DE3149549A1

DE3149549A1 - Burner for a fuel containing solid particles

Info

Publication number: DE3149549A1
Application number: DE19813149549
Authority: DE
Inventors: Friedrich Josef Dipl.-Ing. 4040 Neuss Zucker
Original assignee: Supraton F J Zucker GmbH
Current assignee: Supraton F J Zucker GmbH
Priority date: 1981-12-15
Filing date: 1981-12-15
Publication date: 1983-06-23

Abstract

In order to be able completely to burn fuels which contain solid particles, for example coal particles, a catcher device (19) or a delay device is provided downstream of the combustion chamber (10), wherein those solid particles which have not been completely burned while flying through the combustion chamber (10) are held back at least until they finally do burn under the action of the high combustion temperature. In this way, emulsions of coal and oil or coal and water can be completely burned down to the incombustible constituents, even in the case of varying particle sizes of the coal. <IMAGE>

Description

Brenner für einen Feststoffpartikel enthaltendenBurner for a solid particle containing

Brennstoff Die Erfindung betrifft einen Brenner für einen Feststoffpartikel enthaltenen sprühfähigen Brennstoff, mit einem Injektor zum Einsprühen des Brennstoffs in eine Brennkammer, mit mindestens einem in die Brennkammer führenden Luftkanal und mit einem Auslaß für Rauchgase.Fuel The invention relates to a burner for a solid particle contained sprayable fuel, with an injector for injecting the fuel into a combustion chamber, with at least one air duct leading into the combustion chamber and with an outlet for flue gases.

Es sind Düsenbrenner bekannt (DE-OS 15 01 774), bei denen ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff in eine Brennkammer injiziert wird, wobei gleichzeitig vorgewärmte Luft eingeblasen wird. Die Luft wird mit tangentialer Komponente in die Brennkammer geleitet, so daß sie in der Brennkammer eine Rotationsbewegung ausführt und das entstohende Ileißqas ebenfalls in eine Drallbewegung versetzt. Das Vorwärmen der Luft erfolgt im Innern des die Brennkammer umgebenden Mantels, dessen Wände schwingungsfähig ausgebildet sind und durch die Luftströmung in Schwingung geraten.There are nozzle burners known (DE-OS 15 01 774), in which a liquid or gaseous fuel is injected into a combustion chamber, at the same time preheated air is blown in. The air is with a tangential component in guided the combustion chamber so that it performs a rotational movement in the combustion chamber and the resulting Ileißqas is also set in a twisting motion. The preheating the air takes place inside the jacket surrounding the combustion chamber, its walls are designed to vibrate and vibrate due to the air flow.

Hierdurch-wird der Wärmeaustausch zwischen der Brennkammer und den Luftkanälen in einem ganz erheblichen Ausmaß verbessert, so daß im Innern der Brennkammer hohe Temperaturen von etwa 700 bis etwa 21000 C erreichbar sind. Wegen der hohen Temperaturen ist der Brenner imstande, auch schwer entzündbare Brennstoffe zu verheizen, beispielsweise Schweröl oder Altöl.As a result, the heat exchange between the combustion chamber and the Air ducts improved to a very considerable extent, so that inside the combustion chamber high temperatures of about 700 to about 21000 C can be achieved. Because of the high Temperatures, the burner is able to burn fuel that is difficult to ignite, for example heavy oil or waste oil.

