NO159043B - Fremgangsmaate for forbrenning av roeyk samt forbrenningsovnsystem for utfoerelse av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Brenneranordning for en neddykket forbrenningsinndamper.

Foreliggende oppfinnelse angår forbedringer

ved slike brennere som anvendes ved inndamping eller konsentrering ved hjelp av såkalt «neddykket forbrenning» (engelsk: «submerged com-bustion»). Slike brennere finner i dag utstrakt anvendelse for de nevnte formål, og de utmer-ker seg både ved enkelthet, sikker drift, høy termisk virkningsgrad og små tendenser til beleggdannelse, idet slike brennere ikke er forsynt med heteflater. Det er fra tidligere kjent en rekke utførelsesformer for slike brennere, se eksempelvis U.S. patentskrifter 2 905 535 samt 3 104 947 og oppfinnelsen vedrører som nevnt en forbedret brenneranordning for en neddykket forbrenningsinndamper, idet det særegne ved anordningen i henhold til oppfinnelsen er som angitt i den karakteriserende del av patentkrav-ene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere ved

hjelp av den følgende fremstilling i forbindelse

med de vedføyde tegninger, idet brenneranord-ningens konstruksjon og virkemåte er forklart i forbindelse med konsentrering av fortynnet fosforsyre erholdt ved den såkalte «våtprosess», hvor mange av de problemer som oppstår ved inndamping eller konsentrering av væskeblan-dinger i særlig grad har medført vanskeligheter og ulemper, men som ved oppfinnelsen i vesent-lig grad er eliminert.

Foreliggende oppfinnelse angår således neddykket forbrenning og lignende teknikk i hvilken en væsk opphetes ved direkte påvirkning av varme forbrenriingsprodukter, og oppfinnelsen er som nevnt beskrevet i forbindelse med oppkonsentrering av fosforsyrer ved fremstilling av fosforsyrer med høyt P205-innhold. Uttrykket «fosforsyrer med høyt P205-innhold» skal i denne forbindelse forståes å mene fosforsyrer som inneholder ikke mindre enn 68 vektprosent P2Og på ren basis (beregnet som vekten av P203 i forhold til totalvekt av P205 pluss både fritt og bundet vann i den angjeldende syre) og omfatter syrer kjent som «superfosforsyrer» med et P20--innhold i området 68—79 vektprosent på ren basis, syrer med et P20--innhold i området 79—89 vektprosent som passende kan kalles «astrofosforsyrer» og syrer inneholdende over 89 vektprosent PsO- kalt «ultrafosforsyrer».

Den kommersielle fremstilling av fosforsyrer foregår vanligvis etter en av to hovedmetoder, nemlig «våtprosessen» i hvilken benaske, eller mer vanlig fosfatbergart omfattende apatit (3 Ca.,(P04)2 . Ca F2) og/eller trikalsiumfosfat (3 Ca,,(PO_,)2) blir oppsluttet med fortynnet mine-ralsyre (f.eks. svovelsyre) for fremstilling av en svak ortofosforsyre-oppløsning og et kalsiumsalt som skilles fra oppløsningen på egnet måte, samt «ovnsprosessen». Våtprosessyre fremstilles normalt med lav styrke (f. eks. 27—33 vektsprosent på ren basis) og skjønt det kunne være ønskelig å oppkonsentrere den til en høyere styrke for-ut for anvendelse, for eksempel ved fremstilling av gjødningsstoffer, er den ikke desto mindre et meget vanlig, lett anvendelig og økonomisk material for masseproduksjon av gjødningsmidler og andre fosfatforbindelser.

Vanligvis har våtprosess-fosforsyre som nevnt, et P20--innhold i området 27—33 vektsprosent hvor P,05 i det alt vesentlige er tilstede i form av ortofosforsyre (H;1P04). Den inneholder også forurensninger slik som kalsium, jern, alu-minium, magnesium og andre metaller sammen med fluorforbindelser og andre forurensninger, idet mengden og arten av forurensningene av-henger av råmaterialene anvendt ved fremstil-lingen. Oppkonsentrering av denne svake syre til høyere styrke omfatter fordampning av vann fra oppløsningen og for oppkonsentrering til et P20--innhold av omkring 68 vektsprosent er forskjellige fordampingsfremgangsmåter anvendelig. Ved valg av fordampingsteknikk for dette formål må det tas hensyn til syrens korrosive egenskaper, hvilket byr på problemer ved valg av konstruksjonsmaterialer. Likeså må det tas hensyn til problemet med beleggdannelse på varmevekslingsflater idet forurensningene i syren er slik at de fører til en hurtig utvikling av et hardt belegg av kalsiumsalter (sulfat og fos-fat) på enhver flate som ved høy temperatur er i forbindelse med syren. Av denne grunn er fremgangsmåter som omfatter indirekte opphetning av syren vanskelig å anvende og vil ha en tendens til å gi en lav termisk virkningsgrad.

