oberfläche einen Ring spalt mit der Rohrmündung bildet, und der bei axialer Verschiebung und damit Veränderung des Ringspaltes gleichzeitig in entgegengesetztem Sinne den Austrittsquerschnitt aus der Ringkammer in die Brennkammer verändert. Bei diesem bekannten Brenner mündet also der zwischen dem sich erweiternden Ende des Gaszuführrohres und dem Gasableiter gebildete Ringspalt in der Luftzuführöffnung, d. h. der Brennstott wird in die aus der Ringkammer radial nach innen zuströmende Luft eingeblasen und damit kräftig durchwirbelt in die Brennkammer gelangt e'ui Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisch.

Durch die US-PS 31 23 127 ist ein Brenner zum Beheizen von Strahlheizflächen bekannt geworden, bei welchem ein ventiltellerartiger Gasableiter vor der im Bereich der BrennerkaiTimerwand nach außen aufgebo-

genen öffnung des Zuführrohres einen radial nach außen gerichteten verstellbaren Ringspalt bildet, durch welchen das Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch rechtwinklig zur Achse des Zuführrohres entlang der Wand der Brennkammer ausgeblasen wird. Bei diesem bekannten Brenner mündet das Gaszuführrohr in oder dicht an der Brennkammerwand, so daß die Wärmebelastung des Gasabieiters gering ist.

Durch die US-PS 8 23 836 ist ein Gasbrenner bekannt geworden, bei welchem das Gas-Luftgemisch durch ein in die brennerseitig offene Brennkammer ragendes Zuführrohr eingeblasen wird, wobei die Stirnwandfläche des Brennerroiif-es konisch abgeschrägt ist, und ein Gasableiter mit einer Kegelfläche gegen diese Stirnwand des Gaszuführrohres einen verstellbaren Ringschlitz bildet, so daß das Gas-Luftgemisch kegelförmig gegen die Brennkammerwand ausgeblasen wird.

Bei allen diesen bekannten Brennern ist der Gasableiter über eine Spindel od. dgl. gegen die am Rohrende ausgebildete Gegenfläche verstellbar, so daß

J5 der zwischen dieser Gegenfläche und der stumpfkegelförmigen Leitfläche des Gasabieiters gebildete Ringspalt veränderbar ist.

Alle diese bekannten Brenner sind jedoch für die Verbrennung von üblichen Brennstoffen mit Luft vorgesehen, sind also für eine völlige Verbrennung des Brennstoffes ausgelegt. Die dabei entstehenden Verbrennungsprodukte können in die Atmosphäre abgeleitet werden. Bei einer solchen völligen Verbrennung wird ein Luftüberschuß angewendet, um die vollständige Oxydation sicherzustellen.

Bei einem Brenner für Schwefelwasserstoffgas gemäß der Erfindung enthalten die Produkte aus der Verbrennung Schwefeldioxyd, das nicht in die Atmosphäre abgeleitet werden kann. Schwefeldioxyd wird aus dem im Gas enthaltenden Schwefelwasserstoff durch Oxydation mit Luft in einer Brennkammer als Teil eines Gesamtverfahrens zur Herstellung von Schwefel aus Säuredämpfen erzeugt. Bei diesem Verfahren muß ein Luftüberschuß vermieden werden. Bei derartigen Schwefelerzeugungsanlagen nach dem Durchlaufverfahren werden die gesamten anfallenden Schwefelwasserstoff enthaltenden Dämpfe dem Brenner aufgegeben, und das Verhältnis von Luft zu Dämpfen liegt dabei im Molverhältnis von H2S zu SO2 von etwa 2:1. Daher ist die Luftmenge nur etwa '/3 der für eine vollständige Verbrennung benötigten Menge.

Außerdem treten bei Brennern für Schwefelwasserstoffgas hohe Temperaturen im Bereich von 1100— 1400⁰C auf. Dadurch und durch die Notwendigkeit die

Ί5 Turbulenz in der Brennkammer gering zu halten, in Verbindung mit der Tatsache, daß bei derartigen, Schwefelwasserstoffgas verbrennenden Brennern der Brennstoff erst in der Brennkammer mit der Verbren-

nungsluft gemischt wird, also nicht wie bei bekannten Brennern die Verbrennungsluft bereits mit dem Brennstoff gemischt in die Brennkammer zugeführt wird, und da bei derartigen Schwefelwasserstoffbrennern die Zuführorgane in die Brennkammer hineinragen, um eine bessere Verbrennung zu erreichen und nicht, wie bei den bekannten Brennern im wesentlichen in der Brennerwand enden, sind diese Zuführorgane für das Schwefelwasserstoff enthaltende Gas einer erheblichen Wärmebelastung ausgesetzt. Durch die in dem zu verbrennenden Gas enthaltenden Nebenprodukte erfolgen leicht Ablagerungen, insbesondere in Form einer Eisensulfidkruste auf dem Gasabieiter. Die dadurch entstehende Verformung des Gasabieiters bewirkt eine Störung der angestrebten gleichförmigen, laminaren Gasströmung in die Brennkammer und vermindert die Brennerleistung.

