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Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere für Drehrohröfen, mit einer Brennerdüse umfassend wenigstens einen Verbrennungsluftkanal, einen Kanal für die Zufuhr von höher reakti- vem Brennstoff und einen Kanal für die Zufuhr von weniger reaktivem Brennstoff, wobei der Kanal für die Zufuhr des höher reaktiven Brennstoffs in geringerem radialen Abstand von der Brenner- achse angeordnet ist als der Verbrennungsluftkanal.
Derartige Brenner werden eingesetzt, um relativ grosse Materialmengen in kurzer Zeit auf hohe Temperatur zu erwärmen. Brenner, die in Drehrohröfen eingesetzt werden, ragen von einer Stirn- seite des Drehrohrofens lanzenförmig in dessen Inneres, um eine Flamme zu erzeugen, die sich im Wesentlichen entlang der Achse des Drehrohrofens erstreckt. Um ein gewünschtes Temperatur- profil innerhalb des Ofens einstellen zu können, ist eine möglichst weitgehende Verstellung der Flammenform auch während des Betriebes erwünscht. Weiters werden Brenner für Drehrohröfen zunehmend auch mit minderwertigen, weniger reaktiven festen Brennstoffen wie z. B. mit brennba- ren Abfallprodukten betrieben.
Solche weniger reaktiven Brennstoffe, auch Sekundärbrennstoffe genannt, bestehen beispielsweise aus Papier, Karton, Kunststoffabfällen, Holz oder Knochen und besitzen einen Heizwert, der zwischen 2. 500 und 8.000 KCal. liegen kann. Diese Sekundärbrenn- stoffe werden geshreddert und besitzen überlicherweise eine Stückgrösse zwischen 2mm und 10cm. Die so aufbereiteten Sekundärbrennstoffe werden in einem Silo gelagert und pneumatisch zum Brenner gefördert. Bei bestimmten Betriebsbedingungen kommt es dabei zu Flammenver- schleppungen und verzögertem Ausbrand durch OrMangel. Dadurch entstehen im Drehrohrofen prozesstechnische Probleme wie beispielsweise eine Verschiebung der Sinterzone, reduzierter Klinkerbrand oder erhöhte Einlauftemperaturen am Ofeneinlauf.
Insbesondere ist bei den bekannten Brennern zu beobachten, dass der weniger reaktive Brennstoff bzw. der Sekundärbrennstoff nicht vollständig verbrannt werden kann. Der Grund dafür liegt darin, dass bei den bekannten Drehrohrofen-Brennem die Sekundärbrennstoffe zentral zuge- führt werden, wie dies beispielsweise der EP 967 434 A1 entnommen werden kann. Der höher reaktive Brennstoff wie beispielsweise staubförmige Kohle bildet hierbei einen Mantel um den weniger reaktiven Brennstoff, wobei die Verbrennungsluft teils als den Kohlenstaub-Mantel umge- bende Primärluft und teils als heisse Sekundärluft eingebracht wird.
Der Verbrennungsvorgang erfolgt hierbei derart, dass der von der Primär- und Sekundärluft umgebene Kohlenstaub-Mantel verbrennt und im Zentrum dieses Mantels einen Sauerstoffmangel verursacht, so dass die zentral zugeführten, weniger reaktiven Brennstoffe am Ausbrand gehindert werden, was zu den oben erwähnten Problemen führt. Bei der Ausbildung gemäss der EP 967 434 A1 ist zwar ein zusätzli- cher, koaxial zu dem Sekundärbrennstoff-Kanal angeordneter Luftkanal vorgesehen, wodurch jedoch nur teilweise Abhilfe geschaffen wird, da die zugeführte Verbrennungsluft nicht ausreicht, um einen stöchiometrischen Ausbrand des Sekundärbrennstoffes zu bewerktstelligen. Weiters ist es aus der EP 642 645 B1 bekannt, die Verbrennungsluft mit einem Drall zuzuführen.
Auf diese Weise kann ein verbesserter Ausbrand erreicht werden, aber auch diese Massnahme kann unzureichend sein, um die oben beschriebenen Probleme mit Sicherheit zu lösen.
