CS255630B1

CS255630B1 - Burner for powdered fuel combustion

Info

Publication number: CS255630B1
Application number: CS866895A
Authority: CS
Inventors: Ludvik Vlasak
Original assignee: Ludvik Vlasak
Priority date: 1986-09-25
Filing date: 1986-09-25
Publication date: 1988-03-15
Also published as: CS689586A1

Abstract

Hořák sestává z komory hořáku a spa lovacího prostoru. Těleso hořáku tvoří horní válcová část a na ni navazující vý stupní tryska. Obě tyto části mají společ ný středový otvor, do něhož svrchu zasa huje tryska dávkovače práškového paliva. Tryska vymezuje oproti vnitřní stěně středového otvoru mezikruhový prostor, napojený na přívod inertního ředicího plynu. Po obvodu středového otvoru je proveden nejméně jeden otvor pro přívod fluoru. Komora sestává z horní válcové Části, obklopující souose válcovou část tělesa hořáku, a z na ni navazující pře chodové části, kónicky se zužující a oproti trysce hořáku vymezující mezikru- hovou štěrbinu, do níž ústí otvor či otvory pro přívod fluoru. Přechodová část je v úrovni výstupního otvoru trysky spodním koncem napojena na kónicky se rozšiřující přechodový dílec, jehož spod ní konec je opět napojen na plášř spalova cího prostoru, např. spalovací komory fluoračního reaktoru.Burner consists from chamber torch and spa # lining space. Body torch make up upper cylindrical part and on ni downstream you # degrees nozzle. Both these parts they have spol # tive středový opening, to of whom above zasa # huje nozzle dispensers powdered fuel. Nozzle delimits versus internal puppy center hole ring space, connected on supply inert diluent gas. After circuit center hole Yippee executed least one opening for supply fluorine. Chamber consists from upper cylindrical Parts, surrounding souose cylindrical part bodies burner and from on ni downstream př # chodové parts conical se tapering and versus nozzle torch delimiting intermediate hovou slit to lower mouth opening whose holes for supply fluorine. Transition part Yippee in level output hole nozzles bottom end connected on conical se expanding transition piece whose spod # it end Yippee again connected on plášř spalova # tive space e.g. combustion chamber fluorination reactor.

Description

Vynález se týká hořáku pro plamenné spalování práškového paliva. Hořák je určen především pro fluoridové zpracování vyhořelého jaderného paliva z rychlých reaktorů.The present invention relates to a burner for flame combustion of pulverized fuel. The burner is designed primarily for fluoride treatment of spent nuclear fuel from fast reactors.

Jednou z možností regenerace vyhořelého jaderného paliva z rychlých reaktorů, obsahujícího smíšené kysličníky uranu a plutonia, je fluorace paliva za vzniku vyšších plynných fluor-idů, zejména UF_g a PuF_g. Reakce je silně exothermní a probíhá ve formě svítivého plamene ve spalovacím prostoru chlazených fluoračních reaktorů. Příkladem vhodného zařízení je reaktor pro plamennou fluoraci podle československého AO 221 342.One possibility of recovering spent nuclear fuel from fast reactors containing mixed uranium and plutonium oxides is to fluorinate the fuel to produce higher gaseous fluorides, particularly UF _g and PuF _g . The reaction is strongly exothermic and takes place in the form of a luminous flame in the combustion chamber of the cooled fluorination reactors. An example of a suitable device is a flame fluorination reactor according to Czechoslovak AO 221 342.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje hořák podle vynálezu, který sestává z tělesa hořáku, komory hořáku a spalovacího prostoru, kde těleso hořáku tvoří jednak válcová část, jednak na ni ve spodní části navazující tryska, jehož podstata spočívá v tom, že těleso je opatřeno středovým otvorem pro přívod práškového paliva, nejméně jedním otvorem pro přívod fluoru, umístěným po obvodu středového otvoru, a nejméně jedním dalším otvorem pro přívod inertního plynu, zaústěným do středového otvoru, zatímco komoru hořáku tvoří jednak válcová část, obklopující souose válcovou část tělesa hořáku, jednak kónicky se zužující přechodová část, vymezující oproti trysce hořáku mezikruhovou štěrbinu, do níž ústí otvor či otvory pro přívod fluoru. Přechodová část komory hořáku je v úrovni výstupního otvoru trysky tělesa hořáku spodním koncem napojena na kónicky se rozšiřující přechodový dílec, jehož spodní konec je opět napojen na plášt spalovacího prostoru hořáku, kupříkladu spalovací komory fluoračního reaktoru. Při použití hořáku pro plamenné exothermní reakce, jako je právě plamenná fluorace vyhořelého jaderného paliva, je přitom účelné, aby spalovací prostor i komora hořáku byly opatřeny duplikátorovým pláštěm s přívodem a odvodem chladicího prostředí, kupříkladu vzduchu.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the burner according to the invention, which consists of a burner body, a burner chamber and a combustion chamber, wherein the burner body is both a cylindrical part and a nozzle adjoining it in the lower part. a pulverized fuel supply with at least one fluorine inlet opening at the periphery of the central orifice and at least one other inert gas inlet opening into the central orifice while the burner chamber is a cylindrical portion surrounding the cylindrical portion of the burner body coaxially; a tapered transition portion delimiting an annular gap with respect to the burner nozzle into which the fluorine supply opening (s) opens. The transition portion of the burner chamber is connected at the level of the nozzle outlet of the burner body with the lower end connected to a conically extending transition element, the lower end of which is again connected to the jacket of the burner combustion space, for example the combustion chamber of the fluorination reactor. When using a burner for flame exothermic reactions, such as the flame fluorination of spent nuclear fuel, it is expedient for the combustion chamber and the burner chamber to be provided with a duplicator jacket with inlet and outlet of the cooling medium, for example air.

