DE2210773B2 - Vorrichtung zur Verbrennung von Schwefel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung von Schwefel, Einlassen für Primärgase und Sekundärgase sowie einer Brennkammer von im wesentlichen zylindrischer Form wobei der Zerstäuber in der Achse der Kammer angeordnet ist und an einem der Kammerenden liegt.

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

Die mechanische Zerstäubung wird dadurch erreicht, daß flüssiger Schwefel unter Druck durch eine Düse bzw. Vergaserdüse geleitet wird. Um eine häufige Verstopfung der Düse durch feste und häufig im flüssigen Schwefel vorliegende Festteilchen zu vermeiden, verzichtet man darauf, Düsen mit sehr kleinem Durchmesser zu verwenden und man arbeitet daher mit einer relativ groben Zerstäubung bzw. Pulverisierung. Bei dieser Arbeitsweise verdampfen die Schwefeltröpfchen nur langsam, so daß man der Brennkammer entsprechend große Abmessungen geben muß. Man beschränkt sich daher meist darauf, daß eine Schwefelmenge in der Größenanordnung von 100 kg pro Stunde in einer Kammer mit einem Volumen von 1 m³ verbrannt werden kann.

Zur Beschleunigung der Verdampfung des Schwefels ist bereits vorgeschlagen worden, 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 bekannte; Verfahren besteht darin, daß Schwefel durch komprimierte Luft pulverisiert bzw. zerstäubt wird und die so erzeugte Mischung durch eine fluidisierte Lage bzw. Schicht aus hitzebeständigem Material geleitet wird.

Es ist auch vorgeschlagen worden, den Schwefel in einem fluidisierten Bett zu verdampfen, indem die bei der Verbrennung eines Teils des Schwefels entstehenden Wärmeeinheiten verwendet werden und die dabei erzeugten Dämpfe in einer unabhängigen Kammer

ίο verbrannt werden.

Wenn man die Verbrennung des Schwefels in einem Raum unter Druck durchführen muß (wie dies bei den unter Druck durchgeführten Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure der Fall ist), so versucht man aus verständlichen wirtschaftlichen Gründen mit einfachen Vorrichtungen zu arbeiten, die ein kleinstmögiiches Volumen aufweisen.

Es ist bekannt, daß einige Verfahren für die Verbrennung von flüssigen Kohlenwasserstoffen (Brennstoff) oder Gasen (natürliches Gas, Butan, Propan usw. vorgeschlagen worden sind. Sie bestehen darin, daß eine schnelle Verdampfung des zerstäubten Brennmittels durcli Wärmeaustausch zwischen einer axialen heißen Zone mit niedrigem Druck, die stromab vom Brennmaterialstrom bzw. vom Injektor des Brennmittels liegt, und den Tröpfchen des Brennmaterialstroms angestrebt wird, 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 die Verbrennungswärme eindeutig höher liegt. Insbesondere sind der Dampfdruck und somit die Flüchtigkeit des Schwefels sehr viel niedriger als die von beispielsweise, im !Haushalt verwendeten Brennstoffe und die Viskosität und Dichte des Schwefels erlauben keine Zerstäubung in feine Tröpfchen unter gleichen Bedingungen wie bei Kohlenwasserstoffen.

In der deutschen Patentschrift 10 43 296 wird eine Vorrichtung zur Gewinnung von Schwefeldioxid aus verunreinigten Schwefel beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schwefel durch ein inertes oder sauerstoffhaltiges Druckgas in axialer Richtung in einen Schachtofen in Form eines Streukegels eingedüst und der im wesentlichen in vertikaler Richtung durch den Ofen geführte Schwefel durch zusätzliche heiße, tangential in den Schachtofen eingeführte sauerstoffhaltige Gas im Schwefelzustand und in wirbelnder

so Bewegung gehalten wird.

In der deutschen Patentschrift 11 78 407 wird die Verwendung eines Brenners beschrieben, bestehend aus einer nichtbeweglichen Zuführungsvorrichtung für den flüssigen Brennstoff, einer drehbar in den Lagern geführte Welle, einem mit der Welle fest verbundenen kegelstumpfförmigen Zerstäubungsbecher, dessen halber öffnungswinkel etwa 5 bis 10° beträgt und in dem die Zuführungsvorrichtung einmündet, sowie einen den Zerstäubungsbecher umschließenden Primärluftzuführungskanal zur Verbrennung von flüssigem Schwefel.

