DE102007060090A1

DE102007060090A1 - Burner for rotary kiln in cement industry, has tangential openings in connection with fuel channel in one displaced position, and axial circular opening enabled concentrically to fuel channel in another displaced position

Info

Publication number: DE102007060090A1
Application number: DE200710060090
Authority: DE
Inventors: Heinz Lederer; Thomas FÜLLERER
Original assignee: UNITHERM CEMCOM FEUERUNGSANLAG; UNITHERM CEMCOM FEUERUNGSANLAGEN GmbH
Current assignee: UNITHERM CEMCOM FEUERUNGSANLAG; UNITHERM CEMCOM FEUERUNGSANLAGEN GmbH
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2008-07-17
Also published as: AT504732A1; AT504732B1

Abstract

The burner has a burner nozzle with an inner pipe (1) as a fuel channel, and a radial circular channel (8) for combustion air arranged outside the fuel channel. The circular channel is in connection with the inner pipe fuel channel via tangential openings (11), where the fuel channel is axially displaceable. The tangential openings are in connection with the fuel channel in one displaced position. An axial circular opening (14) of the circular channel is enabled concentrically to the fuel channel in another displaced position.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner, insbesondere für Drehrohröfen, mit einer Brennerdüse, die mindestens ein inneres Rohr als Brennstoffkanal für feste Brennstoffe und mindestens einen radial außerhalb des Brennstoffkanals angeordneten im wesentlichen ringförmigen Kanal für Verbrennungsluft aufweist, welcher durch im wesentlichen tangentiale Öffnungen mit dem Brennstoffkanal in Verbindung steht.The The invention relates to a burner, in particular for Rotary kilns, with a burner nozzle, at least an inner tube as fuel channel for solid fuels and at least one radially outward of the fuel channel arranged in a substantially annular channel for Combustion air, which passes through substantially tangential openings communicates with the fuel channel.

Brenner der eingangs genannten Art werden insbesondere für Drehrohröfen in der Zementindustrie eingesetzt, wobei aus Kostengründen häufig auf Sekundärbrennstoffe und insbesondere auf alternative Brennstoffe zurückgegriffen wird. Derartige alternative Brennstoffe sind in der Regel schwerer brennbar und erfordern zusätzliche Maßnahmen zur intensiven Durchmischung von Verbrennungsluft mit den Sekundärbrennstoffen bzw. alternativen Brennstoffen.burner of the type mentioned are in particular for rotary kilns used in the cement industry, for cost reasons often on secondary fuels and in particular recourse is made to alternative fuels. such Alternative fuels are usually less flammable and combustible require additional intensive measures Mixing of combustion air with the secondary fuels or alternative fuels.

Übliche Brenner, wie sie für Drehrohröfen eingesetzt werden, ragen an einer Stirnseite lanzenförmig in das Innere des Ofens, um eine Flamme zu erzeugen, die sich im wesentlichen parallel oder längs der Achse des Drehrohrofens erstreckt. Die Flammenform soll hierbei zur Erzielung des gewünschten Temperaturprofils innerhalb des Ofens in weiten Grenzen verstellbar sein, wobei eine derartige Verstellung der Flammenform auch im Betrieb wünschenswert ist. Wenn alternative Brennstoffe eingesetzt werden, liegen derartige Sekundärbrennstoffe bzw. Alternativbrennstoffe zumeist geshreddert vor und können bei unterschiedlichem Heizwert auch relativ unterschiedliche Stückgrößen aufweisen. Bei kompliziert aufgebauten Brennern besteht daher bei derartigen Sekundärbrennstoffen die Gefahr, dass der Brennstoffkanal aufgrund unregelmäßigen Abbrands verlegt wird und teilweise sogar verstopft wird. Dies gilt ins besondere dann, wenn Einbauten im Inneren des Brennstoffkanals vorgesehen sind, um eine bessere Durchmischung mit Verbrennungsluft zu gewährleisten.usual Burners, as used for rotary kilns, protrude lancific on one end into the interior of the Furnace to produce a flame that is essentially parallel or along the axis of the rotary kiln extends. The flame shape intended to achieve the desired temperature profile within the furnace within wide limits be adjustable, with a Such adjustment of the flame shape also desirable in operation is. If alternative fuels are used, such are Secondary fuels or alternative fuels mostly shredded before and can at different calorific value also relatively different piece sizes exhibit. In complicated burners therefore exists in such Secondary fuels the danger that the fuel channel due to irregular burnup and sometimes even clogged. This is especially true if internals are provided inside the fuel channel to to ensure better mixing with combustion air.

