DE3112800A1

DE3112800A1 - Method to permit the combustion of a flowable fuel which is composed of particles with different masses

Info

Publication number: DE3112800A1
Application number: DE19813112800
Authority: DE
Inventors: German 8047 Karlsfeld Kurz; Joachim von Dipl.-Ing. Dr. 8032 Gräfelfing Linde; Robert Von Dipl.-Ing. Linde
Original assignee: Caloric Gesellschaft fuer Apparatebau mbH
Current assignee: Caloric Gesellschaft fuer Apparatebau mbH
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1982-10-14

Abstract

A method is proposed to permit the combustion of a flowable fuel which is composed of particles with different masses, especially coal dust, in the case of which total combustion of the particles is achieved independently of their masses by guiding the fuel and the combustion air towards one another in opposite directions, so that the particles are retarded and diverted by the stream of air. This causes particles with small masses to be burned in the flame immediately, whereas particles with larger masses pass through the flame, in which process they are ignited, after which the stream of air retards and diverts them, and transports them into the flame a second time, where they are then burnt up completely.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen einesThe invention relates to a method for burning a

fließfähigen, aus Teilchen unterschiedlicher Masse bestehenden Brennstoffes, insbesondere Kohlenstaub, in einer Brennzone unter Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases.flowable fuel consisting of particles of different mass, in particular coal dust, in a combustion zone with the supply of an oxygen-containing one Gas.

Bei der Verbrennung von Kohlenstaub, aber auch bei der Verbrennung von schwerem Heizöl besteht das Problem, daß eine vollständige Verbrennung aufgrund des Umstandes, daß diese Brennstoffe aus Teilchen von erheblich unterschiedlicher Masse bestehen, nur schwer zu erreichen ist. Teilchen größerer Masse brauchen eine längere Zeit zum Verbrennen, sollten also die Möglichkeit einer längeren Verweilzeit in der Brennzone haben, und sie benötigen außerdem mehr Sauerstoff als Teilchen kleiner Masse, um vollständig zu verbrennen. Diese Voraussetzungen erfüllen die bekannten Brenner nicht.When burning coal dust, but also when burning it of heavy fuel oil there is a problem that it is due to complete combustion the fact that these fuels consist of particles of considerably different There are masses that are difficult to achieve. Particles of greater mass need one longer time to burn, so should allow for a longer residence time in the burn zone, and they also require more oxygen than particles small mass to burn completely. These requirements are met by known burner not.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine weitgehend vollständige Verbrennung des Brennstoffes unabhängig von der Masse der einzelnen Brennstoffteilchen erreicht wird.The object of the invention is therefore to provide a method of the type mentioned at the beginning Kind of creating with which a largely complete combustion of the fuel is achieved regardless of the mass of the individual fuel particles.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird bei richtiger Wahl der Relativgeschwindigkeit zwischen Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas erreicht, daß jedes Brennstoffteilchen entsprechend seiner Masse bis zu einer Stelle vordringen kann, in welcher der Sauerstoff-Partialdruck in einer gewissen Relation zu seiner Masse steht, so daß ausreichend Sauerstoff zur vollständigen Verbrennung des betreffenden Teilchens zur Verfügung steht. Außerdem ist die Verweilzeit in der Brennzone für Teilchen größerer Masse länger als für Teilchen kleinerer Masse, wodurch jedes Teilchen entsprechend seiner Masse eine ausreichende Zeit zum Verbrennen hat.In the case of the proposal according to the invention, if the relative speed is selected correctly between fuel and oxygen-containing gas reaches that each fuel particle according to its mass can penetrate to a point in which the oxygen partial pressure is in a certain relation to its mass, so that there is sufficient oxygen is available for complete combustion of the relevant particle. aside from that is the dwell time in the combustion zone for particles of greater mass longer than for particles of smaller mass, making each particle according to its Mass has sufficient time to burn.