Das französische Patent 11 80 690 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oxidierung von Schwefel, bei dem man sich im wesentlichen nur mit der Erhöhung der Turbulenzen beschäftigt und bei dem in verschiedenster Weise versucht wird, den Gasstrom zu brechen, um die Reaktion in der Verbrennungskammer mit irgendwelchen Hindernissen zu erleichtern, auf denen eine Brennkammer folgt, der kein Konus

vorgeschaltet ist, sondern eine sogenannte Venturiverengung.

Schließlich ist auf das britische Patent 8 31 570 hinzuweisen, das ein Verfahren zur Erzeugung von Schwefeldioxid beschreibt, bei dem der eine Düse verlassende Schwefel zerstäubt wird, indem erhitzte Primärluft zum Einlaß einer Brennkammer geführt wird und indem in diese Sekundärluft zu Verbrennungszwekken eingeleitet wird, die so Turbulenzen innerhalb der Brennkammer erzeugen und die Reaktionsvorgängen beschleunigen solL

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine im Aufbau einfache und für eine leichte Wartung geeignete Vorrichtung zur Verbrennung von Schwefel zu entwickeln, in der bei der Verbrennung von flüssigem Schwefel mit einem atmosphärischen Druck bis zu einem Druck von 12 bar und vorzugsweise bis zu einem Druck von über etwa 6 bar gearbeitet wird, wobei der Unterschied zwischen dem Druck der primären Verbrennungsluft und dem in der Brennkammer herrschenden Druck nicht größer als 2 bar und vorzugsweise unter 1 bar liegt, und die G asmischung zur Herstellung einer Schwefelsäure und einer Schwefeldioxidkonzentration zwischen 4 und 15% und vorzugsweise zwischen 11 und 13% direkt erzeugt wird, wobei ein Schwefeldurchsatz erreicht werden soll, der pro Volumeneinheit der Brennkammer beträchtlich höher liegt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Verbrennung von Schwefel, die gekennzeichnet ist durch eine Brennkammer, die a.v, dem dem Zerstäuber zugewandten Ende durch einen konisch ausgebildeten Teil begrenzt ist, deren Spitze von der Brennkammer aus gesehen nach außen gerichtet ist, einen mechanischen Zerstäuber mit einer Leitung und einer Düse, die axial im Innenraum eines Rohres befestigt ist, wobei das Rohr teilweise in eine Verengung an der konisch zulaufenden Brennkammerseite endet und das Primärgas bewegende Flügel enthält, und daß weiterhin schräg und/oder senkrecht angeordnete Einleitungsrohre für das Sekundärgas im Bereich der Seitenwände der Brennkammer hinter dem konischen Teil vorgesehen sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel des konisch ausgebildeten Teils am einen Ende der Brennkammer im Bereich von etwa 30° liegt.

Mittels der Vorrichtung nach der Erfindung zur Verbrennung von Schwefel wird flüssiger Schwefel unter Druck im zerstäubten Zustand in eine Brennkammer injiziert und zwar gemeinsam mit einem zur Verbrennung geeigneten Primärgas. Dabei wird die Pulverisierung bzw. Zerstäubung des Schwefels zunächst mechanisch durchgeführt, indem ein Strom aus flüssigem Schwefel durch eine öffnung mit kleinem Durchmesser geleitet wird und zwar im primären Gasstrom und danach die mechanische Zerstäubung durchgeführt wird, indem die die Düse verlassende Mischung in eine verengte bzw. schmale Zone geleitet wird, die koaxial zu der Achse liegt, welche durch die Düse und die zylindrische Brennkammer definiert ist. Das primäre Brennmittel wird in eine Turbulenzbewegung gebracht und vor seinem Durchlaß durch die genannte verengte Zone, so daß die diese Zone verlassende Mischung in einen Raum der Brennkammer eingeführt wird, welche durch eine konische Wand begrenzt ist, mit der erwähnten Kammer eine gemeinsame Achse hat und einen der Frontteile dieser Kammer bildet Die Injektion bzw. das Einführen der erwähnten Mischung wird im Bereich der Spitze der konischen Wand durchgeführt und ein sekundärer Brennmittelstrom wird entlang den Seitenwandungen der Kammer eingeführt und zwar jenseits des konischen Raumes in bezug auf die Fließrichtung der Mischung.

Der Druck der Gasmischung in der Brennkammer wird bei der Verwendung der Vorrichtung nach der Erfindung zwischen atmosphärischen Druck und 12 bar

ίο und vorzugsweise zwischen atmosphärischen Druck und 6 bar gehalten.

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.

