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Procédé et dispositif pour augmenter la stabilité de la flamme dans les foyers au charbon pulvérisé
La présente invention concerne des foyers pour du charbon pulvérisé et des combustibles pulvérisés similaires ayant une teneur moyenne à élevée en composants volatils, par exemple de la lignite, de la houille à volatilité moyenne à élevée ou de la biomasse sous forme de poudre, par exemple de la poussière de ponçage de bois.
Des modes de réalisation de brûleurs essentiellement appropriés à cette fin sont connus, par exemple, de par EP 0 496 856 Bl, qui constitue le dernier état du développement dans ce domaine.
Le brûleur à poudre décrit dans EP 0 496 856 Bl se compose d'un moufle de brûleur conique, qui s'élargit en direction de l'écoulement, auquel l'air à combustion est amené par le biais d'une grille d'aubes profilées radiale.
Une buse d'accélération de flamme se raccorde au moufle de brûleur. Avec les dimensions et les quantités de débit énoncées dans le document précité s'établit le phénomène d'écoulement propre à ce principe de brûleur, dans lequel l'air à combustion sortant de la grille d'aubes profilées s'écoule sous un angle de dérivation d'environ 45 le long de la paroi du moufle de brûleur jusqu'au plus grand diamètre de celui-ci. À cet endroit, environ la moitié de l'écoulement de l'air à combustion se dévie en direction radiale vers l'intérieur et s'écoule ensuite à nouveau comme reflux le long de l'axe du moufle de brûleur jusqu'à la plaque frontale de la grille d'aubes profilées.
À son arrivée à la plaque frontale de la grille d'aubes profilées, le reflux se dévie en direction radiale vers l'extérieur et se dirige à nouveau, en conjonction avec l'air à combustion frais amené par le biais de la grille d'aubes profilées, vers le plus grand diamètre du moufle de brûleur.
L'écoulement forme dans la zone du plus grand diamètre un point de stagnation, que l'on peut voir clairement dans la flamme.
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Entre l'écoulement de débit proche de la paroi du reflux central, il se forme une zone conique tubulaire de turbulence intensive, dans laquelle s'installe la flamme après l'apport de combustible. L'épaisseur de celle-ci est faible, elle est comprise entre environ 75 % et environ 90 % du rayon du moufle de brûleur, et elle présente l'apparence d'un tube conique, mince et proche de la paroi. L'écoulement présent dans le moufle de brûleur en position radiale à l'intérieur de l'écoulement tubulaire en combustion est noir, il présente une température d'environ 1 000 à 1 100 C, et avec sa teneur en poussière de 5 à 10 g/m3, il est pratiquement imperméable au rayonnement thermique.
Le combustible pulvérisé est soufflé dans l'écoulement de reflux dans la zone du point de stagnation précité au moyen d'air primaire ou de gaz d'échappement de transport.
EP 0 496 856 Bl décrit à cette fin un tube de soufflage axial, qui traverse la grille d'aubes profilées depuis l'arrière, s'étend jusqu'à la zone du point de stagnation et porte à son extrémité, à cet endroit, un capot déflecteur, qui dévie de 180 le charbon pulvérisé amené sous forme fluide par le tube de soufflage et le projette dans l'écoulement de reflux.
Dans son trajet d'écoulement axial du plus grand au plus petit diamètre du moufle de brûleur, l'écoulement de reflux chaud et pauvre en oxygène se mélange avec l'air porteur, ou les gaz d'échappement porteurs, fluidifiant le charbon pulvérisé et avec le charbon pulvérisé. Ce dernier se réchauffe ainsi et dégage des composants volatils, comme de l'azote sous forme de NO.
Pour le chauffage du charbon pulvérisé dans l'écoulement de reflux, on dispose de la chute de température de l'écoulement de reflux d'environ 1 000 à 1 100 C jusqu'à 400 à 500 C.
L'élimination des composants volatils du charbon pulvérisé débute dans cette dernière plage de températures.
Dès lors que, en raison de l'imperméabilité optique 'du mélange poussière-gaz dans les zones intérieures du moufle de brûleur, le rayonnement de la flamme tubulaire située plus à l'extérieur n'atteint pas le charbon pulvérisé dans l'écoulement de reflux, le chauffage du charbon pulvérisé s'effectue
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presque complètement par le biais d'un échange thermique par turbulence.
En raison des lois de modèle de la turbulence libre, le chauffage du charbon pulvérisé est pratiquement identique dans les grands et les petits brûleurs et son efficacité est donc limitée.
Cela entraîne deux conséquences : - Les vitesses d'écoulement et, partant, les performances du brûleur ne peuvent plus être augmentées parce que le temps de préparation pour le charbon pulvérisé serait alors trop court. On peut déjà le constater à l'allure de la flamme : si le temps de chauffage est trop court, des mèches noires se forment à la surface de la flamme. Si l'on augmente encore la vitesse de l'écoulement, la flamme disparaît.
- La plage de réglage vers le bas est également limitée parce que l'écoulement de reflux se refroidit à mesure que la charge diminue.
La présente invention a pour objet d'éviter les désavantages précités et d'indiquer un procéder et un dispositif par lesquels la stabilité de la flamme dans les foyers au charbon pulvérisé peut être améliorée.
Cet objet est atteint par un procédé pour augmenter la stabilité de la flamme dans une installation de foyer au charbon pulvérisé, dans lequel du charbon pulvérisé fluidifié est mélangé avec de l'air à combustion et est brûlé, caractérisé en ce qu'une flamme primaire séparée d'une flamme principale est produite, le charbon pulvérisé est introduit dans la flamme primaire pour y être préchauffé et est ensuite introduit dans un écoulement d'air de combustion chaud et pauvre en oxygène, dans lequel il est chauffé davantage, des composants volatils se dégageant, et les composants volatils et le charbon pulvérisé chauffé étannt ensuite mélangés avec l'air à combustion et produisant la flamme principale.
Avantageusement, le charbon pulvérisé à l'état fluidifié avec de l'air de transport est projeté à travers un tube de soufflage avec capot déflecteur rapporté dans un écoulement de reflux dans un moufle de brûleur s'élargissant de façon conique,
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- la quantité d'air de transport étant comprise entre 3,5 et 5 %, et de préférence entre 4,0 et 4,5 %, de la quantité totale d'air requise pour la combustion ; - la vitesse de sortie de l'air de transport et du charbon pulvérisé hors du passage annulaire entre le tube de soufflage et le capot déflecteur étant d'au moins à 15 m/s, et de préférence de plus de 20 m/s ; et - le capot déflecteur se trouvant dans la zone du plus grand diamètre du moufle de brûleur.
L'objet ci-dessus est atteint d'autre part par un brûleur pour charbon pulvérisé ayant une stabilité de flamme accrue et une vitesse de rayonnement de flamme supérieure à 100 m/s, qui se compose d'un moufle s'élargissant de façon conique et d'une buse d'accélération de flamme se raccordant au plus grand diamètre de celui-ci, se rétrécissant de façon conique, et qui présente les dimensions suivantes pour une puissance de 22 MW : - diamètre d'entrée du moufle : 828 mm - longueur du moufle : 3 350 mm - plus grand diamètre du moufle : 1 610 mm - longueur de la buse d'accélération de flamme .