Weiters ist bei den bekannten Brennern zu beobachten, dass der Sekundärbrennstoff-Kanal durch grössere Brennstoffstücke verstopft wird. Dies ist dann häufig der Fall, wenn Sekundärbrenn- stoffe mit Stückgrössen von bis zu 10cm eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf, einen Brenner der eingangs genannten Art derart wei- terzubilden, dass auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen und qualitativ schlechten, d. h. weni- ger reaktiven, Brennstoffen eine optimale Verbrennung erreicht werden kann. Es soll ausserdem eine möglichst weitgehende Anpassung der Flammenform an die jeweils vorherrschenden Be- triebsbedingungen erzielbar sein. Auch die weniger reaktiven Brennstoffe sollen vollständig ver- brannt werden, wobei weiters Verstopfungen im Brennstoffkanal vermieden werden sollen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemässe Brenner derart ausgebildet, dass der Kanal für die Zufuhr des weniger reaktiven Brennstoffs in radialer Richtung zwischen dem Kanal für die Zufuhr des höher reaktiven Brennstoffs und dem Verbrennungsluftkanal angeordnet ist und der Kanal für die Zufuhr des weniger reaktiven Brennstoffs den Kanal für die Zufuhr des höher reakti- ven Brennstoffs zumindest teilweise umgibt und im Querschnitt sichelförmig ausgebildet ist.
Da- durch, dass nun die Zufuhr des weniger reaktiven Brennstoffs nicht zentral erfolgt, sondern der Kanal für die weniger reaktiven Brennstoffe in radialer Richtung zwischen dem in geringerem radialen Abstand von der Brennerachse angeordneten Kanal für die Zufuhr des höher reaktiven
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Brennstoffs und dem in grösserem radialen Abstand von der Brennerachse angeordneten Verbren- nungsluft-Kanal angeordnet ist, wird der weniger reaktive Brennstoff direkt der Verbrennungsluft ausgesetzt, so dass Sauerstoff für die vollständige Verbrennung des weniger reaktiven Brennstoffs in ausreichender Menge zur Verfügung steht.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung der einzel- nen Kanäle wird vermieden, dass der höher reaktive Brennstoff wie beispielsweise Kohle einen Mantel um den weniger reaktiven Brennstoff bildet und der Grossteil der radial aussen eingebrachten Verbrennungsluft für die Verbrennung des höher reaktiven Brennstoffs verbraucht wird, so dass im Zentrum des vom höher reaktiven Brennstoff gebildeten Mantels ein Oz-Mangel herrscht, welcher den Ausbrand des weniger reaktiven Brennstoffs behindert.
Dabei ist die Ausbildung derart getroffen, dass der Kanal für die Zufuhr des weniger reaktiven Brennstoffs den Kanal für die Zufuhr des höher reaktiven Brennstoffs zumindest teilweise umgibt und vorzugsweise sichelförmig ausgebildet ist. Bei einer derartigen Ausbildung kann der Kanal für die Zufuhr des höher reaktiven Brennstoffs beispielsweise exzentrisch zur Mittelachse des Bren- ners angeordnet sein, woraus ein relativ breiter sichelförmiger Querschnitt des Kanals für die Zufuhr des weniger reaktiven Brennstoffs resultiert. Durch den relativ breiten sichelförmigen Quer- schnitt wird die Verstopfungsgefahr verringert, welche insbesondere dadurch hervorgerufen wird, dass die weniger reaktiven Brennstoffe häufig grobe Fraktionen bzw. Verunreinigungen aufweisen.
Bevorzugt ist die Ausbildung hierbei derart weitergebildet, dass der Querschnitt des Kanals für die Zufuhr des weniger reaktiven Brennstoffs sich über wenigstens 60 , vorzugsweise 150 bis 180 , um die Achse des Kanals für die Zufuhr des höher reaktiven Brennstoffs erstreckt. Unter der Vor- aussetzung, dass der Kanal für die Zufuhr des höher reaktiven Brennstoffs exzentrisch und mit einem grossen Teil seines Querschnitts ausserhalb des oben genannten Winkelbreiches angeordnet ist, kann dadurch neben dem weniger reaktiven Brennstoff auch der höher reaktive Brennstoff direkt von der Verbrennungsluft angeströmt werden.