Insbesondere beim Verbrennen von Kohlenstaub ist es zweckmäßig, diesen mit einem fließfähigen Fördermedium gemischt im Gegenstrom zu dem sauerstoffhaltigen Gas zuzufUhren.It is particularly useful when burning coal dust mixed with a flowable conveying medium in countercurrent to the oxygen-containing one Supply gas.

Dieses Förderniedium kann ein Gas, es kann jedoch auch Wasser oder ein anderer Brennstoff, z.B. Erdgas, Methanol.This conveying medium can be a gas, but it can also be water or another fuel, e.g. natural gas, methanol.

Äthanol oder dgl. sein. Bei der Verbrennung von schwerem Heiöl hat sich der Zusatz von etwa 5% Wasser als vorteilhaft erwiesen.Ethanol or the like. Be. When burning heavy hot oil it has the addition of about 5% water proved to be advantageous.

Zweckmäßigerweise wird der Brennstoff von oben und das sauerstoffhaltige Gas von unten der Brennzone zugeführt.Appropriately, the fuel from above and the oxygen-containing Gas supplied from below to the combustion zone.

Dadurch wird vermieden, daß der Brennstoff durch die Schwerkraft aus seiner auf den Gasstrom gerichteten Richtung abgelenkt wird. Die Geschwindigkeit des sauerstoffhaltigen Gases kann auf seinem Weg zur Brennzone zwischen Hoch- und Tiefwerten verändert werden, um zu erreichen, daß Brennstofftellchen größerer Masse die Bereiche, in denen die Geschwindigkeit des sauerstoffhaltigen Gases einen geringen Wert hat, durchfliegen, in der nächsten Zone, in der die Geschwindigkeit des sauerstoffhaltigen Gases hoch ist, abgebremst und in die Brennzone zurückgeführt wird.This prevents the fuel from being drawn out by gravity its direction directed to the gas flow is deflected. The speed of the oxygen-containing gas can be on its way to the combustion zone between high and Low values are changed in order to achieve that fuel particles of greater mass the areas in which the velocity of the oxygen-containing gas is low Has worth, fly through, in the next zone in which the speed of the oxygenated Gas is high, slowed down and returned to the combustion zone.

Um das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise in einem Kessel- oder einem anderen Feuerraum verwirklichen zu können, ist es zweckmäßig, daß der Brennstoff zunächst in der Strömungsrichtung des sauerstoffhaltigen Gases geführt und dann in oder hinter der Flamme umgelenkt wird, so daß er nun im Gegenstrom zu dem sauerstoffhaltigen Gas strömt.To use the method according to the invention in a simple manner in a boiler or another furnace, it is advisable that the Fuel initially guided in the direction of flow of the oxygen-containing gas and then diverted into or behind the flame, so that it is now in countercurrent to it the oxygen-containing gas flows.

Dadurch läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Brenner verwirklichen, der in eine Öffnung in der Wand eines Feuerraumes eingesetzt werden kann und sowohl den Anschluß für das sauerstoffhaltige Gas als auch den Anschluß für den Brennstoff enthält. Die Brennstoffleitung kann dabei durch die Mischzone und die Brennzone gelegt werden oder auch parallel dazu außerhalb der Misch- und Brennzone angeordnet werden.This allows the method according to the invention with a burner Realize that can be inserted into an opening in the wall of a fireplace can and both the connection for the oxygen-containing gas and the connection for the fuel contains. The fuel line can pass through the mixing zone and the burning zone can be placed or parallel to it outside the mixing and Burning zone can be arranged.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 ein Diagramm, das den Verbrennungsablauf bei den üblichen Brennern darstellt, bei denen der Brennstoff und die Verbrennungsluft in der gleichen Richtung strömen, Fig. 2 ein Diagramm des erfindungsgemäßen Verbrennungsverfahrens, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Feuerraumes mit einem Brenner zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Brenners.The invention will be described below with reference to the drawings described in more detail. It shows: FIG. 1 a diagram showing the combustion sequence in the usual burners, in which the fuel and the combustion air flow in the same direction, Fig. 2 is a diagram of the combustion process according to the invention, Fig. 3 is a schematic representation of a furnace with a burner for implementation of the method according to the invention, and FIG. 4 shows a schematic representation of a second embodiment of a burner.

