DE102012002548A1 - Firing of a rotary kiln - Google Patents

Firing of a rotary kiln

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Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Brenner 1 mit einem kreisförmigen Querschnitt. The invention describes a burner 1 having a circular cross-section. Er weist mehrere Ringspalte 2, 3 und 4 sowie einen zentralen nahezu zylindrischen Teil 5 auf. It has a plurality of annular gaps 2, 3 and 4 as well as a central part of nearly cylindrical. 5 Der innerste Ringspalt 4 dient zur Zufuhr des primären Brennstoffes, welcher hauptsächlich aus Kohlenstaub oder Tiermehl besteht. The innermost annular gap 4 is used for supplying the primary fuel, which is composed mainly of coal dust or animal meal. Über die beiden äußeren Ringspalte 2 und 3 wird gasförmiges Oxidationsmittel im Wesentlichen Luft zugeführt. Through the two outer annular columns 2 and 3 gaseous oxidant substantially air is supplied. Der Ringspalt 3 weist dabei geeignete Mittel auf, um eine Drallströmung der zugeführten Luft zu erzeugen. The annular gap 3 it has suitable means to produce a swirl flow of the supplied air. Der nahezu zylindrische zentrale Teil 5 weist zwei Düsen 6a und 6b zur Zufuhr eines sekundären Brennstoffes auf. The almost cylindrical central part 5 has two nozzles 6a and 6b for supplying a secondary fuel. Dabei können entweder Heizöl oder Klärschlämme über die Düse 6a und/oder Kunststoffschnipsel über die Düse 6b als sekundäre Brennstoffe zugeführt werden. Either fuel oil or sludge through the nozzle 6 and / or plastic scraps can be supplied via the nozzle 6b as secondary fuels. Innerhalb einer weiteren Düse 7 im zylindrischen zentralen Teil 5 befindet sich eine Lavaldüse 8 zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels mit Überschallgeschwindigkeit. Within a further nozzle 7 in the cylindrical central part 5 there is a Laval nozzle 8 for supplying a gaseous oxidizing agent at supersonic speed. Über die Lavaldüse 8 wird dabei hauptsächlich sauerstoffangereicherte Luft, technischer Sauerstoff oder reiner Sauerstoff zugeführt. thereby mainly oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen is supplied through the Laval nozzle. 8

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brenner mit im Wesentlichen zylindrischer Geometrie geeignet zur Befeuerung eines Drehrohrofens umfassend: The invention relates to a burner having a substantially cylindrical geometry suitable for firing of a rotary kiln comprising:
    • • mindestens ein geeignetes Mittel zur Zufuhr eines primären Brennstoffes, • at least one suitable means for supplying a primary fuel,
    • • mindestens ein geeignetes Mittel zur Zufuhr eines sekundären Brennstoffes und • at least one suitable means for supplying a secondary fuel and
    • • einen axialen nahezu zylinderförmigen zentralen Teil, • an axial almost cylindrical central part,
    • • welcher mindestens eine Düse geeignet zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels aufweist. • having at least one nozzle suitable for supplying a gaseous oxidant.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Brenners. The invention also relates to a method of operating such burner. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Brenners in einem Drehrohrofen beschrieben, wie er in einer Anlage zur Herstellung von Zement zur Anwendung kommt. In the following the invention is described using a burner in a rotary kiln as it is used in a plant for the production of cement used. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Brenner in derartigen Drehrohröfen eingeschränkt, sondern prinzipiell für Brenner in Drehrohröfen beliebiger Anwendung geeignet, bei denen ein primärer und ein sekundärer Brennstoff verwendet werden. The present invention is not limited to such burners in rotary kilns, but in principle suitable for burners in rotary kilns any application in which a primary and a secondary fuel are used.
  • Bei der Herstellung von Zement werden die Rohstoffe in der Regel Kalkstein und Ton in Steinbrüchen abgebaut, vorzerkleinert und in ein Zementwerk gebracht. In the production of cement, the raw materials are mined usually limestone and clay quarries, pre-crushed and placed in a cement plant. Als Zuschläge dienen Eisenerz und verschiedene Sande. As supplements are iron ore and various sands. In einer sogenannten, Rohmühle werden alle Materialien zusammen vermahlen und gleichzeitig getrocknet. In a so-called raw mill all the materials are ground together and simultaneously dried. Das dadurch entstehende Rohmehl wird in einem Drehrohrofen bei Temperaturen von ca. 1450°C zu sogenannten Klinker gebrannt, welcher dann in einem Kühler auf eine Temperatur von unter 200°C heruntergekühlt wird. The resulting raw meal is calcined in a rotary kiln at temperatures of about 1450 ° C to so-called clinker, which is then cooled in a cooler to a temperature of below 200 ° C. Die entstehenden grau-braunen Granalien werden anschließend in einer Kugelmühle zusammen mit Gips oder Anhydrid zum fertigen Produkt, dem Zement vermahlen. The resulting gray-brown granules are then the finished product is ground in a ball mill together with gypsum or anhydride to the cement.
  • Beim Brennen des entstandenen Rohmehls zu Klinker werden sogenannte Drehrohröfen eingesetzt. When burning the resulting raw meal into clinker so-called rotary kilns are used. Derartige Drehrohröfen sind dem Stand der Technik bekannt und verwenden zur Befeuerung zumeist einen primären und einen sekundären Brennstoff. Such rotary kilns are known in the art and use for firing mostly a primary and a secondary fuel.
  • Ein Drehrohrofen wird in A rotary kiln is in EP0451648 EP0451648 beschrieben. described. Gemäß dem dort beschriebenen Stand der Technik weist der Drehrohrofen eine im Wesentlichen zylindrische Geometrie auf. According to the prior art has described therein the rotary tube furnace to a substantially cylindrical geometry. Über zwei Lanzen werden von den beiden entgegengesetzten Grundflächen des zylindrischen Drehrohrofens ein Brennstoff und ein Oxidant in den Ofen injiziert. About two lances, a fuel and an oxidant are injected into the furnace from the two opposite base surfaces of the cylindrical rotary kiln. Der zylindrische Körper des Drehrohrofens rotiert um die Zylinderachse, wobei das sogenannte Rauchgasende feststehend und das andere Ende drehbar ist. The cylindrical body of the rotary kiln rotated about the cylinder axis, the so-called flue gas end fixed and the other end is rotatable. Der Oxidant wird vom Rauchgasende mit einem Impuls in den Drehrohrofen injiziert, der ausreichend ist, um das Gas über eine Strecke zu treiben, die wenigstens den Doppelten des Durchmessers und der halben Länge des zylindrischen Körpers des Drehrohrofens entspricht. The oxidant is injected into the flue gas end with a pulse in the rotary kiln, which is sufficient to drive the gas through a distance which corresponds at least to twice the diameter and half the length of the cylindrical body of the rotary kiln. Zur Sicherstellung des hohen Impulses werden Düsen mit Blenden verwendet. To ensure the high pulse nozzles are used with diaphragms.
