SE466268B - Foerfarande vid partiell foerbraenning av svartlut - Google Patents

Description

466 268 oljebrännare är att en stabil flamma skall åstadkommas med tillförsel av mycket små mängder luft eller annat förbrän- ningsmedium.

Svartlut som bränsle karaktäriseras av ett lågt kalorivärde och hög vatten-och askhalt. Nedan angives data för en typisk svart- lut. D Kalorivärde 13 GJ/ton TS (torrsubstans) Kemisk summaformel C29H34020Na9S2 Torrhalt 65 Z viskositet vad 1oo°c 100 tst.

Svartlutens innehåll av natrium och dess höga syreinnehåll gör den till ett mycket reaktivt bränsle, vilket innebär att kolom- sättningen redan i förgasarens flamzon blir hög, trots att förbränningen är understökiometrisk.

Den i föreliggande uppfinning beskrivna virvelbrännaren åstad- kommer hög förbränningsverkningsgrad och flamstabilitet med svartlut som bränsle. Flödesbilden nära brännaren påverkas i hög grad av virvelnivån vilken inställes genom justering av virvelskovlarna. Den radiella flödeshastigheten hos den syre- innehållande gasen påverkas därigenom markant med bibehållen axiell flödeshastighet.

Huvudprincipen för virvelbrännaren är att när en viss virvelni- vå överskrides återcirkuleras en del av flödet tillbaka mot tbrännaren genom en intern recirkulationszon. Denna interna re- cirkulationszon spelar en väsentlig roll i den partiella för- bränningsprocessen, emedan förbränningsprodukterna tillför energi för tändning av den utströmmande lutsprayen. Den interna recirkulationszonen utgör även ett magasin för värme och reak- tiva gaskomponenter.

Blandning av lutströmmen och förbränningsluften förbättras dessutom i hög grad av den turbulenta skjuvytan mellan den in- terna recirkulationszonen och utströmmande gaser och lutdrop- '?\ 466 268 par. Även en extern recirkulationszon utvecklas vilken däremot har väsentligt mindre betydelse för lutflammans stabilitet och dess utseende pâverkas i högre grad av själva reaktorns utformning än genom brännarens geometriska utformning.

Graden av finfördelning av luten i spraymunstycket är av störs- ta vikt för utveckling av en svartlutsflamma, lutflammans ut- bredning och kolomsättningen. Svartlutens reologiska egenskaper är avgörande för vilken grad av finfördelning som kan uppnås i ett givet munstycke. Svartlutens viskositet kan pâverkas exem- pelvis genom uppvärmning och/eller genom tillsatser av additiv och normalt är svartluten förvärmd till över 100°C vid tillämp- ning av föreliggande uppfinning. Svartlutens viskositet i fin- fördelningsögonblicket eller strax före skall företrädesvis vara under cza 200 cSt.

Flera typer av spraymunstycken för finfördelning finns till- gängliga, varav dock endast nâgra få varianter lämpar sig för finfördelning av svartlut.

De munstyckstyper som är aktuella för användning i den nu före- slagna brännaren är av sä kallad "twin-fluid" munstyckstyp. Be- roende pâ vilket sätt de tvâ faserna sammanföres kan flera me- kanismer för droppbildning tänkas, varibland skjuvning mellan ligament, sammanslutning och sfärbildning av lutdroppar och högturbulent sönderdelning av lutstrâlen kan nämnas.

En gemensam egenskap hos alla "twin-fluid"-munstycken är att en hög relativ gashastighet är nödvändig för tillförsel av energi för finfördelningen. En annan väsentlig egenskap hos dessa mun- stycken är att den resulterande droppstorleken minskar med ökande densitet hos finfördelningsgasen.

Beskrivning av föreliggande uppfinning Det har nu överraskande visat sig möjligt att kunna lösa prob- 466 268 H lemen vid understökiometrisk förbränning av svartlut genom fö- religgande uppfinning, som karaktäriseras av, att åtminstone hälften av den icke-bränslebundna syremängd som skall tillföras reaktorn för att partiellt förbränna genom brännaren tillförd svartlut, tillföres reaktorn med en varm syreinnehällande gas tillförd genom ett rör anordnat koaxiellt kring en lutlans för tillförsel av nämnda svartlut, varvid viktförhâllandet mellan tillfört syre i den syreinnehâllande gasen och tillförd svart- lut är i intervallet 0,1-O,7:1, företrädesvis 0,15-0,5:1.

I bifogade ritning âskâdliggöres en virvelbrännare och tvâ olika "twin-fluid"-munstycken, varvid FIG. 1 visar schematiskt en virvelbrännare i ett förbrännings- rum med sin recirkulation och fördelning därvid FIG. 2 visar en utföringsform av ett "twin-fluid"-munstycke i axiell genomskärning; FIG. 3 visar munstycket enligt FIG. jen III-III i FIG. 2; FIG. 4 visar en annan utföringsform av ett "twin-fluid"-mun- 2 sett framifrån längs lin- stycke i axiell genomskärning; FIG. S visar munstycket enligt FIG. 4 sett framifrån längs lin- jen V-V i FIG. 4.