Der flüssige Schwefel wird in den Zerstäuber bei einer Temperatur zwischen 145° und 155° C eingeführt
Die Menge der Primärbrennluft ist wenigstens gleich der Luftmenge, die einer Stöchiometrischen Verbrennung des Schwefels in Schwefeldioxid entspricht, während die sekundäre Luftmenge so berechnet wird, daß die gewünschte Verdünnung bzw. Verteilung des Schwefeldioxids in der Gasmischung erreicht wird, welche die Brennkammer verläßt

Die Konzentration an Schwefeldioxid der die Brennkammer verlassenden Gasmischung wird zwischen 4 und 15% und vorzugsweise zwischen 11 und 13% (bezogen auf das Volumen) eingestellt
Als primäres und sekundäres Brennmittel wird Luft verwendet.

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 Unterdruckzone stromab von der Injektionszone, was zur Erzeugung einer feinen und innigen sowie gut brennbaren Mischung vorteilhaft ist Andererseits erlaubt sie, daß das sekundäre Brennmittel im Bereich bzw. in der Nachbarschaft der Seitenwände der Brennkammer geführt werden kann.

Die Vorrichtung 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. Die vorteilhafte Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß die Brennkammer an der Seite des oben beschriebenen Endes durch eine konische Wand

so gebildet wird, deren Spitze in Richtung auf das Äußere der Kammer zeigt, daß die Vorrichtung zum Einspritzen des flüssigen Schwefels im Bereich der erwähnten Spitze in der Achse der Kammer angeordnet sind und einen mechanischen Zerstäuber mit einer Injektionsleitung aufweisen, die axial im Innenraum eines Rohrs befestigt ist. Dieses Rohr ist teilweise durch eine Verengung an der Kammerseite verschlossen bzw. abgedichtet, wobei das Rohr Vorrichtungen aufweist, mit denen beim primären Brennmittel eine Drehbewegung erzeugt wird, welches dadurch im Innenraum des Rohrs zirkuliert Es sind weitere Vorrichtungen vorgesehen, die sekundäres Bindemittel in die Brennkamm?'· im Bereich von deren Seitenwandungen und hinter der konischen Wand einführen.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung besteht der Injektor aus einem doppelten Zerstäubungssystem, welches durch einen mechanischen Zerstäuber gebildet wird, dem ein pneumatischer Zerstäuber angeschlossen

ist. Dieser mechanische Zerstäuber erzeugt eine grobe Dispersion des flüssigen Schwefelstrahls aufgrund von dessen Durchführung durch eine Düse hervor, wobei der pneumatische Zerstäuber die grobe Dispersion in eine feine Dispersion umwandelt, indem die grobe Dispersion, die mit der primären Verbrennungsluft vermischt ist, durch eine Verengung geleitet wird.

Mittels weiterer Vorrichtung wird die primäre Verbrennungsluft, welche die pneumatische Zerstäubung der groben Dispersion, die durch den mechanischen Zerstäuber erzeugt wird, aus flüssigem Schwefel sichergestellt, zu einer Drehbewegung veranlaßt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung wird die Drehbewegung der primären Verbrennungsluft durch Flügel hervorgerufen, die in dem den mechanischen Zerstäuber umgebenden Rohr geneigt angeordnet sind und die grobe Dispersion aus flüssigem Schwefel in der Primärluft in Richtung auf die Verengung 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 andere Vorrichtungen ersetzt werden könnte, welche in gleicher Weise die Möglichkeit geben, dem primären Luftstrom eine Drehbewegunge oder eine turbulente Bewegung mitzuteilen.

In der folgenden Beschreibung werden bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung an Hand der Zeichnungen dargestellt

F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt durch einen Schwefelbrenner.

F i g. 2 zeigt einen Axialschnitt durch die Schwefelinjektoreinheit in vergrößertem Maßstab.

F i g. 3 zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform nach F · g. 1 gemäß der Schnittlinie IH-III.

F i g. 4 zeigt einen im vergrößerten Maßstab dargestellten Schnitt entsprechend der Schnittlinie IV-IV in Fig. 1.

Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus einer Brennkammer 1 von im wesentlichen zylindrischer Form, deren Seitenwände 2 durch eine Füllung 3 aus hitzebeständigem Material wärmeisoliert sind, wobei die erwähnte Füllung die Kammer 1 nach außen hin thermisch isoliert. Hinter der Kammer 1 (Fig. 1) befindet sich eine konische Wand 5, welche den Boden der Kammer begrenzt. Bei einer Ausführungsform ist dieser konische Teil in der hitzebeständigen Masse 3 ausgeformt. Die Injektionsvorrichtung 6 mündet in die Spitze der Konusfläche 5 ein. Diese Konusfläche 5 öffnet sich in Richtung auf die Brennkammer 1. Die Vorrichtung 6 bewirkt zugleich die Injektion von zerstäubtem Schwefel und von primärer Verbrennungsluft. Der flüssige Schwefel wird durch einen Kanal 7 eingeführt Primärluft wird über den Rohransatz 8 eingeführt.