Fordampning ved hjelp av neddykket forbrenning og lignende teknikk ved hvilken opphetning tilveiebringes ved direkte å utsette væsken for varme forbrenningsprodukter og som har en meget høy termisk virkningsgrad, synes på den annen side å unngå problemet med beleggdannelse på varmeoverføringsflatene, lette problemet med valg av konstruksjonsmaterialer likesom den viser høy termisk virkningsgrad og andre økonomiske fordeler ved konsentrering av våtprosess-fosforsyre. Anvendelsen av denne teknikk har imidlertid inntil nylig vært hindret av en tilfredsstillende og økonomisk løsning av problemet i forbindelse med de skadelige gass-utstrømninger som oppstår ved inndampningen.'

Problemene som oppstår ved konsentrering av våtprosess-syre fra over ca. 68 vektsprosent er betraktelig mer alvorlige enn de man har ved oppkonsentrering opp til denne styrke.

Ikke bare er det større problemer ved valg av egnede konstruksjonsmaterialer som er istand til å motstå de høyere temperaturer og den økende korrosjon, men i tillegg hertil er problemet med bedeggdannelse på varmeoverføringsflat-ene øket ved den tendens varm konsentrert fosforsyre har til å danne uoppløselige polyfosfater og metafosfater med noen av de forurensningene som normalt finnes i våtprosessyren.

Det bør her erindres at fosforsyre forekommer i mange former som f. eks.: Ortof osforsyre

(H:iPO,), pyrofosforsyre (HyPr,07), polyfosforsyrer (tre eller flere ortofosforsyremolekyler kondensert under fjerning av vannmolekyler) samt metafosforsyre (HPO.,) som forekommer i sykliske polymere (se «Phosphorus and its Com-pounds», Vol. 1, av John R. Van Wazer, New York 1958). Rene vanndige oppløsninger av PoOt,, i konsentrasjoner opp til 68 vektprosent inneholder i det vesentlige bare ortof osforsyre, over denne styrke øker mengden av pyrofosforsyre og andre polyfosforsyrer opptrer. Ved et P2Or-inn-. hold på 79 vektprosent kan oppløsningen inneholde 20 % ortofosforsyre, 46 % pyrofosforsyre, 20 % tripolyfosforsyre, 8 % tetrapolyfosforsyre, 3 % pentapolyfosforsyre og 1 % heksapolyfos-forsyre. Ved et P^O^-innhold på 84 vektsprosent har andelen av ortofosforsyre falt til 3 % og andelen av pyrofosforsyre til 10 % idet hoved-mengden av P;)0- nu foreligger i form av polyfosforsyrer og hvor de polysyrer som omfatter mer enn ti ortofosforsyre-enheter, utgjør minst 25 % av P20--innholdet. Ved P9On-innhold over 87 vektsprosent endres konstitusjonen idet i

konsentrater med høyere P„0--innhold øker inn-holdet av kryssbundne polysyrer og polymere av metafosforsyre-enheter.

Under oppkonsentrering av fosforsyreopp-løsninger ved inndampning vil lokale høye temperaturer og konsentrasjonsgradienter innvirke på den forholdsmessige fordeling av de forskjellige former for syren. Ved oppkonsentrering av våtprosess-syre omfatter de forskj ellige forurensninger: kalsium-, jern- og aluminiumkationer som reagerer med de høyere polv- og meta-fosforsyrer under dannelse av uoppløselige forbindelser hvis dannelse leder til dannelsen av disse former for syren som nevnt, ved å forstyrre like-vektsfordelingen mellom de forskjellige former for syren. Oppkonsentreringen av våtprosess-syre til et PgO--innhold over ca. 68 vektsprosent (på ren basis) fører således til dannelse av uven-tede store mengder av uoppløselige polyfosfater og metafosfater i form av harde belegg på var-meoverføringsflater i inndamperen.

Av denne grunn er inndampningsteknikk «nfattende inndirekte opphetning av syren prak-tisk talt utelukket i større målestokk ved en økonomisk oppkonsentrering av våtprosess-syre til P20--innhold som ligger over ca. 73 vektsprosent. For slikt formål er neddykket forbrenning eller lignende teknikk uunnværlig. . Det er imidlertid blitt funnet at oppnåelse av fosforsyre med høyere P,0--innhold og ønsket sammensetning i større målestokk ved neddykket forbrenning ikke er så enkelt.

