DE1001799B

DE1001799B - Cyclone combustion chamber

Info

Publication number: DE1001799B
Application number: DEB26419A
Authority: DE
Inventors: Uno Olof Blomquist
Original assignee: Svenska Maskinverken AB
Current assignee: Svenska Maskinverken AB
Priority date: 1953-07-08
Filing date: 1953-07-08
Publication date: 1957-01-31

Description

Zyklonbrennkammer Die Erfindung betrifft eine Zyklonbrennkammer mit tang,entialer Zuführung des Brennstoffes und der Luft und axialem Austritt der Verbr-ennungsgase. Bekannte Brennkammern dieser Art haben den Vorteil, daß ein Mindestmaß an beweglichen mechanischen Teilen erforderlich ist, während die hohe Wärmebelastung eine starke Verringerung des Rauminhalts ermöglicht. In-folge des Umstandes, daß die Flamme eine schraubenförmige Bahn zurücklegt, ergibt sich ein langer Verbrennungsweg und eine gute '#2ermischung mit der Verbrennungsluft. Infolgedessen kann ein geringer Luftüberschuß angewendet und die Verbrennung bei so hoher Temperatur durchgeführt werden, daß der größte Teil der mineral-ischen Bestandteile des Brennstoffes in flüssiger Form abgeführt werden kann, so daß die Verbrennungsgase so gut wie vollständig frei von Asche sind. Infolge der verminderten Gefahr der Ablagerung von Asche an den Heizflächen und der Verstopfung der Gasspalte können daher die Heizflächen der Feuerung wie auch die Nachschaltheizflächen vermindert und die Spaltbreite zwischen den Wasserrohren einer Kesselunlage kleiner gehalten werden, Dies alles ermöglicht eine Verkleinerung des gesamten Dampferzeugers und als Folge davon der Anlagekosten. Die Verminderung des Gehaltes an unverbraiinter Kohle sowie der Rauchgaswärme ergibt ferner eine Erhöhung des #%#'irkungsgrades der Anlage.Cyclone combustion chamber The invention relates to a cyclone combustion chamber tang, ential supply of fuel and air and axial exit of the combustion gases. Known combustion chambers of this type have the advantage that a minimum of movable mechanical parts is required, while the high thermal load is a strong Reduction of the volume allows. As a result of the fact that the flame travels a helical path, the result is a long combustion path and a good mix with the combustion air. As a result, a minor Excess air applied and the combustion carried out at such a high temperature that most of the mineral-ical constituents of the fuel are in Liquid form can be removed, so that the combustion gases as good as completely are free from ashes. As a result of the reduced risk of ash deposition the heating surfaces and the clogging of the gas gap can therefore affect the heating surfaces of the Firing as well as the secondary heating surfaces and the gap width between the water pipes of a boiler liner can be kept smaller, all of this is made possible a reduction in the size of the entire steam generator and, as a consequence, the system costs. The reduction in the content of unused coal and the flue gas heat results also an increase in the efficiency of the system.

