CN110678695A - 用于燃烧木屑产品形式的燃烧材料(尤其细碎材料)的燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃烧呈木屑产品形式的燃烧材料(18)、尤其细碎材料(18)的燃烧器，燃烧器具有(a)用于输入燃烧材料(18)的燃烧材料供应部(20)；(b)用于输送燃烧材料(18)的螺旋输送器(24)；(c)燃烧区域(46)，其中，螺旋输送器(24)布置成将燃烧材料(18)从燃烧材料供应部(20)输送给燃烧区域(46)；(d)用于将空气(50)输送给燃烧区域(46)的空气供应部(26)；以及(e)用于从燃烧区域(46)排走燃烧气体(52)的燃烧器口(42)。根据本发明设有填料区域(32)，填料区域沿燃烧材料(18)的材料流方向(M)构造在燃烧材料供应部(20)之后以及燃烧区域(46)之前，其中，螺旋输送器(24)的输送螺杆(28)和填料区域(32)构造成压缩填料区域(32)中的燃烧材料(18)。

Description

用于燃烧木屑产品形式的燃烧材料(尤其细碎材料)的燃烧器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于燃烧木屑产品形式的燃烧材料(尤其是细碎材料)的燃烧器。该细碎材料是指例如最大为3mm的小直径的木头颗粒，其中，该细碎材料的颗粒的长度通常小于40mm。这种细碎材料是例如在锯木厂中和在木材板的生产中获得的。由于在生产木材板时还需要工艺用热，剩余材料，包括所述细碎材料，通常是被燃烧掉的。
背景技术
燃烧细碎材料本身是存在问题的。由于粒度小，炉膛中的细碎材料容易被气流夹带，因此会迅速离开燃烧腔。在燃烧腔中的时间通常不足以点燃细碎材料，因为细碎材料通常具有高的含水量。这导致，有很大部分材料在燃烧腔之后燃烧并且尤其是在后置的烟气净化设备中进行。这一方面导致在燃烧时生成的热量不可用于产生蒸汽，另一方面也使得难以净化烟气。
FR 2 727 744 A1公开了一种细碎材料燃烧器，其中借助螺杆将可燃烧的细碎材料引入燃烧区域中并且在此处与燃烧空气混合。这种系统的缺点是具有灰烬附着的风险。
从EP 1 331 443 A1中可知一种用于将二次燃烧物质引入燃烧设备中的装置，在其中使用具有压缩区域的螺旋输送器作为闸门，该闸门能防止烟气或火从火焰室通过燃烧材料输送而逸出。这种燃烧器非常不适合用于细碎物质。
从DE 10 2007 017101 A1中可知一种固态燃料燃烧器，其中在旋转管中燃烧待燃烧的材料。这种燃烧器对于细碎材料非常不适合，因为在燃烧炉中的气体速度较高，细碎材料易于被夹带。
发明内容
本发明的目的是，改进木屑产品的燃烧，尤其是细碎材料。
本发明通过用于燃烧呈木屑产品形式的燃烧材料(尤其细碎材料)的燃烧器解决该问题，该燃烧器具有(a)用于供应可燃烧材料的燃烧材料供应部；(b)用于输送可燃烧材料的螺旋输送器；(c)燃烧区域，其中，螺旋输送器布置成将可燃烧材料从燃烧材料供应部输送到燃烧区域；(d)用于给燃烧区域供应空气的空气供应部；以及(e)用于从燃烧区域排走燃烧气体的燃烧器口。根据优选的实施方式，燃烧器(f)具有填料区域，填料区域沿燃烧材料的材料流动方向构造在燃烧材料供应部之后以及燃烧区域之前，其中，(g)优选地，螺旋输送器的输送螺杆和填料区域构造用于压缩填料区域中的燃烧材料。
特别地，将空气供应部构造成不会将空气输送到螺旋输送器中。特别地，空气供应部仅将空气仅释放到燃烧区域中。
本发明还通过一种蒸气锅炉设备解决了该问题，该蒸气锅炉设备具有(a)蒸气锅炉；(b)壁部，该壁部包围燃烧室；以及(c)如上所述的燃烧器，该燃烧器的燃烧材料供应部布置在燃烧室之外，其中，(d)该燃烧器具有一填料区域，该填料区域伸入燃烧室中。本发明还通过使用根据本发明的燃烧器解决用于燃烧细碎材料的方法的问题。