Es ergibt sich eine Anordnung, bei der der weniger reaktive Brennstoff und der höher reaktive Brennstoff fliessend ineinander strömen, wobei sich die nahezu zentrische Aufteilung der Brennstoffe besonders vorteilhaft auf den Ausbrand dieser Brennstoffe auswirkt.
Um einen noch besseren Ausbrand zu erreichen, ist der erfindungsgemässe Brenner derart wei- tergebildet, dass ein weiterer Verbrennungsluftkanal vorgesehen ist, den der Kanal für die Zufuhr des höher reaktiven Brennstoffs zumindest teilweise umgibt. Es erfolgt somit eine zusätzliche zentrale Verbrennungsluft-Zufuhr, wobei der weitere Verbrennungsluft-Kanal sowohl konzentrisch zur Achse des Kanals für die Zufuhr des höher reaktiven Brennstoffs als auch exzentrisch hierzu angeordnet sein kann.
Der höher reaktive Brennstoff ist bevorzugt gas- oder staubförmig, wie z.B. Kohlestaub. Der weniger reaktive Brennstoff wird bevorzugt aus Müll oder anderen brennbaren Abfallstoffen gebil- det und kann in stückiger Form mit Stückgrössen zwischen 2mm und 10cm vorliegen.
Bevorzugt ist der Brenner derart weitergebildet, dass in dem in Umfangsrichtung an den Kanal für die Zufuhr des weniger reaktiven Brennstoffs anschliessenden, insbesondere sichelförmigen, Totraum Lanzen für weitere Brennstoffe angeordnet sind.
In der Folge wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei- spieles näher erläutert. In dieser zeigt Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Brennerdüse, Figur 2 einen Längs- sowie einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausbildung der erfindungsgemässen Brennerdüse, Figur 3 einen Längs- sowie einen Querschnitt einer weiteren abgewandelten Ausbildung der erfindungsgemässen Brennerdüse und Figur 4 einen Querschnitt durch eine weitere abgewandelte Ausbildung der erfindungsgemässen Brennerdüse. Die Brenner- düse der Fig. 1 besteht aus einem äusseren Rohr 1, welches mit dem konzentrisch dazu angeord- neten Rohr 3 den Verbrennungskanal 2 bildet. Exzentrisch hierzu sind die Rohre 7 und 9 angeord- net, zwischen welchen ein ringförmiger Kanal 8 für höher reaktive Brennstoffe gebildet ist.
Zwi- schen dem Kanal 8 für die höher reaktiven Brennstoffe und dem Verbrennungskanal 2 ist ein Kanal 4 angeordnet, welcher der Zufuhr von weniger reaktiven Brennstoffen bzw. Sekundärbrennstoffen dient. Durch die exzentrische Anordnung des Rohres 7 ist der Kanal 4 sichelförmig ausgebildet, wobei sich der Querschnitt des Kanals 4 über einen durch die Abdeckbleche 5 begrenzten Winkel erstreckt. In dem in Umfangsrichtung an den Kanal 4 anschliessenden Totraum 12 sind Öffnungen 6 und 6' zum Einschub von Brennerdüsen angeordnet, in welchen beispielsweise minderwertige Brennstoffe wie Lösungsmittel und Altöl verbrannt werden können. Weiters ist ein Rohr 11ersicht-
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lich, welches als Führungsrohr zum Einschieben einer Ölbrennerlanze dienen kann.
Zwischen dem Rohr 11 und dem Rohr 9 wird ein exzentrischer Ringraum 10 als weiterer Verbrennungsluft-Kanal ausgebildet, welcher für die Zufuhr von zentraler Luft genützt wird. In der Querschnittsdarstellung gemäss Fig. 1 ist ersichtlich, dass die weniger reaktiven Brennstoffe aus dem Kanal 4 und die höher reaktiven Brennstoffe aus dem Kanal 8 fliessend ineinander gehen und dass nicht nur der höher reaktive Brennstoff sondern vor allem auch der weniger reaktive Brennstoff im Kanal 4 direkt von der aus dem Verbrennungsluft-Kanal 2 austretenden Luft angeströmt wird.