Z konstrukčního hlediska je rovněž účelné opatřit těleso hořáku v horní části přírubou.From a constructional point of view, it is also expedient to provide a flange at the top of the burner body.

V přírubě jsou vytvořeny přívody pro fluor a inertní plyn a jejím prostřednictvím může být popřípadě k tělesu hořáku připojen dávkovač práškového paliva. Tryska dávkovače zasahuje v tomto případě do středového otvoru tělesa hořáku a oproti vnitřní stěně středového otvoru vymezuje mezikruhový prostor, do něhož ústí přívod či přívody inertního plynu. Obdobně je přírubou opatřena i komora hořáku. K této přírubě je napojen duplikátorový plášt a je v ní proveden přívod, popřípadě odvod chladicího prostředí z tohoto pláště.Fluorine and inert gas inlets are provided in the flange and may optionally be connected to the burner body with a pulverized fuel dispenser. In this case, the dispenser nozzle extends into the central bore of the torch body and defines an annular space with respect to the inner wall of the central bore, into which the inlet (s) of inert gas flows. Similarly, the burner chamber is provided with a flange. A duplicator jacket is connected to this flange and the inlet or outlet of the cooling medium from the jacket is made therein.

Výhodou hořáku pro plamenné spalování práškového paliva podle vynálezu je, že umožňuje zprostředkovat přívod a styk jednotlivých reakčních složek, tj. práškového paliva, fluoru a ředicího inertního plynu takovým způsobem, aby k zapálení plamene došlo bezprostředně po výstupu všech složek z hořáku a aby se přitom zabránilo zpětným prošlehům plamene a aby se dále plamen udržel trvale ve svítivé formě, bez nežádoucích turbulencí a s maximálním prohořením paliva.The advantage of the pulverized-fuel burner according to the invention is that it enables the supply and contact of the individual reactants, i.e. pulverized fuel, fluorine and diluent inert gas, in such a way that the flame ignites immediately after all components have been discharged from the burner. prevent flame rebounds and keep the flame permanently in a luminous form, free of undesirable turbulence and maximum fuel burn-out.

Příkladné provedení hořáku podle vynálezu je dále blíže znázorněno na připojeném výkrese, který představuje hořák ve svislém řezu. Naznačeno je napojeni hořáku jednak na dávkovači zařízení práškového paliva, jednak na spalovací prostor, kupříkladu spalovací komoru fluoračního reaktoru.An exemplary embodiment of a burner according to the invention is further illustrated in the accompanying drawing, which is a vertical section of the burner. The connection of the burner to the pulverized fuel metering device and to the combustion chamber, for example the combustion chamber of the fluorination reactor, is indicated.

Hořák ve znázorněném provedení sestává z tělesa hořáku, komory hořáky a spalovacího prostoru 6. Komoru hořáku tvoří horní válcová část 2 a spodní kónicky se zužující přechodová část 2, která je prostřednictvím kónicky se rozšiřujícího přechodového dílce j5 napojena na válcový plášt spalovacího prostoru 6.The burner in the illustrated embodiment consists of a burner body, a burner chamber and a combustion chamber 6. The burner chamber is formed by an upper cylindrical portion 2 and a lower conically tapered transition portion 2, which is connected to the cylindrical shell of the combustion space 6.