Die bekannten Brenner sind daher für die Verbrennung von Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasen, wie sie z. B. bei der Erdölraffinerie anfallen infolge der auftretenden starken Korrosion und Ablagerung, der ungünstigen Verbrennungsbedingungen und -ier häjfig erforderlichen Wartungsarbeiten nicht geeignet.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen derartigen Brenner so weiterzubilden, daß er bei der Verbrennung von Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasen wirtschaftlich und technisch günstigere ßrennerleistungen ergibt.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Maßnahmen erreicht.

Durch die Ausbildung des Gasabieiters als einstückiges keramisches Teil ist die Gefahr einer Ablagerung von z. B. Eisensulfid beseitigt, und die Standzeiten werden wesentlich höher. Durch die Anordnung der J5 Vorsprünge auf der kegelstumpfförmig ausgebildeten Oberfläche wird in jedem Fall ein Mindestdurchtritt freigehalten, so daß in jedem Fall eine für eine fortlaufende Verbrennung ausreichende Gasmenge austreten kpnn.

Die bekannten Brenner sind durch Verstellung des Gasabieiters völlig verschließbar. Eine Verbrennung findet bei den bekannten Brennern auch bei sehr geringer Öffnung des Ringspaltes zwischen der Stirnfläche des Gaszuführrohres und dem Gasabieiter statt, da bsi den bekannten Brennern ein brennbares Gemisch zugeführt wird. Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffgas muß dagegen eine bestimmte Menge von Gas erst in der Brennkammer mit der Verbrennungsluft gemischt werden. Wenn der brennba- so re Anteil des zugeführten Gases zu gering wird, hört die Verbrennung völlig auf.

Ein vorteilhaftes Material für den Gasabieiter ist in Anspruch 2, und eine Anordnung, die einen einfachen Austausch und eine sichere Befestigung des keramisehen Gasabieiters an der Verstellwelle ermöglicht, im Anspruch 3 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt w>

Fig. 1 scheftiätisch einen Axialschnitt durch die Gas- und Luftzuführung einer Brennkammer für Kohlenwasserstoff enthaltendes Gas,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. I und

Fig. 3 eine Teilansicht ähnlich F i g. I auf eine Abwandlungsform der Gaszuführung und der der Anordnung zum Verstellen des Gasabieiters.

Fig. 1 zeigt einen thermischen Reaktor 11, der eine Brennkammer 12 enthält, welche von einem Gehäuse 13 umschlossen ist, das inwendig mit einem feuerfesten Material 14 ausgekleidet ist und eine wärmeisolierende Ummantelung 15 aufweist. Das Gehäuse 13 ist an einem Ende mit einer kreisringförmigen Stirnplatte 16 verschlossen, welche eine Öffnung 17 aufweist. Die feuerfeste Auskleidung 14 weist eine Öffnung auf, welche mit der Öffnung 17 der Platte 16 fluchtet. Diese Konstruktion bildet eine Brenneröffnung für die Kammer 12.

Ein Rohr 18 ist an der Platte 16 derart befestigt, daß sein Ende an der Öffnung 17 liegt Das andere Ende des Rohres 18 ist durch eine Platte 19 verschlossen. Ein Rohr 20 ist konzentrisch um das Rohr 18 angeordnet. Das brennerseitige Ende des Rohres 20 ist an der Platte 16 befestigt. Das andere Ende des Rohres 20 weist einen Flansch 21 auf, der mit der Platte 19 mittels Schrauben 22 und Muttern 23 verschraubt ist. Das Rohr 20 weist eine Öffnung 24 auf, an welcher ein Rohr 25 angebracht ist. Das Rohr 25 ist mit einem nichi gezeigten Gebläse verbunden, welches der zwischen den Ruhren 18 und 20 gebildeten Ringkammer Luft zuführt. Das Rohr 18 weist zwei große Öffnungen 26 auf, welche einander gegenüberstehen und relativ zu der Öffnung ?4 im Rohr 20 uni 90° versetzt angeordnet sind. Durch die Öffnungen 26 fließt Luft aus der Ringkammer zwischen den Rohren 18 und 20 in das Rohr 18 und von diesem durch die Öffnung 17 der Platte 16 in die Brennkammer 12.