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine weiter.-Verbesserung dieser bekanntenVerbrennungskammern und besteht in der Hauptsache darin, daß die Kammer als rohrförmiger, im wesentlichen zylindrischer Körper mit zu seiner Längsachse senkrechten Stirnwänd-,-ii ausgebildet ist, die jede einen Auslaß für die Verbrennungsgase besitzen. Bei einer solchen Ausbildung kann eine Stirnwand eingespart werden. Die Zuführung des Brennstoffes und der Luft erfolgt entweder im mittleren Teil der Kammer, wohei die Verbrennung nach beiden Richtungen vor sich geht, oder die Düsen für die Zufuhr von Brennstoff und Luft sind in der Nähe der Stirnwände der Kammer angeordnet. In diesem Falle strömt der Brennstoff in schraubenförmigen Bahnen zur Mitte der Kammer. worauf die Verbrennungsgase durch die Öffnungen in den Stirnwänden austreten. Hierbei bildet sich in jeder Hälfte der Brennkammer eine sogenannte Wirbelsenke aus. Der Fußpunkt einer solchen Wirbel-Senke, der bei den bekannten Zyklonbrennkammern gegenüber dem Gasausströmquerschnitt der Brennkammer liegt, weist gegenüber dem Ausströmende einen beträchtlichen Temperaturabfall auf, so daß die Schlacke aus dem dem Ausströmende gegenüberliegenden Tei,1 der Brennkammer, insbesondere bei Schwachlast, vielfach nicht mehr richtig abfließt. Dadurch, daß gemäß der Erfindung das Abströmen der Gase aus der Zyklonbrennkammer axial nach beiden Seiten erfolgt, werden die Fußpunkte der beiden Wirbelsenken in die Mitte der Brennkammer verlegt, welche nur eine geringe Kühlung aufweist. Die Verbrennung und die Abführung der Schlacke ist daherauch in diesem Teil der Zyklonbrennkammer auf einfache Weise gesichert.The present invention aims to further improve these known combustion chambers and consists mainly in that the chamber as a tubular, essentially cylindrical body with to its longitudinal axis vertical end walls -, - ii is formed, each with an outlet for the combustion gases own. With such a design, an end wall can be saved. the The fuel and air are supplied either in the middle part of the chamber, where the combustion goes in both directions, or the nozzles for the Supply of fuel and air are arranged near the end walls of the chamber. In this case the fuel flows in helical paths towards the center of the Chamber. whereupon the combustion gases escape through the openings in the end walls. A so-called vertebral depression is formed in each half of the combustion chamber the end. The base of such a vortex depression, that of the known cyclone combustion chambers opposite the gas outflow cross section of the combustion chamber, has opposite the Leaking a considerable drop in temperature, so that the slag out the part 1 of the combustion chamber opposite the outflow end, in particular at Low load, often no longer drains properly. In that according to the invention the gases flow out of the cyclone combustion chamber axially to both sides, the base points of the two vertebral sinks are moved to the center of the combustion chamber, which has only a low level of cooling. The incineration and discharge of the Slag is therefore also easily secured in this part of the cyclone combustion chamber.

Im folgenden ist die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieb-en, die zwei Ausführungsbeispiele ein-er Verbrenn,ungskammer sowie einen mit derartigen Verbrennungskammern ausgerüsteten Dampferzeuger zeigt.The invention is described below with reference to the drawing, the two embodiments of a combustion chamber and one with such Shows combustion chambers equipped steam generator.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Zyklonverbrennungskammer mit nacli den Enden hin zunehmendem Durchmesser, Fig. 2 eine Endansicht dieser Verbrennungskammer, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine nach den En-den hin sich verjüngende '#'erbrennungskammer und Fig. 4 eine zugehörige Endansicht; Fig. 5 zeigt einen lotrechten Schnitt durch einen Teil eines mit zwei Verbrennurigskammern gemäß der Erfindung versehenen Dampfkessels und Fig. 6 einen waagerechten Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5. 1 shows a longitudinal section through a cyclone combustion chamber with a diameter increasing towards the ends, FIG. 2 shows an end view of this combustion chamber, FIG. 3 shows a longitudinal section through a '#' combustion chamber tapering towards the ends and FIG End view; FIG. 5 shows a vertical section through part of a steam boiler provided with two combustion chambers according to the invention, and FIG. 6 shows a horizontal section along the line 6-6 in FIG. 5.

