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Brennkammer zum Verbrennen von in flüssigen Medien enthaltenen oder feuchten feinkörnigen Substanzen oder von Rückständen oder feuchten
Brennstoffen
Es ist bereits bekannt, z. B. die bei der Zellstoffherstellung anfallende Ablauge mit Wasserdampf als Zerstäubungsmittel in eine Brennkammer einzudüsen und in einem Heissluft-Gegenstrom zu verbrennen. Der Ablauf und das Ergebnis der Verbrennung sind wegen der Reaktionsträgheit der Lauge sehr wesentlich vom Strömungsverlauf der Verbrennungsluft und des entstehenden Rauchgases abhängig. Diese Abhängigkeit wurde bei den bisherigen Konstruktionen nicht ausreichend berücksichtigt, so dass solche Brennkammern verbrennungstechnisch nur mässigen Ansprüchen genügen.
In den hiebei vorzugsweise prismatischen Feuerraum, aus dem das Rauchgas nach unten in den nachgeschalteten Zug abströmt, wird die Verbrennungsluft durch die Decke über 2 bis 4 zur
Vorderwand parallele Düsenreihen von oben her in zueinander parallelen Strahlen und die Lauge über mehrere durch die Vorderwand und die Seitenwände eingeführte Zerstäuberdüsen eingeblasen. Diese letzteren Düsen werden dabei derart angeordnet und ausgerichtet, dass sich bei ungehinderter kegelförmiger Ausbreitung der Einzelstrahlen eine annähernd gleichmässige Verteilung der zerstäubten Lauge über den Kammerquerschnitt in der Nähe der Kammerdecke ergeben wüde.
Da aber die ursprünglich parallelen Luftstrahlen in der Kammer zu einer oder mehreren ungleichmässig über den Kammerquerschnitt verteilten Luftsträhnen zusammenfliessen und zwischen diesen Strähnen heisses Rauchgas aus einem Gebiet fortgeschrittener Verbrennung zurückströmt, sind die von den einzelnen Tröpfchen der zerstäubten Lauge im Feuerraum zurückgelegten Wege und angetroffenen Zünd-und Verbrennungsbedingungen sehr unterschiedlich. So ist für den in eine Luftsträhne eingedüsten Laugenanteil eine verzögerte, bis in den nachgeschalteten Rauchgasabzug verschleppte Verbrennung zu erwarten, während der in einem heissen Rückstrom mitgeführte Laugenanteil innerhalb der Kammer vollständig ausbrennt.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese Unterschiede im Brennweg und die damit verknüpfte Unsicherheit in der Auslegung und Betriebsweise solcher Brennkammern zu vermeiden und eine Einrichtung zu schaffen, in der die Abmessungen des Feuerraums die Zusammensetzung und Menge der Brennstoffe und die Länge des Rückzirkulationswirbels so aufeinander abgestimmt sind, dass eine optimale Verbrennung erreicht wird.
Das Verfahren zum Verbrennen von in flüssigen Medien enthaltenen oder feuchten feinkörnigen Substanzen oder von Rückständen oder feuchten Brennstoffen in einer Brennkammer von rechteckigem Querschnitt und vorzugsweise prismatischem Längsschnitt in der das flüssige Medium bzw. der Brennstoff und die Verbrennungsluft im Gegenstrom geführt werden, besteht gemäss der Erfindung darin, dass die Verbrennungsluft über mindestens je eine Düsenreihe in der Kammerdecke beiderseits der mittleren Längsebene in an sich bekannter Weise schräg gegen die hiezu parallele Vorder- bzw.