Es sind Versuche unternommen worden, einen derartigen Hochtemperaturbrenner auch zum Verbrennen von Feststoffpartikeln zu benutzen, die in einer Flüssigkeits-oder casströmung zugeführt werden, um auf diese Weise zermchlene Kohle o.dgl. verheizen zu können. Trotz der hohen Temperaturen ergibt sich die Schwierigkeit, daß die Brennstoffpartikel u.a. wegen ihrer unterschiedlichen Größen nicht gleichmäßig verbrennen, so daß die entstehenden Rauchgase noch eine erhebliche Menge an unverbrannten Feststoffen enthalten können. Dies ist in zweifacher hinsicht nachteilig, denn einerseits erfolgt die Verbrennung mit schlechtem WirkungsgraA, wenn Rückstände verbleiben, die zwar brennfähig sind, aber wegen der kurzen Verweildauer im Hochtemperaturbereich nicht verbrennen,und andererseits führen die unverbrannten Bestandteile zu einer erhöhten Luftverschmutzung oder zu erhöhten Aufwendungen bei der Reinigung der Rauchgase.Attempts have been made to develop such a high temperature burner can also be used to burn solid particles that are in a liquid or casströmung are supplied to in this way zermchlene coal or the like. burn it up to be able to. Despite the high temperatures, the problem arises that the fuel particles among other things because of their different sizes do not burn evenly, so that the the resulting flue gases still contain a considerable amount of unburned solids can. This is disadvantageous in two respects, because on the one hand the Incineration with poor efficiency if residues remain that are indeed combustible are, but do not burn because of the short residence time in the high temperature range, and on the other hand, the unburned components lead to increased air pollution or increased expenses for cleaning the flue gases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, der imstande ist, die Verbrennung der Feststoffpartikel zu verbessern, um einerseits größere Feststoffpartikel verbrennen zu können und um andererseits auch Feststoffpartikel mit unterschiedlichen Größen gleichermaßen vollständig verbrennen zu können.The invention is based on the object of a burner of the initially to create said type, which is able to burn the solid particles to improve, on the one hand, to be able to burn larger solid particles and on the other hand also solid particles with different sizes equally Completely to be able to burn.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß am Ende der Brennkammer in einem Bereich hoher Temperaturen eine Auffangvorrichtung oder eine Verzögerungsvorrichtung für unverbrannte Feststoffpartikel angeordnet ist.To solve this problem, the invention provides that at the end the combustion chamber in an area of high temperatures a collecting device or a delay device for unburned solid particles is arranged.

Diejenigen Feststoffpartikel, die am Ende der Brennkammer noch nicht vollständig verbrannt sind, werden in der Auf fangvorrichtung bzw. der Verzögerungsvorrichtung nachverbrannt, so daß schließlich eine vollständige Verbrennung gewährleistet ist. Dies hat den Vorteil einer besseren Energieausnutzung und einer verringerten Feststoffmenge in den Rauchgasen.Those solid particles that have not yet reached the end of the combustion chamber are completely burned, are in the catching device or the delay device after-burned, so that finally complete combustion is guaranteed. This has the advantage of better energy utilization and a reduced amount of solids in the flue gases.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt der Luftkanal derart in die Brennkammer hinein, daß er in der Brennkammer einen Strömungsdrall erzeugt,und die Auffangvorrichtung weist eine Mittelöffnung für den Durchtritt der Verbrennungsgase auf.According to a preferred embodiment of the invention, the air duct leads into the combustion chamber in such a way that it creates a flow swirl in the combustion chamber generated, and the collecting device has a central opening for the passage of the Combustion gases on.

Infolge des Dralls der Verbrennungsgase werden die Feststoffpartikel in der Brennkammer nach außen geschleudert. Die Feststoffpartikel bewegen sich also in der Nähe der Umfangswand der Brennkammer. Hier können sie von der Auffangvorrichtung leicht ahgefangen werden, ohne die partikelfreie Gasströmung, die sich auch im achsnahen Bereich der Brennkammer bewegt, wesentlich zu beeinträchtigen. Da Feststoffe nicht völlig rückstandsfrei verbrennen, muß die Asche entweder in Intervallen oder kontinuierlich von der Auf fangvorrichtung abgezogen werden.As a result of the swirl of the combustion gases, the solid particles become thrown outwards in the combustion chamber. So the solid particles move near the peripheral wall of the combustion chamber. Here they can from the catching device can easily be caught without the particle-free gas flow, which is also in the near-axis Moving area of the combustion chamber, significantly affecting it. Because solids do not If the ash burns completely without leaving any residue, the ash must either be at intervals or continuously be withdrawn from the catcher.