Aus der EP 642645 B1 ist es beispielsweise bekannt, die Verbrennungsluft in einer Drallbewegung zuzuführen, um einen verbesserten Abbrand zu erreichen. Eine Verstellung des Dralls der zugeführten Verbrennungsluft durch axiale Verschiebung eines rohrförmigen Bauteils ist beispielsweise in der US 6,315,551 B1 beschrieben.From the EP 642645 B1 For example, it is known to supply the combustion air in a swirling motion in order to achieve improved burnup. An adjustment of the twist of the supplied combustion air by axial displacement of a tubular member is for example in the US 6,315,551 B1 described.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, einen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich in beliebiger Weise in Kombination mit bekannten Brennern als zusätzlicher Brenner einsetzen lässt, bei welchem die Gefahr einer Verlegung oder Verstopfung des Brennstoffkanals beseitigt ist und die Möglichkeit geschaffen wird, die Flammenform durch einen axialen Hüllstrahl entsprechend zu stabilisieren und zu verbessern und, wie dies bei einzelnen Sekundärbrennstoffen vorteilhaft ist, die Verbrennungsluft unter gleichzeitiger Verwirbelung des Sekundärbrennstoffs in den Brennstoffkanal einzustoßen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht der erfindungsgemäße Brenner der eingangs genannten Art im wesentlichen darin, dass das innere Rohr axial verschieblich ist, wobei in einer ersten Verschiebelage die tangentialen Öffnungen mit dem Brennstoffkanal in Verbindung stehen und in einer zweiten Verschiebelage eine axiale ringförmige Öffnung des Kanal für Verbrennungsluft konzentrisch zum Brennstoffkanal freigegeben ist. Dadurch, dass der rohrförmige Brennstoffkanal tangentiale Öffnungen aufweist, lässt sich zwischen einem Verbrennungsluftkanal, welcher den Brennstoffkanal konzentrisch umgibt, und dem Brennstoffkanal eine Betriebsweise einstellen, bei welcher die über die tangentialen Öffnungen eingestoße Verbrennungsluft eine Verwirbelung des Brennstoffs im Inneren des Brennstoffkanals bewirkt, und damit eine die Verbrennung begünstigende Durchmischung erzielt wird. Dadurch, dass nun das innere Rohr, welches den Brennstoffkanal begrenzt, in axialer Richtung verschiebbar ist, kann an das stationäre Äußere das innere Rohr koaxial umgebende Rohr ein entsprechend stabiler Anschluss für die Verbrennungsluft gewährleistet werden und die Ausbildung so getroffen werden, dass durch Verschiebung des inneren Rohrs und damit des Brennstoffkanals wahlweise eine axiale ringförmige Öffnung am ofenseitigen Austrittsende freigegeben wird, über welche Verbrennungsluft nach Art eines umhüllenden Mantels um die Flamme ausgestoßen werden kann oder bei entsprechender Verschiebung des inneren Rohrs in eine andere axiale Position diese stirnseitige ringkanalförmige Öffnung abgedeckt werden kann und gleichzeitig die tangentialen Öffnungen für das Verwirbeln im Inneren des Brennstoffkanals freigegeben werden können. Es lässt sich somit durch einfache axiale Verschiebung des Rohrs der Brenner in unterschiedlicher Weise betreiben, wobei entweder eine Stabilisierung der Flamme unter Ausstoss eines Hüllstrahls erzielt wird und im anderen eine bessere Verwirbelung von Verbrennungsluft mit dem Sekundärbrennstoff eingestellt werden kann. Bei beiden Betriebsweisen bleibt der im wesentlichen zylindrische Brennstoffkanal von Einbauten frei, sodass die Gefahr von Verstopfung vermieden wird und Ablagerungen, wie sie im Zuge von Turbulenzen entstehen können, mit Sicherheit vermieden werden.The The invention now aims to provide a burner of the aforementioned To create kind, which in any way in combination use with known burners as an additional burner leaves at which the risk of misplacement or constipation the fuel channel is eliminated and the possibility is created, the flame shape by an axial envelope beam stabilize and improve accordingly and, as with individual secondary fuels is advantageous, the combustion air with simultaneous turbulence of the secondary fuel into the fuel channel. To the solution this task is the burner of the invention of the type mentioned above essentially in that the inner Tube is axially displaceable, wherein in a first displacement position the tangential openings communicate with the fuel channel stand and in a second displacement position an axial annular opening the channel for combustion air concentric with the fuel channel is released. Because of the tubular fuel channel has tangential openings, can be between a combustion air passage concentric with the fuel passage surrounds, and set the fuel channel a mode at which pierced the over the tangential openings Combustion air causes turbulence of the fuel inside the Fuel channel causes, and thus a combustion-promoting Mixing is achieved. Because now the inner tube, which the fuel channel limited, is displaceable in the axial direction can to the stationary exterior the inner tube Coaxially surrounding pipe a correspondingly