In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausbildung dargestellt, bei welcher neben der Querschnittsdar- stellung auch ein Längsschnitt gezeigt ist. Der einzige Unterschied zur Ausbildung gemäss Fig. 1 besteht darin, dass der Verbrennungsluft-Kanal 2 in zwei konzentrische ringförmige Kanäle 2 und 2' unterteilt ist.
In Fig. 3 ist eine weitere abgewandelte Ausbildung im Quer- und im Längsschnitt dargestellt, wobei nun abweichend von der Ausbildung gemäss Fig. 2 das Rohr 9 exzentrisch zum Rohr 7 angeordnet ist, wodurch sich auch für den Kanal 8, welcher der Zufuhr der höher reaktiven Brenn- stoffe dient, ein sichelförmiger Querschnitt ergibt.
In Fig. 4 ist eine weitere abgewandelte Ausbildung im Querschnnitt dargestellt, welche im we- sentlichen der Ausbildung gemäss Fig. 1 entspricht, wobei jedoch ergänzend zwischen dem Kanal 4 für die Zufuhr der weniger reaktiven Brennstoffe und dem Kanal 8 für die Zufuhr der höher reakti- ven Brennstoffe ein weiterer Verbrennungskanal 2' angeordnet ist, welcher durch ein zusätzliches Rohr 1' gebildet wird. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, dass die vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemässen Brenners auch bei einer Ausbildung erzielt werden können, bei welcher die Kanäle für die Zufuhr der weniger reaktiven und für die Zufuhr der höher reaktiven Brennstoffe nicht unmittelbar aneinandergrenzen.
Bei einer derartigen Ausbildung ist vielmehr dafür gesorgt, dass die Verbrennungsluft in einer Weise zur Verfügung gestellt wird, die eine vollständige und optimale Verbrennung sicherstellt.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Brenner, insbesondere für Drehrohröfen, mit einer Brennerdüse umfassend wenigstens ei- nen Verbrennungsluftkanal, einen Kanal für die Zufuhr von höher reaktivem Brennstoff und einen Kanal für die Zufuhr von weniger reaktivem Brennstoff, wobei der Kanal für die Zu- fuhr des höher reaktiven Brennstoffs in geringerem radialen Abstand von der Brennerach- se angeordnet ist als der Verbrennungsluftkanal, dadurch gekennzeichnet, dass der Ka- nal (4) für die Zufuhr des weniger reaktiven Brennstoffs in radialer Richtung zwischen dem
Kanal (8) für die Zufuhr des höher reaktiven Brennstoffs und dem Verbrennungsluftkanal (2) angeordnet ist und der Kanal (4) für die Zufuhr des weniger reaktiven Brennstoffs den
Kanal (8) für die Zufuhr des höher reaktiven Brennstoffs zumindest teilweise umgibt und im
Querschnitt sichelförmig ausgebildet ist.
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The invention relates to a burner, in particular for rotary kilns, with a burner nozzle comprising at least one combustion air channel, a channel for the supply of more reactive fuel and a channel for the supply of less reactive fuel, the channel for the supply of the more reactive fuel is arranged at a smaller radial distance from the burner axis than the combustion air duct.
Such burners are used to heat relatively large amounts of material to high temperature in a short time. Burners that are used in rotary kilns protrude lance-shaped from an end face of the rotary kiln to produce a flame that extends essentially along the axis of the rotary kiln. In order to be able to set a desired temperature profile within the furnace, the greatest possible adjustment of the flame shape is also desirable during operation. Furthermore, burners for rotary kilns are increasingly also used with inferior, less reactive solid fuels such as. B. operated with flammable waste products.