Rückwand zuströmt und entlang dieser Wände abwärts strömt und einen doppelten Rückzirkulationswirbel erzeugt oder die Verbrennungsluft nur über eine oder mehrere gegen die Rückwand gerichtete Düsenreihen zuströmt und an dieser Wand abwärts strömt und einen einfachen
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Rückzirkulationswirbel erzeugt und dass das flüssige Medium oder die feuchte Substanz bzw. die
Rückstände oder der feuchte Brennstoff in das Rückstromgebiet zwischen den beiden Wandströmen der
Verbrennungsluft bzw. nahe der Vorderwand von unten her in die Kammer eingedüst wird. Auf diese
Weise wird in der Kammer eine Strömungsform mit ausgeprägtem räumlich fixiertem Rückstromgebiet durch die Anordnung der Luftdüsen herbeigeführt und die gesamte Lauge in dieses Gebiet eingedüst.
Eine solche Strömungsform ergibt sich z. B. bei der Luftzufuhr über zwei in der Kammerdecke symmetrisch zur mittleren Längsebene angeordnete Düsenreihen, wenn die austretenden Luftstrahlen unter einem Winkel von 5 bis 300 gegen die benachbarte Vorder- bzw. Rückwand gerichtet sind. Dabei erhält man an diesen Wänden je einen über die Kammerbreite gleichmässig verteilten Abwärtsstrom und zwischen diesen Wandströmen einen ausgedehnten Doppelwirbel mit einem zur Decke hin gerichteten mittleren Rückstrom heissen Verbrennungsgases. Es kann aber das Verfahren auch in der Weise durchgeführt werden, dass die Verbrennungsluft nur entlang der Rückwand abwärts und der heisse
Rückstrom mit der eingedüsten Lauge an der Vorderwand aufwärts geführt werden.
In beiden Fällen gelangt der Brennstoff erst in der Nähe der Feuerraumdecke in den Verbrennungsluftstrom. In dem vorgeschalteten Abschnitt wird der wässerige Anteil der Lauge verdampft und die verbleibende
Trockensubstanz gezündet. Nach dieser Aufbereitung des im Anfangszustand sehr reaktionsträgen
Brennstoffes ist für seine vollständige Verbrennung im Heissluftstrom nur ein verhältnismässig kurzer
Weg erforderlich.
Der Winkel der Luftdüsen zur Vorder- bzw. Rückwand beträgt 5 bis 30 und die Länge des doppelten bzw. einfachen Rückzirkulationswirbels ist mit diesem Winkel veränderbar. Es wurde festgestellt, dass bei einem Winkel der Luftdüsen zur Vorder- bzw. Rückwand von 10 der Rückzirkulationswirbel eine Länge entsprechend dem einfachen Abstand von Vorder- und Rückwand hat. Bei einem Winkel von 250 beträgt diese Länge das 1, 8-fache des Abstandes. Zwischenwerte lassen sich durch lineare Interpolation gewinnen. Bei Einstellwinkeln unterhalb von 5 ist bereits ein Umschlagen der Strömung in eine unsymmetrische oder nicht stabile Form zu erwarten. Einstellwinkel von über 300 sind unpraktisch, weil dann der Rückzirkulationswirbel schon wieder kürzer wird.
Die angegebenen Verhältnisse und Winkel gelten streng nur für die in den Fig. 3 und 4 skizzierten Brennkammerformen und für ein Verhältnis von Feuerraumquerschnitt zu Luftdüsenaustrittsquerschnitt von zirka 18. Bei sehr abweichender Form oder Querschnittsverhältnissen ist es sicher zweckmässig, diese Werte durch einen Modellversuch zu kontrollieren.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüsen zur Vorder- bzw. Rückwand im Bereich von 5 bis 300 schwenkbar angeordnet und die Länge des doppelten bzw. einfachen Rückzirkulationswirbels mit diesem einstellbaren Winkel veränderbar ist. Es wird weiterhin erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Länge des Rückzirkulationswirbels durch Vergrössern oder Verkleinern des Verhältnisses von Feuerraumquerschnittsflächen zu Luftdüsenquerschnittsflächen durch querschnittsbeeinflussende Einbauten (schwenkbare Leitbleche, Jalousien od. ähnl.) vergrösserbar oder verkleinerbar ist.