  • Der in in EP0451648 EP0451648 offenbarte Drehrohrofen dient der Verbrennung eines Abfalls, welcher brennbare Anteile enthält. disclosed rotary kiln is used for combustion of waste which contains combustible components. Der Abfall wird in den Drehrohrofen geführt, und verbrennt als sekundärer Brennstoff zusammen mit dem primären Brennstoff, welcher mit dem Oxidant über die Lanzen über den Drehrohrofen injiziert wird. The waste is fed into the rotary kiln and burnt as secondary fuel, together with the primary fuel, which is injected with the oxidant through the lances through the rotary kiln. Als Oxidant wird Luft, sauerstoffangereicherte Luft mit einem Sauerstoffanteil zwischen 20 und 30% oder technischer Sauerstoff mit einer Reinheit von bis zu 99,5% verwendet. As oxidant is air, oxygen-enriched air is used with an oxygen content of between 20 and 30% or technical oxygen having a purity of up to 99.5%.
  • Ein ähnlicher Drehrohrofen und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Drehrohrofens werden in A similar rotary kiln and a method of operation of such rotary kiln are in EP0344784 EP0344784 beschrieben. described. Gemäß dem dort beschriebenen Verfahren werden Brennstoffe und Oxidationsmittel in einem oxidationsreichen Strahl mit einer Geschwindigkeit eingeblasen, die ausreicht, um einen verminderten Druck und folglich eine starke Rückstromzone innerhalb der Verbrennungszone nahe dem oxidationsmittelreichen Strahl auszubilden. According to the process described therein, fuel and oxidizing agent in an oxidation-rich jet to be blown at a velocity sufficient to form a reduced pressure and consequently a strong recirculation zone within the combustion zone proximate the oxidant-rich jet. Als Oxidationsmittel wird sauerstoffangereicherte Luft mit mindestens 30 Vol-% Sauerstoff verwendet. As the oxidizing agent, oxygen-enriched air is used with at least 30 vol% oxygen. Bevorzugt wird reiner Sauerstoff verwendet. pure oxygen is preferably used. Auch gemäß dem Stand der Technik nach Also according to the prior art EP0344784 EP0344784 handelt es sich um einen Drehrohrofen, der zur Verbrennung von brennbaren Abfällen verwendet wird. If it is a rotary kiln used for the incineration of combustible wastes.
  • Dokument document US20080090194 US20080090194 offenbart einen Drehrohrofen, wie er in einer Anlage zur Herstellung von Zement zur Kalzinierung von Lehm verwendet wird. discloses a rotary kiln as it is used in a plant for manufacturing cement for calcining clay. Gemäß dem hier offenbarten Stand der Technik werden ein Kraftstoff und ein Oxidant zentral über einen Brenner entlang der Rotationsachse des zylinderförmigen Körpers des Drehrohrofens injiziert. According to the disclosed prior art, a fuel and an oxidant are injected via a burner centrally along the axis of rotation of the cylindrical body of the rotary kiln. Der Sauerstoffgehalt des als primären Oxidanten bezeichneten Gasstroms wird dabei so gewählt, dass sich ein unterstöchemetrisches Verhältnis von Sauerstoff zu Kraftstoff in der Verbrennungszone von ca. 0,3 bis 0,9 ausbildet. The oxygen content of the gas stream referred to as the primary oxidant is chosen so that a unterstöchemetrisches ratio of oxygen to fuel in the combustion zone of about 0.3 to 0.9 is formed. Zusätzlich wird ein als zweiter Oxidant bezeichneter Gasstrom in den Drehrohrofen injiziert, wobei die Injektion hier außerhalb der Verbrennungszone auch entlang der zylindrischen Achse des Drehrohrofens erfolgt. In addition, designated as the second oxidant gas stream is injected into the rotary kiln, wherein the injection is made here out of the combustion zone and along the cylindrical axis of the rotary kiln. Der Sauerstoff des zweiten Oxidanten soll dabei in die Verbrennungszone diffundieren. The oxygen of the second oxidant is intended to diffuse into the combustion zone. Die Sauerstoffgehalte beider Oxidanten werden derart eingestellt, dass der Sauerstoffgehalt zwischen 27,5 Vol-% und 72,5 Vol-% des gesamten in den Drehrohrofen geführten Gases beträgt. The oxygen contents of both oxidant are adjusted so that the oxygen content between 27.5 vol% and 72.5 vol% of the total run in the rotary kiln gas is. Durch die radiale Injektion des zweiten Oxidanten entlang der Rotationsachse des Drehrohofens soll eine räumlich geleitete Verbrennung gewährleistet werden. The radial injection of the second oxidant along the axis of rotation of Drehrohofens a spatially directed combustion is to be ensured.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativen Brenner zur Befeuerung eines Drehrohrofens sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Brenners zur Verfügung zu stellen. The object of the present invention is based is to provide an alternative burner for firing a rotary kiln and a method of operating such burner available. Der erfindungsgemäße Brenner soll auch zur Befeuerung eines Drehrohrofens geeignet sein, wie er in einer Anlage zur Herstellung von Zement Verwendung findet. The burner according to the invention should also be suitable for firing a rotary kiln, as is used in a plant for the production of cement.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Brenner gemäß der Merkmale des Anspruches 1 gelöst. This object is solved by a burner according to the features of claim 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brenners werden in den Unteransprüchen gegeben. Further advantageous embodiments of the inventive burner are given in the dependent claims.
  • Der erfindungsgemäße Brenner weist im Wesentlichen eine zylindrische Geometrie auf und umfaßt mindestens ein geeignetes Mittel zur Zufuhr eines primären Brennstoffes und mindestens ein geeignetes Mittel zur Zufuhr eines sekundären Brennstoffes. The burner according to the invention has a substantially cylindrical geometry and comprises at least a suitable means for supplying a primary fuel and at least one suitable means for supplying a secondary fuel. Der primäre Brennstoff dient dabei zur Erreichung der notwendigen hohen Verbrennungstemperaturen. The primary fuel serves to achieve the necessary high combustion temperatures. Dieser ist meist höhenwertig als der sekundäre Brennstoff. This is usually höhenwertig as the secondary fuel. Der sekundäre Brennstoff wird demzufolge verwendet, um einen Teil der Heizleistung zu liefern und dabei den höherwertigen teuren primären Brennstoff teilweise einzusparen. The secondary fuel is consequently used to provide part of the heating power and thereby save the high-order expensive primary fuel partially. Der Brenner umfaßt einen axialen nahezu zylinderförmigen zentralen Teil, welcher mindestens eine Düse zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels aufweist. The burner comprises an axial almost cylindrical central portion having at least one nozzle for supplying a gaseous oxidant.
  • Gemäß dem Erfindungsgedanken weist der zentrale Teil mindestens eine weitere Düse zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels auf, welche als Lavaldüse ausgeformt ist. According to the inventive idea, the central part of at least one further nozzle for supplying a gaseous oxidizing agent, which is shaped as a Laval nozzle. Durch diese zusätzliche als Lavaldüse ausgeformte Düse zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels wird eine hinreichende Beschleunigung des gasförmigen Oxidationsmittels auf Überschallgeschwindigkeit, insbesondere mehrfache Überschallgeschwindigkeit, sichergestellt. This additional as a Laval nozzle shaped nozzle for supplying a gaseous oxidizing agent sufficient acceleration of the gaseous oxidizing agent at supersonic speed, in particular multiple supersonic speed, ensures will. Unter mehrfacher Überschallgeschwindigkeit werden im Rahmen dieser Erfindung nicht nur ganzzahlige Vielfache der Überschallgeschwindigkeit wie 2, 3, 4 ... verstanden, sondern auch Bruchteile größer 1 wie 1.2, 1.5, 3.5 ... Among several supersonic velocity of this invention will be understood in the context not only integer multiples of the supersonic speed such as 2, 3, 4 ... but also a fraction of greater than 1, such as 1.2, 1.5, 3.5 ...