Such less reactive fuels, also called secondary fuels, consist for example of paper, cardboard, plastic waste, wood or bone and have a calorific value that is between 2,500 and 8,000 Kcal. can lie. These secondary fuels are shredded and usually have a piece size between 2mm and 10cm. The secondary fuels prepared in this way are stored in a silo and pneumatically conveyed to the burner. Under certain operating conditions, flame spread and delayed burnout due to OrMangel. This creates process-related problems in the rotary kiln, such as a shift in the sintering zone, reduced clinker fire or increased inlet temperatures at the kiln inlet.
In particular, it can be observed in the known burners that the less reactive fuel or the secondary fuel cannot be burned completely. The reason for this is that in the known rotary kiln burners the secondary fuels are supplied centrally, as can be seen, for example, from EP 967 434 A1. The more reactive fuel, such as dusty coal, forms a jacket around the less reactive fuel, the combustion air being introduced partly as primary air surrounding the coal dust jacket and partly as hot secondary air.
The combustion process takes place in such a way that the coal dust jacket surrounded by the primary and secondary air burns and causes a lack of oxygen in the center of this jacket, so that the centrally supplied, less reactive fuels are prevented from burning out, which leads to the problems mentioned above. In the embodiment according to EP 967 434 A1, an additional air duct arranged coaxially to the secondary fuel duct is provided, but this is only partially remedied since the supplied combustion air is not sufficient to bring about a stoichiometric burnout of the secondary fuel. It is also known from EP 642 645 B1 to supply the combustion air with a swirl.
In this way, an improved burnout can be achieved, but this measure can also be insufficient to surely solve the problems described above.
It can also be observed in the known burners that the secondary fuel channel is blocked by larger pieces of fuel. This is often the case when secondary fuels with piece sizes of up to 10 cm are used.
The present invention aims to develop a burner of the type mentioned in the introduction in such a way that even under unfavorable operating conditions and poor quality, ie. H. less reactive, optimal combustion can be achieved. It should also be possible to achieve the greatest possible adaptation of the flame shape to the prevailing operating conditions. The less reactive fuels should also be burned completely, and blockages in the fuel duct should also be avoided.
To achieve this object, the burner according to the invention is designed such that the channel for the supply of the less reactive fuel is arranged in the radial direction between the channel for the supply of the more reactive fuel and the combustion air channel and the channel for the supply of the less reactive fuel Channel for the supply of the more reactive fuel at least partially surrounds and is crescent-shaped in cross section.
Because now the supply of the less reactive fuel does not take place centrally, but the channel for the less reactive fuels in the radial direction between the channel arranged at a smaller radial distance from the burner axis for the supply of the more reactive one
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Fuel and the combustion air channel arranged at a greater radial distance from the burner axis, the less reactive fuel is directly exposed to the combustion air, so that sufficient oxygen is available for the complete combustion of the less reactive fuel.
The arrangement of the individual channels according to the invention prevents the more reactive fuel, such as coal, from forming a jacket around the less reactive fuel and the majority of the combustion air introduced radially on the outside being used for the combustion of the more reactive fuel, so that in the center the mantle formed by the more reactive fuel has an Oz deficiency, which hinders the burnout of the less reactive fuel.
The design is such that the channel for the supply of the less reactive fuel at least partially surrounds the channel for the supply of the more reactive fuel and is preferably crescent-shaped. With such a design, the channel for the supply of the more reactive fuel can be arranged, for example, eccentrically to the central axis of the burner, which results in a relatively broad crescent-shaped cross section of the channel for the supply of the less reactive fuel. The relatively broad crescent-shaped cross section reduces the risk of clogging, which is caused in particular by the fact that the less reactive fuels often have coarse fractions or impurities.
The embodiment is preferably developed in such a way that the cross section of the channel for the supply of the less reactive fuel extends over at least 60, preferably 150 to 180, about the axis of the channel for the supply of the more reactive fuel. Provided that the channel for the supply of the more reactive fuel is arranged eccentrically and with a large part of its cross-section outside the above-mentioned angular range, the more reactive fuel can also flow directly from the combustion air in addition to the less reactive fuel ,
The result is an arrangement in which the less reactive fuel and the more reactive fuel flow into one another in a flowing manner, the almost centric distribution of the fuels having a particularly advantageous effect on the burnout of these fuels.