Weiterhin wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Richtung der aus den Düsen an der Kammerdecke, austretenden Verbrennungsluft durch bewegliche Leitelemente verstellbar ist.
Zur Erläuterung des Unterschiedes zwischen dem bisher bekannten und dem neuen Verfahren sind in Fig. 1 bis 5 die charakteristischen Düsenanordnungen und die damit erzielten Strömungsformen gegenübergestellt.
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Die Anordnung der Düsen in der zur Vorderwand parallelen Längsebene ist aus Fig. 2 ersichtlich.
Die parallel zu den Längswänden in die Brennkammer einmündenden Luftstrahlen fliessen gemäss dem Verlauf der eingezeichneten Stromlinien zu einer einzigen Strähne zusammen, die sich an die Vorderwand und an eine der beiden Seitenwände--8 oder 9--anlegt. In dem von dieser Strähne nicht erfassten Gebiet entsteht ein ausgedehnter Rückzirkulationswirbel mit einem vorzugsweise an der Rückwand-10-aufwärts gerichteten Rückstrom. In dieser unsymmetrischen Strömung sind die Anfangsbedingungen für den Reaktionsablauf der in den Rückstrom bzw. in die Luftsträhne eingedüsten Lauge extrem unterschiedlich.
Dabei brennt der unmittelbar in die Luftsträhne gelangende Laugenanteil wegen der verzögerten Zündung auch bei überhöhtem Luftüberschuss nicht vollständig oder erst in unzulässig grosser Entfernung stromabwärts der Brennkammer aus.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren sind die aus den Düsenreihen-3 und 4-austretenden Luftstrahlen nach Fig. 3 gegen die Rückwand-10-bzw. gegen die Vorderwand --2-- gerichtet.
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Dabei entsteht die dargestellte symmetrische Strömungsform mit dem mittleren, die eingedüste Lauge mitführenden Rückstrom, der im oberen Teil der Brennkammer in die an den Wänden abwärts fliessenden Teilströme der Verbrennungsluft einbezogen wird. Ausserdem hat die Schräglage der Luftdüsen zur Folge, dass sich die Einzelstrahlen an den Wänden in der zur Zwischenebene senkrechten Richtung ausbreiten und dadurch zu einem über die Wandbreite gleichmässig verteilten Strom zusammenfliessen. Dabei unterbleibt die bei wandparallelem Zustrom gemäss Fig. 2 auftretende Einschnürung der von einer Seitenwand abgelösten Abwärtsströmung.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit nur einer gegen die Rückwand-10-gerichteten Düsenreihe - -3--. Die Lauge wird hiebei in das an die Vorderwand angrenzende Rückstromgebiet eingedüst. Die Schräglage der Decke begünstigt den Rückstrom in der äusseren zum Mündungsbereich der Luftdüsen führenden Zone.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit einem zu kurzen Rückzirkulationswirbel.
Das Verfahren nach Fig. 3 und 4 eignet sich auch zum Verbrennen von feuchten feinkörnigen Substanzen, z. B. Kohleschlamm, die innerhalb des heissen Rückstroms getrocknet und gezündet und bei der Vermischung mit der vorgewärmten Luft verbrannt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennkammer mit rechteckigem Querschnitt und vorzugsweise prismatischem Längsschnitt zum Verbrennen von in flüssigen Medien enthaltenen oder feuchten feinkörnigen Substanzen oder von Rückständen oder feuchten Brennstoffen in der das flüssige Medium bzw. der Brennstoff und die Verbrennungsluft im Gegenstrom geführt werden und die Verbrennungsluft über mindestens je eine Düsenreihe in der Kammerdecke beiderseits der mittleren Längsebene schräg gegen die hiezu parallele Vorder- bzw.
Rückwand zuströmt, entlang, dieser Wände abwärts strömt und einen doppelten Rückzirkulationswirbel erzeugt und das flüssige Medium oder die feuchte Substanz bzw. die Rückstände oder der feuchte Brennstoff in das Rückstromgebiet zwischen den beiden Wandströmen der Verbrennungsluft bzw. nahe der Vorderwand von unten her in die Kammer eindüsbar ist,
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bis 300 schwenkbar angeordnet und die Länge des doppelten bzw. einfachen Rückzirkulationswirbels mit diesem einstellbaren Winkel veränderbar ist.