本发明的优点是，细碎材料在燃烧区域内燃烧并且进而至少在燃烧器内部燃烧掉大部分。换句话说仅燃烧气体离开燃烧器，但是未燃烧的细碎材料颗粒不会离开燃烧器。这使得一方面可以利用细碎材料的燃烧热量，另一方面能促进烟气净化。
在本发明描述中木屑材料可以理解为例如通过粉碎木材产生的任何材料，尤其通过切削加工产生的任何材料。细碎材料尤其可以理解为木屑产品，其中90wt％的颗粒具有的包络圆柱体的直径不超过4mm，尤其不超过2mm。所述包络圆柱体可以理解为能完全包裹相应颗粒的最小体积的假想圆柱体。优选地，所述细碎材料颗粒的至少90wt％的包络圆柱体的长度最大为35mm长，尤其为最大25mm。作为替换或附加地，构成细碎材料的颗粒的至少90wt％d颗粒具有的空气动力学直径为最大5mm。
所述螺旋输送器为闭合的螺旋输送器，其具有输送螺杆，输送螺杆在料筒中运转。优选地，所述螺旋输送器是单螺杆输送器，即，仅存在一个输送螺杆。但是该螺旋输送器例如也可为双螺杆输送器。该输送螺杆在这种情况下可构造成同向或反向转动。
所述燃烧区域尤其是指燃烧器的一个区段，在该区段中木材氧化，更确切地说是由于木材的阴燃而引起的木煤气的氧化。该燃烧区域与螺旋输送器的至少一个输送螺杆在其中运转的料筒一起形成共同的空间并且优选位于其延长部中。优选地，燃烧区域的横截面积最大比料筒横截面积大20％。特别有利的是，燃烧区域的横截面积最大与料筒的横截面积一致。
该燃烧器具有填料区域，该填料区域沿燃烧材料的材料流方向构造在燃烧材料供应部之后并且在燃烧区域之前，其中，螺旋输送器的输送螺杆和填料区域构造成用于压缩填料区域中的燃烧材料。换句话说，螺旋输送器布置成，使得由其输送的燃烧材料首先经过填料区域，然后通过再挤压燃烧材料将其压入燃烧区域中。在填料区域中对燃烧材料的颗粒进行压缩。换句话说空气被压出。
该填料区域被构造成在其中没有燃烧材料的燃烧，也没有燃烧材料的阴燃。但是可能以及优选的是，燃烧器布置成使得填料区域中的温度高到能将存在于燃烧材料中的水份蒸发掉。
优选地，填料区域具有沿材料流方向逐渐变细的、尤其均匀变细的横截面。这使得能够压缩在填料区域中的燃烧材料。
作为替换或附加地，所述输送螺杆在填料区域中具有变小的斜率。在这种情况下，填料区域是布置有输送螺杆的输送区域的一部分。但是在这种情况下可以但不是必需使填料区域额外地具有逐渐变细的横截面。可使输送螺杆在其沿材料流方向后面的区域具有变小的斜率，从而压缩燃烧材料；和/或使输送螺杆在其中运转的料筒的横截面沿材料流方向逐渐变细；和/或在输送螺杆之后连接横截面至少局部变小的区域，从而压缩燃烧材料。已经发现有利的是，在填料区域中的细碎材料仅稍微被压缩。
所述螺旋输送器优选具有电驱动装置，其构造成使施加在输送螺杆上的扭矩自动保持恒定。例如电驱动装置包括电动马达和操控单元，其具有变频器并且构造成以这种频率的电流操控电动马达，该频率使得施加在输送螺杆上的扭矩恒定。尤其电动马达此时为异步电动机，其中可借助滑移调节扭矩。
优选地，燃烧材料供应部具有填充监控单元，其中，操控单元构造成操控电动马达，使得螺旋输送器始终填充有燃烧材料。为了使燃烧材料的燃烧仅在燃烧区域中发生且没有逆着材料流方向进入燃烧材料供应部中，有利的是，燃烧器在输送螺杆的区域中始终被充满。以这种方式使燃烧材料中的氧气含量小到能够避免燃烧。
根据本发明还有一种具有用于产生蒸气的蒸气锅炉、包围燃烧室的壁部和根据本发明的燃烧器的蒸气锅炉设备，其中，蒸气锅炉借助火在燃烧室中加热，燃烧器的燃烧材料供应部布置在燃烧室之外。
该燃烧器至少以其燃烧区域伸入燃烧室中。这具有的优点是，在燃烧室中的燃烧热量已经使得在燃烧区域中和/或填料区域中燃烧材料中的水蒸发。燃烧器的壳体在燃烧区域和/或填料区域的区域中由耐热的不锈钢构成。