In dem Diagramm gemäß Fig. 1 ist auf der Abszisse die Verweilzeit sowie der Sauerstoffgehalt in der Brennzonetto bis 0 t1)und auf der Ordinate die Masse der Brennstoffteilchen aufgezeichnet. Der Sauerstoffgehalt verringert sich von links nach rechts von z.B. 21% bis auf z.B. 2%. Der Verbrennungsvorgang verläuft in dem Diagramm von links nach rechts und beginnt bei to. Brennstoff und Verbrennungsluft werden beide von links zugeführt. Teilchen kleiner Masse, deren Weg durch die Brennzone durch die Linien a, b, und c dargestellt ist, verbrennen in einem Bereich hohen Sauerstoff-Partialdruckes sehr schnell und vollständig, während Teilchen größerer Masse, wie die Teilchen, deren Weg durch die Linien d, e, und f dargestellt ist, eine wesentlich längere Zeit zum vollständigen Verbrennen brauchen und mit fortschreitendem Durchfliegen der Brennzone in Gebiete mit immer geringer werdendem Sauerstoff-Partialdruck gelangen, so daß ein vollständiges Ausbrennen nicht mehr gewährleistet ist. Dies ist z.B. bei den Teilchen e und f zu sehen, die am Ende tl der Verweilzeit noch immer eine wenn auch verringerte Masse haben.In the diagram according to FIG. 1, the dwell time is on the abscissa as well as the oxygen content in the Brennzonetto up to 0 t1) and on the ordinate the Mass of fuel particles recorded. The oxygen content decreases from left to right from e.g. 21% to e.g. 2%. The combustion process proceeds in the diagram from left to right and starts at to. Fuel and combustion air are both fed from the left. Particles of small mass, their way through the burning zone by the lines a, b, and c shown burn in one Area of high partial pressure of oxygen very quickly and completely, while particles greater mass, like the particles whose path is represented by the lines d, e, and f is, need a much longer time to burn completely and with progressive flying through the burn zone in areas with ever decreasing Oxygen partial pressure get so that complete burnout is no longer possible is guaranteed. This can be seen, for example, with the particles e and f, which are at the end tl of the residence time still have a mass, albeit a reduced one.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dessen Brennverlauf in Fig. 2 dargestellt ist, wird die Luft von links und der Brennstoff von rechts zugeführt. Die Linien zeigen wiederum den Weg der Brennstoffteilchen in der Brennzone (to bis t1) in Abhängigkeit von der Masse der Teilchen. Wie ersichtlich, verbrennen Teilchen mit kleiner Masse in der Flamme bei verringertem Sauerstoff-Partialdruck, während Teilchen größerer Masse durch die Flamme hindurchfliegen, dabei gezündet werden und in Konen hohen Sauerstoff-Partlaldrucks eindringen, dadurch beschleunigt abbrennen, durch die entgegenströmende Luft abgebremst und mit abnehmender Masse in die Flamme zurückgeführt werden, bis sie schlielizh vollständig verbrannt sind. Der Beginn der Flamme ist in Fig. 2 durch die senkrechte Linie B angedeutet.In the method according to the invention, the course of which is shown in FIG shown, the air is supplied from the left and the fuel from the right. The lines in turn show the path of the fuel particles in the combustion zone (to to t1) as a function of the mass of the particles. As can be seen, particles burn with small mass in the flame with reduced oxygen partial pressure, while Particles of greater mass fly through the flame, being ignited in the process and penetrate into cones of high oxygen partial pressure, thereby burning off more quickly, slowed down by the air flowing in the opposite direction and, with decreasing mass, into the flame be returned until they are schlielizh completely burned. The beginning the flame is indicated by the vertical line B in FIG.