Die Auffangvorrichtung kann aus einer Platte oder Scheibe bestehen, die sich am Ende der Brennkammer befindet und einen Teil des Strömungsquerschnitts der Brennkammer erfaßt.The catching device can consist of a plate or disc, which is located at the end of the combustion chamber and part of the flow cross-section the combustion chamber detected.

Gemäß einer anderen Variante der Erfindunq ist eine Verzögerungsvorrichtung In Form eines Zyklons vorgesehen, deren Innenraum direkt an die Brennkammer anschließt. Zyklone dienen bekanntlich der Reinigung von Rauchgasen. Sie sind demnach zwischen dem Heizkessel und einem Kamin angeordnet, so daß die Rauchgase nach dem Abscheiden des Staubes bzw. der Asche gereinigt in den Kamin gelangen. Nach der Erfindung wird jedoch ein Zyklon in direktem Anschluß an die Brennkammer benutzt, so daß in ihm praktisch die gleiche Temperatur herrscht wie in der Brennkammer. In dem Zyklon wird eine wendelförmige Strömung um ein Tauchrohr herum erzeugt, wobei die Feststoffpartikel eine gewisse zeitlang in der Schwebe gehalten werden. Während die unverbrannten Feststoffpartikel in dem Zyklon schweben, werden sie infolge der hohen Temperaturen verbrannt, so daß in dem Zyklon eine Nachverbrennung stattfindet. Die noch verbleibenden Verbrennungsrückstände fallen in dem Zyklon herab und können abgeführt werden.According to another variant of the invention, there is a delay device Provided in the form of a cyclone, the interior of which is directly connected to the combustion chamber. As is well known, cyclones are used to purify flue gases. So you are between the boiler and a chimney arranged so that the flue gases after separation of the dust or ash get cleaned into the chimney. According to the invention however, a cyclone is used in direct connection with the combustion chamber, so that in it the temperature is practically the same as in the combustion chamber. In the cyclone a helical flow is generated around a dip tube, with the solid particles be held in abeyance for a certain period of time. While the unburned Solid particles float in the cyclone, they are due to the high temperatures burned so that afterburning takes place in the cyclone. The remaining ones Combustion residues fall down in the cyclone and can be removed.

Anstelle eines Zyklons kann auch eine Verzögerungsvorrichtung benutzt werden, die nach Art eines Schwebebettes arbeitet und in der die Feststoffpartikel durch aufsteigendes Heißgas in der Schwebe gehalten werden, bis sie hinreichend verbrannt sind. Wichtig ist, daß diejenigen Feststoffpartikel, die in der Brennkammer nicht vollständig verbrennen, entweder am Ende der Brennkammer aufgefangen und solange festgehalten werden, bis sie verbrannt sind, oder am Ende der Brennkammer durch eine Verzögerungsvorrichtung solange in der Schwebe gehalten und den hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzt werden, bis sie keine brennbaren Bestandteile mehr enthalten.A delay device can also be used instead of a cyclone which works like a floating bed and in which the solid particles are kept in suspension by rising hot gas until they are sufficient are burned. It is important that those solid particles that are in the combustion chamber not burn completely, either caught at the end of the combustion chamber and for so long be held until they are burned, or at the end of the combustion chamber through a delay device kept in suspension and the high combustion temperatures exposed until they no longer contain any flammable components.

Beim Verbrennen von öl/Kohle-Gemischen in Brennern besteht die Schwierigkeit, daß sich teerähnliche Substanzen an der Brennerwand absetzen. Diese Substanzen verbrennen nicht und bewirken, daß sich die Brennkammer zunehmend verengt. Um die Brennkammerwände zu reinigen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß in die Brennkammer eine Leitung hineinführt, durch die eine abrasive , nicht verbrennende Substanz zugeführt wird. Diese abrasive Substanz, beispielsweise Sand, wird in den Luftstrom der Brennkammer eingeführt. Da dieser Luftstrom einen Drall erhält, gelangt die abrasive Substanz durch Fliehkraftwirkung in den Wandbereich und reinigt die Wände von anhaftenden unverbrannten Materialien.When burning oil / coal mixtures in burners, the difficulty arises that tar-like substances settle on the burner wall. These substances burn not and cause the combustion chamber to narrow increasingly. Around the combustion chamber walls to clean is provided according to a preferred embodiment of the invention, that in the combustion chamber leads into a line through which an abrasive, not burning substance is supplied. This abrasive substance, such as sand, is introduced into the air stream of the combustion chamber. Because this air flow creates a swirl receives, the abrasive substance gets into the wall area by centrifugal force and cleans the walls of adhering unburned materials.