优选地，燃烧器以其填料区域伸入燃烧室中。为了使不那么细碎的燃烧材料也能够轻松燃烧，蒸气锅炉设备优选具有燃烧炉箅，尤其炉壁箅子。比细碎材料更粗的燃烧材料的燃烧尤其提供热量，热量使得细碎材料中的水蒸发，从而在燃烧区域中将干燥的细碎材料以很高的温度燃烧。
根据本发明还有木材板制造设备，该木材板制造设备具有在运行中产生木屑产品的木材粉碎设备、用于从木屑产品中分离细碎材料从而截留至少一部分粗材料的分类装置、根据本发明的蒸气锅炉设备，蒸气锅炉设备的燃烧器与分类装置连接以提供细碎材料并且其燃烧炉箅与分类装置连接以提供粗材料。可以但是不是一定燃烧所有粗材料。尤其也可使用一部分粗材料来制造木材板。对此，木材板制造设备优选具有相应的机械，例如挤压机和/或木材检测装置。
在根据本发明的方法中，在燃烧器中优选燃烧细碎材料，细碎材料具有的木材湿度至少为50％，最高120％。
在燃烧室中的温度优选至少为850℃，这实现了高的热效应。
在根据本发明的方法中，燃烧材料首先在填料区域中借助螺旋输送器挤压在一起。然后蒸发存在于燃烧材料中的水。这尤其基于在燃烧室中的环境温度以及由此引起的从燃烧室中到填料区域中的热量流动。然后使燃烧材料汽化，从而产生木煤气。然后通过输入空气在燃烧区域中燃烧木煤气。热的烟气通过燃烧器口离开燃烧器。
附图说明
下面根据附图详细阐述本发明。其中示出了：
图1是根据本发明的木材板制造设备的示意图以及通过根据本发明的燃烧器的等轴截面图，以及
图2以及子图2a、2b和2c是根据图1的根据本发明的燃烧器的其他视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的木材板制造设备10，其具有用于粉碎木材14的木材粉碎设备12。木材粉碎设备12可包括例如切刀或锯并且制造木屑产品，木屑产品在这种情况下被输送给可任选地存在的分类装置16，例如呈风选机形式的分类装置。以这种方式分离细碎材料18并且将其输送给在该例子中由燃烧材料井形成的燃烧材料供应部20。
燃烧材料供应部20是根据本发明的燃烧器22的一部分，该燃烧器22还包括螺旋输送器24和空气供应部26。螺旋输送器24包括输送螺杆28，输送螺杆安装在料筒30中。在输送螺杆28运行时，细碎材料18沿材料流方向M被输送到填料区域32上。
填料区域32位于燃烧室34中，在设备运行时在燃烧室中的温度T34至少为T34＝850℃。燃烧室34由壁部36限定并且包含蒸气锅炉38，蒸气锅炉在该示例中由耐高压和耐高温管形成。在填料区域32中，细碎材料18的密度提高。由此包含在细碎材料18中的空气朝材料流方向M或反向于材料流方向M被挤压。此外，加热细碎材料18，因为热量从燃烧室34通过壳体40传播直至填料区域32中的细碎材料18。生成的水蒸气通过燃烧器口42离开燃烧器22。燃烧器口42布置在燃烧炉箅58的上棱边之上。例如，在燃烧器口42和燃烧炉箅58的上棱边之间的间距至少3m且最高15m。
沿材料流方向M在填料区域32之后，燃烧器22具有汽化区域44，在其中细碎材料18被汽化。这会生成木煤气，木煤气流入燃烧区域46。在燃烧区域中借助空气供应部26供应空气，从而木煤气48和空气50彼此反应。换句话说，木煤气燃烧并且木煤气形成燃烧气体52，该燃烧气体通过燃烧器口42离开并且加热蒸汽锅炉38。
图1示出了位于燃烧室34之外的燃烧材料供应部20以及输送螺杆28，这是优选的实施方式。而燃烧器22突出伸入燃烧室34的程度为使得填料区域、汽化区域44以及燃烧区域46布置在燃烧室34中。
在该示例中输送螺杆28具有恒定的斜率。在该示例中，构造成圆柱形的料筒30之后直接连接反应室54，在反应室中形成填料区域32、汽化区域44以及燃烧区域46。在反应室54中，内部横截面沿材料流方向M减小。由此压缩上述细碎材料18。