In Fig. 3 ist schematisch eine Anlage zur Durcnführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Dabei ist mit 1 ein Feuerraum bezeichnet, in den ein Rohr 2 hinelnragt, das eine zentrale Verbrennungsluftzufuhr 3 aufweist. Der Brennstoff wird durch eine Leitung 4 zugeführt, die eine Austrittsdüse 5 aufweist, welche in Richtung auf die Luftzufuhr 3 gerichtet ist. Im Betrieb bildet sich eine Flamme 6 aus. Entsprechend dem Diagramm von Fig. 2 verbrennen Teilchen kleiner Masse in der Flamme 6, da sie aufgrund ihrer geringen Masse bereits dort durch den entgegenstehenden Luftstrom angehalten werden, während Teilchen größerer Maste durch die Flamme 6 hindurchfliegen, dort gezündet werden und in die Verbrennungsluft eindringen, von dieser abgebremst und umgelenkt werden, so daß sie in die Flamme 6 zurückfliegen und dort vollständig verbrannt werden. Die Rauchgase der Verbrennung werden durch einen Abgasstutzen 7 abgeführt.In Fig. 3 is a system for the implementation of the invention is schematically Procedure shown. Here, 1 denotes a combustion chamber into which a pipe 2 protrudes, which has a central combustion air supply 3. The fuel is fed through a line 4, which has an outlet nozzle 5, which in Direction of the air supply 3 is directed. Forms in operation a flame 6 emerges. According to the diagram of FIG. 2, particles burn small mass in the flame 6, because they are already there due to their low mass are stopped by the opposing air flow, while particles become larger Masts fly through the flame 6, are ignited there and into the combustion air penetrate, are slowed down and deflected by this, so that they are in the flame 6 fly back and be completely burned there. The flue gases from combustion are discharged through an exhaust port 7.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführung eines Brenners, der ebenfalls in die Wand 8 eines Feuerraumes oder dgl. eingesetzt werden kann. Dieser Brenner weist einen rohrförmigen Körper 9 auf, der in seinem unteren Bereich eine Luftzuführung 10 besitzt und sich nach unten zu konisch verjüngt, um einen Sammelraum 11 für Fest stoffe zu bilden, der mit einer durch ein Ventil 12 beherrschten Entleerungsleitung 13 für die Feststoffe in Verbindung steht. Nach oben zu hat der rohrförmige Körper 9 eine erste Verengung 14, erweitert sich dann bei 15 etwa kugelförmig, um sich nach einer zweiten Einschnürung 16 in einem trichterförmigen Abschnitt 17 fort zusetzen. Die Brennstoffleitung 18 erstreckt sich hierbei durch den rohrförmigen Körper 9 hindurch nach oben und weist an seinem oberen Ende 19 einen Ulekkörper 20 für den Brennstoff auf. In der kugelförmigen Erweiterung 15 ist ein Lochblech 16 quer zur Strömungsrichtung der Luft und des Kraftstoffes angerdnet.Fig. 4 shows another embodiment of a burner that also Can be used in the wall 8 of a furnace or the like. That burner has a tubular body 9, which has an air supply in its lower region 10 has and tapers downwards to a collecting space 11 for solid to form substances with a drain line controlled by a valve 12 13 is related to the solids. The tubular body faces upwards 9 a first constriction 14, then widens approximately spherically at 15 around itself continue after a second constriction 16 in a funnel-shaped section 17. The fuel line 18 extends through the tubular body 9 through upwards and has at its upper end 19 a Ulekkörper 20 for the Fuel on. In the spherical extension 15, a perforated plate 16 is transverse to Direction of air and fuel flow.