stable connection for the combustion air can be ensured and the training be taken so that by displacement of the inner tube and thus the fuel channel optionally an axial annular opening is released on the furnace-side outlet end, over which Combustion air in the manner of an enveloping jacket the flame can be ejected or at appropriate Moving the inner tube to another axial position this Covered frontal annular channel-shaped opening can be and at the same time the tangential openings released for swirling inside the fuel channel can be. It can be thus by simple axial displacement of the tube of the burners operate in different ways, either a stabilization of the flame with the expulsion of a Sheath jet is achieved and in the other a better turbulence set of combustion air with the secondary fuel can be. In both modes of operation remains essentially cylindrical fuel channel of internals free, so the danger from constipation is avoided and deposits, as in the course of Turbulence can arise, certainly avoided become.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ist mit Vorteil so weitergebildet, dass in der zweiten Stellung die tangentialen Öffnungen von einem Dichtring umgriffen sind, wobei vorzugsweise der Dichtring über radiale Rippen mit einem Außenmantel des ringförmigen Kanals für Verbrennungsluft verbunden ist. Ein derartiger über Rippen festgelegter Dichtring erlaubt den freien Durchtritt von Verbrennungsluft zwischen den radialen Rippen in den stirnseitigen Endbereich des ringförmigen Kanals für die Verbrennungsluft, und dies unabhängig von der jeweiligen Verschiebestellung des Innenrohrs. In bevorzugter Weise ist hierbei das brennerseitige Ende des verschieblichen Rohres im außenseitigen Durchmesser abgesetzt ausgebildet, um in der vorgeschobenen Position mit einer Schulter am Dichtring dichtend abzuschließen und in der zurückgezogenen Position den ringförmigen Kanal ungehindert freizugeben. Gleichzeitig wird damit aber auch eine axiale Führung des Innenrohrs geschaffen, mit welcher je nach axialer Verschiebelage die radialen bzw. tangential mündenden Öffnungen abgedeckt oder freigegeben werden können, wobei bei entsprechender Dimensionierung der Abstände zwischen der Stirnseite und den radialen bzw. tangentialen Öffnungen eine erste Position eingestellt werden kann, in welcher die stirnseitige ringkanalförmige Öffnung dichtend abgeschlossen wird und somit die gesamte Verbrennungsluft über die radialen bzw. tangentialen Öffnungen eingestoßen wird.The inventive construction is advantageously developed so that in the second position, the tangential openings are encompassed by a sealing ring, wherein preferably the sealing ring is connected via radial ribs with an outer shell of the annular channel for combustion air. One such rib-defined sealing ring allows the free passage of combustion air between the radial ribs in the front end portion of the annular channel for the combustion air, and this regardless of the respective displacement position of the inner tube. Preferably, in this case the burner-side end of the displaceable tube is offset in the outer diameter formed to seal in the advanced position with a shoulder on the sealing ring and release the annular channel unhindered in the retracted position. At the same time, however, an axial guidance of the inner tube is also created, with which the radial or tangentially opening openings can be covered or released depending on the axial displacement position, with appropriate dimensioning of the distances between the end face and the radial or tangential openings a first position can be adjusted, in which the end-side annular channel-shaped opening is sealingly sealed and thus the entire combustion air is injected via the radial or tangential openings.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ist mit Vorteil so getroffen, dass das Innenrohr über einen Linear- bzw. Spindelantrieb mit dem Außenmantel des Verbrennungsluftkanals in Verbindung steht, wobei vorzugsweise zwischen dem Innenrohr und dem Mantel des Verbrennungsluftkanals ein Anzeigeelement für die relative Position des Innenrohres bezüglich des Außenmantels angebracht ist. Es kann somit insgesamt eine überaus einfache und stabile Ausbildung getroffen werden, wobei eine derartige zusätzliche Brennerlanze in konventionellen Brennern mit entsprechend großem zentralen Brennstoffkanal auch nachträglich eingebaut werden kann.The inventive design is with advantage taken that the inner tube via a linear or spindle drive with the outer shell of the combustion air duct in conjunction is, preferably between the inner tube and the jacket the combustion air duct a display element for the relative Position of the inner tube with respect to the outer jacket is appropriate. It can thus be a very simple overall and stable training are taken, with such an additional Burner lance in conventional burners with correspondingly large central fuel channel also be retrofitted can.