  • Durch die Ausformung der Düse als Lavaldüse wird das darüber zugeführte Oxidationsmittel auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, wodurch es einen hinreichend hohen Impuls erhält, um eine gute Durchmischung der sekundären Brennstoffe mit Oxidationsmittel über die gesamte Länge des ebenfalls zylinderförmigen Drehrohrofens zu gewährleisten. By forming the nozzle as a Laval nozzle, the above supplied oxidant is accelerated to a supersonic velocity, whereby it is given a sufficiently high momentum to ensure good mixing of the secondary fuel with oxidant over the entire length of the likewise cylindrical rotary kiln. Die Lavaldüse ist dabei derart orientiert, dass die Beschleunigung des Oxidationsmittels parallel zur Richtung des sekundären Brennstoffes erfolgt. The Laval nozzle is oriented such that the acceleration of the oxidizing agent is effected parallel to the direction of the secondary fuel. Bei bestimmungsgemäßer Orientierung des Brenners werden erfindungsgemäße somit sowohl Oxidationsmittel aus der Lavaldüse als auch primärer und sekundärer Brennstoff parallel zueinander und zur Längsachse des Drehrohrofen in den Drehrohrofen eingebracht. In the case of the intended orientation of the burner thus both oxidant from the Laval nozzle as well as primary and secondary fuel according to the invention parallel to each other and introduced to the longitudinal axis of the rotary kiln into the rotary kiln. Die Verbrennung findet dabei durch den langen Lavalstrahl und der Überschallgeschwindigkeit, induziert durch die Lavaldüse, wesentlich entfernt vom Brennerkopf im Drehrohrofen statt. Combustion takes it through the long Laval jet and the supersonic velocity induced by the Laval nozzle substantially removed from the burner head in the rotary kiln instead. Bei einer Unterschallinjektion wie im Stand der Technik würde die Verbrennung deutlich näher am Brennerkopf stattfinden. At a subsonic injection as in the prior art, the combustion would take place much closer to the burner head. Dies führt im Stand der Technik zu einer zu hohen Flammentemperatur am Brennerkopf und einer verringerten Wirksamkeit des Oxidationsmittel im Drehrohrofen. This results in the prior art to a high flame temperature at the burner tip and reduce the effectiveness of the oxidizing agent in a rotary kiln.
  • Bevorzugt weist die Lavaldüse Mittel zum Aufheizen des Oxidationsmittels auf eine Temperatur zwischen –30°C und 1600°C, bevorzugt 800°C auf. Preferably the Laval nozzle means for heating the oxidant to a temperature between -30 ° C and 1600 ° C, preferably to 800 ° C. Durch diese Vorwärmung wird eine sehr hohe Austrittgeschwindigkeit des Sauerstoffs verbunden mit einer hohen Abgasansaugung erreicht. By means of this preheating a very high exit velocity of the oxygen is achieved combined with a high Abgasansaugung. Zielführend ist eine verbesserte Mischung von Sekundärbrennstoff mit Sauerstoff und der vorgewärmten Verbrennungsluft. The guiding principle is an improved mixing of secondary fuel with oxygen and the preheated combustion air.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Mittel zum Aufheizen des Oxidationsmittels als Düse geeignet zur Zufuhr eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffes, bevorzugt Erdgas, ausgebildet und besonders bevorzugt weist es eine elektrische Zündeinrichtung auf. According to a preferred embodiment of the invention, the means for heating the oxidizing agent is useful as a nozzle for supplying a gaseous or liquid fuel, preferably natural gas formed, and more preferably it has an electrical ignition device on. Durch die Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen lässt sich einfach die gewünschte Vorwärmtemperatur des Oxidationsmittels einstellen. By combustion of gaseous or liquid fuels simply the desired preheating of the oxidant can be adjusted. Zusätzlich lässt sich mittels der Zufuhr über eine Düse der Impuls der Brennstoffe genau steuern und somit die Austrittsgeschwindigkeit des Oxidationsmittels aus der Lavaldüse stufenlos steuern. In addition can be controlled accurately and thus control the exit velocity of the oxidant continuously from the Laval nozzle by means of the supply via a nozzle of the momentum of the fuel.
  • Zweckmäßigerweise weist die Lavaldüse ( Conveniently, the Laval nozzle ( 8 8th ) eine Infrarot- oder Ultravioletsonde geeignet zur Überwachung der Flammtemperatur in der Lavaldüse ( ) An infrared or ultraviolet probe suitable (for monitoring the flame temperature in the Laval nozzle 8 8th ) auf. ) on. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird eine laufende Überwachung und Kontrolle der Vorwärmtemperatur des Oxidationsmittels und dadurch des gesamten Betriebs des Brennners ermöglicht und die Verbrennung im Drehrohrofen kann gemäß den jeweiligen Betriebsanforderungen optimal gesteuert werden. This embodiment of the invention, a continuous monitoring and control of the preheating temperature of the oxidizing agent, and thereby the entire operation of the firing agent is made possible, and the combustion in the rotary kiln can be optimally controlled in accordance with the particular operating requirements.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung bei der besonders hohe Vorwärmtemperaturen des Oxidationsmittels verwendet werden, ist die Lavaldüse zusätzliche mit einer äußeren Kühlung, bevorzugt einer Wasserkühlung oder einer Wasser-Luft-Sprühkühlung, ausgestattet. In one embodiment of the invention in particularly high preheating of the oxidizing agent used, the Laval nozzle with additional external cooling, preferably a water cooling system or a water-air-spray cooling, equipped. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird eine lokale Überhitzung der Lavaldüse durch die hohen Vorwärmtemperaturen vermieden. In this embodiment of the invention, a local overheating of the Laval nozzle by the high preheating is avoided.
  • Bevorzugt ist die Lavaldüse innerhalb einer größeren Düse angeordnet. the Laval nozzle is preferably arranged within a larger nozzle. Die größere Düse ist ebenfalls zur Zufuhr eines gasförmiges Oxidationsmittels ausgestaltet. The larger nozzle is also arranged for supplying a gaseous oxidant. Durch die Anordnung der Lavaldüse in einer größeren Düse, durch die ebenfalls Oxidationsmittel zugeführt wird, bildet sich ein Hüllstrom um die Lavaldüse, der zum Kühlen und Freihalten im Standby Betrieb der Lavaldüse geeignet ist. The arrangement of the Laval nozzle in a larger nozzle, oxidation agent is supplied by the likewise, a sheath flow around the Laval nozzle which is suitable for cooling and keeping free in standby mode of the Laval nozzle is formed. Dies gilt besonders für Betriebszustände des Brenners, wo der Drehrohrofen nicht im Normalbetrieb betrieben wird, wie beispielsweise dem Anfahren des Drehrohrofens. This is especially true for operating conditions where the rotary kiln is not operated during normal operation of the burner, such as the start of the rotary kiln.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Mittel zur Zufuhr des primären Brennstoffes als erster Ringspalt ausgeführt. According to a preferred embodiment of the invention at least one means for supplying the primary fuel is designed as a first annular gap. Durch die Zufuhr des primären Brennstoffes über einen Ringspalt wird sichergestellt, dass der primäre Brennstoff über den Querschnitt des zylindrischen Drehrohrofens gleichmäßig verteilt ist. By supplying the primary fuel via an annular gap is ensured that the primary fuel over the cross section of the cylindrical rotary kiln is evenly distributed.