1 657 mm - diamètre de sortie de la buse d'accélération de flamme : 668 mm, les dimensions précitées étant pour d'autres puissances adaptées par rapport aux dimensions indiquées par la racine du rapport entre l'autre puissance et la puissance indiquée de 22 MW.
L'invention vise également un générateur de gaz chaud alimenté au charbon pulvérisé ayant une plage de réglage élargie pour une plage de températures de gaz chauds d'au moins 200 C à 900 C, formé d'un brûleur comme défini cidessus dans lequel la buse d'accélération de flamme est omise.
Le procédé selon l'invention consiste entre autres en ce qu'une flamme primaire est installée à la sortie du charbon pulvérisé depuis le capot déflecteur du tube de soufflage, le capot déflecteur est agencé dans la zone du point de stagna-
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tion et le charbon pulvérisé est soufflé dans le brûleur à une vitesse minimale déterminée.
En particulier :
1. le charbon pulvérisé est soufflé avec 3,5 à 5 %, et de préférence avec 4,0 à 4,5 %, de la quantité d'air à combustion nécessaire à pleine charge ;
2. le passage annulaire entre le tube de soufflage et le capot déflecteur présente des dimensions telles que la vitesse de sortie du charbon pulvérisé fluidifié par l'air primaire est d'au moins à 15 m/s, et de préférence de plus de 20 m/s ;
3. le capot déflecteur est agencé dans la zone du plus grand diamètre du moufle de brûleur.
Dans ce mode de construction et d'utilisation, du fait de la différence' de vitesse entre l'écoulement de reflux et l'écoulement d'air primaire sortant du passage annulaire, il se produit un puissant tourbillon à la sortie du passage annulaire, où s'installe la flamme primaire. La vitesse de l'écoulement de l'air primaire est avantageusement supérieure à 20 m/s, mais ne doit pas être assez grande pour que les pièces qui entrent en contact avec l'écoulement s'usent sous l'influence de l'abrasion du charbon pulvérisé et de la proportion de sable de quartz qu'il contient. Des vitesses inférieures à 30 m/s se sont avérées suffisantes.
Entre l'écoulement de reflux retournant vers l'intérieur et l'écoulement dirigé vers la sortie de la buse d'accélération de flamme, il se forme un point de stagnation, qui est bien visible, par exemple, dans des foyers au gaz. Il est décalé dans la direction axiale par rapport au plan déterminé par le plus grand-diamètre du moufle de brûleur, en direction de la sortie, d'une distance qui correspond à 1/4 à 1/2 du plus grand diamètre du moufle de brûleur.
L'agencement du capot déflecteur non au point de stagnation, mais au plus grand diamètre du moufle de brûleur, est optimal. Si l'on décale davantage le capot déflecteur en direction du point de stagnation, des parties de la flamme primaire sont projetées inutilement hors de la sortie de la buse d'accélération de flamme. Si l'on décale le capot déflecteur en direction de la grille d'aubes profilées,
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c'est-à-dire dans une zone où l'écoulement de reflux est déjà devenu plus rapide, la différence de vitesse entre l'écoulement de reflux et l'écoulement sortant du passage annulaire entre le tube de soufflage et le capot déflecteur est plus petite. Le tourbillon à la sortie du passage annulaire est alors plus faible et la flamme primaire est moins intense.
L'action et le fonctionnement de la flamme primaire peuvent être rendus bien visibles si l'on démonte le tube de soufflage après la combustion, par exemple, de lignite du Rhin pulvérisée. Cette poussière produit en effet une cendre de couleur jaune ocre, à la différence des autres combustibles pulvérisés, dont la cendre est généralement grise.
Dans une première zone relativement courte, directement adjacente au passage annulaire, le tube de soufflage présente en effet un aspect de métal nu car il a été poli par le charbon pulvérisé projeté.
Dans une deuxième zone adjacente à la première, un peu plus longue, le tube de soufflage a une couleur jaune ocre.
La flamme primaire a brûlé dans cette zone.
Dans une troisième zone adjacente à la deuxième, beaucoup plus longue, le tube de soufflage présente une rouille noire et sèche. Des composants à faible volatilité, par exemple du CH4, se sont dégagés à cet endroit du charbon pulvérisé.
Dans une quatrième zone adjacente à la troisième, sensiblement de la même longueur, le dépôt noir sur le tube de soufflage devient de plus en plus gras, provoqué par les composants à haute volatilité dégagés à cet endroit par le charbon pulvérisé.
Dans une cinquième zone, peu avant la grille d'aubes profilées, le tube de soufflage se présente comme s'il avait été recouvert de goudron. Les composants de charbon ayant le point de fusion le plus élevé se sont dégagés à cet endroit du charbon par des phénomènes de craquage.
Dans une sixième zone traversant la grille d'aubes profilées, le tube de soufflage présente à nouveau une couleur jaune ocre. À cet endroit, la poussière chauffée est entrée pour la première fois en contact avec l'air à combustion et s'est enflammée spontanément. À cet endroit se situe
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le début de la flamme principale qui s'étend sous forme tubulaire à proximité de la paroi du moufle.
À l'arrière de la grille d'aubes profilées, c'est-à-dire à l'extérieur de la chambre de combustion, le tube de soufflage n'est pas influencé par les phénomènes de combustion.
Cette image apparaissant sur le tube de soufflage permet également le réglage optimal de la quantité d'air de transport : - Avec une quantité moindre d'air de transport, moins de chaleur se développe dans la flamme primaire. Les deuxième à quatrième zones se déplacent en direction du capot déflecteur. La cinquième zone s'allonge, des dépôts goudronneux, semblables au coke et épais se forment à cet endroit sur le tube de soufflage, lesquels peuvent entraver le bon fonctionnement du brûleur. Cela résulte de la température trop faible de l'écoulement de reflux. La préparation du charbon pulvérisé dans l'écoulement de reflux est insuffisante.
- Avec une quantité supérieure d'air de transport, l'écoulement de reflux et le tube de soufflage deviennent très chauds. Le tube de soufflage peut être surchauffé, et une proportion d'une hauteur inacceptable de composants volatils issus du charbon pulvérisé est brûlée dans la flamme primaire et fait ensuite défaut dans la flamme principale.
Une surchauffe locale du tube de soufflage se reconnaît à une perte au feu à l'endroit concerné du tuyau, qui présente à cet endroit un resserrement où le matériau du tuyau a été brûlé.
Avec le réglage indiqué de l'air de transport selon l'invention, le tube de soufflage reste propre à long terme et n'est pas surchauffé. Une quantité maximale de composants volatils est présente à la fin de l'écoulement de reflux dans la zone des cinquième et sixième zones. Si l'on observe le début de la flamme principale dans la sixième zone à travers un voyant, on constate une flamme presque totalement gazeuse, dans laquelle seuls quelques gros grains chauffés au rouge continuent de tourbillonner. Dès lors que la proportion de grains fins ne peut être observée, l'on peut supposer que ceux-ci ont été gazéifiés, ou brûlés dans la sixième zone.