Diese Materialien werden anschließend in der Auffangvorrichtung bzw. der Verzögerungsvorrichtung solange festgehalten, bis sie vollständig verbrannt sind.These materials are then placed in the collecting device or the delay device held until it was completely burned are.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Exemplary embodiments are described below with reference to the drawings the invention explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen | Brenner mit Auffangvorrichtung und Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Brenner mit Verzögerungsvorrichtung.1 shows a schematic longitudinal section through a | burner with collecting device and FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through a burner with delay device.

Der in Fig. 1 dargestellte Brenner weist eine zylindrische Brennkammer 10 auf; in deren eines Ende ein Injektor 11 Brennstoff einsprüht. Der Injektor 11 ist über ein Absperrventil 12 an eine den Brennstoff unter Druck zuführende Brennstoffquelle angeschlossen. Der Brennstoff besteht aus einem Gas oder einer Flüssigkeit mit darin enthaltenen Feststoffpartikeln, beispielsweise aus einer Mischung aus Kohlepartikeln und öl oder aus Kohlepartikeln und Wasser. Der Brennstoff ist auf jeden Fall fließ- und sprühfähig.The burner shown in Fig. 1 has a cylindrical combustion chamber 10 on; into one end of which an injector 11 sprays fuel. The injector 11 is via a shut-off valve 12 to a fuel source supplying the fuel under pressure connected. The fuel consists of a gas or a liquid with it contained solid particles, for example from a mixture of carbon particles and oil or from coal particles and water. In any case, the fuel is and sprayable.

Die Brennkammer 10 ist von einem dreiwandigen Mantel 13 umgeben. Die ringförmige innere Wand 14 geht über eine Umbiegung am auslaßseitigen Ende der Brennkammer 10 in die ringförmige äußere Wand 15 über. Zwischen den Wänden 14 und 15 befindet sich eine mittlere Wand 16, die in der Nähe des Injektors 11 befestigt ist und frei in den Raum zwischen den Wänden 14 und 15 vorsteht. Die ringförmige mittlere Wand 16 wird durch die Luftströmung in Schwingungen versetzt, was eine erhebliche Verbesserung des Wärmeaustausches zur Folge hat. In gleicher Weise wird das in der Nähe des Injektors 11 befindliche freie Ende der inneren Wand 14 in Schwingungen versetzt.The combustion chamber 10 is surrounded by a three-walled jacket 13. the annular inner wall 14 goes over a bend at the outlet end of the combustion chamber 10 into the annular outer wall 15 over. Located between walls 14 and 15 a middle wall 16, which is fixed in the vicinity of the injector 11 and is free protrudes into the space between the walls 14 and 15. The annular middle wall 16 is vibrated by the air flow, which is a significant improvement of heat exchange. In the same way that is done near the injector 11 located free end of the inner wall 14 vibrated.