  • Bevorzugt wird mindestens ein Mittel zur Zufuhr des sekundären Brennstoffes als Düse ausgeführt und im zylinderförmigen zentralen Teil angeordnet. at least one means for feeding the secondary fuel is preferably configured as a nozzle and disposed in the cylindrical central part. Als sekundäre Brennstoffe kommen im Wesentlichen Kunststoffschnipsel und/oder Heizöl und/oder Klärschlämme in Frage. As secondary fuels are essentially plastic scraps and / or oil and / or sewage sludge in question. Dies sind somit entweder feste oder flüssige Sekundärbrennstoffe. These are therefore either solid or liquid secondary fuels. Entsprechend werden für die jeweiligen sekundären Brennstoffe bevorzugt geeignete Düsen zur Zufuhr gewählt. preferably suitable nozzles are respectively selected for feeding the respective secondary fuels.
  • Zweckmäßigerweise weist der Brenner mindestens ein Mittel zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels auf, welches als Ringspalt ausgebildet ist. Advantageously, the burner has at least one means for supplying a gaseous oxidizing agent, which is designed as an annular gap. Durch die Zufuhr des gasförmigen Oxidationsmittels über einen Ringspalt am Brenner wird sichergestellt, dass das gasförmige Oxidationsmittel über den Querschnitt des nahezu zylinderförmigen Drehrohrofens gleichmäßig verteilt wird. By the supply of the gaseous oxidant through an annular gap at the burner that the gaseous oxidizing agent is evenly distributed over the cross section of the nearly cylindrical rotary kiln is ensured.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Brenner einen ersten Ringspalt zur Zufuhr des primären Brennstoffes, eine zweiten Ringspalt und einen dritten Ringspalt zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels auf, wobei der zweite Ringspalt eine für Axialbewegung geeignete Mittel und der dritte Ringspalt eine für Drallbewegung geeignete Mittel aufweisen, um eine Stabilisierung und Führung des primären Brennstoffes (z. B Kohlestaub) zu bewirken. According to a preferred embodiment of the invention, the burner has a first annular gap for supplying the primary fuel, a second annular gap, and a third annular gap for supplying a gaseous oxidizing agent, wherein the second annular gap suitable for axial movement means, and the third annular gap suitable for twist moving means have to bring about a stabilization and guidance of the primary fuel (eg. B coal dust). Besonders bevorzugt weißt der zweite und dritte Ringspalt einen größeren Durchmesser als der erste Ringspalt auf. More preferably, the second and third annular gap know a larger diameter than said first annular gap. In dieser Ausgestaltung der Erfindung werden sowohl primärer Brennstoff als auch das zugehörige Oxidationsmittel gleichmäßig über den Querschnitt des zylinderförmigen Drehrohrofens verteilt. In this embodiment of the invention both primary fuel and the associated oxidant are evenly distributed over the cross section of the cylindrical rotary kiln. Bei einer Verwendung des Drehrohrofens in einer Anlage zur Herstellung von Zement befindet sich der schmelzflüssige Klinker in der Regel auf der inneren Wand des zylinderförmigen Drehrohrofens. In one use of the rotary kiln in a plant for manufacturing cement clinker, the molten is usually located on the inner wall of the cylindrical rotary kiln. Durch die Zufuhr über die Ringspalte bilden sich axiale Strömungen von primärem Brennstoff und zugehörigen Oxidationsmittel aus, die so für einen optimalen Wärmeübertrag auf den schmelzflüssigen Klinker sorgen. By supplying via the annular gaps to axial flow of primary fuel and oxidant associated form which thus ensure an optimum heat transfer to the molten clinker. Durch die zusätzlichen Mittel zur Induzierung einer Drallbewegung des Oxidationsmittels wird die Durchmischung von Oxidationsmittel und primären Brennstoff weiter verbessert. The additional means for inducing a swirling movement of the oxidizer through the mixture of oxidizing agent and primary fuel is further improved.
  • Vorteilhafterweise wird die Lavaldüse derart auf dem Brenner ( Advantageously, the Laval nozzle is (in such a way on the burner 1 1 ) angeordnet, dass sie bei bestimmungsgemäßen Gebrauch des Brenners näher zum Klinker im Drehofen ist, als das/die Mittel zur Zuführung des sekundären Brennstoffes. ) Such that it is closer to the intended use of the burner to the clinker in the rotary kiln, as the / the means for feeding the secondary fuel. Insbesondere ist die Lavaldüse unterhalb der horizontalen Achse und in Drehrichtung neben der vertikalen Achse angeordnet, wobei die horizontale und die vertikale Achse sich im Zentrum des Brenners kreuzen und die Drehrichtung in Blick frontal auf die Brennerflamme bei bestimmungsgemäßer Gebrauch des Brenners bestimmt wird. In particular, the Laval nozzle is arranged below the horizontal axis and in the rotational direction of the vertical axis, the horizontal and the vertical axis intersect at the center of the burner and the rotation direction in the viewing head is determined on the burner flame in the intended use of the burner. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird sichergestellt das die höchsten Temperaturen im Drehofen im Bereich des Klinkers herrschen, wodurch auch die Ofenausmauerung vor thermischer Überhitzung und zusätzlichen Verschleiß geschützt wird. whereby the furnace lining is protected from thermal overheating and additional wear in this embodiment of the invention ensures that rule the highest temperatures in the rotary kiln in the region of the clinker.
  • Ferner umfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Brenners in einem Drehrohrofen, wobei vorwiegend der sekundärer Brennstoff mit mindestens einem gasförmigen Oxidationsmittel verbrannt wird, und wobei mindestens ein gasförmiges Oxidationsmittel sauerstoffangereicherte Luft, technischer Sauerstoff oder reiner Sauerstoff ist. The invention further comprises a method for operation of the burner according to the invention in a rotary tube furnace, mainly the secondary fuel is combusted with at least one gaseous oxidizing agent, and at least one gaseous oxidizing agent oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen. Erfindungsgemäß wird die sauerstoffangereicherte Luft, der technische Sauerstoff oder der reine Sauerstoff über eine Lavaldüse auf Überschall beschleunigt. According to the invention, the oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen through a Laval nozzle is accelerated to supersonic. Durch die erfindungsgemäße Beschleunigung der sauerstoffangereicherten Luft, des technischen Sauerstoffs oder des reinen Sauerstoffs wird sichergestellt, dass der Impuls ausreichend hoch ist, um eine gleichmäßige Verteilung des Sauerstoffs über die gesamte Länge des Drehrohrofens zu gewährleisten. The inventive acceleration of the oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen is ensured that the pulse is sufficiently high to ensure uniform distribution of oxygen throughout the entire length of the rotary kiln. Zusätzlich wird die sauerstoffangereicherte Luft, der technische Sauerstoff oder der reine Sauerstoff in eine Richtung parallel zur Richtung des sekundären Brennstoffs und parallel zur Achse des Drehrohrofens bei bestimmungsgemäßen Gebrauch des Brenners beschleunigt. In addition, the oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen in one direction is accelerated parallel to the direction of the secondary fuel and parallel to the axis of the rotary kiln in the intended use of the burner.