Mens således en mindre inndamper med for eksempel et forbrennerarrangement av vanlig utførelse og som arbeider med en varmeutvik-ling på opptil ca. 250 000 kilokalorier pr. time, kan oppkonsentrere en våtprosess-syre til høyt P20--innhold med den forventede fordeling av polymere syrer og forbindelser, er det funnet at større anlegg kan produsere syrer som inneholder uventet store mengder av uoppløselige høy-polymere forbindelser som i mange tilfeller ved den endelige anvendelse av produktet er uønske-de bestanddeler og representerer tap av verdi-full fosfor fra matesyren.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe et brennerarrangement samt et inndampningsanlegg inneholdende samme hvormed fosforsyrer kan bli oppkonsentrert til høyt P20--innhold i stor målestokk for oppnåelse av produkter som har den forønskede sammensetning og spesielt et lavt innhold av uoppløselige forbindelser av høyere polyfosforsyrer og sykliske metafosforsyrer.

Undersøkelser som er gjort, over mulige årsaker til de forannevnte uregelmessigheter i sammensetningen av høyt P2Orrinneholdende produkter fra neddykket forbrenningsinndam-pere i stor målestokk har vist at en viktig faktor øyensynlig er ustabilitet i grenseflaten mellom væske og gasser ved utløpsåpningen til det sed-vanlige anvendte neddykningsrør som fører forbrenningsproduktene ned under overflaten til syren som skal inndampes, på grunn av uregelmessigheter i gasstrømmen fra utløpsåpningen og ned i væsken. Når således de vanlige utformingskriteria er anvendt ved konstruksjonen av et brennearrangement ved høy varmeutstrøm-ningshastighet for en inndamper av stor målestokk, er utløpsåpningen for neddykningsrøret stor og gasstrømmen fra neddykningsrøret inn i væsken blir uregelmessig, idet gasstrømmen danner blærer som brytes i stykker og føres bort fra utløpsåpningen i forskjellige og svingende baner over og rundt enden av røret, med det resultat at gass/væske-grenseskiktet beveger seg uregelmessig over forskjellige områder av ende-flaten og utløpsåpningen av neddykningsrøret samt dets ytre overflate. Det synes som om slik bevegelse av grenseskiktet tillater at deler av væsken momentant kommer i kontakt med områder av neddykningsrøret som nettopp er blitt oppvarmet til høy temperatur av de utstrøm-mende gasser, hvorved slike væskedeler blir utsatt for over-konsentrering under dannelse av høypolymere syrer og forbindelser av slike i form av faste avsetninger i det angjeldende område av neddykningsrøret. Uregelmessigheter i gass-strømmen kan også føre til at små væskemeng-der blir innkapslet i blærer av varm gass hvorved de utsettes for overkonsentrering. De faste avsetninger kan bli utsatt for gjentatte rekke-følger av overopphetning og fuktning av væske hvilket resulterer i at avsetningene kan bygges opp i en betraktelig utstrekning.

Følgelig er en mer spesiell hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe et brenner-arrangement samt et inndampningsanlegg inneholdende samme i hvilket gass/væske-grenseflatens ustabilitet blir minsket av hensyn til de ovenfornevnte følger av slik ustabilitet.

Betraktninger over de mulige årsaker til den forannevnte ustabilitet i gasstømmen fra dyppe-rørsutløpet i store neddykningsbrennerarrange-menter tyder på at forholdet mellom den volumetriske strømningshastighet til gassen fra ut-løpsåpningen og omkretsen av utløpsåpningen (eller av en dimensjon av en del av neddyknings-røret nær utløpet) er en kritisk faktor og at fordi vanlige utformingskriteria leder til valget av en slik størrelse på utløpsåpningen at for å oppnå, i alle brennerarrangementer antas det at det arbeides med neddykningsrøret neddykket til omtrent den samme dybde (vanligvis en verdi i området 15—45 cm, men i noen tilfeller opptil 300 cm) i væsken, en gasstrømhastighet som ligger innenfor et passende smalt område (typisk en verdi i område 60 til 100 meter pr. sekund ved en gasstemperatur på 1 400° C), økes forholdet mellom den volumetriske strømningshastig-het og utløpsomkretsen med økende størrelse på utløpsåpningen idet strømningshastigheten øker i forhold til kvadratet av utløpsåpningens radius, mens utløpsåpningens omkrets er en lineær funksjon av radien.

Man ledes således til å betrakte den mulige betydning av den radiale utstrekning til endefla-ten til dypperøret som omgir utløpsåpningen, som en faktor som bestemmer strømningsstabiliteten. Konklusjonen herav blir at stabile strømnings-forhold sansynligvis vil oppstå når gass som strømmer fra neddykningsrørets utløpsåpning, kan danne en blære hvis omkrets ligger på en tilnærmet horisontal flate ved enden av ned-dykningsrøret. Eksperimenter har vist at en slik konklusjon er riktig.