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Par rapport à une situation sans flamme primaire, la différence dans le comportement de la flamme principale est substantielle : a) La flamme principale se comporte presque comme une flamme gazeuse. Elle brûle également à des débits supérieurs, auxquels elle serait soufflée en l'absence de flamme primaire, de façon stable et sans pulsation. b) L'on peut rétrécir davantage encore la section de sortie de la buse d'accélération et atteindre ainsi des vitesses de rayonnement de flamme encore supérieures, qui se situent de 100 à 120 m/s, sans que la flamme ne disparaisse.
EP 0 496 856 Bl précité mentionne il est vrai des vitesses d'environ 100 m/s. Mais c'est là un souhait. Si l'on prend en effet le brûleur qui y est présenté pour la puissance de foyer de 3,9 MW indiquée dans le document et le diamètre de sortie de la buse, en prenant en considération les indications données dans le document, l'on obtient seulement, en fonction de l'excès d'air, des vitesses de rayonnement de flamme de 51 à 58 m/s. Un indice extérieur de ces faibles vitesses tient à ce que le diamètre de sortie de la buse d'accélération, de 350 mm, est supérieur au diamètre d'entrée du moufle de brûleur, qui détermine le débit, de 338 mm.
Pour une vitesse de rayonnement de flamme de 100 m/s, un diamètre de sortie de la buse d'accélération de 260 mm serait toutefois nécessaire, qui serait donc sensiblement plus petit que le diamètre d'entrée indiqué de 338 mm. EP 0 496 856 Bl ne procure dès lors aucun enseignement à cet égard pour la réalisation technique. c) Une autre conséquence de la flamme primaire est l'élargissement substantiel de la plage de réglage. Alors que des brûleurs selon EP 0 496 856 Bl peuvent être réglés d'une charge de 100 % à une charge d'environ 40 %, ainsi qu'on le connaît de par les installations réalisées, ou en d'autres termes, qu'ils peuvent être réglés dans un rapport de 1 à 2,5, la plage de réglage augmente à un rapport d'environ 1 à 20 en cas d'utilisation de la flamme primaire selon la présente invention.
Dans un cas limite, à une charge de seulement 5 %, seule la flamme primaire continue de brûler, mais de façon sûre.
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Les avantages pratiques et économiques considérables que procurent les points b) et c) ci-dessus sont illustrés ciaprès par deux exemples différents.
Exemple 1
Brûleur pour la transformation de chaudières à tubes d'eau
DE 10 055 507 Al décrit un procédé par lequel des chaudières à tubes d'eau alimentées au mazout ou au gaz peuvent être transformées pour l'alimentation à la lignite du Rhin pulvérisée. À cette fin, il faut un dispositif de chauffe qui peut produire avec ce combustible des vitesses de rayonnement de flamme supérieures à 100 m/s et dont l'existence est supposée dans le document précité. La manière dont on obtient ce résultat n'est toutefois pas décrite, pas plus que l'objet de la demande. Une vitesse de rayonnement de flamme aussi élevée est atteinte pour la première fois avec la présente invention.
Exemple 2
Générateur de gaz chaud
L'invention permet également la construction de générateurs de gaz chaud améliorés. L'on entend par là des foyers qui ne produisent pas de flamme rayonnante, mais un gaz chaud aussi homogène que possible, notamment pour le chauffage de séchoirs, de moulins, etc. Dans des dispositifs appropriés à cette fin, la buse d'accélération de flamme est omise. Le dispositif peut produire des gaz chauds de 200 C à 900 C, la flamme remplissant à 900 C le moufle de brûleur à la seule exception d'une mince couche d'air froid à proximité de la paroi. La flamme.se termine approximativement au plus grand diamètre du moufle. Un mode de réalisation concret est expliqué ultérieurement.
La présente invention est davantage décrite ci-après avec référence aux dessins, sur lesquels : la figure 1 montre schématiquement, dans une vue en coupe longitudinale, un moufle de brûleur avec buse d'accélération et tube de soufflage ;
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la figure 2 montre à une échelle agrandie la zone d'extrémité du tube de soufflage avec capot déflecteur rapporté ; la figure 3 montre une représentation comparable à la figure 1 pour expliquer différentes zones de dépôt sur le tube de soufflage ; la figure 4 montre une vue en coupe longitudinale détaillée d'un agencement selon la figure 1 ; la figure 5 montre schématiquement, dans une vue en coupe longitudinale, un générateur de gaz chaud ;
et la figure 6 montre schématiquement, dans une vue en coupe longitudinale, un brûleur classique pour de la lignite pulvérisée, qui est adapté dans le sens de l'invention.
On observe sur la figure 1, dans une vue en coupe longitudinale, un brûleur à charbon pulvérisé désigné dans son ensemble par 1, qui se compose d'un moufle de brûleur la s'élargissant de façon conique et d'une buse d'accélération de flamme lb se rétrécissant de façon conique, qui se raccorde au plus grand diamètre D de celui-ci. À partir du plus petit diamètre du moufle de brûleur la et traversant celui-ci, s'étend dans le moufle de brûleur la un tube de soufflage 2 qui se termine au plus grand diamètre D du brûleur et porte à cet endroit un capot déflecteur 3. Le capot déflecteur 3 forme, en conjonction avec le diamètre extérieur du tube de soufflage 2 selon la figure 2, un passage annulaire 4, dont l'ouverture est orientée vers l'extrémité du plus petit diamètre du moufle de brûleur la.
Au plus petit diamètre du moufle de brûleur la se trouve une grille d'aubes profilées lc, qui sert à amener de l'air à combustion dans le moufle de brûleur la.
Les écoulements qui s'établissent pendant le fonctionnement sont représentés par des flèches sur les figures 1 et 2.
À l'aide de 3,5 à 5 %, de préférence de 4,0 à 4,5 %, de la quantité d'air à combustion requise pour la combustion de charbon pulvérisé', par exemple de lignite pulvérisée, le charbon pulvérisé à l'état fluidifié est soufflé dans le brûleur à travers le tube de soufflage 2, où il sort par le passage annulaire 4 entre le capot déflecteur 3 et le tube de soufflage 2. Le reste, autrement dit la majeure partie de
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l'air de combustion L est amené par le biais de la grille d'aubes profilées lc au moufle de brûleur la sous un angle de torsion, de telle sorte qu'il s'écoule à proximité de la paroi du moufle de brûleur la en direction de son plus grand diamètre.
En raison de la dynamique d'écoulement décrite, une partie de cet écoulement se dévie dans la zone du plus grand diamètre D du moufle de brûleur la vers l'intérieur et s'écoule à nouveau en position centrale en tant qu'écoulement de reflux 7 en direction de la grille d'aubes profilées le.