Die Verbrennungsluft strömt aus den anschluß 10 in dem Rohr 9 entsprechend der Pfeile 21 nac oben, während der aus der Leitung 18 austretende Brennstoff, durch den Körper 20 umgelenkt,in Richtung der Pfeile 22 nach unten strömt. Es bildet sich wiederum eine Flamme 6' aus. Brennstoffteilchen kleiner Masse werden bereits innerhalb der Flamme 6' von dem entgegenstehenden Luftstrom abgebremst und verbrennen dort, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, während Brennstoffteilchen größerer Masse die Flamme 6' durcnfliegen, dabei gezündet, im Bereich der Verengung 16 aufgrund der dadurch bedingten höheren Luft geschwindigkeit stark abgebremst werden und zum Teil bereits hier umgelenkt und in die Flamme 6' zurückgeführt werden. Brennstoffteilchen, die noch nicht umgelenkt wurden, gelangen in den Bereich der icugelförmigen Erweiterung i5, in der eine geringere Luftströmungsgeschwlndigkeit herrscht und werden durch das Lochblech 16 angehalten, brennen dort ab und werden dann durch die Luftströmung in die Flamme 6' zurückbefördert.The combustion air flows out of the connection 10 in the pipe 9 accordingly of the arrows 21 above, while the one from the Line 18 exiting Fuel, deflected by the body 20, flows downward in the direction of the arrows 22. Again, a flame 6 'is formed. Small mass fuel particles become already braked within the flame 6 'by the opposing air flow and burn there, as described in connection with FIG. 3, while fuel particles of larger mass, fly through the flame 6 ', igniting it, in the region of the constriction 16 due to the resulting higher air speed slowed down sharply are and are partly already deflected here and returned to the flame 6 '. Fuel particles that have not yet been deflected get into the area of the i-spherical extension i5, in which a lower air flow velocity prevails and are stopped by the perforated plate 16, burn down there and are then transported back into the flame 6 'by the air flow.

Die Funktion des Lochblechs 16 kann auch durch die Einschnürung 14 wahrgenommen werden, da dort die Teilchen auf einen Luftstrom hoher Strömungsgeschwindigkeit stoßen und an einem weiteren Eindringen in die Verbrennungsluft gehindert werden.The function of the perforated plate 16 can also be achieved by the constriction 14 can be perceived as there the particles on an air stream of high flow velocity and are prevented from further penetrating the combustion air.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird der Brennstoff von oben und die Luft von unten zugeführt. Dies erfolgt zu dem Zweck, den Einfluß der Schwerkraft auf die Strömungsrichtung des Brennstoffes auszuschalten.In the illustrated embodiments, the fuel is from above and the air supplied from below. This is done for the purpose of reducing the influence of the To switch off gravity on the direction of flow of the fuel.

Insbesondere bei Verwendung von Kohlenstaub als Brennstoff ist es empfehlenswert, diesen Brennstoff zusammen mit einem fließfähigen Fördermedium zuzuführen.It is particularly important when using pulverized coal as fuel It is advisable to feed this fuel together with a flowable pumping medium.

Claims

Patent claims 1. A method for burning a flowable 1aus Particles of different mass of existing fuel, especially coal dust, in a furnace with the supply of an oxygen-containing gas, characterized in that that the fuel and the oxygen-containing gas in the. Ge countercurrent at such speed lead to each other that the fuel is increasingly slowed down, in such a way, that the fuel particles with a smaller mass are already deflected within the flame and burned at reduced oxygen partial pressure, while the fuel particles greater mass fly through the flame, thereby igniting, in the area higher Oxygen partial forces penetrate, deflected and deflected by the oxygen-containing gas put into the flame a second time and completely burned there.

2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel mixed with a flowable medium in countercurrent to that oxygen-containing gas is supplied.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Fuel is fed from above and the oxygen-containing gas from below into the combustion zone will.

4 '. Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that that the speed of the oxygen-containing gas on its way to the flame is changed between high and low values.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the fuel initially moves in the direction of flow of the oxygen-containing gas fed and then in the direction of the flow of the oxygen-containing gas is diverted.