Die Rohrstücke 9 sind für die Zufuhr von Sekundärluft in die Kammer 1 vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind insgesamt sechs Rohrstücke vorgesehen, wie aus F i g. 3 hervorgeht. Zu beachten ist die besondere Anordnung der Rohrstücke 9, die schräg in die Kammer 1 einmünden und zwar in der Nachbarschaft der Seitenwände 2 und stromab vom konischen Teil 5 im Sinne des fluiden Stromes gesehen. Außerdem sind in der Darstellung nach F i g. 1 Röhren 10 dargestellt, die für eine zusätzliche Zufuhr von Sekundärluft vorgesehen sind und in die Kammer t weiter stromab einmünden. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Röhren 10 ebenfalls in sechsfacher Ausfertigung vorgesehen. Bei einer praktischen Ausführungsform durchlaufen die Kanäle 9,10 für die Sekundärluft die Füllmasse 3.
Das Brennergehäuse wird durch die äußeren Seitenwände 4 und durch die Frontwände bestimmt Am Ausgang des Brenners ist in der Frontwand 11 eine öffnung 12 angeordnet, die einen freien Durchgang für Brenngas ermöglicht, welches Schwefeldioxid enthält. Weiterhin ist ein Wasserdampferzeuger 13 am Brennerausgang vorgesehen, welcher die Ausnutzung der Wärme des am erwähnten Ausgang ankommenden Gases ermöglicht

Am Brennereingang ist ein Doppelmantel ausgebildet Eine erste Frontwand 14 verläuft dabei zwischen den Seiten wänden 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 Verlängerungen 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. In der Fig. 1 sind die öffnungen 17, 18 angeordnet, die mit Hilfe von Scheiben 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 F i g. 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 im Primärluftstrom erzeugt. Die Leitung 7 ist von einem Rohr 20 umgeben, welches mit öffnungen 21 für die Einfuhr von Primärluft in den Injektor versehen ist. Wie man aus der F i g. 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.
An seinem anderen Ende besitzt das Rohr 20 eine Einengung 24, welche die feine mechanische Zerstäubung des Schwefels sicherstellt, diese Verengung 24 schließt sich an den Eingang des konischen Teils 5 an. Die Isoliermasse 3 umgibt den konischen Teil. Die Wand 14 schließt sich an dieses Ende des Rohrs 20 über eine Blechkonstruktion 25 an. Im übrigen ist die Anordnung der die Verendung 24 umgebenden Zone sowie 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, durchflossene Kühlschlange, das Rohr 20 rechts vom Zerstäuber 19 umgeben und sich in die Zone 26 erstrecken können. Diese Kühlschlange ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Die Leitung 7 trägt stromab hinter den öffnungen 21 Flügel 27, deren Anzahl beim gewählten Ausführungsbeispiel vier beträgt. Ihre Anordnung ergibt sich deutlich aus der Fig.4. Diese Flügel bringen die Primärluft in eine Drehbewegung im Inneren des Rohrs 20.

Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht der Injektor 6 für den flüssigen

Schwefel gleichzeitig die Zerstäubung des flüssigen Schwefels und die Einfuhr von primärer Verbrennungsluft. Der mechanische Zerstäuber 19 kann auch 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. Die Verengung 24, welche den Durchmesser des Ausgangsquerschnitts des Rohrs 20 begrenzt, erhöht noch einmal die Geschwindigkeit des Gasstroms.

Um eine geeignete 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 Kammer 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 Schwefel wird somit vorteilhaft auf eine Temperatur gebracht, bei der seine Viskosität minimal ist, also etwa auf eine Temperatur zwischen 145 und 155° C.

Eine pneumatische Zerstäubung, bei der die Zerteilung des Flüssigkeitsstrahls durch die Differenz der Geschwindigkeit zwischen der Zerstäubungsluft und der Geschwindigkeit der Flüssigkeit hervorgerufen wird, 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 ständige Eingriffe erforderlich machen. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung werden durch die Kombination dieser beiden Zerstäubungsarten die herkömmlichen Nachteile ausgeschaltet. 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 Düse einen ausreichend großen Durchgangsquerschnitt, so daß man Ablagerungen u. 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 nach der Erfindung besteht in der möglichen Einteilung der Tropfendurchmesser als Funktion des Zerstäubungswinkels. Am Umfang befinden sich die kleineren Tröpfchen, während die größeren Troofen im Bereich der Kammerachse verbleiben. Die Tropfen werden somit einer um so höheren Temperatur unterworfen, je größer ihr Durchmesser ist. Dadurch wird eine vollständige Verdampfung über eine kurze Kammerlänge 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 Depressionszone bzw. die Zone mit