Le charbon pulvérisé projeté dans l'écoulement de reflux 7 et entraîné par celui-ci est enflammé pour la première fois à l'aide d'une flamme d'allumage, qui n'est pas représentée sur le dessin. La flamme d'allumage est produite au moyen de gaz de ville ou de gaz naturel par une veilleuse 23, qui débouche dans une chambre de tête 24, qui se situe à l'arrière d'une plaque de tête 25 délimitant la grille d'aubes profilées lc vers l'arrière, laquelle plaque est traversée par le tube de soufflage 2 en formant un large passage annulaire 26. La flamme d'allumage s'étend comme un tourbillon torique à travers ce passage annulaire 26 dans la zone de la grille d'aubes profilées lc.
Lorsque le charbon pulvérisé apporté à cet endroit par l'écoulement de reflux s'est allumé, c'est-àdire lorsque la flamme principale brûle, la flamme d'allumage peut être éteinte.
Le charbon pulvérisé fluidifié au moyen d'air, désigné sur les dessins par K+L, sort du passage annulaire 4 à une vitesse d'au moins 15 m/s, et de préférence de plus de 20 m/s, ce qui produit un puissant tourbillon torique 5, sur lequel la flamme primaire 6 s'installe pendant le fonctionnement. La flamme primaire s'allume elle-même en l'espace d'une fraction de seconde après l'allumage de la flamme principale.
La proportion de l'écoulement en combustion proche de la paroi qui ne retourne pas dans l'écoulement de reflux pénètre dans la buse d'accélération de flamme lb. Il se produit alors, entre l'écoulement de reflux 7 retournant vers l'intérieur et l'écoulement 10 pénétrant dans la buse d'accélération de flamme lb, un point de stagnation 11 dans l'axe du brûleur, qui est décalé par rapport au plan déterminé par le plus grand diamètre D, en direction de la sortie
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9 de la buse d'accélération de flamme lb, d'environ 1/4 à 1/2 du plus grand diamètre D.
À travers un voyant 12 agencé dans la zone de la grille d'aubes profilées le, on peut observer de la manière déjà mentionnée la flamme principale s'amorçant à la grille d'aubes profilées.
La figure 3 montre schématiquement les sept zones de dépôts colorés et structurés différemment de résidus de combustion le long du tube de soufflage 2. La première zone désignée par a est directement adjacente à la sortie du passage annulaire 4. Elle est relativement étroite et d'un aspect de métal nu ; dit, il n'y a pas de sédiments sur le tube de soufflage 2 à cet endroit. En position adjacente se trouve la deuxième zone b, qui présente une couleur jaune ocre. Cette zone est plus large que la première zone a. Suit une troisième zone c, environ trois fois plus longue, sur laquelle de la rouille noire et sèche s'est déposée. En position adjacente se trouve la quatrième zone d, qui comporte un dépôt noir qui présente une apparence de plus en plus grasse en direction de la grille d'aubes profilées le.
En position adjacente se trouve une cinquième zone e, qui s'étend jusqu'à la zone de la grille d'aubes profilées le, qui est un peu plus courte que la quatrième zone et se présente comme si elle avait été recouverte de goudron. La sixième zone se situe dans la zone de la grille d'aubes profilées le et a une couleur jaune ocre. De l'autre côté de la grille d'aubes profilées le, où il ne se produit pas de processus de combustion, le tuyau 2 est propre, ou plus exactement dans son état d'origine.
La figure 4 montre dans une vue en coupe longitudinale un mode de réalisation concret d'un dispositif selon l'invention. Il se compose d'un brûleur à double cône, comparable à la représentation schématique de la figure 1, c'est pourquoi il est fait référence à ce stade à celle-ci. L'air à combustion pénètre à un point 13 dans une chambre de collecte 14 et est mis en rotation par des aubes directrices radiales 15 à l'extrémité du plus petit diamètre du moufle de brûleur 16.
En conséquence, l'air à combustion circule à travers le
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moufle de brûleur 16, auquel se raccorde la buse d'accélération de flamme 17.
Le charbon pulvérisé et l'air de transport sont amenés par le biais d'un tube de soufflage 18, qui porte à son extrémité libre un capot déflecteur 19. Leur mode de réalisation et de fonctionnement correspond à la description relative aux figures 1 et 2. Selon l'invention, la flamme primaire non représentée ici se stabilise ainsi à la sortie du capot déflecteur 19, ce qui permet de rétrécir le diamètre de sortie 20 de la buse d'accélération de flamme 17 dans une mesure telle qu'une vitesse de rayonnement de flamme supérieure à 100 m/s est atteinte.
Pour une puissance de chauffe de 22 MW, l'on obtient en conséquence, pour l'utilisation de charbon pulvérisé de quelque variété que ce soit, les données suivantes, telles qu'elles peuvent être extraites de la figure 4 :
Quantité d'air à combustion amenée : 20 642 mn3/h
Quantité d'air de transport amenée : 1 125 mn3/h
Quantité de charbon pulvérisé amenée : 3 653 kg/h
Rayonnement de flamme : 31 797 kg/h
Vitesse de rayonnement de flamme : 107 m/s
Diamètre d'entrée du moufle de brûleur 16 : 818 mm
Longueur du moufle de brûleur 16 : 3 350 mm
Plus grand diamètre du moufle de brûleur 16 : 1 610 mm
Longueur de la buse d'accélération de flamme 17 : 1 655 mm
Diamètre de sortie de la buse d'accélération de flamme 17 : 668 mm
Diamètre du tube de soufflage :
180 x 25 mm
Avec cette construction et les quantités de débit indiquées, les limites d'émission selon les normes relatives à l'air sont respectées. Ce brûleur pourrait bien être exploité à des puissances plus élevées, mais la teneur en NOx augmente alors au-delà des valeurs limites des normes relatives à l'air, ce qui est interdit. C'est la raison pour laquelle la puissance doit être limitée à 22 MW dans le fonctionnement. Pour d'autres puissances en cas d'utilisation de lignite pulvérisée, les dimensions linéaires peuvent être
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modifiées proportionnellement au moyen de la racine du rapport de puissance.
La figure 4 représente le brûleur refroidi par eau. Le refroidissement par eau fait partie intégrante de la chau- dière utilisée.- Le brûleur peut toutefois également être réalisé sans refroidissement, par exemple lorsqu'il est revêtu de maçonnerie. Ce facteur n'exerce qu'une influence limitée sur les processus dans le brûleur et relève seulement d'une question de pratique.
La longueur de la flamme, calculée à partir du diamètre d'entrée du moufle 16, est dans une approximation grossière inversement proportionnelle au rapport d'air #. Avec les données précitées et indiquées sur la figure 4, la longueur du rayonnement de flamme en combustion est d'environ 6,5 m à partir du diamètre de sortie de la buse d'accélération de flamme 17 ou d'environ 12,9 m à partir du diamètre d'entrée du moufle de brûleur 16.
La flamme se raccourcit à mesure que le rapport d'air A augmente. À A = 2,0 à 2,3, la flamme dépasse à peine du diamètre de sortie de la buse d'accélération de flamme 17 et brûle donc presque totalement à l'intérieur du brûleur. Pour un # d'environ 2,8, la flamme s'étend seulement jusqu'au plus grand diamètre D du moufle, et pour un A de 5, elle atteint seulement la moitié de la longueur du moufle.