I FIG. 1 visas schematiskt en brännare 1 placerad i en förbrän- ningskammare 22 varvid i en ledning för sekundärlufttillförsel 23 föreligger en virvelgenerator 24. I FIG. 1 visas med heldra- gen linje den interna recirkulationens rymdfördelning, med punktstreckad linje recirkulationszonens gräns, och med strec- kad linje âterloppsflödets gräns, dvs den gräns utefter vilken recjrkulationen vänder (axiella D-hastighetslinjen). Den strec- kade linjen i figurens nedre del anger också gränsen mot den externa recirkulationen. Virvelgeneratorn 24 är placerad vä- sentligen bakom lutlansens nedströmsände, vilket innebär att den virvelturbulenta förbränningsluften tillförd utanför mun- stycket kommer att cirkulera runt lutlansen innan den träffar och bär uop den atomiserade svartluten. Detta innebär också att den interna cirkulationen förbättras genom att någon egentlig fl f* 466 '268 virvelbildning inte inträffar i centrumlinjen framför lutlan- sen. Genom anordnande av virvelgeneratorer utvecklas en lut- flamma med en toroidal vortex, vilket är mycket fördelaktigt för lutflammans stabilitet och förgasningens förlopp.

I munstycket enligt FIG. 2 och 3 tvingas luten i kontakt med en gas av högt tryck och utströmmar från brännarrörets 1 ned- strömsände 2 (mynningen) genom 16 symmetriskt arrangerade cir- kulära öppningar 3. Dessa öppningar utgör ändarna av så kallade Y-stråle atomiseringsmunstycken omfattande två delrör 4 och 5, varvid det förra står i förbindelse med en yttre mantel 6 på brännarröret 1 för tillförsel av svartlut och det senare står i förbindelse med ett inre koncentriskt ringformat rör 7 för tillförsel av luft. öppningarna 3 är divergent anordnade så att de resulterande atomiserade strålarna divergerar från bränna- rens 1 nedströmsände 2. Den Y-stråle atomiseringsmunstyckena innehållande delen 8 av brännaren hålls på plats av en huv 9 fastskruvad till brännarens kropp 10 innehållande manteln 6 och det koncentriska ringformade röret 7. Svartluten införes i brännaren 1 genom en tillförselledning 20 och luften genom en tillförselledning 21.

FIG. 4 och 5 visar en annan utföringsform av brännaren med tre koncentriska ringformade rör 11, 12 och 13. Härvid ledes luft genom det yttre och det inre koncentriska ringformade rören 11 och 13 medan svartlut ledes genom det mellanliggande ringforma- de koncentriska röret 12. Luften fördelas genom i figurerna ~visade 18 symmetriskt distribuerade hål 14 och 15 medan svart- luten pressas genom en ringformig spalt 16. Hâlen 14 är härvid snedställt riktade i en riktning och hålen 15 snedställt rikta- de i motsatt riktning. Svartluten ledes genom spalten 16 och får träffa en läpp 17 som tvingar den därvid erhållna svart- lutsfilmen inåt varvid den träffas av den ur hålen 16 kommande luften och därvid splittras. Då så skett träffas samtidigt denna första luft-svartlutsblandning av ytterligare luft som träffar blandningen utanför läppen 17. Resultatet blir också här en divergerande stråle_av finfördelad svartlut och luft. 466 268 Svartluten tillföres brännaren genom en tillförselledning 20 och Luften genom två tillförselledningar 21. Även om Luft angivits i ovanstående beskrivning är uppfinningen ej begränsad till luft, utan även andra gaser såsom exempelvis ånga eller syreanrikad luft kan användas.

Svartluten är som ovan nämnts ett bränsle med speciella egenr skaper och en brännare som skall åstadkomma en stabil flamma även vid mycket låga bränsle/luftkvoter måste därför utformas på ett speciellt sätt.

Vid såväl fullständig som understökiometrisk förbränning eller partiell oxidation av ett bränsle åtgår syre vilket tillföres dels genom förbränningsluften (Luft, syrgas eller syreanrikad Luft), dels genom bränslets eventuella syreinnehåll.

Vid dimensionering av brännaren måste stor hänsyn tagas till viktförhållandet mellan tillförd luft och bränsle.

Luft/bränsletalet för några typiska bränslen vid stökiometrisk förbränning exemplifieras nedan.

Antracif Luft/bränsle ' 10-1z=1 Etylalkohol "- 9:1 Formaldehyd "- 4,6:1 Dieselolja/tjockolja "- 13-15:1 Olika bränslen innehåller olika mängder bundet syre. Bitumöst stenkol innehåller vanligen mellan 4-10% syre. Brännoljor inne- håller mindre än 1% bundet syre.