  • Bevorzugt wird die Sauerstoff angereicherte Luft, der technische Sauerstoff oder der reine Sauerstoff auf eine Temperatur zwischen –30°C und 1600°C, bevorzugt auf 800°C vorgewärmt. the oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen to a temperature between -30 ° C and 1600 ° C is preferred, preferably preheated to 800 ° C.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Vorwärmung mittels Zufuhr eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs, bevorzugt Erdgas, über eine Düse. According to a preferred embodiment of the invention, the preheating means of supplying a gaseous or liquid fuel is preferably natural gas, through a nozzle. Dabei wird zweckmäßigerweise der gasförmige oder flüssige Brennstoff mittels elektrischer Zündeinrichtung entflammt wird und bevorzugt die Verbrennung mittels Infrarot- oder Ultravioletsonde überwacht. In this case, the combustion is suitably of gaseous or liquid fuel is ignited by electrical igniting means and preferably monitored by infrared or ultraviolet probe.
  • In Ausgestaltungen der Erfindungen wo die Sauerstoff angereicherte Luft, der technische Sauerstoff oder der reine Sauerstoff auf hohe Temperaturen (über 800°C) erwärmt wird, ist es zweckmäßig die Lavaldüse mit einer Wasserkühulung oder einer Wasser-Luft-Sprühkühlung zu kühlen, um ein Überhitzen der Düse zu vermeiden. In embodiments of the invention where the oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen at high temperatures, is heated (about 800 ° C), it is convenient to cool the Laval nozzle with a Wasserkühulung or a water-air-spray cooling to overheating to avoid the nozzle.
  • Bevorzugt wird der primäre Brennstoff über einen Ringspalt und mindestens ein gasförmiges Oxidationsmittel, bevorzugt Luft, über mindestens einen weiteren Ringspalt zugeführt, wobei dabei mindestens ein Ringspalt eine Drallbewegung des gasförmigen Oxidationsmittels induziert. the primary fuel via an annular gap and at least one gaseous oxidizing agent, preferably air, is supplied via at least one further annular gap is preferred, while at least one annular gap induces a swirling motion of the gaseous oxidizing agent. Die Zufuhr über die Ringspalte und die zugehörige Drallbewegung des primären gasförmigen Oxidationsmittels sorgen für eine gleichmäßige Verteilung und Durchmischung von Brennstoff und Oxidationsmittel über den Querschnitt des zylinderförmigen Drehrohrofens. The supply via the annular gaps and the associated swirl movement of the primary gaseous oxidizing agent to ensure a uniform distribution and mixing of fuel and oxidizer over the cross section of the cylindrical rotary kiln.
  • Dabei wird besonders bevorzugt ein über den Klinkerkühler vorgewärmtes sekundäres gasförmige Oxidationsmittel, bevorzugt Luft, zwischen Brenner und Ofen zugeführt. In this case, a preheated over the clinker cooler secondary gaseous oxidant, preferably air, between the burner and furnace is more preferably fed.
  • Zweckmäßigerweise werden verschiedene sekundäre Brennstoffe über verschiedene Zuführungen, bevorzugt Düsen, zugeführt. Advantageously, various alternative fuels via various supply lines, preferably nozzles, respectively. Durch die Zufuhr von sekundären Brennstoffen kann die Menge an verwendetem höherwertigen primären Brennstoff reduziert werden, wobei gleichzeitig die zugeführte Wärmemenge aufrecht erhalten wird. By the supply of secondary fuel, the amount used can be reduced more significant primary fuel, at the same time the amount of heat supplied is maintained.
  • Zweckmäßigerweise wird technischer oder reiner Sauerstoff über eine Lavaldüse in einen Luftstrom in einer größeren Düse auf Überschall beschleunigt. Advantageously, the technical or pure oxygen through a Laval nozzle in a stream of air in a larger nozzle is accelerated to supersonic. Der die Lavaldüse umhüllende Luftstrom dient dabei der Kühlung der eigentlichen Lavaldüse und dem Freihalten. The Laval nozzle enveloping air flow serves to cool the actual Laval nozzle and keep clear.
  • Der erfindungsgemäße Brenner eignet sich besonders zur Befeuerung eines Drehrohofens in einer Anlage zur Herstellung von Zement. The burner according to the invention is particularly suitable for firing a Drehrohofens in a plant for manufacturing cement.
  • Der erfindungsgemäße Brenner wird dabei bevorzugt im Gegenstrom zur Fließrichtung des Klinkers im Drehrohofen angeordnet. The burner according to the invention is preferably arranged in counter-current to the flow direction of the clinker in the rotary kiln. Zusätzlich wird durch den erfindungsgemäßen Brenner der Sauerstoffanteil bei der Verbrennnung durch die über die Lavaldüse zugeführte sauerstoffangereicherte Luft, den reinen Sauerstoff oder den technischen Sauerstoff erhöht, wodurch die Flammentemperatur steigt und der Wärmeübertrag durch Strahlung auf den schmelzflüssigen Klinker verbessert wird. In addition, the proportion of oxygen in the Verbrennnung by the supplied through the Laval nozzle, oxygen-enriched air, pure oxygen or technical oxygen is increased by the inventive burner, whereby the flame temperature rises, and the heat transfer is improved by radiation to the molten clinker. Dadurch werden ebenfalls die zugeführten Sekundärbrennstoffe besser vorgewärmt, verdampft, vergast und schließlich verbrannt. Thus, the supplied secondary fuels are also better preheated, vaporized, gassed and then burned. Durch die verbesserte Verbrennung und durch Mischung der Brennstoffe mit den gasförmigen Oxidationsmittel können zusätzlich die Anteile an Sekundärbrennstoffen gegenüber Primärbrennstoff gesteigert werden. Due to the improved combustion and by mixing the fuel with the gaseous oxidizing agent, the proportions can be increased to secondary fuels compared to primary fuel addition. Dadurch läßt sich ein Drehrohrofen mit dem erfindungsgemäßen Brenner deutlich günstiger als ein Drehrohrofen nach dem Stand der Technik betreiben. Thereby, a rotary kiln with the inventive burner itself can be significantly less expensive to operate than a rotary kiln according to the prior art.
  • Die Zufuhr der sauerstoffangereicherten Luft, des technischen Sauerstoffs oder des reinen Sauerstoffs über die Lavaldüse stabilisiert den Verbrennungsprozeß und erlaubt ein schnelles Anfahren nach Abschalten des Brenners. The supply of the oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen through the Laval nozzle stabilizes the combustion process and allows a quick start after the burner. Durch die Überschallgeschwindigkeitszufuhr mittels Lavaldüse vermischen sich die Brennstoffe und die sauerstoffangereicherte Luft, der technische Sauerstoff bzw. der reine Sauerstoff in größerer Entfernung vom Brenner, wodurch die Gefahr von Rückzündungen und Betriebsstörungen minimiert wird. Due to the supersonic speed of supply by means of the Laval nozzle, the fuel and the oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen at a greater distance from the burner, thereby reducing the risk of re-ignition and operational disturbances is minimized mix.
  • Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es insbesondere, einen alternativen Brenner und ein Verfahren zum Betrieb dieses Brenners zur Verfügung zu stellen, der zur Befeuerung eines Drehrohrofens in einer Anlage zur Herstellung von Zement geeignet ist. With the present invention it is possible in particular to provide an alternative burner and a method of operating this burner available which is suitable for firing a rotary kiln in a plant for manufacturing cement. Zusätzlich wird eine optimale Durchmischung der Brennstoffe und Oxidationsmittel gewährleistet. In addition, an optimum mixing of fuel and oxidizer is ensured.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert werden. In the following the invention will be explained in more detail with reference to the figures shown in the embodiment of the invention.