Pour un # de 20, soit 5 % de la puissance nominale, seule la flamme primaire continue de brûler.
Les gaz chauds sortant du diamètre de sortie de la buse d'accélération de flamme sont toutefois mélangés très uniformément dans tous les cas.
La figure 5 montre schématiquement un exemple de générateur de gaz chaud. Celui-ci correspond dans ses parties essentielles à la construction illustrée sur la figure 4, mais la buse d'accélération de flamme est absente. L'air à combustion pénètre à un point 13a dans un coffret de distribution 14. Une plus petite quantité d'air supplémentaire est introduite à un point 13b aux fins du refroidissement du moufle de brûleur 16. Le moufle de brûleur se compose ici de tôle résistante à la chaleur. Pour le reste, les références sont les mêmes que celles utilisées sur les autres figures.
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Ce générateur de gaz chaud peut produire des gaz chauds à des températures comprises entre 200 C et 900 C. À 900 C, la flamme du moufle de brûleur 16 remplit jusqu'à une mince couche d'air froid proche de la paroi. La flamme se termine approximativement au plus grand diamètre du moufle 16.
Du fait de leur simplicité, ces générateurs de gaz chaud ont fait leurs preuves. Ils comportaient toutefois le désavantage jusqu'à présent que l'on ne pouvait guère les régler en dessous d'un A total d'environ 3,0, ce qui correspond à une température de gaz chaud à la sortie du moufle de 750 à 800 C. Lorsque l'on avait besoin de températures inférieures, on augmentait simplement la quantité d'air supplémentaire au point 13b. Cela avait toutefois l'inconvénient d'une mauvaise répartition de la température. En effet, l'écoulement était trop chaud au centre et trop froid à l'extérieur.
Précisément pour des produits sensibles à la température, qui devaient être traités avec un tel gaz chaud, cela entraînait des problèmes et exigeait fréquemment des dispositifs supplémentaires de mélange des gaz chauds.
Ces problèmes sont résolus selon l'invention par l'utilisation d'une flamme primaire, qui débute selon les figures 1 et 2 sur le capot déflecteur, lequel est désigné sur les figures '1 et 2 par 2 et sur les figures 4 et 5 par 19. Ainsi, la flamme peut être réglée sensiblement plus vers le bas, en particulier dans le cas limite jusqu'à un # d'environ 20, auquel seule la flamme primaire continue de brûler. Cela correspond à une température de gaz chaud de seulement 100 à 130 C. Le gaz chaud sortant du moufle 16 est également très homogène dans ce cas, de telle sorte que des dispositifs supplémentaires de mélange des gaz chauds ne sont plus nécessaires.
L'effet de l'invention n'est pas limité aux brûleurs décrits ci-dessus avec référence aux figures 1 à 5, mais résout également des problèmes dans des brûleurs classiques.
Ainsi, des brûleurs à lignite pulvérisée de types connus nécessitent aujourd'hui encore une alimentation de 5 à 10 % de mazout de chauffage ou de gaz pour produire en fin de compte une flamme stable. La cause en est une préparation
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insuffisante du charbon pulvérisé avant la pénétration dans la flamme.
La présente invention procure également une solution à ce problème. La figure 6 montre un brûleur classique. De l'air à combustion lui est apporté au point 13 au moyen d'aubes directrices axiales 15, qui produisent dans le moufle en forme d'entonnoir 16 un tourbillon torique 21, qui doit assurer la stabilisation de la flamme. On peut constater dans ce cas également un point de stagnation 11, qui sépare l'écoulement en direction de l'avant et l'écoulement de reflux l'un de l'autre.
La lignite pulvérisée était jusqu'à présent projetée dans un tel brûleur de différentes manières : - depuis la circonférence du moufle 16 vers son axe, - souvent également depuis le centre du système d'aubes directrices 15, d'une manière similaire à la technique habituelle pour des brûleurs à gaz ou à mazout traditionnels.
Les mesures décrites n'ont rien pu changer aux désavantages décrits ci-dessus. L'invention procure toutefois une aide à cet égard. Selon la figure 6, un tube de soufflage 18 avec un capot déflecteur 19 est installé à cette fin le long de l'axe du brûleur jusqu' à la zone du point de stagnation 11. Dans ce brûleur se produit un écoulement de reflux, même s'il est très limité, dans lequel le charbon pulvérisé sortant du capot déflecteur 19 est projeté. En raison de la faible longueur axiale du brûleur, l'écoulement de reflux et, partant, le temps de séjour du charbon pulvérisé ne sont pas aussi longs, de loin, que dans le brûleur selon les figures 1 à 5, mais ils sont néanmoins sensiblement plus longs qu'auparavant.
On parvient ainsi selon l'invention à obtenir une préparation, quoique limitée, du charbon pulvérisé, de telle sorte qu'au moins des brûleurs à charbon pulvérisé de ce type de taille moyenne à grande peuvent brûler de façon stable sans apport de mazout de chauffage ou de gaz.
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Method and device for increasing flame stability in pulverized coal fireplaces
The present invention relates to fires for pulverized coal and similar pulverized fuels having a medium to high content of volatile components, for example lignite, medium to high volatility coal or biomass in the form of powder, for example wood sanding dust.
Burner embodiments essentially suitable for this purpose are known, for example, from EP 0 496 856 B1, which is the latest state of development in this field.
The powder burner described in EP 0 496 856 B1 consists of a conical burner muffle, which expands towards the flow, to which the combustion air is fed through a blade grid. radial profiles.
A flame acceleration nozzle connects to the burner muffle. With the dimensions and the quantities of flow stated in the aforementioned document is established the flow phenomenon specific to this principle of burner, wherein the combustion air leaving the profiled blade grid flows at an angle of bypassing about 45 along the wall of the burner muffle to the largest diameter thereof. At this point, about half of the flow of the combustion air is radially inward and then flows again as reflux along the axis of the burner muffle to the plate. front of the profiled blade grid.
Upon its arrival at the faceplate of the profiled vane grate, the reflux deflects radially outwards and heads again, in conjunction with the fresh combustion air supplied through the grate. profiled vanes, to the largest diameter of the burner muffle.
The flow forms a point of stagnation in the zone of the largest diameter, which can be clearly seen in the flame.
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Between the flow flow close to the wall of the central reflux, a tubular conical zone of intensive turbulence is formed, in which the flame is installed after the addition of fuel. The thickness thereof is small, ranging from about 75% to about 90% of the radius of the burner muffle, and has the appearance of a conical, thin tube close to the wall. The flow in the burner muffle radially within the flowing tubular flow is black, has a temperature of about 1000 to 1100 C, and has a dust content of 5 to 10 g / m3, it is practically impervious to thermal radiation.
The pulverized fuel is blown into the reflux flow in the area of the aforementioned stagnation point by means of primary air or transport exhaust gas.
EP 0 496 856 B1 describes for this purpose an axial blowing tube, which passes through the profiled blade grid from the rear, extends to the zone of the stagnation point and carries at its end, at this point, a deflector hood, which deflects the pulverized coal fed in fluid form by the blowing tube and throws it into the reflux flow.