Infolge der in der Brennkammer 10 herrschenden hohen Temperaturen von bis zu 25000 C erwärmt sich die Luft, die zwischen den Wänden 14,15 und 16 entlang strömt, so daß die durch die Luftkanäle 17 in die Brennkammer 10 gelangende Luft bereits sehr stark vorgeheizt ist. Dadurch wird die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 10 noch erhöht. Dic- Luft wird den Luftkanälen 17 über die Einlaßöffnung 18 ugeführt. Die Luft kanäle 17 münden mit tangentialer Komponente in die Brennkammer 10, so daß die Brenngase eine Drallbewegung um die Flammenachse herum erhalten. Durch diese Drallbewegung werden die unverbrannten Feststoffpartikel nach außen geschleudert, also gegen die Wand 14. Die sich im wandnahen Bereich fortbewegenden Feststoffpartikel werden von der Auffangvorrichtung 19 aufgefangen. Diese besteht aus einer kegelstumpfförmigen Scheibe 20, welche eine Mittelöffnung 21 für den Durchtritt der Rauchgase aufweist. Diese Scheibe 20 verhindert den Austritt unverbrannter Feststoffpartikel aus der Brennkammer 10. In ihrem Bereich herrscht jedoch eine so hohe Temperatur, daß die sich an der Scheibe 20 sammelnden Feststoffpartikel 22 schließlich doch noch verbrennen. Dies hat zur Folge, daß sich an der den Auslaß der Brennkammer 10 verkleinernden Scheibe 20 schließlich Asche bildet.As a result of the high temperatures prevailing in the combustion chamber 10 The air between the walls 14, 15 and 16 is heated by up to 25000 C flows so that the air passing through the air ducts 17 into the combustion chamber 10 is already very strongly preheated. This will increase the combustion temperature in the Combustion chamber 10 still increased. The air is supplied to the air ducts 17 via the inlet opening 18. The air channels 17 open into the combustion chamber with a tangential component 10, so that the combustion gases receive a swirl movement around the flame axis. This swirling movement causes the unburned solid particles to move outwards thrown against the wall 14. Those moving in the area close to the wall Solid particles are caught by the collecting device 19. This exists from a frustoconical disc 20, which has a central opening 21 for the passage which has smoke gases. This disk 20 prevents unburned solid particles from escaping from the combustion chamber 10. However, the temperature in its area is so high that that the solid particles 22 collecting on the disk 20 will eventually still burn. This has the consequence that the outlet of the combustion chamber 10 reducing disc 20 eventually forms ash.