Obdobně také těleso hořáku sestává jednak z horní válcové části 1, jednak z výstupní trysky 4. Oběma částmi 2» 2 je veden středový otvor 13, který je ve válcové části 2 tělesa obklopen rovnoměrně rozloženými obvodovými otvory T_. Obvodové otvory 2 jsou horním koncem prostřednictvím společného rozvodného kanálu napojeny na přívod 15 fluoru, zatímco spodními konci jsou zaústěny do mezikruhové štěrbiny 5_, vymezené výstupní tryskou £ tělesa hořáku a kónicky se zužující přechodovou částí 2 komory hořáku.Similarly, the burner body also comprises an upper cylindrical part 1 and an outlet nozzle 4. A central bore 13 is guided through the two parts 22, which is surrounded in the cylindrical part 2 by uniformly distributed circumferential holes T. The peripheral openings 2 are connected via the upper end via a common distribution channel to the fluorine inlet 15, while the lower ends open into an annular slot 5 delimited by the burner body outlet nozzle 6 and conically tapering the transition portion 2 of the burner chamber.

S horní částí tělesa hořáku je pomocí příruby 18 bezprostředně spojen dávkovač 10 práško vého paliva, jehož tryska 11 zasahuje do nálevkovitě se rozšiřující horní části středového otvoru 13 tělesa hořáku a zde vymezuje mezikruhový prostor 12, napojený na přívod 17 inertního plynu, vytvořený v přírubě 18. Spodní, válcová část středového otvoru 13 zastává funkci směšovací komory, v níž se práškové palivo, přiváděné z dávkovače 10, mísí s inertním plynem, přiváděným mezikruhovým prostorem 12.A pulverized fuel dispenser 10 is directly connected to the upper portion of the burner body by means of a flange 18, the nozzle 11 extending into the funnel-extending upper portion of the central opening 13 of the burner body and defining an annular space 12 connected to the inert gas inlet 17 formed in the flange 18. The lower, cylindrical portion of the central opening 13 acts as a mixing chamber in which the pulverized fuel supplied from the dispenser 10 is mixed with the inert gas supplied through the annular space 12.

Spalovací prostor 6 i komora hořáku jsou opatřeny společným duplikátorovým pláštěm 14, který je napojen na přírubu 19 komory hořáku a který tvoří vnitřní vestavbu fluoračního reaktoru. Duplikátorovým pláštěm 14 proudí vzestupně chladicí prostředí, kupříkladu vzduch, který z pláště 14 odchází výstupním hrdlem 16, provedeným v přírubě 19. Při některých dalších aplikacích hořáku je pochopitelně možno volit i opačný směr proudění chladicího prostředí, takže výstupní hrdlo 16 bude naopak sloužit jako vstupní hrdlo tohoto prostředí.Both the combustion chamber 6 and the burner chamber are provided with a common duplicator jacket 14 which is connected to the flange 19 of the burner chamber and which forms the internal installation of the fluorination reactor. Through the duplicator jacket 14, the cooling medium flows upwardly, for example, the air leaving the jacket 14 through the outlet neck 16 provided in the flange 19. Of course, in some other burner applications, the opposite flow direction of the cooling medium may be selected. the throat of this environment.

Při zahájení provozu fluoračního reaktoru se postupuje tak, že se nejprve přívodním hrdlem 17 a mezikruhovým prostorem 12 do směšovací komory středového otvoru 13 zavádí inertní plyn, kupříkladu suchý dusík. Nato se začně přívodem 15 a obvodovými otvory 2 do mezikruhové štěrbiny přivádět předehřátý fluor. Teprve pak se tryskou 11 z dávkovače 10 začne dávkovat práškové palivo, které na výstupu z trysky i_ při styku s předehřátým fluorem ihned vzplane. Tímto způsobem se předejde ztrátě paliva a jeho nedokonalému prohoření. Inertní plyn, který je přiváděn mezikruhovým prostorem 12 do směšovací komory středového otvoru 13, se plamenné reakce nezúčastní, vytváří však uzávěr pro fluor, brání jeho pronikání do směšovací komory a udržuje dostatečnou vzdálenost plamene od trysky i.To start the operation of the fluorination reactor, an inert gas, for example dry nitrogen, is introduced into the mixing chamber of the central opening 13 through the inlet port 17 and the annular space 12. Preheated fluorine is then fed through the inlet 15 and the peripheral openings 2 into the annular gap. Only then the pulverized fuel is dispensed through the nozzle 11 of the dispenser 10, which immediately ignites at the outlet of the nozzle 1 in contact with the preheated fluorine. In this way, fuel loss and incomplete combustion will be avoided. The inert gas which is fed through the annular space 12 into the mixing chamber of the central opening 13 does not participate in the flame reaction, but forms a closure for the fluorine, prevents it from entering the mixing chamber and maintains a sufficient flame distance from the nozzle 1.