In its axial flow path from the largest to the smallest diameter of the burner muffle, the hot, oxygen-poor reflux flow mixes with the carrier air, or the carrier exhaust, fluidizing the pulverized coal and with pulverized coal. The latter heats up and releases volatile components, such as nitrogen in the form of NO.
For the heating of the pulverized coal in the reflux flow, the temperature drop of the reflux flow of about 1000 to 1100 C is available up to 400 to 500 C.
Removal of the volatile components of pulverized coal begins in this last temperature range.
Since, due to the optical impermeability of the dust-gas mixture in the interior areas of the burner muffle, the radiation of the outermost tubular flame does not reach the pulverized coal in the flow of reflux, the heating of pulverized coal is carried out
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almost completely through turbulence heat exchange.
Due to the model laws of free turbulence, the heating of pulverized coal is virtually identical in large and small burners and its efficiency is therefore limited.
This has two consequences: - The flow rates and hence the burner performance can no longer be increased because the preparation time for pulverized coal would then be too short. It can already be seen at the pace of the flame: if the heating time is too short, black wicks are formed on the surface of the flame. If the rate of flow is further increased, the flame disappears.
- The downward adjustment range is also limited because the reflux flow cools as the load decreases.
The object of the present invention is to avoid the aforementioned disadvantages and to indicate a method and apparatus by which flame stability in pulverized coal fires can be improved.
This object is achieved by a method for increasing flame stability in a pulverized coal fired plant, wherein fluidized pulverized coal is mixed with combustion air and burned, characterized in that a primary flame separated from a main flame is produced, the pulverized coal is introduced into the primary flame to be preheated and is then introduced into a flow of hot combustion air and low in oxygen, in which it is heated further, volatile components The volatile components and the heated pulverized coal are then mixed with the combustion air and producing the main flame.
Advantageously, the pulverized coal in the fluidized state with transport air is thrown through a blowing tube with a deflector bonnet added in a reflux flow in a conically expanding burner muffle,
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the quantity of transport air being between 3.5 and 5%, and preferably between 4.0 and 4.5%, of the total amount of air required for combustion; - The exit velocity of the transport air and pulverized coal from the annular passage between the blower tube and the deflector hood being at least 15 m / s, and preferably more than 20 m / s; and - the baffle cover being in the area of the largest diameter of the burner muffle.
The above object is further achieved by a pulverized coal burner having increased flame stability and a flame radiation rate of greater than 100 m / s, which consists of a muffle expanding conical and a flame acceleration nozzle connecting to the largest diameter thereof, tapered conically, and having the following dimensions for a power of 22 MW: - muffle inlet diameter: 828 mm - length of the muffle: 3,350 mm - largest diameter of the muffle: 1,610 mm - length of the flame acceleration nozzle.
1 657 mm - output diameter of the flame acceleration nozzle: 668 mm, the aforementioned dimensions being for other powers adapted to the dimensions indicated by the root of the ratio between the other power and the indicated power of 22 MW.
The invention also relates to a pulverized coal-fed hot gas generator having an enlarged adjustment range for a hot gas temperature range of at least 200 ° C. to 900 ° C., formed of a burner as defined above in which the nozzle flame acceleration is omitted.
The method according to the invention consists inter alia in that a primary flame is installed at the outlet of the pulverized coal from the baffle cap of the blast tube, the baffle cap is arranged in the zone of the stagnation point.
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and the pulverized coal is blown into the burner at a determined minimum speed.
In particular :
1. the pulverized coal is blown with 3.5 to 5%, and preferably with 4.0 to 4.5%, of the amount of combustion air required at full load;
2. the annular passage between the blowing tube and the baffle cover has dimensions such that the output speed of the pulverized coal blown by the primary air is at least 15 m / s, and preferably more than 20 m / s; m / s;
3. the baffle cover is arranged in the area of the largest diameter of the burner muffle.
In this mode of construction and use, because of the difference in velocity between the reflux flow and the primary air flow exiting the annular passage, there is a strong vortex at the outlet of the annular passage, where the primary flame is installed. The velocity of the primary air flow is advantageously greater than 20 m / s, but must not be so great that the parts which come into contact with the flow wear out under the influence of abrasion. pulverized coal and the proportion of quartz sand it contains. Speeds below 30 m / s have proven sufficient.
Between the reflux flow returning inward and the flow directed towards the exit of the flame acceleration nozzle, a stagnation point is formed, which is clearly visible, for example, in gas fireplaces. It is offset in the axial direction from the plane determined by the larger diameter of the burner muffle, towards the outlet, by a distance which corresponds to 1/4 to 1/2 of the largest diameter of the muffle of burner.
The arrangement of the deflector hood not at the point of stagnation, but at the larger diameter of the burner muffle, is optimal. If the deflector cover is further shifted towards the stagnation point, portions of the primary flame are unnecessarily thrown out of the exit of the flame acceleration nozzle. If we shift the baffle hood towards the profiled blade grid,
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i.e., in an area where the reflux flow has already become faster, the speed difference between the reflux flow and the outflow of the annular passage between the blower tube and the baffle hood is smaller. The vortex at the outlet of the annular passage is then weaker and the primary flame is less intense.
The action and operation of the primary flame can be made very visible if the blow tube is disassembled after burning, for example, pulverized lignite. This dust indeed produces ocher-yellow ash, unlike other pulverized fuels, whose ash is usually gray.
In a first relatively short area, directly adjacent to the annular passage, the blowing tube indeed has a bare metal appearance because it has been polished by sprayed coal spray.
In a second zone adjacent to the first, a little longer, the blowing tube has an ocher yellow color.
The primary flame burned in this area.
In a third zone adjacent to the second, much longer, the blowing tube has black rust and dry. Components of low volatility, for example CH4, have evolved here pulverized coal.
In a fourth zone adjacent to the third, of substantially the same length, the black deposit on the blowing tube becomes increasingly greasy, caused by the high volatility components released at this point by the pulverized coal.
In a fifth zone, shortly before the profiled blade grid, the blower tube is as if it had been covered with tar. The coal components having the highest melting point were released at this point of the coal by cracking phenomena.
In a sixth zone passing through the profiled blade grid, the blowing tube again has an ocher yellow color. Here, the heated dust first came into contact with the combustion air and ignited spontaneously. At this point is
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the beginning of the main flame which extends in tubular form near the wall of the muffle.
At the rear of the profiled blade grid, that is to say outside the combustion chamber, the blower tube is not influenced by the combustion phenomena.
This image appearing on the blowing tube also allows the optimal adjustment of the amount of transport air: - With a smaller amount of transport air, less heat develops in the primary flame. The second to fourth zones move towards the deflector hood. The fifth zone becomes elongated, and thick, coke-like, tar deposits form on the blowing tube at this point, which can impede the proper operation of the burner. This results from the too low temperature of the reflux flow. The preparation of the pulverized coal in the reflux flow is insufficient.