图1示意性地示出了蒸气锅炉38、壁部36以及燃烧器22是蒸气锅炉设备56的一部分，其还包括燃烧炉箅58。燃烧炉箅运输木屑产品，该木屑产品不是细碎材料。换句话说，借助燃烧锅炉58燃烧粗材料，在其中不存在在燃烧时具有细碎材料18的问题。
图1示意性地示出了沿材料流方向在分类装置18之后可看见用于由木屑产品制造木材板61的制造单元60，木屑产品来自木材粉碎设备12。制造单元60可具有例如木材检测装置以及双带挤压机。双带挤压机例如借助热油加热，热油在蒸气锅炉设备中被加热。这种制造单元60属于现有技术，因此不再描述。
图2a示出了根据图1的燃烧器。图2b示出了仰视图，在仰视图中电动马达62布置成在这种情况下借助驱动链驱动输送螺杆28。电动马达62是电驱动装置64的一部分，电驱动装置64还具有操控装置66，操控装置具有变频器并且为电动马达62供给频率f可变的电流。电动马达62是异步电动机，其转速ω和扭矩M可根据频率f来调节。在这种情况下将扭矩M调节到理想扭矩MSoll。
在运行中，输送螺杆28将细碎材料18沿材料流方向M输送到燃烧室34。通过锥形汇聚的反应室54细碎材料18被阻塞在填料区域32中。填料区域32相对于输送螺杆28的准确位置可借助理想扭矩MSoll调节。理想扭矩MSoll越高以及实际上施加在输送螺杆28上的扭矩M越高，在燃烧器口42的方向上的阻塞点移动得越远。
细碎材料18留在填料区域32中直至周围环境的热量已经蒸发细碎材料18的湿气。通过另一热量输送部使细碎材料18在汽化区域44中开始汽化。这减小了细碎材料18的体积，从而使其进一步沿材料流方向向前运动。由此输送螺杆必须消耗的扭矩M减小。输送螺杆由此重新转动并且沿材料流方向输送其他的细碎材料18。螺旋输送器24的额定输送功率至少为每小时2吨燃烧材料，优选至少每小时3吨燃烧材料。
需要指出的是，在该说明书中主要涉及细碎材料。但是也可借助根据本发明的燃烧器22燃烧木屑产品形式的燃烧材料，该燃烧材料比细碎材料更粗。
图1示出了燃烧器22，其具有填充监控装置68，填充监控装置测量在燃烧材料供应部中的燃烧材料18的填充高度。例如填充监控装置68具有光栅和超声波传感器或用于测量填充高度的其他传感器。
如果低于预先给定的临界填充高度，该临界填充高度选择为在低于该填充高度时不再确保料筒30始终填充有燃烧材料18，由此填充监控装置68将信号发送给操控装置66，从而操控装置降低电动马达62的转动频率n，必要时降低为零。如果高于临界的填充高度，操控装置66使电动马达再次调节到理想扭矩MSoll。
附图标记列表
10 木材板制造设备 52 燃烧气体
12 木材粉碎设备 54 反应室
14 木材 56 蒸气锅炉设备
16 分类装置 58 燃烧炉箅
18 燃烧材料/细碎材料 60 制造单元
20 燃烧材料供应部 61 木材板
22 燃烧器 62 电动马达
24 螺旋输送器 64 电驱动装置
26 空气供应部 66 操控装置
28 输送螺杆 68 填充监控装置
30 料筒 d 间距
32 填料区域 ω 转速
34 燃烧室 f 频率
36 壁部 M 材料流方向
38 蒸气锅炉 M 扭矩
40 壳体 MSoll 理想扭矩
42 燃烧器口 n 转动频率
44 汽化区域 Q 横截面
46 燃烧区域 S 斜率
48 木煤气 T34 温度
50 空气

Claims (12)

1.用于燃烧呈木屑产品形式的燃烧材料(18)(尤其细碎材料(18))的燃烧器，所述燃烧器具有：
(a)用于供应燃烧材料(18)的燃烧材料供应部(20)；
(b)用于输送燃烧材料(18)的螺旋输送器(24)；
(c)燃烧区域(46)，其中所述螺旋输送器(24)布置成将燃烧材料(18)从燃烧材料供应部(20)输送到燃烧区域(46)；