En brenneranordning i ovensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse omfatter således et forbrenningskammer og et dypperør i forbindelse med dette, idet forbrenningskammeret er beregnet på å mates med brensel (flytende eller gassformet) og et oksydasjonsmiddel, individuelt eller i forutblandet form, for forbrenning i kammeret under frembringelse av forbrenningsprodukter som strømmer ut gjennom dypperøret, idet dypperøret er beregnet på å henge vertikalt ned i væsken som skal inndampes, og ender der i et munnstykke som er omgitt av en ringformet flate som i det vesentlige er rettet vinkelrett på dypperørets akse, idet munnstykket og flaten er slik dimensjonert at under bruk av brenneran-ordningen danner forbrenningsproduktene en blære hvis omkrets ligger på flaten.

Den ringformede flate ved den nedre ende av dypperøret kan være plan, men er fortrinns-kjeglestumpformet eller buet, hvorved dens indre omkrets ligger noe nedenfor dypperørets ytre omkrets, slik at stabil strømning av forbrenningsprodukter ut over den ringformede flate fremmes.

Det er funnet at den radiale utstrekning (L) av den ringformede flate (projisert på et plan perpendikulært på dypperørets akse) bør ha en verdi som gis av følgende formel:

L = k R (Q« 1)

hvor: R er radien i utløpsåpningen,

Q er varmeutstrømningshastigheten til brennerarrangementet angitt i millioner B. Th. U. pr. time (1 B. Th. U. = er ca. 0,25 kilokalorier)

k ikke er mindre enn 0,6 og fortrinnsvis ikke

mindre enn 0,9,

a har en verdi i området 0,29—0,32 og er

fortrinnsvis 0,3.

Fortrinnsvis er den nedre ende av dypperøret omgitt av en skjerm for å fremme, under bruk av brennerarrangementet, stabil og symmetrisk sirkulasjon av væske i området om den ned-dykkede del av dypperøret, idet en slik skjerm derved har en tendens til å stabilisere strøm-ninger av forbrenningsprodukter over den ytre omkrets av den ringformede flate ved den nedre ende av røret ved å forhindre ustabile og usym-metriske væskestrømninger i området omkring den nedre ende av dypperøret fra å forstyrre den forønskede jevne flatelignende strømning av forbrenningsprodukter over den ringformede flate. Den nevnte skjerme har fortrinnsvis en kjeglestumpformet form, koaksial med utløps-åpningen i dypperøret, og har fortrinnsvis sin nedre ende plassert i en slik avstand nedenfor den nedre ende av dypperøret at den oppfanger alle forbrenningsprodukter som strømmer ut av utløpsåpningen, og strekker seg oppover og utover til en høyde, under bruken av brennerarrangementet, nær opp til væskenivået.

En slik sirkulasjon av væske fremmet ved hjelp av skjermen, sikrer at yttersiden av dyppe-røret blir grundig og jevnt vasket av væsken, hvilket fører til god jevn overføring av varme fra dette område av dypperøret til væsken og derved forhøyer den termiske virkningsgrad så vel som hindrer utviklingen av lokale varme-punkter på deler av dypperøret og minsker opp-bygning av avsetninger av polymere fosfater.

Med en slik skjerm blir forbrenningsprodukter og medrevet væske grundig blandet under tilveiebringelse av en utmerket varmeoverføring fra forbrenningsproduktene til væsken, idet væske som skiller seg fra gassene ovenfor skjermen, faller på utsiden derav for å returnere i det vesentlige jevnt og symmetrisk til området om dypperørets utløpsåpning.

Fortrinnsvis danner forbrenningskammeret og dypperøret tilsammen en passasje hvis tverr-snitt avtar mot utløpsåpningen til dypperøret, hvorved strømmen av forbrenningsprodukter får en høy hastighet i området ved utløpsåpningen for derved å redusere risikoen for at væske skal strømme inn i dypperøret under en plutselig en-dring i forbrenningsforholdene.

Enn videre omfatter brennerarrangementet fortrinnsvis innretninger for innsprøytning av et gassformig fluidum som for eksempel luft, inn i boringen i dypperøret for blant annet å regulere gassens gjennomsnittstemperatur til en passende verdi og for øke gasshastigheten gjennom dypperørets utløpsåpning. I en typisk utførelse av oppfinnelsen er det innsprøytede gassformige fluidum beregnet på danne en kappe som omgir dypperørets munnstykke, og strømmende over det indre område av den ringformede endeflate på røret for derved å begrense varmeover-føring fra forbrenningsproduktene til dyppe-røret og derav følgende utvikling av uønskede høye temperaturer på disse flater som sannsyn-ligvis fra tid til annen blir fuktet av væsken.