  • Es zeigen Show it
  • 1 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brenners in der Aufsicht und an embodiment of the inventive burner in the supervision and
  • 2 2 die Lavaldüse aus the Laval nozzle 1 1 im Querschnitt und im Detail in cross section and in detail
  • 3 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brenners im bestimmungsgemäßen Gebrauch an alternative embodiment of the burner according to the invention in normal use
  • 1 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines nahezu zylindrischen Brenners shows an embodiment of a nearly cylindrical burner 1 1 , wobei der Brenner Wherein the burner 1 1 vom Brennerkopf her in der Aufsicht dargestellt ist. is shown from the burner head forth in the plan. Der Brenner The burner 1 1 hat einen kreisförmigen Querschnitt. has a circular cross-section. Er weist mehrere Ringspalte He has several annular gaps 2 2 , . 3 3 und and 4 4 sowie einen zentralen nahezu zylindrischen Teil and a central approximately cylindrical part 5 5 auf. on. Der innerste Ringspalt The innermost annular gap 4 4 dient zur Zufuhr des primären Brennstoffes, welcher hauptsächlich aus Kohlenstaub oder Tiermehl besteht. serves to supply the primary fuel, which is composed mainly of coal dust or animal meal. Über die beiden äußeren Ringspälte About the two outer Ringspälte 2 2 und and 3 3 wird gasförmiges Oxidationsmittel im Wesentlichen Luft zugeführt. gaseous oxidant substantially air is supplied. Der Ringspalt The annular gap 3 3 weist dabei geeignete Mittel auf, um eine Drallströmung der zugeführten Luft zu erzeugen. it has suitable means to produce a swirl flow of the supplied air. In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners werden somit eine axiale Strömung des primären Brennstoffs mit einer umgebenden axialen Strömung von Luft und einer Drallströmung von Luft verwendet. In this embodiment of the burner according to the invention an axial flow of the primary fuel with a surrounding axial flow of air and a swirl flow of air thus be used. Dadurch bildet sich eine homogene axial gut verteilte Feuerung mit optimalem Wärmeübertrag auf den schmelzflüssigen Klinker an der Innenwand des Drehrohrofens (nicht dargestellt) aus. A homogeneous axial well distributed combustor with an optimum heat transfer from forming on the molten clinker to the inner wall of the rotary kiln (not shown).
  • Der nahezu zylindrische zentrale Teil The almost cylindrical central part 5 5 weist zwei Düsen has two nozzles 6a 6a und and 6b 6b zur Zufuhr eines sekundären Brennstoffes auf. to feed on a secondary fuel. Dabei können entweder Heizöl oder Klärschlämme über die Düse Either fuel oil or sludge can through the nozzle 6a 6a und/oder Kunststoffschnipsel über die Düse and / or plastic scraps through the nozzle 6b 6b als sekundäre Brennstoffe zugeführt werden. are fed as secondary fuel. Innerhalb einer weiteren Düse Within a further nozzle 7 7 im zylindrischen zentralen Teil the cylindrical central part 5 5 befindet sich eine Lavaldüse There is a Laval nozzle 8 8th zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels mit mehrfacher Überschallgeschwindigkeit. for supplying a gaseous oxidizing agent with multiple supersonic speed. Über die Lavaldüse About the Laval nozzle 8 8th wird dabei hauptsächlich sauerstoffangereicherte Luft, technischer Sauerstoff oder reiner Sauerstoff zugeführt. is thereby supplied mainly oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen.
  • In der größeren Düse In the larger nozzle 7 7 wird Luft zugeführt, die derart einen Hüllstrom bildet, der dafür sorgt, dass die Lavaldüse gleichzeitig gekühlt und freigehalten wird. Air is supplied, the thus forms a sheath flow, which ensures that the Laval nozzle is simultaneously cooled and kept free. Über die Lavaldüse About the Laval nozzle 8 8th wird sauerstoffangereicherte Luft, technischer Sauerstoff oder reiner Sauerstoff mit Überschallgeschwindigkeit in den Drehrohrofen induziert, wodurch sich eine optimale Durchmischung des primären Brennstoffes und der zugeführten gasförmigen Oxidationsmittel im Drehrohrofen ergibt. is oxygen-enriched air, is induced technical oxygen or pure oxygen with a supersonic speed in the rotary kiln, whereby optimum mixing of the primary fuel and the supplied oxidant gas in the rotary kiln results. Besonders mischt sich durch den hohen Impuls resultierend aus der Überschallgeschwindigkeitkeitszufuhr des reinen Sauerstoffs, des technischen Sauerstoffs oder der sauerstoffangereicherten Luft der sekundäre Brennstoff optimal mit dem Oxidationsmittel. Particularly mixes due to the high pulse resulting from the Überschallgeschwindigkeitkeitszufuhr of pure oxygen, technical oxygen or oxygen-enriched air to the secondary fuel optimally with the oxidizing agent. Die Verbrennung findet dabei durch den langen Lavalstrahl und die Überschallgeschwindigkeit wesentlich entfernt vom Brennerkopf im Drehrohrofen statt. Combustion takes it through the long Laval jet and the supersonic take much away from the burner head in the rotary kiln.
  • Die über die äußeren Ringspalte The outer ring on the column 2 2 und and 3 3 zugeführte Luftmenge wird dabei um den Sauerstoffanteil aus der Lavaldüse reduziert. supplied air quantity is reduced by the amount of oxygen from the Laval nozzle. In der Regel wird in einem Drehrohrofen zur Zementherstellung zusätzlich noch vorgewärmte Sekundärluft im Gegenstrom zur Primärluft des Brenners induziert. Usually still preheated secondary air in countercurrent to the primary air of the burner is induced in a rotary kiln for cement production additionally. Durch die Reduktion der kalten Primärluft der Ringspalte By reducing the cold primary air of the annular gaps 2 2 und and 3 3 läßt sich daher Energie beim Betrieb des Drehrohrofens durch die daraus resultierende Reduktion des Stickstoff Ballastes in der vorgewärmten Sekundärluft einsparen. can therefore be energy during operation of the rotary kiln through the resulting reduction of the nitrogen ballast saved in the preheated secondary air.