Svartluten har c:a 35 vikts-Z bundet syre räknat på torrsubs- tansen. Detta får konsekvenser vid utformningen av en brännare eftersom endast en mindre mängd syre, luft eller syreanrikad luft kan tillföras brännaren för att få önskad kvalitet på den resulterande processgasen. 13 466 268 En brännare för partiell förbränning av svartlut i enlighet med föreliggande uppfinning är dimensionerad för ett luftlbränsle- förhållande i storleksordningen 0,5-3:1, vilket sålunda är av- sevärt lägre än vid såväl stökiometrisk förbränning som vid förgasning av de flesta andra bränslen. Ett annat sätt att ut- trycka ovannämnda luft/bränsle förhållande är genom kvoten tillförd syremängd till tillförd mängd svartlut. Eftersom luf- ten består till c:a 23 vikt-Z syre dimensioneras sålunda före- liggande svartlutsbrännare uttryckt som ett förhållande mellan tillförd syremängd och tillförd mängd svartlut i intervallet 0,1-0,7:1, företrädesvis 0,15-O,S:1. För att kompensera det mindre massflödet av gas runt brännarlansen och för att uppnå rimliga gashastigheter bör luften därför förvärmas till åtmins- tone 100°C, företrädesvis 300°C, och den bör dessutom utsättas för kraftig virvelbildning genom att den tvingas passera genom virvelskovlar. En större del av den för den partiella förbrän- ningen nödvändiga syremängden tillföres genom ett kring brän- narlansen koaxiellt anordnat rör, vilket i sin tur utmynnar i reaktorn genom en divergent dysa. En del av den nödvändiga luf- ten kan tillföras flamzonen genom finfördelningsmunstycket och eventuellt kan ytterligare en del tillföras genom sekundär- luftsportar i reaktorns överdel.

Reaktorn arbetar normalt vid ett visst övertryck förorsakat ge- nom gassystemets egenmottryck. Detta tryck avgöres av gassys- temets vidare konstruktion och uppgår normalt till 0,1-1 bar över omgivningstryck. Förgasningen sker vid temperaturer över- stigande 700°C.

Claims (11)

466 268 PATENTKRAV.

1. Förfarande vid partiell förbränning av svartlut från sulfat- massaindustrin med en brännare ansluten till en reaktor under tillförsel av en syreinnehâllande gas, kånnetecknat av, att en temperatur överstigande 7U0°C upprätthâlles i reaktorn samt att minst hälften av den icke-bränslebundna mängden syre som skall tillföras reaktorn för att partiellt förbränna genom brännaren tillförd svartlut tillföres reaktorn i form av en varm syrein- nehâllande gas, vilken tillföres genom ett rör anordnat huvud- sakligen koaxiellt kring en lutlans för tillförsel av nämnda svartlut, varvid viktförhâllandet mellan tillfört syre i den syreinnehâllande gasen och tillförd svartlut är i intervallet 0,1-O,7:1.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av, att den syreinne- hâllande gasen tillförd genom det koaxiella röret försättes i en virvelrörelse.

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av, att den syreinne- hâllande gasen tillförd genom det koaxiella röret tvingas pas- sera genom virvelskovlar som därvid ger gasen en virvelrörelse vilket åstadkommer bildning av en toroidal vortex i lutflamman med âtercirkulation av heta gaser mot lutlansens nedströmsände.

4. Förfarande enligt krav 1, kânnetecknat av, att lutströmmen i lutlansen bringas i kontakt med en gas med hög strömningshas- tighet och högre tryck än nämnda svartlut, varvid en kraftig hastighetsökning i lutströmmen âstadkommes, vilket i sin tur resulterar i uppkomst av en finfördelad divergent spray av svartlut utströmmande från nämnda lutlans nedströmsände.

5. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-4, känneteck- nat av, att svartluten bringas att strömma ut från nämnda lut- lans nedströmsände genom åtminstone tre symmetriskt anordnade öppningar eller genom en cirkulär spalt. 466 263

6. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-5, känneteck- nat av, att den syreinnehâllande gasen fâr strömma ut genom en kring lutlansen anordnad koaxiell divergent dysa, vilken mynnar i nämnda reaktors reaktionszon.

7. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-6, känneteck- nat av, att virvelskovlarna är anordnade väsentligen bakom lut- Lansens nedströmsände.

8. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-7, känneteck- nat av, att den syreinnehâllande gasen är förvärmd till över 1o0°c, företrädesvis över 3oo°c.

9. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-8, känneteck- nat av, att den syreinnehâllande gasen utgöres av luft eller syreanrikad luft.

10. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-9, känneteck- nat av, att svartlutens viskositet före inträdet till brännar- lansens nedströmsände nedbringats till under 200 cSt., företrädesvis understigande 100 cSt.

11. Förfarande enligt krav 1, kânnetecknat av, att viktförhâl- landet mellan tillfört syre i den syreinnehâllande gasen och tillförd svartlut är 0,15-0,5:1.