(d)用于给燃烧区域(46)供应空气(50)的空气供应部(26)；以及
(e)用于从所述燃烧区域(46)排走燃烧气体(52)的燃烧器口(42)，
其特征在于，
(f)填料区域(32)，所述填料区域沿所述燃烧材料(18)的材料流方向(M)构造在所述燃烧材料供应部(20)之后以及所述燃烧区域(46)之前，
(g)其中，螺旋输送器(24)的输送螺杆(28)和填料区域(32)构造成压缩所述填料区域(32)中的燃烧材料(18)。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，具有沿材料流方向(M)构造在所述填料区域(32)之后的汽化区域(44)以使所述细碎材料(18)汽化。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，所述填料区域(32)具有沿材料流方向(M)逐渐变细的横截面(Q)。
4.根据权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，所述输送螺杆(28)在所述填料区域(32)中具有逐渐变小的斜率(S)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述螺旋输送器(24)具有电驱动装置(64)，所述电驱动装置构造成使施加在所述输送螺杆(28)上的扭矩(M)自动保持恒定。
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述电驱动装置(64)包括：
-电动马达(62)，以及
-操控单元(66)，所述操控单元具有变频器且构造成使施加在所述输送螺杆(28)上的扭矩(M)保持恒定。
7.根据权利要求5或6所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧材料供应部(20)具有填充监控装置，其中所述操控单元(66)构造成用于操控所述电动马达(62)，从而所述螺旋输送部(24)始终填充有燃烧材料(18)。
8.蒸气锅炉设备(56)，其具有：
(a)蒸气锅炉(38)，
(b)壁部(36)，所述壁部包围燃烧室(34)，
(c)根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器(22)，所述燃烧器的燃烧材料供应部(20)布置在所述燃烧室(34)之外，
(d)其中，所述燃烧器(22)将其填料区域(32)伸入所述燃烧室(34)中。
9.木材板制造设备(10)，其具有：
-在运行中产生木屑产品的木材粉碎设备，
-用于从所述木屑产品中分离细碎材料(18)从而截留粗材料的分类装置(16)，
-根据权利要求8所述的蒸气锅炉设备(56)，
-其中，所述燃烧器(22)与分类装置(16)连接以提供细碎材料(18)并且燃烧炉箅(58)与分类装置(16)连接以提供粗材料。
10.用于燃烧细碎材料(18)的方法，其中，使用根据权利要求1至7中任一项所述的燃烧器(22)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述燃烧室(34)中的温度(T34)至少为850℃。
12.根据权利要求10或11所述的方法，具有以下步骤：
(i)将所述燃烧材料(18)在所述填料区域(32)中借助螺旋输送器(24)挤压在一起，
(ii)蒸发存在于所述燃烧材料(18)中的水份，
(iii)使所述燃烧材料(18)汽化，从而产生木煤气(48)，以及
(iv)在借助所述空气供应部(26)输送的空气(50)中燃烧所述蒸气(48)。
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