ίο niedrigem Druck, die sich hierbei im axialen Teil der Kammer und vor dem Injektor bildet, wird von sehr heißen Brenngasen ausgefüllt. Sie strahlt in Richtung auf die aus Schwefel und Luft bestehende Mischung und ruft die Verdampfung des flüssigen Schwefels sowie eine Erhitzung dieser Mischung bis auf Entflammungstemperatur bzw. Selbstentzündungstemperatur hervor.

Die Aufteilung der gesamten Brennluft in Primärluft, die dem Brenner zugeführt wird, und in 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 Schwefeldioxid. Die Menge der Sekundärluft wird so berechnet, daß die gewünschte Konzentration an Schwefeldioxid 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 nach der Erfindung von Nachteil wäre.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Menge der Sekundärluft, welche die Seitenwände der Kammer und die konischen 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 oben beschriebene Vorrichtung zur Verbrennung von flüssigem Schwefel nach der Erfindung ermöglicht wesentlich erhöhte Leistungen an Schwefeldurchsatz.

Diese Leistungen hängen offensichtlich 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 m³ Kammervolumen. Die Funktionsweise der Vorrichtung ist äußerst ampassungsfähig, 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 erfindungsgemäße 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 ihr Betrieb und ihre Wartung bringt nur in Ausnahmefällen einen Produktionsstillstand mit sich.

Die Vorrichtung nach der Erfindung wurde daher anhand einer Ausführungsform 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 AusfUhrungsform 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. Weiterhin 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 Teil einer solchen Vorrichtung mit mehreren Injektoren sind identisch mit den Teilen einer Vorrichtung, die mit einem Injektor arbeitet und vorher erläutert wurde.

Das nachfolgend erläuterte und aufgeführte Beispie! soll die bei einem Anwendungsfall mit einem Schwefelbrenner nach den F i g. 1 bis 4 erreichten Ergebnisse verdeutlichen.

Die Brennkammer besitzt einen Durchmesser von 450 mm. Ihre Länge zwischen der Verengung am Ausgang des Injektors und dem gegenüberliegenden Ende beträgt 1750 mm. Die konische Wand, die den Injektor verlängert, zeigt einen Winkel von 30°.

Der mechanische Zerstäuber hat eine Düse mit einer Ausgangsmündung von 1,2 mm Durchmesser. Sie liegt 45 mm stromauf vom Daphragma. Die Rohrflügel, welche die Primärluft führen, sind um 45° zur Achse geneigt. Die Verengung hat einen Durchmesser von 26 mm. Der Injektor nimmt eine Menge an flüssigem Schwefel von 176 kg/h und eine Primärluftmenge von 756 kg/h auf. Dies entspricht einer stöchiometrischen Verbrennung des Schwefels zu Schwefeldioxid. Die Sekundärluftmenge beträgt 538 kg/h. 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 liegtbeietwall50°C.

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

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

Im Laufe dieses Versuchs wurde die Pirmärluftmenge variiert. Sie wurde um 5% bis auf 10% erhöht. Dabei ist die Menge des unverbrannten Schwefels sehr niedrig geblieben, nämlich höchstens 0,03 ppm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verbrennung von Schwefel, bestehend aus einem Zerstäuber für flüssigen Schwefel, Einlassen für Primärgase und Sekundärgase sowie einer Brennkammer von im wesentlichen zylindrischer Form, wobei der Zerstäuber in der Achse der Kammer angeordnet ist und an einem der Kammerenden liegt, gekennzeichnet durch eine Brennkammer (1), die an dem dem Zerstäuber zugewandten Ende durch einen konisch ausgebildeten Teil (5) begrenzt ist, deren Spitze von der Brennkammer (1) aus gesehen nach außen gerichtet ist, einen mechanischen Zerstäuber mit einer Leitung (7) und einer Düse (19), die axial im Innenraum eines Rohres (20) befestigt ist, wobei das Rohr (20) teilweise in eine Verengung (24) an der konisch zulaufenden Brennkammerseite endet und das Primärgas bewegende Flügel (27) enthält, und daß weiterhin schräg und/oder senkrecht angeordnete Einleitungsrohre (9, 10) für das Sekundärgas im Bereich der Seitenwände der Brennkammer hinter den konischen Teil vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel des konisch ausgebildeten Teils (5) am einen Ende der Brennkammer im Bereich von etwa 30° liegt