In Fig. 1 bezeichnet 1 das Gehäuse der Verbrermungskammer, das an den Seiten und Endflächen von nicht dargestellten, im Wasserumlatifsystem eines Dampferzeugers liegenden Rohren gekühlt wird und an der Innenseite mit einem feuerfesten Stoff verkleidet ist. Das Gehäuse 1!ist an beiden Enden mit Auslässen 2 für die Verbrennungsgase versehen. Der Brennstoff, vorzugsweise in Forrn kleinerer Kohlenstücke, wird zusammen mit Erstluft durch eine Leitung 3 in der Mitte der Verbrennungskammer in tangentialer Richtung zugeführt, während Zweitluft durch getrennte Leitungen 4 zu beiden Seiten der Brennstoffleitung 3 -eingeblasen wird. Der Durchmesser der Kammer vergrößert sich von d.2r 'Mitte nach beiden Stirnwänden hin. AuslaßÖffnungen 5 für Schlacke sind nahe den beiden Stirnwänden vorgesehen. Die Verbrennungskammer ist waagerecht aufgestellt, so daßdie Schlacke, die bei der Verbrennung flüssig ist, nach den Stirnwänden hin abfließt, wo sie ununterbrochen durch die öffnungen 5 ausfließt.In Fig. 1, 1 designates the housing of the Verbrermungskammer, which is not shown on the sides and end faces by, lying pipes is cooled in Wasserumlatifsystem a steam generator and is lined on the inside with a refractory material. The housing 1! Is provided at both ends with outlets 2 for the combustion gases. The fuel, preferably in the form of smaller pieces of coal, is fed in tangential direction together with first air through a line 3 in the middle of the combustion chamber, while second air is blown in through separate lines 4 on both sides of the fuel line 3 . The diameter of the chamber increases from the middle towards both end walls. Outlet openings 5 for slag are provided near the two end walls. The combustion chamber is set up horizontally so that the slag, which is liquid during combustion, flows off towards the end walls, where it flows out continuously through the openings 5 .

Die in Fig. 3 und 4 gezeigte Verbrennungskammer 6 erweitert sich von den Enden nach der Mitte hin. Brennstoff und Erstluft werden durch Leitungen7 in der Nähe der Stirnwände eingeblasen und Zweitluft wird durch Leitungen8 zugeführt, die neben den Leitungen 7 näher zur Mitte der Kammer angeordnet sind. Außerdem sind Leitungen 9 unmittelbar neben den Stirnwänden für die Zuleitung von Drittluft vorgesehen, um zu verhindern, daß der Brennstoff in unverbranntem Zustand tinm,ittelbar durch die Auslässe 10 entweichen kann. In di-escr Verbrennungskammer erhält der Brennstoff eine schraubenförmige Bahn von den Enden zur Mitte der Kammer hin, worauf die Verbrennungsgase längs der geornetrischen Achse der Kammer nach den Auslässen 10 strömen, wodurch -ein längerer Verbrennungsweg für die brennenden Gas,-- erzielt wird. Die Schlacke fließt von den Enden zur Mitte hin und kann bei 11 abfließen.The combustion chamber 6 shown in Figs. 3 and 4 widens from the ends towards the center. Fuel and primary air are injected through lines 7 near the end walls and secondary air is supplied through lines 8 which are located next to lines 7 closer to the center of the chamber. In addition, lines 9 are provided immediately next to the end walls for the supply of third-party air in order to prevent the fuel from being able to escape through the outlets 10 in the unburned state. In the combustion chamber the fuel is given a helical path from the ends towards the center of the chamber, whereupon the combustion gases flow along the geometrical axis of the chamber to the outlets 10 , whereby a longer combustion path for the burning gases is achieved. The slag flows from the ends towards the middle and can drain off at 11.

Die Verbrennungskammer gemäß Fig. 3 und 4 kann die Brennstoff- und Lufteinlässe auch in der Mitte erhalten, wie dies in Fig. 3 mit gestrichelteil Linien angedeutet ist.The combustion chamber according to FIGS. 3 and 4 can also have the fuel and air inlets in the middle, as is indicated in FIG. 3 with broken lines.

Umgekehrt kann die Verbrennungskammer gemäß Fig. 1 und 2 so abgeändert werden, daß der Brennstoff und d.ie Luft im Sinne der Fiz. 3 und 4 nahe den Stirnwänden eingeführt werden und die schraubenförm-ige Bewegung nach der Mitte hin erfolgt. In beiden Fäll-en kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß die Richtung der schraubenförmigen Bewegung in der einen Hälfte der Kammer der Richtung in der anderen Hälfte entgegengesetzt ist, indem beispiels,weise eine Leitungsgruppe 7, 8, 9 in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise entgegengesetzt zu einer Leitungsgruppe 7', 8', 9' angeordnet wird, was zur Folge hat, daß in der Mitte der Kammer eine Wirbelschicht entsteht, welche die Teilchen schwebend hält, so daß deren Entzündung und Verbrennung in der eigentlichen Verbrennungskammer rascher vor sich gehen kann.Conversely, the combustion chamber according to FIGS. 1 and 2 can be modified so that the fuel and the air in the sense of FIG. 3 and 4 are introduced near the end walls and the helical movement takes place towards the center. In both cases, the arrangement can also be made such that the direction of the helical movement in one half of the chamber is opposite to the direction in the other half, for example by having a line group 7, 8, 9 in the line shown in FIG. 4 is arranged opposite to a line group 7 ', 8', 9 ' , which has the consequence that a fluidized bed is created in the middle of the chamber, which keeps the particles floating so that their ignition and combustion in the actual combustion chamber more quickly can go on.