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Combustion chamber for burning fine-grained substances contained or moist in liquid media or residues or moist
Fuels
It is already known e.g. B. to spray the waste liquor resulting from pulp production with steam as an atomizing agent into a combustion chamber and burn it in a hot air countercurrent. The course and the result of the combustion are very much dependent on the flow of the combustion air and the resulting flue gas due to the inertia of the lye. This dependency has not been sufficiently taken into account in the previous designs, so that such combustion chambers only meet moderate demands in terms of combustion technology.
In the hiebei preferably prismatic furnace from which the flue gas flows down into the downstream train, the combustion air is through the ceiling over 2 to 4 to
Front wall parallel rows of nozzles from above in jets parallel to each other and the liquor is blown in via several atomizer nozzles introduced through the front wall and the side walls. These latter nozzles are arranged and aligned in such a way that if the individual jets spread unhindered in a cone shape, an approximately uniform distribution of the atomized liquor over the chamber cross-section in the vicinity of the chamber ceiling would result.
However, since the originally parallel air jets flow together in the chamber to form one or more unevenly distributed air streams over the cross-section of the chamber and hot flue gas flows back between these strands from an area of advanced combustion, the distances covered by the individual droplets of the atomized liquor in the combustion chamber and the ignition and combustion conditions very different. A delayed combustion is to be expected for the caustic portion injected into a stream of air, while the caustic portion carried along in a hot return flow burns out completely within the chamber.
The invention aims to avoid these differences in the combustion path and the associated uncertainty in the design and operation of such combustion chambers and to create a device in which the dimensions of the combustion chamber, the composition and quantity of the fuels and the length of the recirculation vortex are coordinated are that optimal combustion is achieved.
The method for burning fine-grained substances contained or moist in liquid media or residues or moist fuels in a combustion chamber of rectangular cross-section and preferably prismatic longitudinal section in which the liquid medium or the fuel and the combustion air are guided in countercurrent, consists according to the invention in that the combustion air is fed through at least one row of nozzles each in the chamber ceiling on both sides of the central longitudinal plane in a known manner at an angle against the parallel front or
Flows towards the rear wall and flows downwards along these walls and creates a double recirculation vortex or the combustion air only flows in via one or more rows of nozzles directed against the rear wall and flows down this wall and a simple one
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Back circulation vortices generated and that the liquid medium or the wet substance or the
Residues or the moist fuel in the return flow area between the two wall flows of the
Combustion air or near the front wall is injected into the chamber from below. To this
A flow form with a pronounced spatially fixed backflow area is created in the chamber by the arrangement of the air nozzles and the entire caustic solution is injected into this area.
Such a flow form results z. B. in the air supply via two rows of nozzles arranged symmetrically to the central longitudinal plane in the chamber ceiling, when the exiting air jets are directed at an angle of 5 to 300 against the adjacent front or rear wall. A downward flow evenly distributed over the width of the chamber is obtained on each of these walls, and between these wall flows an extended double vortex with a mean return flow of hot combustion gas directed towards the ceiling. However, the process can also be carried out in such a way that the combustion air is only downwards along the rear wall and is hot
Return flow with the injected lye can be guided upwards on the front wall.
In both cases, the fuel only enters the combustion air flow near the top of the combustion chamber. In the upstream section, the aqueous portion of the lye is evaporated and the remaining portion
Ignited dry matter. After this preparation of the very inert in the initial state
Fuel is only a relatively short one for its complete combustion in the hot air stream
Path required.