  • 2 2 zeigt die Lavaldüse shows the Laval nozzle 8 8th im Querschnitt. in cross section. Die sauerstoffangereicherte Luft, der technische Sauerstoff oder der reine Sauerstoff wird in Pfeilrichtung in den konvergenten Tel The oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen is in the arrow direction in the convergent Tel 81 81 auf den kurzen zylindrischen Teil on the short cylindrical portion 82 82 geführt. guided. In dem zylindrichen Teil In the part zylindrichen 82 82 wird die Schallgescheindigkeit erreicht und anschließend sorgt der divergente Teil the Schallgescheindigkeit is reached and then provides the divergent part 83 83 für eine Beschleunigung des zugeführten Oxidationsmittels auf Überschallgeschwindigkeit. for an acceleration of the supplied oxidant to supersonic speed. Über die Düse Via the nozzle 9 9 wird ein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff, in diesem Ausführungsbeispiel Erdgas, in den konvergenten Teil a gaseous or liquid fuel, in this embodiment, natural gas in the converging portion 81 81 gedüst und mit der sauerstoffangereicherten Luft, dem technischen Sauerstoff oder dem reinen Sauerstoff vermischt. jetted and mixed with the oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen. Durch die Verbrennung des Brennstoffes wird die sauerstoffangereicherte Luft, der technische Sauerstoff oder der reine Sauerstoff auf die gewünschte Temperatur vorgewärmt. By the combustion of the fuel, the oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen to the desired temperature is preheated. Die Vorwärmung erfolgt somit in der Lavaldüse vor Verlassen des Brenners und damit vor Kontaktierung mit dem eigentlichen sekundären Brennstoff. The preheating thus takes place in the Laval nozzle before leaving the burner and before contact with the actual secondary fuel. Die Verbrennung zur Vorwärmung konsumiert nur einen Bruchteil der zugeführten sauerstoffangereicherten Luft, des technischen Sauerstoffs oder des reinen Sauerstoffs. The combustion to preheat consumed only a fraction of the supplied oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen. Über den Impuls des Erdgases kann dabei stufenlos die Geschwindigkeit der sauerstoffangereicherten Luft, des technischen Sauerstoffs oder des reinen Sauerstoffs gesteuert werden. About the pulse of natural gas while the rate of oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen can be controlled continuously. Um eine Überhitzung der Lavaldüse To prevent overheating of the Laval nozzle 8 8th zu vermeinden ist diese mit Kühlkanälen vermeindlich this is with cooling channels 84 84 und and 85 85 ausgestattet. fitted. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Kühlwasser über den Kanal In this embodiment of the invention, cooling water through the channel 84 84 zugeführt und als erwärmtes Kühlwasser über den Kanal and fed as heated coolant through the channel 85 85 abgeführt. dissipated. Die Verbrennung des Erdgases wird über eine elektrische Zündeinrichtung (nicht dargestellt) mittels Zündfunken gestartet. The combustion of the natural gas is via an electrical ignition device (not shown) is started by means of ignition spark.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß The embodiment of 3 3 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel aus substantially corresponds to the embodiment of 1 1 , jedoch weist diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners nur eine Düse However, does this design of the burner of the invention only one nozzle 6a 6a zur Zuführung des sekundären Brennstoffes auf. for supply to the secondary fuel. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung nach Otherwise the design corresponds to 3 3 der Ausgestaltung nach the embodiment according to 1 1 und wird hier im bestimmungsgemäßen Gebrauch dargestellt. and is represented here in the intended use. 1 1 zeigt dabei den Blick in den Drehofen shows a view of the rotary kiln 11 11 auf die Flamme des Brenners the flame of the burner 1 1 . ,
  • Der Brenner The burner 1 1 ist im Mittelpunkt des Drehofens is at the center of the rotary kiln 11 11 angeordnet. arranged. Der zu brennende Klinker To be burning clinker 10 10 befindet sich hauptsächlich am Boden des Drehofens located mainly at the bottom of the rotary kiln 11 11 und neben der Vertikalen and adjacent to the vertical 13 13 in Drehrichtung (dargestellt durch den gekrümmten Pfeil). in the rotation direction (shown by the curved arrow). In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist die Lavaiduse In this embodiment of the invention is the Lavaiduse 8 8th derart angeordnet, dass sie dem Klinker arranged such that they the clinker 10 10 näher ist als die Düse is closer than the nozzle 6a 6a für den sekundären Brennstoff. for the secondary fuel. Vertikale vertical 13 13 und Horizontale and Horizontal 12 12 kreuzen sich im Mittelpunkt des Brenners, wo sich auch die Düse cross at the center of the burner where the nozzle 6a 6a zur Zufuhr des sekundären Brennstoffes befindet. is for feeding the secondary fuel. Die Lavaldüse the Laval nozzle 8 8th ist hier unterhalb der Horizontalen is here below the horizontal 12 12 und in Drehrichtung neben der Vertikalen and in the rotational direction in addition to the vertical 13 13 angeordnet. arranged.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
    • EP 0451648 [0005, 0006] EP 0451648 [0005, 0006]
    • EP 0344784 [0007, 0007] EP 0344784 [0007, 0007]
    • US 20080090194 [0008] US 20080090194 [0008]

Claims (21)

  1. Brenner ( Brenner ( 1 1 ) mit im Wesentlichen zylindrischer Geometrie geeignet zur Befeuerung eines Drehrohrofens umfassend: • mindestens ein geeignetes Mittel zur Zufuhr eines primären Brennstoffes ( ) Suitable with substantially cylindrical geometry for firing of a rotary kiln comprising: • at least one suitable means for supplying a primary fuel ( 4 4 ), • mindestens ein geeignetes Mittel zur Zufuhr eines sekundären Brennstoffes ( ), • at least one suitable means for supplying a secondary fuel ( 6a 6a , . 6b 6b ) und • einen axialen nahezu zylinderförmigen zentralen Teil ( ), And • an axial almost cylindrical central part ( 5 5 ), • welcher mindestens eine Düse ( ), • which at least one nozzle ( 7 7 ) geeignet zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass • der zentrale Teil ( ) Has suitable for supplying a gaseous oxidizing agent, characterized in that • the central part ( 5 5 ) mindestens eine weitere Düse ( ) At least one further nozzle ( 8 8th ) geeignet zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels aufweist, welche als Lavaldüse ( ) Has suitable for supplying a gaseous oxidizing agent which (as a Laval nozzle 8 8th ) ausgeformt ist, wobei die Lavaldüse ( ) Is formed, wherein the Laval nozzle ( 8 8th ) derart ausgeformt ist, dass das gasförmige Oxidationsmittel auf Überschallgeschwindigkeit, insbesondere mehrfache Überschallgeschwindigkeit, beschleunigt wird, und • wobei die Lavaldüse derart angeordnet ist, dass das Oxidationsmittel parallel zum sekundären Brennstoff beschleunigt wird. ) Is formed such that the gaseous oxidizing agent at supersonic speed, in particular multiple supersonic velocity is accelerated, and • wherein the Laval nozzle is arranged so that the oxidizing agent is accelerated parallel to the secondary fuel.
  2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse ( Burner according to claim 1, characterized in that the Laval nozzle ( 8 8th ) Mittel zum Aufheizen des Oxidationsmittels auf eine Temperatur zwischen –30°C und 1600°C, bevorzugt 800°C, aufweist. ) Means for heating the oxidant to a temperature between -30 ° C and 1600 ° C, preferably 800 ° C, comprising.
  3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aufheizen des Oxidationsmittels als Düse geeignet zur Zufuhr eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffes, bevorzugt Erdgas, ausgebildet ist und bevorzugt eine elektrische Zündeinrichtung aufweist. Burner according to claim 2, characterized in that the means for heating the oxidizing agent preferably is formed as a nozzle suitable for supplying a gaseous or liquid fuel, natural gas, and preferably has an electrical ignition device.
  4. Brenner nach einem der Ansprüche 2 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse ( Burner according to one of claims 2 or 13, characterized in that the Laval nozzle ( 8 8th ) eine Infrarot- oder Ultravioletsonde geeignet zur Überwachung der Flammtemperatur in der Lavaldüse ( ) An infrared or ultraviolet probe suitable (for monitoring the flame temperature in the Laval nozzle 8 8th ) aufweist. ) having.
  5. Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse zusätzliche eine äußere Kühlung, bevorzugt eine Wasserkühlung oder eine Wasser-Luft-Sprühkühlung, aufweist. Burner according to one of claims 2 to 4, characterized in that the Laval nozzle additional external cooling, preferably a water-cooling or water-air-spray cooling, comprising.