In Fig. 5 und 6 ist ein Ausführtingsbeispiel eines Kessels mit zwei einander gegenüberliegenden Verbrennungskammern dargestellt. Die Wände 13 der im Querschnitt rechteckigen Feuerung 12 sind ganz mit Wasserrohren 14 verkleidet. Die Rohre 14 sind in bekannter Weise durch eine feuerfeste Schicht gegen zu starke Strahlungsaufnahme geschätzt. Der größte Teil der Schlacke wird, wie oben angegeben, unmittelbar aus den Verbrennungskammern entfernt, während die Schlacke, die gegebenenfalls von den Verbrennungsgasen mitgerissen wird, infolge der hohen Temperatur deer Gase flüssig bleibt und durch Auslässe 17 in dem ebenfalls mit Rohren verkleideten Boden der Fz-u-crung abläuft. Durch die Anordnung der Verbrennungskammern 15 in der Mitte zweier ge-2nüb#2rIi,-,g,-nder Wände der Feuerung wird jede Ecke der Feuerung 12 von der Flamme beaufschlagt, so daß sich allseitige und gleichmäßig verteilte Wärm"-1)--lastrn" ,ergibt.In Fig. 5 and 6 , an exemplary embodiment of a boiler with two opposing combustion chambers is shown. The walls 13 of the furnace 12, which is rectangular in cross section, are completely covered with water pipes 14. The tubes 14 are protected in a known manner by a refractory layer against excessive absorption of radiation. Most of the slag is, as stated above, removed directly from the combustion chambers, while the slag, which may be entrained by the combustion gases, remains liquid due to the high temperature of the gases and passes through outlets 17 in the floor of the vehicle, which is also lined with pipes -u-crung expires. Due to the arrangement of the combustion chambers 15 in the middle of two ge-2nüb # 2rIi, -, g, -nder walls of the furnace, every corner of the furnace 12 is exposed to the flame, so that all-round and evenly distributed heat "-1) - lastrn ", results.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Cyclone combustion chamber with taiig.-nti, aler supply of fuel and air and axial exit of the combustion gases, characterized in that the chamber is designed as a tubular, essentially cylindrical body with end walls perpendicular to the longitudinal axis. each having an outlet for the combustion gases.

2. Cyclone combustion chamber according to claim 1, characterized in that the nozzles for the supply of fuel and air are arranged in the central part of the chamber. 3. Cyclone combustion chamber according to ## iis claim 1, characterized in that the nozzles for the supply of fuel and air are arranged in the vicinity of the end walls of the chamber. 4. Cyclone combustion chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that when the slag runs out in the -, the middle of the combustion chamber, the inner diameter of the chamber decreases from the center towards the end walls. 5. Cyclone combustion chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that when the slag runs off at the ends of the chamber, the inner diameter of the chamber increases from the center towards the end walls. 6. Cyclone combustion chamber according to one of claims 1 to 5, characterized in that secondary air nozzles are arranged next to the fuel nozzle on both sides. 7. cyclone combustion chamber according to one of claims 1 to 6, characterized in that the directions of circulation of the fuel and the air in the two halves of the chamber are opposite to each other (Fig. 4). 8. Firing with cyclone burners according to one of claims 1 to 7 for a steam generator, characterized in that the cyclone combustion chambers (15) are arranged along two opposing walls of the furnace (12) that the furnace load is essentially uniform over the cross-section of the furnace is distributed. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 397 548, 408 850, 449 301, 478 120; , Austrian Patent No. 84,966; Swiss Patent No. 284 326; U.S. Patent No. 901232; Journal »Fuel, Heat, Power (c, 1951, p. 7, Fig. 14.