The angle of the air nozzles to the front or rear wall is 5 to 30 and the length of the double or single reverse circulation vortex can be changed with this angle. It was found that with an angle of the air nozzles to the front or rear wall of 10, the back circulation vortex has a length corresponding to the simple distance between the front and rear wall. At an angle of 250 this length is 1.8 times the distance. Intermediate values can be obtained through linear interpolation. At setting angles below 5, the flow can be expected to change into an asymmetrical or unstable form. Setting angles of more than 300 are impractical because the reverse circulation vortex then becomes shorter again.
The stated ratios and angles apply strictly only to the combustion chamber shapes sketched in Figs. 3 and 4 and for a ratio of combustion chamber cross-section to air nozzle outlet cross-section of around 18.If the shape or cross-sectional ratios are very different, it is certainly advisable to check these values by means of a model test.
The device for carrying out the method according to the invention is characterized in that the air nozzles can be pivoted to the front or rear wall in the range from 5 to 300 and the length of the double or single recirculation vortex can be changed with this adjustable angle. It is also proposed according to the invention that the length of the recirculation vortex can be increased or decreased by increasing or decreasing the ratio of combustion chamber cross-sectional areas to air nozzle cross-sectional areas by means of cross-section-influencing fixtures (pivotable baffles, blinds or the like).
Furthermore, it is proposed according to the invention that the direction of the combustion air exiting from the nozzles on the chamber ceiling can be adjusted by movable guide elements.
To explain the difference between the previously known and the new method, the characteristic nozzle arrangements and the flow shapes achieved therewith are compared in FIGS.
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The arrangement of the nozzles in the longitudinal plane parallel to the front wall can be seen from FIG.
The jets of air flowing into the combustion chamber parallel to the longitudinal walls flow into a single strand according to the course of the drawn streamlines, which rests on the front wall and on one of the two side walls - 8 or 9. In the area not covered by this strand, an extensive reverse circulation vortex arises with a reverse flow preferably directed upwards on the rear wall 10. In this asymmetrical flow, the initial conditions for the course of the reaction of the liquor injected into the return flow or into the air stream are extremely different.
Because of the delayed ignition, even with excessive excess air, the proportion of caustic solution that enters the air stream does not burn out completely or only burns out at an impermissibly large distance downstream of the combustion chamber.
In the method according to the invention, the air jets emerging from the nozzle rows 3 and 4 according to FIG. 3 are against the rear wall 10 or. directed against the front wall --2--.
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This creates the symmetrical flow shape shown with the middle return flow, which carries the injected liquor with it, which is included in the upper part of the combustion chamber in the partial flows of the combustion air flowing down the walls. In addition, the inclined position of the air nozzles has the consequence that the individual jets spread on the walls in the direction perpendicular to the intermediate plane and thus flow together to form a stream evenly distributed over the width of the wall. The constriction of the downward flow detached from a side wall, which occurs with the inflow parallel to the wall according to FIG.
Fig. 4 shows an arrangement with only one row of nozzles - -3-- directed towards the rear wall 10. The lye is sprayed into the backflow area adjacent to the front wall. The sloping position of the ceiling favors the return flow in the outer zone leading to the mouth of the air nozzles.
Fig. 5 shows an arrangement with too short a reverse circulation vortex.
The method according to FIGS. 3 and 4 is also suitable for burning moist fine-grained substances, e.g. B. coal sludge, which are dried and ignited within the hot return flow and burned when mixed with the preheated air.
PATENT CLAIMS:
1. Combustion chamber with a rectangular cross-section and preferably a prismatic longitudinal section for burning fine-grained substances contained or moist in liquid media or residues or moist fuels in which the liquid medium or the fuel and the combustion air are guided in countercurrent and the combustion air via at least one each Row of nozzles in the chamber ceiling on both sides of the middle longitudinal plane obliquely against the parallel front or
The back wall flows along, these walls flows downwards and creates a double recirculation vortex and the liquid medium or the moist substance or the residues or the moist fuel into the return flow area between the two wall flows of the combustion air or near the front wall from below into the chamber can be injected,
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up to 300 can be swiveled and the length of the double or single reverse circulation vortex can be changed with this adjustable angle.
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