  6. Brenner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse ( Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the Laval nozzle ( 8 8th ) innerhalb einer größeren Düse ( ) (Within a larger nozzle 7 7 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  7. Brenner ( Brenner ( 1 1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mittel zur Zufuhr des primären Brennstoffes als erster Ringspalt ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that at least one means for supplying the primary fuel (as a first annular gap 4 4 ) ausgeführt ist. ) Is executed.
  8. Brenner ( Brenner ( 1 1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mittel zur Zufuhr des sekundären Brennstoffes als Düse ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that at least one means for the supply of secondary fuel (as a nozzle 6a 6a , . 6b 6b ) ausgeführt und im zylinderförmigen zentralen Teil angeordnet ist. is) constructed and arranged in the cylindrical central part.
  9. Brenner ( Brenner ( 1 1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the burner ( 1 1 ) mindestens ein Mittel zur Zufuhr eines gasförmigen Oxidationsmittels aufweist, welches als Ringspalt ( ) Comprises at least one means for supplying a gaseous oxidizing agent which (as an annular gap 2 2 , . 3 3 ) ausgebildet. ) educated.
  10. Brenner ( Brenner ( 1 1 ) nach nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the burner ( 1 1 ) einen ersten Ringspalt ( ) Comprises a first annular gap ( 4 4 ) zur Zufuhr des primären Brennstoffes, einen zweiten Ringspalt ( ) For supplying the primary fuel, a second annular gap ( 2 2 ) und einen dritten Ringspalt ( ) And a third annular gap ( 3 3 ) zur Zuführung eines gasförmigen Oxidationsmittels aufweist, wobei der dritte Ringspalt ( ), Has to supply a gaseous oxidant wherein the third annular gap ( 3 3 ) geeignete Mittel aufweist, um eine Drallbewegung des gasförmigen Oxidationsmittels zu indizieren. having) suitable means to index a swirling motion of the gaseous oxidizing agent.
  11. Brenner ( Brenner ( 1 1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und/oder dritte Ringspalt ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the second and / or third annular gap ( 2 2 , . 3 3 ) einen größeren Durchmesser als der erste Ringspalt ( ) Has a greater diameter (than the first annular gap 4 4 ) aufweisen/aufweist. ) Have / has.
  12. Brenner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse ( Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the Laval nozzle ( 8 8th ) derart auf dem Brenner ( () In such a way on the burner 1 1 ) angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßen Gebrauch des Brenners näher zum Klinker ( is arranged) that they closer (in the intended use of the burner to the clinker 10 10 ) im Drehofen ( ) (In the rotary kiln 11 11 ) ist, als das/die Mittel zur Zuführung des sekundären Brennstoffes ( ) Is, when the / the means for supplying the secondary fuel ( 6a 6a , . 6b 6b ). ).
  13. Brenner ( Brenner ( 1 1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse ( ) According to claim 12, characterized in that the Laval nozzle ( 8 8th ) unterhalb der horizontalen Achse ( ) Below the horizontal axis ( 12 12 ) und in Drehrichtung neben der vertikalen Achse ( ) And (in the direction of rotation of the vertical axis 13 13 ) angeordnet ist, wobei die horizontale ( is arranged), the horizontal ( 12 12 ) und die vertikale Achse ( ) And the vertical axis ( 13 13 ) sich im Zentrum des Brenners ( ) Is (in the center of the burner 1 1 ) kreuzen und die Drehrichtung in Blick frontal auf die Brennerflamme bei bestimmungsgemäßer Gebrauch des Brenners ( ) And cross (the rotational direction in front view of the burner flame under normal use of the burner 1 1 ) bestimmt wird. ) Is determined.
  14. Verfahren zum Betrieb eines Brenners ( A method of operating a burner ( 1 1 ) in einem Drehrohrofen, wobei ein primärer Brennstoff und mindestens ein sekundärer Brennstoff mit mindestens einem gasförmigen Oxidationsmittel verbrannt werden, wobei mindestens ein gasförmiges Oxidationsmittel Sauerstoff angereicherte Luft, technischer Sauerstoff oder reiner Sauerstoff ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoff angereicherte Luft, der technische Sauerstoff oder der reine Sauerstoff über eine Lavaldüse auf Überschall parallel zur Ausstoßrichtung des primären und sekundären Brennstoffes beschleunigt werden. ) In a rotary kiln, wherein a primary fuel and at least one secondary fuel to be burnt at least one gaseous oxidizing agent, said at least one gaseous oxidizing agent is oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen, characterized in that the oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen through a Laval nozzle are accelerated parallel to the discharge direction of the primary and secondary fuel to supersonic.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 14, dadurch gekennzeichnet, dass Sauerstoff angereicherte Luft, der technische Sauerstoff oder der reine Sauerstoff auf eine Temperatur zwischen –30°C und 1600°C, bevorzugt 800°C vorgewärmt wird. A method according to any one of claims 14, characterized in that oxygen-enriched air, technical oxygen or pure oxygen to a temperature between -30 ° C and 1600 ° C, preferably 800 ° C is preheated.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung mittels Zufuhr eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs, bevorzugt Erdgas, über eine Düse erfolgt. A method according to claim 15, characterized in that the preheating means of supplying a gaseous or liquid fuel, preferably natural gas, is carried out through a nozzle.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige oder flüssige Brennstoff mittels elektrischer Zündeinrichtung entflammt wird und bevorzugt die Verbrennung mittels Infrarot- oder Ultravioletsonde überwacht wird. A method according to claim 16, characterized in that the gaseous or liquid fuel is ignited by electrical igniting means and preferably, the combustion by means of infrared or ultraviolet probe is monitored.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Brennstoff über einen Ringspalt ( Method according to one of claims 14 to 17, characterized in that the primary fuel (via an annular gap 4 4 ) und mindestens ein gasförmiges Oxidationsmittel, bevorzugt Luft, über mindestens einen weiteren Ringspalt ( ) And at least one gaseous oxidizing agent, preferably air, (at least one further annular gap 2 2 , . 3 3 ) zugeführt wird, wobei in mindestens einem Ringspalt ( ) Is supplied, wherein (in at least one annular gap 2 2 , . 3 3 ) eine Drallbewegung des gasförmigen Oxidationsmittel induziert wird. ) Inducing a swirling motion to the gaseous oxidizing agent.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass gasförmiges Oxidationsmittels, bevorzugt Luft, über den äußersten Ringspalt ( A method according to any one of claims 14 to 18, characterized in that the gaseous oxidizing agent, preferably air, (over the outermost annular gap 2 2 ) zugeführt wird. ) Is supplied.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 199, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene sekundäre Brennstoffe über verschiedene Zuführungen, bevorzugt Düsen ( Method according to one of claims 14 to 199, characterized in that several secondary fuels via various supply lines, preferably nozzles ( 6a 6a , . 6b 6b ), zugeführt werden. ) Are supplied.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das technischer oder reiner Sauerstoff über eine Lavaldüse ( Method according to one of claims 14 to 20, characterized in that the technical or pure oxygen through a Laval nozzle ( 8 8th ) in einen Luftstrom in einer größeren Düse ( ) (In a flow of air in a larger nozzle 7 7 ) auf Überschall beschleunigt wird. ) Is accelerated to supersonic.
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