Brennerarrangement som ovenfor beskrevet kan med fordel ytterligere inneholde en varmebeholder med lite volum i hvilken dyppe-røret til brennerarrangementet henger ned, hvorved volumet av væsken som er utsatt for opphetning, er begrenset og hurtig opphetning kan oppnås slik at væsken kun blir holdt til-bake en kort stund ved den temperatur som er nødvendig for å fremkalle fordampning. Dette er spesielt viktig ved konsentrering av fosforsyrer til høyt P2Or)-innhold idet forlenget opphold ved høye temperaturer leder til dannelse av uopp-løselige forbindelser av høyere polyfosforsyrer og sykliske metafosforsyrer.

Et typisk brennerarrangement i henhold til oppfinnelsen, anordnet i en inndamper som er beregnet på å oppkonsentrere fosforsyre med et P20--innhold på ca. 54 vektsprosent til «astrofos-forsyre» med P205-innhold på ca. 80 vektsprosent med en kapasitet på 50 tonn P20- pr. dag er vist ved hjelp av de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et vertikalsnitt av en inndamper inneholdende et brennerarrangement i henhold til oppfinnelsen, idet snittet er tatt langs linjen I—I i fig. 2. Fig. 2 er et planriss av inndamperen vist i fig. 1, med lokk og brennerarrangement fjernet for klarhets skyld. Fig. 3 er et vertikalsnitt av brennerarrangementet i inndamperen i følge fig. 1. Fig. 4 er et planriss av brennerarrangementet i fig. 3.

Inndamperen vist i figurene 1 og 2 omfatter en kappe 10 av for eksempel blyforet bløtt stål eller av rustfritt stål for å motstå korrosjon av syre som kan lekke gjennom den nedenfor beskrevne foring. Kappen 10 er innvendig foret med en ytterforing 12 av syremotstandsdyktig murverk og, med unntagelse av bunnen av det nedenfor beskrevne varmereservoar, en inner-foring 14 bestående av to skift murstein av kar-bon. Kappen 10 er omtrent rektangulær i plan (se fig. 2) med en halvsirkelformet ende og har en totallengde på ca. 3,2 meter, en bredde på ca. 2,4 meter og en totalhøyde på ca. 1,5 meter.

Kappen 10 og dens foringer 12, 14 er utformet for tilveiebringelse av et varmereservoar 16 med avstumpet konisk form, hvis akse en verti-kal og faller sammen med senterlinjen til buen i den halvsirkelformede ende av mantelen. Varmereservoaret 16 har en bunn 17 med diameter ca. 90 cm med en vegg 18 som skråner oppover og utover til en diameter på ca. 110 cm i en høyde av ca. 30 cm over bunnen 17. Veggen 18 fortsetter deretter med en større helling utover til en diameter på ca. 170 cm i en høyde av ca.

55 cm over bunnen 17. Det innerste skift av fo-ringen 14 ved bunnen 17 av varmereservoaret 16 er dannet av brendt ildfast aluminiumoksyd-stein. Over denne høyde er beholderen 16 begrenset av den vertikale veggen 20 som i plan er konform med kappens form i plan. På den side av beholderen 16 som vender bort fra den halvsirkelformede ende av kappen, har veggen 20 i kappen et tilnærmet horisontalt trinn 21 som løper ut til den vertikale endeflate 22 i kappens innerforing, idet trinnet 21 er anordnet i en høyde av ca. 58 cm over bunnen 17 ved for-bindelsen mellom trinnet 21 og flaten 22. Kappen 24 har et topplokk 24 med en åpning 26 over varmebeholderen og en rektangulær utløpsåp-ning 28, ca. 170 x 48 cm, hvis ene langside faller sammen med den vertikale flate 22 i kappens inner-foring 14 ved enden av trinnet 21.

Bunnen 17 i varmeresesrvoaret er utformet med en diametral kanal 30 omtrent 10 cm dyp og 10 cm bred og som er på linje med koaksiale syreinnløps- og utløpsrør som strekker seg gjennom veggen i kappen 10 og dens foringer 12, 14, idet utløpsrøret 32 er omtrent 7,5 cm i diameter og strekker seg i kanalen 30 til den motsatte side av beholderen og er overdekket med en 1,3 cm tykk brendt aluminiumoksydplate 34 som er ca. 75 cm lang, idet platen lukker den sentrale del av kanalen. Innløpsrøret er dannet av det ringformede rem mellom utløpsrøret og en 10 cm's boring gjennom kappeveggen og dens foringer. Kappen og foringene er også forsynt med et rør 38 med 7,5 cm's boring som strekker seg til beholderen 16 like over bunnen 17, hvilket rør tje-ner som et alternativt syreutløpsrør.