- With an increased amount of transport air, the reflux flow and the blowing tube become very hot. The blowing tube can be overheated, and an unacceptable proportion of volatile components from the pulverized coal is burned in the primary flame and then defaults in the main flame.
Local overheating of the blower tube can be recognized by a loss of ignition at the relevant location of the pipe, which at this point has a narrowing where the material of the pipe has been burned.
With the indicated adjustment of the transport air according to the invention, the blower tube remains clean in the long term and is not overheated. A maximum amount of volatile components is present at the end of the reflux flow in the zone of the fifth and sixth zones. If one observes the beginning of the main flame in the sixth zone through a sight, one sees a flame almost entirely gaseous, in which only some large red-heated grains continue to swirl. Since the proportion of fine grains can not be observed, it can be assumed that these have been gasified, or burned in the sixth zone.
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Compared to a primary flame-free situation, the difference in the behavior of the main flame is substantial: a) The main flame behaves almost like a gaseous flame. It also burns at higher flow rates, to which it would be blown in the absence of primary flame, stably and without pulsation. b) The outlet section of the acceleration nozzle can be further narrowed to achieve even higher flame radiation rates of 100 to 120 m / s without the flame disappearing.
EP 0 496 856 Bl mentioned above is true speeds of about 100 m / s. But that's a wish. If we take the burner shown there for the firepower of 3.9 MW indicated in the document and the outlet diameter of the nozzle, taking into account the indications given in the document, we obtains only, depending on the excess air, flame radiation velocities of 51 to 58 m / s. An external index of these low speeds is that the output diameter of the accelerator nozzle, 350 mm, is greater than the input diameter of the burner muffle, which determines the flow rate, of 338 mm.
For a flame radiation velocity of 100 m / s, however, an exit diameter of the 260 mm acceleration nozzle would be required, which would therefore be substantially smaller than the indicated inlet diameter of 338 mm. EP 0 496 856 B1 therefore provides no teaching in this respect for technical realization. c) Another consequence of the primary flame is the substantial widening of the adjustment range. While burners according to EP 0 496 856 B1 can be adjusted from a 100% load to a load of about 40%, as is known from the installations carried out, or in other words, that they can be set in a ratio of 1 to 2.5, the adjustment range increases to a ratio of about 1 to 20 when using the primary flame according to the present invention.
In a limited case, at a charge of only 5%, only the primary flame continues to burn, but in a safe manner.
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The considerable practical and economic benefits provided by (b) and (c) above are illustrated below by two different examples.
Example 1
Burner for the transformation of boilers with water tubes
DE 10 055 507 A1 discloses a method by which oil-fired or gas-fired water tube boilers can be converted for pulverized Rhine lignite feed. To this end, a heating device is required which can produce with this fuel flame radiation rates greater than 100 m / s and whose existence is assumed in the aforementioned document. The way in which this result is obtained, however, is not described, nor is the purpose of the request. Such a high flame radiation rate is achieved for the first time with the present invention.
Example 2
Hot gas generator
The invention also allows the construction of improved hot gas generators. This means hearths which do not produce a radiant flame, but a hot gas as homogeneous as possible, especially for the heating of dryers, mills, etc. In suitable devices for this purpose, the flame acceleration nozzle is omitted. The device can produce hot gases of 200 C to 900 C, the flame filling at 900 C burner muffle with the sole exception of a thin layer of cold air near the wall. The flame ends approximately at the largest diameter of the muffle. A concrete embodiment is explained later.
The present invention is further described below with reference to the drawings, in which: Figure 1 shows schematically, in a longitudinal sectional view, a burner muffle with acceleration nozzle and blowing tube;
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FIG. 2 shows on an enlarged scale the end zone of the blowing tube with attached deflector hood; Figure 3 shows a representation comparable to Figure 1 to explain different deposition areas on the blower tube; Figure 4 shows a detailed longitudinal sectional view of an arrangement according to Figure 1; Figure 5 schematically shows, in a longitudinal sectional view, a hot gas generator;
and Figure 6 shows schematically, in a longitudinal sectional view, a conventional burner for pulverized lignite, which is adapted in the sense of the invention.
FIG. 1 shows, in a longitudinal sectional view, a pulverized coal burner generally designated 1, which consists of a conically expanding burner slug and an accelerator nozzle. flame conically tapered, which connects to the larger diameter D thereof. From the smaller diameter of the burner muffle and through it, extends in the burner muffle a blowing tube 2 which ends at the largest diameter D of the burner and carries there a deflector hood 3 The baffle cover 3 forms, in conjunction with the outer diameter of the blower tube 2 according to Figure 2, an annular passage 4, the opening of which is directed towards the end of the smaller diameter of the burner muffle la.
At the smaller diameter of the burner muffle is a profiled blade grate 1c, which serves to supply combustion air into the burner muffle 1a.
The flows that are established during operation are represented by arrows in Figures 1 and 2.
Using 3.5 to 5%, preferably 4.0 to 4.5%, of the amount of combustion air required for the combustion of pulverized coal, e.g. pulverized lignite, pulverized coal. in the fluidized state is blown into the burner through the blowing tube 2, where it exits through the annular passage 4 between the baffle cover 3 and the blower tube 2. The remainder, in other words the major part of
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the combustion air L is fed through the profiled blade grid 1c to the burner muffle 1a at a twist angle, so that it flows close to the wall of the burner muffle 1a. direction of its larger diameter.
Due to the flow dynamics described, part of this flow deviates in the area of the largest diameter D of the burner muffle inwards and flows back centrally as a reflux flow. 7 in the direction of the profiled blade grate.
The pulverized coal projected into the reflux flow 7 and driven by it is ignited for the first time by means of an ignition flame, which is not shown in the drawing. The ignition flame is produced by means of town gas or natural gas by a pilot light 23, which opens into a head chamber 24, which is located at the rear of a head plate 25 delimiting the gate of FIG. profiled blades lc rearward, which plate is traversed by the blowing tube 2 forming a wide annular passage 26. The ignition flame extends as a toric vortex through the annular passage 26 in the grid area profile blades lc.
When the pulverized coal supplied at this point by the reflux flow has ignited, that is, when the main flame is burning, the ignition flame can be extinguished.
Air-blown pulverized coal, designated in the drawings by K + L, exits the annular passage 4 at a speed of at least 15 m / s, and preferably more than 20 m / s, which produces a powerful toric vortex 5, on which the primary flame 6 is installed during operation. The primary flame ignites itself within a fraction of a second after ignition of the main flame.
The proportion of the combustion flow close to the wall that does not return to the reflux flow enters the flame acceleration nozzle 1b. Between the reflux flow 7 returning inwards and the flow 10 entering the flame-throwing nozzle 1b, there is then a stagnation point 11 in the burner axis which is offset from in the plane determined by the largest diameter D, towards the exit
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9 of the flame acceleration nozzle lb, about 1/4 to 1/2 of the largest diameter D.
Through a light 12 arranged in the area of the profiled blade grid 1c, it is possible to observe in the manner already mentioned the main flame starting at the profiled blade grid.