Um eine entsprechende Verwirbelung zu begünstigen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass die tangentialen Öffnungen von Bohrungen gebildet sind deren Achsen tangential zu einem zur Achse konzentrischen Hüllkreis innerhalb des Innenrohres geneigt verlaufen.Around to favor a corresponding turbulence is with Advantage the training so taken that the tangential openings formed by holes whose axes are tangent to one to the axis concentric enveloping circle inclined within the inner tube run.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Brenner, wobei in der oberen Hälfte die stirnseitige Öffnung des Verbrennungskanals verschlossen ist und lediglich die tangentialen Öffnungen freigegeben werden und im unteren Teil die tangentialen Öffnungen verschlossen sind, wohingegen die stirnseitige ringkanalartige Öffnung freigegeben ist, und 2 eine schematische Ansicht in Richtung des Pfeils II der 1.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawing. In this show 1 a section through the burner according to the invention, wherein in the upper half of the frontal opening of the combustion channel is closed and only the tangential openings are released and the tangential openings are closed in the lower part, whereas the front-side annular opening is released, and 2 a schematic view in the direction of arrow II of 1 ,

In 1 ist mit 1 das innere Rohr eines Brenners dargestellt, welches in Richtung des Doppelpfeils 2 in axialer Richtung verschieblich ist. Der Verschiebeantrieb wird von einer Spindel 3 gebildet, deren Spindelmutter mit 4 bezeichnet ist. Diese Spindel 3 ist starr mit einem Außenrohr 5 verbunden, welches wiederum mit einem Verbrennungsluftanschlussstutzen 6 ausgestattet ist. Das Außenrohr 5 ist am Innenrohr 1 mit einer Gleitführung 7 gelagert, sodass die über den Anschluss 6 zugeführte Verbrennungsluft ausschließlich über den Verbrennungsluftkanal 8 konzentrisch zur Achse 9 des Brenners geführt wird.In 1 is with 1 the inner tube of a burner shown in the direction of the double arrow 2 is displaceable in the axial direction. The displacement drive is by a spindle 3 formed, the spindle nut with 4 is designated. This spindle 3 is rigid with an outer tube 5 connected, which in turn with a combustion air connection piece 6 Is provided. The outer tube 5 is on the inner tube 1 with a sliding guide 7 stored so that the over the connection 6 supplied combustion air exclusively via the combustion air duct 8th concentric to the axis 9 of the burner is performed.

Das Innenrohr 1 begrenzt hierbei den Brennstoffkanal für Sekundärbrennstoffe bzw. Alternativbrennstoffe. Am brennerseitigen Ende weist dieses Innenrohr einen Düsenring 10 auf, in welchem tangential Düsen 11 angeordnet sind, deren Achsen mit 12 angedeutet sind. Durch axiale Verschiebung des Innenrohrs 1 in Richtung des Doppelpfeils 2 ist in der unteren Hälfte der 1 dargestellten zurückgezogenen Stellung eine Position erreicht, in welcher die tangentialen Düsen 11 von einem ringförmigen Mantel bzw. Dichtung 13 abgedeckt sind, wobei gleichzeitig in dieser zurückgezogenen Stellung eine axiale ringförmige Öffnung 14 freigegeben wird, über welchen die Verbrennungsring nunmehr als Hüllstrahl zu dem über das Innenrohr 1 zugeführten Sekundärbrennstoff ausgestoßen wird. Die Außenseite des Innenrohrs im stirnseitigen Endbereich ist zu diesem Zweck so ausgebildet, dass in der zurückgezogenen Stellung die entsprechende ringförmige Öffnung 14 freigegeben wird, wohingegen in der in 1 im oberen Teil dargestellten Position des Innenrohrs 1 dieser stirnseitige Bereich dichtend in einen mit dem Außenrohr verbundenen ringförmigen Dichtungsteil 15 eintaucht. In dieser im oberen Teil der 1 dargestellten Position gelangt die Verbrennungsluft, welche über den Anschluss 6 und den Kanal 8 zugeführt wird, zwischen radialen Rippen 16, welche in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind und den Dichtring 13 tragen, in den stirnseitigen Raum, wobei sie wahlweise je nach Stellung über die Düsen 11 oder die ringförmige Öffnung 14 ausgestoßen werden.The inner tube 1 limits the fuel channel for secondary fuels or alternative fuels. At the burner end, this inner tube has a nozzle ring 10 on, in which tangential nozzles 11 are arranged, whose axes with 12 are indicated. By axial displacement of the inner tube 1 in the direction of the double arrow 2 is in the lower half of the 1 shown retracted position reaches a position in which the tangential nozzles 11 from an annular jacket or seal 13 are covered, wherein at the same time in this retracted position an axial annular opening 14 is released, via which the combustion ring now as sheathing to the beam over the inner tube 1 supplied secondary fuel is ejected. The outer side of the inner tube in the end-side end region is designed for this purpose so that in the retracted position, the corresponding annular opening 14 is released, whereas in the in 1 in the upper part shown position of the inner tube 1 this end-side region sealingly in an annular seal member connected to the outer tube 15 dips. In this in the upper part of the 1 position shown enters the combustion air, which via the port 6 and the channel 8th is fed between radial ribs 16 which are distributed in the circumferential direction and the sealing ring 13 carry, in the frontal space, where they optionally depending on the position of the nozzles 11 or the annular opening 14 be ejected.