Avløpsåpningen 28 i lokket kommuniserer med en rektangulær del av en avløpskanal 40 som innvendig er forsynt med ledeplater 41 for å lede de utstrømmende gasser fra den ene side til den annen for derved å bevirke nedslag av medrevne væskepartikler i avløpsgassen. Avhen-gig av produksjonskravene kan den øvre del av avløpskanalen være forsynt med innretninger for innføring av en fosforsyreoppløsning som strømmer over ledeplatene 41 i kanalen 40 for kondensering av fosforsyredamper i avløpsgas-sen og returnere disse til inndamperen som til-bakestrøm og tilførselskomponent. Alternativt kan avløpskanalen 40 være forsynt med en boble-plate eller lignende innretning (ikke vist) som overrisles med en fosforsyreoppløsning som kon-denserer og absorberer fosforsyredamper og frembringer et biprodukt med lavt innhold av forurensninger og P2Or-innhold på omkring 60 vektsprosent (på ren basis) som danner et verdi-fullt mellomprodukt for for eksempel industri-kvalitets fosforsyre og fosfater.

Avløpskanalen 40 leder avløpsgassene til et egnet behandlingsanlegg.

Åpningen 26 i lokket over varmebeholderen 16 i inndamperen innfatter et brennerarrangement, vist særskilt i figurene 3 og 4, som i denne utførelse av oppfinnelsen er utformet for en varmeutstrømningshastighet (Q) på ca. 2 millioner kilokalorier pr. time og omfatter et omvendt kjeglestumpf ormet dypperør 50 som henger nøyaktig vertikalt ned i varmereservoaret 16 og er forsynt med en ytterkappe 51 av et egnet syrebestandig metall foret med ildfast material og lukket i den øvre ende ved hjelp av en ildfast spuns 52 med et sentralt hull 53. Det innvendige av dypperøret 50 avgrenser en kjeglestumpf ormet passasje som smalner av fra en diameter på 58 cm til en munnstykkediameter på 38 cm (R =

19 cm) ved den nedre ende.

Over den ildfaste spuns 52 er brennerarrangementet forsynt med et brenselsblandingskam-

mer 54 beregnet på å bli matet med en blanding av brenselsgass (naturgass) og luft gjennom et passende innløpsrør 55. Dette kammer 54 kommuniserer med det indre av dypperøret 50 via den nevnte sentrale åpning 53 i den ildfaste spuns 52, hvilken åpning er forsynt med et koaksialt» anbragt innføringsrør 56, omgitt av et sett skrue-linjeformet anordnede rør 57 hvorved gass/luft-blandingen som passerer fra blandingskammeret 54 til dypperøret gjennom disse rør 57, blir gitt en roterende bevegelse.

Innføringsrøret 56 er forsynt med et rør 58 for innføring av gass, et rør 59 for rensing av innføringsrøret 56 og en tennplugg 60 for tenning av gass som mates gjennom røret 58 for frembringelse av en innføringsflamme som strekker seg inn i holdet i dypperørspassasjen. Den øvre ende av innføringsrøret 56 er lukket av en gjen-nomsiktig skive 61 hvorover er anbragt et speil 62 slik at flammen i dypperøret kan iaktaes.

På toppen av dypperøret er videre montert et annet ringformet kammer 63 beregnet på å bli matet med luft gjennom et passende innløp 64. Dette kammer 63 er forbundet med de øvre ender av et flertall (f. eks. fire) kanaler 65 som strekker seg gjennom den ildfaste spuns 52 og inn i dypperørsveggen med mellomrom rundt i veggen. Disse kanaler 65 fører til et ringformet kammer 66 inne i dypperørsveggen. Den ringformede akse til dette kammer 66 ligger omtrent 15 cm over den nedre ende av dypperøret. Kammeret 66 har et utløp i form av en spalte 67 i innerveggen til dypperøret 50 i en høyde av ca.

13 cm over den nedre ende av dette.

Et rør 68 strekker seg gjennom spunsen 52 og avsluttes på utsiden av hodet til dypperøret i en fotocelleflammeføler (ikke vist) som danner en del av et automatisk flammefeilalarmsystem av vanlig type.

Den nedre ende av dypperøret 50 er avgren-set av en ringformet, syrebestandig, termisk ledende plate 70 som er gjort skålformet slik at dens radius skråner oppover og utover i en vinkel på ca. 5° med horisontalen. Dens innvendige diameter tilsvarer diameteren til dypperørets nedre ende, det vil si 38 cm, og dens ytre diameter er omtrent 68 cm, det vil si at dens radiale utstrekning er 15 cm.