In order to achieve an even better burnout, the burner according to the invention is developed in such a way that a further combustion air duct is provided, which the duct at least partially surrounds for the supply of the more reactive fuel. There is thus an additional central combustion air supply, the further combustion air duct being able to be arranged both concentrically to the axis of the duct for the supply of the more reactive fuel and eccentrically to it.
The more reactive fuel is preferably gaseous or dusty, e.g. Coal dust. The less reactive fuel is preferably formed from waste or other combustible waste materials and can be in lumpy form with piece sizes between 2 mm and 10 cm.
The burner is preferably further developed such that lances for further fuels are arranged in the, in particular crescent-shaped, dead space adjoining the channel for the supply of the less reactive fuel in the circumferential direction.
The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing. 1 shows a cross section through a burner nozzle according to the invention, FIG. 2 shows a longitudinal and a cross section through a modified design of the burner nozzle according to the invention, FIG. 3 shows a longitudinal and a cross section through a further modified design of the burner nozzle according to the invention, and FIG. 4 shows a cross section through a further modified design of the burner nozzle according to the invention. 1 consists of an outer tube 1 which, together with the tube 3 arranged concentrically with it, forms the combustion channel 2. Eccentrically to this, the tubes 7 and 9 are arranged, between which an annular channel 8 is formed for more reactive fuels.
Between the channel 8 for the more reactive fuels and the combustion channel 2 there is a channel 4 which serves to supply less reactive fuels or secondary fuels. Due to the eccentric arrangement of the tube 7, the channel 4 is crescent-shaped, the cross section of the channel 4 extending over an angle limited by the cover plates 5. In the dead space 12 adjoining the channel 4 in the circumferential direction, openings 6 and 6 ′ are arranged for the insertion of burner nozzles, in which, for example, inferior fuels such as solvents and waste oil can be burned. Furthermore, a pipe is visible
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Lich, which can serve as a guide tube for inserting an oil burner lance.
Between the pipe 11 and the pipe 9, an eccentric annular space 10 is formed as a further combustion air channel, which is used for the supply of central air. 1 shows that the less reactive fuels from channel 4 and the more reactive fuels from channel 8 flow into one another and that not only the more reactive fuel but above all the less reactive fuel in channel 4 directly from the air emerging from the combustion air duct 2.
2 shows a modified embodiment in which, in addition to the cross-sectional illustration, a longitudinal section is also shown. The only difference from the design according to FIG. 1 is that the combustion air channel 2 is divided into two concentric annular channels 2 and 2 '.
In Fig. 3, a further modified embodiment is shown in cross-section and in longitudinal section, with the tube 9 now being arranged eccentrically to the tube 7, which deviates from the embodiment according to FIG reactive fuels, a crescent-shaped cross section results.
FIG. 4 shows a further modified design in cross-section, which essentially corresponds to the design according to FIG. 1, but additionally between channel 4 for the supply of the less reactive fuels and channel 8 for the supply of the more reactive ones - Ven fuels a further combustion channel 2 'is arranged, which is formed by an additional pipe 1'. This exemplary embodiment shows that the advantageous effects of the burner according to the invention can also be achieved with a design in which the channels for the supply of the less reactive and for the supply of the more reactive fuels do not directly adjoin one another.
With such a configuration, it is rather ensured that the combustion air is made available in a way that ensures complete and optimal combustion.
CLAIMS:
1. Burner, in particular for rotary kilns, with a burner nozzle comprising at least one combustion air channel, a channel for the supply of more reactive fuel and a channel for the supply of less reactive fuel, the channel for the supply of the more reactive fuel is arranged at a smaller radial distance from the burner axis than the combustion air duct, characterized in that the duct (4) for the supply of the less reactive fuel in the radial direction between the
Channel (8) for the supply of the more reactive fuel and the combustion air channel (2) is arranged and the channel (4) for the supply of the less reactive fuel
Channel (8) for the supply of the more reactive fuel at least partially surrounds and in
Cross section is crescent-shaped.