Konzentrisch innerhalb des Rohres 18 ist das vordere Ende eines Gaszuführrohres 27 des Brenners 28 angeordnet. Der vordere Teil des Rohres 27 erstreckt sich durch die Öffnung 17 zu der Brennkammer 12 und hat ein sich nach außen erweiterndes offenes Ende 29.

Im Rohr 18 ist um das vordere Endteil des Rohres 27 eine parallele Reihe von in die Kammer 12 reichenden, nicht gezeigten Sparbrennern angeordnet. Im Rohr 18 ist auch eine nicht gezeigte Zündanordnung vorgesehen. Die Zündanordnung und die Sparbrenner sind bekannt und in üblicher Weise angeordnet.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform weist der Brenner 28 ein Rohr 27 mit einem gekrümmten rückwärtigen Teil auf, welcher außerhalb der Gehäuses liegt. Dieser gekrümmte Teil des Rohre«; 27 enthält eine Öffnung 30, die mit der Längsachse des geraden vorderen Teils des Rohres 27 fluchtet. Eine zylindrische Buchse 31 ist in der Öffnung 30 angeschweißt. Die Buchse 31 weist an ihrem äußeren Ende einen Flansch 32 auf. Ein Spindeltrieb 33 ist auf diesem äußeren Ende der Buchse 31 befestigt, wobei dieser Spindeltrieb 33 mit seinem Bodenflansch 34 an dem Flansch 32 der Buchte 31 angeschraubt ist. Zwischen der Buchse 31 und dem Flansch 34 sind Dichtungsringe 35 eingelegt.

Der Spindeltrieb 33 trägt ein Handrad 36, das im Gewindeeingriff mit einer Spindel 37 steht, welche sich durch die Buchse 31 in das Rohr 27 erstreckt, wo ihr anderes Ende mit einer rohrartigen Welle 38 verbunden ist. An dem anderen Ende der rohrartigen Welle 38 ist eine Kupplung 39 befestigt, die eine Gewindebohrung aufweist, in der ein mit Gewinde versehener rückwärtiger zylindrischer Ansatz 40 eines G?.sableiters 41 befestigt ist. Der Gasabieiter 41 ist in einem Stück aus feuerfestem Material hergestellt, welches die hohe Temperatur aushälv die während der Verbrennung in der Brennkammer 12 erreicht wird, und das lerner korrosionsfest gegenüber den Säuredämpfen ist. Ein derartiges Material kann ein auf der Basis von an

Siliciumkarbid gebundenes Siliciumnitrid sein.

Die vordere Fläche des Ableilers 41 kann, wie In Fig. 1 gezeigt, schalenartig vertieft sein; sie kann jedoch auch eben sein. Die hintere Oberfläche des Ableiters 41 weist eine kegelstumpfartige Gestalt auf. Der Ansatz 40 des Gasabieiters 41 erstreckt sich nach rückwärts vom kleineren Durchmesser dieser kegelstumpfförmigen Oberfläche. Der vordere Teil der kegelstumpfförmigen Oberfläche liegt gegenüber der inneren Oberfläche des nach außen sich erweiternden Endes 29 des Rohres 27.

Der vordere Teil der kegelstumpfförmigen Oberfläche des Ableiters 41 weist drei Vorsprünge 42 auf. die im gleichen Abstand um den Rand dieser Oberfläche liegen, so daß sie sich an der inneren Fläche des sich nach außen aufweitenden Endes 29 anlegen, wenn der Gasableiter41 in Fig. 1 links bewegt wird. Durch diese Ausbildung wird ein völliges Schließen des ringspaltförr/ihnunnc

Ahloitor Λ1

Ende 29 des Rohres 27 durch das Handrad 36 vermieden.