Den nedre ende av dypperøret 50 er utven-dig omgitt av en kjeglestumpf ormet skjerm 72 som har en aksial lengde på 48 cm og en øvre og nedre diameter på henholdsvis 105 og 83 cm. Dens nedre ende er anordnet 5 cm nedenfor dyp-perørets utløpsåpning.

Brennerarrangementet blir understøttet av inndamperlokket slik at det henger nøyaktig vertikalt ned i varmebeholderen i inndamperen og koaksialt med denne, med dypperørsmunningen

anordnet 8 cm over bunnen 17 i beholderen 16.

Skjermen 72 har således sin nedre ende 25 cm over bunnen av beholderen.

Under drift og når konstante driftsforhold er oppnådd, blir våtprosessfosforsyre med et

P2Or-innhold på 54 vektsprosent kontinuerlig matet inn i varmebeholderen i inndamperen via

syreinnløpsledningen 36 og konsentrert syre med et P20--innhold på 80 vektsprosent blir kontinuerlig trukket ut via den ene eller annen av ut-

løpsledningene 32 eller 38, idet matehastigheten og utmatningshastighet begge blir styrt av temperatur- og nivåfølere, førstnevnte i varmebeholderen. Gass/luftblanding og sekundærluft blir tilført til de dertil bestemte hodekammere henholdsvis 54 og 63 i brennerarrangementet, idet blandingen strømmer inn i den øvre forbrenningskammer-dannede del av dypperørspassa-sjen for forbrenning deri under frembringelse av varme forbrenningsprodukter som strømmer mot dypperørets utløpsåpning, idet det opprettholdes en høy hastighet på grunn av passasjens avsmalnede form samt innføring av sekundærluft gjennom spalten 67 i dypperørsveggen like ovenfor utløpet. Denne sekundærluft avkjøler gasstrømmen og noe av den strømmer over det indre område av endeplaten 70 for å minske utviklingen av varme punkter i områder som er utsatt for periodisk fuktning av syren.

Strømmingshastighetene til gass/luftblan-dingen og sekundærluften blir regulert for å gi stigning til en stabil strøm av forbrenningsprodukter og luft fra utløpet av dypperøret med en slik hastighet at det opprettholdes en flat gass-blære over den nedre ende av dypperøret med blærens kant alltid plassert på endeplaten 70 i dypperøret.

Ser man på den forannevnte formel, vil det sees at den radiale utstrekning (L) av platen 70 er akkurat i overkant av den foretrukne mini-mumsverdi (L = 14,9 mm) som fåes ved å inn-føre R = 19 mm, k = 0,9 og a = 0,3 i formelen når Q 8 (= 2 millioner kilokalorier pr. time) idet man forutsetter fullstendig stabilitet ved forbrenning, væskenivå (nominelt) og trykk inne i inndamperen. Fullstendig stabil drift med Q = 8 kunne ventes med en radial utstrekning (L) av 9,5 mm som oppnåes ved å innføre minimums-verdiene (k = 0,6 og a = 0,29) for konstantene i formelen, verdier som forutsetter plassering av blæreomkretsen på omkretskanten av platen 70. Valg av den foretrukne verdi (0,3) for ekspo-nenten a forutsetter en tilstrekkelig toleranse for uregelmessigheter ved forbrenningen (varia-sjoner i brenselets kaloriverdi og forbigående svingninger som kan forventes med et passende følsomt og stabilt forbrenningskontrollsystem), mens høyere verdier for a opptil 0,32 tilveiebrin-ger ennu større toleranse overfor uregelmessigheter ved forbrenningen og, spesielt, uregelmessigheter i væskestrømmingen i nærheten av dyp-perørets nedre ende, for eksempel i fravær av den sirkulasjonsfremmende skjerm 72. Koeffi-sienten k er betegnende for beliggenheten av blæreomkretsen på platen 70, verdien 0,9 for denne koeffisient forutsetter plassering av blæreomkretsen ved den midlere radius for platen 70.

Mens således det beskrevne brennerarrangement har et planlagt optimum med Q = 8 (= 2 millioner kilokalorier pr. time), vil tilfredsstillende drift under omhyggelig kontroll være mu-lig med høyere verdier av Q. Den høyeste verdi for Q som kan utledes av formelen, er. 18,6

(— 4,65 millioner kilokalorier pr. time). Som for-an beskrevet har den illustrerte inndamper vist fullstendig stabil drift ved konsentrering av våtprosessfosforsyre til P205-innhold opp til 79 vektsprosent med en forbrenningshastighet på opp til 3,25 millioner kilokalorier pr. time.

Den følgende tabell viser ytelsen av den ovenfor beskrevne inndamper ved oppkonsentrering av våtprosessfosforsyre ved fem forskjellige forsøk:

Det vil sees at suksessive forsøk ble gjort med progressivt høyere inndampningstemperatur (kokepunktet til produktsyren inne i inndamperen) for å oppnå progressivt høyere P205-innhold i produktet.