Vzhledem k tomu, že reakce paliva s fluorem je silně exothermní, dosahuje teplota svítivého plamene až 1 700 °C. Přebytečné reakční teplo je odváděno vzduchem proudícím duplikátorovým pláštěm 14. Chladicí vzduch přitom před výstupem z duplikátorového pláště 14 ochlazuje i jednotlivé součásti hořáku, zejména také trysku i a bráni tak jejímu opalování.Since the reaction of the fuel with fluorine is strongly exothermic, the temperature of the luminous flame reaches up to 1700 ° C. Excess reaction heat is dissipated by the air flowing through the duplicator jacket 14. The cooling air also cools down the individual parts of the burner, in particular the nozzle 1, before it exits the duplicator jacket 14, and thus prevents its burning.

Plynné produkty reakce jsou z fluoračního reaktoru obvykle odváděny v jeho horní části a to nejlépe přes metalokeramické filtry, zatímco pevné zplodiny reakce se shromaždují v nenaznačené spodní části reaktoru, na vrstvě podložně aluminy, odkud jsou odebírány k dalšímu zpracování.The gaseous reaction products are usually removed from the fluorination reactor at the top, preferably through metal-ceramic filters, while the solid products of the reaction are collected in the unlabelled bottom of the reactor, on the alumina bed, from where they are taken for further processing.

Celkové uspořádáni reaktoru není pro jednoduchost znázorněno a není také pro vytvoření hořáku závazné. Hořák v provedení podle vynálezu může být použit i v jiném typu reaktoru, než v tom, který je předmětem československého AO 221 342.The overall configuration of the reactor is not shown for the sake of simplicity and is also not mandatory for the formation of a burner. The burner according to the invention can also be used in a different type of reactor than the one which is the subject of the Czechoslovak AO 221 342.

Pro jednoduchost není také znázorněno dávkovači zařízení, které je umístěno v dákovači a které zprostředkuje plynulý a rovnoměrný přívod paliva do směšovací komory hořáku. Může být provedeno jako vibrační, šnekové či turniketové.For the sake of simplicity, there is also not shown a metering device which is disposed in the dispenser and which provides a continuous and uniform supply of fuel to the mixing chamber of the burner. It can be made as vibrating, screw or turnstile.

Obecně je možno hořák v uspořádání podle vynálezu využít nejen k vyvolání a udržení plamenné reakce, tedy kupříkladu plamenné fluorace jaderného paliva, ale i ke spalování jakéhokoliv práškového paliva za účelem výroby tepla.In general, the burner in the arrangement according to the invention can be used not only to induce and maintain a flame reaction, e.g. flame fluorination of a nuclear fuel, but also to burn any pulverulent fuel for heat production.

Claims

1. A pulverized fuel burner which is intended, in particular, for use in flame fluorination reactors of spent nuclear fuel from fast reactors and consists of a burner body with an outlet nozzle and fuel, combustion medium and inert gas inlets, a burner chamber and combustion chamber. characterized in that a central opening (13) is provided in the burner body, which in the upper part has a supply of pulverized fuel and inert gas and in the lower part is open to the combustion space (6), and at least one peripheral opening (7) a combustion medium supply, for example fluorine, wherein the burner body is shearly surrounded by a burner chamber which in its lower part, adjoining the housing (9) of the combustion chamber (6), defines an annular gap (5) opposite the burner body into which at least one opening (7) for combustion medium supply.

Burner according to claim 1, characterized in that the combustion chamber jacket (9) is designed as a duplicator jacket (14) having at least one inlet and outlet (16) of a cooling medium, for example air, wherein the duplicator jacket (14) the elongated portion surrounds the burner chamber.

The burner according to claim 1 or 2, characterized in that the upper part of the burner body is provided with a collar (18) in which the combustion medium and inert gas inlets (15, 17) are provided and through which a metering device is connected to the burner body. 10) a powdered fuel with a nozzle (11) extending into the upper part of the burner body central opening (13) and defining an annular space (12) opposite the inner wall of the central opening (13) into which the inert gas inlet (17) is connected (15) the combustion medium is connected to at least one peripheral opening (7).

Burner according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the burner chamber is also provided in the upper part with a flange (19) to which a duplicator jacket (14) is connected and in which at least one cooling inlet or outlet (16) is provided. environment from this sheath (14).