FIG. 3 schematically shows the seven areas of colored deposits and differently structured combustion residues along the blower tube 2. The first zone designated by a is directly adjacent to the exit of the annular passage 4. It is relatively narrow and a bare metal appearance; said, there is no sediment on the blowing tube 2 at this location. In adjacent position is the second zone b, which has an ocher yellow color. This zone is wider than the first zone a. There follows a third zone c, about three times longer, on which dry black rust has settled. Adjacent is the fourth zone d, which has a black deposit which has a more and more greasy appearance towards the profiled blade grid.
Adjacent is a fifth zone e, which extends to the area of the profiled blade grid 1c, which is a little shorter than the fourth zone and is as if it had been covered with tar. The sixth zone is in the area of the profiled blade grid and has an ocher yellow color. On the other side of the profiled blade grid 1c, where there is no combustion process, the pipe 2 is clean, or more exactly in its original state.
Figure 4 shows in a longitudinal sectional view a concrete embodiment of a device according to the invention. It consists of a double-cone burner, comparable to the schematic representation of Figure 1, which is why this stage is referred to. The combustion air enters at a point 13 into a collection chamber 14 and is rotated by radial guide vanes 15 at the end of the smaller diameter of the burner muffle 16.
As a result, the combustion air flows through the
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burner muffle 16, to which the flame acceleration nozzle 17 is connected.
The pulverized coal and the transport air are fed through a blowing tube 18, which carries at its free end a deflector cover 19. Their embodiment and operation corresponds to the description relating to FIGS. 1 and 2. According to the invention, the primary flame, not shown here, thus stabilizes at the outlet of the baffle cover 19, which makes it possible to narrow the outlet diameter 20 of the flame acceleration nozzle 17 to a degree such that a speed flame radiation greater than 100 m / s is reached.
For a heating power of 22 MW, the following data are therefore obtained for the use of pulverized coal of any variety, as can be extracted from FIG. 4:
Amount of combustion air supplied: 20 642 mn3 / h
Amount of transport air supplied: 1,125 mn3 / h
Quantity of pulverized coal fed: 3,653 kg / h
Flame radiation: 31,797 kg / h
Flame radiation speed: 107 m / s
Burner muffle inlet diameter 16: 818 mm
Length of burner muffle 16: 3,350 mm
Larger diameter of burner muffle 16: 1,610 mm
Length of the flame acceleration nozzle 17: 655 mm
Output diameter of the flame acceleration nozzle 17: 668 mm
Diameter of the blowing tube:
180 x 25 mm
With this construction and the flow quantities indicated, the emission limits according to the air standards are respected. This burner may well be operated at higher powers, but the NOx content then increases beyond the limit values of air standards, which is prohibited. This is why the power must be limited to 22 MW in operation. For other powers when using pulverized lignite, the linear dimensions may be
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proportionally modified by means of the root of the power ratio.
Figure 4 shows the water-cooled burner. Water cooling is an integral part of the boiler used. However, the burner can also be produced without cooling, for example when it is covered with masonry. This factor exerts only a limited influence on the processes in the burner and is only a question of practice.
The length of the flame, calculated from the input diameter of the muffle 16, is in a rough approximation inversely proportional to the air ratio. With the aforementioned data and indicated in FIG. 4, the length of the burning flame radiation is about 6.5 m from the exit diameter of the flame-accelerating nozzle 17 or about 12.9 m from the inlet diameter of the burner muffle 16.
The flame is shortened as the air ratio A increases. At A = 2.0 to 2.3, the flame barely exceeds the exit diameter of the flame-accelerating nozzle 17 and therefore burns almost completely inside the burner. For a # of about 2.8, the flame only extends to the largest diameter D of the muffle, and for an A of 5, it reaches only half the length of the muffle.
For a # of 20, or 5% of the nominal power, only the primary flame continues to burn.
The hot gases leaving the exit diameter of the flame acceleration nozzle, however, are mixed very uniformly in all cases.
Figure 5 shows schematically an example of a hot gas generator. This corresponds in its essential parts to the construction shown in Figure 4, but the flame acceleration nozzle is absent. The combustion air enters at a point 13a in a distribution box 14. A smaller quantity of additional air is introduced at a point 13b for the purpose of cooling the burner muffle 16. The burner muffle here consists of sheet metal heat resistant. For the rest, the references are the same as those used in the other figures.
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This hot gas generator can produce hot gases at temperatures between 200 ° C. and 900 ° C. At 900 ° C., the flame of the burner muffle 16 fills up to a thin layer of cold air close to the wall. The flame ends at approximately the largest diameter of the muffle 16.
Because of their simplicity, these hot gas generators have been proven. However, they had the disadvantage so far that we could hardly settle them below a total A of about 3.0, which corresponds to a temperature of hot gas at the outlet of the muffle of 750 to 800 C. When lower temperatures were needed, the amount of additional air was simply increased in 13b. This, however, had the disadvantage of poor temperature distribution. Indeed, the flow was too hot in the center and too cold outside.
Specifically for temperature sensitive products which had to be treated with such hot gas, this caused problems and often required additional hot gas mixing devices.
These problems are solved according to the invention by the use of a primary flame, which starts according to FIGS. 1 and 2 on the deflector cover, which is designated in FIGS. 1 and 2 by 2 and in FIGS. Thus, the flame can be adjusted substantially further downwards, particularly in the limiting case to a # of about 20, at which only the primary flame continues to burn. This corresponds to a hot gas temperature of only 100 to 130 C. The hot gas leaving the muffle 16 is also very homogeneous in this case, so that additional devices for mixing hot gases are no longer necessary.
The effect of the invention is not limited to the burners described above with reference to FIGS. 1 to 5, but also solves problems in conventional burners.
Thus, pulverized lignite burners of known types today still require a feed of 5 to 10% of heating oil or gas to ultimately produce a stable flame. The cause is a preparation
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insufficient pulverized coal before penetration into the flame.
The present invention also provides a solution to this problem. Figure 6 shows a conventional burner. Combustion air is supplied to it at point 13 by means of axial guide vanes 15, which produce in the funnel-shaped muffle 16 a toroidal vortex 21, which must ensure the stabilization of the flame. There can also be seen in this case a stagnation point 11 which separates the forward flow and the reflux flow from each other.
The pulverized lignite has heretofore been projected in such a burner in various ways: from the circumference of the muffle 16 towards its axis, often also from the center of the vane guide system 15, in a manner similar to the technique usual for traditional gas or oil burners.
The described measures could not change the disadvantages described above. The invention, however, provides assistance in this regard. According to Figure 6, a blowing tube 18 with a baffle cover 19 is installed for this purpose along the axis of the burner to the zone of the stagnation point 11. In this burner occurs a reflux flow, even if it is very limited, in which the pulverized coal coming out of the baffle cover 19 is projected. Because of the short axial length of the burner, the reflux flow and, therefore, the residence time of the pulverized coal are not as long, by far, as in the burner according to FIGS. 1 to 5, but they are nevertheless significantly longer than before.
It is thus possible according to the invention to obtain a preparation, although limited, pulverized coal, so that at least medium-sized or large-sized pulverized coal burners can burn stably without heating oil. or gas.