In 1 ist weiters noch eine mit einem Zeiger 17 verbundene Stange 18 ersichtlich. Der Zeiger 17 kann hierbei je nach Stellung des Innenrohrs eine an der Außenseite ersichtliche Markierung bestreichen, wie sie schematisch mit 19 angedeutet ist.In 1 is still one with a pointer 17 connected rod 18 seen. The pointer 17 Depending on the position of the inner tube, it is possible to coat a marking which is visible on the outside, as shown schematically in FIG 19 is indicated.

In 2 ist die Festlegung des Dichtrings 13 über die Rippen 16 im Schnitt schematisch ersichtlich, wobei diese Rippen 16 mit dem Außenrohr 5 verbunden sind. Die durch die Achsen 12 der Düsen 11 angedeuteten Einströmrichtungen münden hierbei tangential zu einem Hüllkreis 20, welcher die Achse 9 konzentrisch umgibt, sodass eine Verdrallung und Verwirbelung des im zentral verschiebbaren Rohr zugeführten Brennstoffs bewirkt wird.In 2 is the definition of the sealing ring 13 over the ribs 16 schematically shown in section, these ribs 16 with the outer tube 5 are connected. The through the axes 12 the nozzles 11 indicated inflow directions open here tangentially to an enveloping circle 20 which is the axis 9 concentrically surrounds, so that a twisting and turbulence of the supplied fuel in the centrally displaceable tube is effected.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 642645 B1 [0004]
- US 6315551 B1 [0004]

Claims

Burner, in particular for rotary kilns, with a burner nozzle comprising at least one inner tube ( 1 ) as a fuel channel for solid fuels and at least one radially outside of the fuel channel arranged substantially annular channel ( 8th ) for combustion air passing through substantially tangential openings ( 11 ) is in communication with the fuel channel, characterized in that the inner tube ( 1 ) is axially displaceable, wherein in a first displacement position, the tangential openings ( 11 ) are in communication with the fuel channel and in a second displacement position an axial annular opening ( 14 ) of the channel ( 8th ) is released for combustion air concentric with the fuel channel.

Burner according to claim 1, characterized in that in the second position the tangential openings ( 11 ) of a sealing ring ( 13 ) are encompassed.

Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the sealing ring ( 13 ) via radial ribs ( 16 ) with an outer jacket of the annular channel ( 8th ) is connected for combustion air.

Burner according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the inner tube ( 1 ) via a linear or spindle drive ( 3 . 4 ) with the outer jacket ( 5 ) of the combustion air duct ( 8th ).

Burner according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the inner tube ( 1 ) and the coat ( 5 ) of the combustion air duct ( 8th ) a display element ( 17 . 18 . 19 ) for the relative position of the inner tube ( 1 ) with respect to the outer jacket ( 5 ) is attached.

Burner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the tangential openings ( 11 ) are formed by bores whose axes ( 12 ) tangent to an enveloping circle concentric with the axis ( 20 ) within the inner tube ( 1 ) inclined.