Im Bereich des vorderen Endes, d. h. des Gasabieiters 41, ist die rohrartige Welle 38 in einer radspeicherartigen Halterung 43 gelagert. Die Halterung 43 enthält eine Buchse 44 mit einem nach innen gerichteten Ringflansch an einem Ende sowie einem Innengewinde am anderen Ende, um als Stopfbüchsengehäuse zu dienen. Die Halterung 43 weist Stützspeichen bildende radiale Platten 45 auf, die an der Buchse 44 und an der Innenfläche des Rohres 27 angeschweißt sind. Zwischen der Buchse 47 und der rohrartigen Welle 38 ist eine .Stopfpackung aus hitzebeständigem Material eingebracht, welches von einem Monelgeflecht umschlossen ist. Ein Packring 46 ist gegen die Stopfpackung durch eine Ringmutter 47 angepreßt. Diese Konstruktion Ί ermöglicht eine Lagerung der Welle 38. durch die Schwingungen an ihrem vorderen Ende und damit auch Schwingungen des Gasabieiters 41 vermieden werden. Schwingungen des Gasabieiters 41 sind unerwünscht, da sie den Ringspalt zwischen dem Gasabieiter 41 und dem

ίο sich nach außen erweiternden Ende 29 des Rohres 27 verändern. Diese Konstruktion erlaubt jedoch eine axiale Bewegung der Welle 38 und damit eine axiale Verschiebung des Gasabieiters 41.

In Fig. 3 ist ein Brenner 28 dargestellt, bei welchem

ri das Rohr 27 außerhalb des Rohres 18 und der Platte 19 gerade und nicht gekrümmt verläuft. Das Rohr 27 weist eine öffnung 50 auf, durch welche Säuredämpfe von einem Rohr 51 zugeführt werden. Das Rohr 51 ist dazu mi! einem Oehäuse verbunden. Dss rückwärtige End^p des Rohres 27 ist mit einer Platte 52 verschlossen, welche eine zentrale öffnung 53 aufweist, durch welche sich die Buchse 31 erstreckt, die an der Platte 52 befestigt ist.

Die kegelstumpfförmige Oberfläche des Ableiters 41 weist vorzugsweise einen eingeschlossenen Winkel auf, der größer ist als der der inneren Oberfläche des nach außen erweiterten Endes 29 des Rohres 27. Dies hat den Vorte¹' daß eine gegebene Änderung des Ringspaltes zwischen dem Ableiter und dem Rohrende durch eine

jn kleinere Bewegung des Ableiters in Längsrichtung erreicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner für Schwefelwasserstoffgas mit Zufuhr des Gases zu der Brennkammer eines thermischen Reaktors über ein Gaszuführrohr, dessen Vorderteil sich konzentrisch durch die Wandung des Reaktors in dessen Kammer erstreckt, mit einem Gasabieiter, der konzentrisch am offenen Ende des Gaszuführrohres angeordnet ist und einen Ringspalt zwischen dem Ableiter und dem sich nach außen konisch erweiterten offenen Ende des Rohres begrenzt, wobei der Gasabieiter eine kegelstumpfförmige rückwärtige Oberfläche hat, die mit der inneren Oberfläche des sich nach außen erweiternden Endes des Gaszuführrohres einen veränderbaren Ringspalt als Auslaß des Gases aus dem Rohr bildet und mit einer Welle, die mit dem rückwärtigen Ende des Gasabieiters verbunden ist und sich konzentrisch durch das Rohr nach rückwärts zu einer Verstell- und Halteeinrichtung erstreckt und in einer Halterung innerhalb des vorderen Teiles des Rohres axial verschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß

— der Gasabieiter (41) ein einstückiges feuerfestes Teil ist, welches hitzebeständig und gegen Säuredämpfe korrosionsfest ist, und

— der Gasableiter (41) Vorsprünge (42) auf der kegelstumpfförmig ausgebildeten Oberfläche aufweist, welche dem sich kegelförmig nach außen erweiternden offenen Ende (29) des Rohres (27) gegenüberliegen, derart, daß die nach rückwärts yerichtt.e Verschiebung des Gasabieiters (41) du/cb axiale Verschiebung der Welle (37, 38, 39) vor einer ölligen Absperrung des Ringspaltes begrenzt ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasableiter (41) aus einem feuerfesten Stoff auf der Basis von an Siliziumkarbid gebundenen Siliziumnitrid besteht.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

— der Gasableiter (41) einen rückwärtigen, mit Gewinde versehenen zylindrischen Ansatz (40) aufweist, der von der Spitze der kegelstumpfförmigen Oberfläche ausgeht, und

— eine Einrichtung (39) vorgesehen ist. um den Ansatz (40) des Gasabieiters (41) am vorderen Ende der Welle anzubringen.