Det er betegnende at skjønt alle forsøk ble

gjort med varmeutviklingshastigheten betraktelig større enn de planlagte verdier (men mindre enn 4,65 millioner kilokalorier pr. time), står tendensen til dannelse av uoppløselige forbindelser i produktsyren i nært forhold til inndamp-ningstemperaturen, hvilket viser at stabil bren-

nerdrift forekom i alle forsøk siden blæreusta-bilitet ved dypperørsmunnstykket ville ha blitt

merket ved et ualminnelig høyt innhold av uopp-løselige forbindelser i ferdigproduket. I forsøk 4

(med 3,25 millioner kilokalorier pr. time) var

blæreomkretsesn fremdeles klart plassert på

platen 70.

Endelig skal det påpekes på at de i tabellen

angitte verdier for P.,0- som blir fjernet i avtrekket, er bemerkelsesverdig lave for en neddykket forbrenningsinndamper for oppkonsentrering av fosforsyre, en ytterligere indikasjon

på stabiliteten og fullstendigheten av gass/væske-kontaktprosessen som forekommer i inndamperen. Således viser anvendelsen av et brenner-arrangement i henhold til oppfinnelsen i et neddykket forbrenningsinndamperanlegg, nøyaktig

planlagt for anvendelse i forbindelse med bren-neren, store, praktiske og økonomiske fordeler

overfor konvensjonelle metoder, ved reduksjon

av belastning på avstrekksarrangementet, et resultat som har betydning ikke bare for oppkonsentrering av fosforsyre, men også ved konsentrering av andre oppløsninger hvor konvensjonelle metoder gir økning av verdifulle og/eller

skadelige bestanddeler i avtrekket.

Mens det beskrevne brennearrangement og

den dertil hørende inndamper er spesielt egnet

for oppkonsentrering av våtprosessfosforsyre til

høyt P20,--innhold i stor målestokk og med lavt

innhold av uoppløselige polyfosfater, så vil det

forståes at brennerarrangementer i henhold til

. oppfinnelsen har en utbredt anvendelsesmulig-het, idet de naturligvis er spesielt nyttige ved

inndamping eller oppkonsentrering av væsker

som er følsomme overfor høye temperaturer, slik

som for eksempel svovelsyre, borsyre, jernklorid,

råoljer og tunge petroleumsf raks joner samt vin-syre.

Claims (6)

1. Brenneranordning for en neddykket for-. brenningsinndamper, omfattende en brenner

med et forbrenningskammer, innretninger for å lede brensel og oksyderingsmiddel til forbrenningskammeret for forbrenning der, et dypperør som er tilsluttet forbrenningskammeret for å oppta forbrenningsprodukter som er frembragt der og som henger loddrett ned i et væskelegeme og der ender i et munnstykke, karakterisert ved en ringformet flate (70) som omgir munnstykket og som i det vesentlige er rettet vinkelrett på aksen for dypperøret (50), idet munnstykket og den ringformede flate (70) er dimensjonert slik at forbrenningsprodukter som strømmer ut gjennom munnstykket og ned i væsken, danner en blære hvis omkrets ligger på den nevnte flate (70).

2. Brenneranordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ringformede flate har en radial utstrekning (L) som bestem-mes av formelen: L = kR (Qu — 1) hvor R er radien i munnstykkets utløpsåpning. Q er varmeutstrømningshastigheten til bren nerarrangementet angitt i millioner B.T.U. pr. time (1 BTU = ca, 0,25 kilokalorier). k er minst 0,6 og fortrinnsvis = 0,9. a har en verdi i området 0,29 til 0,32, for trinnsvis 0,30.

3. Brenneranordning som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at den ringformede flate (70) som avgrenser den innvendige omkrets av utløpsåpningen for munnstykket er konisk med sin lavere del nærmest utløpsåpningen.

4. Brenneranordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den ringformede flate (70) skråner med en vinkel på 5° til et plan vinkelrett på aksen for dypperøret.

5. Brenneranordning som angitt i krav 1—4, karakterisert ved at det omfatter et ringformet kammer (63) inne i dypperørsveggen, innretning for å føre et gassformet fluidum til kammeret (63) og en ringformet utløpsspalt (67) som er tilsluttet kammeret (63) og munner inn i boringen i dypperøret (70) for innføring av det gassformede fluidum nær munnstykket.

6. Brenneranordning som angitt i krav 1—5, karakterisert ved at den også omfatter et kar (10—14) for væske som skal inndampes, et varmereservoar (16) inne i karet, et væskeinn-løp (30) og et væskeutløp (32) som begge er tilsluttet varmereservoaret nær bunnen av dette.