Um die Asche zu entfernen, ist eine aus einem Hebel 23 bestehende Betätigungsvorrichtung vorgesehen, die an der Rückseite der Scheibe 20 angreift. Durch Verschwenken des Hebels 23 wird die Scheibe 20 gemäß Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt, so daß sie von dem Auslaßende der Brennkammer 10 fortbewegt wird und die von ihr festgehaltene Asche in einen Auffangbehälter 24 herabfallen kann. Das Fortschwenken der Scheibe 20 kann während des Betriebes des Brenners 10 in regelmäßigen Zeitabständen vorgenommen werden, um die Achse In den Bereichen der Luftkanäle 17 führt eine weitere Leitung 25 in die Brennkammer 10 hinein. Durch die Leitung 25 kann Sand zugeführt werden. Da dieser Sand von der rotierenden Luftströmung mitgenommen wird, wird er an der Innenseite der Wand 14 entlangbewegt, so daß die Wand 14 von eventuell anhaftenden Teerrückständen o.dgl. gereinigt wird. Die Zufuhr von Sand durch die Leitung 25 erfolgt je nach Bedarf in gewissen Zeitintervallen. Der Sand sammelt sich an der Auf fangvorrichtung 19 und wird ebenso wie die Asche bei Bedarf in den Auffangbehälter 24 geleitet.A lever 23 is used to remove the ashes Actuating device is provided which engages on the rear side of the disc 20. By pivoting the lever 23, the disk 20 according to FIG. 1 is counterclockwise pivoted so that it is moved away from the outlet end of the combustion chamber 10 and the ashes held by her can fall into a collecting container 24. That Pivoting the pane 20 can while the burner is in operation 10 be made at regular intervals to the axis In the fields of the air ducts 17, another line 25 leads into the combustion chamber 10. By the line 25 can be supplied with sand. Because this sand from the rotating air flow is taken, it is moved along the inside of the wall 14 so that the Wall 14 of possibly adhering tar residues or the like. is cleaned. The feed of sand through the line 25 takes place at certain time intervals as required. The sand collects on the catching device 19 and is just like the ash passed into the collecting container 24 if necessary.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die horizontale Brennkammer 10 in gleicher Weise ausgebildet wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch ist anstelle der Auf fangvorrichtung 19 am Ende der Brennkammer 10 eine Verzögerungsvorrichtung in Form eines Zyklones 26 angeordnet. Der Zyklon besteht aus einem senkrechten zylindrischen Gehäuse, in das das Auslaßende 27 der Brennkammer 10 mit tangentialer Komponente einmündet. Hierdurch erhält die aus der Brennkammer 10 in den Zyklon 26 gelangende Gasströmung einen Drall Um die vertikale Längsachse des Zyklones 26, was durch den Pfeil 28 angedeutet ist. Das tangential in den Zyklon 26 einströmende Gas, das noch unverbrannte Feststoffpartikel enthält, bewegt sich um das vertikal in das Zyklongehäuse von oben hereinragende Tauchrohr 29 herum, wobei die Feststoffpartikel entlang der Gehäusewand langsam nach unten absinken. Da im Innern des Zyklones 26 die hohe Temperatur der Brennkammer 10 herrscht, findet im Zyklon eine Nachverbrennung der unverbrannten Feststoffpartikel statt. Während die Asche dieser Feststoffpartikel auf den trichterförmigen Boden 30 des Zyklones 26 absinkt, wird das Rauchgas durch das Tauchrohr 29 hindurch nach oben abgezogen. Von dem unteren Ende des Bodens 30 kann die Asche schließlich kontinuierlich oder in Intervallen entfernt werden.In the embodiment of FIG. 2, the horizontal combustion chamber is 10 designed in the same way as in the first embodiment, however is instead of the catching device 19 at the end of the combustion chamber 10, a delay device arranged in the form of a cyclone 26. The cyclone consists of a vertical cylindrical Housing into which the outlet end 27 of the combustion chamber 10 with a tangential component joins. This receives the from the combustion chamber 10 in the cyclone 26 Gas flow swirls around the vertical longitudinal axis of the cyclone 26, which is caused by the Arrow 28 is indicated. The gas flowing tangentially into the cyclone 26, which is still Containing unburned solid particles moves around vertically into the cyclone housing from above protruding dip tube 29 around, wherein the solid particles along the Slowly lower the housing wall. Since inside the cyclone 26 the high temperature the combustion chamber 10 prevails, an afterburning of the unburned takes place in the cyclone Solid particles instead of. While the ashes of these solid particles on the funnel-shaped bottom 30 of the cyclone 26 drops, the flue gas is through the dip tube 29 through deducted above. From the lower end of the bottom 30, the ash can finally be continuous or removed at intervals.

Da in dem Zyklon 26 infolge der direkten Verbindung mit der Brennkammer 10 und infolge der Nachverbrennung sehr hohe Temperaturen herrschen, ist die Zyklonwand mit einer feuerfesten AuskleiduxltJ 31 aus Schamotte o.Because in the cyclone 26 due to the direct connection with the combustion chamber 10 and the temperatures are very high as a result of the afterburning, is the cyclone wall with a fireproof lining luxltJ 31 made of chamotte or similar

dgl. versehen, die eine Art Rinne bildet, in der Teilchen bis zur völligen Verbrennung umlaufen können.Like. Provided, which forms a kind of groove in the particles up to complete combustion.

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Claims

Claims 1. Burner for a sprayable containing solid particles Fuel, with an injector for spraying the fuel into a combustion chamber, with at least one air duct leading into the combustion chamber and with an outlet for flue gases, indicated that at the end of the combustion chamber (10) a collecting device (19) or a delay device (26) for unburned Solid particles is arranged.

2. Burner according to claim 1, characterized in that the air duct (17) in such a way into the combustion chamber (10) that it has a Flow swirl generated, and that the collecting device (19) has a central opening (21) for the passage of the combustion gases.

3. Burner according to claim 1, characterized in that a delay device is provided in the form of a cyclone (26), the interior of which is directly connected to the combustion chamber (10) follows.

4. Burner according to claim 1, characterized in that a delay device is provided in which the unburned solid particles in a rising Hot gas flow are kept in suspension.

5. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that that leads into the combustion chamber (10) of a line (29) through which an abrasive, non-burning substance can be supplied.